2015化工学院毕业设计(优秀)--年产30000吨味精厂发酵罐的设计与选型解读.pdf

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1、 北京理工大学 毕业设计 年产 30000 吨味精厂 发酵罐的设计与选型 学 院：化工与材料学院 专 业：姓 名：指导老师：生物工程 学 号：职 称：教授 中国 二一五年五月 北京理工大学毕业设计 诚信承诺书 本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计年产 30000 吨味精厂发酵罐的设计与选型是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。承诺人签名：日期：年 月 日 北京理工大学本科生毕业论文 2 年产 30000 吨味精厂发酵罐的设计与选型 摘 要 味精是烹饪中常用的一种鲜味调味品，主要以发酵法生产。本论文以年产3000

2、0 吨为规模，针对味精发酵生产过程中最主要的设备发酵罐进行了模拟设计和选型。本论文设计分发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算和发酵罐的设计与选型两个部分，包括发酵罐型的选择和发酵罐罐体的尺寸、各部结构、搅拌功率、壁厚和容积等计算，并绘制了发酵罐结构图和发酵设备图。关键词：味精 发酵罐 设计 选型 北京理工大学本科生毕业论文 2 DESIGN AND CHOICE OF 30000t MONOSODIUM GLUTAMATE FERMENTOR ABSTRACT Monosodium glutamate，a flavor cooking spices，is generally produced by fe

3、rmentation.The fermentor，major fermentation production equipment of 30,000 tons of monosodium glutamate was one year，was designed and picked out in this paper.The paper calculated the amount of used steam to sterilize the empty fermentor，size of the fermentor,materiels balance，as well as the other j

4、oined equipments.In addition，The fermentation equipment plans were also given in the paper.Key words：Fermentor Monosodium glutamate Design Choice 北京理工大学本科生毕业论文 2 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 1 前言.1 2 论文设计理念与方案.3 3 论文设计主体.4 3.1 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算.4 3.1.1 发酵罐体加热用蒸汽量.4 3.1.2 填充发酵罐空间所需蒸汽量.4 3.1.3 灭菌过程的热损失.5 3.1.4 罐

5、壁附着洗涤水升温所需蒸汽量.5 3.2 发酵罐的设计与选型.5 3.2.1 发酵罐的选型.5 3.2.2 生产能力、数量和容积的确定.5 3.2.3 主要尺寸的计算.6 3.2.4 冷却面积的确定.7 3.2.5 搅拌器设计.8 3.2.6 搅拌轴功率的确定.9 3.2.7 设备结构的工艺设计.10 3.2.8 竖直蛇管冷却装置设计.10 3.2.9 设备材料的选择.14 3.2.10 发酵罐壁厚的计算.14 北京理工大学本科生毕业论文 2 3.2.11 接管设计.15 4 设计结果与讨论.17 参考文献.21 谢 辞.22 北京理工大学本科生毕业论文 2 1 前言 味精，又名为谷氨酸钠，是烹

6、饪中常用的一种鲜味调味品。烹调时在菜里或汤里略加少许味精，立刻可使菜肴的味道更佳鲜香浓郁、味美可口。2004 年全球的味精市场约为1700000t，其年增长率预计为 4%，2010 年已达到 2100000t1。由于我国味精产量增加，各项技术指标提高幅度大，产品成本降低，在国际市场上具有较强竞争力，2005 年出口味精达 100000t2。1909 年味精作为商品问世以来已有 101 年历史3。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从 1956 年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产4。实际上发酵法在微生物发酵阶段，主要是获得谷氨酸，制造味精是后

7、续加工完成的。谷氨酸学名是-氨基戊二酸，结构式为 HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH5。谷氨酸在水中溶解度小，但其钠盐溶解度较大6。谷氨酸分子中有两个羧基，一个氨基，具有酸味，中和成一钠盐后，酸味消失而鲜味增加6。当前，我国的味精生产发酵法占统治地位，而发酵生产的发酵罐仍是机械搅拌通风发酵罐，即大家常说的通用罐。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢所需要的氧气。它主要由罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等组成7。现在国内最常用的发酵罐为 200400m32，有关通用式发酵

8、罐的系列尺寸如表 1-18所示。表 1-1 通用发酵罐的系列尺寸 公称容积 罐内径 圆柱高 封头高 罐体总高 封头容积 圆柱部分容积 50L 320mm 640mm 105mm 850mm 6.3L 52L 100L 400mm 800mm 125mm 1050mm 11.5L 100L 200L 500mm 1000mm 150mm 1300mm 21.3L 197L 500L 700mm 1400mm 200mm 1800mm 54.5L 540L 1.0m3 900mm 1800mm 250mm 2300mm 0.112m3 1.14m3 5.0m3 1500mm 3000mm 400m

9、m 3800mm 0.487m3 5.3m3 10m3 1800mm 3600mm 475mm 4550mm 0.826m3 9.15m3 20m3 2300mm 4600mm 615mm 5830mm 1.76m3 19.1m3 50m3 3100mm 6200mm 815mm 7830mm 4.2m3 46.8m3 100m3 4000mm 8000mm 1040mm 10080mm 9.02m3 100m3 200m3 5000mm 10000mm 1300mm 12600mm 16.4m3 197m3 北京理工大学本科生毕业论文 2 不计上封头的容积 全容积 搅拌桨直径 搅拌转数 电动

10、机功率 搅拌轴直径 冷却方式 58.3L 64.6L 112mm 470r/min 0.4kW 25mm 夹套 112L 123L 135mm 400r/min 0.4kW 25mm 夹套 218L 239L 168mm 360r/min 0.6kW 25mm 夹套 595L 649L 245mm 265r/min 1.1kW 35mm 夹套 1.25m3 1.36m3 315mm 220r/min 1.5kW 35mm 夹套 5.79m3 6.27m3 525mm 160r/min 5.5kW 50mm 夹套 9.98m3 10.8m3 630mm 145r/min 13kW 65mm 夹套

11、 20.86m3 22.6m3 770mm 125r/min 23kW 80mm 列管 51m3 55.2m3 1050mm 110r/min 55kW 110mm 列管 109m3 118m3 1350mm 列管 213m3 230m3 1700mm 列管 近几年，随着味精生产的不断发展，产量迅速增加，生产规模不断扩大，作为发酵生产最关键的设备发酵罐也在不断向大型化的方向发展。在发酵设备向大型化发展的同时，人们更加重视对设备结构上的改进。通过改进设备，增强了设备性能，降低造价，节约能源，提高了效益。应用新的现代化技术成果来提高设计水平，增加技术含量，不断改进发酵罐的结构设计是现在和今后的发展

12、趋势。我国独立研发设计的 790m3超大型发酵罐 2006 年已成功投产，该设备由沈阳宏成生物工程技术研发中心设计的，这是至今国内外最大容积的谷氨酸发酵罐2。此设备充分考虑了传质。传热、溶氧、功耗、细菌生长和发酵水平诸多因素。该设备投产、运行稳定，控制性能好，发酵产酸率和转化率都比较高。北京理工大学本科生毕业论文 2 2 论文设计理念与方案 本论文拟选择味精发酵生产中最关键的设备，发酵罐作为设计主题，并以年产 30000吨为规模进行模拟设计，并决定选用历史比较悠久，资料较齐全的机械搅拌通风发酵罐，作为论文的主要设计目标 根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，

13、内壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度；有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。本论文设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳状态，降低总的操作费用。另外，发酵罐内部状态也是不可忽视的影响因素。初步确定主要技术指标如表1-2所示。表1-2 主要技术指标 指标名称 单位 指标数 生产规模 t/a 30000(味精)生产方法 采用淀粉原料，双酶法糖化，中初糖发酵流加高糖，等电点-离子交换法

14、提取的工艺 年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/d 100 产品质量 纯度99%设想设计分发酵罐应该包括空罐灭菌蒸汽用量计算和发酵罐的设计与选型两个部分，发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算有助于发酵罐的改进，达到节约能源、降低生产成本的目的。其次还应该选择发酵罐罐。决定发酵罐罐体的尺寸、各部结构、搅拌功率、壁厚和容积等计算，此外，还应该绘出发酵罐结构图和发酵设备图。根据以上思路，初步考虑论文进行过程可以分为四个阶段：第一阶段：查阅资料、构思、初步考虑发酵罐及相关设备轮廓。第二阶段：论文进行实施阶段，包括计算、绘图等。第三阶段：论文写作、完善数据阶段。第四阶段：递交初稿，根据导师要求修改、定稿，

15、准备答辩。北京理工大学本科生毕业论文 2 3 论文设计主体 3.1 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算 3.1.1 发酵罐体加热用蒸汽量 发酵罐公称容积 200m3，材料为碳钢，发酵罐罐体重 32.78t，比热容 0.5kJ/(kg)，使用 0.4MPa 蒸汽(表压)灭菌，发酵罐罐压保持在 0.15MPa(表压)下，由 20升至 127，维持 1h2。其蒸气用量为：)kg(43.7924.5355.2748)20127(5.01078.32D3(3.1.1-1)式中 2748.5 0.4MPa(表压)蒸汽热焓，kJ/kg2 535.40.15MPa，127时蒸汽凝结水热焓，kJ/kg2 每日用蒸汽量为

16、：)kg(72.3169443.792(3.1.1-2)平均用蒸汽量为：)h/kg(07.1322472.3169(3.1.1-3)3.1.2 填充发酵罐空间所需蒸汽量 公称容积 200m3发酵罐的全容积为 230m3，其蒸气用量为：)kg(.73199.31230VD(3.1.2-1)式中 加热蒸汽的密度，=1.39kg/m32 发酵罐灭菌(0.15MPa，表压)1h。每日用蒸汽量为：)kg(.812784.7319(3.1.2-2)平均用蒸汽量为：)h/kg(28.53248.1278(3.1.2-3)北京理工大学本科生毕业论文 2 3.1.3 灭菌过程的热损失 辐射与对流联合给热系数，罐

17、外壁温度 602。)Chm/(kJ 5.41)2060(19.09.332 (3.1.3-1)200m3发酵罐的表面积为 157.1m22，消耗蒸汽量为：)h/kg(84.1174.5355.2748)2060(5.411.157D(3.1.3-2)3.1.4 罐壁附着洗涤水升温所需蒸汽量)kg(75.314.5355.274818.4)20127(1000001.01.157(3.1.4-1)式中 0.001附壁水平均厚度，m2 3.2 发酵罐的设计与选型 3.2.1 发酵罐的选型 选用机械搅拌通风发酵罐。3.2.2 生产能力、数量和容积的确定 (1)发酵罐容积的确定：选用公称容积为 200

18、m3的发酵罐。(2)生产能力的计算：每天需糖液体积 V糖为：)m(5.4648%991005.56V3糖(3.2.2-1)式中 6.55生产 1t 味精(100%)的发酵液量，m38 若取发酵罐的填充系数=75%，则每天需要发酵罐总容积 V0为：)m(6.864%7545.648VV30糖(3.2.2-2)(3)发酵罐个数的确定：公称容积为 200m3的发酵罐，其全容积为 230m3。北京理工大学本科生毕业论文 2 每日需要的发酵罐数 N0为：)(42306.864VVN00个总(3.2.2-3)共需要的发酵罐数 N1为：)(723024406.864V24VN01个总(3.2.2-4)每天应

19、有 4 个发酵罐出料，共需要 7 个发酵罐。实际产量验算：)t(28.31922%9955.63004%75230(3.2.2-5)设备富余量为：%4.6300003000028.31922(3.2.2-6)能满足生产要求。3.2.3 主要尺寸的计算 发酵罐是由圆柱形筒体和上、下椭圆形封头组成。)m(230V2VV3封筒全(3.2.3-1)为了提高空气利用率，罐的高径比取 22。D2H (3.2.3-2)m(230D6h2D2D4V2VV32封筒全(3.2.3-3)椭圆形封头的直边高度忽略不计，以方便计算。)m(2302D24D2D785.0V2VV332封筒全(3.2.3-4)解方程得 北京

20、理工大学本科生毕业论文 2)m(004.583.1230D3(3.2.3-5)取 5m。)m(10D2H(3.2.3-6)圆柱部份容积 V筒为：)m(25.196105785.0D2D785.0V322筒(3.2.3-7)上、下封头体积 V封为：)m(25.16524D24V333封(3.2.3-8)全容积验算：)m(75.22825.16225.196V2VV3封筒全(3.2.3-9)全全VV(3.2.3-10)符合设计要求，可行。3.2.4 冷却面积的确定 根 据 部 分 味 精 厂 的 实 测 和 经 验 数，谷 氨 酸 放 得 发 酵 热 高 峰 值 约 4.18 6000kJ/(m3

21、h)8，则冷却面积按传热方程式计算如下：mtKQS(3.2.4-1)2 式中 S冷却面积，m2 Q换热量，kJ/h tm平均温度差，K总传热系数，kJ/(m2h)230m3灌装液量为：)m(5.172%752303(3.2.4-2)北京理工大学本科生毕业论文 2)h/kJ(43263005.172600018.4Q(3.2.4-3)设发酵液温度 32，冷却水进口温度 20，出口温度 27，则平均温度差 tm为：)C(827322032ln)2732()2032(tm(3.2.4-4)K 值取 4.18500kJ/(m2h)8，)m(75.258850018.44326300tKQS2m(3.2

22、.4-5)3.2.5 搅拌器设计 由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部尺寸与罐径 D 有一定比例关系，现将主要尺寸列后8：搅拌器叶径 Di为：)m(67.1353DDi(3.2.5-1)取 1.7m。叶宽 B 为：)m(34.07.12.0D2.0Bi(3.2.5-2)弧长 l 为：)m(64.07.1375.0D375.0li(3.2.5-3)底距 C 为：)m(67.1353DC(3.2.5-4)取 1.7m。盘径 di为：)m(275.17.175.0D75.0dii(3.2.5-5)北京理工大学本科生毕业论文 2 叶弧长 L 为：

23、)m(425.07.125.0D25.0Li(3.2.5-6)叶距 Y 为：)m(5DY(3.2.5-7)以单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同这一准则进行的反应器的放大，即：322112ddnn(3.2.5-8)7 式中 n2放大的搅拌器的转速，r/min n1模型搅拌器的转速，n=110r/min8 d1模型搅拌器直径，d=1.05m8 d2放大的搅拌器直径，d=1.7m 将各值代入上式)s/r(33.1min)/r(78.797.105.1110ddnn32322112(3.2.5-9)取两档搅拌，搅拌转速79.78r/min。3.2.6 搅拌轴功率的确定 (1)不通气条件下的轴功率计算：

24、53pdnNP(3.2.6-1)7 式中 Np功率数,Np=4.87 n搅拌器的转速，n=1.33r/s d搅拌器直径，d=1.7m 流体密度，=1070kg/m37 将各值代入上式)kW(563.171)W(3605.17156310707.133.18.4dnNP5353p (3.2.6-2)(2)通气发酵轴功率计算：北京理工大学本科生毕业论文 2 39.008.0323gQndP1025.2P(3.2.6-3)7 式中 P不通气条件下的轴功率，P=171.563kW n搅拌器的转速，n=79.78r/mim d搅拌器直径，d=170cm Q工况下的通气量，mi/ml(7762500045

25、.0%75230Q(3.2.6-4)将各值代入上式)kW(573.1587762500017078.79563.1711025.2QndP1025.2P39.008.032339.008.0323g(3.2.6-5)通常谷氨酸发酵按 1kW/m38发酵醪；对于 200m3发酵罐，装液量 172.5m3则应选取功率172.5KW 的立式电机。本罐采用三角带传动。3.2.7 设备结构的工艺设计 (1)空气分布器：本罐使用单管进风，风管直径计算见 3.2.11。(2)挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。(3)消泡浆：本罐使用圆盘放射式消泡浆。(4)密封方式：本罐拟采用双面机械密封方式，处理

26、轴与罐的动静问题。(5)冷却管布置：使用的是竖直蛇管冷却装置。3.2.8 竖直蛇管冷却装置设计(1)求最高热负荷下的耗水量 W 为：)tt(CQW12p总(3.2.8-1)8 式中 Q每 1m3醪液在发酵最旺盛时，1h 的发热量与醪液总体积的乘积，北京理工大学本科生毕业论文 2)h/kJ(4326300.517260008.14Q总(3.2.8-2)Cp冷却水的比热容，Cp=4.18kJ/(kg)8 t2冷却水终温，t2=27 t1冷却水初温，t1=20 将各值代入上式)s/kg(07.41)h/kg(14.147857)2027(18.44326300)tt(CQW12p总(3.2.8-3)

27、冷却水体积流量为 0.0411m3/s，取冷却水在竖直蛇管中流速为 1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积总 A总为：WA总(3.2.8-4)8 式中 W冷却水体积流量，W=0.0411m3/s 冷却水流速，=1m/s 代入上式)m(0411.010411.0WA2总(3.2.8-5)进水总管直径 d总为：)m(229.0785.00411.0785.0Ad总总(3.2.8-6)查表 12 选取 Dg22578。(2)冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为A总，管径 d0，组数为 n，则 20d785.0nA总(3.2.8-7)8 现根据本罐情况，取n=8，求管径。由上式得)m(081.0

28、785.080411.0785.0nAd0总(3.2.8-8)查表 10-25 选取894.5 无缝管，d内=80mm，d平均=84.5mm2。北京理工大学本科生毕业论文 2 现取竖蛇管圈端部 U 型弯管曲径为 300mm，则两直管距离为 600mm，两弯管总长度 l0为：)mm(188460014.3Dl0(3.2.8-9)(3)冷却管总长度 L 计算：由公式(3.2.4-5)知，冷却管总面积 S=258.75m2。现取无缝钢管894.5，)m(2.97526533.075.258SSL0(3.2.8-10)冷却管占有体积 V管为：)m(06.62.975089.0785.0V32管(3.2

29、.8-11)取冷却管组 n=8。(4)每组管长 L0为：)m(9.12182.975nLL0(3.2.8-12)另需连接管 1.8m，)m(.1120.81.9121.81LL0实(3.2.8-13)可排竖直蛇管的高度设为静液面高度，下部可伸入封底 209mm。设发酵罐内附件占有体积为 0.63m3，则总占有体积为：)m(9.663.606.06VV3附件管(3.2.8-14)筒体液面为：)m(.38585.705.2163.606.06%75230SVVV%75V2截面封附件管总(3.2.8-15)竖直蛇管总高 H管为：)m(.59.21.38H管(3.2.8-16)取管间距为 0.6m。北

30、京理工大学本科生毕业论文 2 又两端弯管总长 l0为：)m(884.16.014.3l0(3.2.8-17)两端弯管总高 1.2m。则一圈管长 L 为：)m(768.222884.15.92LH2L0(3.2.8-18)(5)每组管子圈数 n0为：)(35.5768.229.121LLn00圈(3.2.8-19)取 6 圈。)m(2.97564.211078.818668.722L实(3.2.8-20)现取管间距为：)m(2225.0089.05.2D5.2(3.2.8-21)竖蛇管与罐壁的最小距离为 0.15m8。最内层竖蛇管与罐壁的最小距离为：)m(307.10445.015.052225

31、.0(3.2.8-22)与搅拌器的距离为：)m(2.0993.1307.17.15(3.2.8-23)在允许范围内。(6)校核布置后冷却管的实际传热面积：)m(75.2589.729364.21107845.004.13LdS2实平均实(3.2.8-24)3.2.9 设备材料的选择 为了降低造价，本设备选用碳钢材料，精制时用除铁树脂除去铁离子。北京理工大学本科生毕业论文 2 3.2.10 发酵罐壁厚的计算 根据压力容器安全技术监察规程规定，发酵罐属于一级压力容器，因此，其设计、制造、安装以及使用均须遵照该规定。设计计算须按 GB150-1998钢制压力容器进行。(1)内压圆筒厚度计算：21Ti

32、CCp2pD(3.2.10-1)2 式中 圆筒的设计厚度，mm p设计压力，p=0.4MPa Di圆筒的内直径，Di=5000mm T设计温度下圆筒材料的许应用力，T=124.5MPa8 焊缝系数，=0.98 C1钢板的厚度负偏差，C1=0.8mm8 C2腐蚀裕量，C2=1mm8 将各值代入上式)mm(74.1018.04.09.05.124250004.0CCp 2Dp21Ti(3.2.10-2)查附表 22 可选用 12mm 厚的碳钢钢板。查附表 22 知：公称直径为 5000mm，壁厚为12mm，1m 高筒节钢板质量为 1483kg 2。(2)椭圆形封头厚度计算：p5.02pDTi(3.

33、2.10-3)2 式中 圆筒的设计厚度，mm p设计压力，p=0.4MPa Di圆筒的内直径，Di=5000mm T设计温度下圆筒材料的许应用力，T=124.5MPa 焊缝系数，=0.9 将各值代入上式)mm(93.84.05.09.05.124250004.00.5p-2pDTi(3.2.10-4)北京理工大学本科生毕业论文 2 查附表 22 可选用 10mm 厚的碳钢钢板2。3.2.11 接管设计 (1)接管的长度 h 设计：各接管的长度 h 根据管径大小和有无保温层，进行选择。本罐的输料管可选择不带保温层的，查表 5-2 接管长度可取 h=150mm8。(2)接管直径的确定：接管直径的确

34、定，主要根据流体力学方程式计算。以排料管为例计算管径。本罐实装 172.5m3，设 2h 之内排空，则排料时的物料体积流量 qv为：)s/m(024.0236005.172q3v(3.2.11-1)取发酵醪流速=1(m/s)，则排料管截面积 A物为：)m(24.00124.00qA2v物(3.2.11-2)2d785.0A物(3.2.11-3)则排料管直径 d 为：)m(7.1085.7024.0085.70Ad物(3.2.11-4)查表 12 选取1946 无缝管，d 内=182mm，d平均=188mm8。以通风管为例计算管径，通风量Q1为：)s/m(29.1min)/m(77.625.45

35、0.5172Q331(3.2.11-5)利用气态方程式计算工作状态下的风量Qf为：)s/m(296.0202733027345.01.029.1Q3f(3.2.11-6)如取风速=25(m/s)，则风管截面积 Af为：)m(012.025296.0QA2ff(3.2.11-7)2fd785.0A气 北京理工大学本科生毕业论文 2(3.2.11-8)则气管直径 d气为：)m(12.0785.0012.0d气(3.2.11-9)查表 12 选取1334 无缝管，d 内=125mm，d平均=129mm8。因通风管也是排料管，故取两者的大值。即取1946 无缝管，可满足工艺要求。排料时间复核：物流量

36、Q 为：)h/m(024.0236005.172Q3(3.2.11-10)物料流速=1(m/s)，则管道截面积 A 为：)m(026.0182.0785.0A32(3.2.11-11)在相同的流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比P 为：)(923.01026.0024.0AQPv倍(3.2.11-12)排料时间 t 为：)h(846.1923.02t(3.2.11-13)4 设计结果与讨论 根据第二章的设计理念和方案，以年产 30000 吨味精厂发酵罐为设计对象，通过发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算，对发酵罐进行设计与选型，并绘制出了发酵罐结构图和发酵设备图。现将经过计算和选型后，本

37、论文所得到的各项具体结果列后：本罐选用机械搅拌通风发酵罐，主要计算结果如表4-1 所示。表 4-1 北京理工大学本科生毕业论文 2 公称容积/m3 罐内径/mm 圆柱高/mm 全容积/m3 罐体体重/t 填充系数/%冷却面积/m3 材料 200 5000 10000 230 32.78 75 258.75 碳钢 由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。主要计算结果如表 4-2 所示。表 4-2 搅拌器叶径/m 叶宽/m 弧长/m 底距/m 盘径/m 叶弧长/m 叶距/m 1.7 0.34 0.64 1.67 1.275 0.425 5 本罐选用功率172.

38、5KW 的立式电机，采用三角带传动。具体计算结果如表 4-3 所示。表 4-3 搅拌转速 r/min 搅拌轴功率 不通气条件下的轴功率/kW 通气发酵轴功率/kW 79.78 171.563 158.573 本罐使用单管进风，风管管径1946。挡板的作用是加强搅拌强度，促进液体上下翻动和控制流型，防止产生涡旋而降低混合与溶氧效果。本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。消泡浆方面使用的是圆盘放射式消泡浆。本罐拟采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。冷却方式是竖直蛇管冷却，具体计算结果如表 4-4 所示。表 4-4 进水总管直径/mm 冷却管组数 管径/mm 冷却管总长度/m 每组管长/m

39、 每组管子圈数 Dg2257 8 894.5 975.2 121.9 6 本罐内压圆筒选用 12mm 厚的碳钢钢板，椭圆形封头选用 10mm 厚的碳钢钢板。发酵罐附图如：北京理工大学本科生毕业论文 2 图 4-1 发酵罐结构图 北京理工大学本科生毕业论文 2 图 4-2 发酵罐设备图 在论文设计过程中，特别在选用消泡浆时，本人查阅了较多资料，经过反复对各种消泡浆的性能和成本进行比较，最后选定了合适的消泡浆，希望达到既经济又能达到预期目标的结果。北京理工大学本科生毕业论文 2 传统发酵罐多用梳齿式消泡浆，此桨当泡沫过大时，不但不起作用，反而使电机功率增大甚至过载。本次设计选用圆盘放射式消泡浆，其

40、结构简单、质量轻，大量的气泡被中间圆板阻挡，由于离心力的作用把气泡变成液滴，抛向四周，上部的液滴由放射板抛向罐壁。此消泡浆因为直径减小，轴功率也较低，使用效果较好。用 AutoCAD 绘制发酵设备图可以说在某种程度上是一种尝试，通过自主学习，我掌握了以 AutoCAD 为平台，绘制发酵设备图的基本技能。这一过程既使我学习了新的知识，拓展了知识结构和知识面，又使我针对实际问题主动学习知识的能力得到培养和提高，为我离开校门，走向社会，在工作中不断学习新知识、掌握新技能和提高专业知识能力奠定良好的基础。尽管如此，本论文设计仍有许多不足之处，如搅拌器和电机的选用等方面没什么创新，一方面是因为自身能力有

41、限，另一方面是由于缺乏相关资料。由于本论文设计时间仓促，工作量大，涉及的知识面比较广，加之设计经验有限，设计中不当之处，恳请各位评审老师批评指正。北京理工大学本科生毕业论文 2 参考文献 1郑芸岭：世界味精市场及安全性综述J，发酵科技通讯2006 年第 2 期，第 51页。2于信令：味精工业手册M，中国轻工业出版社 2009 年，第 4、542、543、547、550、621、637、702 页。3高扬：味精溯源J，上海调味品2004 年第 6 期，第 34 页。4王旭、禹邦超：味精发酵生产工艺及其主要设备N，高等函授学报1994 年第 4期，第 45 页。5徐寿昌：有机化学M，高等教育出版社

42、 1999 年，第 450 页。6李凤林、黄聪亮、余蕾：食品添加剂M，化学工业出版社 2009 年，第 152 页。7郑裕国：生物工程设备M，化学工业出版社 2007 年，第 58、61、62、131 页。8吴思方：生物工程工厂设计概论M，中国轻工业出版社 2008 年，第 70、111、112、113、114、115、271、272、281 页。9何铭新、钱可强：机械制图M，高等教育出版社 2003 年，第 1-410 页。9许赣荣：发酵生物技术专业英语M，中国轻工业出版社 2007 年，第 1-159 页。10冯宋明：英汉生物化学词典M，科学出版社 1983 年，第 1-998 页。北京理工大学本科生毕业论文 2 谢 辞 本论文设计是在化工与材料学院基础教研室主任、副教授余申义博士的悉心的指导下，有计划有步骤完成的。余申义老师在繁忙的教学工作中，倾注了大量时间和精力，给予我详细的指导和批阅，以保证本论文的设计能够顺利完成和优势成文，在此向余老师表示最真诚的谢意。此外，论文的发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算等内容还得了到生物工程教研室主任周新明高级工程师的指点，在此一并表示我的真诚谢意。邝颖妍 2010 年 5 月 28 日