年产3万吨谷氨酸发酵罐的设计目录前言第一章年产3万吨谷氨酸的发酵罐2.1 生产规模及计算2.2通用发酵罐的系列尺寸2.3发酵罐主要设计条件2.4 发酵罐的型式2.5发酵罐的用途2.6冷却水及冷却装置2.7设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa第二章谷氨酸生产工艺流程3.1谷氨酸发酵工艺技术参数3.2谷氨酸生产原料及处理3.3谷氨酸生产工艺流程图第三章工艺计算4.1主要工艺技术参数4.2总物料衡算第四章发酵罐选型及工艺计算5.1 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算5.1.1发酵罐体加热用蒸汽量5.1.2 填充发酵罐空间所需蒸汽量5.1.3 灭菌过程的热损失5.1.4 灌壁附着洗涤水升温所需蒸汽量5.2发酵罐的设计与选型5.2.1发酵罐的选型5.2.2生产能力，数量和容积的确定5.2.3主要尺寸的计算5.2.4冷却面积的确定5.2.5 搅拌器的设计5.2.6搅拌器功率的确定5.2.7设备结构的工艺设计5.2.8竖直蛇管冷却装置设计5.2.9设备材料的选择5.2.10发酵罐厚壁计算5.2.11接管设计第六章发酵罐设计图第一章前言谷氨酸是一种氨基酸, 其用途非常广泛,可用于食品、医学、化妆品等。
谷氨酸生产，始于1910年日本的味之素公司用水解法生产谷氨酸。
1956年日本协和发酵公司分离得到谷氨酸棒杆菌，使发酵法生产谷氨酸成为可能，由于发酵法生产氨基酸具有生产能力大、成本低、设备利用率高等特点，使氨基酸工业得到突飞猛进的发展[1]。
我国1958年开始研究，1965年在上海天厨味精厂投产。
目前我国谷氨酸的年产量已达170万吨，产销量占世界第一位[2]。
经过几十年的发展，在该行业诸多工程人员的努力研究下，使我国谷氨酸生产四大收率指标（糖化收率、发酵糖酸转化率和产酸率、提取收率、精制收率）均达到历史最好水平。
其质量已达国际领先水平。
但是，在谷氨酸生产中仍然存在原料利用率低，生产成本高，自动化控制水平低，环境污染日趋严重等问题。
因此，目前对谷氨酸行业的研究方向主要集中在提高自动化生产程度，改进生产工艺，处理三废，解决环境污染等方面。
第二章年产3万吨谷氨酸的发酵罐2.1生产规模及计算2.1.1生产规模：年产3万吨谷氨酸2.1.2生产规格：纯谷氨酸2.1.3生产制度：全年生产日320天；2~3班作业，连续生产。
2.1.4生产能力日产量：30000t÷320d=93.75t／d发酵周期：48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)发酵罐个数：需要200 m3发酵罐25个2.2 通用发酵罐的系列尺寸表--通用发酵罐的系列尺寸2.3发酵罐主要设计条件表-发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵产品谷氨酸工作压力0.4MPa 由任务书确定设计压力0.4MPa 由任务书确定33℃根据任务书选取发酵温度（工作温度）设计温度150℃由工艺条件确定冷却方式列管冷却由工艺条件确定发酵液密度3ρ由工艺条件确定=1080mKg/发酵液黏度23/μ由工艺条件确定⨯=-sN•100.2m根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：①结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，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；②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；③在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；④有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度；⑤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2.4 发酵罐的型式机械搅拌通风发酵罐①高径比：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板2.5发酵罐的用途用于谷氨酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：①装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm2.6冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
2.7设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa发酵罐主要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。
这次设计就是要对25M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计第三章谷氨酸生产工艺流程3.1谷氨酸发酵工艺技术参数3.2谷氨酸生产原料及处理表--原料及动力单耗表等。
国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。
(一)糖蜜的预处理谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。
因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。
故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种。
(1)活性炭处理法用活性炭可以吸附掉生物素。
但此法活性炭用量大，多达糖蜜的30%～40%，成本高。
在活性炭吸附前先加次氯酸钠或通氯气处理糖蜜，可减少活性炭的用量。
(2)水解活性炭处理法国内曾有人进行过用盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处理的方法去除生物素的实验，并应用于生产。
(3)树脂处理法甜菜糖蜜可用非离子化脱色树脂除去生物素，这样可以大大提高谷氨酸对糖的转化率。
处理时先用水和盐酸稀释糖蜜，使其浓度达到10％，pH达2.5，然后在120℃下加压灭菌20min，再用氢氧化钠调pH至4.0，通过脱色树脂交换柱后，将所得溶液调pH 至7.0，用以配制培养基。
(二)淀粉的糖化绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。
可用来制成淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。
淀粉水解的方法有三种：1．酸解法用酸解法生产水解糖，其工艺流程如下：原料(淀粉、水、盐酸)调浆→糖化→冷却→中和脱色→过滤除杂→糖液(1)调浆原料淀粉加水调成10—11°Be´的淀粉乳，用盐酸调pHl.5左右，盐酸用量(以纯盐酸计)约为干淀粉的0.5％～0.8％。
(2)糖化首先要在水解锅内加部分水，加水后将水解锅预热至100～105℃,(蒸汽压力为0．1～0．2MPa)随后用泵将淀粉乳送至水解锅内迅速升温，在表压为0.25～0.4MPa之间保压，一般水解时间控制在10～20min，即可将淀粉转化成还原糖。
(3)冷却中和温度过高易形成焦糖，脱色效果差；温度低，糖液黏度大，过滤困难。
因此，生产上一般将糖化液冷却到80℃以下。
(4)中和淀粉水解完毕，酸解液pH仅为1．5左右，需用碱中和后才能用于发酵。
中和的终点pH一般控制在4.5～5.0左右，以便使蛋白质等胶体物质沉淀析出。
(5)脱色酸解液中尚存在着一些色素和杂质需通过脱色除去。
脱色可采用活性炭吸附，活性炭是经过特殊处理的木炭，为黑色无定形粉末，不溶于任何溶剂，质松多孔，表面积很大，具有很大的吸附能力。
它将具有脱色与助滤两方面作用。
(6)过滤除杂经中和脱色的糖化液要充分沉淀1～2h，待液温降到45～50℃，用泵打人过滤器除杂质，过滤后的糖液送贮糖桶贮存，到此为止，淀粉糖化过程全部结束，制成的糖化液供发酵使用。
2．酶解法先用α-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。
谷氨酸菌能够在菌体外大量积累谷氨酸，是由于菌体的代谢调节处于异常状态，只有具有特异性生理特征的菌体才能大量积累谷氨酸。
这样的菌体对环境条件是敏感的。
也就是说，谷氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上的，是受多种发酵条件支配的。
因此，控制最适的环境条件是提高发酵产率的重要条件。
在谷氨酸发酵中，应根据菌种特性，控制好生物素、磷、NH4+、pH、氧传递率、排气中二氧化碳和氧含量、氧化还原电位以及温度等，从而控制好菌体增殖与产物形成、能量代谢与产物合成、副产物与主产物的合成关系，使产物最大限度地利用糖合成主产物。
为了实现发酵过程工艺条件最佳化，可采用电子计算机进行资料收集、数据解析、程序控制。
收集准确的数据，如搅拌转速液量、冷却水人口温度和流量、通风量、发酵温度、pH、溶解氧、氧化还原电位等，还可准确地取样。
控制操作者要求进行检测和及时处理比增殖速度、比产物形成速度、比营养吸收速度、氧的消耗速度等数据，使操作条件最佳化3.3谷氨酸生产工艺流程图淀粉↓↓消泡剂——消泡剂水——水无机盐—→配料罐→定容罐定容罐←配料罐←←—无机盐糖蜜—↓↓—糖蜜玉米浆—二级种子罐连消器—玉米浆纯生物素—↓↓—纯生物素实消维持罐↓↓斜面→一级种子降温换热器↓↓—消泡剂液氮→二级种培养—高浓度糖液↑—液氨谷氨酸发酵工艺流程图第四章工艺计算4.1主要工艺技术参数表--主要工艺技术参数4.2总物料衡算（1）1000kg纯淀粉理论上产100%Glu量：1000×1.11×81.7%=906.84（kg）（2）1000kg纯淀粉实际产100%Glu：1000×1.11×98%×50%×86%×92%=430.35（kg）（3）1000kg工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）产100%Glu量：430.35×86%=370.1（kg ） （4） 淀粉单耗① 1t 100%Glu 消耗纯淀粉量：1000/430.35=2.323(t)② 1t 100%Glu 实际消耗工业淀粉量：1000/370.1=2.702(t) ③ 1t 100%Glu 理论上消耗纯淀粉量：1000/906.84=1.103（t ） ④ 1t 100%Glu 理论上消耗工业淀粉量：1.103/86%=1.282（t ） （5） 总收率：可以按以下两种方法计算。