食品发酵工程课程设计机械搅拌通风发酵罐的设计姓名：王艳丽班级：食品101学号：2010035120指导教师：冮洁2013年6月27日目录1 设计任务书02 设计概述与设计方案简介02.1 谷氨酸生产工艺流程简介02.2.2 谷氨酸生产原料及处理12.2.3 谷氨酸生产工艺流程图12.2 设计概述与设计方案简介错误！未定义书签。

3工艺及设备设计计算23.1 生产能力计算23.2总物料衡算23.3发酵罐的主要尺寸计算23.3.1 发酵罐的选型23.3.2 生产容积的确定33.3.3 发酵罐的高度和直径33.3.4 冷却面积及冷却水用量的计算33.3.5 搅拌器的计算53.3.6发酵罐壁厚的计算63.4 管道设计73.4.1 接管的设计73.4.2 蛇管的计算43.5 辅助设备的确定错误！未定义书签。

3.5.1 消泡桨错误！未定义书签。

3.5.2 传动机构错误！未定义书签。

3.5.3联轴器及中间轴承错误！未定义书签。

3.5.4 机械密封错误！未定义书签。

4.设计结果汇总表85.设计评述86.参考资料97.主要符号说明98.致谢101 设计任务书2 设计概述与设计方案简介2.1 谷氨酸生产工艺流程简介2.1.1 谷氨酸发酵工艺技术参数表表2-1 主要工艺技术参数生产工序参数名称指标淀粉质原料糖蜜原料1 制糖（双酶法）淀粉糖化转化率% ≥982 发酵产酸率g/dl ≥8.0 ≥8.03 发酵糖酸转化率% ≥50 ≥554 谷氨酸提取提取收率% ≥86 ≥80 2.2.2 谷氨酸生产原料及处理表2-2 原料及动力单耗表序号物料名称规格单耗(t/t)淀粉原料大M原料糖蜜原料1 玉M淀粉含淀粉86% 2.122 大M 含淀粉70% 3.03 糖蜜含糖50% 3.974 硫酸98% 0.45 0.45 0.455 液氨99% 0.35 0.35 0.356 纯碱98% 0.34 0.34 0.347 活性炭0.03 0.02 0.108 水309 309 3099 电2000Kwh/t 2000Kwh/t 2000Kwh/t10 蒸汽11.4 11.4 11.4谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃(液体石蜡)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。

2.2.3 谷氨酸生产工艺流程图淀粉↓消泡剂—葡萄糖水—↓—水氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。

无机盐—→配料罐→定容罐定容罐←配料罐←←—无机盐糖蜜—↓↓—糖蜜玉M浆—二级种子罐连消器—玉M浆谚辞調担鈧谄动禪泻類。

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 发酵罐←—高浓度糖液↑—液氨无菌空气图2-1 谷氨酸发酵工艺流程图3工艺及设备设计计算3.1 生产能力计算年产味精2万吨（99%味精占80%，80%的味精占20%，折算为100% MSG ： 19040t/a 80%20%2000099%%8020000=⨯⨯+⨯⨯日产商品MSG ：d t /5.6232020000=（其中99%的MSG 50t ，80%的MSG 12.5t)。

日产100%MSG ：d t /5.5932019040=3.2总物料衡算生产1000kg 纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。

（1）发酵液量V 1()3166.15%112%98%80%481501000m V =⨯⨯⨯⨯÷=式中 150——发酵培养基初糖浓度（kg/m 3） 48%——糖酸转化率 80%——谷氨酸提取率 98%——淀粉糖转化率112%——味精对谷氨酸的精制产率 发酵液配制需水解糖量G 1以纯糖算)(234915011kg V G =⨯=（3）耗用淀粉原料量理论上，100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为111kg ，故理论上耗用的淀粉量G 为：G=2349/(86%×95%×111%)=2590.2kg 式中 86%——淀粉原料含纯淀粉量 95%——淀粉糖转化率 3.3发酵罐的主要尺寸计算 3.3.1 发酵罐的选型 选用机械搅拌通风发酵罐。

3.3.2 生产容积的确定发酵罐容积的确定：选用公称容积为100m 3的发酵罐。

生产能力的计算：取发酵罐的填充系数ϕ=70%。

发酵罐个数的确定：公称体积为100m 3 的发酵罐，总体积为118 (m 3)每天需糖液体积 V 糖=15.66×59.5=931.77(m 3)每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V 0 （发酵周期为34h ）。

V 0 = V 糖/φ=931.77/0.7= 1331.1(m 3) 发酵罐个数N 1= V 糖 t/（V 总φ24）=931.77×36/(118×0.7×24)=16.9（个）取公称体积100 m 3发酵罐17个。

每天的装罐量： 17/36×24=11.3 m 3实际产量验算：118×0.7×11.3/(15.66×80%×99%+15.66×80%×20%)×320=20035t/a富裕量:（20035-20000）/20000=0.2% ，能满足产量要求。

3.3.3 发酵罐的高度和直径D 为发酵罐公称直径，H 是发酵罐圆筒高，取高径比 H ：D=2：1 设发酵罐的圆筒体积为筒V ，封底体积为底V0V =筒V +底V 0V =322424D H D ππ+即333m 11824214.32414.3=⨯+⨯D D ， D=4.009m 取D=4m ， H=2D=8m ； 查表得封头高：H 封 =h 1+h 2 =1050mm 验算全容积V 0‘：‘0V =筒V +底V = 0333m 44.11824214.32414.3V D D ≈=⨯+⨯符合设计要求，方案可行。

3.3.4 冷却面积及冷却水用量的计算 （1）冷却面积的计算发酵罐采用竖式列管换热器，取经验值K=4.18×500kj/(⋅⋅h m 2℃)，根据部分谷氨酸厂的实测和经验数，谷氨酸放得发酵热高峰值约3.3×104kJ/(m 3·h)。

换热面积mt K QS ∆=式中 S ——冷却面积，m 2Q ——换热量，kJ/h ∆t m ——平均温度差K ——总传热系数，kJ/(m 2·h ·℃)平均温差C t t t t t m ︒==-=∆∆∆-∆=∆7.8656.8612ln 612ln2121 1t ∆——入口端温差，1t ∆=32-20=12℃；2t ∆——出口端温差，2t ∆=32-26=6℃。

100m 3灌装液量为36.82%70118m =⨯换热量h Kj Q /1073.26.82103.364⨯=⨯⨯=换热面积 26m 14.1507.850018.41073.2=⨯⨯⨯=∆=m t K Q S（2）冷却水用量 最高负荷下耗水量()12t t c Q W P -=总式中 Q 总——每1m 3醪液在发酵最旺盛1h 的发热量与醪液总体积的乘积 c p ——冷却水的比热容，4.18kJ/（kg ·K ） t 2——冷却水终温，t 2=26℃ t 1——冷却水初温，t 1=20℃代入数据，得 s kg h kg t t c Q W p /2.30/1009.1)2026(18.41073.2)(5612=⨯=-⨯⨯=-⨯=（3）蛇管的计算(1)冷却管总截面积S 总vW S =总 式中 W ——冷却水体积流量，W=3.02×10-2m 3/s V ——冷却水流速，v=1m/s代入数据，得 S 总=0.0302/1=0.0302m2进水总管直径d 总2=S 总/0.785，代入数据，得d 总=0.196m （2）冷却管组数和管径设冷却管总表面积为S 总，管径d 0，组数为n ，则取n=12，求管径。

由上式得： d 02= S 总/0.785n d 0=0.049m查金属材料表选取φ57×3.5mm 无缝管，d 内=50mm g=4.62kg/m ，d 内＞d 0 ，认为可满足要求，d 平均=54mm 现取竖蛇管圈端部U 型弯管曲径为250mm ，则两直管距离为500mm ，两端弯管总长度为l 0：()mm D l 157050014.30=⨯==π（3）冷却管总长度L 计算由前知冷却管总面积21.150m S =，现取无缝钢管φ57×3.5mm ，每M 长冷却面积为()2017.01054.014.3m S =⨯⨯=m S S L 88317.01.1500===冷却管占有体积：322.2883057.0785.0m V =⨯⨯=（4）每组管长L 0和管组高度m n L L 4.73128830===，另需连接管8m ： m 89188838=+=+=L L 实可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250mm 。

设发酵罐内附件占有体积为0.5m 3，则：总占有体积为V 总 =V 液+V 管+V 附件=77.6+1.6+0.5=80 m3筒体部分液深为 h ’=(V 总–V 封)/S=(44.36-4)/(0.785×33)=5.7m 竖式蛇管总高 H 管=5.7+0.25=6.0m又两端弯管总长mm l 15700=，两端弯管总高为500 mm ，则直管部分高度 h= H 管-500=6000-500=5500 mm一圈管长l=2h+l 0=2×5500+1570=12570 mm (5)每组管子圈数n 0n 0= L 0/l =73.4/12.6=6圈现取管间距为()m D 14.0057.05.25.2=⨯=外，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m ，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm ）。

(6)校核布置后冷却管的实际传热面积：227.151891054.014.3m L d S =⨯⨯=⨯=实平均实π而前有S=151.14m 2，S S >实，可满足要求。

3.3.5 搅拌器的计算（1）搅拌器尺寸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。

主要尺寸如下：搅拌器叶径 d i =D 0/3=4/3=1.33m ，取d=1.3 m 叶宽 B=0.2d=0.2×1.3=0.26m弧长l=0.375d=0.375×1.3=0.49m 底距C=d i =1.3m盘踞di=0.75×di=0.75×1.3=0.98m 叶弦长L=0.25×d i =0.25×1.3=0.33m弯叶板厚δ=12（mm ）取两挡搅拌，搅拌直径1.05m ，转速N 1=95r/min 。