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长江师范学院
年产2万吨谷氨酸厂 发酵罐设计说明书
设计人:龙丹
学号: 200909021120 班级:2009级生物工程1班 设计时间:2018.12.5~12.25 指导老师:陈今朝 成绩:
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目录
1 前言................................................................................................1 2 设计理念与方案............................................................................3 3 任务书设计主体............................................................................4 3.1谷氨酸生产工艺流程、工艺技术指标及基础数据..................4 3.1.1谷氨酸发酵工艺流程示意图...................................................4 3.1.2工艺技术指标及基础数据.......................................................5 3.1.3谷氨酸发酵车间的物料衡算..................................................5 3.1.4 20000 t/a谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表.......................7 3．2 发酵罐的设计与选型.............................................................8 3．2．1发酵罐的选型....................................................................8 3．2.2 发酵罐的生产能力、容积及个数的确定..........................8 3．2.3 主要尺寸的计算 ............................................................ ...8 3.2.4冷却面积的确定......................................................................9 3.2.5搅拌器设计............................................................................10 3.2.6搅拌轴功率的确定................................................................11 3.2.7设备结构的工艺设计............................................................12 3.2.8竖直蛇管冷却装置设计........................................................12 3.2.9设备材料的选择.....................................................................15 3.2.10发酵罐壁厚的计算..............................................................15 3.2.11接管设计..............................................................................16 4 设计结果与讨论........................................................................18
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1 前 言
味精，又名为谷氨酸钠，是烹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%，2018年已达到2100000t[1]。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100000t[2]。
1909年味精作为商品问世以来已有102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，制造味精是后续加工完成的。
谷氨酸学名是α-氨基戊二酸，结构式为HOOC-CH2-CH2-CH(NH2>-COOH[5]。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。
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200~400m3[2]，有关通用式发酵罐的系列尺寸如表1-1所示。
表1-1 通用发酵罐的系列尺寸
公称容积 50L 100L 200L 500L 1.0m 5.0m3 10m3 20m3 3[6]
罐内径 320mm 400mm 500mm 700mm 900mm 1500mm 1800mm 2300mm 圆柱高 640mm 800mm 1000mm 1400mm 1800mm 3000mm 3600mm 4600mm 封头高 105mm 125mm 150mm 200mm 250mm 400mm 475mm 615mm 罐体总高 850mm 封头容积 6.3L 圆柱部分容积 52L 100L 197L 540L 1.14m3 5.3m3 9.15m3 19.1m3 1050mm 11.5L 1300mm 21.3L 1800mm 54.5L 2300mm 3800mm 4550mm 0.112m 0.487m 0.826m 5830mm 1.76m3 / 20
3 46.8m3 100m3 197m3 50m3 100m 200m 不计上封头的容积 58.3L 112L 218L 595L 1.25m3 5.79m3 9.98m3 20.86m3 51m3 109m3 213m3
333100mm 4000mm 5000mm 6200mm 8000mm 10000mm 搅拌桨直径 112mm 135mm 168mm 245mm 315mm 525mm 630mm 770mm 1050mm 1350mm 1700mm 815mm 1040mm 1300mm 7830mm 4.2m3 10080mm 12600mm 电动机功率 0.4kW 0.4kW 0.6kW 1.1kW 1.5kW 5.5kW 13kW 23kW 55kW Δ Δ 9.02m3 16.4m3搅拌轴直径 25mm 25mm 25mm 35mm 35mm 50mm 65mm 80mm 110mm Δ Δ 夹套 夹套 夹套 夹套 夹套 夹套 夹套 列管 列管 列管 列管 冷却方式 全容积 64.6L 123L 239L 649L 1.36m3 6.27m3 10.8m3 22.6m3 55.2m3 118m3 230m3 搅拌转数 470r/min 400r/min 360r/min 265r/min 220r/min 160r/min 145r/min 125r/min 110r/min Δ Δ 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。
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2 设计理念与方案
本任务书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2万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，作为任务书的主要设计目标
根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：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。
发酵罐的设计与选型，除了计算发酵罐罐体的尺寸、各部结构、搅拌功率、壁厚和容积等，还应该绘出发酵罐结构图和发酵设备图。
根据以上思路，初步考虑任务书进行过程可以分为三个阶段：
第一阶段：查阅资料确定谷氨酸的生产工艺流程并初步考虑发酵罐及相关设备轮廓。
第二阶段：任务书进入实行阶段，包括物料衡算、发酵罐选型计算以及绘图等。
第三阶段：完善任务书和数据阶段。
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