三万吨味精发酵工厂设计包括物料衡算热量衡算和设备选型.docx
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三万吨味精发酵工厂设计包括物料衡算热量衡算和设备选型
年产3万吨谷氨酸发酵罐的设计
目录前言万吨谷氨酸的发酵罐年产3第一章
生产规模及计算2.1
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
;夹套0.25MPa2.7设计压力罐内0.4MPa
谷氨酸生产工艺流程第二章3.1谷氨酸发酵工艺技术参数
谷氨酸生产原料及处理3.2
谷氨酸生产工艺流程图3.3
工艺计算第三章
主要工艺技术参数4.1
总物料衡算4.2
发酵罐选型及工艺计算第四章
发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算5.1
发酵罐体加热用蒸汽量5.1.1
填充发酵罐空间所需蒸汽量5.1.2
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
发酵罐的选型5.2.1
生产能力,数量和容积的确定5.2.2
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竖直蛇管冷却装置设计5.2.8设备材料的选择5.2.9发酵罐厚壁计算5.2.105.2.11接管设计发酵罐设计图第六章
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:
3发酵罐25个需要200m
2.2通用发酵罐的系列尺寸
表--通用发酵罐的系列尺寸
圆柱部分容封头容积罐体总高封头高罐内径公称容积圆柱高积
52L320mm50L850mm640mm105mm6.3L
100L1050mm400mm100L11.5L800mm125mm
197L1300mm500mm150mm200L1000mm21.3L
540L200mm700mm1800mm54.5L500L1400mm
333900mm1.14m1.0m1800mm2300mm0.112m250mm
3335.3m3800mm1500mm0.487m5.0m3000mm400mm
3339.15m4550mm0.826m1800mm3600mm10m475mm
3331.76m5830mm19.1m2300mm4600mm20m615mm
33346.8m4.2m7830mm6200mm3100mm815mm50m
333100m9.02m10080mm
1040mm
8000mm
4000mm
100m
333197m16.4m1300mm10000mm200m5000mm12600mm不计上封搅拌轴直冷却方搅拌桨直全容搅拌转电动机功的容0.4kW58.3L470r/min64.6L112mm25mm夹400r/min夹112L25mm123L0.4kW135mm
夹25mm360r/min218L0.6kW239L168mm
夹35mm245mm595L1.1kW265r/min649L
315mm1.5kW1.25220r/min夹35mm1.36
5.79160r/min525mm5.5kW50mm6.27夹65mm夹630mm10.89.98145r/min13kW
80mm20.86125r/min22.623kW770mm列110mm110r/min55.255kW51列1050mm
118109列1350mm1700mm
230213列
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
由任务书确定0.4MPa工作压力
由任务书确定0.4MPa设计压力根据任务书选取33℃发酵温度(工作温度)℃150设计温度由工艺条件确定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3?
m/?
1080Kg
由工艺条件确定发酵液黏度?
32?
m/s?
N10?
0.2?
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,内壁光滑,耐腐性好,以利于灭菌彻底①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=1.7-4.0
②搅拌器:
六弯叶涡轮搅拌器,D:
d:
L:
B=20:
15:
5:
4ii③搅拌器直径:
D=D/3
i④搅拌器间距:
S=(0.95-1.05)D
⑤最下一组搅拌器与罐底的距离:
C=(0.8-1.0)D
⑥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0.65-0.8
31080kg/m②发酵液物性参数:
密度210-3N.s/m2.0×粘度导热系数0.621W/m.℃
比热4.174kJ/kg.℃
3×104kJ/h.m③高峰期发酵热3-3.5-6molO10/ml.min.atm④溶氧系数:
种子罐5-7×2-6molO/ml.min.atm
6-9×10发酵罐2⑤标准空气通风量:
种子罐0.4-0.6vvm
发酵罐0.2-0.4vvm
2.6冷却水及冷却装置
冷却水:
地下水18-20℃
℃23-26冷却水出口温度:
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0.25MPa
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3通风发酵罐的几何尺寸进行计25M和其它的一些附件组成。
这次设计就是要对算;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
表--主要工艺技术参数
指标序参数名称生产工序号淀粉质原料糖蜜原料
≥制糖(双酶法)981淀粉糖化转化率%
≥≥8.028.0产酸率g/dl发酵
≥5055≥3发酵%糖酸转化率≥≥谷氨酸提取86
80
4
提取收率%
3.2谷氨酸生产原料及处理
表--原料及动力单耗表
单耗(t/t)
物料名称规格序号淀粉原料大米原料糖蜜原料
1玉米淀粉含淀粉86%2.12
大米含淀粉70%23.0
3.97糖蜜含糖350%
0.45硫酸98%40.450.45
0.35液氨50.3599%0.35
0.34纯碱60.3498%0.34
0.107活性炭0.030.02
3098309309水2000Kwh/t2000Kwh/t电2000Kwh/t9
11.4
11.4
蒸汽10
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。
糖蜜的预处理)一(
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
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