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1、化学化工学院生物与制药工程系生物工艺学课程设计题 目： 年产4500吨的味精发酵罐的设计 姓 名： 郝嘉斌 学 号： 2013003174 专 业： 生物工程1301 指导教师： 赵秋勇 20 17 年 1 月 13 日 目 录 目 录2第一章 设计依据、设计原则31.1 概述31.2 设计依据31.3 设计原则3第二章 设计内容42.1生物反应器的类型、材质、反应温度和反应压强的确定42.2 物料衡算及发酵罐的主要设计42.2.1 工艺技术参数42.2.2 物料衡算52.3 发酵罐的设计92.3.1 发酵罐公称容积的确定92.3.2 发酵罐各部主要尺寸计算102.3.3 发酵罐的通气设计11
2、2.4 生物反应器传动形式的设计142.5 热量衡算152.5.1 冷却面积的计算152.5.2 淀粉液化工序的热量衡算162.5.3 液化液糖化过程的热量衡算172.5.4 连续灭菌和发酵工序的热量衡算172.6 搅拌器的类型，由搅拌器转速进行搅拌功率、搅拌轴直径的计算的确定192.6.1 搅拌器类型的确定192.6.2 搅拌轴功率的计算202.7 其它辅助设备的设计与选型212.7.1 糖化工序的用水量212.7.2 连续灭菌及发酵工序的用水量212.7.3 设备结构的辅助工艺设计222.7.4 发酵罐辅助尺寸的计算232.7.5 冷却装置的设计242.7.6 设备材料的选择252.7.7
3、 发酵罐支座选择26参 考 文 献27 第一章 设计依据、设计原则1.1 概述设计味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备；（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。本设计的任务是对一个年产一万吨的味精厂前两个阶段的工艺进行设计，主要是谷氨酸发酵阶段的设计。设计的内容包括：1）确定生物反应器的类型、材质、反应温度和反应压强；2）进行物料衡算，确定反应器的公称容积和反应器各部主要尺寸；3）生物反应器通气和搅拌装置的设计，确定通气量和通气管内径；4）生物反应器传动形式的设计，能防止染菌和微生物污染；5）进行热量衡算，由换
4、热器类型和进出料温度进行换热器传热面积的计算；6）确定搅拌器的类型，由搅拌器转速进行搅拌功率、搅拌轴直径的计算；7）其它辅助设备的设计与选型；1.2 设计依据 1.发酵工厂工艺设计概论 北京 中国轻工业出版社 2008 2.谷氨酸工程设计统一技术规定 北京 轻工业出版社 1999 3.化工工厂初步设计内容深度的规定 北京 轻工业部颁发 2001 4.化工厂公用设施设计手册 北京 化学工业出版社 2005 5.采暖通风及空气调节设计手册 北京 建筑工业出版社 2006 1.3 设计原则1.查阅大量文献，加大科技含量，采用先进、可靠、合理、经济的工艺。2.贯彻符合实际、多向思考、反复求证的思想充分
5、利用现有的资源、条件、设施，努力降低成本，达到符合技术经济的设计标准。3.在符合实际的前提下，积极采用国内新技术、新设备，在节能降耗方面采取有效措施。4.坚持环境保护“三同时”，采取可靠的治理措施，强化洁净工艺技术，做到达标排放 第二章 设计内容 2.1生物反应器的类型、材质、反应温度和反应压强的确定设计生产规模为年产4500吨纯度99%味精发酵罐。使用机械搅拌发酵罐生产。材质选用碳钢。发酵罐设计在太原地区使用，综合当地气温和谷氨酸发酵温度，确定发酵罐的工作温度在32到34。谷氨酸发酵为低压发酵，设计压力为0.4MPa，反应压力0.4Mpa。表1 设计条件表序号项目数值1名称谷氨酸发酵罐2用途
6、99%味精的生产3反应压力（MPa）0.44工作温度（）32到345公称容积（m3）506装量系数0.757工作地点太原市（室外） 2.2 物料衡算及发酵罐的主要设计2.2.1 工艺技术参数（1）生产基础数据：生产规模： 4500吨年 生产规格： 纯度为99的味精生产方法： 以工业淀粉为原料、双酶法糖化、低温浓缩、等电提取生产天数： 300天年倒罐率： 1%发酵周期： 40小时 生产周期： 48小时种子发酵周期： 8小时种子生产周期： 16小时原料淀粉含量： 80发酵醪初糖浓度: 150 kg/m3淀粉糖转化率： 95糖酸转化率： 50 谷氨酸提取收率： 80味精对谷氨酸精制收率：112发酵罐
7、接种量： 2发酵罐填充系数： 75（2）种子培养基：种子培养基(g/L)：水解糖：25，糖蜜：20，玉米浆：10，MgS04：0.4，MnSO4：0.002，FeSO4：0.002，K2HP04：1，尿素：3.5，消泡剂：0.3，泡敌：0.6（3）谷氨酸发酵菌株:谷氨酸发酵菌株:目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。本次选用北京棒杆菌AS1.229及其诱变株D110等菌株。（4）发酵培养基：发酵培养基(g/L)： 水解糖：150，糖蜜：3， MgS04： 0.4，KCl1.2，Na2HP04：0.2，MnSO4：0.002，FeSO
8、4：0.002，尿素：40，消泡剂：4，泡敌：0.62.2.2 物料衡算表2 主要技术指标生产规模4500t/a发酵初糖150%生产方法中糖发酵，一次等电点提取发酵罐接种量2%年生产天数300d/a淀粉糖化转化率95%产品日产量15t/d糖酸转化率50%产品质量纯度99%麸酸谷氨酸含量90%倒灌率1%谷氨酸提取率80%生产周期48h味精对谷氨酸产率112%主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。2.2.2.1 淀粉制糖工艺的物料衡算淀粉浆量及加水量 味精生产过程中，淀粉加水的比例为1：2.5，即1000kg的工业淀粉调浆时的加水量为2500kg，由此制得的淀粉浆量为3500
9、kg.淀粉浆中干物质（淀粉）的浓度 100086%/3500=24.57%液化用酶的量 淀粉液化用酶是-淀粉酶，其用量为淀粉浆的0.017%，即-淀粉酶的用量为： 35000.017%=0.6（kg）一般来说，CaCl2的加入量是淀粉浆量的0.043%，那么CaCl2量 35000.043%=1.5（kg）糖化酶的用量 糖化酶的用量是淀粉浆量的0.043%，即糖化酶量： 35000.043%=1.5（kg）制得的24%糖化液的量为： 100086%1.1198%/24%=3898(kg)24%的糖液的相对密度为1.09，那么糖化液的体积就为： 3898/1.09=3576(l)加珍珠岩量和滤渣
10、量 淀粉需加入珍珠岩进行助滤，加入量为糖化液的0.15%，即： 38980.15%=5.85（kg）而过滤后的滤渣是含水70%的废珍珠岩，滤渣量有： 5.85/(1-70%)=19.5(kg) 生产过程进入的蒸汽和洗水量 3898+19.53500（0.6+1.5+1.5）5.85=408.05(kg)其中淀粉原料每日用量为39000kg，则根据比例可得表3 糖化过程物料表进入糖化过程的物料离开糖化过程的物料项目物料比例（kg）日投料量（kg）项目物料比例（kg）日投料量（kg）工业淀粉100039000糖化液3898151905配料水250097500滤渣19.5760.5液化酶0.623.
11、4CaCl21.558.5糖化酶1.558.5珍珠岩5.85228.15洗水和蒸汽408.05 115913.95累计3917.515278.5累计3917.52.2.2.2 发酵阶段的物料衡算以生产1t纯度为100%的味精需要的原辅料及其他物料为例： (1)发酵液量V1=1000/（15050%80%99%112%）=15.03（mF）其中 150发酵培养基初糖浓度（kg/m3）50%糖酸转化率80%谷氨酸提取率99%除去倒灌率1%后的发酵成功率112%味精对谷氨酸的精制产率(2)发酵液配制需水解糖量以纯糖算，G1=V1150=2254.5（kg）其中 150发酵培养基初糖浓度（kg/m3）
12、(3)种液量V2=2%V1=0.301（m3）其中 2%接种量(4)种子培养液所需水解糖量G2=25V2=7.525（kg）其中 25种液含糖量（kg/m3）(5)生产1t味精需水解糖总量为：G=G1+G2=2254.5+7.525=2262.025（kg）(6)耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉可转化生成111kg葡萄糖，则理论上耗用淀粉量为：G淀粉=2262.025/（80%95%111%）=2681.4（kg）其中 80%淀粉原料含纯淀粉量95%淀粉糖化转化率(7)尿素耗用量种子培养基耗尿素量为 3.5V2=1.05（kg）发酵培养基耗尿素量为 40V1=601.2（kg）则耗尿素总量为602.25kg(8)糖蜜耗用量种子培养基耗用糖蜜量为 20V2=6.02（kg）发酵培养基耗用糖蜜量为 4V1=60.12（kg）则耗用的糖蜜总量为60.14（kg）(9)玉米浆耗量种子培养基玉米浆耗量为 8V2=2.408（k
