机械搅拌通风发酵罐的设计

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1、目录1 设计任务书：12 设计概述与设计方案简介：12.1味精生产工艺概述22.2 味精工厂发酵车间的物料衡算42.21 工艺技术指标及基础数据42.22 谷氨酸发酵车间的物料衡算32.3 机械搅拌通风发酵罐32.31 通用型发酵的几何尺寸比例42.32 罐体42.33 搅拌器和挡板42.34 消泡器42.35 联轴器及轴承52.36 变速装置52.37 空气分布装置52.38 轴封52.4 气升式发酵罐52.5 自吸式发酵罐52.6 高位塔式生物反应器63 工艺及主要设备、辅助设备的设计计算63.1发酵罐63.11发酵罐的选型63.12生产能力、数量和容积的确定63.13 主要尺寸的计算：6

2、3.14冷却面积的计算73.2搅拌器计算73.21搅拌轴功率的计算83.3设备结构的工艺计算93.4 设备材料的选择10113.5发酵罐壁厚的计算113.6接管设计123.7支座选择124设计结果汇总表135 设计评述136 参考资料13致谢141 设计任务书：食品发酵工程课程设计任务书学生姓名班级指导教师题目机械搅拌通风发酵罐的设计设计基本参数 发酵罐体积：50m3生产能力：年产1万吨味精(99%) 原料：淀粉含量86%的工业淀粉 生产日：全年320天发酵时间：34-36h，发酵温度：32C发酵冷却水：入口温度:20C，出口温度:26 Co设计要求及内容1. 设计方案简介：对给定或选定的工艺

3、流程、主要设备的形式进行简要论述。2. 总物料衡算3. 发酵罐的主要尺寸计算4. 搅拌功率及搅拌转速的计算5. 冷却面积及冷却水用量计算6. 发酵罐壁厚计算7. 局部尺寸及辅助设备的确定8. 编写设计说明书：将设计所选定的工艺流程方案、主要步骤及计算结果汇集成工 艺设计说明书。应采用简练、准确的文字图表，实事求是的介绍设计计算过程和结果。设 计说明书要求在6000字以上，A4纸打印。设计说明书内容：(1) 封面(课程设计题目、学生班级、姓名、指导教师、时间)(2) 目录(3) 设计任务书(4) 概述与设计方案简介(5) 工艺及设备设计计算(6) 辅助设备的计算及选型(7) 设计结果汇总表(8)

4、 设计评述(9) 参考资料(10) 主要符号说明(11) 致谢各阶段时间安排(以天为单位计算)1. 设计方案选定：0.5天2. 主要设备的工艺设计计算：2天3. 辅助设备的选型：0.5天4. 编写设计说明书：2天2设计概述与设计方案简介: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。我国1958年开始研究，1965年在上海天厨味精厂投产。

5、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。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。谷氨酸发酵是通气发酵2，该生产工艺和设备具有很强的典型性，本设计对 味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要 设备的

6、有关知识。2.1味精生产工艺概述淀粉消泡剂一 水一 无机盐一 糖蜜一 玉米浆一 纯生物素一葡萄糖配料罐*定容罐二级种子罐定容罐配料罐连消器消泡剂一水一无机盐 糖蜜玉米浆纯生物壹实消维持確消泡刑液氮一二级种培养4发酵罐一高浓度穗液 緞氨谷氨酸发酵工艺流程图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。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、 提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求， 同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生

7、蒸汽，并通过供气管路输送到各个生 产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系 统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位4。2.2 味精工厂发酵车间的物料衡算2.21 工艺技术指标及基础数据(1) 查发酵工厂工艺设计概论味精行业国家企业标准5，选用主要指 标如表1表1 味精发酵工艺技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a10000 (味精)生产方法中糖发酵，一次等电点提取年生产天数d/a320产品日产量t/d31.25产品质量纯度%99倒灌率%1.0发酵周期h3436h发酵初糖Kg/m3150淀粉糖转化率%95糖酸转化率%48麸酸谷氨酸含量%90谷氨酸提取率%80味

8、精对谷氨酸率%1122.22 谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产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V1V 二 1000 十(150X 48% X 80% x 99% x 112%)= 15.66m31式中150发酵培养基初糖浓度(kg/m3)48%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q以纯糖算，G = V x 150 = 2349(kg)11(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

9、% X95%X111%)=2590.2kg式中 86%淀粉原料含纯淀粉量95%淀粉糖转化率2.3 机械搅拌通风发酵罐机械搅拌发酵是目前使用最多的一种发酵罐，使用性好、适应性好、放大容 易，从小型直至大型的微生物培养过程都可以应用。缺点：罐内的机械搅拌剪切 力容易损伤娇嫩的细胞，造成某些细胞培养过程减产。2.31 通用型发酵的几何尺寸比例H/D = 2.5-4公称体积：罐的圆柱体积和底封头体积的和。2.32 罐体要求罐体设计的使用压力达到 0.3MPa 以上。小型发酵罐罐顶和罐身用法兰 连接，上设手孔用于清洗和配料。2.33 搅拌器和挡板搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动，其作用为混

10、合和传 质，它使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡破碎以增大气液 界面，获得所需的溶氧速率，并使细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气 液固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。搅拌叶轮大多采用涡轮式，涡轮式搅拌器的叶片有平叶片、弯叶片、箭叶式 三种。平叶式功率消耗较大，弯叶式较小，箭叶式又次之。涡轮式搅拌器轴向混 合较差，搅拌强度随搅拌轴距离增大而减弱。此外还有其他新型搅拌器：Scaba 搅拌器其叶片的特殊形状消除了叶片后面的气穴，从而使通气功率下降较小，因 此可将电机的设计功率几乎全部用于气-液分散及传质。Prochem轴向流搅拌器， 其通气功率下降较小。Light

11、nin公司的A315轴向流桨，比较适合高粘度非牛顿 物系。Intermig搅拌器有较低功率准数，通气功率值较小，在黄原胶发酵中有 较好的混合性能，但存在不稳定性问题。挡板：防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍流和溶氧传质。挡板的高度自 罐底起至设计的液面高度止。全挡板条件：在搅拌发酵罐中增加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加， 而旋涡基本消失。2.34 消泡器（1）罐内机械消泡，耙式消泡桨（2）旋转圆板式消泡装置：设在发酵罐内的气相中，与发酵液的液面保持 平行。圆板旋转的同时将槽内发酵液注入圆板的中央，通过离心力将破碎成微小 泡沫散向槽壁，达到消泡的目的。（3）液体吹入式机械消泡：把空气及空气与

12、发酵液吹入发酵罐中形成的泡 沫层来进行消泡（4）气体吹入管内吸引消泡：将发酵内形成气泡群吸引到气体吸入管，利 用气体流速进行消泡。该装置中在靠近吸入口附近的气体吸入管内形成增速用的 喷头，而吸入管用来连接液面上部与增速喷头的负压部位。（5）冲击反射板机械消泡：把气体吹入液面上部，通过在液面上部设置的 冲击反射，吹回到液面，而将液面上产生的泡沫击碎的方法。（6）超声波消泡：将空气在1.5 3.0Mpa下，以1 2m/s的速度由喷嘴喷入 共振室而起消泡的作用。该法目前仅适用于小型发酵过程的消泡，而不适合于大 规模工业发酵的消泡。（7）碟片式消泡器的机械消泡：使用时将消泡器安装于发酵的罐顶，使碟 片

13、位于罐顶的空间内，用固定法与排气口相连接，当高速旋转时进入碟片间的空 气中的气泡被打碎同时甩出液滴，返回发酵罐中，而被分离后的气体由空心轴径排气口排出。（8）罐外机械消泡（9）喷雾消泡：利用冲击力、压缩力及剪断力来进行消泡的方法，它将水 及发酵液等通过适当的喷雾器喷出来达到消泡的目的。（10）离心力消泡：将泡沫注入用网眼及筛目较大的筛子做成的筐中，通过 旋转产生的离心力将泡沫分散，从而达到消泡的目的。（11）旋风分离器消泡：发酵罐内产生的泡沫通过旋风分离器上部进入脱泡 器下方引入的气体逆向接触使其破碎。特点：泡沫通过旋风分离器等破碎后，再 将带微小泡沫的液体导入装有充填物的脱泡器中，以增大液体

14、表面积，然后从脱 泡器下方吹入气体，使其与流下的液体逆向接触进行彻底的脱泡。（12）转向板消泡：泡沫以30 90m/s的速度由喷头喷向转向板使泡沫破碎，分离液用泵送回发酵内，而气体则排出消泡器外。2.35 联轴器及轴承搅拌轴较长时，常分为二至三段，用联轴器连接。2.36 变速装置试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或 螺旋圆锥齿轮减速装置。2.37 空气分布装置有单管、环形管及采用气、液流射混合搅拌装置。单管式喷孔的总截面积等 于空气分布管截面积。气、液流射混合搅拌装置由环形布气管和多个切向布置的气、液射流器组成。 该装置使气、液两相混合物产生与机械搅拌器旋转方向一

15、致的径向全循环的喷射 旋流运动，其气泡直径随着通气量的增大或喷嘴推动力的增加而减小，乳化程度 加剧，气、液两相接触面积增加，容量传质系数提高。2.38 轴封作用：防止泄漏和染菌。端面轴封的作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管）的 压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到 密封。端面轴封的优点：清洁，密封可靠，使用时间长；无死角；摩擦功率耗损小； 轴或套不受磨损；对轴的震动敏感性小。测量系统：传感器系统，用以测量pH、溶氧等，传感器要求能承受灭菌温 度及保持长时间稳定。附属系统：包括视镜、挡板等以观察发酵液的情况或强化发酵液体的混合。2.4 气升式发酵罐在环流管底置有空气喷嘴，空