發(fā)酵罐課程設(shè)計(jì)--機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)

1、<p>　　食品發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　題 目： 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 人： ×× </p><p>　　學(xué) 院： ××××

2、;×× </p><p>　　班 級： ×××× </p><p>　　指導(dǎo)教師： ×× </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：

3、 ××年×月×日~ ×月×日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　食品發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　第一章 味精生產(chǎn)工藝</p><p>　　1.1味精生產(chǎn)工藝概述</p>

4、<p>　　味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個(gè)工藝階段:(1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備;(2)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵;(3)谷氨酸的提取;(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。</p><p>　　與這四個(gè)工藝階段相對應(yīng)味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時(shí)還設(shè)置了動(dòng)力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)

5、需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位［4］。</p><p>　　谷氨酸的鈉鹽（C5H8NO4Na）就是味精的主要成分，不要一看它的名字這么長，就覺得頭疼。其實(shí)很簡單，谷氨酸是一種氨基酸，而鈉是一種鹽，味精其實(shí)就一種氨基酸和鈉鹽的結(jié)合體。說得更簡單一些，如果熬湯的時(shí)候，您熬的不是青菜豆腐湯，而是一鍋雞湯的話，您可能會(huì)有這種經(jīng)驗(yàn)——往雞湯中加

6、一些鹽，味道會(huì)更加鮮美。這是因?yàn)殡u肉當(dāng)中富含谷氨酸這種氨基酸，您又放了一些氯化鈉鹽進(jìn)去，便在不知不覺當(dāng)中就制造了谷氨酸鈉，也就是味精。 在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間里，味精對健康有益還是有害，一直是人們爭論的焦點(diǎn)。食用味精在正常范圍內(nèi)不會(huì)對健康有任何損害， 但食用過多會(huì)使部分人，尤其是西方人，出現(xiàn)中毒癥狀。所以要適量使用，一般以每人每天不超過20克為宜。 味精的出現(xiàn)至今已有100多年的歷史了。1861年，德國的一位教授從小麥的面筋當(dāng)中，第

7、一次提取出味精的組成成分谷氨酸。后來到了1908年，日本的池田菊苗又從海帶煮出的汁當(dāng)中，分解出味精，作為人工調(diào)料第一次投放市場。目前，國外均是以糖、蜜作為原料來生產(chǎn)味精，而在我國呢，用的是玉米或者大米這樣的糧食作物來生產(chǎn)味精。 味精對人體是無害的，而且富含營養(yǎng)，那么，它到底</p><p>　　我們都知道蔬菜當(dāng)中富含多種維生素，非常有營養(yǎng)，但是還有很多人只喜歡吃肉，不喜歡吃菜，甚至有人沒有肉連飯都吃不下

8、去，時(shí)間長了就會(huì)造成厭食和偏食。為什么呢？這是因?yàn)槿庵懈缓劝彼幔兜垒^重，而蔬菜就比較素淡，所以，肉吃多了，誰愿意再去吃淡而無味的蔬菜呢。因此，我們在炒菜的時(shí)候，稍微放一些味精，就可以使蔬菜的味道更好，使人們更愿意吃它，從而抑制厭食癥與偏食癥的發(fā)生。中國的藥膳學(xué)認(rèn)為，味精可以增進(jìn)食欲，改善體質(zhì)，也是這個(gè)道理。</p><p>　　1.2 味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程</p><p>　　圖

9、1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖</p><p>　　第二章 發(fā)酵罐設(shè)備設(shè)計(jì)與選型</p><p>　　2.1 發(fā)酵罐的選型</p><p>　　選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐</p><p>　　2.2 發(fā)酵罐生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 </p><p>　　2.2.1 發(fā)酵罐容積的確定</p><p>

10、;<b>　　選用50m3罐 </b></p><p>　　2.2.2 生產(chǎn)能力的計(jì)算</p><p>　　現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精31.25t，谷氨酸的發(fā)酵周期為36h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間)。則每天需糖液體積為V糖 。每天產(chǎn)純度為99%的味精31.25t，每噸100%的味精需糖液15.66m3</p><p>　

11、　V糖 = 15.66×31.25×99%=484.48 (m3)</p><p>　　設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ=70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為V0（發(fā)酵周期為48h）。</p><p>　　V0= V糖 ∕Φ=484.48/0.7=692.11</p><p>　　2.2.3 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定</p><p&

12、gt;　　公稱體積為50m3的發(fā)酵罐，總體積為55.2 m3 </p><p>　　取公稱體積50 m3 發(fā)酵罐19個(gè)。</p><p><b>　　實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：</b></p><p><b>　　富裕量 </b></p><p><b>　　能滿足產(chǎn)量要求</b>&

13、lt;/p><p>　　2.3 發(fā)酵罐主要尺寸的計(jì)算</p><p>　　取高徑比 H：D=2：1；</p><p><b>　　則有：，H=2D；</b></p><p><b>　　解方程得：</b></p><p>　　取D=3.1m；H=2D=6.2m；</p>

14、;<p><b>　　封頭高： </b></p><p>　　封頭容積 ：V封=3.9（m3）</p><p>　　圓柱部分容積：V筒=46.77m3</p><p><b>　　驗(yàn)算全容積V全：</b></p><p>　　符合設(shè)計(jì)要求，可行。</p><p>

15、;　　2.4 發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算 </p><p>　　對谷氨酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.18×6000kJ/(m3·h)。</p><p>　　采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18×500 kJ/(m3·h·℃) 。</p><p>　　平均溫差Δtm： <

16、;/p><p>　　32℃ 32℃</p><p>　　20℃ 26℃</p><p>　　12 6</p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　對公稱容量50 m3的發(fā)酵罐，每天裝9罐，每罐實(shí)際裝液量為</p>

17、;<p><b>　　換熱面積</b></p><p>　　2.5 發(fā)酵罐攪拌器設(shè)計(jì)</p><p>　　由于谷氨酸發(fā)酵過程有中間補(bǔ)料操作，對混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系。</p><p><b>　　攪拌器葉徑：</b></p><p

18、><b>　　取d=1（m）</b></p><p><b>　　葉寬 ：</b></p><p><b>　　弧長：</b></p><p><b>　　底距：</b></p><p><b>　　盤踞 ：</b></p

19、><p><b>　　葉弦長：</b></p><p><b>　　葉距 ：</b></p><p>　　彎葉板厚：δ=12（mm）</p><p>　　取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min。以等P0/V為基準(zhǔn)縮小求得：</p><

20、p>　　2.6 發(fā)酵罐攪拌軸功率的計(jì)算</p><p>　　淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。</p><p>　　2.6.1 計(jì)算Rem </p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=0.6m</p><p><b>　　N——攪拌器轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　ρ

21、——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　　μ——醪液粘度，μ=1.3×10-3N·s/m2</p><p><b>　　將數(shù)代入上式：</b></p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7</p><p>　　2.6.2 計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0</p>

22、<p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=1.85r/s </p><p>　　D——攪拌器直徑，D=1.03m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：</p><p><b>　　兩擋攪拌：</b&

23、gt;</p><p>　　2.6.3 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg </p><p>　　式中 P0——不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉(zhuǎn)速，N=111r/min</p><p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=1.033×106=1.09×106</p><p>

24、　　Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比VVm=0.11~0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全，現(xiàn)取0.11；則</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　2.6.4 求電機(jī)功率P電</p><p>　　采用三角帶傳動(dòng)η1=0.92；滾動(dòng)軸承η2=0.99，滑動(dòng)軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；

25、代入公式數(shù)值得：</p><p>　　2.7 發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算 </p><p>　　2.7.1 空氣分布器</p><p>　　本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑φ133×4mm。 </p><p>　　2.7.2 密封方式</p><p>　　本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問題。</p

26、><p>　　2.7.3 冷卻管布置</p><p><b>　　采用豎式蛇管 </b></p><p>　　1. 最高負(fù)荷下的耗水量W</p><p>　　式中 Q總——每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積</p><p>　　cp——冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg&

27、#183;K）</p><p>　　t2——冷卻水終溫，t2=26℃</p><p>　　t1——冷卻水初溫，t1=20℃</p><p><b>　　將各值代入上式：</b></p><p>　　冷卻水體積流量為1.5×10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積

28、S總為：</p><p>　　式中 W——冷卻水體積流量，W=1.5×10-2m3/s</p><p>　　V——冷卻水流速，v=1m/s</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p><b>　　進(jìn)水總管直徑 ：</b></p><p>　　2.

29、 冷卻管組數(shù)和管徑</p><p>　　設(shè)冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：</p><p>　　取n=8，求管徑。由上式得：</p><p>　　查金屬材料表選取φ633.5mm無縫管，，，，認(rèn)為可滿足要求，。</p><p>　　現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為250mm，則兩直管距離為500mm，兩端彎管總長度為：</p

30、><p>　　3. 冷卻管總長度L計(jì)算</p><p>　　由前知冷卻管總面積：</p><p>　　現(xiàn)取無縫鋼管φ633.5mm，每米長冷卻面積為： 則: </p><p><b>　　冷卻管占有體積：</b></p><p>　　4. 每組管長L0和管組高度：</p><

31、p><b>　　另需連接管8m：</b></p><p>　　可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為</p><p><b>　　則筒體部分液深為：</b></p><p><b>　　豎式蛇管總高：</b></

32、p><p>　　又兩端彎管總長，兩端彎管總高為500mm，</p><p><b>　　則直管部分高度：</b></p><p><b>　　則一圈管長：</b></p><p>　　5. 每組管子圈數(shù)n0：</p><p>　　現(xiàn)取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，

33、則可計(jì)算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于200mm）。</p><p>　　校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：</p><p>　　而前有F=80.7m2，，可滿足要求。</p><p>　　2.8 發(fā)酵罐設(shè)備材料的選擇</p><p>　　選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。</p><p>　　2.9 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算

34、</p><p>　　2.9.1 計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚S</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P——設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa</p><p>　　D——發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=310cm</p><p>　　〔σ〕——A3鋼的應(yīng)

35、用應(yīng)力，〔σ〕=127MPa</p><p>　　φ——焊接縫隙， φ=0.7</p><p>　　C——壁厚附加量（cm）</p><p>　　式中 C1——鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm</p><p>　　C2——為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm</p><p>　　C3——加工減薄量，現(xiàn)取C3=0<

36、/p><p>　　選用10mm厚鋼板制作。差附錄一表17知，直徑3.1m，厚10mm，筒高6m，每米高重988kg， </p><p>　　2.9.2 封頭壁厚計(jì)算</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中

37、 P=0.4MPa；D=310cm；〔σ〕=127MPa；C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）；φ=0.7</p><p>　　2.10 發(fā)酵罐接管設(shè)計(jì)</p><p>　　2.10.1 接管的長度h設(shè)計(jì)</p><p>　　各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取100~200mm。該設(shè)計(jì)取130mm。</p><p>　

38、　2.10.2 接管直徑的確定</p><p>　　按排料管計(jì)算：該罐實(shí)裝醪量53.8m3，設(shè)2h之內(nèi)排空，則物料體積流量</p><p>　　發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物。</p><p><b>　　管徑：</b></p><p>　　取無縫管φ113×4mm，105mm〉100mm，認(rèn)為

39、合適。</p><p>　　按通風(fēng)管計(jì)算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為20~25m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比0.1~0.18vvm，為常溫下20℃，0.1MPa下的情況，要折算0.4MPa、32℃ 狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf：</p>&l

40、t;p>　　取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為：</p><p>　　，則氣管直徑d氣為：</p><p>　　因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者大值。取φ113×4mm無縫管，可滿足工藝要求。</p><p>　　排料時(shí)間復(fù)核：物料流量Q=7.4710-3m3/s，流速v=1m/s；</p><p><b>　　管

41、道截面積：</b></p><p>　　在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為：</p><p><b>　　排料時(shí)間：</b></p><p>　　2.11 發(fā)酵罐支座</p><p><b>　　選擇選用裙式支座</b></p><p>

42、;　　2.12 發(fā)酵罐過濾器</p><p>　　3.12.1 過濾器濾層直徑計(jì)算</p><p>　　式中 V——通過發(fā)酵罐過濾器的空氣流量（0.4MPa下）</p><p>　　Vs——通過分過濾器的氣速，現(xiàn)取0.2m/s</p><p><b>　　則： </b></p><p>　　2.1

43、2.2 過濾器直徑</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　現(xiàn)取 ：</b></p><p>　　查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。圓整倒推薦值：D過濾器=160mm</p><p>　　2.12.3 過濾器的壁厚</p><p>　　設(shè)計(jì)壓

44、力P=0.5MPa</p><p>　　3.12.4 進(jìn)出氣管</p><p>　　進(jìn)出氣管直徑可取與設(shè)備通風(fēng)管一致，即φ133×4無縫管</p><p><b>　　3.12.5 數(shù)量</b></p><p>　　過濾器與發(fā)酵罐相配合，每罐一個(gè)，共需19臺。</p><p>　　3.1

45、2.6 濾層厚度</p><p>　　同種子罐，過濾器5~6層超細(xì)玻璃纖維濾紙，經(jīng)樹脂處理過使用。</p><p>　　3.12.7 過濾器高度</p><p>　　第四章 發(fā)酵罐和種子罐參數(shù)設(shè)計(jì)匯總</p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

46、</b></p><p>　　[1]張克旭．氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1992.</p><p>　　[2]高孔榮．發(fā)酵設(shè)備[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[3]王旭,禹鄭超．味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及其主要設(shè)備，高等函授學(xué)報(bào)[J].1995.</p><p>　　[4]吳思方．發(fā)

47、酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論[M]．北京：中國輕工業(yè)出版，2006.</p><p>　　[5]梁世中．生物工程設(shè)備[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[6]何銘新．機(jī)械制圖[M]．北京：高等教育出版社，1997.</p><p>　　[7]陳子銀. CAXA電子圖板教程[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.</p><p

48、><b>　　致謝</b></p><p>　　在老師的悉心指導(dǎo)下我順利完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)。在此過程中，一些專業(yè)書籍的查閱，也使我對發(fā)酵工程這門課程有了更多的了解。整個(gè)過程，是將書本的一些知識應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)的過程，培養(yǎng)了我的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，很多理論上的數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中時(shí)就要結(jié)合生產(chǎn)條件和環(huán)境給予更多的考慮。同時(shí)，也養(yǎng)成了獨(dú)立思考的習(xí)慣，當(dāng)然，這期間也離不開同學(xué)們的熱心幫助。在此，再