食品發(fā)酵工程課程設(shè)計

1、<p>　　食品發(fā)酵工程課程設(shè)計</p><p><b>　　班級：食品班</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　學(xué)號： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p>

2、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)書：1</p><p>　　2 設(shè)計概述與設(shè)計方案簡介：2</p><p>　　2.1味精生產(chǎn)工藝概述3</p><p>　　2.2 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算3</p><p>　　2.21 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)

3、數(shù)據(jù)3</p><p>　　2.22 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算4</p><p>　　2.3 機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐4</p><p>　　2.31 通用型發(fā)酵的幾何尺寸比例4</p><p><b>　　2.32 罐體5</b></p><p>　　2.33 攪拌器和擋板5<

4、/p><p>　　2.34 消泡器5</p><p>　　2.35 聯(lián)軸器及軸承6</p><p>　　2.36 變速裝置6</p><p>　　2.37 空氣分布裝置6</p><p>　　2.38 軸封6</p><p>　　2.4 氣升式發(fā)酵罐7</p><

5、;p>　　2.5 自吸式發(fā)酵罐7</p><p>　　2.6 高位塔式生物反應(yīng)器7</p><p>　　3 工藝及主要設(shè)備、輔助設(shè)備的設(shè)計計算7</p><p><b>　　3.1發(fā)酵罐7</b></p><p>　　3.11發(fā)酵罐的選型7</p><p>　　3.12生產(chǎn)能力、數(shù)

6、量和容積的確定7</p><p>　　3.13 主要尺寸的計算：8</p><p>　　3.14冷卻面積的計算8</p><p>　　3.2攪拌器計算9</p><p>　　3.21攪拌軸功率的計算10</p><p>　　3.3設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算11</p><p>　　3.4 設(shè)

7、備材料的選擇[10]13</p><p>　　3.5發(fā)酵罐壁厚的計算13</p><p>　　3.6接管設(shè)計14</p><p>　　3.7支座選擇14</p><p>　　4設(shè)計結(jié)果匯總表14</p><p><b>　　5 設(shè)計評述15</b></p><p&g

8、t;<b>　　6 參考資料15</b></p><p><b>　　致謝16</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)書：食品發(fā)酵工程課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　2 設(shè)計概述與設(shè)計方案簡介： </p><p>　　味精又稱味素，是調(diào)味料的一種，主要成分為谷氨酸鈉。要注意的是如果在10

9、0℃以上的高溫中使用味精，鮮味 劑谷氨酸鈉會轉(zhuǎn)變?yōu)閷θ梭w有致癌性的焦谷氨酸鈉。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。所以要適當(dāng)?shù)厥褂煤痛娣拧９劝彼徕c是一種氨基酸谷氨酸的鈉鹽。是一種無嗅無色的晶體，在232°C時解體熔化。谷氨酸鈉的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸鈉。它是L—谷氨酸單鈉鹽(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COON

10、a·H20)，具有旋光性，有D—型和L—型兩種光學(xué)異構(gòu)體。味精具有很強的鮮味(閾值為0. 03%)，現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。1987年3月，聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會第十九次會議，宣布取消對味精的食用限量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑［1］。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進行制造的，自從1956年日本協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)展，目前世界各國均

11、以此法進行生產(chǎn)。</p><p>　　谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵［2］，該生產(chǎn)工藝和設(shè)備具有很強的典型性，本設(shè)計對味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識。</p><p>　　2.1味精生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程</p><p>　　味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段:

12、(1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備;(2)種子擴大培養(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，同時還設(shè)置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)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

13、毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位［4］。</p><p>　　2.2 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算 </p><p>　　2.21 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) </p><p>　?。?）查《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》味精行業(yè)國家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［5］，選用主要指標(biāo)如表1</p><p>　　表1 味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)</p>

14、;<p>　　2.22 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 </p><p>　　首先計算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。</p><p>　?。?）發(fā)酵液量V1 </p><p>　　式中 150——發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）</p><p>　　48%——糖酸轉(zhuǎn)化率</p>

15、<p>　　80%——谷氨酸提取率</p><p>　　99%——除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率</p><p>　　112%——味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率</p><p>　?。?）發(fā)酵液配制需水解糖量G1 </p><p>　　以純糖算， </p><p>　　（3）耗用淀粉原料量 <

16、/p><p>　　理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G為：</p><p>　　G=2349/(86%×95%×111%)=2590.2kg</p><p>　　式中 86%——淀粉原料含純淀粉量</p><p>　　95%——淀粉糖轉(zhuǎn)化率</p><p>　　

17、2.3 機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐</p><p>　　機械攪拌發(fā)酵是目前使用最多的一種發(fā)酵罐，使用性好、適應(yīng)性好、放大容易，從小型直至大型的微生物培養(yǎng)過程都可以應(yīng)用。缺點：罐內(nèi)的機械攪拌剪切力容易損傷嬌嫩的細(xì)胞，造成某些細(xì)胞培養(yǎng)過程減產(chǎn)。</p><p>　　2.31 通用型發(fā)酵的幾何尺寸比例</p><p><b>　　H/D＝2.5-4</b>

18、;</p><p>　　公稱體積：罐的圓柱體積和底封頭體積的和。</p><p><b>　　2.32 罐體　</b></p><p>　　要求罐體設(shè)計的使用壓力達到0.3MPa以上。小型發(fā)酵罐罐頂和罐身用法蘭連接，上設(shè)手孔用于清洗和配料。</p><p>　　2.33 攪拌器和擋板　</p><p&

19、gt;　　攪拌器可以使被攪拌的液體產(chǎn)生軸向流動和徑向流動，其作用為混合和傳質(zhì)，它使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡破碎以增大氣－液界面，獲得所需的溶氧速率，并使細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍猓海蹋?xì)胞）三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時強化傳熱過程。</p><p>　　攪拌葉輪大多采用渦輪式，渦輪式攪拌器的葉片有平葉片、彎葉片、箭葉式三種。平葉式功率消耗較大，彎葉式較小，箭葉式又次之。渦輪式

20、攪拌器軸向混合較差，攪拌強度隨攪拌軸距離增大而減弱。此外還有其他新型攪拌器：Scaba攪拌器其葉片的特殊形狀消除了葉片后面的氣穴，從而使通氣功率下降較小，因此可將電機的設(shè)計功率幾乎全部用于氣-液分散及傳質(zhì)。Prochem軸向流攪拌器，其通氣功率下降較小。Lightnin公司的A315軸向流槳，比較適合高粘度非牛頓物系。Intermig攪拌器有較低功率準(zhǔn)數(shù)，通氣功率值較小，在黃原膠發(fā)酵中有較好的混合性能，但存在不穩(wěn)定性問題。</p&

21、gt;<p>　　擋板：防止液面中央形成漩渦流動，增強其湍流和溶氧傳質(zhì)。擋板的高度自罐底起至設(shè)計的液面高度止。</p><p>　　全擋板條件：在攪拌發(fā)酵罐中增加擋板或其他附件時，攪拌功率不再增加，而旋渦基本消失。</p><p><b>　　2.34 消泡器　</b></p><p>　?。?）罐內(nèi)機械消泡，耙式消泡槳</

22、p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)圓板式消泡裝置：設(shè)在發(fā)酵罐內(nèi)的氣相中，與發(fā)酵液的液面保持平行。圓板旋轉(zhuǎn)的同時將槽內(nèi)發(fā)酵液注入圓板的中央，通過離心力將破碎成微小泡沫散向槽壁，達到消泡的目的。</p><p>　?。?）液體吹入式機械消泡：把空氣及空氣與發(fā)酵液吹入發(fā)酵罐中形成的泡沫層來進行消泡</p><p>　?。?）氣體吹入管內(nèi)吸引消泡：將發(fā)酵內(nèi)形成氣泡群吸引到氣體吸入管，利

23、用氣體流速進行消泡。該裝置中在靠近吸入口附近的氣體吸入管內(nèi)形成增速用的噴頭，而吸入管用來連接液面上部與增速噴頭的負(fù)壓部位。</p><p>　?。?）沖擊反射板機械消泡：把氣體吹入液面上部，通過在液面上部設(shè)置的沖擊反射，吹回到液面，而將液面上產(chǎn)生的泡沫擊碎的方法。</p><p>　?。?）超聲波消泡：將空氣在1.5－3.0Mpa下，以1－2m/s的速度由噴嘴噴入共振室而起消泡的作用。該法

24、目前僅適用于小型發(fā)酵過程的消泡，而不適合于大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵的消泡。</p><p>　?。?）碟片式消泡器的機械消泡：使用時將消泡器安裝于發(fā)酵的罐頂，使碟片位于罐頂?shù)目臻g內(nèi)，用固定法與排氣口相連接，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時進入碟片間的空氣中的氣泡被打碎同時甩出液滴，返回發(fā)酵罐中，而被分離后的氣體由空心軸徑排氣口排出。</p><p><b>　?。?）罐外機械消泡</b></

25、p><p>　?。?）噴霧消泡：利用沖擊力、壓縮力及剪斷力來進行消泡的方法，它將水及發(fā)酵液等通過適當(dāng)?shù)膰婌F器噴出來達到消泡的目的。</p><p>　?。?0）離心力消泡：將泡沫注入用網(wǎng)眼及篩目較大的篩子做成的筐中，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫分散，從而達到消泡的目的?！?lt;/p><p>　?。?1）旋風(fēng)分離器消泡：發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生的泡沫通過旋風(fēng)分離器上部進入脫泡器下方引入的

26、氣體逆向接觸使其破碎。特點：泡沫通過旋風(fēng)分離器等破碎后，再將帶微小泡沫的液體導(dǎo)入裝有充填物的脫泡器中，以增大液體表面積，然后從脫泡器下方吹入氣體，使其與流下的液體逆向接觸進行徹底的脫泡。</p><p>　?。?2）轉(zhuǎn)向板消泡：泡沫以30－90m/s的速度由噴頭噴向轉(zhuǎn)向板使泡沫破碎，分離液用泵送回發(fā)酵內(nèi)，而氣體則排出消泡器外。</p><p>　　2.35 聯(lián)軸器及軸承　</p&g

27、t;<p>　　攪拌軸較長時，常分為二至三段，用聯(lián)軸器連接。</p><p>　　2.36 變速裝置　</p><p>　　試驗罐采用無級變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置。</p><p>　　2.37 空氣分布裝置　</p><p>　　有單管、環(huán)形管及采用氣、液流射混合攪拌裝置。單管

28、式噴孔的總截面積等于空氣分布管截面積。</p><p>　　氣、液流射混合攪拌裝置由環(huán)形布?xì)夤芎投鄠€切向布置的氣、液射流器組成。該裝置使氣、液兩相混合物產(chǎn)生與機械攪拌器旋轉(zhuǎn)方向一致的徑向全循環(huán)的噴射旋流運動，其氣泡直徑隨著通氣量的增大或噴嘴推動力的增加而減小，乳化程度加劇，氣、液兩相接觸面積增加，容量傳質(zhì)系數(shù)提高。</p><p><b>　　2.38 軸封　</b>

29、;</p><p>　　作用：防止泄漏和染菌。端面軸封的作用是靠彈性元件（彈簧、波紋管）的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而達到密封。</p><p>　　端面軸封的優(yōu)點：清潔，密封可靠，使用時間長；無死角；摩擦功率耗損??；軸或套不受磨損；對軸的震動敏感性小。</p><p>　　測量系統(tǒng)：傳感器系統(tǒng)，用以測量pH、溶氧等，傳感器要求

30、能承受滅菌溫度及保持長時間穩(wěn)定。</p><p>　　附屬系統(tǒng)：包括視鏡、擋板等以觀察發(fā)酵液的情況或強化發(fā)酵液體的混合。</p><p>　　2.4 氣升式發(fā)酵罐</p><p>　　在環(huán)流管底置有空氣噴嘴，空氣在噴嘴口以250－300m/s的高速噴入環(huán)流管，由于噴射作用，氣泡被分散于液體中，借助與環(huán)流管內(nèi)氣－液混合物的密度與反應(yīng)主體之間的密度差，使管內(nèi)氣－液混合物

31、連續(xù)循環(huán)流動。罐內(nèi)培養(yǎng)液中的溶解氧由于菌體的代謝而逐漸減小，當(dāng)其通過環(huán)流管時，由于氣－液接觸而達到飽和。</p><p>　　類型：氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式等。氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設(shè)有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐已在工業(yè)上應(yīng)用。</p><p>　　2.5 自吸式發(fā)酵罐</p><p>　　不需空氣壓縮機提供壓縮空氣，而是利用特設(shè)的機械攪

32、拌吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣并同時實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。</p><p>　　2.6 高位塔式生物反應(yīng)器</p><p>　　一種高徑比較大的非機械攪拌式生物反應(yīng)器。它不設(shè)置機械攪拌裝置，利用通入培養(yǎng)液的空氣泡上升時帶動流體運動，產(chǎn)生混合效果。適用于培養(yǎng)液粘度低，含固量少，需氧量較低的培養(yǎng)過程。H/D高達7，流體深度大，空氣進入培養(yǎng)液后有較大的停留時間，并可將氣體重新

33、分散，篩板上的降液口有助于液體的循環(huán)運動。</p><p>　　3 工藝及主要設(shè)備、輔助設(shè)備的設(shè)計計算</p><p><b>　　3.1發(fā)酵罐 </b></p><p>　　3.11發(fā)酵罐的選型 </p><p>　　選用機械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐</p><p>　　3.12生產(chǎn)能力、數(shù)量和容

34、積的確定 </p><p>　?、侔l(fā)酵罐容積的確定：選用100m3 罐 </p><p>　?、谏a(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精20000t，谷氨酸的發(fā)酵周期為34h (包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間)。則每天需糖液體積為V糖 。每年產(chǎn)純度為99%的味精20000t，每年生產(chǎn)320天，每噸100%的味精需糖液15.66(m3)</p><p&

35、gt;　　V糖=15.66×{(20000×80%×90%)/320+(20000×20%×80%)/320}=931.77 (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34h）。</p><p>　　V0 = V糖/φ=485/0.7= 1331.1(m3)</p&

36、gt;<p>　?、郯l(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為100m3 的發(fā)酵罐，總體積為118 (m3) </p><p>　　N1= V糖 t/（V總φ24）=931.77×36/(118×0.7×24)=16.9（個）</p><p>　　取公稱體積100 m3 發(fā)酵罐17個，其中一個留作備用。</p><p>　　每天的裝罐

37、量： 17/36×24=11.3</p><p><b>　　實際產(chǎn)量驗算：</b></p><p>　　115×0.7×11.3/(15.66×80%×90%+15.66×99%)×320=20732t/a</p><p><b>　　富裕量:</b>

38、</p><p>　?。?0732-20000）/20000=3.7%</p><p><b>　　能滿足產(chǎn)量要求</b></p><p>　　3.13 主要尺寸的計算：</p><p>　　取高徑比 H：D=2：1[6]</p><p>　　V總= V1+2V2 =118 m3</p>

39、;<p><b>　　則有： </b></p><p><b>　　H=2D；</b></p><p>　　解方程得：V總=0.758×D2×2D +π/24×D3×2=118</p><p>　　D=4.009m </p><p><

40、b>　　取D=4m</b></p><p><b>　　H=2D=8m；</b></p><p><b>　　查表得封頭高：</b></p><p>　　H封 =h1+h2 =1050mm</p><p><b>　　驗算全容積V總：</b></p>

41、;<p>　　d總=V筒+2V封=(π/24)×D2×2D+2×(π/24)×D3+(π/24)×D2×0.05×2=118.44≈V總</p><p>　　符合設(shè)計要求，可行。</p><p>　　3.14冷卻面積的計算</p><p>　　為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗機制最多

42、以及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達到最高溫度的惡劣條件下設(shè)計冷卻面積。</p><p>　　計算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即：</p><p>　　發(fā)酵過程的熱量計算有許多種方法，但在工程計算時更可靠的方法仍然是實際側(cè)得的每發(fā)酵液在每傳給冷卻器的最大熱量。多谷氨酸發(fā)酵，每發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為。</p&

43、gt;<p>　　本罐采用豎式列管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18×500kj/(℃)</p><p><b>　　平均溫差：</b></p><p>　　32℃ 32℃</p><p>　　20℃ 26℃</p><p>　　12 6<

44、;/p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　對公稱容量100 m3的發(fā)酵罐，每天裝12罐，每罐實際裝液量為</p><p>　　931.77/12=77.6 m3</p><p><b>　　換熱面積 </b></p><p>　　=（4.18×60

45、00×77.6）/（4.18×500×8.7）=107.1 m3</p><p><b>　　3.2攪拌器計算 </b></p><p>　　選用六彎葉渦輪攪拌器[6]。 </p><p>　　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&l

46、t;/b></p><p>　　Di=D0/3=4/3=1.33m</p><p><b>　　取d=1.3 m</b></p><p><b>　　葉寬 ：</b></p><p>　　B=0.2d=0.2×1.3=0.26m</p><p><b&g

47、t;　　弧長：</b></p><p>　　l=0.375d=0.375×1.3=0.49m</p><p><b>　　底距：</b></p><p>　　C=D/3=1.3m</p><p><b>　　盤踞 ：</b></p><p>　　di=0

48、.75 Di=0.75×1.3=0.98m </p><p><b>　　葉弦長：</b></p><p>　　L=0.25 Di =0.25×1.3=0.33m</p><p><b>　　葉距 ：</b></p><p><b>　　Y=D=4m</b>

49、;</p><p><b>　　彎葉板厚：</b></p><p><b>　　δ=12（mm）</b></p><p>　　取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)100m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=95r/min。</p><p>　　3.21攪拌軸功率的計算 </p><p

50、>　　淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。</p><p>　　①計算Rem[8] </p><p>　　式中 D——攪拌器直徑，D=1.3m</p><p><b>　　N——攪拌器轉(zhuǎn)速，</b></p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3</p><p>　

51、　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>　　Rem=12×1.58×1050/（1.3×10-3）=2.2×106 ＞ 10 4</p><p>　　視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7</p>

52、;<p>　?、谟嬎悴煌鈺r的攪拌軸功率P0：</p><p>　　式中 Np——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7</p><p>　　N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=95r/min=1.58r/s</p><p>　　D——攪拌器直徑，D=1.3m</p><p>　　ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：P01=72K

53、W</p><p><b>　　兩擋攪拌：</b></p><p>　　P0=2 P01=144KW </p><p>　　③計算通風(fēng)時的軸功率Pg </p><p>　　式中 P0——不通風(fēng)時攪拌軸功率（kW），</p><p>　　N——軸轉(zhuǎn)速，N=95r/min</p>

54、<p>　　D——攪拌器直徑（cm），D3=1.33×106=2.2×106</p><p>　　Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比V/Vm=0.11~0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會小，為安全?，F(xiàn)取0.11；</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Q = 79.1×0

55、.11×106=8.7×106（ml/min）</p><p>　　Q0.08 = (8.7×106)0.08=3.57 ml/min</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　Pg=116.1KW</p><p><b>　?、芮箅姍C功率P電：</

56、b></p><p>　　采用三角帶傳動η1=0.92；滾動軸承η2=0.99，滑動軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%[7]；代入公式數(shù)值得：</p><p>　　P電= Pg/η1η2η3 </p><p>　　=116.1/（0.92×0.99×0.98）×1.01=131.2KW </p><

57、;p>　　3.3設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算 </p><p>　　①空氣分布器：本罐采用單管進風(fēng)，風(fēng)管直徑φ108×4mm。 </p><p>　?、趽醢澹罕竟抟蛴蟹鎏莺拓Q式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 </p><p>　　③密封方式：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。</p><p>　　④冷卻管布置：采用豎式蛇管[7]

58、 </p><p>　　Ⅰ 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1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積 Q總=4.18×6000×42.96=1.08×106kJ/h</p><p>　　cp——冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kg·K）</p><p&

59、gt;　　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>　　W=1.95×106/[4.18×(26-20)]=21.6kg/s</p><p>　　冷卻水體積流量為21.6×10-

60、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S總為：</p><p>　　式中 W——冷卻水體積流量，W=21.6×10-2m3/s</p><p>　　V——冷卻水流速，v=1m/s</p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　S總=0.0216

61、/1=0.0216m2</p><p><b>　　進水總管直徑 ：</b></p><p>　　d 總2=S總/0.785</p><p>　　d 總=0.166m</p><p>　?、?冷卻管組數(shù)和管徑：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=12，求管徑

62、。由上式得： </p><p>　　d02 = S總/0.785n</p><p><b>　　d0=0.045m</b></p><p>　　查金屬材料表選取φ57×3.5mm無縫管[9]，d內(nèi)=50mm g=4.62kg/m，d內(nèi)＞d0 ，認(rèn)為可滿足要求，d平均=54mm。</p><p>　　現(xiàn)取豎蛇管

63、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><p>　?、?冷卻管總長度L計算：由前知冷卻管總面積</p><p>　　現(xiàn)取無縫鋼管φ57×3.5mm，每米長冷卻面積為</p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　　冷卻管占有體積：&l

64、t;/b></p><p>　?、?每組管長L0和管組高度：</p><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>　　V總 =V液+V管+V附件=77.6+1.

65、6+0.5=80 m3</p><p><b>　　則筒體部分液深為：</b></p><p>　　(V總–V封)/S=(44.36-4)/(0.785×33)=5.7m</p><p><b>　　豎式蛇管總高 </b></p><p>　　H管=5.7+0.25=6.0m</p&

66、gt;<p>　　又兩端彎管總長，兩端彎管總高為500 mm，</p><p><b>　　則直管部分高度：</b></p><p>　　h= H管-500=6000-500=5500 mm</p><p><b>　　則一圈管長：</b></p><p>　　l=2h+l0=2

67、15;5500+1570=12570 mm</p><p>　?、?每組管子圈數(shù)n0：</p><p>　　n0= L0/l =42.8/12.6=4圈</p><p>　　現(xiàn)取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，則可計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際傳熱面積：<

68、;/p><p>　　而前有F=107.1m2，，可滿足要求。</p><p>　　3.4 設(shè)備材料的選擇[10]</p><p>　　選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費用。</p><p>　　3.5發(fā)酵罐壁厚的計算</p><p>　　①計算法確定發(fā)酵罐的壁厚S</p><p><b>　?。?/p>

69、cm）</b></p><p>　　式中 P——設(shè)計壓力，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)經(jīng)，D=400 cm</p><p>　　[σ]——A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，〔σ〕=127MPa</p><p>　　φ——焊接縫隙， φ=0.7</p><p>

70、　　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</p><p>　　S=0.4×400/（2×127×0.7-0.4）+0.28=1.2 cm&l

71、t;/p><p>　　選用10mm厚A3鋼板制作。</p><p>　?、诜忸^壁厚計算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計算公式[5]如下：</p><p><b>　?。╟m）</b></p><p>　　式中 P=0.4MPa</p><p><b>　　D=300cm</b></

72、p><p>　　[σ]=127MPa</p><p>　　C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）</p><p><b>　　φ=0.7</b></p><p><b>　　3.6接管設(shè)計</b></p><p>　?、俳庸艿拈L度h設(shè)計：各接管的長度h根據(jù)直徑大小和有無保

73、溫層，一般取100~200mm。</p><p><b>　?、诮庸苤睆降拇_定：</b></p><p>　　按排料管計算：該罐實裝醪量77.6m3，設(shè)2h之內(nèi)排空，則物料體積流量</p><p>　　Q=77.6/(3600×2)=0.0108m3 /s </p><p>　　發(fā)酵醪流速取v=1m/s

74、;則排料管截面積為F物</p><p>　　F物=Q/v=0.0108/1 =0.011m2</p><p><b>　　管徑：</b></p><p><b>　　d=0.118m</b></p><p>　　取無縫管φ133×4mm，125mm 〉118mm，認(rèn)為合適。</p&g

75、t;<p>　　按通風(fēng)管計算，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、30℃ 狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值，Q1=77.6×0.18=14 m3 /min=3m3 /s</p><p>　　利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf[8]</p><p>　　Qf=0.13&

76、#215;0.1/0.35×(273+30)/(273+20)=0.068m3 /s </p><p>　　取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為</p><p>　　Ff= Qf /v=0.068/25=0.0027㎡</p><p><b>　　則氣管直徑d氣為：</b></p><p><b>

77、;　　d氣=0.06m</b></p><p>　　因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取φ133×4mm無縫管，可滿足工藝要求。</p><p>　　排料時間復(fù)核：物料流量Q=0.00108m3/s，流速v=1m/s；</p><p><b>　　管道截面積：</b></p><p><b&

78、gt;　　，</b></p><p>　　在相同的流速下，流過物料因管徑較原來計算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為</p><p>　　P=Q/Fv=0.0108/(0.123×1)=0.88倍</p><p><b>　　排料時間：</b></p><p>　　t=2×0.88=1.8h</

79、p><p><b>　　3.7支座選擇</b></p><p><b>　　選用裙式支座</b></p><p><b>　　4設(shè)計結(jié)果匯總表</b></p><p><b>　　5 設(shè)計評述</b></p><p>　　選擇機械渦輪攪

80、拌通風(fēng)發(fā)酵罐，由于產(chǎn)品是味精，所以填充系數(shù)是0.6~0.8，根據(jù)計算，選擇0.7富裕量最合適。</p><p>　　H=6m，所以選擇ha=750mm,hb=50mm。</p><p>　　由于算得Re符合湍流的情況，所以Np選擇4.7。</p><p>　　本設(shè)計選擇φ57×3.5mm無縫管，即可算得d內(nèi)＞d0。符合設(shè)計要求。</p>&l

81、t;p>　　最終算得P=0.88倍，符合設(shè)計要求。</p><p>　　設(shè)計結(jié)果見于匯總表。設(shè)計過程中綜合考慮各方面問題：發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)，攪拌轉(zhuǎn)速高低的影響，擋板條件，消泡方式的選擇等等。最終各項指標(biāo)的確定能夠順利完成規(guī)定任務(wù)且做到經(jīng)濟高效。</p><p><b>　　6 參考資料</b></p><p>　　[1]張克旭．氨基酸發(fā)酵

82、工藝學(xué)，中國輕工業(yè)出版社，1992：279-280。</p><p>　　[2]張啟先．我國發(fā)酵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)伏與對策科技導(dǎo)報，1992（2）：44-45。</p><p>　　[3]高孔榮．發(fā)酵設(shè)備，中國輕工業(yè)出版社，1991：1-5。</p><p>　　[4]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（自然科 </p><p>

83、;　　學(xué)版），1995（4）：45-48。</p><p>　　[5]吳思方．發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論，中國輕工業(yè)出版，1995。</p><p>　　[6]梁世中．生物工程設(shè)備，中國輕工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　[7]黎潤鐘．發(fā)酵工廠設(shè)備，中國輕工業(yè)出版社，1991。</p><p>　　[8]姚玉英．化工原理，天津大學(xué)出版社，

84、1999。</p><p>　　[9]國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院，化工工藝設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，</p><p><b>　　1996。</b></p><p>　　[10]華南工學(xué)院，發(fā)酵工程與設(shè)備，北京輕工業(yè)出版社，1981。</p><p>　　[11]何銘新等．機械制圖，高等教育出版社，1997。</

85、p><p>　　[12]何銘新等．建筑制圖 高等教育出版社，1994。</p><p>　　[13]華東理工大學(xué) 浙江大學(xué)，生物工程(技術(shù))專業(yè)英語，化學(xué)工業(yè)出版社，1999。</p><p>　　[14]許贛榮．發(fā)酵生物技術(shù)專業(yè)英語，中國輕工業(yè)出版社，2004。</p><p>　　[15]英漢生物化學(xué)詞典，科 學(xué)出版社，1983。</

86、p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p>　　H--------罐高 </p><p>　　P--------設(shè)計壓力 </p><p>

87、;　　D--------發(fā)酵罐直徑 </p><p>　　η2--------滾動軸承 </p><p>　　η3---------滑動軸承 </p><p>　　P----------功率內(nèi)徑 </p><p>　　S----

88、-----發(fā)酵罐壁厚 </p><p>　　w---------耗水量 </p><p>　　t2---------冷卻水終溫 </p><p>　　t1---------冷卻水初溫</p><p>　　φ---------焊接縫隙

89、 </p><p>　　η1---------三角帶傳動</p><p>　　H封------封頭高</p><p>　　△tm------平均溫差</p><p>　　D-----------直徑</p><p>　　C------------壁厚附加量（cm）</p><p>　　C

90、1----------鋼板負(fù)偏差</p><p>　　C2----------為腐蝕余量 </p><p>　　C3----------加工減薄量</p><p>　　Ff----------風(fēng)管截面積</p><p>　　t------------排料時間</p><p>　　L-----------冷卻

91、管長度</p><p>　　d氣---------氣管直徑</p><p>　　F------------管道截面積</p><p>　　Q------------物料流量</p><p>　　H管--------管高</p><p>　　L0-----------每組管長</p><p>　　

92、d0-----------管徑</p><p>　　n-------------組數(shù)</p><p>　　ρ-------------醪液密度</p><p>　　Y-------------葉距</p><p>　　B------------葉寬</p><p>　　N-----------軸轉(zhuǎn)速</p>

93、<p>　　P0----------不通風(fēng)時攪拌軸功率</p><p>　　Np----------在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù)4.7</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　生命科學(xué)學(xué)院食品工程系在教學(xué)計劃中安排該課程設(shè)計，通過本次課程設(shè)計，對發(fā)酵罐原理有了較充分的認(rèn)識，數(shù)據(jù)的處理以及原理的相關(guān)性使得我考慮問