年产2.5万吨味精生产工艺设计.doc

目录
1前言 2
1.1发展简介 2
1.2味精的性质 2
1.3味精的用途 3
2设计任务书 3
2.1生产的方法 3
2.2指标与数据 3
2.3 设计任务 4
2.4设计要求 4
3厂址选择方案 4
3.1总平面设计思路 5
4总平面图 5
5生产工艺流程 6
5.1淀粉的糖化 7
5.2种子的扩大培养及谷氨酸的发酵 7
5.3 谷氨酸的提取 8
5.4精制 8
6. 物料衡算及其设备选型 8
6.1物料数据 8
6.2热量衡算 11
6.3水平衡 12
6.4设备设计与选型 13
7参考文献 21

1前言

味精，学名谷氨酸钠。调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠，主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。味精是指以粮食为原料经发酵提纯的谷氨酸钠结晶。本设计是生产纯度为99％味精设计，以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取等方法生产。本设计对全厂进行了物料衡算、热量平衡计算、水平衡计算、耗冷量计算、无菌压缩空气消耗量计算。对味精发酵车间进行工艺流程的设计和发酵罐的设计与选型计算。
其发展大致有三个阶段：  
第一阶段：1866年德国人里德豪森博士从面筋中分离到氨基酸，他们称谷氨酸，根据原料定名为麸酸或谷氨酸(因为面筋是从小麦里提取出来的)。1908年,池田菊苗试验，从海带中分离到L—谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的。  
第二阶段：以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的。这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。  
第三阶段：随着科学的进步以及生物技术的发展，使味精生产发生了革命性的变化。自1965年以后我国味精厂都采用以粮食为原料(大米、甘薯淀粉)、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品用了它以后使菜肴更加鲜美可口

1.1味精的性质 

（1） 性质 
主要成分为谷氨酸钠。要注意的是如果在100°C以上的高温中使用味精，鲜味 剂谷氨酸钠会转变为焦谷氨酸钠，焦谷氨酸钠虽然对人体无害，但是焦谷氨酸钠没有鲜味，会使味精鲜味丧失。还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。所以要适当地使用和存放[3]。谷氨酸钠是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。是一种无嗅无色的晶体，在232°C时解体熔化。谷氨酸钠的水溶性很好，溶解度为74克谷氨酸钠。化学式为C5H8O4NNa·H2O  摩尔质量187.13g mol-1  
（2） 多食味精的危害 
味精的主要成分为谷氨酸钠，味精除了是调味的好助手外，它在消化过程中能分解出谷氨酸，后者在脑组织中经酶催化，可转变成一种抑制性神经递质。当味精摄入过多时，这种抑制性神经递质就会使人体中各种神经功能处于抑制状态，从而出现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状；有人还会出现焦躁、心慌意乱；部分体质较敏感的人甚至会觉得骨头酸痛、肌肉无力。另外，过多的抑制性神经递质还会抑制人体的下丘脑分泌促甲状腺释放激素，妨碍骨骼发育，对儿童的影响尤为显著。 
当食用味精过多，超过机体的代谢能力时，还会导致血液中谷氨酸含量增高，限制人体对钙、镁、铜等必需矿物质的利用。尤其是谷氨酸可以与血液中的锌结合，生成不能被利用的谷氨酸锌被排出体外，导致人体缺锌。锌是婴幼儿身体和智力发育的重要营养素。因此，婴幼儿和正在哺乳期的母亲应禁食或少食味精。另外，日本研究人员认为，长期过量食用味精可能导致视网膜变薄、视力下降，甚至失明。 大量谷氨酸令心脏操作减缓，令心脏收缩幅度增加，令冠状脉管受压缩。很大量的谷氨酸会令心脏停止活动。
 1.2 味精的用途 
食品工业：增鲜味调料。每年我过的味精出口量不足年产量的1%，绝大部分都在国内市场上消化。随着人们生活水平的提高，味精的需求量会越来越大。 
医药工业：辅助治疗肝病，增强记忆，安定情绪等。 制造工业：化妆品，高级人造革等。 
2发酵工厂工艺设计任务书

2.1 生产方法

味精的生产方法：发酵法

2.2指标与数据

2.2.1工艺技术指标及基础数据

生产天数： 330天／年 淀粉糖转化率： 98.5％
原料淀粉含量：80％ 发酵谷氨酸产率： 10％
糖酸转化率： 60％ 氨酸提取收率： 95％
味精对谷氨酸的精制收率：124％ 发酵醪初糖浓度：13％(W／V)
流加糖浓度：40％(kg／L) 发酵周期：40小时
发酵罐填充系数：85％ 产品纯度：99％
种子罐填充系数：85％ 接种量：5％
通气速率：0.1-0.18vvm 发酵辅助设备用气量取发酵罐10％
其它工段用气量及管路损失用气量为发酵罐15％
谷氨酸发酵高峰产生发酵热：53341KJ/M3.h
淀粉液化工艺参数：
淀粉乳浓度：28.6％ 喷射器出口温度：105℃
工业淀粉规格：80％ a－淀粉酶加酶量（10u/g）:0.5 L/T
层流罐维持温度：95℃ a－淀粉酶：20000 u/ml
液化时间：1.5h 液化pH值：6.2 CaCl2流加率：0.1％
浆料初温：20℃ 淀粉质比热容：1.55KJ/Kg.K
加热蒸汽：0.3Mpa 灭酶温度：120℃（上升温度时间20min）
淀粉：水＝1：2.5
糖化工艺参数：
糖化pH值：4.3 糖化酶规格：10万u/ml 糖化温度：60℃
加酶量：（160 u/g）：1.6 L/T淀粉 糖化时间：25h
灭酶温度：80℃ 时间20min
发酵培养基(W/V)： 水解糖：17％，液氨：2％；K2HP04：O.15%； MgS04·7H2O 0.06％；MnS042mg/L; 消泡剂：0.04％
种子培养基(W/V)： 水解糖：4％，液氨0.24%; 玉米浆：l.5 %，
MgS04·7H2O 0.04％，K2HP04：0.1％，MnS042mg/L
培养基灭菌：蒸汽：0.4MPa 灭菌前物料温度：20℃ 预热：75℃
加热：120℃ 冷却水：20℃-45℃
发酵罐灭菌：蒸汽：0.2MPa 200M3发酵罐重：34.3t 冷却排管：6t 比热容：0.5KJ/Kg.K 发酵罐20℃升高到127℃ 灭菌时间：1.5h 灭菌中其它蒸汽损耗取总汽耗30％
2.2.2.参考数据及公式
罐体的高径比H/D：1～2
搅拌桨直径与罐体直径之比Di/D：1/3～1/2
挡板宽度与罐体直径之比Wb/D：1/8～1/12（4块挡板）
最下层搅拌桨高度与罐体直径之比：0.8～1.0
相邻两层搅拌桨距离与搅拌桨直径之比：1～2.5

2.3设计任务
本设计是年产量为20000吨的纯度为99﹪味精厂，重点是产品的物料衡算、热量衡算，同时工艺流程及设备选型等设计。本设计的重点车间为糖化车间，重点设备为发酵设备

2.4设计要求
1）根据设计内容书写设计说明书（以《发酵工程工艺设计概论》P254车间初步设计说明书的编写要求书写）。查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。
2）工艺计算：全厂的物料衡算；能量衡算；水平衡计算；
3）发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。
4）对发酵设备进行详细化工计算与设计，完成图纸两张(A3号图纸)：工厂总平面布置图，全厂工艺流程草图(初步设计阶段)，车间设备布置图，发酵设备总装图。

3厂址地址选择方案
我们组一开始选择了江津区的珞璜镇工业园区、大学城的白泥堂、巴南的王家沟这三个厂址，最后选择了珞璜镇的工业园区。首先这个地方地理位置恰当，交通方便，园区位于重庆一环高速和二环高速公路之间，距重庆核心区约35km(B区距重庆主城商务中心仅约28公里)，是重庆南部经济发达圈的重要板块和江津东部连接重庆主城的核心经济带，既可快速服务重庆主城，又可迅速通达华中、西南地区，辐射能力突出。园区具备通达全国各地的公路、水路、铁路立体交通网络，可快速辐射重庆及周边的四川、贵州、云南、湖北、湖南、江西、陕西、广西、西藏、宁夏、青海等12个地区，服务近5亿人口的巨大市场。产业园内有重庆绕城高速公路出口2个，可快捷到达主城各区，并可迅速进入成渝高速、渝黔高速、渝滇高速、渝湘高速。园内有2个火车站，1条铁路专线，产品经渝黔铁路、成渝铁路，运输便捷，成本低廉。园内已建有2个国家级深水港口，可在园内直接报关、商检。由于交通方便，运送原材料也比较方便，靠近长江，所以水资源也是比较丰富的，供热供电也会比较方便，总体经济效益比较高。

3.1总平面设计思路
根据对车间总体设计的基本要求，本次设计厂区设为以下几个厂区的划分:主生产区、生产辅助区、行政区以及生活区。
  其中主生产区的厂房规划可依据生产流程的设计分为制种车间、糖化车间、发酵车间以及纯化车间，此外为配合主生产区各个厂房的正常运行，我们还辅助设计了变电室、动力车间、锅炉房等。
  辅助生产区位于主生产区的后方和左右两侧，包括原材料的储存、成品的放置、贮水池、总变电站、污水处理站、车库等辅助主生产区域运作的相关厂区。
  行政管理和后勤部门主要位于厂前区，周围有良好的绿化设施。
  生活区位于行政区的东北方，远离厂区，可以在一定程度上阻隔厂区生产的噪声以及空气的不良影响。
  此外，工厂的西南方留有一定面积的开发预留地，为日后工厂的规划留有继续成长的空间。

4总平面设计（另附图纸） 

5生产工艺流程
母液
粗谷氨酸溶液
离子交换处理
粗谷氨酸
发酵
离心
浓缩结晶
小结晶
过滤
除铁
气液分离
冷却
中和制味精
种子罐扩大培养
脱色
成品味精
粉状味精
过滤
拌盐粉碎
干燥
干燥
大结晶
溶解
粗谷氨酸
离心
沉淀
等电点调节
配料
过滤除菌
空气压缩机
空气
淀粉水解糖
过滤
水解
预处理
原料
摇瓶扩大培养
斜面培养
菌种

味精生产总工艺流程图

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。
味精的生产方法主要有三种，水解提取法、合成法、发酵法。综合比较选择发酵法为我们的生产法，理由如下：该方法原料来源广阔，可利用各种淀粉或野生物淀粉、甘蔗、糖蜜、甜菜糖蜜、石油化工产品醋酸、乙醇等。而且设备一般，腐蚀性低，劳动强度小，可自动化、连续化生产、收率高、成本比水解法低30～50%等优点。

5.1淀粉的糖化 

5.1.1原料的预处理 

此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，中振动筛结构较为简单，使用方便。 
用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。 （

5.1.2淀粉水解制备 

在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。 

5.2种子扩大培养及谷氨酸发酵 

水解糖 预 连 维 冷 灭 无 过 压 空
热 销 持 却 菌 菌 滤 缩 气
器 塔 罐 器 培 空 除 机
养 气 菌
器
成
尿素（或液氮） 灭菌 发 熟 等 分 母液
酵 发 电 离
消泡剂 灭菌 罐 酵 点 机 谷氨酸
液 罐

种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种
子。                                        谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔—维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器—维持管—真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少。 
发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。 
由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。 

5.3谷氨酸的提取 

谷氨酸的提取一般采用等电点—离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点—锌盐法、盐酸水解—等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水污染大，生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到限制. 

5.4精制 
精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠，即味精。粗品经提纯、加工、包装，得到成品。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。也有的厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这 样均不如振动式干燥床应用效果好。

6物料衡算及其设备选型
6.1物料数据
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.

谷氨酸发酵工艺技术指标
指标名称
单位
指标数
指标名称
单位
指标数
生产规模
t/a
20000
发酵初糖
%
130
生产方法

淀粉糖化转化率
%
98.5
年生产天数
d/a
330

%

产品日产量
t/a
80
糖酸转化率
%
60
产品质量
纯度99%
麸酸谷氨酸含量
%
90
倒罐率
%
1.0
谷氨酸提取率
%
95
发酵周期
h
40
味精对谷氨酸产率
%
124

（1） 发酵液量
V1=1000÷（170×60%×95%×99%×124%）
=8.40（）
式中 170—发酵培养基初唐浓度
60%—糖酸转化率
95%—谷氨酸提取率
99%—除去倒罐率1%后的发酵成功率
124%—味精对谷氨酸的精制产率
（2） 发酵液配置需水解糖量
G1=V1×170=1428(kg)
(3) 二级种液量
V2=5%V1=0.421()
(4) 二级种子培养液所需水解糖量
G2=40V2=16.84（kg）
式中 40—二级种液含糖量
（5） 生产1000kg味精需水解糖总量为：
G=G1+G2=1446.54(kg)
(6) 耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，理论上耗用淀粉量为：G淀粉=1446.54÷（80%×98.5%×111%）=1705.746（kg）
式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量
95%—淀粉糖化转化率
（7） 尿素耗用量
二级种液耗尿素量为2.4V2=1.011(kg)
发酵培养基耗尿素为20V1=168(kg)
总的量169.011(kg)
(8) 种子培养基玉米浆量为15V2=6.315(kg)
(9) K2HPO4耗量1.5V1+1V2=13.036(kg)
(10) MgSO4·7H2O耗量0.6V1+0.4V2=5.215(kg)
(11) MnSO4耗量0.002(V1+V2)=0.0176(kg)
(12) 消泡剂耗用量0.4V1=3.36（kg）
(13) 发酵液谷氨酸用量G1×60%（1-1%）=848.23（kg）
(14) 实际生产的谷氨酸
其中谷氨酸的提取率为80%
848.23×95%=806.78（kg）
20000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表
物料名称
生产1t味精的物料量
20000t/a味精生产的物料量
每日物料量
发酵液（）
8.4
168000
509.09
二级种液（）
0.42
8400
25.45
发酵水解用糖（kg）
1428
28560000
86545.45
二级种子水解用糖（kg）
16.84
336800
1020.61
水解糖总量（kg）
1446.54
28930800
87669.09
淀粉（kg）
1705.75
34115000
103.38
尿素（kg）
169.21
3384200
10255.15
玉米浆（kg）
6.32
126400
383.03
K2HPO4(kg)
13.04
260800
790.30
MgSO4·7H2O（kg）
5.22
104400
316.36
MnSO4(kg）
0.02
400
1.21
消泡剂（kg）
3.36
67200
203.64
谷氨酸（kg)
806.78
16135600
48895.76

（3） 发酵液量
V1=1000÷（170×60%×95%×99%×124%）
=8.40（）
式中 170—发酵培养基初唐浓度
60%—糖酸转化率
95%—谷氨酸提取率
99%—除去倒罐率1%后的发酵成功率
124%—味精对谷氨酸的精制产率
（4） 发酵液配置需水解糖量
G1=V1×170=1428(kg)
(5) 二级种液量
V2=5%V1=0.421()
(6) 二级种子培养液所需水解糖量
G2=40V2=16.84（kg）
式中 40—二级种液含糖量
（6） 生产1000kg味精需水解糖总量为：
G=G1+G2=1446.54(kg)
(7) 耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，理论上耗用淀粉量为：G淀粉=1446.54÷（80%×98.5%×111%）=1705.746（kg）
式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量
95%—淀粉糖化转化率
（8） 尿素耗用量
二级种液耗尿素量为2.4V2=1.011(kg)
发酵培养基耗尿素为20V1=168(kg)
总的量169.011(kg)
(15) 种子培养基玉米浆量为15V2=6.315(kg)
(16) K2HPO4耗量1.5V1+1V2=13.036(kg)
(17) MgSO4·7H2O耗量0.6V1+0.4V2=5.215(kg)
(18) MnSO4耗量0.002(V1+V2)=0.0176(kg)
(19) 消泡剂耗用量0.4V1=3.36（kg）
(20) 发酵液谷氨酸用量G1×60%（1-1%）=848.23（kg）
(21) 实际生产的谷氨酸
其中谷氨酸的提取率为80%
848.23×95%=806.78（kg）
20000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表
物料名称
生产1t味精的物料量
20000t/a味精生产的物料量
每日物料量
发酵液（）
8.4
168000
509.09
二级种液（）
0.42
8400
25.45
发酵水解用糖（kg）
1428
28560000
86545.45
二级种子水解用糖（kg）
16.84
336800
1020.61
水解糖总量（kg）
1446.54
28930800
87669.09
淀粉（kg）
1705.75
34115000
103.38
尿素（kg）
169.21
3384200
10255.15
玉米浆（kg）
6.32
126400
383.03
K2HPO4(kg)
13.04
260800
790.30
MgSO4·7H2O（kg）
5.22
104400
316.36
MnSO4(kg）
0.02
400
1.21
消泡剂（kg）
3.36
67200
203.64
谷氨酸（kg)
806.78
16135600
48895.76

6.2热量衡算
6.2.1液化工序热量衡算
（1） 液化加热蒸汽量
加热蒸汽消耗量（D），可按下式计算

式中 G—淀粉浆量(kg/h) 
  C—淀粉浆比热容[KJ/(kg·°C)]       
t1—浆料初温(20＋273=293K)       
t2—液化温度(90＋273=363K) 
I—加热蒸汽焓2730KJ/kg(0.3mPa表压)
  λ—加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377KJ/kg
①淀粉浆量G：
根据物料衡算，日投工业淀粉103t，连续液化103/24=4.29（t/h），加为水1：2.5，粉浆量为4.29×1000×3.5=15015（kg/h）
‚粉浆比热C可按下式计算：
C=C0+C水
式中： C0—淀粉质比热容，取1.55KJ/Kg.K
X—粉浆干物质含量 24.57%.       
C水—水的比热容，4.18 KJ/(kg·°C)
C=1.55+4.18=3.53
ƒ蒸汽用量：
D=15015×3.53×（90-20）/（2738+377）=1191.07(kg/h)
（2） 灭酶用蒸汽量：
灭酶时将液化液由90°C加热至120°C，在100°C时的λ为419kj/kg
D灭=15015×3.53×（100-90）/（2730+419）=168.31(kg/h)
要求在20min内使液化液由90°C升温至100°C，则蒸汽高峰量为：
168.31×60/20=504.93(kg/h)
以上两项合计，平均量1191.07+168.31=1359.38(kg/h)=1.4（t/h）
每日用量1.4×24=33.6（t/d）
高峰量1191.07+504.93=1696(kg/h)
6.2.2连续灭菌和发酵工序热量衡算
(1)培养液连续灭菌用蒸汽量
发酵罐200m3装料系数0.75，每罐产100%MSG量：
200×0.75×3%×85%×97%×1.272=11.27（t）
发酵操作时间48h(其中发酵时间38h)需发酵罐台数6台。
灭菌加热过程中用0.4mPa(表压)I=2743 KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。每罐灭菌时间3h，输料流量0.3（t/h）。
消毒灭菌用蒸汽量(D)：D=3212(kg/h)=3.2(t/h)
每天用蒸汽量：3.2×3×=28.8（t/d）
高峰用蒸汽量：3.2t/h
平均量：28.8/24=1.2（t/h）
6.3水衡算
6.3.1糖化工序用水量 
⑴ 配料用水量：
日投工业淀粉181.88t，加水比1:2.5，用水量为：102.12×2.5=456(t/d)，因连续生产，平均水量=高峰水量=255.3/24=18.95(t/h)(新鲜水)
⑵ 液化液冷却用水量：平均量=高峰量=544.6/24=22.7t/h
⑶ 糖化冷却水用量(使用二次水)： 
每日冷却用水量：595t/d，平均量：24.78t/h，高峰水量：91.5t/h

6.2连续灭菌工序用水量
⑴ 配料用水： 
糖液含糖24%，加水配成19%糖液354.3t 
181.3×（1-19%/24%）=37.8（t）
每日投料按7罐次进行计算，需水量
37.8×7=264.6（t/d）
平均量：246.6/24=11.025（t/d）要求在0.5h内加入73.8t的水，所以高峰量：
37.8×1/0.5=76（t/d）
⑵ 冷却用水量(使用二次水)：
高峰量：103t/h，每日用量：1545t/d，平均量：1545/24=64（t/h）
6.3 发酵工序用水量(使用新鲜水)
日用量20294t/d，平均量：846t/d，高峰量：1057t/h。
6.4设备设计与选型
6.4.1发酵罐
2.4 设备设计与选型
2.4.1 发酵罐
（1） 发酵罐的选型
选用机械搅拌通风发酵罐 （图另附）
（2） 生产能力、数量和容积的确定
①发酵罐容积的确定：选用200m3罐
②生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精61t，谷氨酸的发酵周期为40h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。
每天产纯度为99%的味精61t，每吨99%的味精需糖液8.41m3
则每天需糖液体积为V： ()
V糖=8.41x61x99%=507.88m3=´´=
发酵罐的填充系数υ=85%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V0（发酵周期为40h）。 (
V0=V糖/U=507.88/85%=597.51m3
③发酵罐个数的确定：公称体积为200m3的发酵罐，总体积为230 m3
N1=V0t/V总Ux24 =（507.88x40）/（230x85%x24）=4.33个 ()´´=·=
取公称体积200 m3 发酵罐5个，其中一个留作备用。
实际产量验算： ()
{（230x0.85x3）/（8.41x0.99）}x330=23246.14（t/a）´´´´
富裕量 （23246.14-20000）/20000=16.2% =- 能满足产量要求
（3）发酵罐主要的尺寸计算：
发酵罐高度与直径之比为H：D=2：1，联立方程计算出发酵罐的高度与直径：
由
得 ；
再由 H：D=2：1；
得 。
解得 ，可以将D视为5.0米，则H就为10米。
发酵罐全容积验证：只要V全=V’全，则就证明此发酵罐复合要求。
发酵罐容积计算：
封头高度为：

计算封头容积：
V封=16.4（m3）
计算发酵罐圆柱部分的体积为：
V筒=197m3

说明这样的设计是合理的，因为他们的体积几乎相等。
（4）发酵罐冷却面积的计算
味精工厂中谷氨酸发酵会产生很大的热量，几乎每一个小时，每一立方米的谷氨酸发酵液就能产生大约为4.18×6000kJ/(m3·h)的热量[7]，这些热量如果不能及时的传递出去的话后果不堪设想，尤其是对发酵罐的损害是极为严重的，所以我们需要一些吸收热量的装置及时将热量传递出去。
本设计采用的是蛇管竖式换热器，K的取值为4.18×500 kJ/(m3·h·℃)。设平均温度差为Δtm：

带入这些数据得：

因为选用的是体积为200立方米的发酵罐，而每罐实际装液量为：
507.88/3=169.30m3
故换热面积F=Q/Ktm=（4.18x6000x169.30）/（4.18x500x8）=253.95m2
（5）我们先用六弯叶涡轮搅拌器，这种搅拌器流体类型为径向流，在有挡板时可从桨叶为界形成上下两循环流，具有高剪切力和较大的循环能，其中剪切力最大的是直叶开启涡轮式，剪切力最小的是弯叶开启涡轮式，斜叶开启涡轮居中。因此直叶开启涡轮更适合分散操作过程。弯叶排出性能更好，且桨叶不易磨损，更适合用于固定悬浮。对于固体溶解也是很适合的。其它搅拌操作过程，他们都能用的上，所以操作过程范围最广的是涡轮式搅拌器，适用粘度范围μ＜5×104ρ＜2000kg/m3，通常运转速n=10-300rpm，v＝4-100m/s。最高转速可达600rpm。
这种搅拌器的罐径与各部分的搅拌器尺寸都是存在一定关系的：
弯叶的板厚度：
δ=12（mm）
叶片之间的距离：

叶片的弦的长度：

叶盘距离：

底端距离：

弧长度：

叶片宽度：

搅拌器的叶子直径：

搅拌器的叶子直径：

可以近似为d=1.7米。
（6）关于发酵罐中搅拌器的功率确定
低浓度的淀粉水解糖醪液由于其黏度不是很大，满足看做是牛顿流体的条件。
1） 关于雷诺系数Re的计算

式中 醪液的粘度——μ，μ=1.3×10-3N·s/m2
醪液的密度——ρ，ρ=1050 kg/m3
搅拌器旋转速度——N，
搅拌器的直径——D，D=1.7m
将相关数据带入以上等式中得：

由于雷诺系数大于了10000，所以该流体应该视为湍流，搅拌器的功率准数Np为4.7，
2） 在不通气的时候搅拌器的功率为P0：

式中 Np是湍流搅拌条件下的搅拌准数，取值为4.7
醪液密度ρ取值为1050kg/m3
旋转速度N取值为1.33r/s
搅拌器直径D取值为1.7米
将以上数据带入表达式计算得：

3） 关于通风情况下搅拌器轴功率Pg的计算：

式中 无风时搅拌器的轴功率为P0，
搅拌器直径D取值为D3=1.73×106=4.9×106
搅拌器旋转素的为80r/min
通风量用Q来表示
则
将上述结果带入式中得：

4） 电动机功率P的计算：

滑动轴承传动η3=0.98，滚动轴承传动η2=0.99，三角带传动η1=0.92；在端面增加 密封装置的功率为1%，将这些数据带入到上式中：

（7）关于设备结构的工艺计算
1） 冷却装置采用竖式蛇管形式布置
2） 为了能够有效处理发酵罐与轴的动静问题我们采用的是在罐的两面用机械的方法密封。
3） 我们这个发酵罐不用设置挡板，因为发酵罐里设有竖式冷却蛇管和扶梯
4） 本发酵罐采用的是单一管道通风
在最大负载情况下消耗的水量为W

式中 Q总总的产生的热量，是指1立方米的发酵液，在发酵条件最适的情况下，在一个小时内的产热量与发酵液总容积相乘。

无缝管的选取，经查看金属材料表，应该选择φ89×4mm的无缝钢管，，，因为，故可以认为这个直径的钢管复合要求，。

Ⅲ 在前面我们已经计算出了冷却管的总面积，可以以此为已知条件计算冷却管的总长度L。
F=296.9平方米
目前所选用的φ89×4mm的无缝钢管，其每米长的有效冷却面积为

由此可得：

冷却管所占去的体积为：

Ⅳ 冷却管高度和冷却管长度L0：

此外还需要接8米长的冷却管：

竖直排式的冷却蛇管的高度可以看做是静止液面的高度，而且蛇管下部也可以插入封头250毫米深处，假设在发酵罐中所有附件额外占有的体积为0.5立方米，那么一共占去的体积为：

而圆柱筒体的液面深度为：

由此计算可得竖式蛇管总高度为：

蛇管两端弯曲部分的总高为600毫米，竖式蛇形管两端的总长度为：

由以上条件可以计算出只管的高度为：

由以上条件又可以得出一圈蛇形管的总长度为：

Ⅴ每组蛇形管需要盘绕的圈数n0:

在前面我们已经计算出了冷却面积为F=232.5m2，，所以这样的设计是可以满足要求的。
（8）关于设备材料质地的选择[8]
关于设备材料的选择有以下几条标准，经久耐用，经济实惠，以此来降低生产成本，所以我们选择的是A3钢。
（9）关于发酵罐铁壁厚度的计算
1） 关于发酵罐壁厚S的确定

式中 P代表设计压力，但是在实际操作中我们应该取P的1.05倍以确保发酵罐的安全，所以在此P应该等于0.4兆帕。
壁厚附加厚度用C来表示
壁间焊接的缝隙厚度用φ来表示
发酵罐内直径为用D来表示，取值为500厘米
A3型号的钢材所能够承受的应力为127兆帕，用σ表示