味精工厂发酵车间的物料衡算 

2 发酵罐及种子罐的设计与选型

2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算

2.1.1 工艺技术指标及基础数据

（1）查《发酵工厂工艺设计概论》P326表3 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/a 15000（味精） 生产方法 中糖发酵，一次等电点提取

年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/a 50 产品质量 纯度% 99 倒灌率 % 1.0 发酵周期 h 48 发酵初糖 Kg/m3 150 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 味精对谷氨酸产率 % 112

（2）主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。

（3）二级种子培养基（g/L） 水解糖25，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5~10，

泡敌0.6，硫酸镁0.002，硫酸亚铁0.002。

（4）发酵培养基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸氢二钠0.2，硫酸亚铁0.002，

硫酸锰0.002，尿素（总尿）40，泡敌0.6，植物油1.0。

（5）接种量为2% 。 2.1.2 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V1

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G1

以纯糖算，

（3）二级种液量 V2

（4）二级种子培养液所需水解糖量 G2

式中 25——二级种液含糖量（kg/m3） （5）生产1000kg味精需水解糖总量G为：

（6）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淀粉为：

式中 80%——淀粉原料含纯淀粉量 95%——淀粉糖转化率

（7）尿素耗用量 二级种液耗尿素量为V3

发酵培养基耗尿素为V4

故共耗尿素量为627.5kg （8）甘蔗糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量V5

发酵培养基耗糖蜜量V6

合计耗糖蜜69.9kg （9）氯化钾耗量GKCl

（10）磷酸氢二钠（Na2HPO4?7H2O）耗量G3

（11）硫酸镁（MgSO4?7H2O）用量G4

（12）消泡剂（泡敌）耗用量G5

（13）植物油耗用量 G6

（14）谷氨酸（麸酸）量 发酵液谷氨酸含量为：

实际生产的谷氨酸（提取率80%）为：

2.1.3 15000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果

由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可求得15000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计

算。

具体计算结果如表2

物料名称 生产1t味精（100%）的物料量 15000t/a味精生产的物料量 每日物料量

发酵液（m3） 15.66 2.35×105 783

二级种液（m3） 0.313 4695 15.65 发酵水解用糖（kg） 2349 3.52×107 1.17×105 二级种培养用糖（kg） 7.83 1.18×105 391.5 水解糖总量（kg） 2356.8 3.53×107 1.18×105

淀粉(kg) 2793.7 4.19×107 1.40×105 尿素（或液氨） 627.5 9.41×106 3.14×104

糖蜜（kg） 69.9 1.05×106 3495 氯化钾（kg） 12.53 1.88×105 626.5 磷酸氢二钠（kg） 3.13 4.70×104 156.5 硫酸镁（kg） 9.58 1.44×105 479 泡敌（kg） 9.4 1.40×105 470 植物油（kg） 23.5 3.53×105 1175 谷氨酸（kg） 893 1.34×107 44650 表2 15000t/a味精厂发酵车间的物料衡算

2.2 设备设计与选型

2.2.1 发酵罐 （1）发酵罐的选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 （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50t，谷氨酸的发酵周期为48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。则每天需糖液体积为V糖 。每天产纯度为99%的味精50t，每吨100%的味

精需糖液15.66m3

设发酵罐的填充系数φ=70%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V0（发酵周期为48h）。

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

取公称体积200 m3 发酵罐11个，其中一个留作备用。

实际产量验算：

富裕量

能满足产量要求

（3）主要尺寸的计算：取高径比 H：D=2：1[6]

则有： H=2D； 解方程得：

取D=5m H=2D=10m； 封头高：

封头容积 ： V封=16.4（m3） 圆柱部分容积： V筒=197m3 验算全容积V全：

V全=V’全 符合设计要求，可行。 （4）冷却面积的计算

对谷氨酸发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m3?h) [5]。

采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/(m3?h?℃) [8]。

平均温差Δtm：

32℃ 32℃ 20℃ 27℃ 12 5

代入

对公称容量200 m3的发酵罐，每天装5罐，每罐实际装液量为

换热面积

（5）搅拌器计算 选用六弯叶涡轮搅拌器[6]。 该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系

搅拌器叶径

取d=1.7（m）

叶宽 ：

弧长： 底距： 盘踞 ：

叶弦长：

叶距 ：

弯叶板厚： δ=12（mm）

取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V为基准[6]

放大求得：

（6）搅拌轴功率的计算

淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。

①计算Rem[8]

式中 D——搅拌器直径，D=1.7m N——搅拌器转速， ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3 μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N?s/m2

将数代入上式：

视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7 ②计算不通气时的搅拌轴功率P0：

式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N——搅拌转速，N=80r/min=1.33r/s

D——搅拌器直径，D=1.7m

ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：

两挡搅拌：

③计算通风时的轴功率Pg

式中 P0——不通风时搅拌轴功率（kW），

N——轴转速，N=80r/min

D——搅拌器直径（cm），D3=1.73×106=4.9×106

Q——通风量（ml/min），设通风比VVm=0.11~0.18，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安

全。现取0.11；

则Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）

代入上式：

④求电机功率P电：

采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%[7]；代入公式

数值得：

（7）设备结构的工艺计算