第2章 设计依据
2.1 本次设计内容
设计60m3谷氨酸机械搅拌通风反应器 2.2机械搅拌通风发酵罐设计参数：
2.2.1、主发酵、后发酵在一个罐中完成，罐压0.4MPa，发酵温度为32℃ 2.2.2、D/H = 1:2
2.2.3、采用碳钢材质，ρ= 7850 kg/m3 2.2.4、采用六弯叶涡轮搅拌器（Di＝0.35D）
2.2.5、竖直蛇管冷却装置（无缝钢管Φ108×4），冷却水进口温度20 ℃，出口温度为27 ℃。
2.2.6、罐身壁厚 14 mm，椭圆形封头厚 12 mm
2.2.7、每1m3谷氨酸发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m3·h)
2.2.8、竖式蛇管换热器，传热系数K = 4.18×500kJ/(m2·h·℃)
第3章 通用发酵罐的系列参考尺寸
3.1 通用发酵罐的系列尺寸
表1 发酵罐系列尺寸
公称容积 50L 100L 200L 500L 1.0m 5.0m 10m 20m 50m 100m 200m
3333333
罐内径 320mm 400mm 500mm 700mm 900mm 1500mm 1800mm 2300mm 3100mm 4000mm 5000mm
圆柱高 640mm 800mm 1000mm 1400mm 1800mm 3000mm 3600mm 4600mm 6200mm 8000mm 10000mm
封头高 105mm 125mm 150mm 200mm 250mm 400mm 475mm 615mm 815mm 1040mm 1300mm
罐体总高 850mm 1050mm 1300mm 1800mm 2300mm 3800mm 4550mm 5830mm 7830mm 10080mm 12600mm
封头容积 6.3L 11.5L 21.3L 54.5L 0.112m 0.487m 0.826m 1.76m 4.2m 9.02m 16.4m
3333333
圆柱部分容积
52L 100L 197L 540L 1.14m 5.3m 9.15m 19.1m 46.8m 100m 197m
3333333
表2 发酵罐相关参数
不计上封头的容积 58.3L 112L 218L 595L 1.25m 5.79m 9.98m 20.86m 51m 109m 213m
3333333
全容积 搅拌桨直径 搅拌转数 64.6L 123L 239L 649L 1.36m 6.27m 10.8m 22.6m 55.2m 118m 230m
3333333
电动机功率 搅拌轴直径 0.4kW 0.4kW 0.6kW 1.1kW 1.5kW 5.5kW 13kW 23kW 55kW
25mm 25mm 25mm 35mm 35mm 50mm 65mm 80mm 110mm
冷却方式 夹套 夹套 夹套 夹套 夹套 夹套 夹套 列管 列管 列管 列管
112mm 135mm 168mm 245mm 315mm 525mm 630mm 770mm 1050mm 1350mm 1700mm
470r/min 400r/min 360r/min 265r/min 220r/min 160r/min 145r/min 125r/min 110r/min
3.2 发酵罐主要设计条件
表3 设计参数
项目及代号 发酵产品 工作压力 设计压力 发酵温度 （工作温度） 设计温度 冷却方式 发酵液密度 发酵液黏度
150℃ 列管冷却
由工艺条件确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定
参数及结果 谷氨酸 0.4MPa 0.4MPa 32℃
备注
由任务书确定 由任务书确定 根据任务书选取
??1080Kg/m3
??2.0?10?3N?s/m2
根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：
① 结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；
② 有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能； ③ 在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；
④ 有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度； ⑤ 有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制
第4章 谷氨酸生产工艺流程简介
4.1 谷氨酸发酵工艺技术参数
表4 主要工艺技术参数
指标
淀粉质原料 ≥98 ≥8.0 ≥50 ≥86
糖蜜原料
≥8.0 ≥55 ≥80
1 2 3 4
生产工序 制糖（双酶法）
发酵 发酵 谷氨酸提取
参数名称 淀粉糖化转化率% 产酸率g/dl 糖酸转化率% 提取收率%
4.2 谷氨酸生产原料及处理
表5 原料及动力单耗表
单耗(t/t)
淀粉原料 2.12 0.45 0.35 0.34 0.03 309 2000Kwh/t 11.4
大米原料
3.0 0.45 0.35 0.34 0.02 309 2000Kwh/t 11.4
糖蜜原料
3.97 0.45 0.35 0.34 0.10 309 2000Kwh/t 11.4
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
物料名称 玉米淀粉 大米 糖蜜 硫酸 液氨 纯碱 活性炭 水 电 蒸汽
规格 含淀粉86% 含淀粉70% 含糖50% 98% 99% 98%
谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃(液体石蜡)等。国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。 (一)糖蜜的预处理
谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种。 (1)活性炭处理法 用活性炭可以吸附掉生物素。但此法活性炭用量大，多达糖蜜的30%～40%，成本高。在活性炭吸附前先加次氯酸钠或通氯气处理糖蜜，可减少活性炭的用量。
(2)水解活性炭处理法 国内曾有人进行过用盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处理的方法去除生物素的实验，并应用于生产。
(3)树脂处理法 甜菜糖蜜可用非离子化脱色树脂除去生物素，这样可以大大提高谷氨酸对糖的转化率。处理时先用水和盐酸稀释糖蜜，使其浓度达到10％，pH达2.5，然后在120℃下加压灭菌20min，再用氢氧化钠调pH至4.0，通过脱色树脂交换柱后，将所得溶液调pH至7.0，用以配制培养基。 (二)淀粉的糖化
绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。
淀粉水解的方法有三种：
1．酸解法 用酸解法生产水解糖，其工艺流程如下：
原料(淀粉、水、盐酸)调浆→糖化→冷却→中和脱色→过滤除杂→糖液 (1)调浆 原料淀粉加水调成10—11°Be′的淀粉乳，用盐酸调pHl.5左右，盐酸用量(以纯盐酸计)约为干淀粉的0.5％～0.8％。
(2)糖化 首先要在水解锅内加部分水，加水后将水解锅预热至100～105℃,(蒸汽压力为0．1～0．2MPa)随后用泵将淀粉乳送至水解锅内迅速升温，在表压为0.25～0.4MPa之间保压，一般水解时间控制在10～20min，即可将淀粉转化成还原糖。
(3)冷却 中和温度过高易形成焦糖，脱色效果差；温度低，糖液黏度大，过滤困难。因此，生产上一般将糖化液冷却到80℃以下。
(4)中和 淀粉水解完毕，酸解液pH仅为1．5左右，需用碱中和后才能用于发酵。中和的终点pH一般控制在4.5～5.0左右，以便使蛋白质等胶体物质沉淀析出。
(5)脱色 酸解液中尚存在着一些色素和杂质需通过脱色除去。脱色可采用活性炭吸附，活性炭是经过特殊处理的木炭，为黑色无定形粉末，不溶于任何溶剂，质松多孔，表面积很大，具有很大的吸附能力。它将具有脱色与助滤两方面作用。 (6)过滤除杂 经中和脱色的糖化液要充分沉淀1～2h，待液温降到45～