1 前言
味精，又名为谷氨酸钠，是烹饪中常用的一种鲜味调味品。烹调时在菜里或汤里略加少许味精，立刻可使菜肴的味道更佳鲜香浓郁、味美可口。2004年全球的味精市场约为1700000t，其年增长率预计为4%，2010年已达到2100000t[1]。由于我国味精产量增加，各项技术指标提高幅度大，产品成本降低，在国际市场上具有较强竞争力，2005年出口味精达100000t[2]。
1909年味精作为商品问世以来已有101年历史[3]。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。实际上发酵法在微生物发酵阶段，主要是获得谷氨酸，制造味精是后续加工完成的。
谷氨酸学名是α-氨基戊二酸，结构式为HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH[5]。谷氨酸在水中溶解度小，但其钠盐溶解度较大[6]。谷氨酸分子中有两个羧基，一个氨基，具有酸味，中和成一钠盐后，酸味消失而鲜味增加[6]。
当前，我国的味精生产发酵法占统治地位，而发酵生产的发酵罐仍是机械搅拌通风发酵罐，即大家常说的通用罐。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢所需要的氧气。它主要由罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等组成[7]。
近几年，随着味精生产的不断发展，产量迅速增加，生产规模不断扩大，作为发酵生产最关键的设备——发酵罐也在不断向大型化的方向发展。在发酵设备向大型化发展的同时，人们更加重视对设备结构上的改进。通过改进设备，增强了设备性能，降低造价，节约能源，提高了效益。应用新的现代化技术成果来提高设计水平，增加技术含量，不断改进发酵罐的结构设计是现在和今后的发展趋势。
我国独立研发设计的790m3超大型发酵罐2006年已成功投产，该设备由沈阳宏成生物工程技术研发中心设计的，这是至今国内外最大容积的谷氨酸发酵罐
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。此设备充分考虑了传质。传热、溶氧、功耗、细菌生长和发酵水平诸多因素。
该设备投产、运行稳定，控制性能好，发酵产酸率和转化率都比较高。
2 论文设计理念与方案
本论文拟选择味精发酵生产中最关键的设备，发酵罐作为设计主题，并以年产30000吨为规模进行模拟设计，并决定选用历史比较悠久，资料较齐全的机械搅拌通风发酵罐，作为论文的主要设计目标
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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。
本论文设计原理是基于强化传质、传热等操作，将生物体活性控制在最佳状态，降低总的操作费用。另外，发酵罐内部状态也是不可忽视的影响因素。 初步确定主要技术指标如表1-2所示。
表1-2 主要技术指标
指标名称 生产规模 生产方法 年生产天数 产品日产量 产品质量 单位 t/a 指标数 30000(味精) 采用淀粉原料，双酶法糖化，中初糖发酵流加高糖，等电点-离子交换法提取的工艺 d/a t/d 纯度99% 300 100
设想设计分发酵罐应该包括空罐灭菌蒸汽用量计算和发酵罐的设计与选型两个部分，发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算有助于发酵罐的改进，达到节约能源、降低生产成本的目的。其次还应该选择发酵罐罐。决定发酵罐罐体的尺寸、各部结构、搅拌功率、壁厚和容积等计算，此外，还应该绘出发酵罐结构图和发酵设备图。
根据以上思路，初步考虑论文进行过程可以分为四个阶段： 第一阶段：查阅资料、构思、初步考虑发酵罐及相关设备轮廓。 第二阶段：论文进行实施阶段，包括计算、绘图等。 第三阶段：论文写作、完善数据阶段。
第四阶段：递交初稿，根据导师要求修改、定稿，准备答辩。
3 论文设计主体
3.1 发酵罐的设计与选型 3.1.1 发酵罐的选型
选用机械搅拌通风发酵罐。
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3.1.2 生产能力、数量和容积的确定
①发酵罐容积 V=25m3 ②生产能力计算：现每天产99%纯度的味精2t ，谷氨酸发酵周期为48h（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间），则每天需糖化液体积为V糖。每天产纯度为99%的味精2t，每吨100%的味精需糖液15.66m3。
V糖=15.66×2×99%=31m3
设发酵罐填充系数φ=70%，则每天需要发酵罐的总容积为V0（发酵周期为48h）
V0= V糖/φ=31/0.7=44.3m3
③发酵罐个数的确定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。
a、 装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消。
b、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。 c、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和。
0?本次设计所需发酵罐个数为：N=VV=3.5个 总24 取圆整得：N=4个
25?0.7?2?300=677.42t/a 实际产量验算：
15.5677.42?600?100%=12.9% 能满足产量要求。 富裕量：
6003.1.3 主要尺寸的计算
发酵罐全体积为V0=25m3 椭圆形封头体积：V1=
?46式中：hb-椭圆封头的直边高度，m hb=0.05m 1 ha-椭圆封头短半轴长度，ha=D
4D2hb??D2ha
而，V0=
?4D2H?2V1≈
?43D2H?0.26D(忽略hb)=25
将H/D=2代入上式得：D=2.4m，H=2D=4.8m
?? V1=D2ha?D2hb≈2m3
64 6
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