6主要设备选型及计算
味精生产设备由淀粉、糖化、空气净化、发酵、提取、中和脱色、结晶干燥和包装等专用设备以及通用设备所组成。
设备选型的总体原则是： 1.满足工艺要求； 2.设备成熟可靠；
3.能够充分利用原料，避免浪费； 4.使用寿命尽量长； 5.容易安装，便于操作； 6.尽量采用国产设备。 设备平衡计算公式： （1）所需设备台数
日产量（t）操作周期（h）×
每台设备产量（t）24（h）（2）投（放）料次数
24（h）设备台数×
操作周期（h）（3）运转台数
运转时间（h）设备台数×
操作周期（h）6.1罐的选择
一般要求[3,16]：
（1）生产能力大，有足够弹性，机械性能好，可靠性高； （2）满足工艺要求，操作稳定，效率高； （3）结构简单，制造和维修方便，成本低。 见表6.1 罐设备选型。 6.1.1发酵罐
每立方米发酵液产99％味精：
4.88891187.13 1000????＝49（kg）100100100147.13年产发酵液：
19800000＝404082（m3） 49每天产发酵液：
404082＝1263（m3） 320发酵罐装料系数70％，发酵作业周期(包括空消、实消或连消、进料、出料、清洗等)共48小时。所需发酵罐的容积为：
1263?2＝3609（m3） 0.73
应选用公称体积为200m发酵罐18台或100m3发酵罐36台。 本设计选100m3发酵罐，故每罐发酵液体积为：0.7×100=70（m3）=70000（L）
发酵罐一般安装于室内，高径比一般为2，因此不需要考虑风载和雪载，只要考虑设备运行质量和操作要求，裙座壁厚一般与筒体等厚即可[11-12]。
每台罐100 m3计算： （1）主要尺寸
H0:D=2:1 装料系数0.7
＝·H0＝0.785?D2?2D＝1.57D3 0.7470?D＝3100＝3.99（m） 1.57取 D=4(米） H0＝4×2＝8(m)
圆桶部分体积V0＝0.785 ×42×8＝100.5（m3)
椭圆封头体积：折边高度ha=80(毫米)，封头高度=1000(mm)。
V底＝0.785?4?0.08＋实际总容积：V＝V0十2× V 底＝107.5(m3)
23.14?4380 ＝3.5（m3）
图4.1 发酵罐结构体
（2）罐体壁厚
S＝3?4000230[?]?－?＋3＝3?4000 ＝10.45（mm）35230??0.84取 S＝11(mm) （3）封头壁厚
S'＝取 ：
3?4000?2.3 ＋3＝17.28（mm）55200??0.82.9S??18(mm)（4）搅拌器
谷氨酸发酵系好气性深层培养，需通入空气并以搅拌器进行强烈搅拌，使之分散溶入液相以利
菌体利用，因此搅拌在发酵过程中起着十分关键的作用。味精行业多采用六弯叶涡轮搅拌器，为节省功率，发酵罐上挡搅拌可采用轴流旋浆式。
二档六弯叶涡轮搅拌器尺寸如下： 叶径：d=0.35D=1400(mm) 叶宽：h＝0.2d＝2800(mm) 弧长：r＝0.375d＝526(mm) 底距：b＝D/3＝1334(mm) 盘径：s=0.75d=1050(mm) 叶弦长：1＝0.25d＝350(mm) 叶距：Y＝D＝4000(mm)
搅拌转数确定：根据5000L罐180r／min放大：
?＝180?搅拌功率：六弯叶涡轮功率因数Np=4.8
231500＝95（r/min） 40003?95?n＝0.5?2?4.8????1.43＝56.3（kW）
?60?选用60kw的电动机。 （5）冷却面积
按发酵热6000Kcal／m3?h计算，列管传热系数500Kcal／m3?h?℃： 平均温差：
32℃ → 32℃ 23℃→ 427℃ ↓ ↓ 9℃ 5℃ 9＋5 ?t＝＝（℃）72Q6000?70 F＝＝＝120（m2）K?T7?5006.1.2种子罐
接种量1％，培养时间12h，辅助时间4h，每天需种子量700L，考虑备用及周转，选用200L种子罐5台（备用1台）。一级摇瓶种子每天五瓶800～1000mL，接种量为0.57～0.7％。
种子罐结构尺寸计算[13]如下： （1）罐体尺寸
H0:D＝2:1
D＝3＝0.5（m） 1.57
0.2取Φ500×1000mm
圆桶部分体积＝0.785×0.52×1=0.196（m3） 椭圆封底体积hl＝25(mm)，h2=125（mm） V底＝0.021(m3)
总容积=0.217（m3）=217(L) （2）搅拌器
用六弯叶涡轮二档，d＝0.35D=175mm
转数按50L种子罐350r／min放大，取n＝275r／min，配用0.6kw电动机，夹套冷却。
6.1.3离子交换柱
（1）离子交换柱的构造为圆弧型或锥形封头，常压操作。离子交换树脂为苯乙烯与二乙烯的共聚合物。二乙烯苯用量即交联度，一般7～12％，交联度大则交换容量小，但选择性大。操作时树脂层高度一般为圆筒高度的70～80%，留有空间作为反冲时树脂的疏松和扩展。离子交换柱上柱母液30～32 m3，谷氨酸含量1.4～2.0%，选用Φ1400×4500离子交换柱5台。
（2）化学反应
a.吸附
RSO3H＋NH4CL?RSO3NH4＋HCL
'＋[H?]NH2CHR'COOHNH4????NH2CHRCOOH＋NH4 RSO3H＋NH2CHR'COOH?RSO3·H3NCHR'COOH b. 洗脱
＋RSO3－H3NCHR'COOH＋NaOH?'
RSO3Na＋H2NCHRCOOH＋H2ORSO3NH4＋NaOH?RSO3Na＋NH3·H2O
c. 再生
RSO3Na＋HCl?RSO3H＋NaCl
(3)操作要点
a.发酵液上柱量与树脂体积有关，根据发酵液中谷氨酸当量与氨当量，分别用华勃法及蒸氨法测定决定。带茵体倒上柱属于一级交换，正上柱属于多级交换，故倒上柱总交换当量要低一些。一般正上柱每立方米树脂上1.0～1.1 kg当量，倒上柱每立方米树脂上0.9～1.0 kg当量。发酵液上柱量约为60 kg谷氨酸／m3湿树脂，母液上柱量约为40kg谷氨酸／m3湿树脂。
b.离子交换柱的树脂充填量为保证倒冲水洗完全及一定的膨胀度，正上柱有效树脂体积约为柱的70％，倒上校时约为拄的60％，即充填高度H分别为柱高度H的0.7及0.6倍。
c.交换时树脂交换基团-SO3H电离，而在树脂内部的pH值约等于1，氨基酸等电点值pH均高于1，故被树脂吸附。上柱发酵液调pH5.0～5.5(正上柱时pH酸性，赶出CO2，避免上柱时产生泡泡，发生短路结柱)。
d.一般洗脱流速要比上柱流速慢，但谷氨酸溶解度低、浓度高时流速过慢要发生堵柱。流速越馒，吸附越完全。
e.上柱量足时，洗脱高峰集中，但有漏液流失，要进行回收。上柱量少时，洗脱液浓度低，体积大。
f.使用0.5％茚三酮丙酮溶液的显色反应，可检验谷氨酸是否漏失(灵敏度2μg／mL)。
g.发酵液中氨当量浓度与谷氨酸当量浓度的比1.2～1.5为正常，1.5～2.0为不正常，可调节上校量使之正常。如果比值在2.0以上，影响交换。
h.发酵液pH过高，游离氨过高。影响谷氨酸酸吸附。发酵液中有残尿时，尿素能形成氢键，使谷氨酸洗脱。
（1）柱尺寸 树脂体积：3.5m3 树脂高度＝2D 树脂填充度=0.6
3.5＝?D2?2D＝D342?? D＝3取D=1.4（m）
＝1.31（m）1.753.5
Z=1.4×2=2.8（m）
H＝Z0.6＝2.80.6 ＝4.7（m）（2）交换柱壁厚(衬胶)
试水压3kg／cm2．照内压3kg/cm2计算：
?DS＝＋C230[?]?－?2?1400＋3
38230??0.8－24 ＝4.5（mm）
＝取S＝6 (mm） 折边锥形体型厚：
?＝90?,y＝1.2（r/D＝0.15）S'＝?Dy230[?]?＋C
2?1400 ＝＋338230??0.84 ＝6.2（mm）取S`=7（mm）
（3）花板
开孔率：10～20% 。 厚度：
S?D0.1P?????C
??式中：φ—开孔强度系数，
bt(b?1)tbt?t
b—最长列或对角线上开孔数 t—管间距
dS最小?H?58 （mm) (一般不小于20mm） 把D＝1400mm，t=40mm，d＝20mm
正六角形排列805个孔，b＝29
805?0.785?2020.785?14002?100%＝16.3%
S＝1400?0.1?2＋3＝27.3（mm）
3800?0.5082.9式中
取S＝30mm 校验：
??29?40?28?20?0.50829?40?20
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