三萬噸谷氨酸工廠設(shè)計.doc

本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 53 頁 共 53 頁一前言1.1性質(zhì)谷氨酸（-氨基戊二酸）由兩個羧基等組成的酸性氨基酸。中文名谷氨酸CAS登錄號56-86-0英文名glutamic acidEINECS登錄號200-293-7化學(xué)式C5H9NO4熔點205分子量147.130761.2生物合成途徑1.3用途谷氨酸是組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸之一，谷氨酸為世界上氨基酸產(chǎn)量最大的品種。醫(yī)學(xué)上谷氨酸主要用于治療肝性昏迷等病癥。谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一，雖然它不是人體必須的氨基酸，但它可作為碳氮營養(yǎng)參與機體代謝，有較高的營養(yǎng)價值。食品中，用于味精生產(chǎn)，味精的成分是谷氨酸鈉。游離態(tài)的谷氨酸普遍存在于日常食物中，是人體中自然代謝的一種產(chǎn)物。1.4谷氨酸的發(fā)展前景目前我國谷氨酸總發(fā)酵能力已接近160萬噸，約占全球谷氨酸產(chǎn)能的75%;而日本的谷氨酸產(chǎn)能，即包括日本味之素株式會社在本土和海外分公司產(chǎn)能在內(nèi)的合計只有不到60萬噸;韓國的谷氨酸發(fā)酵能力在20萬25萬噸。再加上我國臺灣地區(qū)的谷氨酸發(fā)酵能力，可以認為，亞洲谷氨酸廠商基本上主宰了國際谷氨酸市場。我國也已取代日本成為全球最大的味精(谷氨酸鈉)出口國。而西方國家逐漸改變對味精使用的觀念，估計對今后的谷氨酸市場將是一大利好。目前國內(nèi)谷氨酸的供給主要由味精生產(chǎn)企業(yè)提供，味精生產(chǎn)企業(yè)在滿足自己的原料需求后對外有少量供給，味精以外用谷氨酸主要由化工企業(yè)提供，但在規(guī)模上無法與味精企業(yè)相比。因此，我國谷氨酸行業(yè)的供給和需求以味精生產(chǎn)為主，其他行業(yè)的需求量相對味精消耗量還比較小。經(jīng)過幾十年時間國內(nèi)市場的不斷洗牌，我國谷氨酸生產(chǎn)企業(yè)已從上世紀80年代初的200300家小企業(yè)，縮減為2013年的80多家。年產(chǎn)量在1萬噸以上的有17家，產(chǎn)量在5萬噸以上者僅有七八家，包括有河南蓮花集團、山東菱花集團、山東雪花公司，沈陽紅梅集團、廣東星湖公司、重慶飛亞集團、江蘇菊花公司和河北梅花公司等。此外，溫州快鹿公司與浙江義烏市蜜蜂公司的產(chǎn)量近幾年來增長較快。 我國已成為氨基酸產(chǎn)品的世界工廠，主要品種基本齊全，谷氨酸產(chǎn)量位居世界第一，但是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新品種較少，產(chǎn)品研發(fā)能力弱；資源能源消耗大，環(huán)境問題比較突出；工藝技術(shù)相對落后，發(fā)酵產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率低，經(jīng)濟效益低下，僅靠能源及較低的生產(chǎn)成本優(yōu)勢，難以與世界氨基酸生產(chǎn)強國競爭?！庇浾邚?011年國際氨基酸產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與聯(lián)盟發(fā)展高峰論壇上獲悉，我國氨基酸產(chǎn)業(yè)亟待通過加快技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)強國夢。中國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會理事長石維忱與會致辭時指出，氨基酸作為食品、醫(yī)藥、飼料的添加劑，在食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)，以及人類健康、保健、化妝品行業(yè)方面，發(fā)揮了越來越廣泛的作用。2010年，我國氨基酸工業(yè)總產(chǎn)量超過300萬噸，其中大宗氨基酸產(chǎn)品谷氨酸及其鹽產(chǎn)量達220萬噸，占世界總產(chǎn)量的70%以上，居世界第一；年總產(chǎn)值487億元，其中，新產(chǎn)品產(chǎn)值達22億元，是2009年新產(chǎn)品產(chǎn)值的7.6倍；賴氨酸及其鹽產(chǎn)量達70多萬噸，較2009年增長16.6%，產(chǎn)量居世界前列；蘇氨酸2010年產(chǎn)量達10萬噸，較2009年增長1倍；其他高附加值的小品種氨基酸市場需求量增加。目前我國氨基酸產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上生產(chǎn)廠家已達近百家，年產(chǎn)值448億元，利稅50多億元，已成為氨基酸產(chǎn)品的“世界工廠”，在國際上占有舉足輕重的地位。但與國外氨基酸產(chǎn)業(yè)相比，我國氨基酸產(chǎn)業(yè)明顯存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、主要生產(chǎn)技術(shù)指標落后、生產(chǎn)成本較高等問題，離真正意義上的發(fā)酵強國尚有不小的距離。一是創(chuàng)新品種較少，產(chǎn)品研發(fā)能力弱。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型氨基酸產(chǎn)品相對較少，新興產(chǎn)品比例相對較低，新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化能力較弱；裝備自動化和國產(chǎn)化水平較低，生產(chǎn)工藝和技術(shù)水平與國際先進水平相比還有一定差距，關(guān)鍵技術(shù)仍需要突破，國際競爭力不足，自主創(chuàng)新能力的建設(shè)亟待加強和提升。二是資源能源消耗大，產(chǎn)業(yè)資源綜合利用水平不高，環(huán)境問題比較突出。主要表現(xiàn)為原料利用率不高，廢棄物排放量較大，資源綜合利用深度不夠和副產(chǎn)品附加值較低，目前一些發(fā)達國家原料利用率已達到99%，而我國平均水平在95%，節(jié)能環(huán)保方面與世界的差距還很大。三是工藝技術(shù)相對落后，發(fā)酵產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率低。我國氨基酸生產(chǎn)企業(yè)眾多，但是規(guī)模相對較小，工藝相對落后，許多技術(shù)僅停留在實驗室階段，還不能直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。為此，我國氨基酸行業(yè)必須加快科技創(chuàng)新，降低能耗，提高資源綜合利用率，破除產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的環(huán)境約束，實現(xiàn)由“產(chǎn)業(yè)大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的轉(zhuǎn)型。本設(shè)計是是在校期間最后一次大型作業(yè)，是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的總結(jié).通過畢業(yè)設(shè)計，我對所學(xué)理論知識有了更深一步的了解,使專業(yè)知識系統(tǒng)化.使我進一步鍛煉查閱文獻、設(shè)計計算等綜合能力，為我走上工作崗位奠定了基礎(chǔ)。2.設(shè)計總論2.1 設(shè)計目的通過本設(shè)計，學(xué)習(xí)并掌握獨立檢索文獻的方法、發(fā)酵工廠設(shè)計中衡算及設(shè)備選型的計算方法；具備獨立制定設(shè)計工藝方案的能力以及工程制圖能力，并由此形成初步的發(fā)酵工廠設(shè)計能力；能夠運用本專業(yè)知識獨立解決一般的發(fā)酵工程技術(shù)問題；提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力。2.2 設(shè)計任務(wù)以玉米為原料,年產(chǎn)三萬噸谷氨酸工廠設(shè)計，生產(chǎn)天數(shù)為320天，不間斷生產(chǎn)。2.3 設(shè)計要求2.3.1 衡算 物料衡算、熱量衡算、水衡算和設(shè)備選型的計算.2.3.2 繪圖繪制工程圖紙（1號圖5張）：全廠平面布置圖（一張）；工藝流程圖（二張）；發(fā)酵車間、提取車間；發(fā)酵罐剖面圖一張；車間俯視圖一張；成品車間平面圖一張。3. 廠址選擇3.1 廠址選擇的原則1）建廠靠近原料地或交通方便的地方，但盡量不占良田，節(jié)約資源。2）要有充足水源，水質(zhì)應(yīng)符合谷氨酸生產(chǎn)的需要；3）要有可靠的供電保證。谷氨酸工廠用電量大，盡可能靠近電廠；4）所選廠址周圍應(yīng)有良好的衛(wèi)生環(huán)境。根據(jù)谷氨酸廠的生產(chǎn)特點，廠址選擇在空氣質(zhì)量要好以滿足發(fā)酵谷氨酸生產(chǎn)的需要；5）要有合理的“三廢”處理設(shè)施；3.2 廠址的確定石家莊正定縣位于河北省西南部。北距首都北京258千米，距天津新港350千米，東距黃驊港300千米，南與省會石家莊市市區(qū)相接。境內(nèi)有京廣高鐵、京廣鐵路、107國道、京深高速公路縱貫?zāi)媳保妈F路、石太鐵路、307國道、石黃高速公路穿境而過，坐落境內(nèi)的石家莊機場已開通20多條國內(nèi)外航。原料運輸方便；正定正處于發(fā)展階段，有廣闊的銷售市場；正定有充足的地下水資源，也有充足的電力供應(yīng)。周邊農(nóng)村可提供大量玉米，原材料豐富。綜合上述因素，廠址選定于石家莊市正定新區(qū)。4 工藝論證4.1 生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)三萬噸谷氨酸工廠4.2 產(chǎn)品規(guī)格99%谷氨酸質(zhì)量符合GB8967-88；80%谷氨酸質(zhì)量符合QB1500-924.3 生產(chǎn)方法以玉米淀粉為原料、北京棒桿菌為生產(chǎn)菌種生產(chǎn)谷氨酸，分為以下幾個車間：4.3.1淀粉車間：除雜，浸泡，破碎，分離，干燥4.3.2 制糖車間：是雙酶法制糖工藝4.3.3 發(fā)酵車間：亞適量生物素流加糖發(fā)酵工藝4.3.4 提取車間：等電點提取工藝4.4 工作組成4.4.1 淀粉車間 除雜浸泡破碎、研磨分離、干燥4.4.2 糖化車間 液化-糖化-過濾4.4.3 發(fā)酵車間 種子-連消-發(fā)酵-空氣凈化4.4.4 提取車間等電提取-離心分離4.4.5 輔助車間化驗室、修理車間、泵房、水源凈化系統(tǒng)、動力車間。4.4.6 包裝形式現(xiàn)采用塑料袋裝，塑料袋的材料有BOPP復(fù)膜聚乙烯、聚乙烯符合GB4456-84規(guī)定?，F(xiàn)選用機械包裝，包裝規(guī)格：10g，20g，50g，100g，250g，500g，1kg，10kg，25kg，允許偏差符合GB8967-88的規(guī)定。4.5 全廠各工段工藝流程4.5.1 制淀粉流程玉米除雜浸泡破碎胚芽分離洗滌研磨纖維分離麩質(zhì)分離離心脫水氣流干燥玉米淀粉淀粉貯存庫4.5.2 糖化流程調(diào)漿配料噴射液化保溫維持層流液化滅酶糖化罐糖化滅酶過濾糖儲罐發(fā)酵車間4.5.3 發(fā)酵流程生產(chǎn)用菌種：北京棒狀桿菌45.4 提取流程98%H2SO4 高流分發(fā)酵液 等電罐 晶種育 晶停酸 攪拌 二步加酸（H2SO4+高流）等電點停酸攪拌靜 止沉淀物 上清液離心分離 母液罐濕谷氨酸 離心水 離子交換柱 成 品 母液罐 洗脫 前流 高流 后流 （母液罐）（等電罐）（洗脫）4.6 工藝參數(shù)玉米淀粉含淀粉90%,淀粉糖轉(zhuǎn)化率97%，糖酸轉(zhuǎn)化率60%，產(chǎn)酸率12%，提取收率94%。發(fā)酵周期48h，發(fā)酵時間38h，初糖14%，流加糖30%，總糖18%，接種量10%，生物素含在糖蜜中。4.8 原料規(guī)格工業(yè)H2SO4 98%液氨99%鹽酸31%Na2HPO4H2O96%，工業(yè)H3PO4 85%MgSO47H2O98%，精制鹽99%BAPE比重1.011.025,分子量30004000,微黃色油狀液體交換容量4.5g柱度165045%活性基團-SO3-離子型Na+GH-10（K-15）粒狀活性炭：真比重1.241.298g/ml水分4050%pH5.07.0灰分40%-淀粉酶高溫活力2000/g，用量12/g干淀粉中溫活力4000/g，用量1.25/g干淀粉糖化酶活力105/g，用量80100/g，取90/g干淀粉粒度1024目，2842目，4060目強度90%4.9 各工段工藝提取工藝論證 4.9.1 提取工藝選擇A） 目的谷氨酸是目的產(chǎn)物，溶解過程中，副產(chǎn)物比較多，因此必須采取適宜工藝把谷氨酸提取出來。B） 提取方法論證提取谷氨酸方法：離子交換法等方法。a）離子交換法：液相中的離子和固相中離子間所進行的的一種可逆性化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時，便會被離子交換固體吸附，為維持水溶液的電中性，所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中。b）等電法：利用蛋白質(zhì)在等電點時溶解度最低的特性，向含有目的藥物成分的混合液中加入酸或堿，調(diào)整其pH值，使蛋白質(zhì)沉淀析出的方法，稱為等電點沉淀法。c）鹽酸鹽法：谷氨酸溶解度小，易生成晶體，在濃冷鹽酸中,可以提純，加堿液達到等電點,使谷氨酸析出。d）鋅鹽法：谷氨酸某些金屬鹽的溶解度小,若往谷氨酸發(fā)酵液中加入某金屬鹽生成難溶的谷氨酸金屬鹽沉淀析出.e） 溶劑抽提方法：從固體物質(zhì)中萃取化合物的一種方法，但此法可行性尚在研究中。4.9.2 工藝流程A） 工藝流程發(fā)酵罐 貯罐 菌體分離 三廢處理清液pH=5.0pH=4.6pH=3沉降靜置8小時離心分離谷氨酸圖2 工藝流程圖5 物料衡算物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律而建立起來的。物料衡算是進入系統(tǒng)的全部物料重量等于離開該系統(tǒng)的全部物料重量，即式中：F進入系統(tǒng)的料量（Kg）D離開系統(tǒng)的物料量（Kg）W損失的物料量（Kg）5.1 生產(chǎn)過程的總物料衡算1）生產(chǎn)能力以年產(chǎn)商品谷氨酸30000噸，折算為100%谷氨酸為28560t/a。日產(chǎn)商品谷氨酸：30000/320=9.375(t/d)(其中99%的谷氨酸為t，80%的谷氨酸為t)日產(chǎn)100%谷氨酸：28560/320=89.25（t/d）2）總物料衡算（以淀粉質(zhì)原料為實例）（1）1000Kg純淀粉理論上產(chǎn)100%谷氨酸量：（2）1000Kg純淀粉實際產(chǎn)100%谷氨酸量：（3）1000Kg工業(yè)淀粉（含量90%的玉米淀粉）產(chǎn)100%谷氨酸量：（4）淀粉單耗1t 100%谷氨酸消耗純淀粉量：1t 100%谷氨酸實際消耗工業(yè)淀粉量：1t 100%谷氨酸理論上消耗純淀粉量：1t 100%谷氨酸理論上消耗工業(yè)淀粉量：（5）總收率：（6）淀粉利用率：（7）生產(chǎn)過程總損失100%49.64%=50.36%物料在生產(chǎn)過程中損失的原因：糖化轉(zhuǎn)化率稍低。發(fā)酵過程中部分糖消耗于長菌體及呼吸代謝；殘?zhí)歉撸痪鷾鐡p失；產(chǎn)生其他產(chǎn)物。提取收率低，母液中Glu含量高。精致加工過程損耗及產(chǎn)生焦谷氨酸鈉等。（8）原料及中間品計算淀粉含量：糖化液量：純糖；折算為24%的糖液：發(fā)酵液量純Glu量：；折算為8g/dl的發(fā)酵液：；（1.05為發(fā)酵液的相對密度）提取Glu量：純Glu量：；折算為90%的Glu量：Glu廢母液量（采用等點-新離子回收法，以排出之廢母液含Glu0.7g/dl計算）：（84.76-76.28）/0.7%=1211.43(m/d)3）總物料衡算結(jié)果衡算結(jié)果匯總表，如下圖所示。；工業(yè)原料，淀粉含量86%。表1 總物料衡算結(jié)果原料淀粉質(zhì)原料（玉米淀粉）項目生產(chǎn)1t 100%谷氨酸t(yī)/d工業(yè)原料2.14173.15糖液（24%）（t）8.28706.3谷氨酸（90%）（t）0.9584.76谷氨酸（100%）（t）1.089.25排出含0.7%谷氨酸廢母液（m）19.81211.435.2 制糖工序的物料衡算（1）淀粉漿量及加水量：淀粉加水比例1：:2.5,1000Kg工業(yè)淀粉產(chǎn)淀粉漿加水量為2500Kg。（2）粉漿干物質(zhì)濃度（3）液化酶量：使用液體淀粉酶（4）CaCl2 量：（5）糖化酶量：用液體糖化酶（6）糖化液產(chǎn)量24%糖液的相對密度為1.094079/1.09=3742(L)（7）加珍珠巖量：為糖液的0.15%（8）濾渣產(chǎn)量：含水70%廢珍珠巖6.12/(1-70%)=20.4(Kg)(9)生產(chǎn)過程進入的蒸汽和洗水量4079+20.4 3500 （8.753）6.12=567.03（kg）（10）衡算結(jié)果：根據(jù)總物料衡算，日投入工業(yè)淀粉442.32t，物料衡算匯總表表2 制糖工序物料衡算匯總表進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目物料比例（Kg）日投料量（Kg）項目物料比例（Kg）日產(chǎn)料量（Kg）工業(yè)淀粉1000442320殘?zhí)?0791715559配料水25001105800濾渣20.48582.2液化酶8.753870.3CaCl28.753870.3糖化酶8.753870.3珍珠巖6.122705.6洗水和蒸汽567.03250684.6累計4099.41415031.1累計4099.41415031.15.3 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料衡算1) 發(fā)酵培養(yǎng)及數(shù)量 1000Kg工業(yè)淀粉，得到24%的糖液3898Kg。發(fā)酵初始糖液濃度為16.4g/dl，其數(shù)量為：16.4g/dl的糖液相對密度為1.06， 配料按放罐發(fā)酵液體積計算：玉米漿：甘蔗糖蜜：無機鹽（P、Mg、K等）：配料用水：配料時培養(yǎng)基的含糖量不低于19%，向24%的糖液中加水量為： 滅菌過程中加入蒸汽量及補水量63274079107312.218.412.2=1132（Kg） 發(fā)酵零小時數(shù)驗算4079+12.2+18.4+12.2+1073+1132=6327（Kg）其體積為：6327/1.06=5969(L)與以上計算一致。2) 接種量3) 發(fā)酵過程加液氨數(shù)量：為發(fā)酵液體積的2.8%：，液氨容重為0.62Kg/L，171/0.62=276(L)4) 加消泡劑量：為發(fā)酵液的0.05%。，消泡劑的相對密度為0.8，3.1/0.8=3.9(L)5）發(fā)酵過程從排風(fēng)帶走的水分進風(fēng)25，相對濕度=70%，水蒸氣分壓18mmHg（1mmHg=133.322Pa），排風(fēng)32，相對濕度=100%，水蒸氣分壓27mmHg。進罐空氣的壓力為1.5大氣壓（表壓）（1大氣壓=1.01325105Pa），排風(fēng)0.5大氣壓（表壓）。出進空氣的濕含量差：通風(fēng)比：1:0.2，帶走水量：式中1.157為32時干空氣密度（Kg/m）過程分析、放罐殘留及其他損失52Kg6）發(fā)酵終止時的數(shù)量6327+65+171+209-31-52=6689（Kg）7）衡算結(jié)果匯總：年產(chǎn)7萬噸商品味精日投工業(yè)淀粉442.32t，連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料衡算匯總表如下：表3 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序物料衡算匯總表進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目1t工業(yè)淀粉之匹配物料（Kg）t/d項目1t工業(yè)淀粉之匹配物料（Kg）t/d24%糖液40791724.16發(fā)酵液66892739.73玉米漿12.25.18空氣帶走水分3112.83甘蔗糖蜜18.47.74無機鹽12.25.18過程分析、放罐殘留及其他損失5223.00配料水1073453.82滅菌過程進蒸汽及水1132478.15種量6527.42液氨17172.54消泡劑3.11.28累計13337.92775.47627513337.95.4谷氨酸提取工序的物料衡算采取冷凍等電及其新離交回收工藝。（按1000Kg工業(yè)淀粉之匹配量計）（）發(fā)酵液數(shù)量：6118L；6689Kg。（）加98%硫酸量：為發(fā)酵液的3.6%（W/V） 98%H2SO4的相對密度1.84，故：（）谷氨酸產(chǎn)量分離前谷氨酸量：100%Glu量：分離后谷氨酸量：純Glu：90%的Glu：式中 94%Glu提取收率（）母液數(shù)量：母液含Glu 0.7g/dl（）谷氨酸分離水洗量（）母液回收過程中用水及酸、堿等數(shù)量（7）物料衡算結(jié)果根據(jù)以上計算，再乘以173.15（日投工業(yè)淀粉數(shù)）及得出每日之物料量，匯總列如下表。表 4 谷氨酸提取工序物料衡算匯總表進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料（Kg）t/d項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料（Kg）t/d發(fā)酵液66892739.7390%谷氨酸467.8197.54H2SO422092.89母液97714132.60分離用洗水10239.37回收加水等34311458.33累計77224330.327545.94330.145.5精制工序的物料衡算（1）谷氨酸數(shù)量100%Glu 440Kg；90% Glu 488.9Kg（2）Na2CO3量（3）加活性炭量（4）中和液數(shù)量式中 1.16含40%（W/V）谷氨酸溶液的相對密度（20 B）（5）中和加水量（6）產(chǎn)谷氨酸量產(chǎn)100%谷氨酸量：精制收率92%，產(chǎn)100%量為：（7）產(chǎn)母液量：母液平均含谷氨酸量25%（W/V）母液的相對密度1.1，則：（8）廢濕活性炭數(shù)量：濕碳含水75%1.47/(1 - 0.75)=5.9(Kg)(9)谷氨酸分離調(diào)水洗水量（10）中和脫色液在結(jié)晶蒸發(fā)過程中蒸出的水量（11）物料衡算匯總，列如下表：表 5 精制工序物料衡算匯總表進入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料（Kg）t/d項目1t工業(yè)淀粉及匹配物料（Kg）t/d90% Glu511.1197.54100%谷氨酸514.9208.11Na2CO317971.21母液196.979.79活性炭1.50.62廢碳5.92.39中和加水量954386.15蒸發(fā)水量931376.00分離洗水2610.62累計1506666.14累計1506.3666.296熱量衡算熱量衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來的，熱平衡方程表示如下：式中 Q1物料帶入的熱量（J）Q2蒸汽熱量（J）Q3各種熱效應(yīng)，如發(fā)酵熱、稀釋熱、溶解熱等（J）Q4物料帶走熱量（J）Q5消耗與設(shè)備上的熱量（J）Q6設(shè)備向外界散失熱量（J）6.1液化工序熱量衡算1)液化加熱蒸汽量式中 G淀粉漿量（Kg/h）C淀粉漿比熱容【KJ/（Kg-K）】t1漿料出溫(20+273=293K)t2液化溫度(90+273=363K)I加熱蒸汽焓2738KJ/Kg（0.3MPa，表壓）加熱蒸汽凝結(jié)水的焓，在363K時為377KJ/Kg（1）淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉173.15t；連續(xù)液化，173.15/24=7.21(t/h)。加水為1:2.5，粉漿量為：（2）粉漿干物質(zhì)濃度（3）粉漿比熱C可按下式計算：式中 C0淀粉質(zhì)比熱容，取1.55KJ/(Kg/K)X粉漿干物質(zhì)含量，24.6%C水水的比熱容，4.18KJ/(Kg-K) KJ/(Kg/K)(4)蒸汽用量（一） 滅酶用蒸汽量滅酶時將液化液有90加熱至100，在100時的為419KJ/Kg。要求在20分鐘內(nèi)使液化液由90生至100，則蒸汽高峰量為：以上兩項合計，平均量641.0+384.1=3025.17Kg/h）每日用量高峰量：（二） 液化液冷卻水用量使用板式換熱器，將物料由100降至65，使用二次水，冷卻水進口溫度20，出水溫度58.7，需冷卻水量（W）：及1324.14(t/d)一、 糖化工序熱量衡算日產(chǎn)24%的糖化液706.3t，及706.3/1.09=648(m)。糖化操作周期30h，其中糖化時間25h。糖化罐400m，裝料系數(shù)75%，需糖化罐：用3個400m的糖化罐。使用板式換熱器，使糖化液（經(jīng)滅酶后）由85降至60，用二次水冷卻，冷卻水進口溫度20，出口溫度45，平均用水量為：要求在2h把300m糖液冷卻至40，高峰用水量為：每日糖化罐同時運轉(zhuǎn)：每投（放）料罐次：每日冷卻水用量：2)連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算（一）培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量發(fā)酵罐800m裝料系數(shù)0.75，每罐產(chǎn)100%谷氨酸量：年產(chǎn)7萬噸商品味精，日產(chǎn)100%谷氨酸 89.25t。發(fā)酵操作時間48h（其中發(fā)酵時間38h），需要發(fā)酵罐臺數(shù)：取1臺每日投（放）料罐次日運轉(zhuǎn)：每罐初始體積600m，糖濃度16.4g/dl，滅菌前培養(yǎng)基含糖19%，其數(shù)量：滅菌加熱過程中用0.4MPa蒸汽（表壓）I=2748KJ/Kg，使用板式換熱器將物料由20預(yù)熱到75，再加熱至120。冷卻水由20升至45。每罐滅菌時間3h，輸料流量：消毒滅菌用蒸汽量（D）式中 3.97為糖液的比熱容【Kg/(Kg-K)】每天用蒸汽量：高峰用量：13.8t/h平均量：（二）培養(yǎng)液冷卻用水量120熱料通過與生料熱交換，降至80，再用冷卻水冷卻至35。冷卻水有20升至45，計算冷卻水用量（W）：全天用水量：（三）發(fā)罐空罐滅菌蒸汽用量（1） 發(fā)酵罐體加熱：800m1Cr18Ni9 的發(fā)酵罐體重137.2t，冷卻管重15t，1Cr18Ni9的比熱容0.5KJ/（Kg-K），用0.2MPa（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15 MPa（表壓）下，由20升至127。其蒸汽量為：（2） 填充發(fā)酵罐空間所需的蒸汽量：因800m發(fā)酵罐的全容積大于800m，考慮到罐內(nèi)之排管，攪拌器等所占空間，罐之自由空間仍按800m計算。填充空間需蒸汽量：式中 V發(fā)酵罐自由空間即全容積（m）加熱蒸汽的密度（Kg/m），0.2MPa表壓時為1.622（3） 滅菌過程的熱損失：輻射與對流聯(lián)合給熱系數(shù)，罐外壁溫度70。800m的發(fā)酵罐的表面積為804，耗用蒸汽量：（4） 罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗式中 0.001附壁水平均厚度（1mm）（5） 滅菌過程蒸汽滲漏，取總蒸汽消耗量的5%，空罐滅菌蒸汽消耗量為：每空罐滅菌1.5h，用蒸汽量：每日用蒸汽量：平均量（三） 發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量及冷卻用水量根據(jù)部分味精工廠的實測和經(jīng)驗數(shù)，谷氨酸的發(fā)酵熱高峰值約。800m發(fā)酵罐，裝液量600m，使用新鮮水，冷卻水進口溫度10，出口溫度20，冷卻水用量（W）:日運轉(zhuǎn)0.731臺，高峰用水量：日用水量：5（t/d）平均水量： 6049.9/24=252.1（t/h）式中 0.8各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)6.2 谷氨酸提取工序冷量衡算等電罐800m，裝液量600m，相對密度1.06，由30降至5，降溫速度2/h。其冷卻量：式中 3.97發(fā)酵液比熱容KJ/(Kg-K)中和時，H2SO4對水的溶解熱為92KJ/mol，6h加98% H2SO4 5100Kg，其溶解熱為： 可忽略不計每天運轉(zhuǎn)1臺，則總制冷量：1400.7311025（Hw）6.3 谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算年產(chǎn)3萬噸商品味精，日產(chǎn)100%谷氨酸89.25t，選用100m強制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐，濃縮結(jié)晶操作24h，其中輔助時間4h。每罐產(chǎn)100%谷氨酸40t，需結(jié)晶罐臺數(shù)：89.25/(40-6.4) =2.7 取3臺式中 6.4每罐投入的晶種量（t）（一） 熱平衡與計算加熱蒸汽量每罐投入40g/dl的中和脫色液（俗稱原液）92m，流加30g/dl母液128m，過程中加水24m，在70下真空結(jié)晶，濃縮3h，育晶17h。放料數(shù)量80m（1） 熱量衡算來料帶入熱量：進料溫度35，比熱為3.5KJ/(Kg-K)Q來料=加水帶入熱量：Q來水=晶種帶入熱量：谷氨酸比熱容1.67KJ/(Kg-K)Q來晶=結(jié)晶放熱：谷氨酸結(jié)晶熱為12.7KJ/molQ晶熱=（KJ）母液帶走熱量：分離母液48m，折算為相對密度1.26時60.5t，比熱容為2.83KJ/(Kg-K)Q(KJ)隨二次蒸汽帶走熱量：Q二蒸=式中 80結(jié)晶罐放罐時的結(jié)晶液量（m）隨結(jié)晶谷氨酸帶走熱量：（KJ）需外界供給熱量：（2） 計算蒸汽用量每罐次用蒸汽量：熱損失按5%折算。每罐濃縮結(jié)晶時間20h，每小時消耗蒸汽高峰量：3臺罐同時運轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量：29700每日用蒸汽量：594（t/d）每小時平均用蒸汽量：594/24=25(t/h)（二） 冷卻二次蒸氣所消耗冷卻水量（1） 二次蒸汽數(shù)量，即水蒸速度（2） 冷卻水用量：使用循環(huán)水，進口溫度30，出口溫度45，70水蒸氣焓2626.8（KJ/Kg）,需冷卻水量（W）：3臺罐，高峰用水量：803=240全日用水量：80203=4800平均用水量：4800/24=200(t/h)為保證循環(huán)水溫不高于30，需加進二次水6600t/d。6.4干燥過程的熱量衡算分離后之濕谷氨酸含水2%，干燥后達到0.2%，進加熱之空氣為18，相對濕度&=70%，通過加熱器使空氣升至80，從干燥器出來的空氣為60。年產(chǎn)3萬噸商品味精：日產(chǎn)濕味精194t，二班生產(chǎn)，即194/169=1.15(t)干燥水分量：35.418空氣濕含量&=70%，X0=0.009Kg/Kg干空氣，I0=41.8KJ/Kg干空氣；加熱80，I1=104.5KJ/Kg干空氣用公式：式中 空氣經(jīng)過干燥后的熱量變化（KJ/Kg） I1出空氣加熱器之空氣熱焓（KJ/Kg） I2出干燥器之空氣熱焓（KJ/Kg） I0冷空氣之熱焓（KJ/Kg） X0空氣濕含量（KJ/Kg干空氣） X1進干燥器之空氣濕含量（KJ/Kg干空氣） X2出干燥器之空氣濕含量（KJ/Kg干空氣） Q初溫物料初始溫度時的物料中每1Kg水之熱含量（KJ/Kg）Q物料加熱物料所耗熱量KJ/(Kg-K）Q損失損失熱量，通常為有效熱量的10% Q物料=1.15103（60-18）0.44.1835.4=2607KJ/Kg水 Q損失=0.1（5954.18+0.47604.18+2607-184.18）=256（KJ/Kg水）=184.18-2607-256=-2788（KJ/Kg水）設(shè)X2=0.0108 =104.5+（-2788）（0.0108-0.009）=99（KJ/Kg空氣）空氣消耗量為： 35.40.0108-0.009=19667Kg/h80時空氣的比容0.83m/Kg。實際消耗空氣量為：196670.83=16324（m3/h）耗用蒸汽量（D）：使用0.1Mpa（表壓）蒸汽加熱，熱損失按15%計： D=104.5-41.8196671.152706.7-504.7=644(Kg/h)每日用蒸汽量：64416=10304(Kg/d)平均每小時用蒸汽量：10304/24=429(Kg/h)6.5 生產(chǎn)過程消耗用蒸汽橫算匯總表表6 生產(chǎn)過程耗用蒸汽匯總表生產(chǎn)工序日用量（t/d）平均量（t/d）高峰量（t/d）液化糖化72.757.739.70連消2068.6313.8發(fā)酵罐空消49.742.076.63精制12005061.4干燥69.62.94.3空氣凈化及其他90037.537.5累計2498108.83133.33衡算結(jié)果：每日用蒸汽量為2498t/d，每小時平均量為108.83t/h，高峰用量為133.33t/h。100%谷氨酸單耗蒸汽量：2498/89.25= 27.99(t/t)以上結(jié)果不包括采暖及生活用蒸汽。7 水平衡7.1 糖化工序用水量1.配料用水量：日投入工業(yè)淀粉173.15t，加水比1:2.5，用水量為：173.152.5=432.9因連續(xù)生產(chǎn)，平均用水量=高峰水量=432.9/24=18（t/h）(用新鮮水)2.液化液冷卻用水量：平均量=高峰量=55.17t/h，1324.14t/d（二次水）3.糖化冷卻水用量（使用二次水）：每日用冷卻水1519.1t/d，平均量：1519.1/24=63.3(t/h)，高峰量：138.1t/h。7.2 連續(xù)滅菌工序用水量（1） 配料用水：糖液含糖24%，加水配成19%糖液517.9t,每罐料需加水量：每日投料按4.31罐次計算，需水量：平均量：465/24=19.4（t/h）要求在0.5h內(nèi)加水107.9t，所以高峰量：107.9/0.5=215.8（t/h）（2）冷卻用水量（使用二次水）：高峰用水量295.1t/h，每日用量4426.5t/d；平均量：4426.5/24=184.4（t/h）7.3 發(fā)酵工序用水量（使用新鮮水）日用水量56271.4t/d，平均用水量2344.6t/h，高峰用水量2930.8t/h。7.4 提取工序用水量用于谷氨酸分離及沖洗水，每日用量300t/d，平均量12.5t/h，高峰用量100t/h。使用新鮮水。7.5 中和脫色工序用水量（1）配料用水（使用回收的結(jié)晶罐的蒸汽冷凝水）：日產(chǎn)100%谷氨酸：89.251.2750.92=64.6配成40%的溶液，需水量：（2） 洗交換柱用水：使用二次水。配稀酸堿用水1050t/d，洗低流分用水700t/d，再生處理柱用水4200t/d。合計為5950t/d。（3） 洗廢炭用水：210t/d。使用二次水。以上兩項合計為6160t/d。7.6 精制工序用水量（1） 結(jié)晶過程加水：使用回收結(jié)晶罐加熱蒸汽冷凝水。3臺罐，每臺加水24t，共為72t/d。（2） 冷卻水：使用循環(huán)水。高峰用水560t/h，平均用水413.3t/h，每日用水循環(huán)水量9920t/d。為保證循環(huán)水溫不高于30，須采取不斷補充二次水和用涼水塔降溫的辦法。其高峰用冷卻水量為560t/h，采取300t/h涼水塔可使水溫降低5（溫差），即由4540。尚需補充二次水量為：7.7 動力工序用水量鍋爐用新鮮水5880t/d，空壓機、冷凍機及其他用循環(huán)水28000t/d，為保證水溫，除加水進二次水5019t/d外，還需采用300t/h涼水塔4臺。7.8 用水量匯總表新鮮水只供配料和發(fā)酵冷卻用，由發(fā)酵冷卻后之水稱為二次水，供洗柱、配稀酸稀堿和補充于循環(huán)水中。精制及動力冷卻水采取循環(huán)使用方法。耗水量計算匯總：新鮮水高峰用量：新鮮水平均用量：日用新鮮水量：100%谷氨酸單耗新鮮水：二次水總量為28368.7t/d，平均量1182t/h。循環(huán)水量為37920t/d，平均量1580t/h。水重復(fù)（循環(huán)）利用率為64.3%凝結(jié)水量為403t/d，平均量16.8t/h。排水量22879.2t/d，平均量953.3t/h。表7 用水量衡算匯總表工序設(shè)備給水（t/d）排水(t/d)新鮮水（10）二次水（20）循環(huán)水（30）凝結(jié)水（50）配料1105.8液化冷卻1324.11324.1糖化冷卻1519.11519.1滅菌配料465冷卻4426.5發(fā)酵冷卻56271.4提取、洗水300中和、配料235洗炭210210精制、育晶168冷卻992099208857動力、鍋爐5880冷凍、空壓站及其他5019280005019累計64022.222418.73792040316929.28 設(shè)備平衡與設(shè)備選型現(xiàn)代生產(chǎn)是工業(yè)化大生產(chǎn)，需要先進的工藝和熟練的操作人員，同時還需要與之相適應(yīng)的設(shè)備。要均衡生產(chǎn)必須要設(shè)備平衡。這樣有利于水電氣負荷的平衡、有利于勞動率和生產(chǎn)班次的平衡、有利于原料供應(yīng)的平衡、有利于產(chǎn)量和生產(chǎn)能力的平衡。設(shè)備平衡計算是工藝計算中不可缺少的。依據(jù)物料平衡和生產(chǎn)能力來確定所需設(shè)備的數(shù)量。設(shè)備選擇是保證產(chǎn)品質(zhì)量和表達生產(chǎn)水平的標準，也是工藝布置的基礎(chǔ)。要選擇技術(shù)先進、機械化程度和高效節(jié)能型的設(shè)備；設(shè)備的結(jié)構(gòu)要合理，材料性能要適應(yīng)各種工作需要，設(shè)備要符合食品衛(wèi)生要求，同時拆裝維修要方便。一般依據(jù)物料平衡和生產(chǎn)能力來確定所需設(shè)備的臺數(shù)。8.1 設(shè)備平衡計算公式設(shè)備平衡計算公式：所需設(shè)備臺數(shù)：式中： 操作周期=運轉(zhuǎn)時間（h）+輔助時間（h）投放料次數(shù)：運轉(zhuǎn)臺數(shù)：8.2 制糖車間設(shè)備選型8.2.1 調(diào)漿罐2個，60m3，D/H=1：1.15其裝填系數(shù)為0.8，調(diào)漿池的有效容積為V=600.75/0.8=56.25（m2）D=60/（0.7851.15）1/3=4.05（m）；H=4.65（m）。攪拌功率：內(nèi)裝兩程45兩直葉漿式攪拌器。根據(jù)谷氨酸生產(chǎn)P27N0=6010-9（Z/）F（d 3）（n3）式中：d=0.5D=2025（mm）； h=0.1D=202（mm）； n=40rpm，=1.2，=0.75，Z=2檔攪拌葉面積：F=bhsin=d/2h sin=202/20.202sin45=0.15（m2）此時，玉米漿相對密度為1.1321。查谷氨酸工藝手冊附表3，P949，N0=6010-91.22/0.750.15（2.02）3（40）31132.1=17.2（kw）N電機=K N0/=1.2 N0（1-10%）/0.96=1.217.21.1/0.96=23.65（kw）式中：10%密封安裝功率消耗 12安裝系數(shù) 一級皮帶傳動功率0.96查機械設(shè)計手冊中冊P1101第二版，Y180L-8/11，其額定功率為35w，n=730rpm8.2.2 糖化罐A） 選容積為400m3，裝料系數(shù)0.75，共需3臺（前已計算）B） 各零部件的尺寸確定a） 徑高比取D：H=1：1.15。則：D=400/（0.7851.15）1/3 =7.62（m）；H=8.76（m）b） 取圓形頂和底c） 罐內(nèi)表面積圓筒內(nèi)表面積F1=DH1=3.147.628.76=209.60m2d） 罐筒容積 ：V1V1=1/4D2H1 =0.253.14（7.62）28.76=399.29m3e） 罐的有效容積V=V1+V2=399.29+399.291/5=479.15m3f） 罐壁厚S=PD/（230 -P）+C=17620/（2308.750.8-1）+3=7.74，取8mm式中：P罐壓力（1atm）； D罐的共稱內(nèi)徑； 焊縫系數(shù)（0.8）； 許用應(yīng)力，= /n， 其中：鋼板抗拉強度：35Kg/cm3，n=4（t250時； C腐蝕粘度，C-C10mm時，C=3mm。C） 冷卻形式的確定機械攪拌產(chǎn)生熱量，糖化過程也是個放熱過程，所以需在罐內(nèi)裝冷卻裝置。采用豎式蛇管冷卻，同時兼起檔板，攪拌作用，冷卻水降溫，使糖化液維持在6065，糖化液的高度：H=h1+h2+h=（479.150.7599.5）/0.253.14（7.62）2+1+0.05=6.75（m）D） 冷卻面積計算噴射時液化溫度為25，采用氣液分離器，冷卻到100，再用冷卻水降溫至60左右，冷卻水溫在20左右。K總傳熱系數(shù)：12192930KJ/Kgm2糖化醪液濃度為30%，液化醪進料時間30分鐘，C干物質(zhì)：1.1321KJ/Kgk，C水：4.18 KJ/Kgk。a） 物料比熱C=0.301.1321+4.18（1-0.3）=3.266（KJ/Kgk）b） 每小時冷卻糖化醪量4000.751000/（30/60）=600000（kg/h）c） 冷卻水終溫設(shè)冷卻水流量為液化液的3倍t=（273+20）+6000003.266（100-60）/（6000004.18）=324.25（K）d） 平均溫差t=（62-40）/ln（62/40）=50.2（K）e） 總傳熱系數(shù)取K=2000KJ/khm2，則冷卻水熱交換量Q=6000003.266（100-60）=78384000（KJ/h）f） 冷卻面積（忽略攪拌熱量）Q=KAtA=Q/Kt=78384000/（200050.2）=780.72（m2）g） 取10組豎式蛇管換熱器，每組換熱器的換熱面積為780.72/10=78.07（m2）以管壁中心面積作為傳熱面積，查換熱器取YB8000-7014313的無縫鋼管取其平均直徑為：143-13=130（mm）所需管長：78.07/（3.140.13）=191.25（m）蛇管長度；19210=1920（mm）蛇管的螺旋間距：1925=960（mm）支架寬：1920+960=2880（mm）E） 攪拌裝置設(shè)計a） 糖化罐選漿式攪拌，有利于調(diào)均液體，故選平直葉攪拌器。b） 選45直葉漿式攪拌器葉徑：d=0.5D=0.57620=3810（mm）葉寬：h=0.