年產(chǎn)一萬噸味精工廠發(fā)酵階段的工藝設(shè)計

1、更多論文年產(chǎn)一萬噸味精工廠發(fā)酵階段的工藝設(shè)計摘 要2關(guān)鍵詞2abstract3第一章 引言41.1 研究背景41.2 味精的發(fā)現(xiàn)及商業(yè)化51.3 設(shè)計的任務及主要設(shè)計內(nèi)容51.4 設(shè)計的規(guī)模及產(chǎn)品51.5 產(chǎn)品質(zhì)量指標51.6工藝技術(shù)參數(shù)61.6.1生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)61.6.2種子培養(yǎng)基61.6.3發(fā)酵培養(yǎng)基6第二章 味精生產(chǎn)工藝72.1 味精生產(chǎn)工藝概述72.2 原料預處理及淀粉水解糖制備72.2.1 原料的預處理72.2.2 淀粉水解糖制備72.2.3 工藝操作規(guī)程72.3 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵82.3.1 總體情況82.3.2 車間操作規(guī)程9第三章 衡算113.1 物料衡算113.1.1

2、 淀粉制糖工藝的物料衡算123.1.2發(fā)酵階段物料衡算123.1.3 10000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算表143.2熱量衡算153.2.1 淀粉液化工序的熱量衡算153.2.2液化液糖化過程的熱量衡算163.2.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的熱量衡算163.3 過程水的衡算183.3.1 糖化工序用水量183.3.2 連續(xù)滅菌工序的用水量183.3.3發(fā)酵工序的用水量183.4無菌空氣消耗量的計算193.4.1單罐發(fā)酵無菌空氣的消耗量193.4.2種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量193.4.3發(fā)酵車間高峰無菌空氣消耗量193.4.4發(fā)酵車間年用量19第四章 主要設(shè)備選型及設(shè)備計算194.1糖化罐194

3、.2 發(fā)酵罐204.2.1 發(fā)酵罐的選型204.1.2生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定204.1.3主要尺寸的計算214.1.4冷卻面積的計算214.1.5攪拌器設(shè)計224.1.6攪拌軸功率的計算224.1.7設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計234.1.8設(shè)備材料的選擇244.1.9發(fā)酵罐壁厚的計算244.1.10冷卻裝置的設(shè)計254.1.11接管設(shè)計274.1.12支座選擇28第五章 車間布置285.1車間布置設(shè)計的目的和重要性285.2車間設(shè)備布置的要求28第六章“三廢”處理及其綜合利用296.1 環(huán)境保護296.2 環(huán)境影響評價30參 考 文 獻31附錄32致 謝38摘 要：設(shè)計一個味精工廠，以工業(yè)淀粉（純

4、度80%）為原料，采用雙酶進行法糖化生產(chǎn)，谷氨酸產(chǎn)品純度99%。本設(shè)計從全廠工藝流程，物料、能量衡算，設(shè)備選型，工藝布置，車間設(shè)計，主要設(shè)備工藝設(shè)計幾個方面對發(fā)酵車間進行設(shè)計。關(guān)鍵詞：谷氨酸；味精；發(fā)酵；設(shè)計 the process design of the fermentation and extraction of 10,000 tons per year of monosodium glutamate abstract：the design is to establish a monosodium glutamate factory.its raw material is starch

5、 that the purity is 80%;the technique method is double-enzyme saccharification production;the purity of glutametes is 99%.the whole design includes plant technological process, material and energy balance, equipment selection, technological layout, workshop design and the main equipment technologica

6、l process,which are to design an efficient fermentation workshop.key words: glutamic acid； monosodium glutamate；fermentation；design第一章 引言1.1 研究背景味精又名谷氨酸鈉是人們熟悉的鮮味劑，是l谷氨酸單鈉鹽(mono sodium glutamate)的一水化合物(hooc-ch2ch(nh2)-coona·h20)，具有旋光性，有d型和l型兩種光學異構(gòu)體。味精具有很強的鮮味，現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費量在國內(nèi)外均呈上升趨勢。1987年3月

7、，聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會第十九次會議，宣布取消對味精的食用限量，再次確認為一種安全可靠的食品添加劑。味精主要用于提高菜肴及各種食物的食用鮮味，增強人們的食欲。作為食物的可溶性成分溶于食物溶液或人的唾液中，從而刺激舌頭的味蕾，通過味蕾中的味覺中樞神經(jīng)傳到大腦的味覺中樞，經(jīng)大腦分析后產(chǎn)生菜食味道鮮美的味覺。其味閾值(對人能感覺到的最低百分比濃度) 為0. 03 %，比蔗糖甜味(0. 5 %) 和食鹽咸味(0. 08 %) 感覺靈敏。味精進入人體后，遇到胃酸會很快轉(zhuǎn)化為易被人體吸收的谷氨酸，谷氨酸經(jīng)消化道吸收構(gòu)成蛋白質(zhì)，人腦在工作時,所需的能量主要依靠氨基酸來提供，所消

8、耗的氨基酸中,谷氨酸所占比例最大。在參與人體脫氨基、轉(zhuǎn)氨基、解氨、脫羧反應中起著重要作用。除此之外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),它能與血氨結(jié)合形成對人體無害的氨酰胺，谷氨酰胺的合成過程不僅是解氨毒的重要方式,也是氨的運輸和貯存形式?？捎糜诟位杳曰謴秃蛧乐馗螜C能不全，具有調(diào)節(jié)人體酸堿平衡的作用,防止酸中毒，對治療神經(jīng)衰弱和防止癲癇也有一定療效。因此又作為生產(chǎn)原料用于醫(yī)藥生產(chǎn)。2001年，味精的全球銷售量達到150萬噸，而我國2001年味精產(chǎn)量為91.29萬噸；工業(yè)總產(chǎn)值達到137.08億元，；銷售收入為94.38億元。從總體上說，我國作為世界上人口最多的國家，味精行業(yè)的發(fā)展前景是比較廣闊的。1.2 味精的發(fā)現(xiàn)及

9、商業(yè)化盡管味精廣泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸對于增強食物鮮味的作用，在20世紀早期，才被人們科學地認識到。 1907年，日本東京帝國大學的研究員池田菊苗發(fā)現(xiàn)了一種，昆布（海帶）湯蒸發(fā)后留下的棕色晶體，即谷氨酸。這些晶體，嘗起來有一種難以描述但很不錯的味道。這種味道，池田在許多食物中都能找到蹤跡，尤其是在海帶中。池田教授將這種味道稱為“鮮味”。繼而，他為大規(guī)模生產(chǎn)谷氨酸晶體的方法申請了專利。之后，味之素公司成立，致力于味精的生產(chǎn)與產(chǎn)品在日本市場的銷售。味之素意味著味覺的元素。1947年，味精登陸美國市場，命名為:ac'cent flavor enhancer。1.3 設(shè)計的

10、任務及主要設(shè)計內(nèi)容 味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：（1）原料的預處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養(yǎng)級谷氨酸發(fā)酵；（3）谷氨酸的提??；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。本設(shè)計的任務是對一個年產(chǎn)一萬噸的味精廠前兩個階段的工藝進行設(shè)計，主要是谷氨酸發(fā)酵階段的設(shè)計。設(shè)計的內(nèi)容包括工藝流程；物料能量衡算；設(shè)備計算及選型；工藝設(shè)置及車間設(shè)計；主要設(shè)備工藝設(shè)計；等等。1.4 設(shè)計的規(guī)模及產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)一萬噸味精廠的發(fā)酵提取工段，成品為99%的味精1.5 產(chǎn)品質(zhì)量指標產(chǎn)品質(zhì)量符合中華人民共和國國家標準gb8967-88項 目指 標含量 %99.0透光率 %98比旋光度d20, +24.

11、80+25.30氯化物（以cl計） %0.1ph6.77.2干燥失重 %0.5砷（as） mg/kg0.5重金屬（以pb計） mg/kg10鐵（fe） mg/kg5鋅（zn） mg/kg5硫酸鹽（以so4計） %0.031.6工藝技術(shù)參數(shù)1.6.1生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模：   10000噸年   生產(chǎn)規(guī)格：   純度為99的味精生產(chǎn)方法：   以工業(yè)淀粉為原料、雙酶法糖化、低溫濃縮、等電提取生產(chǎn)天數(shù)：   300天年   倒罐率：   

12、1%發(fā)酵周期： 40小時     生產(chǎn)周期： 48小時種子發(fā)酵周期： 8小時種子生產(chǎn)周期： 16小時原料淀粉含量： 80 發(fā)酵醪初糖濃度: 150 kg/m3  淀粉糖轉(zhuǎn)化率： 98糖酸轉(zhuǎn)化率：  50     谷氨酸提取收率： 90味精對谷氨酸精制收率：112  發(fā)酵罐接種量：    3發(fā)酵罐填充系數(shù)：   751.6.2種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基(g/l)：水解糖：25，糖蜜：20，玉米漿：10，m

13、gs04：0.4， mnso4：2mg/l，feso4：2mg/l，k2hp04：1， 尿素：3.5，消泡劑：0.3，泡敵：0.6。1.6.3發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基(g/l)： 水解糖：150，糖蜜：3， mgs04  ： 0.4，kcl1.2，na2hp04：0.2，mnso4：2mg/l，feso4：2mg/l，尿素：40，消泡劑：4，泡敵：0.6。第二章 味精生產(chǎn)工藝2.1 味精生產(chǎn)工藝概述利用淀粉為原料，雙酶水解制糖后，通過微生物發(fā)酵、等電點沉淀提取生產(chǎn)味精的工藝使目前最成熟、最典型的生產(chǎn)工藝。味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：(1)原料的預處理及淀粉水解糖的制備；

14、(2)種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；(3)谷氨酸的提取；(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個工藝階段相對應味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時還設(shè)置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。本文只是做前兩個步驟，即（1）原料的預處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養(yǎng)級谷氨酸發(fā)酵。因此，相對應的兩個車間的工藝分別為：糖化車間和發(fā)酵車間。2.2 原料預處理及淀粉水解糖制備2.2

15、.1 原料的預處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時去除固體雜質(zhì)，防止機器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機，常用的是振動篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輥式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應用于薯干等脆性原料的中碎和細碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細碎。2.2.2 淀粉水解糖制備在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。目前，國內(nèi)許多味精廠采

16、用雙酶法制糖工藝。2.2.3 工藝操作規(guī)程（a）液化配料過程首先配制粉漿濃度在1114obe(開始階段及最后階段允許濃度較低)。再加入各種輔料，用na2co3水溶液調(diào)ph5.5-5.6，以減少不可發(fā)酵糖的產(chǎn)生，cacl2用量為干淀粉的0.15-0.3%。加入-淀粉酶，加入量為6-8u/g淀粉，攪拌均勻。（b）液化工段使用噴射液化器，工作蒸汽壓0.4mpa。保壓維持在 90，液化時間60min,碘色反應呈棕色即可。然后130-140滅酶5-10min。經(jīng)板式換熱器冷卻至70以下，進入糖化罐。從換熱器出來的熱水供配料和洗濾渣用。（c）糖化工段1）首先將液化液降溫至60±1，再用鹽酸溶液調(diào)

17、液化液ph4.0-4.4，加入糖化酶，加酶量與糖化時間有關(guān)，一般糖化時間是2432h，加酶量為180240u/g淀粉，一直保持攪拌。2）以上配料完成后，開始保溫60±1的糖化過程，采用間歇攪拌，既攪拌8小時，停止攪拌8小時，以此類推，直至糖化結(jié)束。3）糖化過程中按生產(chǎn)紀錄表中要求每隔2小時或4小時檢查一下糖化液的糊精狀況，直至無明顯糊精為糖化結(jié)束，糊精檢測用無水酒精。4）糖化完成后，開始升溫滅酶，滅酶溫度80-85，保持攪拌，滅酶時間30min。用naco3 水溶液調(diào)ph4.8-5.0，并于糖液70時加入助濾劑硅藻土，加量為0.150.18g/100ml糖液，保持攪拌30min以上。

18、5）過濾：過濾前，先清洗貯糖罐。糖化完成后的糖液經(jīng)板框壓濾機過濾后的澄清糖液打入貯糖罐，保持糖液溫度不低于60存放 2.3 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵2.3.1 總體情況種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。 谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器維持管真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵

19、塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應用較少。發(fā)酵設(shè)備，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。對于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后導入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設(shè)備。2.3

20、.2 車間操作規(guī)程（a）一級種子培養(yǎng)菌種室要保證絕對無菌,每天必須對室內(nèi)全面滅菌，操作人員進入菌種室要穿戴無菌衣帽,口罩，操作前用75%的酒精擦拭雙手。使用物品用95%酒精擦拭消毒,再放入紫外滅菌室照射30分鐘滅菌.種子培養(yǎng)基滅菌0.1mpa/27min,空試管制好棉塞,滅菌0.15mpa/1.5h。菌種按自然分純法，每兩個月進行一次分純工作，如生產(chǎn)不正常時要及時進行分純，提供生產(chǎn)用的分純菌種二十天左右調(diào)換一支。一級種子培養(yǎng)基配制時應一人稱，一人復稱一人復稱,玉米麩用紗布過濾去雜質(zhì), 磷酸二氫鉀單獨稱好用蒸餾水溶解好最后定容。（b）二級種子培養(yǎng)1）配料：配料前先攪拌取樣,化驗糖液含量，按需要準

21、確打糖,并準確計算各培養(yǎng)基用量.其中包括種子和發(fā)酵培養(yǎng)基的生物素用量.稱量前玉米漿要攪拌均勻，需要事先溶解的要先在溶解罐中溶解后再打入配料罐.配料好后用氫氧化鈉水溶液調(diào)至ph7.0。2）滅菌：a.空罐滅菌：滅菌前先洗靜罐內(nèi)泡沫、雜物,全面檢查各管道、閥門、壓力表有無漏氣、堵塞、失靈等現(xiàn)象,有異常時及時修復。視情況查罐,查罐時要切斷電源，專人監(jiān)護，安全操作。蓋好視孔玻璃,檢查罐內(nèi)冷卻水閥門是否關(guān)閉,并壓緊內(nèi)冷卻管的冷卻水。通內(nèi)層蒸汽到0.2mpa時，打開各路管路，充分排氣，注意各排氣口蒸汽不要排的過大，以噴上管子的水能及時汽化為準，即軟排氣，保持40分鐘?？展逌缇耐瑫r，把油罐、流加糖罐、種子管

22、道同步滅菌，并利用罐內(nèi)壓力排污，根據(jù)需要可分多次或連續(xù)排污?？展逌缇Y(jié)束后，排盡污水，并迅速通入無菌空氣保壓，準備進料。待各管路干燥后，關(guān)好各管路口。b.種子罐實消：先夾層進氣開攪拌到90后關(guān)掉夾層進氣，壓力控制在0.7kg/cm²。夾層二路進氣到100時，打開各排氣小閥。到108停止進氣，開始維持，7分鐘后立即關(guān)閉排氣小閥，通風并開冷卻水，降溫到35接種。c.連消：與鍋爐房聯(lián)系，使熱蒸汽總壓力不低于0.4mpa，同時檢查設(shè)備于管路閥門是否完好，把配料桶內(nèi)的培養(yǎng)基升溫至65預熱。排盡冷卻管內(nèi)冷卻水，通入熱蒸汽消毒30分鐘，從連消器經(jīng)維持罐及其余附屬設(shè)備到發(fā)酵罐為止。調(diào)節(jié)連消溫度開始1

23、22，中間118120，快結(jié)束時122，防止波動過大。一定要控制料液和蒸汽的合理流速，要等料液進發(fā)酵罐30分鐘后才能開降溫水。打料時注意發(fā)酵罐壓力不得低于0.05mpa，操作人員不得離開崗位。連消完畢以蒸汽壓靜余料，有時間可加入水2000升清洗配料和連消系統(tǒng)，一并滅菌后打入罐內(nèi)。d.二級種子及流加糖滅菌：空罐滅菌，表壓0.2mpa30分鐘。二級種子實罐滅菌，115120保持10分鐘。流加糖滅菌，100105保持10分鐘。降溫開始前應先通入無菌空氣，保持罐壓不低于0.2mpa，防濕壓引起染菌。種子罐用空氣過濾器滅菌。3）接種：接種前先檢查管路閥門是否完好。然后通蒸氣對管道進行消毒，要求在接種前半

24、小時開始消毒，進行時間為1520分鐘，然后用大罐空氣保壓并吹冷風，盡快排盡管道冷凝水。接種時注意兩面的壓力，發(fā)酵罐壓力不得低于0.05 mpa，接種完畢種子罐及管道均應用蒸汽沖洗數(shù)分鐘，并用堿水浸泡種子罐。4）看罐：二級種子看罐:種后及時調(diào)節(jié)風量(1:0.25)及罐溫(應根據(jù)不同菌種調(diào)節(jié)控制溫度在3234)。二級種子質(zhì)量標準凈增：odph殘?zhí)晴R檢0.40.5從高峰下降到7.2以下消耗糖0.5以上粗壯，排列整齊，革蘭式陽性大罐看罐：a.按規(guī)定保持罐壓，其它保壓設(shè)備的壓力不低于0.1mpa，控制溫度、ph、風量。b.嚴守崗位，每2小時取樣測od、殘?zhí)?、次甲基藍反應時間及ph，如實紀錄風量、溫度、罐

25、壓。c.按規(guī)定流取無菌樣，經(jīng)常注意密封和機械運轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象及時通知檢修。加強泡沫情況觀察，加消泡劑量要少量多次，以不逃液為原則。d.環(huán)境及二級種子取樣口附近每2小時噴灑新潔爾滅一次，作環(huán)境衛(wèi)生工作防止噬菌體。取樣空試管不得連續(xù)套用，用后集中放置消毒桶內(nèi)，廢ph 試紙及時消毒處理。e.隨時掌握發(fā)酵情況，液氨流加情況，發(fā)酵罐降溫情況等，要做到心中有數(shù)，發(fā)酵不正常時及時匯報。根據(jù)發(fā)酵具體進行流加糖并如實做好紀錄工作。f.根據(jù)耗糖及ph等發(fā)酵情況掌握適時放罐，及時與提取部門聯(lián)系，交送放罐單。檢查閥門，防止逃液。放罐后及時清洗發(fā)酵罐，視鏡。做好衛(wèi)生工作，關(guān)閉自動儀表。g.取樣和排放的帶菌液應殺菌后放

26、入陰溝，嚴格控制活菌排放。突然停電時，立即關(guān)閉排氣口、進氣口及液氨閥門，采取緊急保壓措施。h.注意觀察水泵壓力，并做好紀錄，整個發(fā)酵過程中必須認真，嚴肅如實填寫每罐批次，不得弄虛作假。 第三章 衡算3.1 物料衡算主要技術(shù)指標如表所示。生產(chǎn)規(guī)模10000t/a發(fā)酵初糖150%生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，一次等電點提取發(fā)酵罐接種量3%年生產(chǎn)天數(shù)300d/a淀粉糖化轉(zhuǎn)化率98%產(chǎn)品日產(chǎn)量33.4t/d糖酸轉(zhuǎn)化率50%產(chǎn)品質(zhì)量純度99%麩酸谷氨酸含量90%倒灌率1%谷氨酸提取率90%生產(chǎn)周期48h味精對谷氨酸產(chǎn)率112%味精生產(chǎn)過程的原（輔）材料及動力單耗（1t100%msg計算）物料名稱規(guī)格單耗（t/t）淀

27、粉原料大米原料玉米淀粉含淀粉86%2.12大米含淀粉70%2.6硫酸98%0.450.45液氨99%0.350.35純堿98%0.340.34活性炭0.030.02水309309電2000kwh/t2000kwh/t蒸汽11.411.4主要原材料質(zhì)量指標 淀粉原料的淀粉含量為80%，含水14%。二級種子培養(yǎng)基(g/l)：水解糖：25，糖蜜：20，玉米漿：10，mgs04：0.4， mnso4：2mg/l，feso4：2mg/l，k2hp04：1， 尿素：3.5，消泡劑：0.3，泡敵：0.6。發(fā)酵培養(yǎng)基(g/l)： 水解糖：150，糖蜜：3， mgs04  ： 0.4，kcl

28、1.2，na2hp04：0.2，mnso4：2mg/l，feso4：2mg/l，消泡劑：4，尿素：40泡敵：0.6。3.1.1 淀粉制糖工藝的物料衡算淀粉漿量及加水量 味精生產(chǎn)過程中，淀粉加水的比例為1：2.5，即1000kg的工業(yè)淀粉調(diào)漿時的加水量為2500kg，由此制得的淀粉漿量為3500kg.淀粉漿中干物質(zhì)（淀粉）的濃度 1000×86%/3500=24.57%液化用酶的量 淀粉液化用酶是淀粉酶，其用量為淀粉漿的0.017%，即淀粉酶的用量為： 3500×0.017%=0.6（kg）一般來說，cacl2的加入量是淀粉漿量的0.043%，那么cacl2量 3500

29、15;0.043%=1.5（kg）糖化酶的用量 糖化酶的用量是淀粉漿量的0.043%，即糖化酶量： 3500×0.043%=1.5（kg）制得的24%糖化液的量為： 1000×86%×1.11×98%/24%=3898(kg)24%的糖液的相對密度為1.09，那么糖化液的體積就為： 3898/1.09=3576(l)加珍珠巖量和濾渣量 淀粉需加入珍珠巖進行助濾，加入量為糖化液的0.15%，即： 3898×0.15%=5.85（kg）而過濾后的濾渣是含水70%的廢珍珠巖，濾渣量有： 5.85/(1-70%)=19.5(kg)根據(jù)上述計算，可以列出

30、制糖工藝的物料衡算表進入糖化過程的物料離開糖化過程的物料項目物料比例（kg）日投料量（kg）項目物料比例（kg）日投料量（kg）工業(yè)淀粉100076372糖化液3898297690配料水2500190925濾渣19.51489.2液化酶0.645.8cacl21.5114.6糖化酶1.5114.6珍珠巖5.85446.83.1.2發(fā)酵階段物料衡算以生產(chǎn)1t純度為100%的味精需要的原輔料及其他物料為例：(1)發(fā)酵液量v1=1000/（150×50%×90%×99%×112%）=13.36（m3）其中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）50%糖酸轉(zhuǎn)化率

31、90%谷氨酸提取率99%除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率112%味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率(2)發(fā)酵液配制需水解糖量以純糖算，g1=v1×150=2004（kg）其中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3）(3)種液量v2=3%v1=0.401（m3）其中 3%接種量(4)種子培養(yǎng)液所需水解糖量g2=25v2=10.02（kg）其中 25種液含糖量（kg/m3）(5)生產(chǎn)1t味精需水解糖總量為：g=g1+g2=2004+10.02=2014.02（kg）(6)耗用淀粉原料量理論上，100kg淀粉可轉(zhuǎn)化生成111kg葡萄糖，則理論上耗用淀粉量為：g淀粉=2014.02/（80%×98

32、%×111%）=2314.33（kg）其中 80%淀粉原料含純淀粉量98%淀粉糖化轉(zhuǎn)化率(7)尿素耗用量種子培養(yǎng)基耗尿素量為3.5v2=1.404（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素量為40v1=534.4（kg）則耗尿素總量為535.8kg(8)糖蜜耗用量種子培養(yǎng)基耗用糖蜜量為20v2=8.02（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗用糖蜜量為4v1=53.44（kg）則耗用的糖蜜總量為61.46（kg）(9)玉米漿耗量種子培養(yǎng)基玉米漿耗量為8v2=3.208（kg）耗用的玉米漿總量為3.208（kg）(10)硫酸鎂（mgso4·7h2o）用量0.4（v1+v2）=0.4（13.36+0.401）=5.

33、5044（kg）(11)硫酸錳耗用量2（v1+v2）=2×（13.36+0.401）= 27.522(g)(12)硫酸亞鐵耗用量2（v1+v2）=2×（13.36+0.401）=27.522(g)(13)氯化鉀耗用量0.8 v1=0.8×13.36=10.688（kg）(14)磷酸氫二鉀（ k2hp04·7 h2o）耗用量1v2=1×0.401=0.401（kg）(15)na2hp04耗用量0.2v1=0.2×13.36=2.672（kg）(16)泡敵耗用量0.6（v1+v2）=0.6（13.36+0.401）=8.257（kg）(1

34、7)植物油耗用量 1.0 v1=13.36（kg）(18)谷氨酸量發(fā)酵液谷氨酸含量為：g1×50%×（1-1%）=2004×50%×99%=991.98（kg）實際生產(chǎn)的谷氨酸為：991.98×90%=892.782（kg）3.1.3 10000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算表由上述生產(chǎn)1000kg味精（100%純度）的物料衡算結(jié)果，可以得10000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計算。具體計算結(jié)果如下表物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）物料量生產(chǎn)1t味精（99%）的物料量10000t/a味精（99%）生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）13.36

35、013.226132264.000440.880種子培養(yǎng)液（m3）0.4010.3973969.90013.233發(fā)酵水解用糖（kg）2004.0001983.96019839600.00066132.000種子培養(yǎng)用糖（kg）10.0209.92099198.000330.660水解糖總量（kg2014.0201993.88019938798.00066462.660淀粉原料（kg）2314.3302291.186722911867.00076372.890尿素（kg）535.800530.4425304420.00017681.400糖蜜（kg）61.46060.845608454.000

36、1825.362玉米漿（kg）3.2083.17631759.200105.864硫酸鎂（kg）5.50445.44954493.560181645硫酸錳（g）27.52227.247272467.800908.226硫酸亞鐵（g）27.52227.247272467.800908.226氯化鉀（g10.68810.581105811.200352.704磷酸氫二鉀（kg）0.4010.3973969.90013.233磷酸氫二鈉（kg）2.6722.64526452.80088.176泡敵（kg）8.2578.17481744.300272.481谷氨酸（kg）892.782883.8548

37、838541.80029461.8063.2熱量衡算3.2.1 淀粉液化工序的熱量衡算液化加熱蒸汽量 淀粉液化時加熱需要消耗的蒸汽量（w蒸汽1）可按下式計算： w蒸汽1=gc(t2-t1)/(i-)式中，g淀粉漿的重量（kg/h）；c淀粉漿的比熱容kj/(kg·k)；t1淀粉漿的初始溫度（）；t2液化溫度（），i加熱蒸汽的熱焓，2738 kj/kg（0.3mpa,表壓）；加熱蒸汽凝結(jié)水的熱焓，363k時377 kj/kg。淀粉漿量g 根據(jù)物料衡算可知，日投工業(yè)淀粉量為76.37t，24h連續(xù)液化，即每小時的處理量為76.37/24=3.182（t/h）。液化調(diào)漿時淀粉與水的比例關(guān)系為

38、1:2.5，淀粉漿量就為3182×3.5=11137（kg/h）淀粉漿中淀粉的濃度為：3182×86%/11137×100%=24.6%淀粉漿的比熱容c可按下式計算： kj/(kg·k)式中，c0淀粉的比熱容kj/(kg·k)；x淀粉漿中淀粉的含量（濃度）；c水水的比熱容kj/(kg·k)。蒸汽用量w蒸汽1： w蒸汽1=滅酶用的蒸汽量w蒸汽2滅酶時需將液化液由90加熱至100，100時蒸汽的為419（kj/kg）,那么滅酶用的蒸汽量w蒸汽2：w蒸汽2=滅酶過程一般要求在20min內(nèi)使液化液由90加熱至100，則蒸汽的高峰用量為： 16

39、9.5×60/20=508.5(kg/h)因此，液化過程的平均用蒸汽量為1165.6+169.5=1335(kg/h)，每日蒸汽平均用量為26.4t/d,而高峰時用汽量為1165.5+508.5=1674(kg/h)。液化液的冷卻水用量液化、滅菌過程完成后，需將物料內(nèi)100降溫至65，假設(shè)冷卻水的進口溫度是20，出水溫度是58.7，那么需要的冷卻水用量即為： w=每天的用水量為9525.6×24=228.7（t/d）。3.2.2液化液糖化過程的熱量衡算年產(chǎn)10000噸味精工廠，按前面計算，日產(chǎn)24%糖液297.7t，按相對密度1.09計算，其體積為297.7÷1.

40、09=273(m2)。糖化操作周期為30h，選用100m3的糖化罐，裝填系數(shù)75%，則需要糖化罐數(shù)量為： 取整數(shù)，需5只罐。按生產(chǎn)上的流程使用板式換熱器，使糖化液（經(jīng)滅菌后）由85降至60，用二次水冷卻，冷卻水的進口溫度20，出口溫度為45，其平均用水量為： 式中的12472為糖化液量（液化液+蒸汽冷凝水=11137+1335）。生產(chǎn)上一般要求在2h內(nèi)把75m3的糖液冷卻至40，其高峰用水量為： 由于每天同時運轉(zhuǎn)的糖化罐有4.55×25/30=3.79(罐)；每天冷卻水的用量為：2×34.5×3.79=261（t）3.2.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的熱量衡算 培養(yǎng)液連續(xù)

41、滅菌用蒸汽量 發(fā)酵過程所用的發(fā)酵罐為100，裝料系數(shù)為0.75，那么每只罐產(chǎn)100%msg的量應為：每罐初始體積為75，糖濃度是16.4g/100ml，滅菌前培養(yǎng)基的含糖量為19%，起數(shù)量應為： 滅菌過程中用0.4mpa蒸汽，其i=2743kj/kg分兩步加溫，先用板式換熱器將物料由20預熱到75，再加熱到120，而冷卻水的溫度由20升至45。設(shè)每罐的滅菌時間為3h，需要輸料流量為，滅菌所用的蒸汽量為：其中 3.7糖液的比熱容kj/(kg*k)這樣每天的滅菌蒸汽用量就是，其中高峰用量是1.7（t/h）,平均用量是培養(yǎng)液冷卻水用量 由培養(yǎng)液板式換熱器滅菌流程可知，120的熱料先通過與生料進行熱交

42、換，降溫至80后，再用冷卻水冷卻至35，在此過程中冷卻水由20升溫至45，所以冷卻水用量為：全天冷卻水用量為： 發(fā)酵罐空罐滅菌的蒸汽用量 由于發(fā)酵罐的體積是100，假設(shè)發(fā)酵罐體是由不銹鋼1cr18ni9制造而成，此時罐體的重量為34.3t,冷卻排管重有6t，不銹鋼1cr18ni9的比熱容是0.5kj/(kg*k)，用0.2mpa蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15mpa下，由20升溫至127，蒸汽的用量為：充滿發(fā)酵罐空間需要的蒸汽量 因為100的發(fā)酵罐的容積實際上大于100，考慮到管內(nèi)有排管、攪拌器等配件所占有的空間，罐的自由體積仍按100計算，充滿罐空間需要的蒸汽量為： 其中 發(fā)酵罐自由空間，即全容

43、積（）；加熱蒸汽的密度（kg/） 1.6220.2mpa(表壓)的蒸汽密度（kg/）滅菌過程中的熱損失 設(shè)發(fā)酵罐的外壁溫度為70，此時輻射與對流的聯(lián)合給熱系數(shù)為： 100發(fā)酵罐的表面積為101，耗用蒸汽量為：罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗量：其中 0.001罐壁附著洗滌水的平均厚度（1mm）滅菌過程的蒸汽滲漏消耗的蒸汽 一般滅菌過程的蒸汽滲漏可取總蒸汽消耗量的5%，因此，空罐滅菌時的蒸汽消耗量為：每次空罐滅菌的時間是1.5h，耗用的蒸汽量為：每日耗用的蒸汽量為：平均耗用蒸汽量： 發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量及冷卻水用量：根據(jù)部分味精廠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)可以知道谷氨酸的發(fā)酵熱約為 100的味精發(fā)酵罐，一般裝料是75

44、，使用新鮮的冷卻水進行冷卻，冷卻水的進口溫度是10，出口溫度為20，那么冷卻水的用量就可以按下式計算：因為每天運轉(zhuǎn)的發(fā)酵罐是13.5罐次，高峰用水量為，日用水量為（注：式中的0.8是各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)），平均用水量為3.3 過程水的衡算3.3.1 糖化工序用水量 配料用水量 年產(chǎn)萬噸味精的生產(chǎn)工廠日投工業(yè)淀粉量為76.37（t），配料時的加水比例是1:2.5，用水量76.37×2.5=190.9（t/d）。 液化液冷卻用水量 228.7（t/d）。 糖化液冷卻用水量 261（t/d）。3.3.2 連續(xù)滅菌工序的用水量 配料用水量 由于糖化后的糖液含糖量是24%，而培養(yǎng)基的含糖量是1

45、9%，配成的糖液有120.8（t）,那么每罐料需要加水的量是： 每天按3罐計算，配料需要的水量為3×25.4=76（t/d）。 滅菌后料液的冷卻水用量 621（t/d）或26（t/h）。3.3.3發(fā)酵工序的用水量培養(yǎng)液冷卻水用量 由培養(yǎng)液板式換熱器滅菌流程可知，120的熱料先通過與生料進行熱交換，降溫至80后，再用冷卻水冷卻至35，在此過程中冷卻水由20升溫至45，所以冷卻水用量為：全天冷卻水用量為： 100的味精發(fā)酵罐，一般裝料是75，使用新鮮的冷卻水進行冷卻，冷卻水的進口溫度是10，出口溫度為20，那么冷卻水的用量就可以按下式計算：因為每天運轉(zhuǎn)的發(fā)酵罐是13.5罐次，高峰用水量為

46、，日用水量為（注：式中的0.8是各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)），平均用水量為3.4無菌空氣消耗量的計算3.4.1單罐發(fā)酵無菌空氣的消耗量 根據(jù)生產(chǎn)情況，100m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速度按0.18vvm進行計算。單罐發(fā)酵過程的用水量（常壓空氣）v=100×75%×0.18×60=810（m3/h）單罐年用氣量 va=v×38×150=810×38×150=4617000m3 式中：38發(fā)酵周期（h）；150每年單罐發(fā)酵批次。3.4.2種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量取無菌空氣消耗量之和等于發(fā)酵過程空氣消耗量的25%。故無菌空氣的用量

47、為 式中：6發(fā)酵罐個數(shù)。3.4.3發(fā)酵車間高峰無菌空氣消耗量 vmax=6×(v,+v)=6×(202.5+810)=4617000×25%×6=6075(m3/h)3.4.4發(fā)酵車間年用量 vt=6×150×(v,+v)=6×150×（202.5+810）=2.3×107（m3）第四章 主要設(shè)備選型及設(shè)備計算4.1糖化罐 = =3.76式中: n 設(shè)備的操作臺數(shù) z 工段的生產(chǎn)能力，以每晝夜加工原料和半成品的噸數(shù)表示 設(shè)備的每個操作周期（h）v0 一晝夜內(nèi)被加工的原料、半成品的容量（m3）va一臺設(shè)備的

48、容量 設(shè)備的填充系數(shù)，從經(jīng)濟性出發(fā)，在相同規(guī)模下，選擇單臺設(shè)備容量大些、臺數(shù)小些比單臺設(shè)備容量小些、臺數(shù)多些的投資費用與管理費用要少。4.2 發(fā)酵罐4.2.1 發(fā)酵罐的選型耗氣發(fā)酵罐的研究從40年代開始，取得了一系列的成果，各種罐型紛紛出現(xiàn)。當前，我國谷氨酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐，即大家常說的通用罐。本次設(shè)計選用渦輪攪拌通風發(fā)酵罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要有：歷史悠久，資料齊全，在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗，成功率高。4.1.2 生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定發(fā)酵罐容積的確定隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)有的發(fā)酵罐容量系列有：5，10，20，50，60，75，100，120，

49、150，200，250，500m3等等。一般說來單罐容量越大，經(jīng)濟性能越好，但風險也越大，要求技術(shù)管理水平也越高，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和實用性，可以先選擇公稱容積為100 m3的六彎葉機械攪拌通風發(fā)酵罐。生產(chǎn)能力的計算現(xiàn)每天產(chǎn)99%純度的味精33.4噸，谷氨酸生產(chǎn)周期為48h（包括發(fā)酵、發(fā)酵罐清洗、滅菌進出物料等輔助操作時間）。則每天需發(fā)酵液體積為v發(fā)酵。每天產(chǎn)純度為99%的味精33.4噸，每噸100%的味精需發(fā)酵糖液13.36m3：v發(fā)酵=13.36×33.4×99%=442（m3）發(fā)酵罐填充系數(shù)為=75%，則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為v0（生產(chǎn)周期為48h）。 v0= v發(fā)酵/

50、=442/0.75=589.01568（m3） 3 發(fā)酵罐個數(shù)的確定以公稱容積為100 m3的六彎葉機械攪拌通風發(fā)酵罐為基礎(chǔ)，則需要發(fā)酵罐的個數(shù)為n。查表知公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐的總?cè)莘e為v總=118 m3，則有n= v發(fā)酵/（v總.24）=442×48/（118×0.75×24）=9.98（個）則需要取公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐10個；實際產(chǎn)量為：富裕量：（10031.33 -10000）/10000=0.31%，滿足產(chǎn)量要求。4.1.3主要尺寸的計算公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐的主要尺寸計算：v全=v筒+2v封頭=118 m3，忽略封頭折邊不計， 則有：v全=0.785d2×h+2d3/24=118 其中，設(shè)h=2d，1.57 d3+0.26 d3=118，可求得d=4.009（m） 取d=4m，則h=2d=8m查表可知封頭高h封=ha+hb=1000+50=1050（mm），則全容積v全： v全= v筒+2v封頭=0.785d2×h+2d3/24+0.785d2×0.05×2=118.44（m3） v全v全4.1.4冷卻面積的計算為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高是也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達到的最高溫度