1萬(wàn)噸味精廠等電母液離交提取的工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)

1、前言我國(guó)味精生產(chǎn)狀況據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明,1991年我國(guó)味精生產(chǎn)廠家約200多家,其中年產(chǎn)萬(wàn)噸以上的工廠2家,年產(chǎn)5000噸以上的工廠11家,年產(chǎn)1000噸以上的工廠54家,其余100多家年產(chǎn)量都在1000噸以下,這說(shuō)明我國(guó)大陸味精工業(yè)多屬小規(guī)模生產(chǎn)。1991年我國(guó)大陸味精產(chǎn)值為37.5億元人民幣,產(chǎn)量27萬(wàn)噸,較1990年成長(zhǎng)22%?？偖a(chǎn)量中純度99%的味精占31%,售價(jià)為每噸14000-15000元人民幣;純度80%的味精占46%,售價(jià)為每噸11000-13000元人民幣;其他純度味精占23%;麩酸售價(jià)為每噸9000元左右人民幣。在產(chǎn)品成本方面,大部分工廠使用淀粉原料,少數(shù)使用糖密。以淀粉為

2、原料的產(chǎn)品成本1. 谷氨酸發(fā)酵：應(yīng)采用高生物素發(fā)酵工藝，其工藝特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)豐富，種量大，風(fēng)量高。在保持一定發(fā)酵轉(zhuǎn)化率基礎(chǔ)上，要千方百計(jì)提高產(chǎn)酸率和縮短發(fā)酵周期，即提高發(fā)酵強(qiáng)度。產(chǎn)酸10，周期34hr，與產(chǎn)酸15，周期30hr比較，單位產(chǎn)量提高60左右。發(fā)酵產(chǎn)能的提高，可節(jié)省固定資產(chǎn)投入，能耗下降并可降低工資及管理費(fèi)用，達(dá)到降低成本的目的。亞適量生物素工藝有一定局限性，只有大種量高生物素發(fā)酵方法才能提高單位時(shí)間，單位體積產(chǎn)酸量，控制上可采用添加青霉素，表面活性劑或溫度敏感型菌株，企業(yè)可以根據(jù)自身情況利用現(xiàn)有菌種通過(guò)工藝的變革實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)篩選溫度敏感型菌株實(shí)現(xiàn)。2. 谷氨酸提取和廢水治理應(yīng)采用濃縮

3、等電點(diǎn)及廢水制造肥料的工藝。目前國(guó)內(nèi)普遍是等電點(diǎn)離交工藝，雖然提取收率高（高于濃縮等電），但酸，氨消耗高，廢水量大，處理難度大，成本高。隨著環(huán)保排放的嚴(yán)格控制，我們必須重新審視提取工藝，追求最佳提取與環(huán)保綜合效益。 工藝特點(diǎn)：發(fā)酵液濃縮i。連續(xù)中和，粗谷氨酸再提純。 濃縮：發(fā)酵液濃縮，主要考慮廢液制肥料時(shí)，先濃縮以減少酸性蒸發(fā)量，一般是采用多效真空蒸發(fā)裝置，溫度不超過(guò)80，谷氨酸含量2530g/dl。 連續(xù)中和：隨著發(fā)酵產(chǎn)酸提高，傳統(tǒng)的間歇等電方式已不能適應(yīng)（谷氨酸12以上時(shí)易形成ß-型晶體），必須連續(xù)中和。對(duì)于濃縮的發(fā)酵液連續(xù)中和是唯一的中和方式。 工藝操作上，在有一定晶體的底料中

4、，連續(xù)流加發(fā)酵液和中和劑，維持穩(wěn)定的PH和溫度梯度。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量穩(wěn)定，可越過(guò)蛋白質(zhì)膠體，避免非正常發(fā)酵液的影響，其次是周期短，可提高設(shè)備能力，連續(xù)化，自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 再結(jié)晶：經(jīng)過(guò)濃縮的發(fā)酵液，谷氨酸晶體雜質(zhì)高，為減輕后步工序負(fù)荷，必須進(jìn)一步提純，根據(jù)工業(yè)結(jié)晶理論，結(jié)晶是提純物料最有效的方法，可采取兩種方法，一種方法是 -型晶（粗谷氨酸），經(jīng)溶解重新結(jié)晶成ß-型晶。因晶格的不同，除去晶體中雜質(zhì)和色素，達(dá)到提純的目的。另一種方法是-型晶，表面適度溶解后再重新結(jié)晶（仍為-型晶形），除去表面吸附的雜質(zhì)。前者夫酸純度高，后者夫酸純度低。但具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。 廢水治理：味精生

5、產(chǎn)廢水 COD,BOD,N-NH3,SO4-,高，難處理，目前的處理方法有：生化處理方法，適宜于中濃度廢水，工程投資大，占地面積達(dá)，能耗高，可作為輔助處理方法，培養(yǎng)飼料酵母，作為飼料添加劑，仍有二次排污需要處理;制造肥法：一種是先提取谷氨酸后母液蒸發(fā)濃縮成硫酸肥料（閉路循環(huán)），另一種是發(fā)酵液先濃縮提取谷氨酸，母液在濃縮制復(fù)合肥料。隨著發(fā)酵產(chǎn)酸提高，濃縮比降低，能耗下降，且復(fù)合肥料市場(chǎng)較大，治理相對(duì)徹底，有一定的經(jīng)濟(jì)效益，因此提取走濃縮等電廢水治理復(fù)合肥是相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理的方法，也是企業(yè)的發(fā)展方向。3. 味精結(jié)晶：多效蒸發(fā)和連續(xù)結(jié)晶 國(guó)內(nèi)味精結(jié)晶，一直沿用傳統(tǒng)方法，沒有大的改進(jìn)，間歇單效，濃縮，結(jié)晶

6、設(shè)備一體雖可做成大顆粒味精，但蒸汽消耗高，制作工序占蒸汽總消耗的60以上，國(guó)內(nèi)味精的消費(fèi)方式正在發(fā)生變化，味精作為終端消費(fèi)的比例在減少，而作為基料用于食品加工業(yè)和復(fù)合調(diào)味料的比例增加較快。目前臺(tái)灣，韓國(guó)，日本等地家庭消費(fèi)味精量?jī)H占三成，作為基料的部分市場(chǎng)需求的是小顆粒味精，大顆粒味精實(shí)屬過(guò)剩。連續(xù)結(jié)晶方式，充分顯示其優(yōu)勢(shì)，既能滿足用戶要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了味精結(jié)晶工序連續(xù)化，自動(dòng)化，并輔之多效蒸發(fā)，發(fā)幅度提高效率，降低生產(chǎn)成本。4.生產(chǎn)設(shè)備向大型化，自動(dòng)化及節(jié)能型發(fā)展發(fā)酵罐向大型化，自動(dòng)化方向發(fā)展，并且改變傳統(tǒng)攪拌形式，軸向與徑向流相結(jié)合，增加溶解氧，提高效率，降低運(yùn)行成本，穩(wěn)定生產(chǎn)：空氣過(guò)濾系統(tǒng)，

7、采用過(guò)濾效率高（可達(dá)到99.9999），阻力小，壓力降低的膜過(guò)濾器，保證無(wú)菌空氣質(zhì)量，并節(jié)省電耗。谷氨酸分離系統(tǒng)，味精連續(xù)結(jié)晶，采用國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口的先進(jìn)設(shè)備以達(dá)到節(jié)能，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。味精工業(yè)是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，展望未來(lái)，味精工業(yè)將會(huì)達(dá)到更高水平，味精工業(yè)前景將更加美好，我們奮斗在味精行業(yè)的同仁們，應(yīng)立足于現(xiàn)狀，充分認(rèn)識(shí)行業(yè)差距，借鑒國(guó)內(nèi)外，行業(yè)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，團(tuán)結(jié)一致，不斷技術(shù)創(chuàng)新，加速企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，繼續(xù)進(jìn)行味精工業(yè)革命，提升技術(shù)水平，為味精工業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。 其中等電點(diǎn)沉淀法是氨基酸提取方法中簡(jiǎn)單的一種方法。其理論基礎(chǔ)是利用氨基酸的兩性解理于等電點(diǎn)性質(zhì)。不同的氨基酸有

8、不同的等電點(diǎn)，在等電點(diǎn)，氨基酸的靜電荷為零，便于氨基酸彼此吸引成為i大分子沉淀下來(lái)。所以此時(shí)氨基酸的溶解度最小，容易結(jié)晶析出。 離子交換法是利用粒子交換劑對(duì)不同的氨基酸吸附能力的差異進(jìn)行分離的方法。氨基酸為兩性電解質(zhì)，在特定的條件下，不同的氨基酸的帶電性質(zhì)及解離性質(zhì)不同，故統(tǒng)一成離子交換劑對(duì)不同的氨基酸的吸附能力不同，因此可對(duì)氨基酸混合物進(jìn)行分組或?qū)崿F(xiàn)單一成分分離。離子交換提取氨基酸是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的提取方法之一。 等電離子交換法提取谷氨酸為目前許多工廠所采用。本工藝分作兩步操作：1：將發(fā)酵液等電點(diǎn)提取部分谷氨酸。2：將母液進(jìn)行離子交換法提取。工藝流程 發(fā)酵液 1加濃硫酸 育晶（2小時(shí)）P

9、H 4-5 加濃硫酸 育晶（2小時(shí)）PH 3.5-3.8 加濃硫酸 育晶（2小時(shí)）PH 3.0-3.2 攪拌育晶（16-20h） 沉淀4h 細(xì)谷氨酸返回加入1步驟 母液+上清液 加濃硫酸 調(diào)PH=1.5 上離子交換柱 洗脫 高流分返回加入1步驟流程圖發(fā)酵液貯罐除菌體 發(fā)酵液貯罐等電罐-離心機(jī)-收集谷氨酸上清液 母液貯罐-調(diào)酸罐 配氨罐-離交柱-高流分罐-回到發(fā)酵液貯罐 鹽酸貯罐（用于再生） 收集 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟（1） 谷氨酸的產(chǎn)量味精 分子量 M=187.13谷氨酸 分子量 M=147.13設(shè)年產(chǎn)1萬(wàn)t ，純度為99味精所需谷氨酸的量為X噸，則 187.13/147.13=100000.99/X

10、 X=7783.8噸/年 生產(chǎn)天數(shù)為320d 精制效率為 105每天生產(chǎn)的產(chǎn)量=7783.8/320/1.05=23.166 t/d（2） 每天需要谷氨酸含量為10的發(fā)酵液體積等電加離交總收率為95則實(shí)際需要的谷氨酸的質(zhì)量為=23.166/0.95=24.385 t/d產(chǎn)酸平均為10則發(fā)酵液的總質(zhì)量=24.385/10=243.854 t/d取發(fā)酵液密度=1000kg/m3則發(fā)酵液總體積=243.8541000/1000=243.854 m3/d(3)貯罐的大小和個(gè)數(shù)的確定一次等電收率為平均 76則結(jié)晶出谷氨酸的質(zhì)量=24.3850.76=18.53 t/d上清液中剩余谷氨酸的質(zhì)量=24.38

11、5（1-0.76）=5.855 t/d上清液中谷氨酸所占的百分比=5.855/（243.85-18.53）100=2.599取=1000kg/m3則上清液總體積=（243.85-18.53）1000/1000=225.32m3所以需體積（以一天來(lái)計(jì)算）為400m3的貯罐一個(gè)。（3） 將谷氨酸上清液調(diào)成PH=1.5 所需的的H2SO4的量1. 上清液的質(zhì)量=243.85-18.53=225.32 kg 根據(jù)1噸上清液（含谷氨酸 1.82.0）從PH=1.5需92.5的硫酸約60kg ,而由于我們的上清液中谷氨酸含量為2.17，所以適當(dāng)增加硫酸（92.5）為61 kg 硫酸的質(zhì)量=225.3261

12、=13744.52 kg又知 92.5的硫酸的密度 =1824 kg/m3H2SO4的體積=13744.52/1824=7.535m3每天需要調(diào)酸的液體總體積=225.32+7.535=232.855 m3每4個(gè)小時(shí)調(diào)酸一次，一天調(diào)酸6次則每次調(diào)酸的液體體積=232.855/6=38.809 m3所以需體積（以一天計(jì)算）為60 m3 的調(diào)酸罐一個(gè)2. 調(diào)酸罐的設(shè)計(jì)： 采用攪拌：高徑比H/D=2 封頭容積：V=1/43.14D2(Hb+1/6D) 圓柱容積：V=1/43.14D2H=1/23.14D3 取 Hb=0.04可得 1/43.14D2（Hb+1/6D）+1/43.14D2H=60計(jì)算可

13、得：D=3.3 m H=2D=3.32=6.6 m采用槳式攪拌器，攪拌器的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分，即1 r/s發(fā)酵液黏度為 110-3Ns/m2槳葉直徑為： Di=1/4D=1/43.3=0.825 mREM=Din/=0.8250.82511000/110-3=6.806105>104為湍流查發(fā)酵工程設(shè)備 圖 6-52對(duì)螺旋槳，Np=0.38攪拌軸功率=NpDi5n3=0.380.85511000=168.6 w/m3設(shè)三角帶的效率為0.95，滾動(dòng)軸承的效率為0.99，滾動(dòng)軸的效率為0.98，端軸封增加功率為1.0，則所需電機(jī)功率為：168.61.01/0.950.990.98=184.75

14、 w故選用200w的電動(dòng)機(jī)采用槳式攪拌器，材料用不銹鋼，攪拌軸較長(zhǎng)，分為兩至三段，用連軸器連接，裝用可調(diào)節(jié)的中間軸承可減少震動(dòng)，連軸器材料用聚氯乙烯。(5) 離子交換樹脂的設(shè)計(jì)選用732型樹脂，其性能有關(guān)的參數(shù)如下（由氨基酸工藝學(xué) P232 表 6-15查得 ）全交換容量（毫克當(dāng)量/克）：>4.5溶沸率： 在水中為22.5粒度： 1660交聯(lián)度： 78最高耐溫： 93 濕視密度： 0.750.85g/cm2理論交換量： 4.5 mmol/gPH范圍： 014水分： 4652活性基團(tuán)： SO3-1. 每天需上柱提取得上清液（母液）中所含有的谷氨酸的質(zhì)量為5855 kg2. 所需的樹脂量取谷

15、氨酸的交換量為35kg/t 商品樹脂根據(jù)上柱和洗脫所需的時(shí)間為8h 每天完成三次提取所以樹脂的質(zhì)量=5885/35/3=55.76 t3. 離子交換柱的大小和個(gè)數(shù) 取D=1m H=8m取樹脂層高度為圓筒高度的 75則每柱中樹脂體積=1/43.14D2H0.75=1/43.14180.75=4.71 m3取樹脂視比重為 0.8103 kg/m3則樹脂總體積=55.761000/0.81000=69.7 m3考慮破損=69.7/0.8=87.125 m3 所需離子交換柱的個(gè)數(shù)：n=87.125/4.71=18.49 個(gè)取20個(gè)離子交換柱注：因?yàn)橥瓿梢淮翁崛⌒枰猦 ，而每h調(diào)酸一次，所以采用分批上柱

16、。每h 調(diào)酸次，一共有個(gè)柱，所以每次調(diào)酸完成后，上個(gè)柱，在完成一次調(diào)酸后，上另外的個(gè)柱，記下每一批上柱的時(shí)間。當(dāng)?shù)谌握{(diào)酸完成且上柱后，第一批上柱的也已完成一次提取。如此反復(fù)，循環(huán)使用4. 其它設(shè)備及管道1. 主要組建的作用 上部布裝置促進(jìn)料液分布均勻，防止反洗時(shí)樹脂益處，由于不影響排液均勻性。因上部采用花板結(jié)構(gòu)，故采用多孔板排水冒液體分布器。優(yōu)缺點(diǎn)：這種分布器布液均勻，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，縫隙開口內(nèi)窄外寬，以免樹脂被卡住。樹脂加入口和取出口加入口的位置應(yīng)在樹脂層以上并盡量靠近上布液裝置，設(shè)計(jì)時(shí)，可以從上邊的上封頭的管道或入口視鏡投入。視鏡混合床采用3個(gè)，上面一個(gè)視鏡上布液裝置附近觀察反洗膨脹情況。

17、中間一個(gè)視鏡位于樹脂層頂面附近。下面一個(gè)視鏡設(shè)在陰陽(yáng)樹脂分界面處，距下面布液裝置上面500mm，選用Dg125mm 的視鏡。下部布液裝置主要有網(wǎng)布和排水帽兩種形式，用網(wǎng)布時(shí)可在其上面再放些石英砂，用排水帽時(shí)，排水帽安裝于帶有孔的花板上。布?jí)A（酸）液裝置附屬設(shè)備及管道1. 泵：輸送腐蝕性介質(zhì)時(shí)，用真空泵輸送。調(diào)酸罐與離子交換柱間管道流量： Q=8.0 m3/h堿液罐與離子交換柱間管道流量： Q=5.0 m3/h根據(jù)流量查化工原理上冊(cè)附表選用型耐腐蝕泵。接管：連接流量計(jì)，壓力表，液面計(jì)的接管一般都很很小，可以簡(jiǎn)單用一個(gè)內(nèi)螺紋管或外螺紋管接在長(zhǎng)度為mm，直徑取為mm.人孔：分為圓形和橢圓形兩種。圓形

18、人孔直徑為mm ,橢圓形人孔選用（mm*mm）.管道：采用A2。A3 等。壁厚設(shè)計(jì)交換柱所受壓力不打于2.5 kg/cm2 ,取為2.0 kg/cm2由發(fā)酵設(shè)備 P37 式：S=PD/2400（1+（1+H/P（D+H）0.5）+C (mm)式中： S-壁厚 P-外壁壓力（kg/cm2） D-柱直徑-直立圓筒取45有焊縫取50 H-圓筒高度C-腐蝕系數(shù) 取為 2mm所以代入上式有：S=5.4 mm為增加安全系數(shù)壁厚取8mm封頭設(shè)計(jì)：查化工制圖采用碳鋼襯底膠材料，用橢圓形封頭。公稱直徑 1500 mm曲面高度 375 mm直邊高度 40 mm 厚度 10 mm 內(nèi)標(biāo)面積 2.6275 m2容積

19、0.5125 m3質(zhì)量 244.31 kg(6) 洗脫所用的氨水量及配氨罐設(shè)計(jì)1. 洗脫液用量2. 用氨水洗脫，氨氣分子量 M=17 氨水分子量 M=351mol 谷氨酸消耗2mol NH4OHW NH4OH=(5.855/147.13)235=2.7856 t取氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15W氨水=2.7856/0.15=18.571 t用水量W水=W氨水-WNH4=18.571-2.7856=15.785317/35=7.667 t查化學(xué)工程師手冊(cè)，用內(nèi)插法算得氨水密度為 0.940103 kg/m3V氨水=18.5711000/0.9401000=19.756 m3為了徹底洗脫谷氨酸，V氨水可取25 m3/d所以需要一個(gè)40 m3 的配氨罐3. 高流分量，以谷氨酸含量為 8計(jì)W高=5.855/0.08=73.1875 t取=1000 kg/m3V高=W高/=73.18751000/1000=73.1875 m3設(shè)計(jì)一個(gè)高流罐，取 D=4 m H=8mV=1/43.14D2H=1/43.14168=100.48 M3 符合要求7.樹脂再生液用量 本設(shè)計(jì)采用Hcl（45）作為再生液VHcl/V樹脂=2.5再生時(shí)化學(xué)反應(yīng)為R-SO3-Na+H+cl-R-SO3-H+Nacl再生液（鹽酸）用量VHcl/V樹脂=2.5VHcl=V樹脂2.5=（87.125/2）2