教師參考：年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計(jì)說明書

教師參考：年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計(jì)說明書教師參考：年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計(jì)說明書教師參考：年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計(jì)說明書教師參考：年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計(jì)說明書編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:生物工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計(jì)說明書（教師參考用）桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院2011年9月摘要 谷氨酸是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的一個(gè)具有代表性的產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、提取、脫色、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。通過對(duì)谷氨酸車間的工藝設(shè)計(jì)，可以加強(qiáng)對(duì)自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合利能力。通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，可以提高自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力和工程設(shè)計(jì)方面的能力。 本設(shè)計(jì)是以商品淀粉（純度為86%）為原料進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用一次噴射雙酶法為糖化工藝，以年實(shí)際工作日300天計(jì)算，日產(chǎn)味精90噸。對(duì)全廠物料、糖化工段物料進(jìn)行衡算，對(duì)糖化工段的罐體如調(diào)漿罐、儲(chǔ)漿罐、維持罐、層流罐、糖化罐、儲(chǔ)糖罐以及一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備如液化噴射器、板框過濾機(jī)、板式換熱器和泵等進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，以確定它們的參數(shù)，便于設(shè)備布置圖的繪制。關(guān)鍵詞：谷氨酸鈉；糖化；工藝計(jì)算AbstractGlutamateisproducedbymicrobialfermentationofarepresentativeoftheproducts,productionprocessesinvolvedinseedculture,fermentation,extraction,bleaching,centrifugationanddryingunitoperationsandotherimportantengineeringtheworkshopprocessdesignglutamate,canenhancetheirknowledgeofthecomprehensivetrainingthroughthedesign,canimprovetheirabilitytointegratetheorywithpracticeandengineeringdesigncapabilities.

Thedesignisbasedonrefinedstarch(86%purity)asrawmaterialsforthedesign,theuseofajetoftwoenzymesforthesaccharificationprocess,theactualworkingdaysto300dayscalculatedat90tonsofmonosodiumglutamatewholeplantmaterial,theheatbalanceonthelineforsugarchemicalsegment,suchasmixingtankstank,slurrystoragetank,themaintenancetank,laminarflowtank,saccharificationtanks,storagesugarandsomestandardequipmentsuchasliquidjet,framefilter,plateheatexchangerandpumpadetailedcalculation,todeterminetheirparameters,tofacilitatethedrawingofequipmentlayout.Keywords:glutamate;saccharification;processcalculation目錄引言 1第一章糖化工段工藝 2味精簡(jiǎn)介 2設(shè)計(jì)方案的確定 2糖化方法的選擇論證 2液化工藝條件的論證 3糖化工藝流程[6] 4糖化工藝技術(shù)要點(diǎn) 4調(diào)漿配料 4噴射液化 5糖化 5過濾 5貯存 5第二章糖化工段物料衡算 6生產(chǎn)能力 6計(jì)算指標(biāo) 6總物料衡算 6商品淀粉用量 7糖化液量 7產(chǎn)谷氨酸量 7衡算結(jié)果匯總 7糖化工段物料衡算 8淀粉漿量及加水量 8液化酶量 8CaCl2量 8糖化酶量 8糖液產(chǎn)量 8過濾糖渣量 9生產(chǎn)過程進(jìn)入的蒸汽冷凝水及洗水量 9 衡算結(jié)果匯總 9第三章糖化工段設(shè)備選型 10糖化罐的選型計(jì)算 10設(shè)備選型匯總 10結(jié)論 12參考文獻(xiàn) 13引言味精又稱谷氨酸一鈉，其基本成分為L-谷氨酸，具有強(qiáng)烈的肉類鮮味。將其添加在食品中可使食品風(fēng)味增強(qiáng)，鮮味增加，故被廣泛使用。味精在胃酸作用下生成的谷氨酸，被人體吸收后，參與人體內(nèi)許多代謝反應(yīng)，并與其他氨基酸一起共同構(gòu)成人體的組織蛋白。谷氨酸能用來預(yù)防和治療肝昏迷，還能促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正?；顒?dòng)，對(duì)治療腦震蕩和腦神經(jīng)損傷有一定功效[1]。我國的味精生產(chǎn)始于1923年，上海天廚味精廠最先用水解法生產(chǎn)。1932年沈陽開始用脫脂豆粉水解生產(chǎn)味精。我國從1958年開始谷氨酸生產(chǎn)篩選及其發(fā)酵機(jī)理的基礎(chǔ)性研究，1964年首先在上海進(jìn)行工業(yè)化試生產(chǎn)。目前國內(nèi)味精生產(chǎn)已全部用發(fā)酵法。所以，今后菌種，工藝技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模方面還需加大改革力度，使生產(chǎn)水平再上一個(gè)新臺(tái)階！目前，企業(yè)生產(chǎn)味精都是以發(fā)酵法生產(chǎn)，但每生產(chǎn)1噸味精要排放20～25噸母液，其屬于高濃度有機(jī)酸性廢水，需對(duì)母液進(jìn)行回收，發(fā)展高效提取工藝，提高谷氨酸提取率和降低工藝用水，減少廢水排放量，實(shí)現(xiàn)味精的清潔生產(chǎn)，在發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)走上可持續(xù)發(fā)展的文明道路，這樣，我國的味精工業(yè)不但真正收到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的共同豐收，而且也會(huì)減輕政府對(duì)行業(yè)的管理負(fù)擔(dān)，形成多種因素和諧統(tǒng)一，走上良性運(yùn)行可持續(xù)發(fā)展的健康道路。第一章糖化工段工藝味精簡(jiǎn)介學(xué)名：L-谷氨酸單鈉鹽-水化合物商品名：味精、味素、谷氨酸鈉，因味精起源于小麥，俗稱麩酸鈉英文名：MonosodiumL-Glutamate，簡(jiǎn)寫MSG結(jié)構(gòu)式：HOOC-CH2-CH2-CH-COONa·H2O︱NH2分子式：NaC5H8O4N·H2O，分子量：味精于1909年被日本味之素（味の素）公司所發(fā)現(xiàn)并申請(qǐng)專利。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。當(dāng)味精溶于水（或唾液）時(shí)，它會(huì)迅速電離為自由的鈉離子和谷氨酸鹽離子（谷氨酸鹽離子是谷氨酸的陰離子，谷氨酸則是一種天然氨基酸）。要注意的是如果在100℃以上的高溫中使用味精，經(jīng)科學(xué)家證明，味精在100℃時(shí)加熱半小時(shí)，只有％的谷氨酸鈉生成焦谷氨酸鈉，對(duì)人體影響甚微。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會(huì)起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。所以要適當(dāng)使用和存放。味精不僅應(yīng)用于食品行業(yè)，還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面。味精2004年的全球市場(chǎng)約為170萬噸，預(yù)計(jì)2010年將增長到210萬噸。我國是味精生產(chǎn)大國，2003年中國味精產(chǎn)量萬噸，占世界53%，2006年產(chǎn)量136萬噸，居世界第一[2]。味精曾一度被懷疑是不可安全食用的增鮮調(diào)味品[3]。1973年FAO/WHO食品添加劑專家聯(lián)合組織一度規(guī)定，味精的ADI值0mg~120mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過120mg。但國際上許多權(quán)威機(jī)構(gòu)都做過味精的各種毒理試驗(yàn)，到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)味精在正常使用范圍內(nèi)對(duì)人體有任何危害的依據(jù)，即證明食用味精是安全的。[4]設(shè)計(jì)方案的確定糖化方法的選擇論證 糖化工段主要有酸解法、酶酸法、雙酶法這三種方法。酸解法是傳統(tǒng)的制糖方法，它是利用無機(jī)酸為催化劑，在高溫高壓條件下，將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖。酶酸法是將淀粉乳先用α-淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。雙酶法是通過淀粉酶液化和糖化酶糖化將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖。三種糖化工藝，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。從糖液質(zhì)量、收得率、耗能以及對(duì)粗淀粉原料的適應(yīng)情況看，雙酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。但雙酶法生產(chǎn)周期長，糖化設(shè)備較龐大。從糖漿的黏度來看，雙酶法最低、酸解法最高。雙酶法制糖工藝可根據(jù)升溫方式的不同分為升溫液化法、噴射液化法。噴射液化法又依所用加熱設(shè)備的不同分為一次噴射液化法和二次噴射液化法。一次噴射液化法由于能耗低，設(shè)備少，糖液質(zhì)量好而獲得廣泛的應(yīng)用[5]。所以本次設(shè)計(jì)采用一次噴射雙酶法。液化工藝條件的論證 α-淀粉酶能能水解淀粉及其產(chǎn)物內(nèi)部的α-1，4糖苷鍵，不能水解α-1，6糖苷鍵，但能越過α-1，6糖苷鍵繼續(xù)水解α-1，4糖苷鍵，而將α-1，6糖苷鍵留在水解產(chǎn)物中。（1）淀粉液化條件淀粉是以顆粒狀態(tài)存在的，具有一定的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，不容易與酶充分反應(yīng),如淀粉酶水解淀粉顆粒和水解糊化淀粉的比例為1﹕20000。因此必須先加熱淀粉乳，使淀粉顆粒吸水膨脹，使原來排列整齊的淀粉層結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，變成錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀會(huì)隨溫度的升高而斷裂，加之淀粉酶的水解作用，淀粉鏈結(jié)構(gòu)很快被水解為糊精和低聚糖分子，這些分子的葡萄糖單位末端具有還原性，便于糖化酶的作用。由于不同原料來源的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)不同，液化程度也不同，薯類淀粉比谷類淀粉易液化。 淀粉酶的液化能力與溫度和pH值有直接關(guān)系。每種酶都有最適的作用溫度和pH值范圍，而且pH和溫度是互相依賴的，一定溫度下有較適宜的pH值。在37℃時(shí)，酶活力在pH值～范圍內(nèi)較高，在pH值時(shí)最高，過酸過堿都會(huì)降低酶的活性。α-淀粉酶一般在pH值～較穩(wěn)定。 酶活力的穩(wěn)定性還與保護(hù)劑有關(guān)，生產(chǎn)中可通過調(diào)節(jié)加入的CaCl2的濃度，提高酶活力的穩(wěn)定性。一般控制鈣離子濃度/L。鈉離子對(duì)酶活力穩(wěn)定性也有作用，其適量濃度為/L左右。 現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)物料pH大于后，在最終糖液中即有可能生成麥芽酮糖。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著液化pH的不斷升高，麥芽酮糖的含量也在同步增長。在液化pH低于時(shí)，即可避免在糖化過程中產(chǎn)生麥芽酮糖。 工業(yè)生產(chǎn)上，為了加速淀粉液化速度，多采用較高溫度液化，例如85～90℃或者更高溫度，以保證糊化完全加速酶反應(yīng)速度。但是溫度升高時(shí)，酶活力損失加快。因此，在工業(yè)上加入Ca2+或Na+,使酶活力穩(wěn)定性提高。（2）液化程度的控制淀粉經(jīng)液化后，分子量逐漸減少，黏度下降，流動(dòng)性增強(qiáng)，給糖化酶的作用提供了條件。但是，如果讓液化繼續(xù)下去，雖然最終水解物也是葡萄糖和麥芽糖等，但這樣所得糖液葡萄糖DE值低；而且淀粉的液化是在較高溫度下進(jìn)行的，液化時(shí)間加長，一部分已經(jīng)液化的淀粉又會(huì)重新結(jié)合成硬束狀態(tài)，使糖化酶難以作用，影響葡萄糖的產(chǎn)率，因此必須控制液化進(jìn)行程度。 淀粉液化的目的是為了給糖化酶的作用創(chuàng)造條件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分子時(shí)，需先與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)。這就要求被作用的底物分子有一定的大小范圍，才有利于糖化酶生成這種結(jié)構(gòu)，底物分子過大或過小都會(huì)妨礙酶的結(jié)合和水解速度。根據(jù)發(fā)酵工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在正常液化條件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值為10～20之間為好（即此時(shí)保持較多量的糊精及低聚糖，較少量的葡萄糖）。而且，液化溫度較低時(shí)，液化程度可偏高些，這樣經(jīng)糖化酶糖化后糖化液的DE值較高。淀粉酶液化終點(diǎn)?？梢缘湟猴@色來控制。糖化工藝流程[6]圖1-1一次噴射雙酶法制糖工藝流程圖糖化工藝技術(shù)要點(diǎn)調(diào)漿配料淀粉乳調(diào)成15-20oBe。研究發(fā)現(xiàn)，在淀粉液化過程的配料階段，當(dāng)物料pH大于后，在最終糖液中即有可能生成麥芽酮糖。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著液化pH的不斷升高，麥芽酮糖的含量也在同步增長。在液化pH低于時(shí)，即可避免在糖化過程中產(chǎn)生麥芽酮糖，而這就需要采用低pH特性的淀粉酶。 用Na2CO3水溶液調(diào)，以減少不可發(fā)酵糖的產(chǎn)生（α-淀粉酶pH范圍為）。CaCl2用量為干淀粉的，如果水中Ca2+超過50mg/L，可以不加CaCl2。噴射液化工作蒸汽壓,淀粉乳供料泵壓力為，噴射溫度100-105℃，液化溫度控制在90℃，液化時(shí)間60min,碘色反應(yīng)呈棕色即可。然后130-140℃滅酶5-10min。冷卻至70℃以下，進(jìn)入糖化罐。糖化溫度60±1℃，，糖化酶加量按100-120u/g干淀粉計(jì)算，糖化時(shí)間24-32h。要求每兩小時(shí)或四小時(shí)檢查一次糖化液的糊精狀況，直至無明顯糊精為糖化結(jié)束，即以無水乙醇檢查無白色沉淀為終點(diǎn)。終點(diǎn)DE值為95%-98%。注意控制監(jiān)測(cè)及時(shí)判斷終點(diǎn)以防糖化過度產(chǎn)生異麥芽糖。過濾糖液先用NaCO3水溶液調(diào)，不加或少加助濾劑，過濾。貯存為防止糖液貯存中發(fā)酵變質(zhì)，應(yīng)保證糖液溫度不低于60℃。

第二章糖化工段物料衡算生產(chǎn)能力商品味精年產(chǎn)量：30kt/a，則純谷氨酸鈉年產(chǎn)量為：29700t/a。（商品味精為99%純谷氨酸鈉）商品味精日產(chǎn)量：30000/300=100t/d，純谷氨酸鈉日產(chǎn)量：99t/d。計(jì)算指標(biāo)表2-1計(jì)算指標(biāo)項(xiàng)目數(shù)值淀粉糖化轉(zhuǎn)化率98%發(fā)酵產(chǎn)酸率（濃度）12%發(fā)酵對(duì)糖轉(zhuǎn)化率60%倒罐率2%谷氨酸提取收率96%精制收率95%味精對(duì)谷氨酸的產(chǎn)率112%商品淀粉中淀粉含量86%全年工作日300d總物料衡算物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守衡定律而建立起來的。物料衡算是進(jìn)入系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量等于離開系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量，即式中F－進(jìn)入系統(tǒng)物料量，㎏D—離開系統(tǒng)的物料量，㎏W—損失的物料量，㎏圖2-1味精生產(chǎn)工藝總物料衡算流程圖商品淀粉用量1000kg純淀粉實(shí)際產(chǎn)100%MSG量:1000××98%×60%×(100%－2%)×96%×95%×=其中：淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的理論產(chǎn)率（C6H10O5（分子量162）→C6H12O6（分子量180），180/162=）；98%淀粉糖化轉(zhuǎn)化率；60%發(fā)酵對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率；2%倒罐率；96%谷氨酸提取收率；95%精制收率；谷氨酸轉(zhuǎn)化為味精的理論產(chǎn)率（C5H9NO4（分子量147）→C5H10NO5Na（分子量187），187/147=）。1000kg商品淀粉產(chǎn)100%MSG量： ×86%=kg（86%—商品淀粉中淀粉含量）1噸100%MSG實(shí)耗商品淀粉量：日產(chǎn)100%味精99t，單耗商品淀粉t，日耗商品淀粉量：99×=t/d糖化液量日產(chǎn)純糖量：×86%×98%×=t/d（86%—商品淀粉中淀粉含量；98%—淀粉糖化轉(zhuǎn)化率；—淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的理論產(chǎn)率）折算為30%的糖液：（發(fā)酵時(shí)糖液濃度為30%）30%=t即日產(chǎn)30%糖液t。產(chǎn)谷氨酸量日產(chǎn)純谷氨酸量:×60%×（100%-2%）×96%×95%=t/d衡算結(jié)果匯總表2-2總物料衡算結(jié)果匯總表原料規(guī)格日產(chǎn)(耗)量（t/d）商品淀粉/t86%糖液/t30%谷氨酸/t100%味精/t100%99糖化工段物料衡算圖2-2糖化工段物料衡算圖淀粉漿量及加水量淀粉加水比例為1:2，1000kg商業(yè)淀粉產(chǎn)淀粉漿：1000×（1+2）=3000kg加水量：2000kg。液化酶量使用耐高溫α-淀粉酶（20000U/ml）,加酶量10U/g干淀粉。1000kg干淀粉加酶量：液化酶質(zhì)量：×=kg。CaCl2量一般加量為干淀粉的%，即1000kg干淀粉加CaCl2：1000×%=kg糖化酶量一般加糖化酶量為120U/g干淀粉，如液體糖化酶為100000U/ml，則每1000kg干淀粉加糖化酶量:糖化酶質(zhì)量：×=kg。糖液產(chǎn)量1000kg商品淀粉產(chǎn)30%糖液質(zhì)量：或：kg（由日產(chǎn)30%糖液與日投入商品淀粉的關(guān)系可得）過濾糖渣量濕渣（含水70%）10kg,折干渣量:生產(chǎn)過程進(jìn)入的蒸汽冷凝水及洗水量+10-（++）-3000=kg衡算結(jié)果匯總表2-3糖化工段的物料衡算匯總表進(jìn)入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項(xiàng)目物料比例/kg日投料量/t項(xiàng)目物料比例/kg日產(chǎn)料量/t商品淀粉30%糖液配料水濾渣液化酶CaCl2糖化酶蒸汽冷凝水及洗水量累計(jì)

第三章糖化工段設(shè)備選型糖化罐的選型計(jì)算日產(chǎn)30%糖液，即=m3糖化周期40h，一個(gè)糖化周期產(chǎn)糖液體積：×（40/24）=m3糖化罐取140m3，裝料系數(shù)85%，實(shí)際裝料體積為：140×85%=119m3一個(gè)糖化周期需要的糖化罐數(shù)：119=，取6臺(tái)取H=2D罐下部使用圓錐形，取圓錐高度為D/4，由解得D=，取D=，H=，則V=。裝液量，119/×100%=%，裝液量合適。設(shè)備選型匯總表3-1糖化定制設(shè)備匯總表容積(m3)D(m)H(m)h封(m)材料壁厚數(shù)量電機(jī)型號(hào)調(diào)漿罐/碳鋼51Z2-62儲(chǔ)漿罐/碳鋼51Z2-62維持罐13碳鋼41/層流罐碳鋼44/糖化罐/碳鋼106Y2-280M-2儲(chǔ)糖罐48/補(bǔ)膠鑄鐵82/表3-2糖化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備匯總表設(shè)備液化噴射器板框過濾機(jī)板式換熱器型號(hào)CHA-20BAY20/635-25BR20數(shù)量122表3-3泵設(shè)備匯總型號(hào)流量，m3/h揚(yáng)程，m轉(zhuǎn)速，r/min電機(jī)功率，kW數(shù)量泵ⅠG70-14560960-720152泵ⅡG50-120609602泵ⅢIS100-80-12560~120~242900112泵ⅣIS120~24029~341450302泵ⅤIS65-50-12515~30~29002圖3-1糖化流程設(shè)備示意圖