年产一万吨味精工厂发酵阶段的工艺设计

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1、更多论文年产一万吨味精工厂发酵阶段的工艺设计摘 要2关键词2Abstract3第一章 引言41.1 研究背景41.2 味精的发现及商业化51.3 设计的任务及主要设计内容51.4 设计的规模及产品51.5 产品质量指标51.6工艺技术参数61.6.1生产基础数据61.6.2种子培养基61.6.3发酵培养基6第二章 味精生产工艺72.1 味精生产工艺概述72.2 原料预处理及淀粉水解糖制备72.2.1 原料的预处理72.2.2 淀粉水解糖制备72.2.3 工艺操作规程72.3 种子扩大培养及谷氨酸发酵82.3.1 总体情况82.3.2 车间操作规程9第三章 衡算113.1 物料衡算113.1.1

2、 淀粉制糖工艺的物料衡算123.1.2发酵阶段物料衡算123.1.3 10000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表143.2热量衡算153.2.1 淀粉液化工序的热量衡算153.2.2液化液糖化过程的热量衡算163.2.3连续灭菌和发酵工序的热量衡算163.3 过程水的衡算183.3.1 糖化工序用水量183.3.2 连续灭菌工序的用水量183.3.3发酵工序的用水量183.4无菌空气消耗量的计算193.4.1单罐发酵无菌空气的消耗量193.4.2种子培养等其他无菌空气耗量193.4.3发酵车间高峰无菌空气消耗量193.4.4发酵车间年用量19第四章 主要设备选型及设备计算194.1糖化罐194

3、.2 发酵罐204.2.1 发酵罐的选型204.1.2生产能力、数量和容积的确定204.1.3主要尺寸的计算214.1.4冷却面积的计算214.1.5搅拌器设计224.1.6搅拌轴功率的计算224.1.7设备结构的工艺设计234.1.8设备材料的选择244.1.9发酵罐壁厚的计算244.1.10冷却装置的设计254.1.11接管设计274.1.12支座选择28第五章 车间布置285.1车间布置设计的目的和重要性285.2车间设备布置的要求28第六章“三废”处理及其综合利用296.1 环境保护296.2 环境影响评价30参 考 文 献31附录32致 谢38摘 要：设计一个味精工厂，以工业淀粉（纯

4、度80%）为原料，采用双酶进行法糖化生产，谷氨酸产品纯度99%。本设计从全厂工艺流程，物料、能量衡算，设备选型，工艺布置，车间设计，主要设备工艺设计几个方面对发酵车间进行设计。关键词：谷氨酸；味精；发酵；设计 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钠是人们熟悉的鲜味剂，是L谷氨酸单钠盐(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONaH20)，具有旋光性，有D型和L型两种光学异构体。味精具有很强的鲜味，现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。1987年3月，联合国粮农

7、组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂。味精主要用于提高菜肴及各种食物的食用鲜味，增强人们的食欲。作为食物的可溶性成分溶于食物溶液或人的唾液中，从而刺激舌头的味蕾，通过味蕾中的味觉中枢神经传到大脑的味觉中枢，经大脑分析后产生菜食味道鲜美的味觉。其味阈值(对人能感觉到的最低百分比浓度) 为0. 03 %，比蔗糖甜味(0. 5 %) 和食盐咸味(0. 08 %) 感觉灵敏。味精进入人体后，遇到胃酸会很快转化为易被人体吸收的谷氨酸，谷氨酸经消化道吸收构成蛋白质，人脑在工作时,所需的能量主要依靠氨基酸来提供，所消耗的氨基酸中

8、,谷氨酸所占比例最大。在参与人体脱氨基、转氨基、解氨、脱羧反应中起着重要作用。除此之外，经研究发现,它能与血氨结合形成对人体无害的氨酰胺，谷氨酰胺的合成过程不仅是解氨毒的重要方式,也是氨的运输和贮存形式。可用于肝昏迷恢复和严重肝机能不全，具有调节人体酸碱平衡的作用,防止酸中毒，对治疗神经衰弱和防止癫痫也有一定疗效。因此又作为生产原料用于医药生产。2001年，味精的全球销售量达到150万吨，而我国2001年味精产量为91.29万吨；工业总产值达到137.08亿元，；销售收入为94.38亿元。从总体上说，我国作为世界上人口最多的国家，味精行业的发展前景是比较广阔的。1.2 味精的发现及商业化尽管味

9、精广泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸对于增强食物鲜味的作用，在20世纪早期，才被人们科学地认识到。 1907年，日本东京帝国大学的研究员池田菊苗发现了一种，昆布（海带）汤蒸发后留下的棕色晶体，即谷氨酸。这些晶体，尝起来有一种难以描述但很不错的味道。这种味道，池田在许多食物中都能找到踪迹，尤其是在海带中。池田教授将这种味道称为“鲜味”。继而，他为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利。之后，味之素公司成立，致力于味精的生产与产品在日本市场的销售。味之素意味着味觉的元素。1947年，味精登陆美国市场，命名为:Accent flavor enhancer。1.3 设计的任务及主要设计内容 味

10、精生产全过程可划分为四个工艺阶段：（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备；（2）种子扩大培养级谷氨酸发酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。本设计的任务是对一个年产一万吨的味精厂前两个阶段的工艺进行设计，主要是谷氨酸发酵阶段的设计。设计的内容包括工艺流程；物料能量衡算；设备计算及选型；工艺设置及车间设计；主要设备工艺设计；等等。1.4 设计的规模及产品设计生产规模为年产一万吨味精厂的发酵提取工段，成品为99%的味精1.5 产品质量指标产品质量符合中华人民共和国国家标准GB8967-88项 目指 标含量 %99.0透光率 %98比旋光度D20, +24.80+25.30氯化物

11、（以Cl计） %0.1PH6.77.2干燥失重 %0.5砷（As） mg/kg0.5重金属（以Pb计） mg/kg10铁（Fe） mg/kg5锌（Zn） mg/kg5硫酸盐（以SO4计） %0.031.6工艺技术参数1.6.1生产基础数据生产规模： 10000吨年 生产规格： 纯度为99的味精生产方法： 以工业淀粉为原料、双酶法糖化、低温浓缩、等电提取生产天数： 300天年倒罐率： 1%发酵周期： 40小时 生产周期： 48小时种子发酵周期： 8小时种子生产周期： 16小时原料淀粉含量： 80发酵醪初糖浓度: 150 kg/m3淀粉糖转化率： 98糖酸转化率： 50 谷氨酸提取收率： 90味精

12、对谷氨酸精制收率：112发酵罐接种量：3发酵罐填充系数： 751.6.2种子培养基种子培养基(g/L)：水解糖：25，糖蜜：20，玉米浆：10，MgS04：0.4， MnSO4：2mg/L，FeSO4：2mg/L，K2HP04：1， 尿素：3.5，消泡剂：0.3，泡敌：0.6。1.6.3发酵培养基发酵培养基(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，消泡剂：4，泡敌：0.6。第二章 味精生产工艺2.1 味精生产工艺概述利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提

13、取生产味精的工艺使目前最成熟、最典型的生产工艺。味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：(1)原料的预处理及淀粉水解糖的制备；(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵；(3)谷氨酸的提取；(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。本文只是做前两个步骤，即（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备；（2）

14、种子扩大培养级谷氨酸发酵。因此，相对应的两个车间的工艺分别为：糖化车间和发酵车间。2.2 原料预处理及淀粉水解糖制备2.2.1 原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。2.2.2 淀粉水解糖制备在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀

15、粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。2.2.3 工艺操作规程（a）液化配料过程首先配制粉浆浓度在1114oBe(开始阶段及最后阶段允许浓度较低)。再加入各种辅料，用Na2CO3水溶液调pH5.5-5.6，以减少不可发酵糖的产生，CaCl2用量为干淀粉的0.15-0.3%。加入-淀粉酶，加入量为6-8u/g淀粉，搅拌均匀。（b）液化工段使用喷射液化器，工作蒸汽压0.4MPa。保压维持在 90，液化时间60min,碘色反应呈棕色即可。然后130-140灭酶5-10min。经板式换热器冷却至70以

16、下，进入糖化罐。从换热器出来的热水供配料和洗滤渣用。（c）糖化工段1）首先将液化液降温至601，再用盐酸溶液调液化液pH4.0-4.4，加入糖化酶，加酶量与糖化时间有关，一般糖化时间是2432h，加酶量为180240u/g淀粉，一直保持搅拌。2）以上配料完成后，开始保温601的糖化过程，采用间歇搅拌，既搅拌8小时，停止搅拌8小时，以此类推，直至糖化结束。3）糖化过程中按生产纪录表中要求每隔2小时或4小时检查一下糖化液的糊精状况，直至无明显糊精为糖化结束，糊精检测用无水酒精。4）糖化完成后，开始升温灭酶，灭酶温度80-85，保持搅拌，灭酶时间30min。用NaCO3 水溶液调pH4.8-5.0，

17、并于糖液70时加入助滤剂硅藻土，加量为0.150.18g/100ml糖液，保持搅拌30min以上。5）过滤：过滤前，先清洗贮糖罐。糖化完成后的糖液经板框压滤机过滤后的澄清糖液打入贮糖罐，保持糖液温度不低于60存放 2.3 种子扩大培养及谷氨酸发酵2.3.1 总体情况种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。 谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔维持罐一喷淋冷却系统外，还可

18、采用喷射加热器维持管真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少。发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵

19、罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。2.3.2 车间操作规程（a）一级种子培养菌种室要保证绝对无菌,每天必须对室内全面灭菌，操作人员进入菌种室要穿戴无菌衣帽,口罩，操作前用75%的酒精擦拭双手。使用物品用95%酒精擦拭消毒,再放入紫外灭菌室照射30分钟灭菌.种子培养基灭菌0.1MPa/27min,空试管制好棉塞,灭菌0.15MPa/1.5H。菌种按自然分纯法，每两个月进行一次分纯工作，如生产不正常时要及时进行分纯，提供生产用的分纯菌种二十天左右调换一支。一级种子培养基配制时应一人称，一人复称一人复称,玉米麸用纱布过滤去杂质, 磷酸二氢钾单

20、独称好用蒸馏水溶解好最后定容。（b）二级种子培养1）配料：配料前先搅拌取样,化验糖液含量，按需要准确打糖,并准确计算各培养基用量.其中包括种子和发酵培养基的生物素用量.称量前玉米浆要搅拌均匀，需要事先溶解的要先在溶解罐中溶解后再打入配料罐.配料好后用氢氧化钠水溶液调至pH7.0。2）灭菌：a.空罐灭菌：灭菌前先洗静罐内泡沫、杂物,全面检查各管道、阀门、压力表有无漏气、堵塞、失灵等现象,有异常时及时修复。视情况查罐,查罐时要切断电源，专人监护，安全操作。盖好视孔玻璃,检查罐内冷却水阀门是否关闭,并压紧内冷却管的冷却水。通内层蒸汽到0.2MPa时，打开各路管路，充分排气，注意各排气口蒸汽不要排的过

21、大，以喷上管子的水能及时汽化为准，即软排气，保持40分钟。空罐灭菌的同时，把油罐、流加糖罐、种子管道同步灭菌，并利用罐内压力排污，根据需要可分多次或连续排污。空罐灭菌结束后，排尽污水，并迅速通入无菌空气保压，准备进料。待各管路干燥后，关好各管路口。b.种子罐实消：先夹层进气开搅拌到90后关掉夹层进气，压力控制在0.7Kg/cm。夹层二路进气到100时，打开各排气小阀。到108停止进气，开始维持，7分钟后立即关闭排气小阀，通风并开冷却水，降温到35接种。c.连消：与锅炉房联系，使热蒸汽总压力不低于0.4MPa，同时检查设备于管路阀门是否完好，把配料桶内的培养基升温至65预热。排尽冷却管内冷却水，

22、通入热蒸汽消毒30分钟，从连消器经维持罐及其余附属设备到发酵罐为止。调节连消温度开始122，中间118120，快结束时122，防止波动过大。一定要控制料液和蒸汽的合理流速，要等料液进发酵罐30分钟后才能开降温水。打料时注意发酵罐压力不得低于0.05MPa，操作人员不得离开岗位。连消完毕以蒸汽压静余料，有时间可加入水2000升清洗配料和连消系统，一并灭菌后打入罐内。d.二级种子及流加糖灭菌：空罐灭菌，表压0.2MPa30分钟。二级种子实罐灭菌，115120保持10分钟。流加糖灭菌，100105保持10分钟。降温开始前应先通入无菌空气，保持罐压不低于0.2MPa，防湿压引起染菌。种子罐用空气过滤器

23、灭菌。3）接种：接种前先检查管路阀门是否完好。然后通蒸气对管道进行消毒，要求在接种前半小时开始消毒，进行时间为1520分钟，然后用大罐空气保压并吹冷风，尽快排尽管道冷凝水。接种时注意两面的压力，发酵罐压力不得低于0.05 MPa，接种完毕种子罐及管道均应用蒸汽冲洗数分钟，并用碱水浸泡种子罐。4）看罐：二级种子看罐:种后及时调节风量(1:0.25)及罐温(应根据不同菌种调节控制温度在3234)。二级种子质量标准净增：ODpH残糖镜检0.40.5从高峰下降到7.2以下消耗糖0.5以上粗壮，排列整齐，革兰式阳性大罐看罐：a.按规定保持罐压，其它保压设备的压力不低于0.1MPa，控制温度、pH、风量。

24、b.严守岗位，每2小时取样测OD、残糖、次甲基蓝反应时间及pH，如实纪录风量、温度、罐压。c.按规定流取无菌样，经常注意密封和机械运转，发现异常现象及时通知检修。加强泡沫情况观察，加消泡剂量要少量多次，以不逃液为原则。d.环境及二级种子取样口附近每2小时喷洒新洁尔灭一次，作环境卫生工作防止噬菌体。取样空试管不得连续套用，用后集中放置消毒桶内，废pH 试纸及时消毒处理。e.随时掌握发酵情况，液氨流加情况，发酵罐降温情况等，要做到心中有数，发酵不正常时及时汇报。根据发酵具体进行流加糖并如实做好纪录工作。f.根据耗糖及pH等发酵情况掌握适时放罐，及时与提取部门联系，交送放罐单。检查阀门，防止逃液。放

25、罐后及时清洗发酵罐，视镜。做好卫生工作，关闭自动仪表。g.取样和排放的带菌液应杀菌后放入阴沟，严格控制活菌排放。突然停电时，立即关闭排气口、进气口及液氨阀门，采取紧急保压措施。h.注意观察水泵压力，并做好纪录，整个发酵过程中必须认真，严肃如实填写每罐批次，不得弄虚作假。 第三章 衡算3.1 物料衡算主要技术指标如表所示。生产规模10000t/a发酵初糖150%生产方法中糖发酵，一次等电点提取发酵罐接种量3%年生产天数300d/a淀粉糖化转化率98%产品日产量33.4t/d糖酸转化率50%产品质量纯度99%麸酸谷氨酸含量90%倒灌率1%谷氨酸提取率90%生产周期48h味精对谷氨酸产率112%味精

26、生产过程的原（辅）材料及动力单耗（1t100%MSG计算）物料名称规格单耗（t/t）淀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纯碱98%0.340.34活性炭0.030.02水309309电2000kWh/t2000kWh/t蒸汽11.411.4主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。二级种子培养基(g/L)：水解糖：25，糖蜜：20，玉米浆：10，MgS04：0.4， MnSO4：2mg/L，FeSO4：2mg/L，K2HP04：1， 尿素：3.5，消泡剂：0.3，泡敌：0.6。发酵培养基(g/L

27、)： 水解糖：150，糖蜜：3， MgS04： 0.4，KCl1.2，Na2HP04：0.2，MnSO4：2mg/L，FeSO4：2mg/L，消泡剂：4，尿素：40泡敌：0.6。3.1.1 淀粉制糖工艺的物料衡算淀粉浆量及加水量 味精生产过程中，淀粉加水的比例为1：2.5，即1000kg的工业淀粉调浆时的加水量为2500kg，由此制得的淀粉浆量为3500kg.淀粉浆中干物质（淀粉）的浓度 100086%/3500=24.57%液化用酶的量 淀粉液化用酶是淀粉酶，其用量为淀粉浆的0.017%，即淀粉酶的用量为： 35000.017%=0.6（kg）一般来说，CaCl2的加入量是淀粉浆量的0.04

28、3%，那么CaCl2量 35000.043%=1.5（kg）糖化酶的用量 糖化酶的用量是淀粉浆量的0.043%，即糖化酶量： 35000.043%=1.5（kg）制得的24%糖化液的量为： 100086%1.1198%/24%=3898(kg)24%的糖液的相对密度为1.09，那么糖化液的体积就为： 3898/1.09=3576(l)加珍珠岩量和滤渣量 淀粉需加入珍珠岩进行助滤，加入量为糖化液的0.15%，即： 38980.15%=5.85（kg）而过滤后的滤渣是含水70%的废珍珠岩，滤渣量有： 5.85/(1-70%)=19.5(kg)根据上述计算，可以列出制糖工艺的物料衡算表进入糖化过程的

29、物料离开糖化过程的物料项目物料比例（kg）日投料量（kg）项目物料比例（kg）日投料量（kg）工业淀粉100076372糖化液3898297690配料水2500190925滤渣19.51489.2液化酶0.645.8CaCl21.5114.6糖化酶1.5114.6珍珠岩5.85446.83.1.2发酵阶段物料衡算以生产1t纯度为100%的味精需要的原辅料及其他物料为例：(1)发酵液量V1=1000/（15050%90%99%112%）=13.36（m3）其中 150发酵培养基初糖浓度（kg/m3）50%糖酸转化率90%谷氨酸提取率99%除去倒灌率1%后的发酵成功率112%味精对谷氨酸的精制产率

30、(2)发酵液配制需水解糖量以纯糖算，G1=V1150=2004（kg）其中 150发酵培养基初糖浓度（kg/m3）(3)种液量V2=3%V1=0.401（m3）其中 3%接种量(4)种子培养液所需水解糖量G2=25V2=10.02（kg）其中 25种液含糖量（kg/m3）(5)生产1t味精需水解糖总量为：G=G1+G2=2004+10.02=2014.02（kg）(6)耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉可转化生成111kg葡萄糖，则理论上耗用淀粉量为：G淀粉=2014.02/（80%98%111%）=2314.33（kg）其中 80%淀粉原料含纯淀粉量98%淀粉糖化转化率(7)尿素耗用量种子

31、培养基耗尿素量为3.5V2=1.404（kg）发酵培养基耗尿素量为40V1=534.4（kg）则耗尿素总量为535.8kg(8)糖蜜耗用量种子培养基耗用糖蜜量为20V2=8.02（kg）发酵培养基耗用糖蜜量为4V1=53.44（kg）则耗用的糖蜜总量为61.46（kg）(9)玉米浆耗量种子培养基玉米浆耗量为8V2=3.208（kg）耗用的玉米浆总量为3.208（kg）(10)硫酸镁（MgSO47H2O）用量0.4（V1+V2）=0.4（13.36+0.401）=5.5044（kg）(11)硫酸锰耗用量2（V1+V2）=2（13.36+0.401）= 27.522(g)(12)硫酸亚铁耗用量2（

32、V1+V2）=2（13.36+0.401）=27.522(g)(13)氯化钾耗用量0.8 V1=0.813.36=10.688（kg）(14)磷酸氢二钾（ K2HP047 H2O）耗用量1V2=10.401=0.401（kg）(15)Na2HP04耗用量0.2V1=0.213.36=2.672（kg）(16)泡敌耗用量0.6（V1+V2）=0.6（13.36+0.401）=8.257（kg）(17)植物油耗用量 1.0 V1=13.36（kg）(18)谷氨酸量发酵液谷氨酸含量为：G150%（1-1%）=200450%99%=991.98（kg）实际生产的谷氨酸为：991.9890%=892.7

33、82（kg）3.1.3 10000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可以得10000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。具体计算结果如下表物料名称生产1t味精（100%）物料量生产1t味精（99%）的物料量10000t/a味精（99%）生产的物料量每日物料量发酵液（m3）13.36013.226132264.000440.880种子培养液（m3）0.4010.3973969.90013.233发酵水解用糖（kg）2004.0001983.96019839600.00066132.000种子培养用糖（kg）10.0209.92099198.

34、000330.660水解糖总量（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）61.46060.845608454.0001825.362玉米浆（kg）3.2083.17631759.200105.864硫酸镁（kg）5.50445.44954493.560181645硫酸锰（g）27.52227.247272467.800908.226硫酸亚铁（g）27.52227.247272

35、467.800908.226氯化钾（g10.68810.581105811.200352.704磷酸氢二钾（kg）0.4010.3973969.90013.233磷酸氢二钠（kg）2.6722.64526452.80088.176泡敌（kg）8.2578.17481744.300272.481谷氨酸（kg）892.782883.8548838541.80029461.8063.2热量衡算3.2.1 淀粉液化工序的热量衡算液化加热蒸汽量 淀粉液化时加热需要消耗的蒸汽量（W蒸汽1）可按下式计算： W蒸汽1=Gc(t2-t1)/(I-)式中，G淀粉浆的重量（kg/h）；c淀粉浆的比热容kJ/(kgK

36、)；t1淀粉浆的初始温度（）；t2液化温度（），I加热蒸汽的热焓，2738 kJ/kg（0.3Mpa,表压）；加热蒸汽凝结水的热焓，363K时377 kJ/kg。淀粉浆量G 根据物料衡算可知，日投工业淀粉量为76.37t，24h连续液化，即每小时的处理量为76.37/24=3.182（t/h）。液化调浆时淀粉与水的比例关系为1:2.5，淀粉浆量就为31823.5=11137（kg/h）淀粉浆中淀粉的浓度为：318286%/11137100%=24.6%淀粉浆的比热容c可按下式计算： kJ/(kgK)式中，c0淀粉的比热容kJ/(kgK)；x淀粉浆中淀粉的含量（浓度）；c水水的比热容kJ/(kg

37、K)。蒸汽用量W蒸汽1： W蒸汽1=灭酶用的蒸汽量W蒸汽2灭酶时需将液化液由90加热至100，100时蒸汽的为419（kJ/kg）,那么灭酶用的蒸汽量W蒸汽2：W蒸汽2=灭酶过程一般要求在20min内使液化液由90加热至100，则蒸汽的高峰用量为： 169.560/20=508.5(kg/h)因此，液化过程的平均用蒸汽量为1165.6+169.5=1335(kg/h)，每日蒸汽平均用量为26.4t/d,而高峰时用汽量为1165.5+508.5=1674(kg/h)。液化液的冷却水用量液化、灭菌过程完成后，需将物料内100降温至65，假设冷却水的进口温度是20，出水温度是58.7，那么需要的冷却

38、水用量即为： W=每天的用水量为9525.624=228.7（t/d）。3.2.2液化液糖化过程的热量衡算年产10000吨味精工厂，按前面计算，日产24%糖液297.7t，按相对密度1.09计算，其体积为297.71.09=273(m2)。糖化操作周期为30h，选用100m3的糖化罐，装填系数75%，则需要糖化罐数量为： 取整数，需5只罐。按生产上的流程使用板式换热器，使糖化液（经灭菌后）由85降至60，用二次水冷却，冷却水的进口温度20，出口温度为45，其平均用水量为： 式中的12472为糖化液量（液化液+蒸汽冷凝水=11137+1335）。生产上一般要求在2h内把75m3的糖液冷却至40，

39、其高峰用水量为： 由于每天同时运转的糖化罐有4.5525/30=3.79(罐)；每天冷却水的用量为：234.53.79=261（t）3.2.3连续灭菌和发酵工序的热量衡算 培养液连续灭菌用蒸汽量 发酵过程所用的发酵罐为100，装料系数为0.75，那么每只罐产100%MSG的量应为：每罐初始体积为75，糖浓度是16.4g/100ml，灭菌前培养基的含糖量为19%，起数量应为： 灭菌过程中用0.4MPa蒸汽，其I=2743kj/kg分两步加温，先用板式换热器将物料由20预热到75，再加热到120，而冷却水的温度由20升至45。设每罐的灭菌时间为3h，需要输料流量为，灭菌所用的蒸汽量为：其中 3.7

40、糖液的比热容KJ/(kg*K)这样每天的灭菌蒸汽用量就是，其中高峰用量是1.7（t/h）,平均用量是培养液冷却水用量 由培养液板式换热器灭菌流程可知，120的热料先通过与生料进行热交换，降温至80后，再用冷却水冷却至35，在此过程中冷却水由20升温至45，所以冷却水用量为：全天冷却水用量为： 发酵罐空罐灭菌的蒸汽用量 由于发酵罐的体积是100，假设发酵罐体是由不锈钢1Cr18Ni9制造而成，此时罐体的重量为34.3t,冷却排管重有6t，不锈钢1Cr18Ni9的比热容是0.5KJ/(kg*K)，用0.2MPa蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15MPa下，由20升温至127，蒸汽的用量为：充满发酵罐空间需

41、要的蒸汽量 因为100的发酵罐的容积实际上大于100，考虑到管内有排管、搅拌器等配件所占有的空间，罐的自由体积仍按100计算，充满罐空间需要的蒸汽量为： 其中 发酵罐自由空间，即全容积（）；加热蒸汽的密度（kg/） 1.6220.2MPa(表压)的蒸汽密度（kg/）灭菌过程中的热损失 设发酵罐的外壁温度为70，此时辐射与对流的联合给热系数为： 100发酵罐的表面积为101，耗用蒸汽量为：罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗量：其中 0.001罐壁附着洗涤水的平均厚度（1mm）灭菌过程的蒸汽渗漏消耗的蒸汽 一般灭菌过程的蒸汽渗漏可取总蒸汽消耗量的5%，因此，空罐灭菌时的蒸汽消耗量为：每次空罐灭菌的时间是

42、1.5h，耗用的蒸汽量为：每日耗用的蒸汽量为：平均耗用蒸汽量： 发酵过程产生的热量及冷却水用量：根据部分味精厂的经验数据可以知道谷氨酸的发酵热约为 100的味精发酵罐，一般装料是75，使用新鲜的冷却水进行冷却，冷却水的进口温度是10，出口温度为20，那么冷却水的用量就可以按下式计算：因为每天运转的发酵罐是13.5罐次，高峰用水量为，日用水量为（注：式中的0.8是各罐发热状况均衡系数），平均用水量为3.3 过程水的衡算3.3.1 糖化工序用水量 配料用水量 年产万吨味精的生产工厂日投工业淀粉量为76.37（t），配料时的加水比例是1:2.5，用水量76.372.5=190.9（t/d）。 液化液

43、冷却用水量 228.7（t/d）。 糖化液冷却用水量 261（t/d）。3.3.2 连续灭菌工序的用水量 配料用水量 由于糖化后的糖液含糖量是24%，而培养基的含糖量是19%，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罐计算，配料需要的水量为325.4=76（t/d）。 灭菌后料液的冷却水用量 621（t/d）或26（t/h）。3.3.3发酵工序的用水量培养液冷却水用量 由培养液板式换热器灭菌流程可知，120的热料先通过与生料进行热交换，降温至80后，再用冷却水冷却至35，在此过程中冷却水由20升温至45，所以冷却水用量为：全天冷却水用量为： 100的味精发酵罐，一般装

44、料是75，使用新鲜的冷却水进行冷却，冷却水的进口温度是10，出口温度为20，那么冷却水的用量就可以按下式计算：因为每天运转的发酵罐是13.5罐次，高峰用水量为，日用水量为（注：式中的0.8是各罐发热状况均衡系数），平均用水量为3.4无菌空气消耗量的计算3.4.1单罐发酵无菌空气的消耗量 根据生产情况，100m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速度按0.18VVM进行计算。单罐发酵过程的用水量（常压空气）V=10075%0.1860=810（m3/h）单罐年用气量 Va=V38150=81038150=4617000m3 式中：38发酵周期（h）；150每年单罐发酵批次。3.4.2种子培养等其他无菌空

45、气耗量取无菌空气消耗量之和等于发酵过程空气消耗量的25%。故无菌空气的用量为 式中：6发酵罐个数。3.4.3发酵车间高峰无菌空气消耗量 Vmax=6(V,+V)=6(202.5+810)=461700025%6=6075(m3/h)3.4.4发酵车间年用量 Vt=6150(V,+V)=6150（202.5+810）=2.3107（m3）第四章 主要设备选型及设备计算4.1糖化罐 = =3.76式中: N 设备的操作台数 Z 工段的生产能力，以每昼夜加工原料和半成品的吨数表示 设备的每个操作周期（h）V0 一昼夜内被加工的原料、半成品的容量（m3）Va一台设备的容量 设备的填充系数，从经济性出发

46、，在相同规模下，选择单台设备容量大些、台数小些比单台设备容量小些、台数多些的投资费用与管理费用要少。4.2 发酵罐4.2.1 发酵罐的选型耗气发酵罐的研究从40年代开始，取得了一系列的成果，各种罐型纷纷出现。当前，我国谷氨酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌通风发酵罐，即大家常说的通用罐。本次设计选用涡轮搅拌通风发酵罐。选用这种发酵罐的原因主要有：历史悠久，资料齐全，在比拟放大方面积累了较丰富的成功经验，成功率高。4.1.2 生产能力、数量和容积的确定发酵罐容积的确定随着科技的发展，现有的发酵罐容量系列有：5，10，20，50，60，75，100，120，150，200，250，500m3

47、等等。一般说来单罐容量越大，经济性能越好，但风险也越大，要求技术管理水平也越高，根据生产的规模和实用性，可以先选择公称容积为100 m3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐。生产能力的计算现每天产99%纯度的味精33.4吨，谷氨酸生产周期为48h（包括发酵、发酵罐清洗、灭菌进出物料等辅助操作时间）。则每天需发酵液体积为V发酵。每天产纯度为99%的味精33.4吨，每吨100%的味精需发酵糖液13.36m3：V发酵=13.3633.499%=442（m3）发酵罐填充系数为=75%，则每天需要发酵罐的总容积为V0（生产周期为48h）。 V0= V发酵/=442/0.75=589.01568（m3） 3 发酵罐

48、个数的确定以公称容积为100 m3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为基础，则需要发酵罐的个数为N。查表知公称容积为100 m3的发酵罐的总容积为V总=118 m3，则有N= V发酵/（V总.24）=44248/（1180.7524）=9.98（个）则需要取公称容积为100 m3的发酵罐10个；实际产量为：富裕量：（10031.33 -10000）/10000=0.31%，满足产量要求。4.1.3主要尺寸的计算公称容积为100 m3的发酵罐的主要尺寸计算：V全=V筒+2V封头=118 m3，忽略封头折边不计， 则有：V全=0.785D2H+2D3/24=118 其中，设H=2D，1.57 D3+0.2

49、6 D3=118，可求得D=4.009（m） 取D=4m，则H=2D=8m查表可知封头高H封=ha+hb=1000+50=1050（mm），则全容积V全： V全= V筒+2V封头=0.785D2H+2D3/24+0.785D20.052=118.44（m3） V全V全4.1.4冷却面积的计算为了保证发酵在最旺盛、微生物消耗基质最多以及环境气温最高是也能冷却下来，必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达到的最高温度的恶劣条件下，设计冷却面积。计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即 发酵过程的热量计算有许多方法，但在工程计算时更可靠的方法仍然是实际测得的每1 m3发酵液在每一

50、小时传给冷却器的最大热量，对谷氨酸发酵，每1 m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.186000kJ/（m3h）。采用竖式列管换热器，取经验值K=4.18500kJ/（m3h）。平均温度差tm： 32 32 t1=32-20=12 20 29 t2=32-29=3 对公称容积为100 m3的发酵罐，每天装5罐，装液量为则每罐实际装液量为：442/5=88.4（m3）换热面积=163.2（m2)4.1.5搅拌器设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质及菌体特性选用。由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部分尺寸与罐

51、径D有一定的比例关系，计算结果：搅拌器叶径：Di=D/3=4/3=1.33（m），取Di=1.3（m）叶宽：B=0.2Di=0.21.3=0.26（m）弧长：l=0.375Di=0.3751.3=0.49（m）底距：C=D/3=4/3=1.3（m）盘径：di=0.75Di=0.751.3=0.98（m）叶弦长：L=0.25Di=0.251.3=0.33（m）叶距：Y=D=4（m） 弯叶板厚：=12（mm）取两档搅拌，搅拌转速N2可根据50 m3罐，搅拌器直径1.05m，转速N1=110r/min，以等P0/V为基准放大求得：（r/min）4.1.6搅拌轴功率的计算淀粉水解糖液低浓度发酵醪可视为

52、牛顿型流体，计算过程如下： 1 计算Rem 其中：D搅拌器直径，D=1.3m N搅拌器转速，N=95/60=1.58（m/s） 醪液密度，可取=1050（kg/m3）醪液粘度，可取=1.310-3Ns/m2则有=，视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7。2 计算不通气时的搅拌轴功率Po：Po=NpN3D5 其中：Np=4.7， N=95/60=1.58（m/s）， D=1.3（m），=1050（kg/m3） 则，Po =NpN3D5=4.71.5831.351050=71.9103（w）=72（kw）两档搅拌，Po=2 Po=272=144（kw）3 计算通风时的轴功率Pg： 4 计算电机功率P

53、电：根据计算的功率，选取合适的电机。4.1.7设备结构的工艺设计 设备结构的工艺设计，是将设备的主要辅助组装置的工艺要求交待清楚，供制造加工和采购时取得资料数据。其内容包括：空气分布器、挡板、密封方式、搅拌器以及冷却管布置等等。空气分布器：对于好气发酵罐，分布器主要有两种形式，即多孔管式和单管式。对于通气量大的发酵罐，多使用单管通风。由于本罐的通风量大，所以使用单管进风。挡板：挡板的作用是加速搅拌强度，促进液体上下翻动和控制流型，防止产生涡旋而降低混合和溶氧效果，由于本罐中有扶梯和竖式冷却蛇管，故可不设挡板。密封方式：本罐欲采用双面机械密封方式。冷却管布置：对于容量大的发酵罐，发酵罐容量的增加

54、，比表面积变小，夹套式的冷却面积已无法满足生产要求，遇事可使用管式冷却装置。蛇管因易结垢且不易清洗而不采用；列管式冷却装置虽然冷却效果好，但耗水量过多；因此，可使用竖直蛇管冷却装置。4.1.8设备材料的选择发酵设备的材质选择，优先考虑的是满足工艺的要求，其次是经济性。谷氨酸发酵可以选用碳钢制作发酵设备，精制时用除铁树脂出去铁离子，也可以使用不锈钢制作发酵设备。为了降低设备费用，选用A3钢制作该发酵罐4.1.9发酵罐壁厚的计算计算法确定发酵罐的壁厚S：（cm）其中：P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPa D发酵罐内径，400cmA3钢的许用应力，=127MPa 焊缝系数，可取=0.7 C