年产2.2万吨味精生产工艺流程设计论文

105/121XX大学化学工程与工艺专业化工工艺课程设计讲明书题目：年产2.2万吨味精生产工艺流程设计学号：姓名：年级：指导教师：完成日期：2012年11月20日摘要本设计是年产2.2万吨味精工艺设计；以玉米淀粉为原料水解生成葡萄糖、利用谷氨酸生产细菌进行碳代谢、生物合成谷氨酸、谷氨酸与碱作用生成谷氨酸一钠即味精为主体工艺，进行物料衡算、热量衡算、水衡算和发酵罐选型计算,并绘制了发酵罐结构图，发酵流程图，全厂平面布置图糖化流程图，提取与精制流程图.设计的结果和目的要紧是通过工艺流程及相关设备进行计算，设计出一个具有高产量，低能耗，污染小的现代化味精生产工厂。本次设计是通过对味精生产的四个工艺流程的物料、热量和水进行了衡算和发酵罐选型计算，得到可行的数据，同时据此选取了合适的发酵生产设备以及合理的工艺流程进行味精的工厂生产，从而提高味精生产的质量和产量，降低了生产的成本,既为味精的工厂化生产的进步提供合理的理论依据,又为环境爱护和可持续进展提供重要的数据支持,因此此次味精工厂初步工艺设计是较为必要的.通过一系列计算,我们得出了此次毕业设计所需的重要数据:玉米淀粉为原料日产100%MSG68.75吨，每日消耗的86%的玉米淀粉质量为102.12吨，日运转糖化罐2罐，投放料2罐次。本次设计采纳7台公称容积为200立方米的机械搅拌式发酵罐进行发酵，日运转6台。该发酵罐的具体技术参数为：高度为9.54m，罐体总高14.41m，罐身厚度14mm，封头壁厚16mm，选用六平叶涡轮式搅拌器，搅拌器转数140r/min，搅拌轴功率2156kw，罐内工作压力0.15MPa。总蒸汽量330.4t/d，平均量13.8t/h，高峰时用量36.9t/h。日供给新奇水12766.1t，二次水15413t/d，凝聚水131.01t/d，每日排水15256t。从而完成了年产2.2万吨味精工厂初步工艺设计。由于此次味精工厂设计仅限于理论计算和模拟的运行数据,关于现实的生产只存在指导和借鉴意义,事实上用性有待在生活生产中进行进一步可行性测试和研究.关键词：味精；发酵；工艺设计;发酵罐;Annualproductioncapacityof22000tonsofmonosodiumglutamatefactorypreliminaryprocessdesignAbstractThedesignisanannualoutputof22,000tonsofmonosodiumglutamateformaterialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,processdesign;Tohydrolysisofcornstarchasrawmaterialstogenerateglucose,glutamicacidproducingbacteriatousecarbonmetabolism,biosynthesisofglutamicacid,glutamicacidandalkalitoformasodiumglutamateorMSGisthemainprocess,formaterialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,andmappedthestructureoffermentationtank,fermentationprocesswithcontrolpointmap,thefactoryfloorplan,saccharificationprocessmapandtheprocessmapofextractionandpurification.Theresultofthedesignandthedestinationoftheprocessistoconceiveahighyield,lowenergyconsumptionandtheproductionofsmallpollutionMSGplantmodernization.Thisdesignistogetthefeasibledatathroughthefourphasecalculation,includingthematerialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,basedonwhichwechosethefactoryofsuitablefermentationproductionequipmentandthereasonabletechnologicalprocessestoproduce,inordertoimprovethequalityandoutputandtolowthecostatthesametime,bothgivingthereasonabletheorybasetotheprogressoffactoryproductionofmonosodiumglutamateandprovidingthedatasupporttotheenvironmentprotectionandsustainabledevelopment.So,thefactorypreliminaryprocessdesigniscomparativenecessary.Afteraseriesofcalculation,wegainthefollowingimportantdatarequiredforthisdesign:themassofthe100%MSGwithcornstarchasrawmaterialis68.75t,themassof86%cornstarchis102.12t,thenumberoftankneededtoworkis2,whichdemandsof2timesoffilling.Thisdesignadopts7mechanicalagitatedfermentorwiththenominalof200m³toferment,with6operatingaday.Thiskindoffermentortechnicalparametersisasfollow:Theheightis9.54mm,themainheightofcanbodyis14.41mm,thethicknessis14mm,thethicknessofendsocketis16mm,therevolvingspeedis140r/min,theshaftpoweris2156kw,theworkingpressureinsidethetankis0.15MPa.Thetotalquantityofsteamis330.4t/d,theaverageis13.8t/h,peakconsumptionis36.9t/h.thefreshwateris2766.1t/d,secondarywateris15413t/d,condensedwater130.1ist/d,drainingwateradayis15256t.Then,weaccomplishthedesign.Becauseofbeingcurbedbythetheorycalculationandtheprocessdata,thisdesignisonlytoguidetheactualproduction,itspracticalapplicabilityiswaitedtobeingfurthertestandresearch.KeyWords：MSG;Fermentation;ProcessDesign;Fermentor;目录化工工艺课程设计任务书 11 总论 31.1 概述 31.1.1 味精的性质 31.1.2 产品用途 41.2 设计的目的和意义 51.3 项目设计依据和原则 51.3.1 设计依据 51.3.2 设计原则 51.4 设计范围 61.5 味精生产能力及产品质量标准 61.5.1 生产能力 61.5.2 产品质量标准 62 生产方案选择 92.1 生产方法 92.1.1 蛋白质水解法 92.1.2 合成法 92.1.3 发酵法 92.2 生产方案确定 93 生产工艺流程设计及讲明 103.1 发酵法生产工艺流程设计 103.2 生产工艺流程讲明 113.2.1 原料的预处理及淀粉水解糖的制备 113.2.2 种子扩大培养及谷氨酸发酵 113.2.3 谷氨酸的提取 123.2.4 谷氨酸制取味精及味精成品加工 124 工艺计算 134.1 工艺技术指标及基础数据 134.2 物料恒算 144.2.1 生产过程的总物料衡算 144.2.2 制糖工序的物料衡算 174.2.3 连续灭菌和发酵工序的物料衡算 184.2.4 谷氨酸提取工序的物料衡算 214.2.5 精制工序的物料衡算 224.3 热量衡算 244.3.1 液化工序热量衡算 244.3.2 糖化工序热量衡算 264.3.3 连续灭菌和发酵工序热量衡算 264.3.4 谷氨酸提取工序冷量衡算 314.3.5 谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算 314.3.6 干燥过程的热量衡算 344.3.7 生产过程耗用蒸汽衡算汇总 354.4 .水平衡 364.4.1 糖化工序用水量 364.4.2 连续灭菌工序用水量 364.4.3 发酵工序用水量(使用新奇水) 364.4.4 提取工序用水量 374.4.5 中和脱色工序用水量 374.4.6 精制工序用水量 374.4.7 动力工序用水量 374.4.8 用水量汇总 385 发酵罐及其附属设备 405.1 罐体 405.1.1 罐体要紧尺寸比例 405.1.2 罐的容积计算 415.2 搅拌器和挡板 435.2.1 搅拌器 435.2.2 档板 455.3 空气分布装置 455.4 罐的换热装置 465.4.1 罐的换热装置的形式 465.4.2 换热面积的计算 465.5 轴封装置，联轴器和轴承 475.5.1 轴封装置 475.5.2 联轴器和轴承 495.6 消泡装置 495.7 传动装置 495.8 溶氧速率和溶氧系数 505.8.1 溶氧系数的计算 505.8.2 溶氧系数的换算 515.9 发酵罐技术性能表 526 区域布置设计 536.1 厂址选择 536.1.1 厂址选择原则 536.1.2 自然条件 536.1.3 技术经济条件 546.2 总平面设计 546.2.1 总平面设计的内容、原则及要求 546.2.2 总平面设计的内容 556.2.3 总平面设计的原则及要求 556.2.4 本组设计总平面设计的大体思路 56结论 58谢辞 59参考文献 60化工工艺课程设计任务书专业：化工学工程与工艺 班级：学生姓名： 学号：指导教师： 时刻：2012年11月20日一、设计题目年产2.2万吨味精生产工艺流程设计二、目的意义通过化工工艺课程设计，使学生掌握化工工艺设计的要紧程序、差不多内容与设计方法，巩固、深化所学知识，提高分析问题、解决问题的能力，同时培养学生综合运用所学基础理论与专业知识独立完成某一化工产品生产工艺设计，并通过设计讲明书的编写、绘制工艺流程图和设备工艺条件图，为毕业设计打下坚实的专业基础。三、要求年生产时长：300d；生产方法：发酵法；转化率：99%要求学生树立既要考虑技术上的先进性与可行性，又要考虑经济上的合理性并注意到操作时的劳动条件和环境爱护的正确的设计思想，在这种设计思想的指导下，培养分析和解决实际工程问题的能力，具备相关工程设计和工程计算的能力，具备学会用简洁的文字、规范的图表来表达自己的设计结果的能力。四、设计内容1．生产方案选择2．工艺流程设计与论证3．工艺原理、操作条件讲明4．工艺计算5．设备选型与配置6．生产车间设备布置五、进度安排和工作内容序工作内容打算时刻1了解设计任务内容，查阅文献资料1天2确定生产方案1天3进行生产工艺流程设计并绘制相关工艺流程图2天4工艺计算2天5设备设计计算与选型、设备配置2天6车间设备布置、绘制车间设备布置图1天7编制课程设计讲明书1天六、要紧参考文献资料[1]王静康主编，化工过程设计（第二版），化学工业出版社，2010[2]米镇涛主编，化工工艺学（第二版），化学工业出版社，2010[3]上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，2005[4]柴诚敬主编，化工原理（上、下—第二版），化学工业出版社，2010[5]梁红涛主编，化工生产工艺设计（上、下），银生音像出版社，2004课程设计完成起止时刻：2012年月日—2012年月日指导教师（签名）：2012年月日审核意见：选题符合要求，同意按任务书设计要求依据该题目进行工艺流程设计。课程设计教研组长（签名）：2012年月日总论概述尽管味精广泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸关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觉了一种，昆布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专门不错的味道。这种味道，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”，为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利[1]。味精，学名谷氨酸钠。其进展大致有三个时期：第一时期：1866年德国人里德豪森博士从面筋中分离到氨基酸，他们称谷氨酸，依照原料定名为麸酸或谷氨酸(因为面筋是从小麦里提取出来的)。1908年,池田菊苗试验，从海带中分离到L—谷氨酸结晶体，那个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且差不多上有鲜味的。第二时期：以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精，在1965年往常是用这种方法生产的。那个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。第三时期：随着科学的进步以及生物技术的进展，使味精生产发生了革命性的变化。自1965年以后我国味精厂都采纳以粮食为原料(大米、甘薯淀粉)、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品用了它以后使菜肴更加鲜美可口[2]。味精的性质性质要紧成分为谷氨酸钠。要注意的是假如在100°C以上的高温中使用味精，鲜味剂谷氨酸钠会转变为焦谷氨酸钠，焦谷氨酸钠尽管对人体无害，然而焦谷氨酸钠没有鲜味，会使味精鲜味丧失。还有假如在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。因此要适当地使用和存放[3]。谷氨酸钠是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。是一种无嗅无色的晶体，在232°C时解体熔化。谷氨酸钠的水溶性专门好，溶解度为74克谷氨酸钠。化学式为C5H8O4NNa·H2O摩尔质量187.13gmol-1多食味精的危害味精的要紧成分为谷氨酸钠，味精除了是调味的好助手外，它在消化过程中能分解出谷氨酸，后者在脑组织中经酶催化，可转变成一种抑制性神经递质。当味精摄入过多时，这种抑制性神经递质就会使人体中各种神经功能处于抑制状态，从而出现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状；有人还会出现焦躁、心慌意乱；部分体质较敏感的人甚至会觉得骨头酸痛、肌肉无力。另外，过多的抑制性神经递质还会抑制人体的下丘脑分泌促甲状腺释放激素，阻碍骨骼发育，对儿童的阻碍尤为显著。当食用味精过多，超过机体的代谢能力时，还会导致血液中谷氨酸含量增高，限制人体对钙、镁、铜等必需矿物质的利用。尤其是谷氨酸能够与血液中的锌结合，生成不能被利用的谷氨酸锌被排出体外，导致人体缺锌。锌是婴幼儿躯体和智力发育的重要营养素。因此，婴幼儿和正在哺乳期的母亲应禁食或少食味精。另外，日本研究人员认为，长期过量食用味精可能导致视网膜变薄、视力下降，甚至失明。大量谷氨酸令心脏操作减缓，令心脏收缩幅度增加，令冠状脉管受压缩。专门大量的谷氨酸会令心脏停止活动。产品用途食品工业：增鲜味调料。每年我过的味精出口量不足年产量的1%，绝大部分都在国内市场上消化。随着人们生活水平的提高，味精的需求量会越来越大。医药工业：辅助治疗肝病，增强经历，安定情绪等。制造工业：化妆品，高级人造革等。设计的目的和意义意义基于味精需求量之大、前景之好，本工艺设计选题为年产2.2万吨味精生产工艺初步设计。工艺是要不断创新、不断寻求更高效合理的生产途径及更环保的生产方法的，而原有味精生产工艺在某些方面不够理想，因此在那个地点加以改进，并在原有味精生产工艺基础上开发结合新工艺、新技术，使味精的生产在某些方面达到一个突破，使整个流程更加完善[12]。目标通过对上述研究内容的探究与研究，达到对味精工厂初步工艺设计关于如下方面的了解：原料粉碎、液化、糖化、扩培、发酵、提取、精制、污水处理。与上述工序配套的设备、自控、电气、土建、给排水管道等[13]。项目设计依据和原则设计依据海南大学2012年化工工艺课程设计课题《年产2.2万吨味精生产工艺流程设计》任务书，见附件。设计原则按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确定最佳方案；尽可能采纳节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益；主体工程与环境爱护、劳动安全和工业卫生同时考虑，以减少“三废”排放，加强废渣治理，确保安全生产，消除并尽可能减小工厂生产对化境的不良阻碍和对工厂职工以及周边地区居民健康的危害。设计范围本设计的要紧内容：生产方案选择工艺流程设计与论证工艺原理与操作条件讲明工艺计算——物料衡算与热量衡算生产要紧设备设计计算与选型生产车间设备配置与布置设计编写项目设计讲明书工程设计绘图带操纵点的工艺流程图车间布置平面、立面图、工厂总体平面布置图（可略）设计重点：工艺流程设计与论证、工艺原理讲明和工艺计算味精生产能力及产品质量标准生产能力年产2.2万吨味精，年工作日300天，全天候连续生产。产品质量标准外观和感观要求味精为无色～白色柱状晶体或白色结晶性粉末，有光泽，无肉眼可见杂质，具有专门鲜味，无异味[12]。理化要求味精理化要求项目指标含量(%)≥99.0透光率(%)≥98比旋光度[α]D20+24.8°～+25.3°氯化物(以Cl计)≤0.1PH6.7～7.2干燥失重(%)≤0.5砷(As)(mg/kg)≤0.5重金属(以Pb计)(mg/kg)≤10铁(Fe)(mg/kg)≤5锌(Zn)(mg/kg)≤5硫酸盐(以SO4计)(%)≤0.03产品规格味精按种类可分为:含盐味精和特鲜(力)味精。味精按大小可分为:80目、50目、30目。味精工厂设计的要紧技术参数2.2万吨商品味精产品中，纯度为99%味精占80%纯度为80%味精占20%味精工厂设计的要紧技术参数序号生产工序参数名称指标1制糖(双酶法)淀粉糖化转化率%962发酵产酸率g/dl11.03发酵糖酸转化率%65.04谷氨酸提取提取收率%945精制收率%956发酵操作周期h42-487发酵倒灌(发酵失败)率%0.5生产方案选择生产方法蛋白质水解法以蛋白质水解法为例： 以植物蛋白，如面筋等为原料，加入酸后进行水解，使原料中的植物蛋白水解成多种氨基酸，然后分离出谷氨酸，再制成味精，此法为传统工艺。合成法要紧包括以糠醛，丙烯晴和环戊二烯为原料的合成法等。该法的优点是不用粮食，采纳石油废气，但生产过程中需用高压(200大气压)、高温(120°C以上)、有毒(氯氰酸)、易燃(溶剂)。设备投资大(比发酵法高1倍以上)，生产工艺复杂、危险等。半成品消旋谷氨酸还要进行分割，年产量少于5000t者不经济。故生产上专门少使用。发酵法该原料来源宽敞，可利用各种淀粉或野生物淀粉、甘蔗、糖蜜、甜菜糖蜜、石油化工产品醋酸、乙醇等。而且设备一般，腐蚀性低，劳动强度小，可自动化、连续化生产、收率高、成本比水解法低30～50%等优点。因此，发酵法是目前生产味精的要紧方法。生产方案确定上述各生产方法已列出其优缺点，综合考虑并按照任务书的要求，选择第三种，即发酵法生产味精。生产工艺流程设计及讲明发酵法生产工艺流程设计本课题选用的发酵法生产方案，其工艺流程见图1空气菌种原料空气菌种原料空气压缩机预处理斜面培养空气压缩机预处理斜面培养摇瓶扩大培养冷却水解摇瓶扩大培养冷却水解除铁离心沉淀发酵配料过滤除铁离心沉淀发酵配料过滤气液分离种子罐扩大培养过滤气液分离种子罐扩大培养过滤淀粉水解糖淀粉水解糖过滤除菌脱色过滤除菌脱色浓缩结晶浓缩结晶离心大结晶小结晶离心大结晶小结晶等电点调节等电点调节干燥干燥干燥干燥过滤拌盐粉碎母液粗谷氨酸粗谷氨酸过滤拌盐粉碎母液粗谷氨酸粗谷氨酸中和制味精离子交换处理中和制味精离子交换处理成品味精粉状味精成品味精粉状味精粗谷氨酸溶液溶解粗谷氨酸溶液溶解生产工艺流程讲明原料的预处理及淀粉水解糖的制备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，辊式粉碎机要紧用于粒状物料的中碎和细碎。淀粉水解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纳双酶法制糖工艺。种子扩大培养及谷氨酸发酵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。从试管斜面动身，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纳连消塔—维持罐一喷淋冷却系统外，还可采纳喷射加热器—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，流淌性差，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，国内味精厂大多采纳机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，因此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，送至发酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采纳空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采纳等电点—离子交换法，国内有些味精厂还采纳等电点—锌盐法、盐酸水解—等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水污染大，生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到限制。谷氨酸制取味精及味精成品加工精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠，即味精。粗品经提纯、加工、包装，得到成品。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还采纳箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。也有的厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时刻短，但干燥过程对味精光泽和外形有阻碍，同时厂房建筑要求较高，如此均不如振动式干燥床应用效果好。工艺计算工艺技术指标及基础数据生产规模：

2.2万吨／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、流加糖发酵，低温浓缩、等电提取生产天数：

300天／年

倒罐率：

0.5％发酵周期：40-42小时

生产周期：48-50小时种子发酵周期：8-10小时种子生产周期：12-16小时发酵醪初糖浓度：

15％(W／V)

流加糖浓度：45％(W／V)发酵谷氨酸产率：

10％

糖酸转化率：

56％淀粉糖转化率：

98％

谷氨酸提取收率：

92％味精对谷氨酸的精制收率：112％原料淀粉含量：86％

发酵罐接种量：

10％发酵罐填充系数：

75％发酵培养基(W/V)：

水解糖15％，糖蜜0.3％，玉米浆0.2%，MgSO4

0.04％，KCl0.12％，Na2HPO40.16%，尿素4％，消泡剂0.04％种子培养基(W/V)：

水解糖2.5％，糖蜜2％，玉米浆l%，MgSO40.04％，K2HPO40.1％，尿素0.35％，消泡剂0.03％物料恒算物料衡确实是依照质量守恒定律而建立起来的，物料衡确实是进入系统的全部物料重量等于离开该系统的全部物料重量，即：∑F=∑D+W[7]式中：F－进入系统物料量(kg)D－离开系统的物料量(kg)W－损失的物料量(kg)生产过程的总物料衡算生产能力的计算本设计的要求是年产量为2.2万吨商品味精生产，折算为100%的MSG的量为：2.2×99%×80%+2.2×80%×20%=2.09(万吨)全年生产日为320天，则的日产量为：22000/320=68.75吨/天)日产100%MSG的量：2.09/320＝65.40(吨/天)总物料衡算本设计以淀粉为要紧原料进行生产，以1000kg纯淀粉为例进行计算。1000kg纯淀粉理论上产100%MSG的量1000×1.11×81.7%×1.272＝1153.5(kg)其中：1.11—淀粉水解理论转化率81.7%—糖酸理论转化率1.272—精制理论收率1000kg纯淀粉实际产100%MSG的量1000×111%×96%×65%×94%×95%×(－0.005)×1.272=747.42(kg)其中：96%—淀粉糖化转化率65%—发酵糖酸转化率94%—谷氨酸提取率95%—精制收率0.5—倒灌率%1000kg工业淀粉(86%玉米淀粉)生产100%MSG的量747.42×86%＝642.78(kg)淀粉单耗ⅰ生产1000kg100%MSG理论上消耗纯淀粉量：×1000＝0.8669(t)ⅱ生产1000kg100%MSG理论上消耗工业淀粉量：×1000＝1.0080(t)ⅲ生产1000kg100%MSG消耗纯淀粉量：×1000＝1.3379(t)ⅳ生产1000kg100%MSG消耗工业淀粉的量：×1000＝1.557(t)总收率：总收率=×100％＝×100%＝67.9%淀粉利用率：×100%=64.8%生产过程总损失：100%－64.8%=35.2%物料在生产过程中损失的缘故[5]：ⅰ糖化转化率未达到理论值。ⅱ发酵过程中部分糖消耗于生长菌体及呼吸代谢，残糖高，灭菌损失，产生其他物质。原料及中间品计算ⅰ工业淀粉日用量：68.75×1.5557=102.12(t/d)ⅱ糖化液量纯糖：102.12×0.99%×1.11%×86%=96.51(t/d);折算为24%的糖液：=402.12(t/d)ⅲ发酵液量：：纯Glu量：96.51×65%=62.73(t/d)折算为11g/dl的发酵液：=570.27(t/d)570.27×1.05=598.79其中：1.05—为发酵液的相对密度ⅳ日提取Glu量：纯Glu量：62.37×94%=58.96(t/d)折算为90%的Glu量：58.96/90%=65.52(t/d)ⅴ日排出废母液量(采等电-离回收法，以排出之废母液含为Glu0.3%计算)(62.73-58.96)/0.3%=1256.67(t/d)总物料衡算结果年产2.2万吨味精总物料衡算结果列汇总(工业原料中淀粉含量86%)项目每吨100%MSG的原料及中间品日用量工业原料(t)1.4854102.12糖液(24％)(t)5.85402.12谷氨酸(90％)(t)0.9565.52MSG(100％)(t)1/068.75排出0.3％谷氨酸废母液181256.67制糖工序的物料衡算淀粉浆量及水量：淀粉加水比例为1:2.5，1000kg工业淀粉产淀粉浆1000×(1＋2.5)=3500(kg)，加水量为25530kg。粉浆干物质浓度：×100%=24.57%液化酶量：使用液体α—淀粉酶(占淀粉浆总量的0.25%)3500×0.25%=8.75(kg)CaCl2量：3500×0.25%=8.75(kg)糖化酶量：(用液体糖化酶)3500×0.25%=8.75(kg)糖化液产量：102.12×=389935.01(kg)24%糖液的相对密度为1.09则体积为=357738.54(L)加珍宝岩量：(为糖液的0.15%)389935.01×0.15%=584.90(kg)滤渣产量：(含水70%废珍宝岩)=1949.67(kg)生产过程进入的蒸汽和洗水量：389935.01＋1949.67－357420－(893.55×3)－585.15=31198.88(kg)衡算结果：年产2.2万吨味精)依照总物料衡算，日投入工业淀粉102.12吨.制糖工序物料衡算汇总进入系统离开系统项目物料比例(kg)日投料量(kg)项目物料比例(kg)日投料量(kg)工业淀粉1000102120糖液3818.4389935.01配料水2500255300滤渣19.11949.67液化酶8.75893.55CaCl28.75893.55糖化酶8.75893.55珍宝岩5.73585.15洗水和蒸汽305.5230571.59累计3837.5391257.39累计3837.5391884.68连续灭菌和发酵工序的物料衡算发酵培养基数量：1000kg工业淀粉，得到24%的糖液kg，发酵初始糖浓度16.4g/dl，其数量为：=570636.6(L)16.4g/dl的糖液相对密度为1.06，糖液质量为：570636.60×1.06=534057.33(kg)配料按放罐液体积计算：534057.33×=604874.80(L)玉米浆：534057.33×0.2%(w/v)=1068.11(kg)甘蔗糖蜜：534057.33×0.3%(w/v)=1602.17(kg)无机盐(P、Mg、K等)534057.33×0.2%(w/v)=1068.11(kg)配料用水：配料时培养基中含糖量不低于19%，向24%的糖液中加水量为：－389935.01=102641.48(kg)灭菌过程中加入蒸汽量及补水量：604874.80－389935.01－102641.48－1068.11×2－1602.17=108559.92(kg)发酵零小时数量验算：389935.01＋1602.17＋1068.11×2＋102641.48＋108064.18=604379.06(kg)其体积为=570168.92(L)，与以上计算一致.接种量：534057.33×1%(w/v)=5340.57(L).534057.33×1.06=5661.00(kg)发酵过程加液氨数量为发酵液体积的2.8%.则液氨的量为：534057.33×2.8%(w/v)=14953.60(kg)液氨溶重为0.62kg/L，则液氨的体积为：=24118.72(L)加消泡剂的量为发酵液的0.05%，消泡剂的量为：534057.33×0.05%(w/v)=267.03(kg)消泡剂的相对密度为0.8，其体积为：=333.78(L)发酵过程从排风带走的水分：进风25°C，相对湿度=70%，水蒸汽分压18㎜Hg(1mmHg=133.322Pa)排风32°C，相对湿度=100%，水蒸汽分压27㎜Hg，进罐空气的压力为1.5大气压(表压)(1大气压=101325Pa)，排风0.5大气压(表压)，出空气的湿含量差：X出－X进=0.622×－0.622×=0.01(kg水/kg绝干空气)通风比1:0.2，带走水量：534057.33×0.2×60×36×1.157×0.001×0.01=2669.35(kg)式中：1.157为32°C时干空气密度(kg/m3)过程分析：放残留及其他损失：5300kg.发酵终止时的数量：604874.80＋5661.00＋14953.60＋267.03－2669.35－5300=617787.08(kg)衡算结果汇总：年产2.2万吨商品味精日投工业淀粉102.12吨，连续灭菌和发酵工序的物料衡算总列见表连续灭菌和发酵工序物料衡算汇总进入系统离开系统项目1t工业淀粉对应的物料/kgt/d项目1t工业淀粉对应的物料/kgt/d24%糖液3818.4389.93发酵液6071.62617.79玉米浆11.751.06甘蔗糖蜜17.621.60无机盐11.751.06空气带走水量29.42.67配料水1005102.64灭菌过程进汽水1058.76108.56接种量62.35.34过程分析、放罐及残留及其它损失52.005.3液氨164.514.95消泡剂2.940.27累计6153.02625.4累计6153.02625.8谷氨酸提取工序的物料衡算按1000kg工业淀粉计算：发酵液数量：534057.33L，604874.80kg.加98%硫酸量：为发酵液的3.6%(w/v)534057.33×3.6%=19226.06(kg)98%硫酸的相对密度1.84，故其体积为：=10448.95(L)谷氨酸产量：分离前谷氨酸量：100%Glu量：534057.33×11.0%(w/v)=58746.31(kg)分离后谷氨酸量：100%的Glu量：58746.31×94%=55221.53(kg)90%的Glu量：=61357.25(kg)其中：94%为Glu提取率.母液数量：母液含Glu0.3g/dl则母液的体积为：=1174926.70(L)，质量约为1174926.70kg谷氨酸分离洗水量：61357.25×20%=12271.45(kg)，体积为134.98L母液回收过程中用水以及酸、碱等数量：1174926.70+61357.25－604874.80－19226.06－12271.45=599911.64(kg)物料衡算结果：依照以上计算，年产2.2万吨商品味精日投工业淀粉102.12吨，谷氨酸提取工序物料衡算汇总见表谷氨酸提取工序物料衡算汇总进入系统离开系统项目1t工业淀粉之匹配物料(kg)t/d项目1t工业淀粉之匹配物料(kg)t/d发酵液6071.62604.8790%谷氨酸674.961.36H2SO4211.519.23母液12933.331174.93分离用水134.9812.27回收加水7190.13599.91累计13608.231236.28累计13608.231236.29精制工序的物料衡算谷氨酸数量：100%Glu55221.53kg，90%Glu61357.25kgNa2CO3量：61357.25×36.6%=22456.75(kg)加活性炭量：61357.25×0.3%=184.08(kg)中和液数量：=175604.47(L)175604.47×1.16=203701.18(kg)式中：1.16为含40%(w/v)MSG溶液的相对密度(20°C)中和加水量：203701.18－61357.25－184.08－22456.75=119703.1(kg)产MSG量：产100%MSG量，精制收率95%，产100%MSG量为：55221.53×1.272×95%=66729.70(kg)产母液量：母液平均含MSG量25%(w/v).=14048.36(L)母液的相对密度为1.11，则其质量为：14048.36×1.11=15593.68(kg)废湿活性炭数量：湿炭含水75%=736.32(kg)MSG分离调水洗水量：66729.70×5%=3336.48(kg)中和脱色液在结晶蒸发过程中蒸发出的水量：203701.18＋3336.48－66729.70－15593.68－736.32=123977.96(kg)物料衡算汇总：年产2.2万吨商品味精日投工业淀粉102.12吨，精制工序的物料衡算汇总见表：精制工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目1t工业淀粉及匹配物料(kg)t/d项目1t工业淀粉之匹配物料(kg)t/d90%Glu674.961.36100%Glu733.9866.73Na2CO3247.0122.46母液171.5215.59活性炭2.020.18废炭8.080.74中和加水1316.65119.70蒸发水量1363.7123.98分离洗水量36.73.34累计2277.28207.04累计2277.28207.04热量衡算热量衡确实是依照能量守恒定律建立起来的热平衡方程表示如下：Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5＋Q6[7]式中：Q1—物料带入的热量(J)Q2—蒸汽热量(J)Q3—各种热效应，如发酵热，稀释热，溶解热等(J)Q4—物料带走热量(J)Q5—消耗设备上热量(J)Q6—设备向外界散失热量(J)液化工序热量衡算液化加热蒸汽量：加热蒸汽消耗量(D)可按下式计算：D=式中：G—淀粉浆量(kg/h)C—淀粉浆比热容[KJ/(kg·°C)]t1—浆料初温(20＋273=293K)t2—液化温度(90＋273=371K)I—加热蒸汽焓2730KJ/kg(0.3mPa表压)λ—加热蒸汽凝聚水的焓，在371K时为383.6KJ/kg(用内差法求得;其中89.9°C时λ=376.61，100°C时为390.08)淀粉浆量G：依照物料衡算，日投工业淀粉102.12t，连续液化=4.26(t/h)，加为1：2.5，粉浆量为4.26×1000×3.5=14910(kg/h)粉浆干物质浓度：×100%=24.57%粉浆比热C可按下式计算：C=C0＋C水[7]式中：C0—淀粉质比热容，取1.55KJ/(kg·°C)X—粉浆干物质含量24.57%.C水—水的比热容，4.18KJ/(kg·°C)C=1.55×＋4.18×=3.53[KJ/(kg·°C)]蒸汽用量：D==1570.17(kg/h)灭酶用蒸汽量：灭酶时将液化液由90°C加热至100°C，在100°C时的λ为419KJ/KGD灭==227.75(kg/h)要求在20min内使液化液由90°C升温至100°C，则蒸汽高峰量为：227.75×=683.25(kg/h)以上两项合计，平均量1570.17＋227.75=1797.92(kg/h)=1.8(t/h)每日用量1.8×24=43.2(t/d)高峰量1570.17+683.25=2253.42(kg/h)液化液冷却用水：使用板框换热器，将物料由100°C降至65°C，使用二次水，冷却水进口温度20°C，出水温度58.7°C，需冷却水量(W)为：W==12760.79(kg/h)即531.69(t/d)糖化工序热量衡算日产24%的糖液389.94吨即：=357.74(m3)，糖化操作周期30h其中糖化时刻25h，糖化罐300m3，装料200m3，需糖化罐数：×=2.15(台)取3台.液化液冷却用水：使用板式换热器，使糖化液(经灭后)由85°C降至60°C，用二次水冷却，冷却水进口温度为20°C，出口温度为45°C，平均用水量为：W==13720.97(kg/h)要求在2h内把200m3液糖液冷却到40°C，高峰用水量为=89811.97(kg/h)每日糖化罐同时运转：2.15×=1.79=2(罐)每投放料罐次：=1.79=2(罐)每日冷却水用量：2×89.81×2=359.24(t/d)连续灭菌和发酵工序热量衡算培养液连续灭菌用蒸汽量：国内大多采纳的发酵罐体积为200m3200m3发酵罐装料系数0.70，每罐产100%MSG量200×0.70×11%×94%×95%×1.272=17.50(t/d)年产商品味精2.2万吨，日产100%MSG68.75吨.发酵操作时刻42h(其中发酵时刻32h)需发酵罐台数：=6.87(台)取7台.每罐初始体积140m3糖浓度16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其数量=120.84(t)每日投(放)料罐次=3.92取4罐次。日运转6.87=5.23(罐)取6罐次。灭菌加热过程中用0.4mPa(表压)I=2743KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。每罐灭菌时刻3h，输料流量：=40.28(t/h)消毒灭菌用蒸汽量(D)：D==3212(kg/h)≈3.2(t/h)式中：3.97为糖液的比热容，[KJ/(kg·°C)]每天用蒸汽量：3.2×3×4=38.4(t/d)高峰用蒸汽量：3.2×6=19.2(t/h)平均用蒸汽量：38.4/24=1.6(t/h)培养液冷却用水量：由120°C热料通过与生料热交换，降至80°C，再用水冷却至35°C，冷却水由20°C升至45°C，计算冷却水量(W)：W==68896(kg/h)=69(t/h)全天用水量：69×3×4=828(t/d)发酵罐空罐灭菌蒸汽量：发酵罐体加热：200m3，1Cr18Ni9的发酵罐体重34.3t，冷却排管重6t，1Cr18Ni9的比热容0.5KJ/(kg·°C)[8]，用0.2mPa(表压)蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15mPa(表压)下由20°C升至127°C，其蒸汽量为：=986(kg)填充发酵罐空间的蒸汽量：因200m3发酵罐的全容积大于200m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按200m3计算，D空=Vρ=200×1.622=324.4(kg)式中：V—发酵罐全容积(m3)ρ—加热蒸汽的密度(kg/m3)0.2mPa(表压)时为1.622灭菌过程的热功当量损失：辐射与对流联合给热系数α，罐外壁温度70°C。α=33.9＋0.19×(70－20)=43.4[kg/(m3·h·°C)]200m3发酵罐的表面积为201㎡，耗用蒸汽量D损==199.42(kg)罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：=45.95(kg)式中：0.001—附壁水平均厚度(1mm)1000—水密度(kg/m3)灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量;=1558.19(kg/h)每空罐灭菌1.5h，用蒸汽量：1598.19×1.5=2337.28(kg/罐)每日用蒸汽量：2337.28×4=9349.13(kg/d)平均用蒸汽量：=389.55(kg/h)高峰用蒸汽量：1558.19×6=9.35(t/h)发酵过程产生的热量及冷却用水量：发酵过程的热量计算有下列几种方法：1．通过计算生化反应来计算发酵热Q总Q总=生物合成热+搅拌热-汽化热生物合成热可通过下列方程计算：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2813KJ C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4N+CO2+1.5H2O+890KJ搅拌器=860×4.18×P(P—搅拌功率，KW)汽化热=空气流量(m3/h)×(I出－I进)ρ式中：I出，I进—进出之空气热焓(KJ/Kg赶空气)ρ—空气密度2．通过燃烧热进行计算：Q总=有关物料的燃烧热：葡萄糖：15633KJ/Kg谷氨酸：15424KJ/Kg玉米浆：12289KJ/Kg菌体：20900KJ/Kg以发酵6—12小时耗糖速率最快，为放热高峰。3．通过冷却水带走的热量进行计算：在最热季节，发酵放热高峰期，测定冷却水量及进出口温度，然后即可算出最大发热量Q最大，[KJ/(m3·h)]Q最大=4．通过发酵液温度升高进行计算：关闭冷却水观看罐内发酵液温度升高，用下式计算Q最大Q最大=[KJ/(m3·h)]式中：G—发酵液重量(kg)C—发酵液比热容[KJ/(kg·°C)t—1h内发酵液温度升高数(°C)G1—设备筒体的重量(kg)C1—设备筒体的比热容[KJ/(m3·h)]V—发酵液体积(m3)以上四种方法，以(3)(4)比较简单使用。依照部分味精厂的实测和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约3.0×104KJ/(m3·h)200m3发酵罐，装料量140m3使用新奇水，冷却水进口温度10°C，出口温度20°C，冷却水用量(W==100500(kg/h)=100(t/h)日运转6台，高峰用水量：100×6=600(t/h)日用水量：600×0.8×24=11520(t/d)平均用水量：=480(t/h)式中：0.8—各罐发热状况均衡系数谷氨酸提取工序冷量衡算等电罐200m3，装液量146m3，相对密度1.06。由30°C降至5°C，降温速度2°C/h，基冷量为146×103×1.06×2×3.97=(KJ/h)式中：3.97—发酵液比热容[KJ/(kg·°C)]中和时H2SO4对水的溶解热为92KJ/mol，6h加98%H2SO411620kg，其溶解热为：×92=1781.73(KJ)(可忽略)=333(kw)每天运转6台，总制冷量：333×6=1998(kw)谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产2.2万吨商品味精，日产100%MSG68.75吨，选用25m3强制内循环结晶罐，浓缩结晶罐操作周期24h，其中辅助时刻4h，每罐产100%MSG10吨，需结晶罐台数=8.18(台)取9台.式中：1.6—每罐投入的晶种量(t)热平衡与计算加热蒸汽量：每罐投入40g/dl的中和脱色液(俗称原液)23m3，流加30g/dl母液32m3，过程中加水6m3，在70°C下真空蒸发结晶，浓缩3h，育晶17h，放料数量20m热量衡算：来料带入热量：进料温度35°C，比热3.5KJ/(kg·°C)。Q来料=(23×1.16＋32×1.13)×3.5×35×103=7.7×106式中：1.16—脱色液浓度(g/dl)1.13—母液浓度(g/dl)加水带入热量：Q来水=6×4.18×35×103=(KJ)晶种带入热量：MSG比热容1.67KJ/(kg·°C)Q来晶=1600×1.67×20=5.3×(KJ)结晶放热：MSG结晶热为12.7KJ/molQ晶热==(KJ)母液带走热量：分离母液12m3，折算为相对密度1.26时15t，比热容为2.83KJ/(kg·°C).Q=15×103×2.83×70=(KJ)随二次蒸汽带走热量：Q二蒸=(KJ)式中：20—结晶罐放罐时的结晶液量(m3)2620—70°C蒸汽焓(KJ/kg)随结晶MSG带走热量：Q出晶=10×103×1.67×70=(KJ)需外界供给热量：Q=(Q母＋Q二蒸＋Q出晶)－(Q来料＋Q来水＋Q来晶＋Q晶热)=(＋1.077×＋1.17×)－(7.7×＋8.8×＋5.3×＋5.7×)=10.3×107(KJ)计算蒸汽用量：每罐次用蒸汽量：热损按5%折算，通蒸汽为0.2mPa(表压)D==45830(kg/罐次)式中：2171—0.2mPa(表压)下的蒸汽焓(KJ/kg)