年产3万吨味精工厂毕业设计说明

..XX大学毕业设计题目年产量3万吨味精厂发酵工段的设计学院食品与生物工程学院专业班级生物工程092班学生姓名解连萌指导教师李琰成绩年月日..摘要味精,学名"谷氨酸钠〔C5H8NO4Na"。谷氨酸是氨基酸的一种,也是蛋白质的最后分解产物。我们每天吃的食盐用水冲淡400倍,已感觉不出咸味,普通蔗糖用水冲淡200倍,也感觉不出甜味了,但谷氨酸钠,用于水稀释3000倍,仍能感觉到鲜味,因而得名"味精"。味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。本设计为年产5万吨味精厂的生产工艺,通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程,根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程,并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后,画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。本设计的工艺流程为发酵预处理〔种子培养、原料预处理,制无菌空气→发酵→等电点提取→中和制味精→浓缩结晶→精制分装。该处理工艺具有结构紧凑简洁,运行控制灵活等特点。为味精生产的理想途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。关键词：谷氨酸钠、双酶法、糖发酵、等电点提取。AbstractMonosodiumglutamate<MSG>isthesodiumsaltofthenon-essentialaminoacidglutamicacid,whichisthefinalresolveproductfromprotein.Ifwedilutethesaltwith400timeswater,wecan’ttastesaltyanymore.Ifwedilutethesucrosewith200timeswater,wecan’ttastesweetnesstoo.Butevenif3000timeswater,Monosodiumglutamatestilltasteflavor.Monosodiumglutamateisamodernspicemadeoffoodbyusingmicrobialfermentation.This

productive

technology

designed

for

the

monosodium

glutamate

factory

which

produces

50,000

tons

per

yearbyDoubleEnzyme、Sugarfermentationinglutamicacidandanisoelectricpointofextractiontoproduceglutamicacid.Weknowthroughpretreatmentofrawmaterial、fermentation、extractiontolearnMonosodiumglutamate’sproductionmethodsandproductionprocess.Accordingtoitssituation,choosethewaytofermentationwhichsuitforproductionprocess.Atthesametimebalancethematerial、heatandchoosetheequipment.Finallydrawoutthefermentationprocessflowdiagramandfloorplan.Thetechnologicalprocessofthisdesignis:Fermentationpretreatment〔Seeddevelopment；Pretreatmentofrawmaterials；Systemsterileair→fermentation→Isoelectric

pointof

extraction→neutralizationtoProductionofMSG→Concentrationcrystal→processingandrepacking.thisproductivetechnologydesignedhasmanytraits.Suchas,well-knitstructure,pithyquickcontrol,lastingattacked,lesssledgecapacity,anditsrunningandmanagementisuncomplicated.Keywords:MSG;DoubleEnzyme;Sugarfermentation;Isoelectric

pointof

extraction目录TOC\o"1-3"\h\u11044摘要I5396AbstractII3803第1章绪论1232171.1味精简介1276161.2味精的营养价值1147671.3味精生产历程2281261.4本课题的研究意义、设计指导思想及设计范围2213621.4.1本课题的研究意义2193261.4.2设计指导思想37020第2章工厂概况4112912.1厂址选择4160202.1.1选厂原则4101842.1.2厂址选择4327052.2生产规模473692.3味精生产工艺5306642.3.1原料预处理及淀粉水解糖制备5117062.3.2种子扩大培养及谷氨酸发酵5244522.3.3谷氨酸的提取及谷氨酸单钠的制备556172.3.4味精的精制6315462.4谷氨酸提取操作中的要点6117402.5味精生产工艺概述7148353.1生产能力1018993.2总物料衡算10288603.2.11000㎏纯淀粉理论上产100%的MSG的量1027673.2.21000㎏纯淀粉实际产100%的MSG1163913.2.31000㎏商品淀粉〔含量86%的玉米淀粉产100%的MSG11322653.2.4淀粉单耗11292163.2.5总收率11302453.2.6淀粉利用率11109223.2.7生产过程中总损失11263863.2.8原料及中间品计算1143253.2.9总物料衡算结果12285343.3制糖工序的物料衡算1351423.3.1淀粉浆量及加水量13102263.3.2粉浆干物质浓度13243433.3.3加酶量1324896量13241113.3.5糖化酶量13326243.3.6糖化液产量13150223.3.7过滤糖渣量13139253.3.8生产过程进入的蒸汽冷凝水及洗水量14234553.3.9衡算结果141953.4配料、连续灭菌和发酵工序14309883.4.1发酵培养和用糖量1498593.4.2发酵配料15130173.4.3配料用水1522033.4.4接种量15113223.4.5连续灭菌过程进入的蒸汽及补加水量16212753.4.6发酵过程中加入99%的液氨量16266013.4.7加消泡剂量1643833.4.8发酵生化反应过程中所产生的水分1648163.4.9发酵过程中从排风中带走的水分17146453.4.10发酵过程化验取样,放管残留及其他损失176472约13㎏17159283.4.11发酵终止时的数量178013.4.12衡算结果汇总表18203903.5谷氨酸提取车间物料衡算19135793.5.1中和等电工序1935743.5.2离交工序20271553.5.3提取车间物料衡算验算21231823.6精制车间物料衡算2236743.6.1中和脱色工序22266723.6.2精制工序24113103.6.3精制过程物料衡算图2561804.1液化工序热量衡算28208434.1.1液化加热蒸汽量2874104.1.2液化液冷却用水量29109344.2糖化工序热平衡说明29169134.3连续灭菌和发酵工序热量衡算29176614.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量301104.3.2培养液冷却用水量31255794.3.3发酵罐空消灭菌蒸汽量3142804.3.4发酵过程产生的热量及冷却水用量32313474.4谷氨酸提取工序热量衡算33192144.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算34218364.5.1热平衡与计算蒸汽量3446274.5.2二次蒸汽冷凝所消耗冷却水量3567034.6干燥过程的热量衡算3650454.6.1干燥时蒸发水量36189464.6.2味精干燥过程所需热量36299994.6.3味精干燥过程需空气量3795584.6.4味精干燥过程中耗用蒸汽量37276594.7溴化锂制冷机所用蒸汽量3835534.8生产过程中耗用蒸汽衡算汇总及平衡图3851604.8.1衡算结果3853534.8.2生产过程蒸汽耗用汇总表3848894.8.3平衡图399638第5章全厂水衡算40233815.1糖化工序用水量40297455.1.1配料用水量〔新鲜水40138435.1.2液化液冷却用水量40236775.2发酵配料及培养基灭菌后冷却用水量40124805.2.1发酵罐配料用水量40313295.2.2培养基冷却冷却用水量40131725.3发酵过程所用冷却量40191435.4谷氨酸提取工序冷却用水量41286335.5中和脱色工序用水量41264875.5.1配料用水4152005.5.2洗碳柱及碳柱再生用水41148735.6精制工序用水量41198195.6.1结晶过程加水41103395.6.2结晶冷却水42122625.7动力工序用水量4226965.7.1锅炉用水42142865.7.2空压机用水4216435.8用水汇总及水平衡图42116385.8.1新鲜水用量〔平均量/h及味精单耗水量42320365.8.2循环水平均量〔/h4218875.8.3蒸汽冷凝水42260625.9用水平衡图4322610第6章设备选型4419866.1等电灌4449096.2离子交换工艺45224396.3母液暂存罐45312866.4母液沉降罐4656316.5板框压滤机46322456.6柱前贮罐467896.7炭柱47122526.8脱色液贮罐47234256.9加水罐47203056.10结晶罐47106496.10.1二次蒸汽出口管径47275966.10.2进料口4870406.10.3蒸汽进口4811564每台耗冷量：5.8t/h,操作压力0.3MPa,密度,则48191356.10.4放料口4870266.10.5冷料水入口4824376.11助晶槽48188096.12味精离心机49110096.13流化床干燥机4988186.14液氨贮罐49100986.15浓硫酸贮罐4922564参考文献5116872[1]张克旭．氨基酸发酵工艺学,中国轻工业出版社,1992：279-280。518256致谢52..第1章绪论1.1味精简介味精是人们熟悉的鲜味剂,又称谷氨酸钠,是L—谷氨酸单纳盐〔Monosodiumglutamate的一水化合物〔HOOC-CH2CH<NH2>-COONaH2O,又命名为u-氨基戊二酸单钠一水化合物。它含有一分子结晶水,其分子式为HOOC-CH2CH<NH2>-COONaH2O,分子量187.13。具有旋光性,有D-型和L-型两种光学异构体。谷氨酸跟碱作用生成谷氨酸一钠,如果碱过量,则生成不具有鲜味的谷氨酸二钠。味精为八面柱状晶体,不溶于纯酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂,易溶于水,相对密度为1.65,熔点195℃,在120℃以上逐渐失去分子中的结晶水。味精的比旋光度[]=+25.16〔C=10,2NHCl。0.2%味精溶液的pH为0.7。味精的主要成分为谷氨酸钠,具有旋光性,有D-型和L-型两种光学异构体。此外还含有少量食盐、水分、脂肪、糖、铁、磷等物质。纯的味精外观为一种白色晶体状粉末。味精易溶于水,当它溶于水〔或唾液时,会迅速电离为自由的钠离子和谷氨酸阴离子。1.2味精的营养价值首先,味精能增进菜肴的鲜味,促进食用者的食欲,能够刺激消化液的分泌,有助于食物在体内的消化吸收。其次,味精经口食入后,很快在消化道被分解为谷氨酸进入血液输送到肌体各部,参与各种生理必须的蛋白质的合成,谷氨酸是自然界存在的二十种氨基酸之一,是组成蛋白质的基本结构。再次,谷氨酸还具有特殊功能,在人体内起着十分重要的生理作用：<1>谷氨酸在人体内通过转氨酶的作用将其分子中的氨基转移给丙氨酮酸,形成丙氨酸。<2>谷氨酸与血液中的氨形成无毒的谷氨酰氨,使血液中氨的浓度下降,减少氨中毒的危险性。<3>谷氨酸在体内与胱氨酸、甘氨酸结合形成谷胱甘肽。该化合物是一种很有效的抗氧化剂,对于延续衰老,促进疾病恢复均有好处。能够分解体内代谢过程中所产生的过氧化物,避免肌体遭受过氧化物的侵害,有利于维持身体健康。<4>谷氨酸在体内能够形成氨基丁酸,它是一种神经递质,帮助神经的传导。1.3味精生产历程味精生产大致经历了三个大的阶段：第一阶段：最早的味精制造方法就是从天然的食物材料中抽取,例如：将海带以热水煮过,取其汤液浓缩后即可得到含有味精的浓缩液或调味粉。

第二阶段：最早商业化制造味精的原料是面筋。面筋即是面粉中的蛋白质,采用的方法是蛋白质水解法,因为面筋的来源丰富,且含有高达23%的麸胺酸,最适合做为制造味精的原料。第三阶段：1958年利用微生物生产味精的发酵技术开发成功,主要是利用葡萄糖、果糖或蔗糖为碳源,经特别筛选的味精生产菌种吸收代谢后,合成大量的麸氨酸,是属于生物合成的天然氨基酸。这些特别筛选的微生物会将糖蜜中的糖转变成麸氨酸。每消耗一公斤的糖,约可产生0.5公斤的麸氨酸,生产效率非常高。受经济危机影响,全球经济大幅缩水,国外的餐饮业大幅受到影响,味精工业的发展自然受到冲击,我国味精产业由于主要以内销为主,影响不大,又由于国家大幅扩大内需,是以发展前景乐观。1.4本课题的研究意义、设计指导思想及设计范围1.4.1本课题的研究意义味精是一种安全可靠的食品添加剂,它能够增加菜肴的色、香、味,促进食欲,有益于人体健康。市场需求量大,已成为家家户户菜肴之必备辅助食品。初步估算,中国大陆增鲜消费品市场的容量超过300亿元,占调味品行业总体容量的近25%,其中,以味精为代表的传统增鲜调味品直接市场容量又占到70%以上,可以说,味精是目前中国大陆增鲜调味品市场最重要的品种。专家预测,味精年产量将保持8%-10%左右的增速。基于味精需求量之大、前景之好,本毕业设计选题为年产5万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,因此在这里加以改进,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。另外,做年产5万吨味精生产工艺初步设计能够结合大学四年学过的很多知识,使我对生产工艺、物料衡算、设备选型等更加熟悉、有更全面的掌握,使所学知识更加扎实并且融会贯通,是大学四年课程的一个很好的总结。1.4.2设计指导思想〔1查阅大量文献,加大科技含量,采用先进、可靠、合理、经济的工艺。〔2尽量在生产过程中实现资源的全面综合利用,可以大幅度降低能量消耗。〔3坚持环境保护,采取可靠的治理措施,强化洁净工艺技术,做到达标排放。1.4.3设计范围〔1原料粉碎、液化、糖化、扩培、发酵、提取、精制、污水处理。〔2与上述工序配套的设备、自控、电气、土建、给排水管道等。〔3本设计为今后的发展留有一定的空间。第2章工厂概况2.1厂址选择2.1.1选厂原则①地价合理,有发展空间,自然环境适宜发酵生产,远离居民区,选非耕田,有国家批准的土地使用证明。②水源充足<经钻井试验>,水质好,有通畅的排水渠道。③原辅料,能源丰富价廉,运输便捷。④对治理污染有良好条件。⑤当地政府优惠政策落实有保证。2.1.2厂址选择选择XX省侯马市。空地：侯马市地处XX省XX市南部,处于XX、XX、XX三市及晋、冀、豫三省中间。位于汾河与浍河交汇处,东临曲沃,西接新绛,南连闻喜,北靠襄汾。市境内地势较平坦,属晋南盆地的一部分。该市空地充足,适合建厂。交通：侯马市土地肥沃,该厂位于市东郊,有得天独厚的交通优势,同蒲、侯月、侯西铁路交汇,公路有晋韩、大运高速路,交通便利。在此建厂能方便原辅料的运输,降低运输成本。气温：全年平均气温12.6℃,一月最冷,平均-2.4℃；七月最热,平均气温26.1℃。全年无霜期平均约197天。气候条件较好,适合发酵生产。降水：年平均降水量492.1㎜,水利条件较好。总的来说,XX省侯马市原料、燃料及电力十分充足,交通便利,适合建造味精厂。2.2生产规模味精厂的生产规模为年产5万吨,其次是建厂的交通、运输、水、电、原料供应、污水处理等,而市场占有率是由品牌和生产成本决定,主要是后者。生产成本低,市场开拓就有潜力。生产成本主要取决于以下4个方面：①地区优势〔包括原材料、动力价格和地方政策等；②技术水平和管理水平；③规模效益〔在生产规模较小时,如年产量2万吨以下,增加产量,明显降低成本,但产量较大时,影响不大；④运转费用〔取决于设备设计、设备配套和技术管理等。生产成本的降低应从建厂开始,应重视合理设计设备,合理进行设备配套,将产量规模与设备规模结合,降低运作费用；选择先进的生产工艺和强化技术管理,提高技术水平,降低单耗[2]。2.3味精生产工艺2.3.1原料预处理及淀粉水解糖制备〔1原料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。〔2淀粉水解糖制备由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉作为碳源,因而必须将淀粉水解为葡萄糖,才能供发酵使用。淀粉水解为葡萄糖先要进入液化阶段,然后再与糖化酶作用进入糖化阶段。2.3.2种子扩大培养及谷氨酸发酵〔1种子扩大培养在生物化工中菌种的优良与否直接影响到发酵产物的质量和产量,所以有专门的菌种培养和保藏设备,在微生物学上利用自然选育来防止菌种退化。谷氨酸发酵谷氨酸发酵开始前,首先必须配制发酵培养基,并对其作高温短时灭菌处理。消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐,经过罐内冷却蛇管将温度冷却至32℃,接入菌种,添加氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等,通入无菌空气,菌种经一段时间适应后,发酵过程即开始缓慢进行。经过大约34小时的培养,当产酸、残糖、光密度等指标均达到一定要求时即可放罐[5]。2.3.3谷氨酸的提取及谷氨酸单钠的制备该过程由等电点中和与二次中和两部分完成。〔1谷氨酸的提取利用氨基酸两性的性质,谷氨酸在等电点时,绝大部分分子以偶极离子状态存在,其分子在静电引力的作用下,易于形成较大的聚合体,即等电点下溶解度最低,可经长时间的沉淀得到谷氨酸。因此提取即用无机酸将发酵液的pH值调整到等电点pH3.2处并获得谷氨酸的结晶。〔2谷氨酸单钠的制备二次中和〔碱中和是将上述溶液过滤得到谷氨酸结晶,加入40-60℃的温水溶解,用碳酸钠将谷氨酸溶液的pH值调至5.6。谷氨酸是两性电解质,在不同的pH值下有不同的电离方式。pH值低,溶液中的谷氨酸浓度百分率高；pH高,溶液中的谷氨酸二钠的浓度百分率高。谷氨酸及谷氨酸二钠均无味精的鲜味,因此,碱中和时必须控制适宜的pH值,以使谷氨酸尽可能生成谷氨酸单钠。碱中和时速度要缓慢,以免中和时产生大量的二氧化碳泡沫,造成液面升高或逸出。加碱的速度过快,搅拌不均匀还会导致局部pH值过高,同样影响中和效果。中和温度要控制在70℃以内,温度过高,会使谷氨酸钠脱水,生成焦谷氨酸钠,影响产品质量与收率[5]。2.3.4味精的精制谷氨酸单钠粗品经提纯、加工、包装,得到成品,即味精。谷氨酸钠溶液经过脱色及离子交换柱除去Ca2+、Mg2+、Fe2+离子,即可得到高纯度的谷氨酸钠溶液。将纯净的谷氨酸钠溶液导入结晶罐,进行减压蒸发,当波美度达到29.5时放入晶种,进入育晶阶段,根据结晶罐内溶液的饱和度和结晶情况实时控制谷氨酸钠溶液输入量及进水量。经过十几小时的蒸发结晶,当结晶形体达到一定要求、物料积累到80％高度时,将料液放至助晶槽,结晶长成后分离出味精,送去干燥和筛选。2.4谷氨酸提取操作中的要点〔1pH值正常谷氨酸发酵液pH值为6.7左右。需要将发酵液的pH值调整至3.0—3.2之间才能达到其目的。在调整pH值过程中并非使pH值均匀下降,必须保证溶解度均匀下降,并保证溶解度的下降速度。可检测其溶解度下降规律,确定pH值的下降速度来得以实现工艺的优化,用试纸检测pH值时必须用高纯度的谷氨酸校正pH试纸,这样才能达到pH值的准确性,达到较高的收率。〔2温度降低温度也是降低溶解度的方法之一。在育晶前以育晶温度的需要来进行调整；育晶至pH3.8,温度控制在不回升的基础上缓降,下降速度越慢好；pH3.8—pH终点可适当加快降温速度,避免pH、温度迭加因素影响质量；pH终点后应满开冷却水阀门尽快拉至温度终点,然后搅拌几个小时,进行沉降。理论上,温度终点越低收率越好<理论上-5℃母液会结冰,可拉至-3℃～-4℃>,但这里必须考虑其冷冻能力及生产成本<成本最为重要>,所以终点温度控制比这要高很多2.5味精生产工艺概述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。味精发酵法生产的总工艺流程见图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离心等电点调节过滤干燥大结晶干燥小结晶等电点调节过滤干燥大结晶干燥小结晶拌盐粉碎拌盐粉碎成品味精粉状味精母液粗谷氨酸粗谷氨酸成品味精粉状味精母液粗谷氨酸粗谷氨酸离子交换处理离子交换处理中和制味精中和制味精粗谷氨酸溶液溶解粗谷氨酸溶液溶解第3章全厂物料衡算物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的。物料衡算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式中F—进入系统物料量,㎏D—离开系统的物料,㎏W—损失的物料量,㎏生产过程中总物料衡算3.1生产能力年产味精〔99%5万吨,折算为100%的味精为49500t/a。日产味精〔99%50000/330=151.52t/d,折算为100%味精为150t/d。表3-1计算指标：淀粉糖转化率98.5%发酵产酸氯〔浓度 13%发酵对糖的转化率60%谷氨酸提取收率96%精制收率95%产品淀粉中淀粉含量86%发酵周期〔含辅助时间40h全年工作日330d培养菌种耗糖为发酵耗糖的1.5%3.2总物料衡算1000㎏纯淀粉理论上产100%的MSG的量淀粉×113%→葡萄糖×81.7%→谷氨酸×127.2%→MSG〔理论值1000×113%×81.7%×127.2%=1174.3㎏式中81.7%——谷氨酸对糖的理论转化率1.272=1000㎏纯淀粉实际产100%的MSG1000×1.13×98.5%×60%×〔100%-1.5%×96%×95%×1.272=763.1㎏3.2.31000㎏商品淀粉〔含量86%的玉米淀粉产100%的MSG763.1×86%=656.3㎏淀粉单耗3.2.4.11000㎏100%的MSG实际消耗纯淀粉量1000/763.1=1.310t/t3.2.4.21000㎏100%的MSG实际消耗商品淀粉量1000/656.3=1.524t/t3.2.4.31000㎏100%的MSG理论上消耗纯淀粉的量1000/1174.3=0.8516t/t3.2.4.41000㎏100%的MSG理论上消耗商品淀粉量0.8516/0.86=0.9902t/t总收率%728.10/1153.5×100%=63.12%淀粉利用率%生产过程中总损失100%-64.97=35.03%原料及中间品计算商品淀粉用量日产100%味精150t<单耗商品淀粉1.524t>,日耗商品淀粉量150×1.524=228.6t/d相当日耗100%淀粉228.6×86%=196.6t/d3.2.8.2糖化液量日产纯糖量228.6×86%×1.13×98.5%=218.8t/d折算成30%的糖液218.8/30%=729.3t/d折算为34g/dL的糖液218.8/34=643.5发酵液量发酵液中纯GlU量218.8×60%=129.3t/d折算成含GlU13g/dL的发酵液量129.3/13=994.6/d994.6×1.09=1084.1t/d式中1.09——发酵液的相对密度提取GlU量产纯GlU量129.3×96%=124.1t/d折算成90%的GlU的量总物料衡算结果表3-2总物料衡算结果原料规格玉米淀粉原料生产1t100%MSG日耗产量/<t/d>玉米淀粉/t86%1.524228.6糖液/t30%4.862729.3谷氨酸/t90%0.9197137.9味精100%1.01503.3制糖工序的物料衡算淀粉浆量及加水量淀粉加水比例1：1.71t工业淀粉用淀粉浆1000×〔1+1.7=2700㎏加水量1700㎏3.3.2粉浆干物质浓度%加酶量选高温α-淀粉酶,活力20000u/mL加酶量为10u/g干淀粉1t干淀粉加酶量0.5L液化酶质量约为0.6㎏量一般加量为干淀粉的0.15%,即1t干淀粉加㎏3.3.5糖化酶量一般加糖化酶120u/g干淀粉,如液体糖化酶为100000u/mL则1t干淀粉加糖化酶为1.2L糖化酶的质量约为1.5㎏糖化液产量㎏30%的糖液的相当密度1.1321,相当于1.1321×30%=34g/dL3.3.7过滤糖渣量湿渣含水70%,10㎏折干渣量10×〔1-70%=3㎏3.3.8生产过程进入的蒸汽冷凝水及洗水量3190.7+10-2700-3.6=497.1㎏3.3.9衡算结果表3-3制糖工序物料衡算汇总进入系统离开系统项目物料比例/㎏日投料量/t项目物料比例/㎏日产料量/t商品淀粉1000228.630%糖液3190.7682.7配料水1700388.6滤渣102.286液化酶0.60.14——————1.50.34——————糖化酶1.50.34——————蒸汽冷凝水及洗水量497.1113.6——————累计3200.7731.7——3200.7731.73.4配料、连续灭菌和发酵工序发酵培养和用糖量1000㎏商品淀粉中可产100%糖量1000×86%×1.13×98.5%=957.2㎏其中初始发酵定容用糖占53%,即957.2×53%=507.3流加补料用糖占47%957.2×47%=449.9初糖用30%的糖液配料㎏即初糖配13g/dL,初定容V=L13g/dL糖液相当密度1.05,则3902.3×1.05=4097.4㎏流加补糖用60g/dL浓糖浆〔相对密度1.223,则749.8×1.223=917.05㎏3.4.2发酵配料1t商品淀粉产100%糖957.2㎏,发酵配料用营养物比例表3-4发酵配料用营养物比例玉米浆0.0028t 2.8㎏ 糖蜜0.0035t3.5㎏0.0024t2.4㎏0.0055t5.5㎏0.0071t7.1㎏其他维生素0.0007t0.7㎏总计0.022t22㎏3.4.3配料用水初始配料基含糖不低于20%,向30%的糖液中加水㎏3.4.4接种量发酵初定容3902.3L,接种量为10%,即390.23L种子液相对密度1.02,则390.23×1.02=398㎏在398㎏种液中含有100%糖〔用30%玉米浆玉米浆,甘蔗糖蜜,,蒸汽及水。3.4.5连续灭菌过程进入的蒸汽及补加水量4097.4-1691-22-398-845.5=1140.9㎏3.4.6发酵过程中加入99%的液氨量1t商品淀粉产100%糖957.2㎏产100%谷氨酸957.2×60%×98.5%×96%=543.08㎏一般发酵耗糖量为谷氨酸量的0.30,即543.08×0.30=162.9㎏99%液氨在35℃相对密度为0.58743.4.7加消泡剂量一般1t谷氨酸加消泡剂5㎏,则㎏消泡剂相对密度为0.83.4.8发酵生化反应过程中所产生的水分1t商品淀粉在发酵中产生地地道道的100%谷氨酸量957.2×60%×98.5%=565.7㎏生产1mol谷氨酸产3mol水,生产1mol菌体产7mol根据发酵反应式发酵产生的水分为㎏长菌过程生产水分1g菌体产13g,产生水分为㎏以上合计产生水：207.8+37.3=245.1㎏发酵过程中从排风中带走的水分进风25℃,相对湿度Ψ=70%,水蒸气分压18mmHg,排风32℃,相对湿度Ψ=100%,水蒸气分压27mmHg,进罐空气的压力为1.5大气压〔表压0,排器0.5大气压〔表压,出进空气的湿含量差通风比1：0.3,发酵液数量5000L带走水量5000×0.3×60×32×1.157×0.001×0.011=37㎏式中：60——60min32——发酵时间1.157×0.001——32℃时干空气密度,㎏/3.4.10发酵过程化验取样,放管残留及其他损失约13㎏3.4.11发酵终止时的数量1t商品淀粉发酵终止时的数量30%糖+补糖量+营养物+配料水+灭菌水+种子+反应水+液氨+消泡剂+空气蒸汽-尾气带走-损失=终止数量1691+917.05+22+845.5+1140.9+398+245.1+162.9+2.72+119.6-37-13=5494.8㎏发酵液的相当密度1.09每日产发酵液228.6×5.4948=1256.1t即3.4.12衡算结果汇总表表3-5衡算结果汇总表进入系统离开系统项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天进入系统的物料t/d项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天离开系统的物料t/d30%糖液1691386.6发酵液5494.81256.160g/dL的浓糖浆917.05209.6尾气带走378.5玉米浆2.80.64损失132.9糖蜜3.50.8——————无机盐等15.73.6——————配料水845.5193.3——————灭菌进入蒸汽及补水1140.9260.8——————种液39890.98——————反应水245.156.03——————液氨162.937.2——————消泡剂27.20.61——————空消蒸汽119.627.34——————累计5544.81267.5——5544.81267.53.5谷氨酸提取车间物料衡算采用等电——离子回收工艺3.5.1中和等电工序3.5.1.1发酵液数量发酵液数量为5495㎏；5041L高流量高流量为发酵液的45%,即2473㎏3.5.1.392.5%用量92.5%用量为纯谷氨酸的90%,即543.08×90%=488.8㎏3.5.1.4等电液数量5495+2473=7968㎏3.5.1.5谷氨酸产量〔1分离前谷氨酸量5041×13%〔w/v=655.3㎏〔2分离后谷氨酸量100%谷氨酸量655.3×96%=629㎏90%谷氨酸量㎏3.5.1.6加水量加水量为479㎏3.5.1.7洗水量洗水量为90%谷氨酸量的14.5%,即699×14.5%=101.4㎏3.5.1.8母液数量7968+488.8-699.02+101.4=7859.2㎏3.5.1.9物料衡算汇总表3-6谷氨酸等电工序物料衡算汇总进入系统离开系统项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天进入系统的物料t/d项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天离开系统的物料t/d发酵液54951256.290%Glu699.02159.8高流2473565.3母液7859.21796.6水590.2134.9——————累计8558.21956.4——8558.21956.43.5.2离交工序3.5.2.1母液调PH用1t商品淀粉相用92.5%488.8㎏,其中调用酸量占66%,即488.8×66%=322.6㎏3.5.2.2母液数量母液数量为7859.2㎏3.5.2.3调高流用调高流用为总酸的34%,即488.8×34%=166.2㎏3.5.2.4洗脱液用量洗脱液用量99%液氨数量为纯谷氨酸的12%,即629.1×12%=75.5㎏3.5.2.5高流量高流量为2473㎏3.5.2.6排除非液量废液中含Glu0.34g/d,相对密度1.02即7705.1×1.02=7859.2㎏3.5.2.7配洗脱液用水量7859.2+2473-〔322.6+166.2+75.5-7859.2=1908.7㎏3.5.2.8物料衡算汇总表3-7离交工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天进入系统的物料t/d项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天离开系统的物料t/d母液7859.21796.6高流24735653.392.5%488.8117.7废液7859.21796.699%液氨75.517.25——————洗脱液用水1908.7436.3——————累计10332.22361.9——10332.22361.9提取车间物料衡算验算发酵液5495㎏5041L折纯Glu655.3㎏ 高流2473㎏7968㎏等电液水㎏谷氨酸母液7859㎏90%Glu699㎏含纯Glu折纯Glu655㎏折纯Glu提取收率94%92.5%H2SO4488.8㎏99%液氨75.5㎏洗脱液用水1908.7㎏废液7859㎏7705L高流2473㎏含Glu0.34g/dL含Glu0.34g/dL折纯Glu折纯Glu图3-1提取车间物料衡算验算3.6精制车间物料衡算中和脱色工序谷氨酸数量100%Glu量629.1㎏,90%Glu量699.02㎏离子膜碱用量理论上1mol谷氨酸需1mol100%NaOH,即1㎏Glu需30%NaOH0.272㎏629.1㎏100%Glu需30%液体离子碱量㎏30%NaOH相对密度1.328粉末活性炭用量要求浓度达,40g/dL2000×1.16=2320㎏3.6.1.4中和脱色液数量要求浓度达,40g/dL㎏式中1.16——含40%MSG溶液的相对密度废渣数量含水75%,则㎏用水量3.6.1.7物料汇总表3-8中和脱色工序物料汇总表进入系统离开系统项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天进入系统的物料t/d项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天离开系统的物料t/d90%Glu699.02159.8中和脱色液2320530.3离子膜碱570.4130.4废碳渣62.814.4活性炭15.73.6————水1097.7250.9累计2382.8544.72382.8544.73.6.2精制工序3.6.2.1中和脱色液数量2320㎏,2000L,含MSG40g/dL3.6.2.2产MSG量精制收率95%,产100%MSG量㎏3.6.2.4产母液量去母液平均含MSG25g/dL,则式中1.1——母液相对密度3.6.2.5蒸发结晶过程加水蒸发结晶过程加水约为脱色液的10%即232㎏3.6.2.7MSG分离调水洗水量MSG分离调水洗水量约为MSG产量的5%即㎏3.6.2.8结晶过程蒸发水分㎏3.6.2.9物料衡算汇总表3-9精制工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天进入系统的物料t/d项目1t商品淀粉之匹配物料/㎏每天离开系统的物料t/d中和脱色液2320530.4100%MSG760.2173.48结晶过程加水23253.04母液17640.2分离调水洗水38.018.7蒸发水分1653.8378.1累计2590592.12590592.1精制过程物料衡算图以投料1t商品淀粉〔含86%的玉米淀粉为基准所得各部中间物料及其辅料量的衡算结果汇总。86%商品淀粉1t<折算纯淀粉量860㎏> 液化酶0.6㎏ CaCl21.5㎏ 糖化酶1.5㎏30%糖液3190.7㎏滤渣10㎏玉米浆2.8㎏糖蜜3.5㎏无机盐15.7㎏ 糖蜜3.3kg种子无机盐0.67kg398kg玉米浆5.1kg 液氨162.9㎏消泡剂2.72㎏13g/dLGLU发酵液5495㎏ 92.5%H2SO4488.8㎏含0.34g/dLGLu废液7859.2㎏ 99%液氨75.5㎏90%谷氨酸699㎏30%液碱570.4㎏ 活性炭15.7㎏碳柱62.8㎏40g/dL中和脱色液2320㎏25g/dL母液176㎏100%MSG760.2㎏图3-2以1000㎏商品淀粉为基准86%商品淀粉228.6t/d 液化酶0.14t CaCl20.34t 糖化酶0.34t㎏30%糖液729.4t滤渣2.286t玉米浆0.64t糖蜜0.8t无机盐3.6t 糖蜜0.75kg种子无机盐0.15kg90.98t玉米浆1.17kg 液氨37.2t消泡剂0.6t㎏13g/dLGLU发酵液1256.1t 92.5%H2SO4111.7t含0.34g/dLGLu废液1796.6t 99%液氨17.3t90%谷氨酸159.8t30%液碱130.4t 活性炭3.6t碳柱14.4t40g/dL中和脱色液530.4t25g/dL母液40.2t100%MSG150t图3-3年产5万t味精以t/d为基准第4章全厂热量衡算热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的,热平衡方程式表示如下Q1+Q2+Q3=Q4+Q5式中Q1——物料带入的热量,JQ2——蒸汽热量,JQ3——各种热效应,JQ4——物料带走热量,JQ5——热损失,J4.1液化工序热量衡算液化加热蒸汽量淀粉浆量〔G根据物料衡算日投商品淀粉228.6t,配30.7%的淀粉浆平均量4.1.1.2淀粉浆比热容可按下式计算式中C——淀粉浆比热容,KJ/㎏.℃——淀粉质比热容,取1.55KJ/㎏.℃——水的比热容,取4.186KJ/㎏.℃4.1.1.3蒸汽用量式中G——淀粉浆量,㎏/hC——淀粉浆比热容,KJ/㎏.℃高峰量每日蒸汽用量4.1.2液化液冷却用水量使用螺旋板换热器,物料有95℃降为61℃使用循环水降温,进口温度28℃,出口温度52℃,需冷却水每日用冷却水量需补加新鲜水量4.2糖化工序热平衡说明液化液61℃进入糖化罐,在60℃下维持32-36h,因糖化罐外保温,绝热较好,糖化过程中不需要补充热量,不消耗蒸汽,糖化终止时糖化液调PH至4.8-5.0,酶即失活,也可不加热灭菌,以节省蒸汽。4.3连续灭菌和发酵工序热量衡算4.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量发酵罐公称容积720,装量系数为0.8,每罐产MSG量年产味精5万吨日产味精〔100%150t,发酵生产周期为40h〔包括辅助时间,需发酵罐台数：取3台每日投放罐次日运转台每发酵罐初始体积糖浓度13g/dL,灭菌前含糖20g/dL,其数量密度1.05t/灭菌加热过程中用0.4MPa蒸汽〔表压使用螺旋板换热器将物料由20℃预热至70℃,在加热至120℃。冷却水由20℃升至45℃。每罐灭菌时间2h,物料流量：灭菌用蒸汽量：每日用蒸汽量平均用蒸汽量最大蒸汽量约为5t/h4.3.2培养液冷却用水量120℃热料通过与冷料热交换由120℃降至75℃,再用水冷却至35℃,冷却水由30℃上升至45℃,计算冷却水用量每日用水量平均用水量最大用水量130t/h使用发酵冷却循环水4.3.3发酵罐空消灭菌蒸汽量4.3.3.1发酵罐体加热用蒸汽量发酵罐公称容积720,材质为SS304,发酵罐罐体重118t,比热容0.5KJ/㎏.℃,使用0.4MPa蒸汽灭菌,发酵罐罐压保持在0.15MPa。由20℃升至127℃,维持1h。蒸汽用量式中535.4——0.15MPa,127℃时蒸汽凝结水热焓,kJ/㎏每日用蒸汽量平均用蒸汽量4.3.3.2填充发酵罐空间所需的蒸汽量公称容积720,发酵罐的全容积为793。其蒸汽用量为式中1.39——加热蒸汽密度发酵罐灭菌〔0.15MPa,表压1h每日用蒸汽量平均用蒸汽量4.3.3.3灭菌过程中的热损失辐射与对流联合给热系数,管外壁温度60℃kJ/〔.h.℃720发酵罐的表面积为475,消耗蒸汽量㎏/h4.3.3.4管壁附着洗涤水升温所需蒸汽量㎏/h式中：0.001——附壁水平均厚度,m4.3.3.5灭菌过程蒸汽排气及渗漏量取总耗气量的10%,空罐灭菌蒸汽消耗量㎏/h=5t/h每个空罐灭菌1ｈ,蒸汽消耗量为5t/／罐发酵罐每日投料罐次1.8每日用蒸汽量平均用蒸汽量4.3.4发酵过程产生的热量及冷却水用量根据部分味精厂的实测和经验数,谷氨酸的发酵热高峰值约为4.5kJ/<>.公称容积720的发酵罐。装液量576,其发酵热为日运转发酵罐2.4台,总发酵热为选用3台NG84M溴化锂制冷机。每台制冷机量7033KW,使用0.8MPa蒸汽,耗气量8.8t/h,冷媒用水量1008/h,冷却水用量1706/h。3台溴化锂制冷机按2台运转计算,需蒸汽量17.6t/h,循环冷却水3412/h,再加上培养基灭菌后用冷却水74.25t/h合计用冷却水：3486/h循环冷却水采用无填料喷雾冷却塔进行降温,选用800冷却塔5台。冷却水在循环使用中约损失4%,需补充新鲜水量：4.4谷氨酸提取工序热量衡算等电罐540,装液量432,相对密度1.09,由30℃降至10℃,降温速度为2℃/h每台罐需冷量为式中：3.97——等电液比热容,KJ/㎏.℃等电罐每天转台数为发酵罐每台放灌数×2,即每日总冷量为选用1台NG72M溴化锂制冷机。每台制冷机量4200KW,使用0.8MPa蒸汽,耗气量5.16t/h,冷媒用水量726/h,冷却水用量1200/h。循环冷却水采用无填料喷雾冷却塔进行降温,选用800冷却塔2台。冷却水在循环使用中约损失4%,需补充新鲜水量4.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产5万吨商品味精,日产100%MSG150t,选用40强制内循环结晶罐,浓缩结晶周期为12h,每日产100%MSG24t,需结晶罐台数,取4台式中2——每台结晶罐投入的晶种量4.5.1热平衡与计算蒸汽量每罐投入40g/dL的中和脱色液37.5,流加30g/dL的母液43.3,过程中加水8,在70——75℃下真空蒸发结晶2h,育晶10h,放料数量25。4.5.1.1热量衡算〔1来料带入热量进料温度35℃,比热为3.5KJ/㎏•KKJ〔2加水带入热量KJ〔3晶种带入热量MSG比热容为1.67KJ/㎏•K〔4结晶放热量MSG结晶热为12.7KJ/molKJ〔5母液带走热量分离母液25,折算为相对密度1.26时为31.5t,比热容为2.83KJ/㎏•℃KJ〔6二次蒸汽带走热量KJ〔7随结晶MSG带走热量KJ〔8每罐结晶过程需外界供给热量4.5.1.2计算蒸汽用量每罐次用蒸汽量式中2738.3——使用0.3MPa蒸汽的焓,KJ/㎏604.7——使用0.3MPa蒸汽冷凝水的焓,KJ/㎏每台罐每小时耗蒸汽量5台罐运转每日耗蒸汽量式中0.8——结晶罐运行均衡系数平均用蒸汽量4.5.2二次蒸汽冷凝所消耗冷却水量二次蒸汽数量〔水蒸发速度使用大气冷凝器,用水直接冷凝二次蒸汽。冷却水一般采用来自发酵车间的消耗冷却水〔二次水,结晶罐二次蒸汽平均蒸发速度冷却水用量使用循环水,进口温度30℃,出口温度45℃,70℃水蒸气焓2626.8〔KJ/㎏,每台罐需冷却水量：5台罐高峰用水量每日用水量式中：0.8——结晶罐运行均衡系数平均用水量为保证循环水温不高于30℃,需采用2台降温冷却塔〔800/h根据气温季节变化补充适量二次水。4.6干燥过程的热量衡算分离后湿MSG含水2%,干燥后达0.2%,进加热的空气为18℃,相对湿度=70%,通过加热器使空气升温至80℃后进入干燥器,从干燥器出来的空气为60℃。4.6.1干燥时蒸发水量日产100%味精150t,湿味精153t,湿味精产量为6.375t/h,干燥时蒸发水量4.6.2味精干燥过程所需热量式中Q——味精干燥过程所需的热量,KJ/h1.67——MSG比热容,KJ/㎏•℃42——出料温度与进料温度之差——从干燥器出来的空气温度,℃——进入加热器的空气温度,℃4.6.3味精干燥过程需空气量进加热的空气为18℃,相对湿度=70%,通过加热器使空气升温至80℃后进入干燥器,从干燥器出来的空气为60℃。冷空气湿含量式中：G——味精干燥过程中需空气量,㎏/h4.6.4味精干燥过程中耗用蒸汽量使用0.4MPa〔表压蒸汽加热,热损失按10%计算式中:D——味精干燥过程中耗用蒸汽量,㎏/hG——味精干燥过程中需空气量,㎏/h——冷空气热焓,41.8KJ/㎏干空气——80℃空气热焓,104.5KJ/㎏干空气每日用蒸汽量4.7溴化锂制冷机所用蒸汽量发酵冷却用NG84M溴化锂制冷机3台,2台运行,1台备用,使用0.8MPa蒸汽,每台耗气量8.8t/h,合计蒸汽用量为17.6t/h,提取等电液冷却用1台NG72M溴化锂制冷机,使用0.8MPa蒸汽,耗气量5.16t/h。以上合计用蒸汽量22.76t/h。用汽均衡系数为0.9,使用蒸汽量每日用汽量4.8生产过程中耗用蒸汽衡算汇总及平衡图4.8.1衡算结果每日用蒸汽量平均用蒸汽量高峰量为100%MSG单耗蒸汽量使用溴化锂制冷机致使蒸汽单耗偏高,但可降低水耗,并且较高温度的蒸汽冷凝水可返回锅炉使用,不但节水,还提高热效率,节约用煤。4.8.2生产过程蒸汽耗用汇总表表4-1生产过程耗用蒸汽量汇总表生产工序日用量t/d平均用量t/d高峰用量t/d糖化液化98.44.15连消62.282.5955发酵罐空消90.375——中和脱色——————精制556.823.2——干燥32.641.36——溴化锂制冷机491.620.5——空气净化及其他——————累计——————4.8.3平衡图P=0.4MPa精制 溴化锂制冷机干燥中和脱色发酵罐空消 糖化液化连消〔表压精制 溴化锂制冷机干燥中和脱色发酵罐空消 糖化液化连消空气空气净化二级种子消泡剂4.12.5950.37520.5 23.2 1.36图4-1蒸汽平衡图第5章全厂水衡算5.1糖化工序用水量配料用水量〔新鲜水日投淀粉228.6t,加水比为1：1.7,用水量t/d用连续生产平均用水量=高峰用水量使用新鲜水液化液冷却用水量平均用水量,40.2t/h,液化液日用水量：964.8t/d,使用循环水补充新鲜水1.206t/h5.2发酵配料及培养基灭菌后冷却用水量发酵罐配料用水量发酵配料加水量为193.3t/d,使用新鲜水培养基冷却冷却用水量平均用水量74.25t/h,日用水量1782t/d,高峰用水量130t/h,使用循环水补充新鲜水2.97t/h,每日为71.28t/d。5.3发酵过程所用冷却量发酵过程用水量见表溴化锂制冷机冷却循环水用水量3412t/h,每日为81888t/d补充新鲜水139.5t/h,每日为3347t/d5.4谷氨酸提取工序冷却用水量溴化锂制冷机冷却循环水用水量1200t/h,每日为28800t/d补充新鲜水48t/h,每日为1152t/d5.5中和脱色工序用水量配料用水每日使用90%谷氨酸160t/d,中和