年产5000万吨味精工厂发酵车间设计说明书

年产5000万吨味精工厂发酵车间设计说明书(修复)年产5000万吨味精工厂发酵车间设计说明书制药设备与工艺作业制药0703连中帅200782073许琦光200782067卢一鹤2007820632010-6-30摘要：本设计主要内容为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。年产5000万吨味精工厂发酵车间设计说明书1前言(2)2味精生产工艺(2)2.1味精生产工艺概述(2)2.2原料预处理及淀粉水解糖制备(2)2.3谷氨酸的发酵(2)3工艺技术指标和基础参数(2)3.1生产规模及产品规格(2)3.2生产工作制度(2)3.3主要工艺技术参数(2)3.4味精生产过程中的原辅材料机动力单耗(1T100%MSG计算)⑵3.5培养基的组成(重量/体积)(2)3.5.1二级种子培养基(2)3.5.2发酵培养基(2)4物料衡算(2)4.1生产过程的总物料衡算(2)4.1.1生产能力：(2)4.1.2总物料恒算：(2)4.1.3总物料衡算结果(2)4.2淀粉制糖工艺的物料衡算(2)4.3发酵工序的配料及连续灭菌过程的物料衡算(2)4.3.1发酵培养基数量(2)4.3.2接种量(2)4.3.3发酵过程加液氨数量(2)4.3.4加消泡剂(泡敌)量(2)4.3.5发酵过程从排风带走的水分(2)4.3.6发酵终点时发酵液质量(2)4.3.7衡算结果总汇(2)4.4谷氨酸提取工艺物料衡算(2)4.5精制工序的物料衡算(2)4.6精制工序的物料衡算图(2)5热量衡算(2)5.1液化工序的热量衡算(2)5.1.1液化加热蒸气量(2)5.1.2灭酶蒸汽用量(2)5.1.3液化液冷却用水量(2)5.2糖化工序热量衡算(2)5.3连续灭菌和发酵工序热量衡算(2)5.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量(2)5.3.2培养液冷却水用量(2)5.3.3发酵罐空罐灭菌蒸汽用量(2)5.3.4发酵过程冷却水用量(2)5.4谷氨酸提取工艺冷量衡算(略)(2)5.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算(略)(2)5.6干燥过程的热量衡算(略)(2)5.7生产过程耗用蒸汽衡算总汇表(2)6水平衡(2)6.1糖化工序用水量(2)6.1.1配料用水量(2)6.1.2液化液冷却用水量(2)6.1.3糖化液冷却用水量(2)6.2连续灭菌工序的用水量(2)6.2.1配料用水量(2)6.2.2灭菌后料液的冷却水用量(使用二次水)(2)6.3发酵工序的用水量(使用新鲜水)(2)6.4提取工序的用水量(略)(2)6.5中和脱色工序的用水量(略)(2)6.6精制工序的用水量(略)(2)6.7动力用水量(略)(2)6.8用水量汇总记水平衡图(2)7设备的设计与选择(2)7.1发酵罐(2)7.1.1发酵罐生产能力的确定(2)7.1.2发酵罐台数的确定(2)7.1.3设备容积的计算(2)7.1.4校核(2)7.1.5主要尺寸的计算(2)7.1.6冷却面积的计算(2)7.1.7设备结构的工艺设计(2)7.1.8设备材料的选择(2)7.1.9发酵罐壁厚的计算(2)7.1.10接管设计(2)7.1.11支座选择(2)7.2种子罐(2)7.2.1选型(2)7.2.2容积和数量的确定(2)7.2.3主要尺寸的确定(2)7.2.4冷却面积的计算(2)7.2.5设备材料的选择(2)7.2.6设备结构的工艺设计(2)7.2.7支座选型(2)7.3空气分过滤器的计算(2)7.3.1种子罐分过滤器(2)7.4连续操作设备的设计选型(2)7.4.1连消塔(2)7.4.2维持罐(2)7.5味精发酵车间设备一览表(2)8设备工艺流程图(2)9厂方平面布置图(2)参考文献(2)附：组内分工情况(2)1前言味精是人们熟悉的鲜味剂，是L-谷氨酸单钠盐(Monosodiumglutamate，MSG)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa?H2O)，IUPAC英文名为sodium(2S)-2-amino-5-hydroxy-5-oxo-pentanoate，摩尔质量187.13g/mol，夕卜观为白色结晶粉末，熔点225弋，因具有很强的鲜味(阈值为0.03%)，已成为人们普遍采用的鲜味剂。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，但谷氨酸钠盐，用于水稀释3000倍，仍能感觉到鲜味，因而得名“味精”。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，1909年日本味之素(味①素)公司所发现并申请专利。早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。现代的味精商业化生产是通过淀粉、甜菜、甘蔗或糖蜜培养基发酵生产的。谷氨酸的通气发酵，是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业，该生产工艺和设备具有很强的典型性。本设计主要内容为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。2味精生产工艺2.1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。本设计利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取来生产味精，总工艺流程见图1。

2.2原料预处理及淀粉水解糖制备原料的预处理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，若以淀粉为原料则该步骤可以省略。目前，工业生产上通常直接将淀粉水解为葡萄糖，即淀粉的糖化，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，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。2.3谷氨酸的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罐，完成生产菌种的扩大培养任务。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--喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器--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。目前，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。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。3工艺技术指标和基础参数3.1生产规模及产品规格以年产商品味精5250tMSG为实例。其中含99%的MSG占80%，即4200t/a；80%规格的MSG占20%，即1050t/a，折算为100%的MSG=4200*99%+1050*80%=5000t/a99%的味精质量符合GB8967-88；80%味精质量符合QB1500-92。3.4味精生产过程中的原辅材料机动力单耗（1t100%MSG计算）3.5培养基的组成（重量/体积）3.5.1二级种子培养基水解糖2.5%、糖蜜2.0%、尿素0.35%、磷酸二氢钾0.1%、磷酸镁0.06%、玉米浆0.5〜1.0%、泡敌0.06%、硫酸锰0.2mg/100ml、亚硫酸铁0.2mg/100ml。3.5.2发酵培养基水解糖16.4%、糖蜜0.3%、硫酸镁0.06%、氯化钾0.08%、尿素4.0%、磷酸氢二钠0.02%、玉米浆0.2%、泡敌0.05%、硫酸锰0.2g/100ml、亚硫酸铁0.2mg/100ml、植物油0.1%、接种量1%。4物料衡算4.1生产过程的总物料衡算4.1.1生产能力：以年产5000t100%MGS商品为例进行计算。日产100%的MSG=5000t/320=15.625t/d4.1.2总物料恒算：[C6H10O5]n+nH2O —nC6H12O616218180转化率1=180/162=1.11C6H12O6+NH3+1.5O2 —C5H9O4N+CO2+3H2O180147转化率2=147/180=0.8172C5H9O4N+Na2CO3 —2C5H8O4NNa・H2O+CO2147187转化率3=187/147=1.2721000kg纯淀粉理论上能产生100%MSG的量：1000kg*1.11*0.817*1.272=1153.54kg1000kg纯淀粉实际上能产生100%MSG的量：1000kg*1.11*0.98*0.5*0.86*0.92*1.272=547.38kg1000kg工业淀粉(含86%的玉米淀粉)生产100%MSG的量：547.38kg*86%=470.74kg淀粉的单耗生产1000kg100%MSG理论上消耗纯淀粉量：1000*1000/1153.54=866.90kg生产1000kg100%MSG理论上消耗工业淀粉量：86.90/86%=1008kg生产1000kg100%MSG实际上消耗纯淀粉量：1000*1000/547.38=1826.88kg生产1000kg100%MSG实际上消耗工业淀粉量为：1826.88/86%=2124.27kg总收率二实际产量(kg)/理论产量(kg)=547.38/1153.54*100%=47.45%淀粉利用率：1008/2124.27*100%=47.45%生产过程总损失为：100%-47.45%=52.55%物料在生产中损失的原因：糖化转化率稍低；发酵过程中部分糖消耗于长菌体及呼吸代谢，残糖高，灭菌损失，产生其它产物；提取收率低，母液中Glu含量高；静止加工过程损耗及产生焦谷氨酸钠等。原料及中间体的计算：淀粉的用量：15.625*2124.27/1000=33.19(t/d)糖化液纯糖量：33.19*86%*1.11*98%=31.05(t/d)换算成含量24%的糖液量为：31.05/24%=129.38(t/d)发酵液量的计算：纯Glu量：31.05*50%=15.525(t/d)折算为8g/dl的发酵液：15.525/8%=194.0625(m3/d)取发酵液密度为1.05t/m3，发酵液量：194.0625*1.05=203.77(t/d)提取出的90%谷氨酸的量：15.525*86%/90%=14.835(t/d)。5谷氨酸废母液量(采用等电-新离子回收法，以排出的废液含0.7%谷氨酸计)：15.525*(1-86%)/0.7%=310.5(m3/d)4.1.3总物料衡算结果淀粉浆量及加水量：味精生产过程中，淀粉加水的比例为1:2.5，即1000kg。工业淀粉调浆时加水量为2500kg,由此制得的淀粉浆为3500kg。淀粉浆中干物质(纯淀粉)浓度：1000*86%/3500=24.57%液化酶(a-淀粉酶用量为淀粉浆的0.017%)用量：3500*0.017%=0.6kg4） CaCI2的加入量（CaCI2的加入量是淀粉浆量的0.043%）:3500*0.043%=1.5kg5） 糖化酶用量（糖化酶用量是淀粉浆量的0.043%）:3500*0.043%=1.5kg6） 糖化液产量:1000*86%*1.11*98%/24%=3898kg24%糖化液的相对密度为1.09kg/L,则糖化液的体积：3898/1.09=3576L7） 加珍珠岩量和滤渣量（其加入量为糖化液的0.15%）：3898*.15%=5.85kg过滤后滤渣是含水70%废珍珠岩，则滤渣量：5.85/（1-70%）=19.5kg4.3发酵工序的配料及连续灭菌过程的物料衡算4.3.1发酵培养基数量1）1000kg的工业淀粉经水解后，得到24%的糖液3898kg，发酵培养基的初糖浓度为16.4g/dL，则接种前发酵培养基的糖液量为：3898*24%/16.4%（w/v）=5704L16.4g/dL糖液的相对密度为1.06kg/L,发酵培养的糖液量质量:5704*1.06=6046kg配料放罐发酵液密度为16.0%(w/v),按放罐发酵液体积计算，发酵液体积：5704*16.4%/16.0%=5847L玉米浆：5847*0.2%(w/v)=11.7kg甘蔗糖蜜：5847*0.3%(w/v)=17.5kg无机盐(PMg,K):5847*0.2%(w/v)=11.7kg配料用水：配料时培养基中的含糖量不低于19%，向24%的糖液中加水量：3898*24%/19%-3898=1026kg灭菌过程中加入蒸汽量及补水量：6046-3898-1026-11.7-17.5-11.7=1081kg发酵零小时数量验算：3898+11.7+17.5+11.7+1026+1081=6046kg其体积为：6046/1.06=5704L，与以上计算一致。4.3.2接种量总接种菌液体积(接种量为1%)：5847*1%(v/v)=58.5L接种菌液质量：58.5*1.06=62kg4.3.3发酵过程加液氨数量发酵过程加液氨数量为发酵液体积的2.8%，液氨体积：5847*2.8%(w/v)=164kg液氨容重为0.62kg/L，其体积：164/0.62=265L4.3.4加消泡剂(泡敌)量加消泡剂(泡敌)量为发酵液的0.05%消泡液量：5847*0.05%(w/v)=2.9kg消泡剂的相对密度为0.8kg/L，其体积为：2.9/0.8=3.6L4.3.5发酵过程从排风带走的水分进风25°C,相对湿度申=70%,水蒸气分压18mmHg(1mmHg=133.322Pa)，排风32C,相对湿度甲=100%,水蒸气分压27mmHg。进罐空气的压力为1.5atm(表压)，排风0.5atm(表压)。出进空气的湿含量差：)/(01.00042.0015.0%70187605.2%7018622.0%100277605.1%10027622.0干空气水进出kgkgXX=-=?--?-=-通风比：1:0.2带走水量：5847*0.2*60*36*1.157*0.001*0.01=29kg32C时干空气密度为1.157kg/m3过程分析、放罐残留及其他损失52kg4.3.6发酵终点时发酵液质量发酵终点时发酵液质量：6046+62+164+2.9-29-52=6194kg4.3.7衡算结果总汇年产5000t商品味精日投产工业淀粉33.19t，连续灭菌和发酵工序的物料恒算汇总入下表：采取冷冻等点及其新离交回收工艺（按1000kg工业淀粉之匹配量计）1）发酵液数量：5847L;6194kg。2） 加98%硫酸量（为发酵液的3.6%（W/V））:5847*3.6%=210kg98%硫酸相对密度1.84，故体积：210/1.84=114L3） 谷氨酸产量：分离前谷氨酸量：100%Glu量：5847*8%（W/V）=467.8kg分离后谷氨酸量：纯Glu：467.8*86%=402kg90%的Glu：402/90%=446.7kg4） 母液数量（母液含Glu0.7g/dl）：（467.8-402）/0.7=9343kg5） 谷氨酸分离洗水量：446.6*20%=89L6）母液回收过程中用水以及酸、碱等数量：9343-5847-114-89=3293L=3293kg7）物料衡算结果：根据以上计算，再乘以年产5000t商品味精日投产工业淀粉33.18t，既得每日之物料量，汇总列入下表:谷氨酸提取工序物料衡算汇总表100%Glu402kg；90%Glu446.6kg2、 碳酸钠量:446.6*36.6%=161kg3、 加活性炭量:446.6*3.1%=14kg4、 中和液数量:402*1.272/40%(W/V)=1278L；1278*1.16=1482kg5、 中和加水量:1428-446.6-14-161=874kg6、 产MSG量(100%MSG):402*1.272*92%=470.5kg7、 产母液量:402*1.272*8%*25%=164L；164*1.1=180.4kg8、废湿活性炭数量（湿炭含水75%）：14/（1-0.75）=56kg9、MSG分离调水洗水量：470.5*5%=24kg

5热量衡算5.1液化工序的热量衡算5.1.1液化加热蒸气量加热蒸气消耗量：入IttGCD)(12，式中：G 淀粉浆量(kg/h),C——淀粉浆比热荣[kJ/(kg.K)],t1——浆料初温(293K),t2——液化温度(363K)，I——加热蒸气焓2738kJ/kg(0.3MPa，表压),入一一加热蒸汽凝结水的焓，363K时为377kJ/kg淀粉浆量G:根据物料衡算，日投工业淀粉33.19t；连续液化，33.18t/24=1.38t/h淀粉浆量(加水量1:2.5):1380*3.5=4830kg/h粉浆干物质浓度:1380*86%/4830*100%=24.6%3)淀粉浆比热C100X-1001000水CXCC+二式中：C0——淀粉质比热容，1.55kJ/(kg.K),X——粉浆干物质含量，24.6%，C水——水的比热容，4.18kJ/(kg.K)C=1.55*24.6/100+4.18(100-24.6)/100=3.53kJ/(kg.K)4)蒸汽用量:D=4830*3.53*(90-20)/(2738-377)=505.50kg/h5.1.2灭酶蒸汽用量灭酶时将液化液由90弋加热至100弋，在100弋是的入为419kJ/kgD灭=4830*3.53*(100-90)/(2738-419)=73.52kg/h要求在20min内是液化液从90弋升至100弋，则蒸汽高峰量为：73.52*60/20=220.56kg/h以上两项合计:平均量:505.50+73.52=579.02kg/h每日用量：579.02/1000*24=13.90t/d高峰量：505.50+220.56=726.06kg/h5.1.3液化液冷却用水量使用板式患热器，将物料由100°C降至65弋,使用二次水，冷却水进口温度20C,出水温度58.7C,需冷却水量W:(4830+579.02)*3.53*(100-65)/[(58.7-20)*4.18]=4131.18kg/h=99.15t/d5.2糖化工序热量衡算日产24%糖液129.38t，即129.38/1.09=118.70m3糖化操作周期30h，其中糖化时间为25h。糖化罐总容量100m3，装料系数75%(100m3糖化罐装料75m3)，则需糖化罐为：118.70/(100*75%)*(30/24)=1.98台，取2台。使用板式换热器，使糖化液(经灭酶后)由85C降至60C,用二次水冷却，冷却水今口温度20C,出口温度45C,平均水量为：(4830+579.02)*3.53*(85-60)/[(45-20)*4.18]=4567.90kg/h要求在2h内把75m3糖液冷却至40C,高峰用水量为：[4567.90/(4830+579.02)]*75000*1.09/2=34518.81kg/h每日糖化罐同时运转：1.98*25/30=1.65罐每日投料罐次：118.7/75=1.58罐次，取2罐次每日冷却水用量：2*34.5*1.65=113.85t/d5.3连续灭菌和发酵工序热量衡算5.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量发酵罐公称容积为100m3，其总容积为102m3，装料系数0.7,每罐产100%MSG量：102*0.7*8%*86%*92%*1.272=5.75t年产5000t100%MSG商品味精，日产100%MSG15.625t发酵操作时间48h，其中发酵时间38h，需发酵罐台数：(15.625/5.75)*(48/24)=5.43台，取6台。每日投料罐次：15.625/5.75=2.72次日运转：5.43*38/48=4.30罐每罐初始体积70m3，糖浓度为16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其含量为：70*16.4%/19%=60.42t灭菌加热过程中用0.4Mpa蒸汽(表压)I=2743kJ/kg，使用