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生物与化学工程学院 课程设计报告 题目 年产 题目 年产 1 1 万吨味精发酵工段设计万吨味精发酵工段设计 学生姓名：学生姓名： 王晓燕王晓燕 专业班级：专业班级： 生物工程生物工程 2011010501 班班 学学 号：号： 1101815043 指导教师：指导教师： 罗建成罗建成 设计时间：设计时间： 201 4 .5.20201 4 .5.26 生物反应工程与设备课程设计任务书生物反应工程与设备课程设计任务书 学学 院院生化学院专业班级专业班级11 生物1班 姓姓 名名 王晓燕所在组别所在组别第二组 设计题目设计题目年产 1 万吨味精发酵工段设计 完成时间完成时间2014.5.12-2014.5.16（13周） 设计设计 内容内容 及要求及要求 1设计题目 年产 1 万吨味精发酵工段设计 2生产基础数据 （1） 生产规格：纯度为 99%的味精 （2）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、等电点提取。 （3） 生产天数：300 天/年 （4） 倒罐率：0.5% （5） 发酵周期：40-42 小时 （6） 生产周期：48-50 小时 （7） 种子发酵周期：8-10 小时 （8） 种子生产周期：12-16 小时 （9） 发酵醪初糖浓度：15 % （ w/v）； （10）流加糖浓度：45 % （ w/v） （11）发酵谷氨酸产率：10-12% （12）糖酸转化率：56 % （13） 淀粉糖转化率：98% （14） 谷氨酸提取收率：92% （15） 味精对谷氨酸的精制收率：112 % （16） 原料淀粉含量：86 % （17） 发酵罐接种量：10 % （18） 发酵罐填充系数：75 % （19） 发酵培养基 w/v：水解糖 15，糖蜜 0.3，玉米 浆 0.2，mgso40.04，kcl0.12，na2hpo4 0.16，尿素 4，消泡剂 0.04 （20） 种子培养基 w/v：水解糖 2.5，糖蜜 2，玉米浆 l，mgso4 0.04，k2hpo4 0.1，尿素 0.35，消泡剂 0.03。 3设计内容 （1） 根据设计任务查阅有关文献，收集必要的技术 资料与工艺数据，进行生产方法的选择比较，生产工 艺流程与工艺条件的确定与论证。 （2） 工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车间的热量 衡算，并计算蒸汽耗量；无菌空气耗量的计算。 （3） 发酵车间（包括糖液连消）生产设备的选型 （包括设备的容量、数量、主要外形尺寸）计算（供选 择）。 （4） 选择一重点设备进行单体设备的详细化工设计 与计算（供选择）。 4设计要求 根据以上设计内容，书写设计说明书。 完成图纸 1 张：发酵车间工艺流程图（包括糖液连消），或重 点单体设备总装图。 工作工作 进度进度 及安排及安排 1、查阅资料1 天 2、工艺计算2 天 3、结构图和工艺图设计、绘制1 天 4、编写说明书1 天 指导教师 罗建成 2014年 5月10 日 i 教师评语教师评语 教师签名：教师签名： 年年 月月 日日 报告成绩：报告成绩： ii iii 年产 1 万吨味精发酵工段设计 年产 1 1 万吨味精发酵工段设计万吨味精发酵工段设计 摘 要：设计一个味精工厂，以工业淀粉（纯度 80）为原料，采用双酶法进行 糖化生产，谷氨酸纯度为 99。 本设计从全工艺流程，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：味精；谷氨酸；发酵；设计 iv 年产 1 万吨味精发酵工段设计 the process design of the fermentation and extraction of 10000 tons per year of monopodium glutamate abstract: the design is to establish a monopodium glutamate factory. its raw material is starch that the purity is 80%; the technique method is double-enzyme saponification production; the purity of glutamates is 99%. the whole design includes plant technological process, metrical and energy balance, equipment selection, technological layout, workshop design and the main equipment technological process, which are to design an efficient fermentation workshop. keywords: magmatic acid; monopodium glutamate; fermentation; design. i 目目 录录 1 . 引言1 1.1 味精工业发展历程1 1.2 我国味精工业发展现状1 1.3 我国味精行业发展趋势1 1.4 设计的任务及主要设计内容2 1.5 工艺技术参数2 1.6 生产基础数据2 2 .味精生产工艺3 2.1 味精生产工艺概述3 2.2 味精发酵总流程3 2.3 原料及其预处理4 2.3.1 原料的种类4 2.3.2 原料预处理4 2.4 淀粉水解糖制备5 2.5 工艺操作流程5 2.5.1 糊化工序5 2.5.2 糖化工序5 2.5.3 发酵工序5 2.6 种子扩大培养5 2.6.1 总体情况5 2.6.2 影响种子质量的主要因素6 2.7 谷氨酸发酵6 2.8 谷氨酸提取工序7 2.9 谷氨酸制取味精及味精成品加工7 3 . 物料衡算 7 3.1 谷氨酸发酵车间的物料衡算7 3.2 热量衡算9 3.2.1 淀粉液化工序热量计算10 3.2.2 糖化过程中的热量衡算11 3.2.3 连续灭菌和发酵工序热量衡算11 3.3 过程水的衡算12 3.3.1 糖化工序用水量12 ii 年产 1 万吨味精发酵工段设计 3.3.2 连续灭菌过程用水量12 3.3.3 发酵工序的用水量12 3.4 无菌空气消耗量的计算13 3.4.1 单罐发酵空气无菌空气的消耗量13 3.4.2 种子培养等其他无菌空气耗量13 3.4.3 发酵车间高峰无菌空气消耗量13 4 设备设计与选型13 4.1 发酵罐13 4.1.1 发酵罐的选型13 4.1.2 生产能力、 数量和容积的确定14 4.1.3 主要尺寸的计算14 4.1.4 冷却面积的计算14 4.1.5 搅拌器的计算15 4.1.6 搅拌器功率的计算16 4.1.7 设备结构的工艺计算 17 4.1.8 发酵设备的材质选择 18 4.2 冷却装置的设计18 4.2.1 最高负荷下的耗水量18 4.2.2 冷却管组数和管径18 4.2.3 冷却管总长度19 4.2.4 每组管长和管组高度19 4.2.5 每组管子圈数19 4.2.6 校核布置后冷却管的实际传热面积20 4.2.7 接管设计20 4.3 支座选择21 4.3.1 车间布置21 4.3.2 环境保护21 5 参考文献22 6 附录22 7 课程设计体会23 1 年产1万吨味精发酵工段设计 1 引言 味精，化学名称为 l-谷氨酸钠(sodium l-glutamate),全称为 l 谷氨酸单钠一水化 物或 l-氨基戊二酸单钠一水化物(monopodium l-glutamate monohydrate,msg),分 子式 c5h6o4nnah2o,具有旋光性,又称谷氨酸,麸酸钠,味素等.它是增强食品风味的增味 剂,主要呈现鲜味,也称鲜味剂.味精呈无色或白色柱状结晶性粉末，无臭，有特殊鲜味。 易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。无吸湿性，对光稳定，水溶液加温也较稳定.水 中溶解度为 64.1%(0).于 100的温度下加热 3h,分解率为 0.6%,在 120时失去结晶 水,155-160或长时间受热,失水而味力降低. 1.1 味精工业发展历程 味精不但是人民生活中的主要调味品，而且是食品工业中的一种高利税产品，尤 其是受原材料市场充裕，价格便宜的诱发,自 80 年代以来，它吸引着国内许许多多生 产者，整个行业呈现突飞猛进的势态。80 年我国味精产量只有 3.1 万吨到 91 年已经发 展到 200 多家企业，味精产量达到27.16万吨。 年发展速度达到 121.81%。 在以味精、 啤 酒、 白酒、 糖、 卷烟、 五项农产品为原种的工业品中，味精发展速度最快。 最近几年随着社 会主义经济由计划向市场经济的转变一方面，由于原材料供应纳入市场调节，原材料 价格翻番上涨，导致味精生产成本价格急剧上升；另一方面，由于同行业竞争激烈， 致使市场疲软，产品严重积压，从而给整个味精行业带来严峻考验，一些规模较小， 效益较低的味精厂面临停产、转产的危机。 1.2 我国味精工业发展现状 21 世纪是全球经济发展的重要时代，随着全球经济一体化的进程的加快，我国味 精生产企业既要面对国内因近几年盲目建设，产品供过于求，市场出现过度竞争，现 已全面进入微利时代的巨大压力；同时也要应对技术国际化、市场竞争全球化的严峻挑 战。面对如此环境，各企业必须从战略角度、持续发展角度，积极探索新途径，采取新 举措，优化资源配置，全面提升企业的核心竞争力，缩短与国际上的差距。下面我从生 产技术角度谈谈味精行业发展思路。一、我国味精技术进展情况 从1923年我国开始生 产味精以来，至今已有 80 年历史。随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断 变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺改变为现在以糖质为原料发酵 法生产工艺。发酵法制造味精的生产技术进步较大，尤其近几年进展更快，无论菌种还 是工艺方法及装备水平，逐步缩小与国际间的差距。 1.3 我国味精行业发展趋势 通过分析可以明显感觉到，近几年，我国味精行业通过技术改造，内部挖潜以及 新工艺，新技术的广泛应用各项技术经济指标确实有了很大程度的提高。但我们也应该 清楚的看到目前我国味精生产企业总体技术水平、生产规模、设备性能以及自动化水平 与外国或台湾等味精生产企业相比仍存在很大差距。这些差距所在也就是潜力所在，潜 力一旦得到挖掘就可以转换成为生产力，就意味着生产经济效益，在这方面，国内许 多味精厂已经积极探索，有的通过厂际联合；有的与科研单位搞联营；有的还希望通 过合资的路子来解决。比如：兰溪味精厂与韩国味元公司合资；武汉味精厂与台湾味全 合资等等。可以说，几乎国外比较有实力的味精厂都在国内找到了合作伙伴通过合资合 2 年产1万吨味精发酵工段设计 作或技术经营联营，国内的技术管理水平将会得到实质性的提高，甚至赶超国外的先 进水平。 1.4 设计的任务及主要设计内容 味精的生产全过程可划分为四个工艺阶段：（1）原来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。 1.5 工艺技术参数 设计生产规模为年产一万吨味精的发酵提取工段，成品为99%的味精。 1.6 生产基础数据 （1） 生产规格：纯度为 99%的味精 （2）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、 等电点提 取。 （3） 生产天数：300 天/年 （4） 倒罐率：0.5% （5） 发酵周期：40-42 小时 （6） 生产周期：48-50 小时 （7） 种子发酵周期：8-10 小时 （8） 种子生产周期：12-16 小时 （9） 发酵醪初糖浓度：15 % （ w/v）； （10）流加糖浓度：45 % （ w/v） （11）发酵谷氨酸产率：10-12% （12）糖酸转化率：56 % （13） 淀粉糖转化率：98% （14） 谷氨酸提取收率：92% （15） 味精对谷氨酸的精制收率：112 % （16） 原料淀粉含量：86 % （17） 发酵罐接种量：10 % （18） 发酵罐填充系数：75 % （19） 发酵培养基 w/v：水解糖 15，糖蜜 0.3，玉米浆 0.2，mgso40.04，kcl 0.12，na2hpo4 0.16，尿素4，消泡剂0.04 （20） 种子培养基 w/v：水解糖 2.5，糖蜜 2，玉米浆 l，mgso40.04，k2hpo4 0.1，尿素 0.35，消泡剂 0.03。 2 味精生产工艺 2.1 味精生产工艺概述 3 年产1万吨味精发酵工段设计 利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取生产味精的 工艺使用目前最成熟、最典型的生产工艺。其味精生产工艺流程图如下： 淀粉 调浆水（加 naco3 和淀粉酶）喷射液化保温灭菌过滤层流罐 贮罐 却 糖化（先调 ph 再加糖化酶）灭酶离心过滤得葡萄糖液冷却发 酵罐发酵冷却等电点中和谷氨酸晶体加水溶解二次中和得谷氨酸钠溶液 活性炭脱色过滤离子交换脱金属离子浓缩蒸发结晶分离出湿味精干燥 得晶体味精筛选分装 味精生产全过程课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。 与上述工艺阶段相对应的味精生产工厂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，供水管路输送到 各个生产需求部位。对于废水，应该进行一定的处理之后再排掉。 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）种子 扩大培养及谷氨酸发酵。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 味精发酵总流程（见下页图1） 4 年产1万吨味精发酵工段设计 2.3 原料及其预处理 2.3.1 原料的种类 发酵生产谷氨酸的原料主要是淀粉，其次还有非粮食淀粉原料。淀粉来自粮食原料， 通常利用各种各样的淀粉，如北方常用玉米淀粉，南方常用番薯淀粉等。非粮淀粉原料 主要指甜菜或甘蔗蜜糖、醋酸、乙醇、正烷烃等。 2.3.2 原料预处理 非粮食原料除蜜糖外，一般均不需要预处理，可直接用来配制培养基；而蜜糖中 色素含量过高，虽然生产菌可以良好生长，但采用一般谷氨酸，在采用蜜糖为原料进 行谷氨酸发酵生产时，常要对蜜糖进行预处理。大多数谷氨酸发酵菌种都不能直接利用 淀粉和糊精，因此用淀粉质原料进行谷氨酸发酵生产时，必须先将淀粉水解成葡萄糖， 才能供发酵使用。 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。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。 2.4 淀粉水解糖制备 低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶水解法。这里我们主要介绍酶水解法。 淀粉的水解方法有：酸水解法、酶水解法和酸酶水解法等3 种。在工业生产上，淀粉的 处理主要是指糖化，制得的水解糖叫淀粉糖。可以用来制备淀粉糖的原料很多，主要有 薯类、 玉米、 小麦、 大米等。 我国味精生产厂有的是采用酸水解法进行淀粉水解，既是以 无机酸为催化剂，在高温高压下使淀粉快速水解成葡萄糖，还有的更多的再生产上采 用了酶水解法对淀粉进行水解。 2.5 工艺操作流程 2.5.1 糊化工序 调浆时淀粉浓度为 35%，调浆罐进入盘管的蒸气温度控制在 30，用 naco3调 ph 6.4。 料液经泵输送和蒸汽一起进行喷射液化，也就是糊化过程，蒸汽的温度为120， 喷射液化器出口温度为 100105，喷射液化时间为 1h。液化好的料液经管道过滤除 去大的颗粒后进入缓冲罐，缓冲罐的温度为 95100。这一工序中包括流体输送，传 热，过滤，特别说明管道过滤不用计算只是增加阻力。 2.5.2 糖化工序 经高温糊化的淀粉糊有离心泵泵至层流罐，层流罐的温度为 95100。进入糊化 罐前料液要求冷却到 60，用 hcl 调节 ph 值至 4.04.4，采取酶解法糖化，糊化温 度 60，时间 48h。糖化率为 90，即1克淀粉生成0.9 克葡萄糖。糊化好的料液经蒸汽 灭酶，灭酶温度为8085，然后离心过滤除去滤渣，得到糖化液。 这一工序中包括流 体输送，传热（三次），过滤。 2.5.3 发酵工序 过滤的滤液冷却到 32，进入发酵罐发酵，用冷却水调温，每隔 12小时升温 1 2，当发酵时间接近 34h 时，温度升至 37。加水使糖化液浓度为 14，发酵时间为 34h，发酵菌种的产酸量与葡萄糖量之比为 50。发酵完的料液进行离心分离后进入谷 5 年产1万吨味精发酵工段设计 氨酸提取工序。这一工序中包括传热，离心分离。 2.6 种子扩大培养 2.6.1 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。 2.6.2 影响种子质量的主要因素 种子培养基的氮源、 生物素和磷盐的含量要适当高些，而葡萄糖的含量必须限制在 2.5%左右， 这样可以得到活力强的种子，避免由于糖多产酸，引起 ph 下降而引起种子老化。 (1)种子对温度变化敏感。因此，在培养过程中温度不宜太高和波动过大，以免种子老化。 (2)在种子培养过程中通风搅拌要恰当。 溶氧水平过高，菌体生长受抑制，糖的消耗十分缓慢， 在一定的培养时间里，菌体数达不到所需求的数量，氧不足菌体生长缓慢，为了达到发酵所需菌体 数，必须延长发酵时间。 (3)正处在对数期的细胞，其活力最高，一般以此阶段的细胞做种子，因此这就需要掌握好种 子的培养时间。种龄过短，种子稚嫩，对环境的适应能力差；种龄过长细胞的活力已下降， 当接入发酵培养基后会出现调整期延长现象。 2.7 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。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 6 年产1万吨味精发酵工段设计 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，还可采用 空气压缩、 冷却过滤流程，省去一级冷却设备。 2.6谷氨酸提取工序 发酵液进入等电 点中和罐，进入罐前使温度降为22。谷氨酸的等电点为ph 3.2。加硫酸调节ph 值，该过程要先以较快的速率加酸，将 ph 先调整至 5.0，停止加酸与搅拌 1.5h，保证 晶体增长。然后继续缓慢加酸调整，直至 ph 降为 3.2，温度冷却至 8，使之达 到等电点，停止中和及搅拌。谷氨酸沉淀后用离心泵送到离心分离机进行分离，得到谷 氨酸的凝称物。 然后进入二次中和罐加水加纯碱中和成谷氨酸钠，加水溶解温度为40 60，碳酸钠调ph5.6，中和温度控制在70以内。得到谷氨酸钠的溶液再 进入精制工序。这一工序中包括流体输送，传热，离心分离等。 2.8 谷氨酸提取工序 发酵液进入等电点中和罐，进入罐前使温度降为22。 谷氨酸的等电点为 ph 3.2。 加硫酸调节 ph 值，该过程要先以较快的速率加酸，将 ph 先调整至 5.0，停止加酸与 搅拌 1.5h，保证晶体增长。然后继续缓慢加酸调整，直至 ph 降为 3.2，温度冷却至 8，使之达到等电点，停止中和及搅拌。谷氨酸沉淀后用离心泵送到离心分离机进行 分离，得到谷氨酸的凝称物。然后进入二次中和罐加水加纯碱中和成谷氨酸钠，加水溶 解温度为 4060，碳酸钠调 ph5.6，中和温度控制在 70以内。 得到谷氨酸钠的溶液 再进入精制工序。这一工序中包括流体输送，传热，离心分离等。 2.9 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，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，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 燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这样均不如振动式干燥 床应用效果更好些。 3 物料衡算 3.1 谷氨酸发酵车间的物料衡算 首先计算生产 1000kg 纯度为 100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。 （1）发酵液量 v1 式中 150发酵培养基初糖浓度（kg/m3） 56%糖酸转化率 92%谷氨酸提取率 99.5%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 （2）发酵液配制需水解糖量 g1 以纯糖算， 3 1 61.11 %112%5 .99%92%561501000 m v 7 年产1万吨味精发酵工段设计 （3）二级种液量 v2 式中 10%接种量 （4）二级种子培养液所需水解糖量 g2 式中 25二级种液含糖量（kg/m3） （5）生产 1000kg味精需水解糖总量 g 为： （6）耗用淀粉原料量 理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为 111kg，故理论上耗用的淀粉量 g淀粉为： 式中 86%淀粉原料含纯淀粉量 98%淀粉糖转化率 （7）尿素耗用量 二级种液耗尿素量为 v3 式中 3.5 为尿素含量（kg/m3） 发酵培养基耗尿素为 v4 故共耗尿素量为 468.46kg （8）甘蔗糖蜜耗用量 )(5 .1741150 11 kgvg 3 12 m16. 1%1061.11%10vv kgmkgvg00.292516. 1/25 3 22 kgggg5 .177000.295 .1741 21 kgg55.189211. 1%98%865 .1770）（ 淀粉 kg06. 45 . 3 23 vv kgvv4 .46440 14 8 年产1万吨味精发酵工段设计 二级种液耗用糖蜜量 v5 发酵培养基耗糖蜜量 v6 合计耗糖蜜 58.03 kg （9）氯化钾耗量 gkcl （10）磷酸氢二钠（na2hpo47h2o）耗量 g3 （11）硫酸镁（mgso47h2o）用量g4 （12）消泡剂（泡敌）耗用量 g5 （13）植物油耗用量 g6 （14）谷氨酸（麸酸）量 kgvv2 .2320 25 kgvv83.343 16 kgvgkcl932.132 . 1 1 kgvg61.111 13 kgvvg108. 5)(4 . 0 214 kgvvg992. 43 . 04 . 0 215 kgvg576.186 . 1 16 9 年产1万吨味精发酵工段设计 发酵液谷氨酸含量为 玉米浆用量 表 1 年产 10000 吨味精厂发酵车间的物料衡算结果 物料名称生产 1t 味精 100%的物 料量 10000t/a 味精生产的 物料量 每日物料量 发酵液（m 3）11.61116100.000387.000 二级种液（m 3）1.1611600.00038.667 发酵水解用糖 （kg）1770.5017705000.00059016667 二级种用糖（kg）29.00290000.000966.667 水解糖总量（kg）1770.517705000.00059016.667 淀粉用量（kg）1892.551892550.0006308.500 尿素（kg）468.464684600.00015615.333 糖蜜（kg）58.03580300,0001934.333 氯化钾（kg）13.932139320.000464.400 磷酸二氢钠（kg）11.61116100.000387.000 硫酸镁（kg）5.10851080.000170.267 消泡剂（kg）4.99249920.000166.400 玉米浆（kg）34.82348200.0001160.667 谷氨酸（kg）970.369703600.00032345.333 3.2热量衡算 热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下： q1+q2+q3=q4+q5+q6 3.2.1.淀粉液化工序热量衡算 （1）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/（kgk） t1-浆料初温（20+273=293k） t2-液化温度（90+273=363k） i-加热蒸汽焓，2738kj/kg（0.3mpa，表压） -加热蒸汽凝结水的焓，在363k 时为 377kj/kg 淀粉浆量g 根据物料衡算，日投工业淀粉 76.37t；24h 连续液化，76.37/24=3.182（t/h）。加水为 1：2.5，粉浆 量为：31823.5=11137（kg/h）。 粉浆比热c 可按下式计算： c=c0 +c水 式中 c0-淀粉质比热容，取 1.55kj/（kgk） kgg36.970%5 . 01%56 1 15kgvvg82.34102 217 )() 12(ittcg h/kg6 .1165377-273820-9053. 311137 10 年产1万吨味精发酵工段设计 x-粉浆干物质含量，24.6% c水-水的比热容，4.18kj/（kgk） c=1.55 +4.18 =3.53（kj/（kgk） 蒸汽用量 d= （2）灭酶用蒸汽量 灭酶时将液化液由 90加热至100，在 100时的 为419kj/kg。 d灭= （kg/h） 要求在20min 内使液化液由 90升至100，则蒸汽高峰量为： （kg/h） 以上两项合计，平均量 1165.5+169.5=1335（kg/h）；每日蒸汽平均用量 55.63（kg/d）。 高峰时用汽量： 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，那么需要的冷却水用量即为：d=(kg/h） 每日的用水量为 3.2.2.糖化过程中的热量衡算 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。 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，使糖化液由 85降至 60，用二次水冷水却，冷却水的进 口温度20。出口温度45，其平均用水量为 式中的 12472 为糖化液量 生产上一般要求在 2h 内把 75的糖液冷却至 40，其高峰用水量为 由于每天同时运转的糖化罐有，每天冷却水的用量为 3.2.3 连续灭菌和发酵工序热量衡算 （1）培养液连续灭菌用蒸汽量 发酵罐100m3装料系数 0.75，每罐产 100%msg 量： 5 .169419-273890-10053. 3111375 .50820605 .169 6 .952518. 4)207 .58(6510053. 3133511137 )/ t7 .228246 .9525h（ 3 m27309. 17 .297 55. 4 24 30 75 273 hkg /10532 18. 420-45 60-8553. 312472 h/kg34517 2 09. 175000 12472 10532 罐79. 3302555. 4 t26179. 35 .342 11 年产1万吨味精发酵工段设计 1000.758%90%98%1.272=6.73（t） 每罐初始体积为 75m3 ，糖浓度是16,4g/100ml,灭菌前培养基的含糖量为 19%，起初数量应为： 灭菌加热过程中用 0.4mpa 蒸汽（表压）i=2743kj/kg，分两步加温，先使用板式换热器将物料由 20预热至 75，再加热至 120。冷却水由 20升至 45。设每罐灭菌时间 3h，需要输料流量 （t/h） 消毒灭菌用蒸汽量（d）： d = 式中 3.7 为糖液的比热容（kj/（kgk） 这样每日灭菌蒸汽用量：1.733=15.3（t/d）其中高峰量： 1.7t/h 平均用量： 15.324=0.64（t/h） （2）发酵罐空罐灭菌蒸汽用量 发酵罐空罐灭菌的蒸汽用量：由于发酵罐的体积是 100m3，假设发酵罐体是由不锈钢 1cr18ni9 制造而成，发酵罐体重 34.3t，冷却排管重 6t，1cr18ni9 的比热容 0.5kj/（kgk），用 0.2mpa（表 压）蒸汽灭菌，使发酵罐在 0.15 mpa（表压）下，由 20升至 127。其蒸汽量为986（kg） 填充发酵罐空间所需的蒸汽量：因 100m3发酵罐的全容积大于 100m3，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 100m3计算。填充空间需蒸汽量： d空=v=1001.622=162.2（kg） 式中 v-发酵罐自由空间即全容积（m3） -加热蒸汽的密度（kg/m3），0.2mpa 表压时为 1.622 灭菌过程的热损失：辐射与对流联合给热系数 ，罐外壁温度 70。 =33.9+0.19(70-20)=43.4(kj/(m2hk) 100m3发酵罐的表面积为201 m2，耗用蒸汽量： d损 =（kg） 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗（kg）,其中 0.001-罐壁附着洗涤水的平均厚度（1mm) 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为：（kg/h） 每空罐灭菌1.5h，用蒸汽量： 15091.5=2264（kg/罐） 每日耗用的蒸汽量：24483=7344（kg/d），平均耗用蒸汽量734424=306（kg/h） 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 3.0 表2 空气用量计算表 发酵罐体积 （m） 单罐空气用量 （m/h) 高峰空气用量 （m/h) 年空气用量 （m/h) t64.7%19%4 .167567.2137 .64 hth/7 . 1/kg1727 18. 41202743 107751207 . 321670 18. 4127-2718 20-1275 . 0600034300 9 .99 18. 4127-2718 20-704 .43101 24 18. 41272718 18. 4201271000001. 0101 d 1509 05. 0-1 249 .99324986 w hkj 34 m/10 12 年产1万吨味精发酵工段设计 100 810 10125 1.7 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 76.37t，配料时的加水比 例是 1:2.5，用水量 液化液冷却用水量228.7（t/d) 糖化液冷却水用量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 120.8t，那么每罐料需要加水量是： 每天按3 罐计算，配料需要的水为（t/d) 灭菌后料液的冷却水用量621（t/d)或26（t/d) 3.3.3 发酵工序的用水量 培养液冷却水用量 由培养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，再用冷水冷却至35，在此过程中用冷却水由 20升温至 45，所以冷却水用量 为：d= 全天冷却水用量为 100m 的味精发酵罐，一般装料是 75m，使用新鲜的冷却水进行冷却，冷却水的进口温度是 10，出口温度是 20，那么冷却水的用量就可以按下式计算; w= 因为每天运转的发酵罐是 13.5 罐次，高峰用水量为 5313.5=715.5（t/h)，日用水量为 715.50.824=13737 （t/h)，（注：式中的 0.8 是各罐发热状况均衡系数），平均用水量为 1373725=549（t/h) 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100m 规模的通气搅拌发酵罐的通气速度按 0.188vvm进行计算。 v= 单罐年用量va= 8 10 dt /9 .1905 . 237.76 764 .253 hthkg/37/3704 18. 420-45 35-8097. 321670 dt /3333337 hth/53/kg53839 18. 410-20 75100 . 3 4 hm /8106018. 0%75100 3 3 m46170001503881015038v 13 年产1万吨味精发酵工段设计 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气耗量 取无菌空气消耗量 之 和等 于 发酵空气消耗量的 25%。故无菌空气的用量为 v1=202.5(m3/h) 3.4.3 发酵车间高峰无菌空气消耗量 3.4.4 发酵车间年用量 4 设备设计与选型 4.1 发酵罐 4.1.1 发酵罐的选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 4.1.2 生产能力、数量和容积的确定 （1）发酵罐容积的确定：根据生产规模和实用性，可以先选择公称容积为选用 100 的六弯叶 机械搅拌通风发酵罐。 （2）生产能力的计算：现每天生产 99%纯度的味精 33.4t，谷氨酸的发酵周期为 48h(包括发酵 罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。则每天需糖液体积为 v糖 。每天产纯度为 99%的味精 33.4t，每吨100%的味精需糖液 13.36m3 v糖=13.3633.499%=442（m3） 设发酵罐的填充系数 =75%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为 v0（发酵周期为 48h）。 v0=v糖/=442/0.75=589.01568（m3） （3）发酵罐个数的确定：公称体积为 100m3的发酵罐，总体积为 118 m3 ，则需要发酵罐的个 数为： n1= v0/（v总24）=44248/(1180.7524)=9.98(个) 取公称体积 100 m3 发酵罐10个。实际产量为： 1180.7524/（44248）300=10031.33（t） 富裕量 （10031.3310000）/10000=0.31% 能满足产量要求 4.1.3 主要尺寸的计算 取高径比 h：d=2：16 , 忽略封头折边不计 则有： max vhvv/m6075625. 046170008102 .20266 3 1 37 1t m103 . 28102 .20215061506vvv 3 m 4 .3310 3 m1182 封头筒全 vvv 11824/2785. 0 32 dhdv 全 14 年产1万吨味精发酵工段设计 h=2d； 解方程得： 1.57 求得 d=4.009m 取 d=4m h=2d=8m； 查表可知封头高：=1000+50=1050(mm) 则全容积：= 4.1.4 冷却面积的计算 对谷氨酸发酵，每 1m3发酵液、每 1h传给冷却器的最大热量约为 4.186000kj/(m3h) 。 采用竖式蛇管换热器，取经验值 k=4.18500 kj/(m3h) 。 平均温差 tm： 32 32 20 29 12 3 代入 对公称容量 100 m3的发酵罐，每天装 5罐，每罐实际装液量为 442/5=88.4（m3） 换热面积 4.1.5 搅拌器计算 选用六弯叶涡轮搅拌器。其示意图如图 2所示 11826. 0 23 dd b hh a h封 1全 v 1全 v 封头筒 vv2 3232 m44.118205. 0785. 024/2785. 0ddhd 全全 vv 1 2 1 21 m t t ln tt t 5