年产7.5万吨味精厂工艺初步设计

本科毕业设计题目年产75万吨味精工艺初步设计院系制药与生物工程学院专业生物工程班级生物学生姓名指导教师论文提交日期论文答辩日期毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重承诺此处所提交的学位论文是在指导教师的指导下，严格按照学校和学院（系）有关规定完成的。论文中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任并接受学校的处理。作者签名日期关于学位论文使用授权的说明本论文的研究成果归沈阳化工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳化工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权沈阳化工大学可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）作者签名导师签名日期毕业设计（论文）任务书生物工程专业学生毕业设计（论文）题目年产75万吨味精厂工艺初步设计毕业设计（论文）内容味精生产工艺流程的物料衡算、热量衡算、水衡算以及味精生产主要工艺流程工序的设计、味精生产的主要设备发酵罐的设计毕业设计（论文）专题部分味精生产的工艺设计和发酵罐的设计起止时间指导教师签字年月日教研主任签字年月日学院院长签字年月日摘要作为拥有五千年历史文化的中国，烹饪是中国文化的一种重要体现。而味精是现代烹饪中必不可少的一种调味剂。所以味精的生产技术是与我们每个人的生活息息相关。本设计就是根据实际需要进行年产75万吨味精厂初步设计。本设计的主体工艺是以玉米淀粉为工业原料，在液化酶作用下液化为糊精，再在糖化酶作用下变成葡萄糖，以葡萄糖为主要碳源，加玉米浆，一些无机盐等配成培养基，经灭菌冷却后，加入发酵罐，在无菌条件下，接入谷氨酸产生菌，发酵使葡萄糖变成谷氨酸，谷氨酸再与碱作用生成带一个结晶水的谷氨酸单钠盐味精。通过进行物料衡算、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，糖化流程图，发酵流程图以及提取与精制流程图对年产75万吨味精长进行初步工艺设计。任何工厂的初步设计都离不开必要的理论数据支持，通过计算我得到年产75万吨味精厂初步设计的主要设计数据是原料为85的玉米淀粉日用量为33170吨，日产100MSG为223125吨。本设计所采用的糖化罐为的容积为300立方米，日运转糖化罐8罐，投放料6罐次。发酵阶段选取公称容积为300立方米的机械搅拌式发酵罐进行发酵，日运转17台。发酵罐的参数直径为522米，罐体高为1575米，罐身厚度为122MM，封头厚度为18MM。搅拌器选用六弯叶涡轮式搅拌器，搅拌器转数110R/MIN，采用三档搅拌，不通气情况下的搅拌功率为1500KW，通气情况下搅拌轴功率为1072KW。本设计的目的是通过对味精生产的各个流程的计算以及设备的选择来设计出一个高效、环保的现代化味精厂。本设计理论上就如何提高味精生产的自动化水平，降低原料能耗设计，提高设备利用率等方面进行设计探讨，对现实生产有一定的指导和借鉴意义。但是由于知识量以及实际经验的有限性此次设计方案还必须通过其它可行性检验。关键词味精；谷氨酸；玉米淀粉；发酵；发酵罐。ABSTRACTASHASFIVETHOUSANDYEARSOFCHINESEHISTORYANDCULTURE,COOKINGISANIMPORTANTMANIFESTATIONOFCHINESECULTURETHEMSGISAMODERNCOOKINGESSENTIALFLAVORSOMSGPRODUCTIONTECHNOLOGYISCLOSELYRELATEDTOOURLIVESOFEVERYONETHISDESIGNISBASEDONTHEACTUALNEEDFORTHEPRELIMINARYDESIGNOFANANNUALOUTPUTOF75,000TONSOFMONOSODIUMGLUTAMATEFACTORYTHEDESIGNOFTHEMAINPROCESSISACORNSTARCHFORINDUSTRIALRAWMATERIALS,LIQUEFIEDDEXTRIN,THENINTOGLUCOSEINTHEGLUCOAMYLASEINLIQUEFIEDENZYMEGLUCOSEASTHEMAINCARBONSOURCE,ANDCORNSYRUP,ANUMBEROFINORGANICSALTSDUBBEDMEDIUM,AFTERSTERILIZATIONCOOLING,THEFERMENTERUNDERSTERILECONDITIONS,ACCESSGLUTAMICACIDPRODUCINGBACTERIUM,THEFERMENTATIONGLUCOSEINTOGLUTAMATE,ANDTHENGENERATESACRYSTALWATERWITHALKALIANDVALLEYACIDMONOSODIUMSALTMONOSODIUMGLUTAMATEBYPERFORMINGTHEMATERIALBALANCE,HEATBALANCE,WATERBALANCECALCULATIONANDSELECTIONFERMENTER,ANDTHEFERMENTERDRAWNDIAGRAM,FLOWCHARTSACCHARIFICATION,FERMENTATIONANDEXTRACTIONANDPURIFICATIONFLOWCHARTOFANANNUAL75,000TONSOFMSGLONGERBEPRELIMINARYPROCESSDESIGNPRELIMINARYDESIGNOFANYPLANTAREINSEPARABLEFROMTHENECESSARYDATATOSUPPORTTHETHEORY,IGOTTHROUGHTHEMAINDESIGNDATATOCALCULATEANANNUALOUTPUTOF75,000TONSOFMONOSODIUMGLUTAMATEFACTORYINTHEPRELIMINARYDESIGNARE85OFRAWCORNSTARCHDAILYAMOUNTOF33170TONS,NISSAN100MSGIS223125TONSTHEDESIGNUSEDFORTHESACCHARIFICATIONTANKVOLUMEOF300CUBICMETERSDAILYOPERATINGSACCHARIFICATIONTANK8CANS,PUTFEED6CANSTIMESSELECTTHEFERMENTATIONSTAGENOMINALVOLUMEOF300CUBICMETERSOFMECHANICALAGITATIONFERMENTERFORFERMENTATION,DAILYOPERATING17UNITSFERMENTERPARAMETERSDIAMETEROF522METERSANDAHEIGHTOF1575METERSTANKS,CANSTHICKNESSOF122MM,HEADTHICKNESSOF18MMSTIRRERCHOOSESIXCURVEDBLADETURBINESTYPEAGITATORREVOLUTIONS110R/MIN,THEUSEOFTHIRDGEARSTIRRING,STIRRINGPOWERNOVENTILATIONINCASEOF1500KW,AERATIONSTIRRINGSHAFTPOWER1072KWTHEPURPOSEOFTHISDESIGNISTHECHOICEOFTHEMSGPRODUCEDBYTHEVARIOUSPROCESSESANDCOMPUTINGEQUIPMENTTODESIGNANEFFICIENTANDENVIRONMENTALLYFRIENDLYMODERNMONOSODIUMGLUTAMATEFACTORYTHISDESIGNTHEORYONHOWTOIMPROVETHEAUTOMATIONLEVELOFMSGPRODUCTION,REDUCINGRAWMATERIALCONSUMPTIONDESIGN,IMPROVEEQUIPMENTUTILIZATIONANDOTHERASPECTSOFTHEDESIGNWEREDISCUSSED,THEREALPRODUCTIONOFSOMEGUIDANCEANDREFERENCEHOWEVER,DUETOTHELIMITEDAMOUNTOFKNOWLEDGEANDPRACTICALEXPERIENCEINTHEDESIGNMUSTALSOBECHECKEDBYOTHERFEASIBLEKEYWORDSMSGGLUCORNSTARCHFERMENTATIONFERMENTER目录摘要ABSTRACT引言3第一章文献综述311味精的理化性质312味精的生产方法3121蛋白质水解法3122合成法3123发酵法313制糖工艺314提取工艺315我国味精发展现状及方向316本设计的意义及目标3第二章设计总论321味精的设计依据及主要技术参数3211味精的产品规格3212味精的主要技术参数322味精生产常用设备及常用菌种323味精生产预采用的工艺流程3第三章基础衡算331物料衡算3311生产过程的总物料衡算3312制糖工序的物料衡算3313连续灭菌以及发酵工序的物料衡算3314谷氨酸提取工序的物料衡算3315精制工序的物料衡算332热量衡算3321液化工序热量衡算3322糖化工序热量衡算3323连续灭菌和发酵工序热量衡算3324谷氨酸提取工序冷量衡算3325浓缩结晶过程的热量衡算3326干燥过程的热量衡算3327生产过程耗用蒸汽衡算汇总3第四章水平衡341糖化工序用水量342连续灭菌工序用水量343发酵工序用水量344提取工序用水量345中和脱色工序用水量346精制工序用水量347动力工序用水量348用水量汇总3第五章发酵罐及其附属设备351罐体3511罐体主要尺寸比例3512发酵罐型的设计352搅拌器和挡板3521搅拌器3522档板353空气分布装置354罐的换热装置3541罐的换热装置的形式3542换热面积的计算355轴封装置，联轴器和轴承3551轴封装置3552联轴器和轴承356消泡装置357传动装置358溶氧速率和溶氧系数3581溶氧系数的计算3582溶氧系数的换算359发酵罐技术性能表3第六章其它主要设备选型361糖化罐的设计362热交换器的选型363培养基连续灭菌设备选型3631连消加热器3632维持管364等电罐的设计365味精结晶罐的选型366助晶槽选型3参考文献致谢附录引言味精的主要成分是谷氨酸钠，是一种家庭常用的调味品。味精的主要作用是为了增加食物的鲜味，特别是在中餐的烹饪中，味精多用于煲汤和调味汁。味精最早又被成为“味之素”。味精的成品外观为结晶性粉末或白色柱状结晶体，是当今世界上应用最广泛的增鲜调味品。其主要成分为谷氨酸钠和食盐。味精的生产历史悠久,生产方法也不尽相同。但是随着人们生活水平的提高和社会的不断发展,人们对味精的需求量也在不断上升,但是味精的生产必然会造成一定的环境压力，从味精大批量生产和环境保护二者之间的关系出发,我们必须摸索出一条可行的味精生产途径，从而实现味精产业的较高的经济价值，又能够对环境保护祈祷积极的作用,最后以此来满足现代社会人们对味精的需求,实现绿色的可持续发展。为了实现味精生产的低成本和低污染，实现味精的高科技规模化工厂生产是必要的，实际经验表明为了实现低成本和低污染的味精生产必须是味精的产能达到万吨级以上，因此进行年产75万吨味精工厂初步工艺设计就是为了在理论上对味精的工厂化生产给出数据和理论支持，提供一套具有一定的实用价值和环保意义的味精工厂工艺设计。第一章文献综述尽管味精作为日常生活中的调味品被人们广泛熟知，但是在20世纪初，才真正的被人们科学地认识到。在1907年，时任日本东京帝国大学研究员的池田菊苗在昆布汤蒸发后留下固体中发现了一种棕色晶体。这种晶体即是谷氨酸。当人们品尝这种晶体时，它的味道让人难以去描述。最后池田教授将这种味道命名为“鲜味”，并以此申请了大规模生产谷氨酸晶体的方法专利1。味精发展的早期阶段，也就是还无法应用于大规模工业生产的阶段主要是由德国人里德豪森博士在1866年在面筋中分离得到GLU和1908年池田菊苗试验，池田菊苗的实验是从海带中分离得到L谷氨酸结晶体，而这个结晶体和从蛋白质水解得到的L谷氨酸都是具有鲜味，后来证明它们同样的物质。这两人可以说是味精发现与生产的奠基人。然后味精进入了高能耗的初级工业化生产。此时的味精生产是将面筋或大豆粕通过酸水解方的方法进行生产，直到1965年全世界大都使用这种方法生产味精。但是这种法有很多的缺点消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。进入现代社会，伴随着现代科学的进步以及当代生物技术的飞跃发展，味精生产的工艺技术也发生了革命性的变化。自1965年以后，一种以粮食为原料大米、甘薯、玉米淀粉等进行发酵，然后经提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠成为我国味精生产的主要工艺技术，至此味精的生产工艺达到了一种安全、高效的模式2。11味精的理化性质谷氨酸钠作为味精的最主要成分。谷氨酸钠是谷氨酸的钠盐。是一种无嗅无色的晶体，在232C时解体熔化。谷氨酸钠的水溶性很好，溶解度为74克。在200C以上的高温环境中，味精中的谷氨酸钠会转变为焦谷氨酸钠。这种焦谷氨酸钠虽然对人体无害，但是它没有鲜味，会使得味精中的原有鲜味丧失，所以味精的使用应尽可能低于200。还有当味精处在碱性环境中，味精中的谷氨酸钠会与碱发生化学反应从而产生一种叫谷氨酸二钠的物质。使得味精发生变质。所以在味精的使用和保存过程中要避免高温和碱性环境3。化学式为C5H8O4NNAH2O摩尔质量18713GMOL112味精的生产方法121蛋白质水解法通过向植物蛋白中加入酸，使原料中的植物蛋白在酸性环境中水解成多种氨基酸，然后再使用其它分离技术分离出谷氨酸，最后制成味精，此法为传统工艺4。122合成法主要包括以糠醛，丙烯晴和环戊二烯为原料的合成法等。不用粮食，采用石油废气是该法的优点，但在生产过程中通常需用到高压200大气压、高温120C以上、有毒氯氰酸、易燃溶剂等。使得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GLU最后还要进行分割，对于年产量达不到五千吨的工厂来说这种方法是不经济。故生产上很少使用5。123发酵法该方法原料来源广阔，可利用各种淀粉、甘蔗、糖蜜、甜菜糖蜜、石油化工产品等。而且设备要求低，劳动强度较小，腐蚀性低，可自动化、连续化生产、收率高、成本比水解法低3050等优点。因此，发酵法是目前生产味精的主要方法。结合实际情况以及环保节能高效的原则本设计选用发酵法生产味精6。13制糖工艺目前制糖的方法主要包括酸法、酶酸法、酸酶法已经当今工业生产中常用的双酶法，其基本原理都是通过催化剂或一些化学试剂的作用切断14及16糖苷键使得淀粉的颗粒结构被破坏，从而将淀粉转变成葡萄糖7。一酸解法酸解法，它是在酸（无机酸或有机酸）做为催化剂，并在高温高压的环境下将淀粉彻底水解转化为葡萄糖的方法。由于这种方法所需要的环境是高温高压且处在酸性环境中，因此对于设备的要求比较高，即耐腐蚀、耐高温高压的设备，而且这种方法的副反应比较多，这将造成淀粉的糖化转化率比较低，同时酸水解法对原料淀粉的要求比较严格，淀粉颗粒要均匀且不能过大，大颗粒的淀粉，易造成水解不彻底。淀粉乳浓度也不易过高，浓度高，则水解不彻底导致转化率低。（二）酸酶法即事先将淀粉乳液酸解成糊精和低聚糖，然后通过糖化酶的作用将低聚糖和糊精分解成葡萄糖的工艺。用酸酶水解淀粉制糖，具有酸液化速度快，且糖化是由酶来进行的，对液化液要求不高，相比于纯酸解方法有明显的优势。其优势表现在可采用较高淀粉乳浓度，以此提高生产效率。此法用酸量较少，产品颜色浅，糖液质量高且对环境污染小。（三）酶酸法是将淀粉先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。此方法与酸酶法有相似地方，区别在于酸与酶的使用顺序的不同。此方法可以采用粗淀粉作为原料，淀粉浓度较酸浓度高，生产较易控制，时间较短，而且酸解时的PH稍高，可以尽可能的减少淀粉水解副反应的发生，糖液的色泽较浅。（四）双酶法双酶法简单说就是使用淀粉酶将淀粉彻底水解为葡萄糖，双酶法可分为二步首先是在淀粉酶的作用下将淀粉液化转化为低聚糖和糊精，这一步的作用是增加淀粉的溶解性，这个过程称之为“液化”。然后再利用糖化酶进一步水解将低聚糖和糊精彻底转变为葡萄糖的过程。在实际工业生产上将这一步称之为“糖化”，由于淀粉在这两个阶段都是在微生物酶的作用下进行的，因此称为双酶法。优点（1）由于酶的特性，因此反应条件温和，对于设备的要求没有那么的严格，无需耐高温高压及耐腐蚀的设备。（2）同样由于酶的专一性和高效性，因此淀粉水解的副反应少，这样所得的糖液纯度就比较高，淀粉转化率也就会高。本设计综合各种制糖方法结合实际以及本人知识结构选择的制糖方法为双酶法制糖。14提取工艺谷氨酸的提取方法包括等电点法、离子交换法、锌盐法、盐酸法、钙盐法、渗透膜分离技术、溶剂提取法8。1等电点法将发酵液的PH值调节到谷氨酸的等电点。这样谷氨酸的析出收率可达到5080，一般等电点法包括常温等电法，低温等电法和浓缩等电法。其特点，环境污染小，工艺操作简单方便，设备要求低但是收率不是很高。2离子交换法根据同性离子的性质不同，即离子的大小和带电荷的不同，树脂对这些离子的吸附能力也是有所差别，因此可以采用不同树脂对发酵液进行选择性吸附，最后再用洗脱剂洗脱以达到浓缩缩的目的。其特点工艺操作难度较大，对于设备的要求较高需要耐酸的设备，且上柱不易控制，优点在于其收率比较高。3锌盐法谷氨酸与ZN2作用生成难溶于水的沉淀，但是该沉淀物在酸性条件下可溶解，当PH值为24时，谷氨酸溶解度最小，以便于晶体的析出。锌盐法有两条途径一是将锌盐直接投放于发酵罐里的发酵液中，使其生成谷氨酸锌这种沉淀，再把谷氨酸锌用盐酸溶解转化成谷氨酸，这就是所谓的一步锌盐法；二是在等电提取以后,向上清夜中加入锌盐来达到上述同样的目的。特点工艺方法以及操作都比较而且提取收率稳定，但由于锌和酸的存在使得对环境不利。4盐酸法此法是利用谷氨酸在冷的浓盐酸中的溶解度小，易生成晶体，可提纯再加碱中和至等电点，使其析出。特点此方法的谷氨酸收率高，但提取流程长且复杂，碱液和酸液的消耗量大，对设备要求高，劳动强度大，对环境污染性大。5钙盐法在一定条件下发酵液中谷氨酸与钙（CA2）离子作用生成沉淀的谷氨酸钙，谷氨酸钙盐用酸分解获得谷氨酸，或直接转化为谷氨酸钠。钙盐法目前属试验阶段，未工业化。6渗透膜分离法由于渗透膜对不同离子的选择渗透性的不同，从而将谷氨酸从发酵液中分离出来。例如电析法，此方法要求渗析液比较清澈，且耗电量大，渗透膜所谓质量不稳定。还有微滤、超滤、反渗透、渗析等膜分离技术也可以应用在谷氨酸的提取工序上。7溶剂抽提方法利用谷氨酸在很多有机剂中溶解度都比较小，可在除菌的谷氨酸中加某种有机剂从而提纯谷氨酸。但是这种方法现在尚处于研究当中，技术还不是很成熟。综合上述方法并联系实际,本设计选用等电离交的提取工艺方法。此方法结合了等电点法和离子交换法使得谷氨酸的收率高且工艺成熟操作简单，对环境污染也比较小。15我国味精发展现状及方向我国味精生产使用历史比较悠久，而且中国也是现如今世界上最大的味精生产国和使用国。但是我国最古老的味精生产工艺方法却是谷脘水解法，该方法产生大量废水并对环境造成极大污染。直到上世纪50年代初的日本，在池田的发现基础上率先发明并使用工业微生物进行发酵来生产谷氨酸的新工艺，并以此取代了老工艺谷脘水解法9。1965年我国才实现通过发酵法生产谷氨酸的生产新途径。作为世界第一粮食生产大国的中国，淀粉在国内拥有着价格低廉且能确保供应的绝对优势，而且淀粉作为生产谷氨酸的起始原料，其生产成本也要远远低于谷脘粉，因此，发酵法生产味精在我国的味精生产工艺技术中具有有较大优势的10。通过纵向的比较我国味精的年生产量，由1965年的区区几千吨的全国年产量到2005年的全国味精年产量达到118万吨，在这四十年间味精产量增长了近三百倍之多。这种增长速度即使在现代味精生产技术发祥地的日本也是不可想象的。据有关部门估计，截至2005年，我国味精产量及谷氨酸发酵能力均占全球同类产品产量的75的份额11。尽管味精生产技术已经日臻完善，然而想要做精做强，就必须另辟蹊径，众所周知味精产业是一种微利产业，只有将生产规模做大，味精生产厂家才能够真正盈利，同样味精产业才能够稳定发展，使得我国味精生产具有更大的竞争力12。16本设计的意义及目标意义味精的生产技术虽然已经日臻成熟，但是味精的需求量依然很大且在未来很长一段时间内不会降低，因此本次毕业设计选题为年产75万吨味精工厂工艺初步设计。想要更好的发展，味精生产工艺技术就要不断创新、不断寻求更高效合理的生产途径及更环保的生产方法的，然而原有陈旧的味精生产工艺或多或少的在某些方面还无法达到高效、环保的程度。因此本设计对原有味精生产工艺方法加以改进，并在原有味精生产工艺基础上开发结合新工艺、新技术，从而使味精的生产可以到达更加的高效、环保。目标通过查阅资料和阅读相关文献充分认识味精生产的历史与现状，并且可以通过计算可以独立设计出味精工厂的初步设计。达到对味精工厂初步工艺设计关于如下方面的了解1对于原料粉碎、液化、糖化和发酵过程中的扩培、发酵已经最后的提取、精制、污水处理有充分的理解。2对各个生产环节可以进行相应的基础恒算。3对于各个生产环节的设备要有充分的认识。第二章设计总论21味精的设计依据及主要技术参数211味精的产品规格1外观和感观要求味精是一种无色白色柱状晶体或白色结晶性粉末，有一定光泽，但无肉眼可见杂质，具有鲜味，无异味。2理化要求理化要求符合表1规定表1味精理化要求项目指标含量990透光率98比旋光度D20248253氯化物以CL计01PH6772干燥失重05砷ASMG/KG05重金属以PB计MG/KG10铁FEMG/KG5锌ZNMG/KG5硫酸盐以SO4计0033味精卫生国家标准GB272084产品规格味精按种类分为含盐味精和特鲜力味精。味精按大小分为80目、50目、30目。212味精的主要技术参数年产75万吨商品味精产品中，80纯度为99味精和20纯度为80味精表2味精工厂设计的主要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972发酵产酸率G/DL1003发酵糖酸转化率6504谷氨酸提取提取收率955精制收率956发酵操作周期H427发酵倒灌发酵失败率058发酵菌种生长耗糖1522味精生产常用设备及常用菌种常用设备1糖化设备水解锅、糖化罐、连续液化喷射器；2培养基连消设备维持罐、连消塔、热交换器；3空气净化除菌设备空气压缩机、空气换热器、气液分离器空气过滤器；4300M3发酵罐；5等电点罐；6中和脱色槽、树脂交换柱；7真空结晶罐；8常用容器设备整体玻璃钢制容器。常用菌种选用FM415优点1、发酵时产酸率高，糖酸转化率高，转化率可以达到45以上。2、耐高温，前期为3234，中后期为3638。3、脲酶的活力较强，一般初脲为0506。4、微生物的发酵周期较短，对营养要求不是很高。5、生物素用量低。23味精生产预采用的工艺流程玉米淀粉水淀粉乳液化酶调浆一次喷射液化承受罐闪冷包装层流罐液化过筛冷却湿味精糖化酶三足分离机灭酶助晶槽冷却待用结晶母液结晶罐过滤脱色液葡萄糖液反洗一次脱色调PH6770KCLKH2PO4MGSO4配料玉米浆糖蜜生物素正洗颗粒炭柱灭菌低流分树脂柱除铁液氨无菌空气无菌浓缩糖高流分上氨水前流分二次脱色发酵二级种子一级种子斜面上柱吸附去环保一次脱色发酵液56液双效换热母液一步中和上清卧式离心机晶种沉降谷氨酸育晶谷氨酸锥兰分离机母液谷氨酸56中和二步中和降温搅拌碱蒸汽水图1味精生产工艺流程示意图第三章基础衡算31物料衡算物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的，即进入系统的全部物料质量与离开该系统的全部物料质量相等13，即FDW式中F进入系统物料量KGD离开系统的物料量KGW损失的物料量KG311生产过程的总物料衡算生产能力的计算对于年产量为75万吨商品味精生产，折算为100的MSG的量为759980758020714万吨全年生产日为320天，则的日产量为75000/320234375（吨/天其中99的MSG为234375801875（吨/天）80的MSG为2343752046875（吨/天）日产100MSG的量71400/320223125吨/天总物料衡算此次设计是以玉米淀粉为主要原料进行味精生产，以每吨纯淀粉为例进行计算。1000KG纯淀粉理论上产100MSG的量淀粉111葡萄糖817谷氨酸1272MSG（理论值）1000111817127211535KG其中111淀粉水解理论转化率817糖酸理论转化率1272精制理论收率1000KG纯淀粉实际产100MSG的量100011197659595100150005127279137KG其中淀粉糖化转化率97发酵糖酸转化率65谷氨酸提取收率95谷氨酸精制收率95菌种耗糖15倒灌率05每吨工业淀粉纯度为85玉米淀粉生产100MSG的量791378567266KG淀粉单耗生产一吨100的MSG理论上消耗纯淀粉量100008669T100011535理论上生产一吨100的MSG消耗工业淀粉的质量10199T85690生产一吨100的MSG消耗纯淀粉的质量12636T3791生产一吨100的MSG消耗工业淀粉的质量14866T620总收率总收率100100686理论产量实际产量51379淀粉利用率100686486109生产过程总损失100686314在生产过程中淀粉损失的主要原因淀粉在糖化过程中的糖化转化率未达到理论值。发酵过程中菌体的生长及呼吸代谢会消耗一定量的糖液，以及发酵结束时残糖量高。谷氨酸的提取收率低，发酵母液中残留的谷氨酸含量高。精致加工过程中的损失等。原料及中间品计算工业淀粉日用量2231251486633170T/D糖化液量日产纯糖量33170971118530357T/D97淀粉糖化转化率111理论淀粉糖化转化率85工业淀粉中纯淀粉含量折算为24的糖液126487T/D420573折算为164G/DL的糖液185102M3DLG/16发酵液量发酵液中纯谷氨酸的含量3035765（10015）19436T/D折算为谷氨酸10G/DL的发酵液19436M3/DDLG/1036941943610620602T/D其中106为发酵液的相对密度日提取谷氨酸量纯谷氨酸量194369518464T/D折算为90的谷氨酸量19395902052T/D日排出废母液量采用等电离交回收法，以排出之废母液中含有谷氨酸的量按03计算1943618464033240/3总物料衡算结果表3年产75万吨味精总物料衡算结果汇总工业淀粉中纯淀粉含量85项目每75万吨100MSG的原料或中间品用量日用量工业原料T10614433170糖液24T4047584126487谷氨酸90T656642052MSG100T71400223125排出03谷氨酸废母液10368003240312制糖工序的物料衡算（1）淀粉浆量及水量为了使淀粉酶的水解效果达到比较高的水平，选择淀粉加水比例为118。每吨工业淀粉所能生产出淀粉浆量为10001182800KG，加水量为1800KG。（2）粉浆干物质浓度1003048051（3）液化酶量糖化阶段选用耐高温淀粉酶作为糖化酶，酶活力20000U/G，淀粉酶的用量为10U/G干淀粉。1000KG工业干淀粉加酶量10001000102000425ML05L05L液化酶的质量约为06KG。（4）CACL2量一般加量为干淀粉质量的015，即1000KG干淀粉加CACL2100001515KG（5）糖化酶量糖化酶的加量一般是120U/G干淀粉，如液体糖化酶为100000U/ML，则每1000KG干淀粉加糖化酶量1000100012010000012L12L糖化酶质量约为15KG。6糖化液产量38133KG24971851024糖液的相对密度为109，则体积为3498L061387加珍珠岩量为糖液的01538133015572KG滤渣产量含水70废珍珠岩191KG70125生产过程进入的蒸汽和洗水量38133191362800572102308KG衡算结果年产75万吨味精制糖工序物料衡算表。表4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日投量T项目物料比例KG日投量T工业淀粉100033170糖液3813312648配料水1800597液化酶0602CACL21505糖化酶1505珍珠岩57219洗水和蒸汽1023083393滤渣19163累计3832412711累计3832412711313连续灭菌以及发酵工序的物料衡算发酵培养基数量和用糖量每吨工业淀粉中可产100糖量100085971119152KG其中初始发酵定容用糖占53，即91520534851KG（100糖）；流加补料用糖占47，即91520474301KG（100糖）。初糖用24的糖液配料485124202125KG，即2958LDGK/41685初糖配13G/DL，初定V37315L，13G/DL糖液相对密度105，DLGK/13485则373151053918KG流加补糖用糖为60G/DL的浓糖浆（相对密度1223），则717L，7171223877KGDLGK/60143（2）发酵配料每吨商品淀粉可产100糖量为9152KG，发酵配料用各种营养比例见表5。表5发酵配料用各种营养比例玉米浆00028T28KG糖蜜00035T35KGMGSO47H2O00024T24KGKCL00055T55KGNA2HPO412H2O00071T71KG其它（生物素等）00007T07KG总计0022T22KG（3）配料用水为了使初始配料阶段培养基含糖量不低于19，则需要向24的糖液中加水量为202125（24/191）5319KG（4）接种量发酵处定容37315L，种量为10，即373L。种子液相对密度102，则373102380KG（5）连续灭菌过程进入蒸汽量及补水量391820212522531938096285KG（6）发酵过程中加入液氨量（取液氨的溶重为062KG/L）最终糖液浓度15381065每吨玉米淀粉最终所能得到的发酵液的体积为9152/153859506L则液氨量为595062816660L16660621033KG（7）加消泡剂量一般每吨谷氨酸加消泡剂5KG，则消泡剂相对密度为08，L（8）发酵生化反应过程产生的水分每吨工业淀粉发酵结束时在发酵液中所产生的100谷氨酸量91526597577KG生成1MOL谷氨酸产3MOLH2O；生成1MOL菌体产7MOL水。由发酵反应式可以得到发酵过程中产生的水分为577（318147）212KG长菌过程中产生水分57711（718147）45KG总计产生水257KG。（9）发酵过程从排风带走的水分进风温度为25，空气相对湿度为70，水蒸气分压为18MMHG1MMHG133322PA；排风温度为32，排除空气相对湿度为100，水蒸气分压为27MMHG。进罐空气的压力为15大气压（表压）（1大气压101325105PA）,排风05大气压（表压），出进口的湿含量差X出X进062206221027617086520015000420011KG水/KG干空气通风比102，发酵液的体积为59506L，则带走水分量为5950602603211570001001129KG式中6060分钟；32发酵时间，H；115732时干空气密度。（10）发酵过程中的损失量在化验取样、放罐时谷氨酸残留以及其它过程中的损失约13KG（11）发酵终止时的数量每吨工业淀粉，在发酵终止时202125877225319380962851033272571196291352599KG式中1196空消时耗用的蒸汽量；发酵液相对密度107，525991074916L，每日产发酵液17447T，即1744710716306M3/D（12）物料衡算结果年产75万吨商品味精在连续灭菌和发酵工序物料衡算汇总见表6表6连续灭菌和发酵工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目1T工业淀粉之匹配物料/KG每天进入系统的物料/T/D项目1T工业淀粉之匹配物料/KG每天离开系统的物料/T/D24糖液20212567045发酵液525991744760G/DL浓糖浆8772909尾气带水2996玉米浆28093损失1343糖蜜35116无机盐等15752配料水53191764灭菌进入蒸汽与补水962853194种液380126反应水257852液氨1033343消泡剂2709空消蒸汽1196397累计53019175865301917586314谷氨酸提取工序的物料衡算谷氨酸的提取采用等电离交回收工艺（按每消耗一吨工业淀粉量来计算）。发酵液数量4916L，52599KG加98硫酸量加入量为发酵液的36W/V491636177KG98硫酸的相对密度184，故其体积为962L8417谷氨酸产量分离前谷氨酸量100GLU量491611W/V54076KG分离后谷氨酸量100的GLU量540769551372KG90的GLU量5708KG9072513其中95为GLU提取率母液数量母液含GLU03G/DL则母液的体积为90133L30725164质量约为90133KG谷氨酸分离洗水量57082011416KG，体积为11416L母液回收过程中的酸、碱以及水的用量等数量9013357085259917711416403304KG物料衡算结果年产75万吨商品味精在谷氨酸提取工序物料衡算汇总见表7（其中工业淀粉的日投量为33170吨）表7谷氨酸提取工序物料衡算汇总进入系统离开系统项目每吨工业淀粉之匹配物料KG日投量T/D项目每吨工业淀粉之匹配物料KG日产量T/D发酵液52599200690谷氨酸57081893H2SO4177587分离用水11416379回收加水40330413378母液9013329897累计958413179累计958413179315精制工序的物料衡算1中和脱色工序谷氨酸数量100GLU51372KG，90GLU5708KGNA2CO3量5137236618802KG加活性炭量5137203154KG中和脱色液数量16336L4027153VW163361161895KG式中116为含40W/VMSG溶液的相对密度20C废湿活性炭质量湿炭含水75616KG7514中和加水量189557081541880261611408KG物料衡算汇总年产75万吨商品味精在中和脱色工序的物料衡算汇总见表8（其中工业淀粉的日投量为33170吨）；表8中和脱色工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目每吨工业淀粉及匹配物料KG日投量T/D项目每吨工业淀粉之匹配物料KG日产量T/D90GLU57081893中和脱色液18956286NA2CO318802624废渣6162活性炭154051中和加水量114083784累计1901166306累计19011663062精制工序物料衡算中和脱色液数量1895KG,16336L，20，含MSG40G/DL。产MSG量产100MSG量，精制收率95，产100MSG量为513721272956208KG产母液量母液平均含MSG量25W/V13069L25713母液的相对密度为111，则其质量为1306911114507KG蒸发结晶过程加水量约为脱色液的10，即190KGMSG分离调水洗水量620853104KG中和脱色液在结晶蒸发过程中蒸发出的水量18953104190620814507135017KG物料衡算汇总年产75万吨商品味精在精制工序的物料衡算汇总见表9（其中工业淀粉的日投量为33170吨）表9精制工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目每吨工业淀粉及匹配物料KG日投量T/D项目每吨工业淀粉之匹配物料KG日产量T/D40G/DL中和脱色SG62082059结晶过程加水19063母液14507481分离调水洗水3104103蒸发水分1350174479累计2111047019累计211104701932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Q1Q2Q3Q4Q5Q6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。321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DITGC12式中G淀粉浆量KG/H；C淀粉浆比热容KJ/KGC；T1浆料初温20273293K；T2液化温度75273348K；I加热蒸汽焓2743KJ/KG04MPA表压；加热蒸汽凝结水的焓，348K时为314KJ/KG。淀粉浆量G根据前一部分的物料衡算，可以得知日投工业淀粉量为3317T，连续液化138T/H，加水比例为118，粉浆量为13810002838698KG/H24731粉浆干物质浓度100303386950粉浆的比热C可以按下式计算CC0C水1X10X式中C0淀粉质比热容，取155KJ/KGC；X粉浆干物质含量303；C水水的比热容，418KJ/KGC。C155418338KJ/KGC103103蒸汽用量D2962KG/H342725869灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液的温度由75C加热至120C，当温度达到120C时的为5037KJ/KG。D灭26285KG/H50372418369要求在40MIN内使液化液的温度由75C升温至120C，则蒸汽高峰量为262853943KG/H以上两项合计，平均量29622628555905KG/H56T/H每日用量56241344T/D高峰量296239436905KG/H液化液冷却用水本设计使用板框换热器，将物料的温度由120C降低至80C，再使用二次水冷却，冷却水进口温度20C，出水温度45C，需冷却水量W为W572996KG/H即573T/H1842050239386每日用冷却水量5732413752T/D需补充新鲜水量5733172T/H322糖化工序热量衡算日产24的糖液12648吨即11604M3/D，糖化阶段的操作周期为40H，其中糖化时间091826432H，糖化罐的容积为300M3，其中装料量为200M3，需糖化罐数98台取10台24液化液冷却用水本设计使用板式换热器，使糖化液的温度经灭后由85C降低至60C，再使用二次水进行冷却，其中冷却水的进口温度为20C，出口温度为45C，平均用水量为W426139KG/H241820456053816设计要求必须在两小时内把200M3糖化液冷却到40C，高峰用水量为2789335（KG/H2914652933每日糖化罐同时运转9832/407848罐每投放料罐次586罐046每日冷却水用量8426620448T/D。323连续灭菌和发酵工序热量衡算培养液连续灭菌用蒸汽量采用的发酵罐体积为300M3。装料系数取070，每罐产100MSG量3000701095951272241T/D年产75万吨商品味精，日产100MSG的量为223125吨。发酵阶段操作时间为42H其中发酵时间32H，需要发酵罐台数162台取17台24153每罐发酵液的初始体积为210M3，糖浓度为164G/DL，灭菌前培养基含糖量为19，其质量为18126T1960日投放料罐次93取10罐次。12453日运转162123取13罐次。灭菌加热过程中用04MPA表压I2743KJ/KG，使用板式换热器将物料的温度由20C预热至75C，再加热至120C，冷却水由20C升到45C。每个发酵罐的灭菌时间为3H，其中输料流量18126/36042T/H消毒灭菌用蒸汽量DD48003KG/H48T/H1240273）75（9604式中397为糖液的比热容，KJ/KGC每天用蒸汽量48310144T/D高峰用蒸汽量4813624T/H平均用蒸汽量144/246T/H培养液冷却用水量由120C热料通过与生料进行热交换，温度降低至80C，再用水冷却将温度冷却至35C，冷却水的温度由20C升高至45C，计算冷却水量WW103292KG/H1033T/H184205）35（97364全天用水量10333103099T/D发酵罐空罐灭菌用蒸汽量发酵罐体加热本设计选用公称容积为300M3的发酵罐，材料为1CR18NI9的发酵罐体重5145T，冷却排管重9T，1CR18NI9的比热容05KJ/KGC，用02MPA表压的蒸汽灭菌，使发酵罐在015MPA表压情况下由20C升高至127C，其蒸汽量为14787KG18427182050954填充发酵罐空间所用蒸汽量由于300M3发酵罐的全容积大于300M3，再考虑到罐内的其他设备，如排管、搅拌器等所占之空间。最后罐的自由空间仍然按300M3计算，则填充空间所需蒸汽量D空V30016224866KG式中V发酵罐全容积M3；加热蒸汽的密度KG/M302MPA表压时为1622。灭菌过程的热功当量损失辐射与对流的联合给热系数为，罐外壁温度为70C。3390197020434KG/M3HC已知300M3发酵罐的表面积为26M2，则耗用蒸汽量D损2639KG184271806罐壁附着洗涤水升温所消耗的蒸汽量544KG02式中0001附壁水平均厚度1MM；1000水密度KG/M3。由于灭菌过程蒸汽的渗漏无法避免，所以渗漏蒸汽量取总汽消耗量的5，空罐灭菌蒸汽消耗量24038KG/H05149263487每空罐灭菌15H，用蒸汽量240381536057KG/罐每日用蒸汽量360571036057KG/D平均用蒸汽量15024KG/H2436057高峰用蒸汽量3605713469T/H发酵过程产生的热量及冷却用水量对于发酵过程中产生热量的计算方法有下列几种方法通过计算生化反应来计算发酵热Q总生物合成热的计算方法如下式C6H12O66O26CO26H2O2813KJC6H12O6NH315O2C5H9O4NCO215H2O890KJ搅拌器860418PP搅拌功率，KW汽化热VI出I进式中V空气流量M3/H；I出，I进进出空气热焓KJ/KG赶空气；空气密度。通过燃烧热进行计算Q总产物燃烧作用物燃烧Q有关物料的燃烧热葡萄糖15633KJ/KG谷氨酸15424KJ/KG玉米浆122