一个学生下载的味精厂的设计20130117.doc

摘要 1 求设计图可联系 QQ 874805810 摘摘 要要 本设计论证了味精工厂工艺的各个流程 包括原料预处理 水解糖的制备 淀粉 的液化和糖化 种子的扩大培养 谷氨酸的发酵和控制 谷氨酸的等电提取 味精的 中和脱色 味精的浓缩结晶和分离干燥等工艺 对整个工厂进行了物料衡算 水电汽 用量的估算 对主车间采用的仪器设备的进行了论证和选型 同时对整个工厂进行了 选址 车间平面进行了布局 并建立了 HACCP 体系 根据全厂进行了技术经济分析 得出该项目的投资回收期为 5 年 利用 CAD 软件绘制了四张味精工厂的相关图纸 关键词 谷氨酸钠 工艺论证 发酵车间 设备选型 水电汽估算 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 2 ABSTRACTABSTRACT This design demonstrates monosodium glutamate factory each process consist of pretreatment of raw material hydrolysis preparation of sugar starch liquefaction and glycosylated The expansion of bacteria cultivation glutamate fermentation and control The isoelectric point of glutamic acid extraction decoloration and PH adjustment MSG crystallization and separation and concentration At the same time I maked the material calculation for the fermentation workshop estimate the amount of water electricity gas and selection of the main workshop equipment established HACCP system According to the plant s technical and economic analysis indicates that the project s payback period is only 5 years with apparent effects Keywords MSG Technology demonstration Fermentation workshop Equipment selection Steam electricity estimate 目 录 3 目 录 摘摘 要要 3 ABSTRACT 4 绪论绪论 1 1 味精的主要性质味精的主要性质 1 2 味精生产规模味精生产规模 2 2 1 生产规模 2 2 2 发酵设备规模和数量 2 3 味精行业的现状及发展趋势味精行业的现状及发展趋势 3 3 1 我国味精行业的产业产量 3 3 2 我国味精行业生产技术现状 3 3 3 我国味精生产技术与国际间的差距 3 3 4 我国味精的发展对策 4 4 味精工厂的设计原则味精工厂的设计原则 5 5 味精的质量指标味精的质量指标 6 6 可行性分析及厂址选择可行性分析及厂址选择 6 6 1 产品需求初步预测 6 6 2 产品方案及拟建规模 7 6 3 全年生产计划表 7 6 4 厂址选择及规模 7 6 5 主要原料 材料 动力的供应 8 6 6 环保及主要污染物的处理 8 第第 1 章章 全厂工艺论证全厂工艺论证 9 1 1 味精生产工艺概述味精生产工艺概述 9 1 2 原料预处理原料预处理 10 1 3 淀粉的水解糖制备淀粉的水解糖制备 10 1 4 淀粉的液化淀粉的液化 11 1 5 淀粉的糖化淀粉的糖化 12 1 6 种子扩大培养种子扩大培养 13 1 6 1 培养基组成 13 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 4 1 6 2 温度 13 1 6 3 pH 值 13 1 6 4 溶解氧 13 1 6 5 接种量 14 1 6 6 培养时间 14 1 7 谷氨酸的发酵与控制谷氨酸的发酵与控制 14 1 7 1 发酵培养基的组成 14 1 7 2 发酵条件的控制 14 1 7 3 谷氨酸发酵过程分析 17 1 7 4 发酵异常情况及其处理 18 1 8 谷氨酸的提取谷氨酸的提取 18 1 9 谷氨酸制取味精谷氨酸制取味精 20 1 9 1 中和 20 1 9 2 除铁和脱色 21 1 10 味精溶液的浓缩结晶味精溶液的浓缩结晶 22 1 10 1 浓缩 22 1 10 2 结晶 23 1 10 3 味精的分离 干燥 筛选和包装 23 第第 2 章章 物料衡算物料衡算 25 2 1 味精工厂发酵车间的物料衡算味精工厂发酵车间的物料衡算 25 2 1 1 工艺技术指标及基础数据 25 2 1 2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 26 2 1 3 年产 8000 吨味精厂发酵车间的物料衡算结果 27 第第 3 章章 设备设计与选型设备设计与选型 29 3 1 发酵车间设备选型发酵车间设备选型 29 3 1 1 发酵罐发酵罐 29 3 1 2 二级种子罐二级种子罐 30 3 1 3 一级种子罐一级种子罐 30 3 1 4 糖化罐 30 3 1 5 等电点罐 31 3 1 6 中和罐 31 3 1 7 板框过滤器 32 3 1 8 离子交换柱 32 3 1 9 离心泵 33 3 1 10 暂储罐 33 目 录 5 3 1 11 发酵车间设备一览表 34 3 2 其他车间设备选型其他车间设备选型 34 3 2 1 浓缩结晶罐 34 3 2 2 真空泵 35 3 2 4 振动流化床 35 3 2 5 包装机 36 3 2 6 离心机 36 3 2 7 其他车间设备选型一览表 36 第第 4 章章 水电汽用量估算水电汽用量估算 37 4 1 热量衡算热量衡算 37 4 1 1 液化加热蒸汽量 37 4 1 2 糖化工序热量衡算 38 4 1 3 连续灭菌和发酵工序的水汽衡算 39 4 2 发酵车间的用水估算发酵车间的用水估算 42 4 2 1 培养基用水 42 4 2 2 发酵罐清洗用水 42 4 3 全厂的用电估算全厂的用电估算 43 4 3 1 全厂生产用电量 43 4 3 2 全厂生活用电 44 第第 5 章章 生产车间工艺布置生产车间工艺布置 45 5 1 生产车间工艺设计生产车间工艺设计 45 5 2 生产车间非工艺设计生产车间非工艺设计 46 5 3 车间辅助单位车间辅助单位 46 5 3 1 化验室 46 5 3 2 菌培室 46 5 3 3 机修车间 47 5 3 4 其他辅助工程 47 5 3 5 运输设施 47 第第 6 章章 工厂平面设计与卫生工厂平面设计与卫生 48 6 1 工厂设计与设施工厂设计与设施 48 6 1 1 厂区和道路 48 6 1 2 厂房与设施 48 6 1 3 供水系统 48 6 1 4 全厂主要建筑物及构造物组成 48 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 6 6 2 原料采购 运输 贮藏的卫生原料采购 运输 贮藏的卫生 49 6 2 1 采购 49 6 2 2 运输 49 6 2 3 贮藏 49 6 3 生产过程中的卫生生产过程中的卫生 50 6 3 1 原料及辅料 50 6 3 2 包装容器 50 6 3 3 防止交叉污染 50 6 3 4 包装 50 6 4 成品贮藏 运输的味精成品贮藏 运输的味精 50 6 5 工厂的卫生管理工厂的卫生管理 51 6 5 1 维修 保养 51 6 5 2 清洗 消毒 51 6 5 3 废弃物处理 51 6 6 个人卫生与健康管理个人卫生与健康管理 51 6 6 1 个人卫生 51 6 6 2 健康管理 52 6 7 卫生与质量检验管理卫生与质量检验管理 52 第第 7 章章 技术经济分析技术经济分析 53 7 1 直接成本费直接成本费 53 7 1 1 原辅料费用 53 7 1 2 包装材料费用 53 7 1 3 水电费用 54 7 1 4 设备折损费用及维修费用 54 7 1 5 员工工资结算 54 7 2 间接成本费间接成本费 54 7 3 销售收入销售收入 55 7 4 税金税金 55 7 5 年净利润年净利润 55 7 6 投资回收期投资回收期 55 第第 8 章章 HACCP 体系的建立体系的建立 56 8 1 产品描述和确定预期用途产品描述和确定预期用途 56 目 录 7 8 2 工艺简述和流程图工艺简述和流程图 56 8 3 危害分析 危害分析 HA 56 8 4 确定关键控制点 确定关键控制点 CCP 和关键限值 和关键限值 CL 57 致谢致谢 61 绪 论 1 绪 论 1 味精的主要性质 味精是谷氨酸的一种钠盐 C5H8NO4Na 为有鲜味的物质 学名叫谷氨酸钠 亦 称味素 此外还含有少量食盐 水分 脂肪 糖 铁 磷等物质 味精是鲜味调味品 类烹饪原料 以小麦 大豆 玉米等含蛋白质较多的原料经水解法制得或以淀粉为原 料经发酵法加工而成的一种粉末状或结晶状的调味品 也可用甜菜 蜂蜜等通过化学 合成制作 据研究 味精可以增进人们的食欲 提高人体对其他各种食物的吸收能力 对人 体有一定的滋补作用 因为味精里含有大量的谷氨酸 是人体所需要的一种氨基酸 96 能被人体吸收 形成人体组织中的蛋白质 它还能与血氨结合 形成对机体无害 的谷氨酰胺 解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用 又能参与脑蛋白质代谢和 糖代谢 促进氧化过程 对中枢神经系统的正常活动起良好的作用 味精具有吸湿性 味道极为鲜美 溶于 3000 倍的水中仍具有鲜味 其最佳溶解温 度为 70 90 味精在一般烹调加工条件下较稳定 但长时间处于高温下 易变为 焦谷氨酸钠 不显鲜味且有轻微毒性 在碱性或强酸性溶液中 沉淀或难于溶解 其 鲜味也不明显甚至消失 它是既能增加人们的食欲 又能提供一定营养的家常调味品 1 1 味精的物理性质 1 1 性状 味精是无色无味至百色的柱状结晶或白色的结晶性粉末 2 分子式 C5H8NO4Na H2O 相对分子质量 187 13 3 结晶系 斜方晶系柱状八面体 4 密度 例子相对密度 1 635 视相对密度 0 80 0 83 5 比旋光度 a 20D 24 8 25 3 6 溶解度 味精易溶于水 不溶于乙醚 丙酮等有机溶剂 难溶于结晶 7 PH 值 7 0 8 全氮 7 48 9 熔点 195 0C 在 125 0C 以上失去结晶水 10 热稳定性 常温 1000C 脱湿 1000C 1200C 稳定 1200C 1300C 失去结晶水 1300C 1700C 稳定 1700C 2500C 分子内脱水 2400C 2800C 热分解 2800C 及 以上炭化 1 2 味精的化学性质 味精的化学名称 谷氨酸钠 又名麸酸钠 1 与酸 碱反应 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 2 与盐酸反应 C5H8NO4Na HCL C5H9O4N NaCl 与碱反应 C5H8NO4Na NaOH C5H7NO4Na2 H2O 2 味精的等电点 pI 6 96 2 味精生产规模 我国味精生产虽然发展很快 但还有生产效率低 生产成本高 脱色效果不理想 污水处理不彻底等缺陷 味精污染严重 特别是谷氨酸生产环节污染严重 前几年停 掉了很多谷氨酸的生产企业 所以 国家产业政策调整 节能减排的工作力度加大 以及产能和市场形势的变化都会导致味精市场格局和成本价格的变化 给味精企业带 来 定的原材料风险及成本风险 与国际先进水平相比仍有很大差距 造成了很大浪费 虽然 目前在各生产企业的先后投资建设治污工程后 能够达到国家排放标准要 求 但大部分采用的是末端治理技术 不仅投资大 治理费用高 也严重束缚了味精 行业自身的健康发展 而且废水中有用物质得不到利用 难以符合节约资源 发展循 环经济的要求 2 1 生产规模 生产规模取决于市场 而市场的占有率主要由生产成本决定 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 地区优势是难以改变的 当生产规模较大时再扩大生产对生产成本的影响不大 生产成本的降低应从建厂开始 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 发酵设备规模和数量 发酵设备规模指发酵罐的容积的大小 在考虑发酵罐容积大小时 必须同时考虑 发酵罐数量 从单个发酵罐来看 容积大 生产容易稳定 发酵水平较高 每吨理论 绪 论 3 麸酸的动力消耗低 操作人员少 但发酵罐个数太少 水 电 蒸汽 无菌空气等动 力耗用量不平衡 运转费用高 原料投入 动力消耗最稳定 均衡 管理操作人员最 少 选择发酵工艺时应该根据厂家的具体情况 如所用的原料 发酵设备 提取工艺 水 电 及污水处理等条件来决定 无论采取哪一种工艺都必须达到提高效率 降低 单耗 降低成本 而不能片面追求某一项高指标 如果单耗高 生产成本高 就是某 些指标高也是无用的 必须考虑综合效益 3 味精行业的现状及发展趋势 3 1 我国味精行业的产业产量 我国味精产量发展很快 1985 年为 1975 年的 6 7 倍 而 1990 年为 1980 年的八倍 1991 年我国的味精总产量为 27 万吨 是 1965 年的 64 7 倍 近几年更是迅猛发展 2004 年产量达到 110 万 2004 2008 年味精产量以年平均增长率为 13 6 的速度增长 目前我国味精主要集中在十几家大型企业 山东 河南 河北三地产量占全国总产量 近 80 根据国家统计局统计的数据 2010 年前 8 个月 我国味精制造行业的总资产 达到了 311 6 亿元 同比增长 23 81 总销售收入为 287 2 亿元 同比增长了 20 72 3 2 我国味精行业生产技术现状 近年来 由于国家产业 政策不断地调整 清洁生产及排污标准的实施和科技水平 不断的提升 使得味精的生产及产品质量都得到了不断的完善 双酶法生产技术 及 新型浓缩等电结晶工艺偶联膜处理提取技术 的广泛应用使得味精行业的提取率 收率和能耗等指标均有较大程度的改善 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都 在逐步缩小与国际间的差距 3 3 我国味精生产技术与国际间的差距 尽管我国味精工艺技术指标水平进步很快 但与国际先进水平仍有较大差距 国 外优势主要表现在以下几个方面 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 4 3 1 3 1 原料 粗原料糖蜜 少数淀粉 具有成本优势 3 1 3 2 生产方式 提取 精制生产单元连续生产方式 效率高 劳动强度低 3 1 3 3 装备水平 自动化程度高 广泛采用计算机 机器装备先进 运行稳定 生产环境好 3 1 3 4 生产率 设备产能高 生产能力比我们高 50 人员劳动生产率高 相同 规模但人员仅是我们的 1 10 3 1 3 5 生产技术水平较高 发酵产酸 14 16 转化率 62 67 精制收率 97 98 3 1 3 6 生产工艺方法 1 谷氨酸发酵 高生物水平 添加青霉素或采用温度敏感型菌株 低糖连续流 加方式 发酵强度高 夫酸热量高 利于精制收率提高及产品质量的提高 并且利于 环保治理 2 提取 连续浓缩等点法精制 连续结晶 并引入多效蒸发装备 蒸汽消耗低 环保治理 资源化利用高 生产液体肥料或固体肥料 治理彻底 完全达标排放 并且有一定收益 3 4 我国味精的发展对策 当前我国味精行业提高经济效益的发展对策是 合理利用原材料 采用新菌种 新工艺 新技术 新设备 提高技术水平 防止噬菌体污染 节能降耗 逐步实现自 动控制 提高劳动生产率全面降低成本 参与国际竞争 同时搞好废水治理 提高环 境和社会效益 3 1 4 1 合理利用原材料 精淀粉原料 双酶法比酸法糖质量好 成本也降低 玉米加工制糖 大米和木薯 粗粉双酶法制糖成本较低 最便宜为糖蜜 3 1 4 2 采用新工艺 新技术 提高技术水平 降低成本 增加经济效益的关键是提高技术水平 1 改进发酵工艺 提高发酵水平 采用高生物素添加青霉素流加糖工艺 重量 大 生物素丰富 菌体生长快 添加青霉素后 产算快 产算高 周期短 由于发酵 前期菌体量多 又同步进入生产型 产算速度很快 发酵后期虽然流加糖量大 但这 是菌体浓度与生物素 亚适量 工艺的菌体弄度差不多 对产算速度影响不大 2 改进提取工艺 提高提取收率 该井等电点工艺 采用连续等电点和避免生 成 型结晶的技术措施 同时研究新型的沉降式离心机分离菌体 结合膜浓缩的研究 提取收率可高达 95 绪 论 5 3 1 4 3 生产设备大型化 自动化 关键设备先进化 1 发酵罐的大型化 自动化 达到稳定生产水平 提高效率 降低动力消耗和 操作费用 发酵过程中应事先自动控制 避免人工操作误差 这是稳定生产的关键环节 尤 其是温度 pH 风量 风量 罐压 流加糖等计数操作应自动控制 2 引进先进的空气过滤器 选用无油润滑的螺杆式空压机 改造传统的空气净 化设备 3 选板式换热器用培养基灭菌 三只一组 节约蒸汽和冷却水 4 引进世界生产的较先进高速离心机 提高收率 灌水含水可达 8 连续操 作 减轻劳动强度 3 1 4 4 加强废水治理和综合利用 提高环境效益 味精废水排放标准已颁布 各厂应达标排放 提高环境效益 废液制酵母已有成 功经验 要推广应用 3 1 4 5 深化改革 降低产品成本 参与国际竞争 强化企业内部改革 调动职工积极性 彻底防止噬菌体污染 采用新工艺 节能 降耗 降低产品的生产成本 提高竞争能力 扩大产品销售市场 3 1 4 6 跳出单一产品模式 开发多种类产品 提高企业的抗风险能力 3 1 4 7 发展高科技 1 用重组 DNA 技术选育高产优良菌种 2 电子计算机和各种传感器控制发酵生产过程 3 利用固定化微生物生产谷氨酸 4 以 CO2和 N2为原料 酶法合成谷氨酸 4 味精工厂的设计原则 味精工厂设计的工作原则大体上从以下及方面考虑 4 1 设计工作做到精心设计 投资少 技术新 质量好 收效快 同收期短 使设 计工作符合社会主义经济建设的总原则 4 2 设计工作必须认真进行调查研究 要学会查阅文献 搜集设计必须的技术基础 资料 加强技术经济的分析工作 深入调查 与同类型厂的先进技术的经济指标相比 较 要善于从实际出发去研究分析碰到的问题 4 3 设计必须结合实际 因地制宜 体现设计的通常性和独立性相结合的原则 工 厂生产规模 产品品种的确定 要适应国民经济的要求 要考虑资金来源 建厂地址 时间 三废综合利用等条件 并适当留有发展余地 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 6 4 4 设计应采用新技术 力求在设计时 在技术上具有现实性和积极性 在经济上 具有合理性 并根据设备和控制系统 在资金和供货可能的情况下 尽可能的提高劳 动生产率 逐步实现机械化和自动化 4 5 味精工厂设计还应考虑采用微生物发酵工厂的独特的要求 注意周围环境的清 洁卫生以及工厂内车间与车间之间对卫生 无菌 防火等条件的相互影响 4 6 设计工作应加强计划性 各阶段工作要有明确的进度 5 味精的质量指标 味精质量符合中华人民共和国国家标准 GB8967 88 项目指标 含量 99 0 透光率 98 比旋光度 D20 24 8o 25 3o 氯化物 以 Cl 计 0 1 PH6 7 7 2 干燥失重 0 5 砷 As 0 5 重金属 以 Pb 计 10 铁 Fe 5 锌 Zn 5 硫酸盐 SO2 0 03 6 可行性分析及厂址选择 6 1 产品需求初步预测 今年来 由于我国人民的生活水平不断提高 对味精的需求量也在不断增加 我 国自 2002 年味精产量突破百万吨 工业总产值达到 150 亿元之后 味精产量和销售收 入一直呈线性增长 根据国家统计局统计的数据 2010 年前 8 个月 我国味精制造行 业的总资产达到了 311 6 亿元 同比增长 23 81 总销售收入为 287 2 亿元 同比增 长了 20 72 所以 我国味精行业的发展前景非常广阔 绪 论 7 6 2 产品方案及拟建规模 6 2 1 产品方案 计划每年生产 8000 吨纯度为 99 的味精 每年工作日为 300 天 实行 3 班制 发 酵周期为 38 小时 生产周期为 48 小时 6 2 2 生产工艺流程 味精生产全过程可分为四个工艺阶段 原料的预处理和淀粉水解糖的制备 种子 的扩大培养与谷氨酸的发酵 谷氨酸的提取 谷氨酸制取味精以及味精成品加工 6 3 全年生产计划表 月份一二三四五六 工作天数242028242326 月份七八九十十一十二 工作天数252527232728 图 6 3 全年生产计划表 6 4 厂址选择及规模 厂址选在四川省遂宁市船山区金龙工业港园区 2 内 遂宁市位于四川盆地中部腹心 涪江中游 地处成都和重庆两座特大城市的中心节点 城区平坦 东邻重庆 广安 南充 西连成都 南接内江 资阳 北靠德阳 绵阳 与成都 重庆均为 146 公里左 右 呈等距三角 具有绝佳的自然资源 涪江支流呈树枝状分布 境内流域面积 5172 4 平方公里 由于丘陵低山的地貌形成的较大落差 是众多河流为遂宁提供了充 足的水利资源 同时 遂宁市四川的第二大交通枢纽城市 正在围绕四川省委提出的 把遂宁建成四川重要的次级交通枢纽 和 成渝经济区的黄金节点 加快了交通基 础设施建设步伐 船山区金龙工业港是遂宁市重点发展化工和生物技术等产业的集中 区 工厂占地面积 14000 平方米 采用先进的工艺技术及设备 每年生产 8000 吨纯度 为 99 的味精 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 8 6 5 主要原料 材料 动力的供应 6 5 1 原料供应 主要原料为玉米淀粉 连同其他辅助原料资源都是非常丰富 而该项目所在地交 通便利 能够在本地或附近城市采购 可保证味精的持续生产 6 5 2 水电汽的供应 金龙工业港位于遂宁过军渡水利枢纽工程附近 水源和电力供应都充足 而厂内 设有锅炉车间 可以保证集中供热供汽 6 6 环保及主要污染物的处理 拟建项目产生的主要污染物及控制 6 6 1 废水及控制 味精工厂主要的生产废水为玉米浸泡和清洗 谷氨酸发酵 味精精制 设备清洗 等工序产生的废水以及包括工人的生活用水 生产废水因含较多的谷氨酸等有机物 存在一定的营养物质 故不能直接排出 同时也会降低味精产率 增大生产成本 由于废水中含有有机物 属于中等浓度的有机废水 故适合用生物处理法 使用 厌氧 好氧二段生物处理法 建立废水车间 降低废水的 COD 达标后可以循环使用 6 6 2 废气的处理 大气污染源主要是锅炉房燃烧煤炭时释放出来的 CO SO2及生产中的原料氨气 辅料 HCl H2SO4副产物 H2S 等有害气体 不能直接排入大气层 需要经过相关处理 后 使有害气体排放量低于国家最高允许排放浓度 如含 SO2废气应用纯碱吸收 H2S 应用 H2SO4吸收 使用液体石蜡与空气隔离等措施防止其逸出 对于泄露的少量 废气通过机械排风和风筒高空排放等方式 基本上可以做到不超标 6 6 3 废渣粉尘及处理 味精厂的废渣来自于锅炉炉灰渣 粉煤灰和发酵后的渣 前者可以用于铺路和做 建筑保温材料 后者可售出做饲料 6 6 4 噪音污染及控制 味精企业主要的噪音来源于发酵罐 空压机 高速离心机 干燥机以及大功率的 搅拌设备等 通过降低电机转数 选用噪声小的减速机 使用减振器和吸声罩等办法 降低噪声 第 1 章 全厂工艺论证 9 第 1 章 全厂工艺论证 1 1 味精生产工艺概述 图 1 1 味精生产总工艺流程图 菌种 斜面培养 一级种子罐扩大培养 二级种子罐扩大培养 原料 预处理 液化 糖化 配料 发酵 空气 空气压缩机 冷却 气液分离 过滤除菌 等电点调 节 沉淀 离心 粗谷氨酸 溶解 中和制味精 母液 离子交换处理 粗谷氨酸溶液 粗谷氨酸 除铁 过滤 脱色 浓缩结晶 离心 大结晶 干燥 过滤 成品味精 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 10 味精的整个生产过程可以分为四个工艺阶段 原料的预处理和淀粉水解糖的制 备 种子的扩大培养与谷氨酸的发酵 谷氨酸的提取 谷氨酸制取味精以及味精成品加工 由于这四个工艺阶段 味精生产工厂一般把味精生产分为 糖化车间 发酵车间 提取车间和精制车间 除以上四个车间外 为保障生产过程中对蒸汽的需求 同时还 设置了热电车间 热电车间的工作原理就是通过燃烧煤炭加热锅炉产生蒸汽 把蒸汽 通过供气管路输送到各个生产需求部位 以满足各生产部门对热量的需求 此外 为保障整个生产过程中的用水量 还要设置供水站 所供的水经消毒 过 滤系统处理 通过弓虽管路输送到各个生产需求部位 味精生产的总工艺流程图见上页图 1 1 1 2 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 用于除杂的设备为筛选机 常用的是振动筛和转筒筛 其中 振动筛的结构较为简单 使用方便 用于原料粉碎的设备有盘磨机 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 辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎 预处理的主要目的是为了降低生物素的含量 因为预处理主要是糖蜜的处理 糖 蜜中含有过量的生物素 会导致菌体不产谷氨酸的后果 从而影响谷氨酸的积累和提 取 预处理的方法 1 2 1 活性炭处理法 吸附 1 2 2 水解活性炭处理法 用盐酸水解糖蜜后在吸附 1 2 3 树脂处理费 通过脱色树脂交换柱 1 3 淀粉的水解糖制备 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 所制得的糖业称为淀 粉水解糖 由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或者糊精做碳源 因而必须将淀粉水 解为葡萄糖 才能供发酵菌使用 目前水解淀粉的方法有 酸解法 酸酶法 酶酸法和双酶法 1 3 1 酸解法 酸解法是传统的制糖方法 是利用无机酸为催化剂 在高温高压条件下 将淀粉 水解转化为葡萄糖的方法 该法具有工艺简单 水解时间短 生产效率高 设备周转 菌 原料 空气 斜面培养 第 1 章 全厂工艺论证 11 快的优点 缺点是在水解过程中副反应生成的副产物多 影响糖液纯度 使淀粉转化 率降低 采用酸解法生产的糖液 一般 DE 值只有 90 左右 而且对淀粉原料要求严 格 不能才有粗淀粉 而要求纯度较高的精制淀粉 而且要求设备耐腐蚀 耐高温 耐压 1 3 2 酸酶法 酸酶法是先将淀粉用酸水解成糊精或者低聚糖 然后用糖化酶将其水解为葡萄糖 的工艺 其酸用量少 产品颜色浅 糖液质量高 但是适用于淀粉颗粒紧密的原料 1 3 3 酶酸法 酸酶法工艺主要是将淀粉乳先用 淀粉酶液化 然后用酸水解成葡萄糖的工艺 该工艺适用于大米或粗淀粉原料 可省去大米或粗淀粉原料加工成精制淀粉的生产过 程 避免淀粉在加工过程中的大量流失 与加工成精制淀粉比较 一般可提高原料利 用率 15 左右 1 3 4 双酶法 也称酶解法 它是通过淀粉酶液化和糖化酶糖化将淀粉转化为葡萄糖的工艺 双 酶法可分为两步 第一步是液化过程 用 淀粉酶将淀粉液化 转化为糊精及低聚 糖 使淀粉的可溶性增加 第二步是糖化 利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解 转变为葡萄糖 此法所得糖液纯度高 DE 值可达 98 以上 每 100 份淀粉能得到 108 份葡萄糖 已接近理论产率 111 份葡萄糖 现国内许多味精厂采用的双酶法制糖工艺 其主要优点为 糖液质量高 糖粉对 糖转化率高 工艺条件温和 耗能少 副产物少 对原料的适应性强 利于发酵和提 取 工艺流程为 原料 粉碎 加水 液化 糖化 淀粉水解糖 1 4 淀粉的液化 淀粉液化的方法很多 有间歇液化法 连续进出料液法 喷射液化法 分段液化 法等 1 4 1 间歇液化法 液化是在密闭的液化锅内进行 把淀粉乳浓度调成 13 14 0B 用纯碱溶液调 pH 至 6 2 6 4 加入适量氯化钙 使钙离子浓度为 0 01mol L 加 入需要的 淀粉酶 搅拌均匀后 输入液化锅内 在保持锅内料液充分翻腾下 加热 到 88 90 0C 保温 20 30min 左右 用碘液检查打到液化完全为止 再加热 100 灭酶 15min 1 4 2 连续进出料液法 设备要求简单 一般在开口的装有小搅拌器的液化管的 液化锅中进行 上层锅口接近液面处装有输送淀粉乳的环形喷淋管 下面装有分段的 蒸汽加热器 将淀粉乳调整好 pH 值和钙离子浓度 按规定加入需要量的淀粉酶 把淀 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 12 粉乳用泵连续输送 经环形喷淋管进入液化层 上层蒸汽管加热器始终控制液温在 88 90 使淀粉受热液化 经过盘管加热保温 液化液由锅的底部连续流出 达到需 要液化的程度 1 4 3 连续喷射法 是利用喷射器将蒸汽直接喷射入淀粉乳薄层 在短时间内达 到要求的温度 经层流罐保温 再经灭酶 使之迅速完成淀粉的糊化 液化 采用该 法液化均匀 完全 可实现连续化生产 我国目前多数味精厂采用的间歇式液化法 不过 近几年推广应用连续喷射法 液化工艺流程 淀粉 调浆 配料 一次喷射液化 液化保温 二次喷射 高温 维持 二次液化 冷却 在配料罐内 把粉浆乳调到 17 250B 用 Na2CO3调至 pH5 5 7 0 并加入 0 15 0 30 氯化钙 作为淀粉酶的保护剂和激活剂 最后加入耐高温 淀粉酶 0 5L t 淀粉料液搅拌均匀后用泵把粉浆打入喷射液化器 在喷射器中粉浆和蒸汽直接 相遇 出料温度 95 105 从喷射器出来的料液 进入层流罐保温 30 60min 温度维 持在 95 97 以碘色反应呈棕红色即可 然后进行二次喷射 在第二只喷射器内料液 和蒸汽直接相通 温度升至 120 145 并在维持罐内维持 5 10min 把耐高温的 淀粉酶彻底杀死 同时淀粉会进一步分散 蛋白质会进一步凝固 然后料液经板式换 热器冷却至 70 以下 进入糖化罐 从板式换热器出来的热水供配料和洗滤渣用 1 5 淀粉的糖化 淀粉的糖化主要是淀粉液化液经 糖化酶的作用 将已水解成糊精和低聚糖等较 小的分子产物进一步水解成葡萄糖 糖化酶又名糖化型淀粉酶或者淀粉葡萄糖苷酶 它作用淀粉分子时 不仅可以水 解 1 4 葡萄糖苷键 还能水解 1 6 键和 1 3 键 它可以直接由淀粉水解成葡萄 糖 也能水解糊精 低聚糖 麦芽糖 糖化酶可将全部淀粉水解为 葡萄糖 故统称 为糖化酶 糖化的工艺流程 液化液 糖化 灭酶 过滤 贮罐计量 发酵 糖化温度 60 1 pH4 0 4 4 糖化酶加量按 100 120U g 干淀粉计算 糖化时间 为 30 40h 以无水乙醇检查无白色沉淀为终点 终点 DE 值为 95 98 然后将物料加 热至 80 85 灭酶 30min 然后糖液先用 Na2CO3 水溶液调 pH4 8 5 0 不加或少加 助滤剂 活性炭或珍珠岩 然后过滤 不加助滤剂的滤渣可用做饲料 所得糖液为淡 黄色或无色透明液体 还原糖含量 25 38 第 1 章 全厂工艺论证 13 1 6 种子扩大培养 现代的发酵工业生产规模越来越大 每只发酵罐的容积有数十立方米 甚至数百立 方米 要使微生物在数十小时的较短时间内完成如此巨大的发酵转化的任务 那就必须具 备数量巨大的微生物细胞群体才行 菌种的扩大培养就是要为每次发酵提供相当数量 的代谢旺盛的种子 目前我国各工厂使用的菌株主要是钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株 生长 特点 适用于糖质原料 需氧 以生物所谓生长因子 种子扩大培养是指将保存在砂 土管 冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后 再经过扁瓶或摇 瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程 这些纯种培养物称为种 子 国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采用二级种子扩大培养的流程 即 斜面培养 一级种子培养 二级种子培养 发酵罐 1 6 1 培养基组成 种子培养基要求含有丰富的氮源 足够的生物素 少量的碳源 以利于菌体生长 如果糖分过多 菌体代谢活动旺盛 产生有机算 使 pH 降低 菌种容易衰老 1 6 2 温度 幼龄菌对温度变化敏感 应避免温度过高 波动过大 1 6 3 pH 值 零小时时 pH 值不宜过高 培养结束 pH 不宜过低 pH 上升后有所下降时 培养 时间已接近结束 1 6 4 溶解氧 长菌阶段对氧的要求比发酵时低 溶氧水平过高 抑制长菌 1 6 5 接种量 接种量过少 菌体增长缓慢 适应期长 培养时间 影响种子活力 但种量过大 在拼瓿操作中易引起污染 一般 种量为 1 左右为宜 糖蜜发酵加种量要大于淀粉质 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 14 原料 1 6 6 培养时间 培养时间不宜太长 以 7 8h 为好 掌握对数生长期作为种子接入发酵罐 1 7 谷氨酸的发酵与控制 以淀粉 大米水解糖为原料 发酵法生产谷氨酸的基本要素 是采用优良的菌株 和控制合适的环境条件 谷氨酸生产菌所以能够在体内合成谷氨酸 并排出体外 关 键是菌体的代谢异常化 即长菌型细胞在生物素贫乏条件下 转变成伸长 膨大的产 酸型细胞 这种代谢异常化的菌种对环境条件是敏感的 由此可见谷氨酸发酵时一个 复杂的生化过程 它是建立在容易变动的代谢平衡上的 经常收到环境条件的影响 菌种的性能越高 使其表达接近它应有的生产潜力所必须的条件就越难满足 对环境 条件波动越敏感 故要想获得高酸 高转化率 高效益的谷氨酸发酵生产 除了选择 优良的谷氨酸生产菌外 还必须按所用菌株的特性 选择适宜的发酵工艺 控制最佳 的发酵工艺条件 1 7 1 发酵培养基的组成 谷氨酸发酵培养基包括碳源 氮源 无机盐及生长因子等 要根据不同的菌种 不同的原料质量而定 原料的选择既要考虑到菌体生长繁殖的营养要求 更要考虑到 有利于大量积累谷氨酸 还要注意到原料来源丰富 价格便宜 发酵周期短 对产物 提取无妨碍等因素 发酵开始前 首先必须对配制的发酵培养基 并对其作高温短时灭菌处理 1 7 2 发酵条件的控制 谷氨酸发酵过程可分为三个阶段 3 长菌阶段 长菌型细胞向产酸型细胞的转移阶 段与产酸阶段 发酵条件控制一般包括 发酵过程温度的控制 pH 控制 种龄与种量的控制 泡 沫控制 排气 CO2控制 通风与 OD 的控制以及菌体形态变化与 OD 的变化等 1 7 2 1 发酵过程温度的控制 谷氨酸产生菌的最适生长温度为 30 34 其中 T6 13及其突变株比较耐高温 斜 第 1 章 全厂工艺论证 15 面 一级 二级种子和发酵开始温度选用 30 32 发酵产酸的最适温度为 34 38 B9 7338 取 34 36 T6 13取 36 38 在谷氨酸发酵前期长菌阶段采用与种子扩大 培养时相应的温度 以满足菌体生长最适温度 1 7 2 2 pH 控制 谷氨酸产生菌的最适 pH 值因菌株而异 一般为 pH 值 6 5 8 0 在中性和微碱性条 件下积累谷氨酸 在酸性条件下 pH 值 5 6 形成谷酰胺和 N 乙酰谷酰胺 谷氨酸发 酵在不同阶段对 pH 值的要求不同 发酵前期幼龄菌对氮的利用率高 pH 值变化大 发酵前期若 pH 值偏低 菌体生长旺盛 消耗营养成分快 菌体转人正常代谢 繁殖菌 体而不产酸 若 pH 值过高 抑制菌体生长 糖代谢缓慢 发酵时间延长 故谷氨酸发 酵在正常情况下 为了保证足够的氮源 满足谷氨酸合成的需要 发酵前期控制 pH 值 7 5 左右 发酵中期 pH 值 7 2 左右 发酵后期 pH 值 7 0 在将近放罐时 为了 后工序提取谷氨酸 pH 值 6 5 6 8 为好 1 7 2 3 种龄与种量的控制 种龄是指种子培养的时间 种龄长短关系到种子活力强弱 如果接入发酵的种子 所处的生长阶段是处于活力旺盛的对数生长期时 则种子活力强 可缩短发酵适应期 若种龄过长 则菌种活力减低 代谢产物增多 一般一级种子种龄 9 12 小时 二级 种子种龄 7 8 小时 种量是指培养好的种子液数量占接人发酵培养基数量的百分比 种量的多少显著 影响发酵适应期的延续时间 开始产酸的时间及发酵周期的长短 种量过少 菌体增 长缓慢 导致发酵周期拉长 容易染菌 并不利于提取 种量增加时 适应期缩短 发酵周期短 设备利用率高 目前国内一次低中糖发酵 接种量为 1 2 左右 应加 大接种量到 10 左右为好 尤其是采用高生物素添加青霉素流加糖的发酵工艺时 更 要加大接种量 以达到高产酸 高转化率 高设备利用率及控制发酵周期在 30 32 小 时的目的 1 7 2 4 泡沫控制 在谷氨酸发酵中 由于通气搅拌与菌体代谢产生的二氧化碳 使培养液产生大量 泡沫 但泡沫过多会影响氧的传递 影响通气搅拌效果 控制不好 还会引起大量逃 液 造成浪费和环境的污染 泡沫上升到罐顶 会从轴封渗出 造成染菌的危险 目前发酵工业上消除泡沫的方法 大都采用机械消泡器消泡与化学消泡剂消泡相 结合的办法 机械消泡器常用耙式消泡器 或离心式 刮板式 碟片式等消泡器 化 学消泡剂常用的有植物油 花生油 豆油等 矿物油 以及合成消泡剂 如泡敌 甲基 硅油 BAPE PPE 等 消泡效果好 作用快 尤其是合成消泡剂效率高 用量少 近年来 味精厂普遍采用 BAPE 或 PPE 型消泡剂代替食用油消泡 BAPE PPE 属非离子型表面活性剂 消泡能力强 用量少 诲性低 使用方便 1 7 2 5 排气 CO2控制 年产 8000 吨味精厂发酵车间初步设计 16 谷氨酸发酵在菌体呼吸充足时显示最大产量 必须供给菌体充足氧气 氧的满足 程度要求达到 1 0 一般控制二氧化碳 13 左右 发酵开始 4 5 小时排气中二氧化碳 迅速由 0 升至 13 以上 此时应加大通风 以保持在 13 小于 13 时 降低通风 发酵中期至后期 通风需下降 才能保持排气中二氧化碳在 13 左右 发酵后期可降 到 10 最后放罐前控制在 8 以上 绝不能降到 0 以免后期通风过大而影响产酸 控制排气中二氧化碳的方法 简便易行 一方面可以保证供氧 另一方面还能帮助发 现污染杂菌或噬菌体 提前发现噬菌体感染 在正常通风条件下 二氧化碳一反常态 迅速下跌 说明 菌体污染噬菌体 菌体一死 立即停止呼吸 不再放出二氧化碳 故二氧化碳在正常 通风条件下迅速下跌 比细胞裂解所造成的 OD 下降可早 2 4 小时 这样就可以帮助我 们及早采取措施防治噬菌体的感染 以减少损失 帮助发现杂菌感染 在正常通风条件下 二氧化碳上升并连续上升 不符合正常 规律 说明发酵污染杂菌 要及早采取措施 1 7 2 6 通风与 OD 的控制 谷氨酸发酵的需氧量较大 在菌体呼吸充足时显示最大的产量 氧满足程度为 1 0 谷氨酸发酵的效率 希望在菌体生长期 糖的消耗最大限度地用于合成菌体 希 望在谷氨酸生产器 糖的消耗最大限度地用于合成谷氨酸 在菌体生长期 供氧必须 满足菌体呼吸的需氧量 否则菌体呼吸受到抑制 而抑制其生长 谷氨酸生产菌呼吸 时 只能利用溶解于培养基中的氧 只有通过搅拌 均匀地溶解于培养基内的一部分 氧分子透过细菌细胞膜进入细胞才能被利用 溶氧大小主要是由通气量与搅拌两大因 素决定 而两者比较 搅拌的转速比增加通气量效果更佳显著 同时培养基内溶解氧 还取决于发酵罐的高径比 液层高度 搅拌型式 搅拌叶直径大小 以及培养液浓度 培养温度 罐压等 一般搅拌器直径大 转速快 溶氧系数大 所以 增大搅拌转速 比增大通风量对溶氧系数提高更显著 在发酵前期 以低通风量为宜 发酵中后期 以高通风量为好 当培养基浓度高 营养丰富生物素用量大时 应采用高通风量 当 菌体生长缓慢 PH 偏高时 应减少通风量 或停止搅拌 以利于长菌 当菌体生长快 耗糖快时 应提高通风量 以抑制生长和满足合成谷氨酸所必需的足够能量 1 7 2 7 菌体形态变化与 OD 的变化 OD 值是谷氨酸发酵过程中菌数多少 菌体大小和发酵液色素深浅的综合表示 发 酵开始 0 8h 或 0 10h 此段时间细胞主要是长菌型细胞 细胞渡过适应期开始繁殖 很快进入对数生长期 菌体大量繁殖 OD 直线增长 耗糖加快 代谢旺盛 温度上升 产生 CO2 此时 8 16h 或 10 18h 此阶段的细胞为转移期细胞 生物素含量有 丰富 转向贫乏 细胞开始伸长 膨大 细胞形态急剧变化 由长菌型细胞转化成产酸型细 胞 菌体细胞数量在此阶段达到最大值 并保持稳定 8 12h 的 OD 反映有细胞数量 增加 12h 以后的 OD 主要是细胞继续伸长膨大的反映 此阶段要完成谷氨酸非积累 第 1 章 全厂工艺论证 17 型向谷氨酸积累型细胞的转移 是非常重要的 此阶段通风量达到最大值 OD 达到最 大值并保持稳定 放热也达最大值 开始产酸并逐渐加快产酸 一般来说 加大通风 量对菌体细胞伸长 膨大有促进作用 发酵 16 30h 或 18 32h 此阶段为产酸细胞 菌体细胞完成谷氨酸非积累型向谷氨酸积累型细胞的转化后 细胞形态几乎都伸长 膨大 伸长拉大 2 4 倍 细胞边缘大量积累谷氨酸 耗糖 耗氨与产酸相适应 产酸 产酸速率转化率达最高值 发酵后期细胞较长 多呈现有横隔的多节细胞 产酸高 转化率告示尤甚 后期逐步降风 当 RG 降到 1 根据发酵情况 可将风量降到最低 以促进中间产物转化为谷氨酸 1 7 3 谷氨酸发酵过程分析 1 7 3 1 以液氨为氮源 长菌 谷氨酸发酵菌的经验结构式经元素分析约 C8H13O4N 计算分子量为 187 2C6H12O6 NH3 7 2O2 C8H13O4N 4CO2 7H2O 产酸 C6H12O6 NH3 3 2O2 C5H9O4N CO2 3H2O 菌呼吸代谢 C6H12O6 6O2 6 CO2 6H2O 1 7 3 2 1 耗氧 每长 1g 菌耗氧 0 599g 7 16 187 每产 1g 酸耗氧 0 327g 3 16 147 2 以液氨为氮源 长菌期 RQ 4 3 5 1 143 产酸期 RQ 1 3 2 0 67 3 以尿素为氮源 长菌期 RQ 9 7 1 143 产酸期 RQ 3 3 1 无论以液氨或尿素为氮源 因发酵液中的谷氨酸以谷氨酸铵形式存在 故氨对产 酸的氨耗为反应式的两倍 1 7 4 发酵异常情况及其处理 正常发酵是基于菌种质量好 条件适宜的情况下 如果菌种质量不好 菌体生长 失调 或环境条件改变 就不利于正常发酵 而引起不正常的异常发酵现象 由于谷 氨酸发酵是一系列复杂的生化反应过程 影响因素很多 所生产的异常现象是多种多 样的 在寻找原因寸 应根据各方面情况和生化检测参数联系起来分析 确定对症下 药的处理方法 1 8 谷氨酸的提取 等电点