年产味精7300吨课程设计.doc

长春工业大学化学与生命科学学院生物工程专业发酵工程与设备课程设计（味精） 一、总论 1.1概述味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。味精又称味素，是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。要注意的是如果在100以上的高温中使用味精，经科学家证明，味精在100时加热半小时，只有0.3%的谷氨酸钠生成焦谷氨酸钠，对人体影响甚微。文献报道，焦谷氨酸钠对人体无害。还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。所以要适当地使用和存放。谷氨酸钠是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。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克谷氨酸钠。味精，又名“味之素”，学名“谷氨酸钠”。成品为白色柱状结晶体或结晶性粉末，是目前国内外广泛使用的增鲜调味品之一。其主要成分为谷氨酸和食盐。 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”。谷氨酸钠（C5H8NO4Na），又叫麸氨酸钠。谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。 味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。 1.2设计依据 1.2.1长春工业大学生物技术(工程)课程设计指导书。 1.2.2长春工业大学生物技术(工程)课程设计任务书。 1.2.3发酵工程与设备、发酵工艺原理、发酵工厂工艺设计概论、化工工艺设计手册及生物技术(工程)专业基础理论课本等参考资料。 1.3设计指导思想 1.3.1尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。 1.3.2合理利用资源，节约能量，降低消耗指标。 l.4设计范围 1.4.l确定工艺流程及生产操作条件 1.4.2工艺及主要设备计算(物料恒算、设备计算) 1.4.3绘制生产工艺流程图 1.4.4编制课程设计说明书二、生产工艺2.1产品产量及方案 产量：年产味精7300吨产品品种：含99谷氨酸一钠(GluNaH20)的味精 2.2生产方法的选择 工艺方法：利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过谷氨酸棒杆菌发酵、等电点沉淀提取谷氨酸，由谷氨酸中和、结晶制味精的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。 味精生产全厂工艺流程简图：淀粉酶 糖化酶 玉米浆、无机盐 二级种子 HCI或H2SO4 淀粉液化糖化过滤糖化液配料连续灭菌发酵等电点分离 水 滤渣 无菌空气 消泡剂 母液 Na2CO3、活性炭 谷氨酸中和脱色过滤过滤液交换柱脱铁碳柱脱色脱色液 水 母液 废炭 蒸发结晶贮晶分离湿味精干燥粉碎筛选味精 2.3主要工艺参数 年生产天数：300天 双酶法淀粉糖转化率：95 发酵产酸率：8.0gl00ml 发酵糖酸转化率：48 谷氨酸提取收率：80 味精对谷氨酸产率：112 发酵周期：38h 发酵生产操作周期：48h 淀粉加水比：l：2.5 淀粉酶用量：淀粉浆的0.017 糖化酶用量：淀粉浆的0.043 淀粉糖化液浓度：24 二级种子培养基浓度：2.5 发酵培养基初糖浓度：15.0 接种量：2 谷氨酸产生菌生长温度：3032 谷氨酸产生菌发酵温度：3437 谷氨酸产生菌生长PH：7.58 谷氨酸产生菌发酵PH：7.07.2 发酵液通风速度：0.15 0.2m3/m3min(常压) 发酵罐装料系数：7075 2.4物料衡算 纯度100的味精为730099=7425t/y 表1 主要物料及动力衡算表(纯度100味精)序号名称规格单位产品消耗指标年用量单位数量单位时天年1玉米淀粉86%t/t2.599t2.68064.32519297.62尿素或液氮t/t0.628t0.64715.5434662.93糖蜜t/t0.070t0.07221.733519.754氯化钾t/t0.013t0.01340.32296.5255磷酸氢二钠t/t0.003t0.00310.074322.2756硫酸镁t/t0.010t0.01030.247574.257泡敌t/t0.009t0.00930.222866.8258植物油t/t0.024t0.02480.594178.29淀粉酶kg/t1.7t1.75342.07512622.510糖化酶kg/t4.3t4.434106.4331927.511发酵液m3/t15.66m316.149387.5911627.5512二级种液m3/t0.313m30.3237.7472324.02513水t/t309t318.667657.82294.32514电kwh/t2000kwh2062.5495001485000015汽t/t11.4t11.756282.1584645 三、设备选择3.1发酵设备选型计算 (1)发酵罐容积计算现每天产99纯度的味精25t，谷氨酸发酵周期为48h。则每天需糖液量： V糖=15662599=387.59 m3设发酵液的装料系数为=07，则每天需发酵罐的总容积为： V0=V糖/=387.59/07=553.69m3考虑到发酵罐的操作的灵活性，每天用3个发酵罐，故每个发酵罐的体积为： V0=V0 /3=553.69/3=184.6 m3(注意：每个发酵罐的总容积不能超过220 m3)发酵罐个数确定：n=(348/24)+1=7个V0表示的应该是罐简体体积V筒，底封头体积与冷却管、搅拌器等相抵消，故： V0=V筒=(1/4) D2H取H=2D，则V0=2(/4)D3， V0=157D3，D=4.90 m，取D=5.0 m，重新计算筒体高度：184.6=(4)5.02H，H=13.99m封头选用椭圆封头，封头高H封=ha+hb，ha=(1/4)D=1.25 m，hb=50 mm所以罐的全容积为： V全=V筒+2V封=(/4)D2H+2(/4)D2hb+2(/6)D2ha =(/4)5.0213.99+2(/4)5.02005 +2(/6)5.021.25 =259 m3(2)发酵罐冷却面积计算 F=Q总/Ktm 对谷氨酸发酵，其最大生物合成热可取41867500kJ/m3h，Q生=41867500387.59/2=6084115.54 kJ/h；发酵罐所配电机功率据经验可取12 kW/m3培养液，其电机功率为P=12 387.59/2=232.551kw，Q 搅拌=3600P 092=770208.91kJ/h；Q蒸发+Q罐壁=10%Q生=608411.55kJ/h。Q总=Q生+Q 搅拌Q蒸发Q罐壁=6084115.54770208.916084411.55=6245912.9kJ/h 选竖式蛇管为换热装置，其换热系数K=12004000 kJ/m3h，平均温度差tm= (t1t2) / ln(t1/t2)， 3434 发酵液 2027 冷却水t1=14 t2=7 代入tm=(147) / ln(14/7) = 10.1 F=Q总/Ktm=6245912.9(250010.1)=247.363m2最大冷却水流量： W=Q总/cp，(t21t) =6245912.9/4186(2720)=213156.5kg/h=213.16t/h(3)搅拌器基本结构尺寸及通风管直径计算 谷氨酸机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮可选六弯叶涡轮，其各部尺寸： 搅拌器叶径Di=D/3=5. 0/3=1.7 m 叶宽B=02Di=0.21.7=0.34 m 底距C=10Di=1.01.7=1.7m 间距S=3Di=31.7=5. 1 m 通风管直径：己知培养液为387.59/2=193.79 m3，通风比取最大0.2m3/m3min(0.1MPa，20)，其在无菌压缩空气条件下(0.35MPa，25)的风量为： V=193.790.20.1(273+25) /035(273+20)=11.26m3/min 取通风管内压缩空气流速为15