年产10万吨谷氨酸工厂发酵车间设计_毕业论文

开封大学学生毕业设计设计题目年产10万吨谷氨酸工厂发酵车间设计班级10级生化二班姓名郭重阳学号2010051106指导教师韩艳霞起止时间2013年3月1日至2013年5月30日2013年5月30日目录一、前言2（一）、课程设计目的2（二）、目前生产存在问题及对策谷氨酸2（三）、采取必要措施2（四）今后发展方向3二、10万TA谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计任务书4三、可行性分析5四、10万TA谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计6五、10万TA谷氨酸工厂发酵车间的物料衡算7（一）、工艺技术指标及基础数据7（二）、谷氨酸发酵车间的物料衡算7六、设备的设计与选型10（一）、设计原则与内容10（二）、容积、生产能力、数量的计算10（三）、设备选材11（四）、设备的选型12（五）、发酵罐的计算13七、环境保护14（一）、三废状况14（二）、三废治理14八、设计评价15九、机会与收获16十、参考文献171、前言（一）、课程设计目的本课程是生物化工工艺专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习本课程的目的是使学生在学完本专业的有关课程后，尤其是在学完生化工艺、发酵工程及设备、化工设计这门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。（二）、目前生产存在问题及对策谷氨酸随着经济的发展和技术水平的不断提高，我国的谷氨酸生产水平也有相应的提高。但与国际先进生产水平相比，还存在着以下问题1规模小，操作费和设备费用高2技术水平低3生产过程自动化低，劳动生产率低4主要原材料燃料价格高，使得生产成本高5经营管理体制不完善，影响技术水平的发挥和生产稳定（三）、采取必要措施1合理利用原材料2采用新工艺，新技术，提高技术水平3生产设备大型化，自动化，关键设备先进化4加强废水处理和综合利用，提高环境效益5深化改革，降低生产成本，参与国际市场竞争6跳出单一产品模式，开发多品种，提高企业抗风险能力（四）今后发展方向今后的发展方向是采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育出从遗传角度解除了反馈调节和遗传性稳定的更理想的菌种以提高产酸率；采用过程控制检测调节与自控，逐步使用现代化的电子仪表，电子计算机控制，加强科学管理，完善受控参数，进行最佳化控制，连续化、自动化、稳产高产；在工艺设备上进一步探求新工艺、新设备，以提高产率和受的率；继续研究微生物生理生化遗传变异和发酵机制等外问题，以更好地控制谷氨酸的发酵。2、10万TA谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计任务书1、完成10万TA谷氨酸工厂发酵车间工艺流程的设计2、对主要设备（重点为发酵罐）进行设计与选型3、对谷氨酸生产的发酵车间进行物料衡算4、对结果进行评价3、可行性分析1、工艺简炼。在用粮食制谷氨酸的工艺中，第一步是用水解糖糖化酶把粮食中的淀粉长链葡萄糖变成单个的葡萄糖第二步是用酵母菌再把葡萄糖变成谷氨酸和母液。其中第一步是相当复杂的。而果谷氨酸制造技术是将淀粉中的糖加上菌种发酵，即可变成谷氨酸，省去了艰难的第一步。2、原料成本低。按每千克谷氨酸05元，每千克辣椒2元计算，前者的成本只有后者的24。3、设备简单。整个制谷氨酸过程中所用的发酵罐、换热器、过滤机、灌装机等设备，一般工厂都有，可将闲置设备加以改装，充分利用设备资源，不用另外投资，提高了设备利用率。4、可实现全年生产。谷氨酸生产无季节性，生产周期短，不象酒每年只能加工一次。按发酵周期为巧天左右计算，一年至少可以生产20批。5、能耗小。此项技术在春夏秋冬季节都可以发酵，而且不需特别加热，利用室温即可进行，节省能源。4、10万TA谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计谷氨酸发酵工艺流程示意图谷氨酸发酵采用淀粉原料，双酶法糖化，中糖发酵，一次等电点提取的工艺。其工艺流程示意图如图所示。水解糖预热器连消塔维持罐冷却器灭菌培无菌过滤除菌压缩机空气养基空气尿素（或液氨）灭菌母液成熟发酵液等电点罐分离机消泡剂灭菌谷氨酸图谷氨酸发酵工艺流程示意图发酵罐5、10万TA谷氨酸工厂发酵车间的物料衡算（一）、工艺技术指标及基础数据1主要技术指标如表所示。表谷氨酸发酵工艺技术指标指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模TA10万发酵初糖KGM3150生产方法中糖发酵，一次等电点提取淀粉糖化转化率95年生产天数DA300产品日产量TD10糖酸转化率48产品质量纯度99麸酸谷氨酸含量90倒罐率倒罐率10谷氨酸提取率谷氨酸提取率80发醇周期H482主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为80，含水14。3二级种子培养基GL水解糖25，糖蜜20，尿素35，磷酸氢二钾10，硫酸镁06，玉米浆510，泡敌06，硫酸锰2MGL，硫酸亚铁2MGL。4发酵培养基GL水解糖150，糖蜜4，硫酸镁06，氯化钾08，磷酸氢二钠02，硫酸亚铁2MG/L，硫酸锰2MGL，尿素总尿40，泡敌06，植物油10。接种量为2。（二）、谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000KG纯度为100的谷氨酸需耗用的原辅材料及其他物料量。1发酵液量V1100015048809915663M式中150发酵培养基初糖浓度KG3M48糖酸转化率80谷氨酸提取率99除去倒罐率L后的发酵成功率2发酵液配制需水解糖量以纯糖算，G1V11502349KG3二级种液量V22V20313（）3M4二级种子培养液所需水解糖量G225V2783KG式中25二级种液含糖量KG35生产1000KG谷氨酸需水解糖总量为GG1G223568KG6耗用淀粉原料量理论上，100KG淀粉转化生成葡萄糖量为111KG，故理论上耗用淀粉量为G淀粉23568809511127937KG式中80淀粉原料含纯淀粉量95淀粉糖化转化率7尿素耗用量二级种液耗尿素量为35V211KG发酵培养基耗尿素为40V16264KG故共耗尿素量为6275KG8甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量为20V2626KG发酵培养基耗糖蜜量为4VL6264KG合计耗糖蜜699KG9氯化钾耗量GKCL08V11253KG10磷酸氢二钠NA2HPO47H2O耗量。G302V1313KG11硫酸镁MGS047H20用量06V1V2958KG12消泡剂泡敌耗用量06V194KG13植物油耗用量15V1235KG14谷氨酸麸酸量发醇液谷氨酸含量为G1481111162KG实际生产的谷氨酸提取率80为1116280893KG（三）、10万TA谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表由上述生产1000KG谷氨酸100纯度的物料衡算结果，可求得10万TA谷氨酸厂发酵车间的物料平衡计算。具体计算结果如下表所示。表10万TA谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表物料名称物料名称生产1T谷氨酸10010万T/A每日物料量发酵液M3156615660005220二级种液M3031331300104发酵水解用糖KG2349234900000783000二级种陪养用糖KG二级种培养用糖KG783783783000261000水解糖总量KG23568235680000785600淀粉KG27937279370000931233尿素或液氨KG尿素或液氨KG627562750000209166糖蜜KG699696000023000氯化钾KG125312530004176磷酸氢二钠KG3133130001043硫酸镁KG硫酸镁1【G】9589580003193泡敌KG949400003133植物油KG23523500007833谷氨酸KG893893000002976666、设备的设计与选型在工艺计算的基础上，确定车间发酵设备的台数，型号和尺寸。据此，进行车间布置设计，并为后期的非工艺设计项目打好基础，同时，为设备的制作和采购提供资料。（一）、设计原则与内容在漫长的谷氨酸生产历史中，其生产由手工操作到机械化、自动化，设备由简单到复杂，容量由小到大，种类由少到多，而生产不同品种所使用的发酵设备也各有特点。从产业化研究的结论来看，设计最实用的发酵设备应满足以下要求（1）发酵设备的容量能够满足谷氨酸生产的要求。（2）发酵设备的材料应不易析出或极少析出对谷氨酸生产产生不利影响的物质。（3）发酵设备应符合所生产谷氨酸品种的特殊要求，并能够确保其正常进行和谷氨酸精的质量。（4）发酵设备应具有适当的高径比。其高度与直径比一般为1630倍左右，罐身越长，发酵初期酵母成长时氧的利用率越高。（5）发酵设备应能承受一定的压力。由于发酵罐在消毒及正常工作时，罐内有一定的压力气压和液压和温度，因此，罐体各部件要有一定的强度。（6）发酵设备内应尽量减少死角，使灭菌能彻底进行，避免染菌或沉积污垢。（7）发酵设备应具有足够的换热面积。由于微生物在生长代谢过程中会释放出大量的热量，为了控制发酵过程不同阶段所需的温度，应设计有足够的夹套换热面积。（8）发酵设备的数量要与谷氨酸产业化生产工厂的生产能力相适应，要尽可能向定型化、机械化和自动化方向发展。（9）发酵设备力求操作简单，结构合理，便于推广。（二）、容积、生产能力、数量的计算谷氨酸发酵罐的装满系数一般为0709，因为发酵时液面上需要留有一定的高度，以防止发酵液的溅出和保证谷氨酸液面上方的产业化研究的二氧化碳浓度。1主要参数装满系数08比重L工作日300D生产周期15D投料次数20/批。2生产能力100000/300/155000T3发酵罐容积与数量计算VVO/式中V发酵罐容积M3VO谷氨酸体积M3装满系数V5000/20/08300M3前发酵罐V12M3，N8个后发酵罐V12M3，N14个贮谷氨酸罐V50M3，N14个（三）、设备选材传统的发酵容器，木桶和水泥池，难以满足谷氨酸工业大规模生产和实现自动化的需要，现代化工业生产谷氨酸采用的材质主要有两种不锈钢和碳钢，该生产设备具有加工能力强能减少厂房面积，室内或室外露天放置均可机械化、自动化程度高清洗和杀菌方便、彻底等优点。采用不锈钢加工的生产设备，易清洗，耐腐蚀，不渗漏，对谷氨酸无不良影响，是一种比较理想的发酵设备，在国内同行业己推广使用。这种罐虽然投资费用较高，但很适合质量高、产量大的加工厂使用。碳钢罐设备投资低，使用前必须涂一层涂料，防止罐壁生锈，是中、小型企业使用较多的贮谷氨酸设备。本项目生产设备材质选用不锈钢1CRL8NI9TI。在使用不锈钢罐时，所有的焊口部分应进行钝化处理，否则，焊口会发黑，很容易将铁带入谷氨酸中。钝化处理有两种方法其一，采用浓硝酸接触所有发黑的地方，约五分钟，然后用清水冲洗，直到经黑色表面洗回不锈钢的本色为止。其二，采用王水浓硝酸与浓硫酸按13比例制成的的混合液体）加硅藻土拌成浆糊状物，将其涂在焊口发黑的位置，十分钟后用清水冲洗干净，即可出现不锈钢的本色表面。钝化处理过程中应注意安全，人站在上风口处，避免接受酸雾的侵害。因为所用的浓酸具有强腐蚀性，且易产生烟雾，所以事先应做好防护准备。（四）、设备的选型发酵车间设备一览表序号设备编号名称规格型号数量备注1101配料罐V24M31带搅拌2102种母罐V2M323103椭圆芯转子泵Q20M3/H2带电机4104前发酵罐V12M36带夹套5105离心式泵Q20M3/H8带电机6106后发酵罐V12M3127107板框过滤机Q20T/H2不锈钢8108贮罐V50M314立式9109澄清罐V12M3310110调配罐V12M3211111膜过滤机Q5M3/H212112槽V10M32加盖13113离心泵Q15M3/H1（五）、发酵罐的计算糖液圆柱部分的体积02H4DV当H02D时M23圆筒高H02D4M封头高HA025D05M封头直边高HB取50MM罐的总体积V总33230215984H4DH4VMB总罐的总高度HH02（HAHB）51M7、环境保护（一）、三废状况谷氨酸生产企业是耗能和排污大户，谷氨酸废水主要来自麦芽车间（浸麦废水），糖化车间，发酵车间（发酵罐洗涤，过滤洗涤废水），灌装车间（洗瓶，灭菌废水及瓶子破碎流出的产品）以及生产用冷却废水等谷氨酸工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。谷氨酸废水按有机物含量可分为3类清洁废水如冷冻机冷却水，麦汁冷却水等。这类废水基本上未受污染。清洗废水如漂洗酵母水、洗瓶水、生产装置清洗水等，这类废水受到不同程度污染。含渣废水如麦糟液、冷热凝固物。剩余酵母等，这类废水含有大量有机悬浮性固体。（二）、三废治理谷氨酸发酵气体除杂净化的方法可区分为吸收、吸附和吸收吸附综合处理等方法三类。由于二氧化碳中的大部分杂质均溶于水，所以，目前工业上都采用水洗的方法来净化二氧化碳。进一步净化可采用活性炭吸附，高锰酸钾或重铬酸钾溶液氧化，也可以用硅胶钠型沸石等处理。废渣可以回收利用。目前采用的污水净化措施有机械、化学法、物理化学法淀粉质原料谷氨酸厂污水的净化主要采用机械法和生物法处理可达到目的。要得到高质量的水则还要采用物理、化学方法进行补充净化处理。8、设计评价1、本项目在技术、设备、生产成本、投资回报率、社会效益等方面表现出了明显的优势，具有操作简单、周期短、费用低等特点，应用前景十分广阔。2、发展谷氨酸产业是人民健康发展的需要，产业化研究工作的完成为我省乃至全国食品行业应用现代技术起到了积极的示范和推广作用，将极大地促进食品产业化工作顺利进行。3、在发酵工业领域，发酵罐等生物反应器正在向大型化发展，100200M3中型罐在实际生产中已有普遍应用，600M3的大型罐也己开始走进发酵工厂，生产装置露天化己成趋势刚。因此，谷氨酸的生产应尝试运用大型设备，以提高生产能力。4、谷氨酸在贮存过程中，有失光、浑浊、沉淀等现象的出现，严重影响了谷氨酸的感官质量。因此，对如何提高谷氨酸的稳定性还需做进一步研究。5、计算机操作在现代工业中发挥着重要作用，如果谷氨酸生产过程也能实现现代化控制技术，将有力地推动食品产业的快速发展9、机会与收获本次设计在韩艳霞老师的严格要求下完成，经韩老师的精心指导，让我受益匪浅。在此向韩老师致以崇高的敬意。通过设计使我们初步掌握谷氨酸生产的基础知识、设计原则及方法，学会各种手册的使用方法和技巧查找；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程图；在设计过程中不仅要考虑理论上的可能性，还要考虑生产上安全性和经济合理性。在短短的两周里，从开始的一头雾水，到同学讨论，再进行整个流程的计算及设备的选择，我真切感受到了理论知识与实践结合中的种种困难，也体会到利用所学的有限的理论知识去解决实际中的各种问题的不易。我们从中也明白了学无止境的道理，在我们所查到的很多参考书中，很多的知识是我们从来没有接触到的，我们对食物的了解还仅限于皮毛，所学的知识结构还很不完善，我们对设计对象的理解还仅限于书本，对实际当中事物的方方面面包括经济成本方面考虑的还很不够。通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加理性和感性的认识，还对我们的继续学习室一个很好的指导方向，我们了解谷氨酸生产的基本内容，掌握了主要程序和方法，