七万吨谷氨酸工厂设计修改

1、七万吨谷氨酸工厂设计修改1前言谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个竣基，化学名称为a-氨基戊二酸。谷 氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等 电点3.22。大量存在于谷类蛋口质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋口 质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷 氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的食 品增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋(谷蛋口)水解法 进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。谷氨酸(2氨基戊二酸)有左旋体、右旋体和外消旋体。左旋体，

2、即L-谷氨酸。 L-谷氨酸是一种鳞片状或粉末状晶体，呈微酸性，无毒。微溶于冷水，易溶于热 水，儿乎不溶于乙醛、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇。在200°C时升华， 247°C249°C分解，密度 1. 538g/cm3,旋光度 +37 +38. 9 (25°C)。L-谷氨酸的用 途广泛，它本身作为药品，能治疗肝昏迷症，也可用来生产味精、食品添加剂、 香料和用于生物化学的研究。谷氨酸的解离常数：pK'l(COOH)为 2. 19, pK'2(N+H3)为 4. 25 ( y-COOH), pK'3 为 9. 67 (NH3+)任

3、何食品的食用都要适量，味精也一样，并非多多益善，过量的食用，自然 于健康无益。1987年2月16日至25日，在荷兰海牙的联合国粮农组织和世界卫 生组织食品添加剂专家联合委员会第19次会议上，根据对味精各种毒理性实验的 综合评价结果作出了结论，即味精作为风味增强剂，食用是安全的，宣布取消对 味精的食用限量，确认了味精是一种安全可靠的食品添加剂。就营养价值而言， 味精是谷氨酸的单钠盐，谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，是人体和动物的重 要营养物质，具有特殊的生理作用。1975年美国营养和食品工艺学词典记载，在 空腹时食用味精25毫克/公斤体重，25-35分钟后就发生头痛、出汗、恶心、体软、 口渴、面

4、颊潮红、腹部疼痛等症状，但这些症状一般在数小时之内就会消失，所 以在空腹时不要吃味精。谷氨酸及谷氨酸钠的分解物质中含有很强的变异原物质， 如果将植物油与味精混在一起，加热约20分钟，变异原物质会进一步增加。因此 在烹调时味精不宜在高温的炒菜过程中添加，而应在烹调终了时加入作调味用。谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解（EMP途径）和己糖磷酸支路（HMP途 径）生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A（乙酰COA）,然后进入三竣酸循环，生成a-酮戊 二酸。a-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH存在的条件下，生成谷氨酸。当生物 素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵。因此，一般将

5、生物 素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸。我国谷氨酸工业发展迅猛，产销两旺，2007年味精总产量已达191万t,占世界总产 量的70%以上,在国际微主物发酵产业中已占有一定竞争优势。我国味谷氨酸生产已经有80多年的生产历史，1923年从我国面筋水解法生产谷氨 酸到1958年利用淀粉糖发酵法生产谷氨酸研究开始，我国利用发酵法生产谷氨酸，已 经走过了 50年的历程，使发酵产酸发生了很大变化，谷氨酸发酵生产技术也在不断变 革，80年代以前，我国大部分谷氨酸厂采用淀粉糖发酵法，一般发酵工艺釆用生物素 亚适量进行发酵控制，发酵产酸一般在5%6%左右，糖酸转化率在50%左右，70年代 开始新媼石

6、河子味精厂首先利用甜菜甜蜜，采用高生物素、大种量、高通风的发酵技术 进行发酵生产，使发酵产酸达到8.5%左右，糖酸转化率在60%65%, 90年代后期， 我国部分谷氨酸厂在淀粉味精发酵行业开始进行以适量高生物素、大种量、高通风的发 酵技术实验，加上我国大专院校、科研机构对淀粉制糖工艺、发酵菌种以及工艺控制方 法及装备水平进行大量研究和改进，发酵产酸率和糖酸转化率都发生了巨大变化，发酵 产酸一般12%14%左右，糖酸转化率在56%60%,逐步缩小了与国际的差距。我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相 比还存在一定差距。主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化

7、率和提取率低， 易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。尽管我国谷氨酸发酵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儿个方面：（1）原料：粗原料糖蜜、少数淀粉，具有成本优势。（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）装备水平：自动化程度高，广泛釆用计算机，机器装备先进，运行稳定，生 产环境好。（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l/10o（5）生产技术水平较高：发酵产酸14%16%,转化率62%67%。（6）生产工艺方法：谷氨酸发酵：高生物素水平、添加青霉素或釆用

8、温度敬感型 菌株，低糖连续流加方式，发酵强度高，谷氨酸热量高，利于精制收率提高及产品质量 的提高，并且利于环保治理。本设计是河北科技大学理工学院生物工程专业的毕业设计，是对大学四年学习的总 结，是在校期间最后一次大型作业，是教学的基本环节之一，对于学生生涯具有举足轻 重的作用。通过毕业设计，使我对所学理论知识融会贯通，使专业知识系统化，培养学 生独立解决问题的能力，使我进一步锻炼查阅文献、收集资料、设计计算、工程制图、 统筹安排等综合能力，为我走上工作岗位奠定了基础。在设计前期通过查阅大量资料，首先完成相关专业的外文翻译，并且初步确定设计 方案。在崔建东老师的带领下我们在味精厂进行了实习，进一

9、步加深了我们对谷氨酸生 产工艺的认识，并获得了大量可参照数据。本设计是根据多方面情况的考虑及研究，创 造性的结合个人所学的理论知识设计而成，做到了理论与实践相结合。2设计总论2.1设计目的通过本设计，学习并掌握独立检索文献的方法、发酵工厂设计中衡算及设备选型的 计算方法：具备独立制定设计工艺方案的能力以及工程制图能力，并由此形成初步的发 酵工厂设讣能力；能够运用本专业知识独立解决一般的发酵工程技术问题；提高综合素 质，培养创新能力和实践能力。2.2设计任务以玉米为原料年产七万吨谷氨酸工厂设计，生产天数为320天，连续生产。2.3设计要求2. 3. 1衡算进行全厂物料衡算、热量衡算、水衡算和设备

10、选型的计算，其中对重点车间重点设 备的选型计算要详细。2. 3. 2绘图根据设备选型的情况绘制图纸。要求采用计算机绘图，图纸大小为一号，共五张， 其中工艺流程图二张（发酵车间工艺流程图、提取车间工艺流程图）、平面布置图二张 （全厂平面布置图、发酵车间平面布置图），发酵罐剖面图一张。图纸尺寸标注应符合 国家标准。2.3.3说明书的编写编写设计说明书，其中应包括厂址选择、工艺选择、物料衡算、热量衡算、水衡 算、设备计算选型、设备列表、三废处理等内容。3厂址选择厂址选择是建设前期必须作的一项政策性很强的综合性工作。它关系到工厂投产 后的生存和发展。因此新建味精厂必须认真做好厂址选择工作。3.1厂址选

11、择的原则1）符合国家的方针政策。建厂靠近原料地或交通方便的地方，厂址选择既要努力提高 经济技术效果，乂要符合工农业合理布局的要求。所选厂址要满足生产需要，但尽量不 占良田，节约用地，又留有发展余地：2）要有充足水源，水质应符合生活饮用水卫生标准和谷氨酸生产的需要；3）要有可為的供电保证。谷氨酸工厂用电量大，在供电距离、容量和保安电方面需要得到供电部门的保证，尽可能鼎近电厂或电线输送网；4）所选厂址周围应有良好的卫生环境。根据谷氨酸厂的生产特点，厂址选择在空气质 量要好，大气含尘量低的地区，同时尽可能选在地方主导风向的上侧，不受其他单位的 烟尘和污染源影响，以满足发酵谷氨酸生产的需要；5）要有合

12、理的“三废”处理设施；6）施工简单，需要有闲置的空地；7）除生产协作外，一般应考虑以下协作项口：修理、动力、给排水、运输、施工、消 防、公用仓库、公共福利、场地工程设施、废料的堆存和处理设施；8）注意专业化协作，靠近动力供应中心。3.2厂址的确定石家庄位于石黄高速公路和石太高速公路交义处，而且是铁路枢纽，原料运输方便; 石家庄是河北省的省会，正在处于发展阶段，有广阔的销售市场；石家庄有充足的地下 水资源，也有充足的电力供应。周边可提供大量玉米，原材料丰富。综合上述因素，厂 址选定于石家庄市新乐县开发区。4工艺论证4.1生产规模年产七万吨谷氨酸工厂4.2产品规格99%谷氨酸质量符合GB8967-

13、88；80%谷氨酸质量符合QB1500-924.3生产方法以玉米淀粉为原料、北京棒杆菌为生产菌种生产谷氨酸，分为以下三个车间：4. 3.1制糖车间：是双酶法制糖工艺4. 3.2发酵车间：亚适量生物素流加糖发酵工艺4. 3.3提取车间：等电点提取工艺4. 4工作组成4. 4.1糖化车间A.液化B.糖化C.过滤4. 4.2发酵车间A.种子B.连消C.发酵D.空气净化4. 4.3提取车间A.等电提取B.离心分离4. 4.4辅助车间修理车间、泵房、化验室、净化系统、动力车间、水源4. 4.5包装形式现釆用塑料袋装，塑料袋的材料有BOPP复膜聚乙烯、聚乙烯符合GB4456-84规定。 现选用机械包装，包

14、装规格：10g, 20g, 50g, 100g, 250g, 500g, lkg, 10kg, 25kg,允许偏差符合GB8967-88和QB 1500-92规定。4.5工作制度全年生产320天，23班作业，连续生产4.6全厂各工段工艺流程1）糖化流程调浆一配料一喷射液化一保温维持一层流液化一灭酶一糖化罐一糖化一灭酶一过 滤一糖储罐一发酵车间2）发酵流程生产用菌种：北京棒状杆菌图1发酵流程4.7工艺参数玉米淀粉含淀粉86%,淀粉糖转化率97%,糖酸转化率60%,产酸率12%,提取收率94%o发酵周期48h,发酵时间38h,初糖14%,流加糖30%,总糖18%,接种量10机 生物素含在糖蜜中。4

15、.8原料规格工业H3S04>98%液氨99%盐酸>31%烧碱固体98%,液体$30%硫化碱263.5%,使用时 1520B0尿素含氮量46%,水中溶解度lg/ml, 10%溶液PH7.2氨水20 25%Na：HPOt H：0>96%,工业 HsPOi 85%MgSO, 7H2098%,精制盐>99%BAPE比重1.011.025,分子量30004000,微黄色油状液体，浊点1214°CvB199%粒度10X24 目，28X42 目，40X60 目强度90%pH5.0 7.0a -淀粉酶高温活力2000 u/g,用量12 p/g干淀粉中温活力4000 u/g,用

16、量1. 25 P /g干淀粉糖化酶活力105 u /g,用量80100 u /g,取90 u /g干淀粉4.9各工段工艺提取工艺论证山糖质原料转化为谷氨酸的发酵过程，是个复朵的生物化学反应过程。在发酵液中, 除含有洛解的谷氨酸外，还含有着菌体、残糖、色素、胶体物质及其他发酵副产物。谷 氨酸的分离提纯，通常是利用它的两性电解质性质、分子大小、吸附剂的作用，以及谷 氨酸的成盐作用等，把发酵液中的谷氨酸提取出来。4.9.1提取工艺选择A）目的谷氨酸是LI的产物，它溶解在发酵液中，可是在发酵液中有多种副产物，因此必须 釆取适宜工艺把谷氨酸提取出来。B）提取方法论证提取谷氨酸方法：离子交换法、等电法、盐

17、酸盐法、锌盐法、溶剂抽提法。a）离子交换法：根据谷氨酸与发酵液中同性离子性质不同，树脂对这些离子吸附 能力的差别，用不同树脂进行选择性吸附，更用洗脱剂洗脱以达到浓缩LI的。b）等电法：用硫酸将发酵液pH值调到谷氨酸等电点，使谷氨酸沉淀析出，收率可 达5080%, 般有常低温等电法、温等电法及浓缩等电法。他的特点是工艺简单，设 备简单，操作方便等。c）盐酸盐法：谷氨酸在浓冷盐酸中溶解度小，因此易生成晶体，可以提纯，加碱 液中和至等电点，使谷氨酸析出。它的特点是工艺收率高，流程长而复杂，碱酸耗量大， 要求劳动强度大。d）锌盐法：谷氨酸与锌离子作用生成难溶于水的沉淀，在酸性条件下可溶解，pH二2.

18、4 时，谷氨酸溶解度最小，会以晶体析出。锌盐法有两条途径一个是一步锌盐法即在发酵 液中直接投入锌盐，生成谷氨酸锌，再把谷氨酸锌用盐酸转化为谷氨酸，。另一个是通 过等电提取后，在上清液中加入锌。其特点是工艺简单，提取收率稳定，但对环境不利。e）溶剂抽提方法：在有机溶剂中谷氨酸溶解度小，可在除菌的谷氨酸中加某种有 机溶剂而提纯谷氨酸，但此法的安全性尚在研究中。C）提取方法的选择综上所述并结合实际选用一次等电点提取工艺。本工艺的优点是操作简单，对设备 要求不高，提取收率高，对环境污染小等。所以选择此新工艺产生废水少，改变了以往 工艺中产生大量废水的特点。4.9.2工艺流程，工艺控制A）工艺流程发酵罐

19、贮罐菌体分三废处理清液IpH=5. 0IpH二4 6IpH 二 31沉降静置8小时离心分离谷氨酸图2工艺流程图B）工艺控制a）除菌体采用碟片式离心机，处理量为每台30m7h, 5台一组，洗水量8m3/h,菌体分离浓度 为 50% ob）等电液把离心后的发酵液打入等电罐后，显示高流分调值约为5.0,缓慢调酸至4. 6,搅 拌1小时后，放入晶种，调晶4小时后，缓慢调酸至3. 0-3. 2,维持稳定，搅拌10小 时以上，静止78小时放料。C）离心机离心机处理量为810m7h, 5台并联法，每次加谷氨酸体积20%的洗水，清洗隸酸。5物料衡算物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的。物料衡算是进入系统的全

20、部物料重量 等于离开该系统的全部物料重量，即YF=YD+W10 / 52七万吨谷氨酸工厂设计修改式中：F进入系统的料量（Kg）D离开系统的物料量（Kg）W损失的物料量（Kg）5.1生产过程的总物料衡算1）生产能力以年产商品谷氨酸70000吨，折算为100%谷氨酸为66640t/ao日产商品谷氨酸：70000/320二218. 75（t/d）（其中99%的谷氨酸为175t, 80%的谷氨 酸为 43. 75t）日产 100%谷氨酸:66640/320=208. 25 （t/d）2）总物料衡算（以淀粉质原料为实例）（1）lOOOKg纯淀粉理论上产100%谷氨酸量：1000x1.1 lx 81.7%

21、x 1.272= 1153.5（2）lOOOKg纯淀粉实际产100%谷氨酸量：1000x1.1 lx 98% x 50% x 86% x 92% x 1.272 = 547.4Kg（3）lOOOKg工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）产100%谷氨酸量：547.4x86% = 470.8（4）淀粉单耗 It 100%谷氨酸消耗纯淀粉量：1000= 1.827（0547.4 It 100%谷氨酸实际消耗工业淀粉量：1000=2.124（f）470.8 It 100%谷氨酸理论上消耗纯淀粉量：丄出-=0.8669（/）1153.5 It 100%谷氨酸理论上消耗工业淀粉量:86%22 = 1.008（

22、/）（5）总收率:实际产量（Kg） 理论产量（Kg）xlOO% =547 4-_xl00% = 47.45%1153.5（6）淀粉利用率：1 AAQ-x 100% = 47.45%2.124（7）生产过程总损失100%47. 45%二52. 55%物料在生产过程中损失的原因： 糖化转化率稍低。 发酵过程中部分糖消耗于长菌体及呼吸代谢：残糖高；菌灭损失；产生其他产物。 提取收率低，母液中Glu含量高。 精致加工过程损耗及产生焦谷氨酸钠等。（8）原料及中间品计算 淀粉含量：208.25X 224 = 442.32（） 糖化液量:413.7924%= 1724.13（）纯糖442.32x86%xl.

23、llx98% = 413.79（）;折算为 24%的糖液: 发酵液量纯 Glu 量：413.79x50% = 206.90（d）；折算为 8g/dl 的发酵液：206.90/8% = 2589.25（m3）； 2586.25xl.05 = 2715.56（t） （1.05 为发酵液的相对密度） 提取Glu量：纯 Glu 量：206.90x86% = 177.93（t/d）；折算为 90%的 Glu 量：177.93/90% = 197.7（t/d） Glu废母液量（采用等点-新离子回收法，以排出之废母液含GluO. 7g/dl计算）：（206. 90-177. 93） /0. 7%=4138.

24、 57 （m3 /d）3）总物料衡算结果衡算结果汇总表，如下图所示。；工业原料，淀粉含量86%。表1总物料衡算结果原料淀粉质原料（玉米淀粉）项目生产It 100%谷氨酸t/d工业原料2. 14442. 32糖液(24%) (t)8. 281724. 13谷氨酸（90%） （t）0. 95197.7谷氨酸(100%) (t)1.0208. 25排岀含0.7%谷氨酸废母液（m3 ）19.84138. 575.2制糖工序的物料衡算（1）淀粉浆量及加水量：淀粉加水比例1： :2.5,1000Kg工业淀粉产淀粉浆1000x（1 + 2.5） = 3500（Kg）;加水量为 2500Kgo（2）粉浆干物质

25、浓度1000x86%3500-x 100% = 24.57%26 / 52（3）液化酶量：使用液体a淀粉酶3500x0.25% = 8.75()(4) CaCl2 量:3500x0.25% = 8.75（）（5）糖化酶量：用液体糖化酶3500x0.25% = 8.75()（6）糖化液产量1000x86%xl.11x98%24%= 3898(Kg)24%糖液的相对密度为1. 093898/1. 09=3576(L)(7) 加珍珠岩量:为糖液的0.15%3898x0.15% = 5.85()(8) 滤渣产量：含水70%废珍珠岩5. 85/(1-70%) =19. 5 (Kg)(9) 生产过程进入的

26、蒸汽和洗水量3898+19. 5 一 3500 一 (8. 75x3) -5. 85=385.4 (kg)(10) 衡算结果：根据总物料衡算，日投入工业淀粉442.32S物料衡算汇总表表2制糖工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目物料比例(Kg)日投料量(Kg)项目物料比例(Kg)日产料量(Kg)工业淀粉1000442320残糖3898配料水2500滤渣19.58582. 2液化酶8. 753870. 3CaCL& 753870. 3糖化酶8. 753870. 3珍珠岩5.852586. 2洗水和蒸汽385.4161824.1累计3917. 51724141.2累计3917.51724

27、141.25.3连续灭菌和发酵工序的物料衡算1) 发酵培养及数量 lOOOKg X业淀粉，得到24%的糖液3898Kgo发酵初始糖液浓度为16. 4g/dl,其数量为:3898 x 24%16.4%(VV/V)= 5704(厶)16. 4g/dl的糖液相对密度为1. 06,5704x1.06 = 6046() 配料按放罐发酵液体积计算：5704 x喧竺=5847(A) 16.0%玉米浆：5847 x 0.2%(W/V) = 11.7()甘蔗糖蜜：5847xO.3%(W/V) = 17.5()无机盐(P、Mg、K 等)：5847x02%(W/U) = ll7(Kg)配料用水：配料时培养基的含糖量

28、不低于19%,向24%的糖液中加水量为: 3眈心 3*98=1026(心)19% 灭菌过程中加入蒸汽量及补水量6046-3898-1026-11. 7-17. 5-11. 7=1081 (Kg) 发酵零小时数验算3898+11. 7+17. 5+11. 7+1026+1081二6046 (Kg)其体积为:6046/1. 06=5704 (L)与以上计算一致。2) 接种量5847 xl%(W/V) = 58.5(A)585xl06 = 62(Kg)3) 发酵过程加液氨数量：为发酵液体积的2. 8%：5847x 2.8%(IV/V) = 164(ATg),液氨容重为 0. 62Kg/L, 164/

29、0. 62=265 (L)4) 加消泡剂量：为发酵液的0.05%。5847x0005%(W/U) = 29(Kg),消泡剂的相对密度为 0 8, 2. 9/0. 8=3. 6 (L)5) 发酵过程从排风带走的水分进风25°C,相对湿度o二70%水蒸气分压18mmHg (lmmHg=133. 322Pa),排风32°C,相对湿度。二100%,水蒸气分压27mmHgo进罐空气的压力为15大气压(表压)(1大气压=1.01325xl05Pa),排风0. 5大气压(表压)。出进空气的湿含量差:27x100%c 18x70%U.o221.5x760-27x100%2.5x760-18

30、x70%=0.0149 -0.0042 =001(Kg水/Kg干空气)通风比：1:0. 2,带走水量：5847x0.2x 60x36x1.157x0.001x0.01 = 29( Kg)式中1. 157为32°C时干空气密度(Kg/m3 )过程分析、放罐残留及其他损失52Kg6) 发酵终止时的数量6046+62+164+209-29-52二6194 (Kg)7) 衡算结果汇总：年产7万吨商品味精日投工业淀粉442. 32t,连续灭菌和发酵工序的物料衡算汇总表如下：表3连续火菌和发酵工序物料衡算汇总表进入系统离开系统项目It工业淀粉之匹配物料(Kg)t/d项目It工业淀粉Z匹配物料(K

31、g)t/d24%糖液38981724.16发酵液61942739.73玉米浆11.75.18空气带走水分2912. 83甘蔗糖蜜17.57. 74无机盐11.75.18过程分析、放罐残留及英他损失5223. 00配料水1026453. 82火菌过程进蒸汽及水1081478.15种量6227. 42液氨16472. 54消泡剂2.91.28累计62752775. 4762752775.565.4谷氨酸提取工序的物料衡算采取冷冻等电及其新离交回收工艺。(按lOOOKg工业淀粉之匹配量计)(1 )发酵液数量:5847L； 6194Kgo(2 )加98%硫酸量：为发酵液的3. 6% (W/V)5843

32、x3.6% = 210( Kg)98%H：S0,的相对密度184,故:210/1.84 = 114（A）（3）谷氨酸产量 分离前谷氨酸量：100%Glu 量：5843x8%（W/V） = 467.4（ Kg） 分离后谷氨酸量：纯 Glu：467.4x86% = 402（ Kg）90%的 Glu：402/90% = 446.6( Kg)式中86%Glu提取收率（4 ）母液数量：母液含Glu 0. 7g/dl467.4 一 40207=9343(0（5 ）谷氨酸分离水洗量446.6 x 20% = 89（ L）（6 ）母液回收过程中用水及酸、碱等数量9343-5843-114-89 = 3297(

33、£) = 3297(心)（7）物料衡算结果根据以上计算，再乘以442. 32 （日投工业淀粉数）及得出每日之物料量，汇总列如 下表。表4谷氨酸提取工序物料衡算汇总表离开系统进入系统It工业淀粉It工业淀粉项目及匹配物料(Kg)t/d项目及匹配物料(Kg)t/d发酵液61942739.7390%谷氨酸446.6197. 54H：S0t21092. 89母液93434132.60分离用洗水8939. 37回收加水等32971458.33累计97904330.329798. 64330. 145.5精制工序的物料衡算(1) 谷氨酸数量100%Glu 402Kg： 90% Glu 446.

34、6Kg(2) Na2C03量446.6x36.6% = 161( Kg)(3) 加活性炭量446.6x0.3% = 1.34(/)(4) 中和液数量402x1.27240%(VV/V)= 1278(01278x1.16 = 1.482()式中1.16一含40% (W/V)谷氨酸溶液的相对密度(20 °B)(5) 中和加水量1482 一 446.6 一 1.4 一 161 = 873(心)(6) 产谷氨酸量产100%谷氨酸量：精制收率92%,产100%量为:402xl.272x 92% = 470.5( Kg)(7) 产母液量：母液平均含谷氨酸量25% (W/V)402xl.272x一

35、 = 164(A)25%母液的相对密度1.1,则：164x1.1 = 180.4（心）（8）废湿活性炭数量：湿碳含水75%1. 34/（1 一 0. 75）=5. 4（Kg）（9）谷氨酸分离调水洗水量470.5x5% = 24（ Kg）（10）中和脱色液在结晶蒸发过程中蒸出的水量1482 + 24 - 470.5 -180.4 -5.4 = 850（ Kg）（11）物料衡算汇总，列如下表：表5精制工序物料衡算汇总表进入系统离开系统It工业淀粉项目It工业淀粉及匹配物料（Kg）t/d项目及匹配物料（Kg）t/d90% Glu446.6197. 54100%谷氨酸470.5208. 11N比血16

36、171.21母液180.479. 79活性炭1.40. 62废碳5.42. 39中和加水量873386. 15蒸发水量850376. 00分离洗水2410. 62累计1506666. 14累计1506. 3666. 296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:Q + 02 + 03 = 04 + 2 + Q（、式中Q1物料带入的热量（J）Q：蒸汽热量（J）Q3各种热效应，如发酵热、稀释热、溶解热等（J）Q.物料带走热量（J）q5消耗与设备上的热量（J）q6设备向外界散失热量（J）6.1液化工序热量衡算1）液化加热蒸汽量d_gc（dZ-2式中G淀粉浆量（Kg/h）C淀

37、粉浆比热容【KJ/ （Kg-K）】tx浆料出温（20+273二293K）t：液化温度（90+273二363K）I加热蒸汽ft 2738KJ/Kg （0. 3MPd,表压）X 加热蒸汽凝结水的焰，在363K时为377KJ/Kg（1）淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉442.32t；442. 32/24=18. 43（t/h）o 加水为 1:2.5,粉浆量为:18430x 3.5 = 64505( Kg /)（2）粉浆干物质浓度18430x86% “ac 小一帀x 100% = 24.6%64505（3）粉浆比热C可按下式计算：C = C（） + C4. 10Q-v° 100 人 1

38、00式中Co淀粉质比热容，取1.55KJ/（Kg/K）X粉浆干物质含量，24.6%C水水的比热容，4. 18KJ/(Kg-K)c = 1.55 + 4.18-1()()24'6 = 3.53 KJ/(Kg/K)l 100 100(4) 蒸汽用量2738-377（-）灭酶用蒸汽量d = 645O5x3.53x(9O-2O)=675LO3(/o灭酶时将液化液有90°C加热至100°C,在100°C时的X为419KJ/Kg。64505x3.53x(100 90)2738-419= 981.9(Kg/力)要求在20分钟内使液化液山90°C生至100

39、76;C，则蒸汽高峰量为:981.9x 善= 2945.7(Kg/?)以上两项合计，平均量6751. 03+981. 9=7732. 93 (Kg/h)每日用量7.73 x 24 = 185.52(/J)高峰量:6751.03 + 2945.7 = 9696.73（ Kg/?）（二）液化液冷却水用量使用板式换热器，将物料由100°C降至65°C,使用二次水，冷却水进口温度20°C, 出水温度587°C,需冷却水量（W）：vv =(64505 + 7732 .93) x 3.53 x (100 一 65)(58.7-20)x4.18= 55172 3(Kg

40、/)及 1324. 14（t/d）一、糖化工序热量衡算日产 24%的糖化液 1724. 16t,及 1724. 16/1. 09=1581. 8 (m3) 糖化操作周期 30h,其中糖化时间25h。糖化罐400m3,装料系数75%,需糖化罐:1581.8400x75%x 22 = 6.624用7个400m3的糖化罐。使用板式换热器，使糖化液（经灭酶后）Lil 85°C降至60°C,用二次水冷却，冷却 水进口温度20°C,出口温度45°C,平均用水量为：= 61004.8(/?)(64505 + 7732.93) x 3.53 x (85 - 60)(45

41、-20)x4.18要求在2h把300涙糖液冷却至40°C,高峰用水量为:= 1380755(Kg/z)61004.8300000x1.09x64505 + 7732.932每日糖化罐同时运转:6.6x = 5.5（罐）30每投（放）料罐次：空兰=5（罐次）300每日冷却水用量：2x13&lx55 = 1519l（）2）连续灭菌和发酵匸序热量衡算（一）培养液连续灭菌用蒸汽量发酵罐800m3装料系数0. 75,每罐产100%谷氨酸量:800 x0.75x8%x 86% x 92% x 1.272 = 48.3（0年产7万吨商品味精，日产100%谷氨酸20& 25to发酵操

42、作时间48h （其中发酵时间38h）,需要发酵罐台数:空去兰= 8.6（台）4&324取9台每日投（放）料罐次208.25“ °（= 4.3148.3日运转：8.6 X = 6.8（罐）48 V 7每罐初始体积600m3,糖浓度16. 4g/dl,灭菌前培养基含糖19%,其数量： 600x16.4%八= 517.9（/）19%灭菌加热过程中用0. 4MPa蒸汽（表压）I=2748KJ/Kg,使用板式换热器将物料山20°C预热到75°C,再加热至120°Co冷却水由20°C升至45°C。每罐灭菌时间3h,输料流量：5179-一

43、=172.6(/:)消毒灭菌用蒸汽量(D)小 172600x3.97x(120-75)”D = 13757(心/力)=13.8(/?)2743-120x4.186式中3. 97为糖液的比热容Kg/(Kg-K)每天用蒸汽量:13.8x3x5 = 207（）高峰用量：13. 8t/h平均量：207/24 = & 63（/?）（二）培养液冷却用水量120°C热料通过与生料热交换，降至80°C,再用冷却水冷却至35°Co冷却水有20°C 升至45°C,计算冷却水用量（W）：唤”劲.7（/：） = 295.1（/.） （45-20）x4.18全天

44、用水量：295.1x3x5 = 4426.5（）（三）发酵罐空罐灭菌蒸汽用量（1）发酵罐体加热：800m3 lCrl8Ni9的发酵罐体重137. 2t,冷却管重15t, lCrl8Ni9的比热容0. 5KJ/ （Kg-K）,用0. 2MPa （表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0. 15 MPa（表压）下，由20°C升至127°C。其蒸汽量为：（137200+15000） x 0.5 x （127 - 20）” 、=3723（ Kg）2718-127x4.18（2）填充发酵罐空间所需的蒸汽量：因800n?发酵罐的全容积大于800m3,考虑 到罐内之排管，搅拌器等所占空间，罐之自山空

45、间仍按SOOnf汁算。填充空间需蒸汽量:D =V/9 = 800xl .622 = 1397 .6（ Kg）式中V发酵罐自由空间即全容积（n?）p加热蒸汽的密度（Kg/n? ）, 0. 2MPa表压时为1. 622（3）灭菌过程的热损失：辐射与对流联合给热系数a ,罐外壁温度70°Coa = 33.9 + 0.19x（70 一20） = 434KJ/（m2K）800m3的发酵罐的表面积为804,耗用蒸汽量:= 796( Kg)804x43.4x(70-20)2718-127x4.18（4）罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗= 164(Kg)804 x 0.001 x 1000 x (127

46、 - 20)2718-127x4.18式中0.001附壁水平均厚度(1mm)(5) 灭菌过程蒸汽渗漏，取总蒸汽消耗量的5孰 空罐灭菌蒸汽消耗量为:= (Kg/)3723+1397.6 + 796+1641-0.05每空罐灭菌l5h,用蒸汽量:6631 .7x1.5 = 9947.55( / 罐)每日用蒸汽量：9947.55 x5 = 4973775(Kg /)平均量49737.7524= 2072.4(/)(三)发酵过程产生的热量及冷却用水量根据部分味精工厂的实测和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约30xl04A7/(iri3h)。800m3发酵罐，装液量600m3,使用新鲜水，冷却水进口温度10

47、°C,出口温度20°C, 冷却水用量(W):=430622 (Kg /h) = 431 (f/h)3.0x104x600W =(20-10)x4日运转6. 8台，高峰用水量:431x6.8 = 2930.8(”)日用水量：2930.8x0.8x24 = 56271.4 (t/d)56271.4平均水量： 24=2344. 6 (t/h)式中0. 8各罐发热状况均衡系数6. 2谷氨酸提取工序冷量衡算等电罐800m3,装液量600m3,相对密度1.06,由30 °C降至5 °C,降温速度2 °C/ho其冷却量:七万吨谷氨酸工厂设计修改600 x 1

48、03 x 1.06 X 2 X 3.97 = 5.05 x 106 (KJ/h)式中3. 97发酵液比热容KJ/(Kg-K)中和时,跖0对水的溶解热为92KJ/mol, 6h加98% H：SO, 5100Kg,其溶解热为:5100 x 98%6 x 98X 92 = 782 (KJ/h)可忽略不计5.05 x106罰=1402.8(Kw)= 2.3 xlO627 / 52每天运转6. 8台，则总制冷量:1402.8 x 6.8 = 9539 (Kw)6.3谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产7万吨商品味精，日产100%谷氨酸208. 2ot,选用lOOnf强制内循环结晶罐, 浓缩结晶操作24

49、h,其中辅助时间4h。每罐产100%谷氨酸40t,需结晶罐台数：208.25(40 - 6.4)6,2取7台式中6.4每罐投入的晶种量(t)(-)热平衡与计算加热蒸汽量每罐投入40g/dl的中和脱色液(俗称原液)92m3,流加30g/dl母液128m3,过程 中加水24m3,在70°C下真空结晶,浓缩3h,育晶17h。放料数量80m，(1) 热量衡算 来料带入热量：进料温度35°C,比热为3.5KJ/(Kg-K)q 柏二(92 x 1.16 + 128 X 1.13) x 3.5 x 35 x 103 = 3.1 x 107 (KJ) 加水带入热量：Q 小二24 x 4.1

50、8 x 35 x 103 = 3.5 x 106 (KJ) 晶种带入热量：谷氨酸比热容1.67KJ/(Kg-K)q _6400 X 1.67 x 20 = 2.1 x 105 (KJ) 结晶放热：谷氨酸结晶热为12. 7KJ/mol(40 一 6.4)x 106x 12.7Q晶鶴二187(KJ)七万吨谷氨酸工厂设计修改 母液带走热量：分离母液48m3 ,折算为相对密度126时60. 5t,比热容为2.83KJ/(Kg-K)Jq = 60.5 x 103 x 2.83 X 70 = 1.2 X 1()7(灯) 随二次蒸汽带走热量:q 二(92 + 128 + 24 - 80) X 2626 x

51、106 = 4.31 x 108(KJ)式中80结晶罐放罐时的结晶液量(n?) 随结晶谷氨酸带走热量：Q出晶=40 x 103 x 1.67 x 70 = 4.7 x 106 (RJ)需外界供给热量：Q出品=(Q母+ Q二蒸+ Q出品)一(Q来料+ Q来水+ Q来晶+ Q晶热)=(1.2 x 107 + 4.31 x 108 + 4.7 x 106)-(3.1 X 107 + 3.5 X 106 + 2.1 X 105 + 2.3 X 106)=4.1 x 108 (KJ)(2) 计算蒸汽用量每罐次用蒸汽量：热损失按5%折算。4.1 x 108(2717 - 535) X 0.95=18 x

52、105 (Kg/耀次)每罐浓缩结晶时间20h,每小时消耗蒸汽高峰量:1.98 x 105帀= 9900 (Kg/h)7台罐(实际是6. 2台)同时运转，高峰用蒸汽量:6.2 x 9900 = 61380 (Kg/h)每日用蒸汽量：6.2 X 1.98 X 10 = 1.2 X 10 (Kg/d) =1200 (t/d)每小时平均用蒸汽量：1200/24=50(t/h)(二)冷却二次蒸气所消耗冷却水量(1) 二次蒸汽数量，即水蒸速度28 / 52七万吨谷氨酸工厂设计修改92 + 128 + 24 - 8080=2.05m3 水/h)(2) 冷却水用量：使用循环水，进口温度30°C,出口

53、温度45°C, 70°C水蒸气焙 2626. 8 (KJ/Kg)，需冷却水量(W)：=79734 (Kg)=80 (t/h)2.05 x 103 x(2626.8 - 45 X 4.18)(45 - 30) X 4.187台罐，咼峰用水量：80 x 7 = 560 (t/h)全日用水量：80 x 20 x 6.2 = 9920 (t/d)平均用水量：9920/24=413. 3(t/h)为保证循环水温不高于30°C,需加进二次水6600t/do6. 4干燥过程的热衡算分离后之湿谷氨酸含水2%,干燥后达到0.2%,进加热之空气为18°C,相对湿度 &=70%,通过加热器使空气升至80°C,从干燥器出来的空气为60°Co年产7万吨商品味精：日产湿味精212.41,二班生产，即212.4/169=13. 3(t)干燥水分量：212400 X 2% - 208250 X 0.2%订=239(Kg/h)18°C空气湿含量&=70%, VO. 009Kg/Kg 干空气，I。二41. 8KJ/Kg 干空气；加热 80°C, Ii=104. 5KJ/Kg 干空气用公式： = x2-Xi = °物料一 Q损失一 Q初温式中空气经过干燥后的热量变化(KJ/K