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北京化工大学生命科学与技术学院生物工程专业制药设备与工艺设计作业题目：年产7000t味精发酵车间工艺设计说明书27页图纸5张书面整理与设计：杨雨濛（200782043）物料计算：段妍（200782048）胡春燕（200782049）绘图部分：杨雨濛、段妍、胡春燕2010年6月25日于北京1§1.设计任务书1基础数据：生产规模：7000t／年味精产品规格：100%MSG（一水谷氨酸钠）表1发酵法生产谷氨酸的工艺技术指标序号生产工序参数名称技术指标1234567制糖（双酶法）发酵发酵谷氨酸提取精制发酵发酵淀粉糖化转化率产酸率g/100mL糖酸转化率%提取收率%精制收率%操作周期h培养时间≥98%≥8.05086924838表2味精生产过程的原辅材料及动力单耗（1t100%MSG计算）物料名称规格单耗（t/t）玉米淀粉含淀粉86%2.124硫酸98%0.45液氨99%0.35纯碱98%0.34活性炭0.03水309电2000kwh/t蒸汽11.41.1二级种子培养基及发酵培养基的组成（重量/体积）二级种子培养基：水解糖2.5%，糖蜜2.0%，尿素0.35%，磷酸氢二钾0.10%，硫酸镁0.06%，玉米浆0.5~1.0%，泡敌0.06%，硫酸锰0.2mg/100mL，硫酸亚铁0.2mg/100mL.发酵培养基：水解糖16.4%，甘蔗糖蜜0.30%，硫酸镁0.06%，氯化钾0.08%，磷酸氢二钠20.02%，玉米浆0.20%，泡敌0.05%，硫酸锰0.2mg/100mL，硫酸亚铁0.2mg/100mL，植物油0.10%.1.2接种量1%.1.3发酵过程加液氨量为发酵液体积的2.8%，液氨密度为0.62kg/L，消泡剂相对密度为0.8.1.4通气量：0.2VVM1.5生产天数：320天2设计内容2.1根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。简述工艺流程。2.2工艺计算：发酵车间的物料衡算，热量衡算，无菌空气用量的计算。2.3味精发酵车间生产设备的选型计算(包括设备的容量、数量、主要的外形尺寸)。3设计要求3.1根据以上设计内容书写设计说明书。3.2完成初步设计阶段图纸：工艺流程图(包括无菌空气、配料连消、菌种与发酵)；发酵车间平面布置图。4报告内容4.1目录4.2工艺条件的确定和工艺流程说明4.3工艺计算4.4设备选型计算4.5附图4.6参考文献4.7重要符号说明3§2.报告内容：·目录:一、工艺条件的确定和工艺流程说明1味精简介2味精生产方法及工艺2.1以小麦为原料生产味精的工艺2.2以玉米为原料生产味精的工艺3本工艺设计的简介3.1制粉工艺3.2制糖3.3发酵3.4提取3.5精制工艺3.6烘干、筛分、包装工艺3.7环保部门二、工艺计算1物料衡算1.1生产过程的总物料衡算1.1.1生产能力1.1.2总物料衡算1.1.3淀粉的单耗1.1.4利用率计算1.1.5原料及中间体的计算1.2发酵工序的配料及连续灭菌过程物料衡算1.2.1发酵培养的糖液量1.2.2配料1.2.3配料的水量1.2.4发酵终点发酵液量1.2.5种子培养过程物料衡算2连续灭菌和发酵工段热量衡算2.1培养液连续灭菌用蒸汽量2.1.1发酵罐数量的计算2.1.2蒸汽用量计算2.1.3培养液冷却水用量2.2发酵罐蒸汽用量2.2.1发酵罐空罐灭菌的蒸汽用量2.2.2充满发酵罐空间需要的蒸汽量2.2.3灭菌过程中的热损失2.3发酵过程冷却水用量3无菌空气消耗量计算3.1单罐发酵无菌空气消耗量计算3.2种子培养等其他无菌空气耗量3.3发酵车间高峰无菌空气耗量3.4发酵车间年用气量三、发酵工段设备选型1发酵罐1.1发酵罐生产能力的确定1.2发酵罐台数的确定1.3发酵罐容积计算1.4校核1.5冷却面积计算2种子罐2.1种子罐容积的确定2.2种子罐数量的确定2.3冷却面积的计算3连消操作的设备选型3.1连消塔长度3.2进料管直径计算3.3连消蒸汽耗量3.4进气管直径计算3.5出料管直径计算3.6连消塔外圆尺寸计算3.7外筒有效长度的校核4维持罐的计算4.1维持罐的选型4.2生产能力、数量和容积的确定4.3设备主要尺寸的确定4.4核算其总容量四、附图五、参考文献4一、工艺条件的确定和工艺流程说明1味精简介味精是调味料的一种，别名为味素、味之素，主要成分为谷氨酸钠,又叫麸氨酸钠（含30%左右），其中还含有30～40%的盐、10%的糊精和20～30%的添加剂。其中谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。有鲜味，通过刺激舌头味蕾上特定的味觉受体（胺基酸受体T1R1/T1R3或谷氨酸受体）以带给人鲜味的感受，是常用调味料的一种，广泛存在于日常的食品中。谷氨酸钠是一种胺基酸谷氨酸的钠盐。是一种无嗅无色的晶体，在232℃时解体熔化。谷氨酸钠的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸钠。在强碱溶液中，它能生成谷氨酸二钠，鲜味就没有了。如果将水溶液加热到120℃，能使部分谷氨酸钠失水而生成焦谷氨酸钠，就更没有鲜味了。图1谷氨酸钠和谷氨酸的结构式据研究：味精其摄入体内后可分解成谷氨酸、酪氨酸，对人体健康有益。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。味精于1909年被日本味之素（味の素）公司所发现并申请专利。纯的味精外观为一种白色晶体状粉末。当味精溶于水（或唾液）时，它会迅速电离为自由的钠离子和谷氨酸盐离子（谷氨酸盐离子是谷氨酸的阴离子，谷氨酸则是一种天然氨基酸）。要注意的是如果在100℃以上的高温中使用味精，鲜味剂谷氨酸钠会转变为对人体有致癌性的焦谷氨酸钠。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。52味精生产方法及工艺最初的味精生产是用水解法提取获得的。1861年，德国的一位教授从小麦的面筋当中，第一次提取出味精的组成成分谷氨酸。随后，日本科学家又将谷氨酸的提取转向大豆和小麦，并获得了成功。我国的化学工程师吴蕴初他先用34％的盐酸加压水解面筋，得到一种黑色的水解物，经过活性炭脱色，真空浓缩，就得到白色结晶的谷氨酸。再把谷氨酸同氢氧化钠反应，加以浓缩、烘干，就得到了谷氨酸钠。然而，用水解法生产味精是很不经济，这种方法要耗用很多粮食，每生产1吨味精，至少要花费40吨的小麦。而且，在提取谷氨酸钠时产生许多味道不好的气体，使用的盐酸也易腐蚀机器设备，还会产生许多有害废水。协和公司组织的一批科学家在进行研究时发现，用糖和尿素在微生物的作用下也可制得谷氨酸，1956年，协和公司筛选出谷氨酸短杆菌，诞生了谷氨酸钠的发酵法生产。协和公司的科学家们用糖、水分和尿素等配制成培养液，再用高温蒸汽灭菌法灭菌，然后把培育好的纯种短杆菌在最有利的环境下接种进去，让它们生长、繁殖，并把绝大部分的糖和尿素转变为谷氨酸，发酵结束后用碱中和，使之成为钠盐，再经提取、精制获取味精。用协和公司发明的新方法生产味精，每吨只耗用小麦3吨，不仅操作简单，成本大大降低，而且味精的纯度提高，鲜味更强。目前，国外均是以糖、蜜作为原料来生产味精，而在我国，则用玉米或者大米等粮食作物生产味精。2.1以小麦为原料生产味精的工艺以小麦为原料，先进行研磨，得到麸皮和粗制小麦面粉（淀粉）；取粗制小麦淀粉进行分离，得到谷朊粉（即小麦蛋白）及精致小麦淀粉；取精致小麦淀粉进行制糖处理，主要得到葡萄糖，所得的糖液加入菌种和原辅料进行发酵，而剩余的糖渣则可生产得到牲畜饲料等产品。经过一段时间后，对料液进行提取，得到粗制的谷氨酸晶体，并进行溶解，加入Na2CO3进行中和；在精制过程中利用炭和树脂进行脱色除杂处理，最后经过结晶等步骤，得到符合标准的味精成品；成品按照颗粒大小洁净程度等标准经过分类包装，成为不同品质的味精产品进行销售。用发酵法生产谷氨酸钠的一般工艺流程如图2所示，6图2发酵法生产味精2.2以玉米为原料生产味精的工艺以玉米为原料，包括糖液制备、谷氨酸发酵、谷氨酸提取、谷氨酸钠精制等工艺。3本工艺设计的简介设计任务书要求设计年产7000吨味精的工艺流程，并对生产方法、工艺操作参数、设备选型等进行阐述。现以玉米为生产原料，设计年产7000吨味精的工艺流程，整个流程分为制粉、糖化、麸皮磨小麦面粉淀粉生产谷朊粉糖渣制糖发酵原辅料、种子等提取Na2CO3中和结晶味精（脱色、除杂等）精制7谷氨酸发酵、谷氨酸提取、谷氨酸纳精制、烘干、包装等工艺。3.1制粉工艺本工艺主要完成将原材料玉米加工成为直接原料——淀粉，其中主要的包括磨粉、筛分、配粉、打包等工段。设计一制粉车间，专门负责完成淀粉的生产。3.2制糖糖化工艺的主要任务是为后续的谷氨酸发酵提供碳源——糖液生产。具体过程为：上一步的得到的玉米淀粉通过调浆，使其达到一定浓度，通过加入纯碱以调节PH＝5.8～6.2，并加入浓度在0.6‰的液化酶。一段时间以后，在110摄氏度蒸汽加热下进行喷射，经过两小时的层流液化测DE达到14～20％后，进行调料。首先调节PH至4.0～4.4，然后降温至六十摄氏度，加入千分之一的糖化酶进行糖化；一定时间后进行中和，需升温至80℃，调节PH至4.8～5.2，以期去掉蛋白质并使黏度降低。然后经过板框过滤去除糖渣，得到所需要的糖水。设计一糖化车间，负责为谷氨酸发酵工段提供要求浓度的糖液。3.3发酵谷氨酸的发酵工艺中主要包括三大系统，即无菌空气系统、流加系统和灭菌系统，其次还包括种子的改良、种子的培养、接种、育种、发酵参数调节、发酵产品检测等。无菌空气通过多级过滤获取，主要的过滤介质有棉花和膜。灭菌系统包括物料的灭菌和发酵罐、种子罐等设备的空罐灭菌，物料的灭菌采用连消系统，流加操作主要是糖液的流加和泡敌的流加两个方面。设计一个发酵车间，主要负责种子的改良、培养、接种、育种、发酵等工作任务，同时还配置流加系统和完整的连消装置，无菌空气有专门的无菌空气房提供。大体流程见下图38图3发酵流程示意图3.4提取常用的谷氨酸提取的方法很多，现设计为采用等电点结晶法提取，调节溶液PH为3.22。主要包括浓缩、调节PH连续等电点结晶、拉冷、一次分离、二次分离、转晶、带式分离、碳酸钠（纯碱）中和等工段。浓缩用的设备采用常见的降膜浓缩系统，一次、二次分离使用的离心机是卧式螺旋卸料沉降离心机。设计一个提取车间，完成提取阶段的任务。3.5精制工艺精制工艺比较简单，生产任务也比较轻，主要承担脱色、分离、结晶、晶体分离等生产任务。脱色采用活性炭即可，结晶过程采用抽真空、浓缩、加入晶种等辅助手段帮助结晶。设计一个精制车间，负责谷氨酸钠的精制任务。3.6烘干、筛分、包装工艺这是对产品进行进一步的精制和包装的任务。包装后的产品经过有关部门的验收后，就可以进入市场流通。由于烘干、筛分、包装工艺的生产任务轻，设计时不专门设定车间，将其和库房合并，共用一套厂房。菌种活化一级种子培养二级种子扩大培养三级发酵（菌种室）培养基流加剂（糖，液氨，泡敌）无菌空气93.7环保部门味精生产过程会产生一定量的废液，如果直接排放，会对当地的环境造成极大地污染，同时，这也是国家所不允许的。因此，设计时将环保部门作为独立的部门行使职责，处理生产过程中产生的废液，对部分有用成分进行回收，同时将废液处理到国家允许排放的标准之下。二、工艺计算1物料衡算1.1生产过程的总物料衡算1.1.1生产能力年产7000吨MSG（按100%的MSG计算），生产天数为每年生产320天，即日产100%的MSG21.875吨。1.1.2总物料衡算（1）1000kg纯淀粉理论上能生产100%MSG的量为：1000×1.11×81.7%×1.272=1153.5（㎏）（2）10