35000吨味精工厂发酵车间设计

1武汉轻工大学《发酵(制药)工厂设计》课程计说明书设计题目：年产35000吨味精工厂发酵车间工艺设计姓名学号10021院(系)生物与制药工程学院专业生物工程指导教师陶兴无2014年1月10日235000吨味精工厂发酵车间工艺设计xxx(武汉轻工大学生物与制药工程学院武汉430023)摘要:味精，学名“谷氨酸钠（C5H8NO4Na）”。谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。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，用于水稀释3000倍，仍能感觉到鲜味，因而得名“味精”。味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。本设计为年产味精厂35000吨味精工艺设计；以玉米淀粉为原料水解生成葡萄糖、利用谷氨酸生产细菌进行碳代谢、生物合成谷氨酸、谷氨酸与碱作用生成谷氨酸钠即味精为主体工艺，进行物料衡算、热量衡算、水衡算和设备选型计算，并绘制了发酵车间连续消毒工序流程图以及设备布置图。关键词:味精，发酵车间，连消工序，工艺设计3Abstract:Thedesignisanannualoutputof40000tonsofmonosodiumglutamateformaterialbalancecalculation，heatbalancecalculation，waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor，processdesign;Tohydrolysisofcornstarchasrawmaterialstogenerateglucose，glutamicacidproducingbacteriatousecarbonmetabolism，biosynthesisofglutamicacid，glutamicacidandalkalitoformasodiumglutamateorMSGisthemainprocess，formaterialbalancecalculation，heatbalancecalculation，waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor，andmappedthestructureoffermentationtank，fermentationprocesswithcontrolpointmap，thefactoryfloorplan，saccharificationprocessmapandtheprocessmapofextractionandpurification.Keywords:MSG，fermentationworkshop，continuousdisinfectionprocesses，processdesign41总论1.1概述1.1.1产品名称、性质味精即谷氨酸钠，是L-谷氨酸的单钠盐，又称味素，学名α-氨基戊二酸钠，含有一分子的结晶水，分子式为NaC5H8O4N•H2O，分子量为187.13。味精和谷氨酸都有旋光性，有D-型及L-型二种光学异构体。当D-型与L-型相等时，发生消旋，称为DL-型。在动植物体中存在的谷氨酸都是L-型，用蛋白质水解法及发酵法生产的谷氨酸钠也都是L-型，而用化学合成法生产的谷氨酸为DL-型[3]。味精的主要物理性质：（1）性状：味精是无色至白色的柱状晶体或白色的结晶性粉末；（2）结晶系：斜方晶系，柱状八面体。轴角α=β=γ=90o，轴长a≠b≠c；（3）密度：粒子相对密度1.635，视相对密度0.80～0.83；（4）溶解度及其他：不溶于酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂，易溶干水，比重为1.65；熔点为195℃；在120℃以上逐渐失去分子中的结晶水；pH为7.0。味精的主要化学性质是：（1）与酸作用，生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐；（2）与碱作用，生成谷氨酸二钠盐，加酸后又生成单钠盐；（3）长时间受热会引起分子内失去水生成焦谷氨酸钠；（4）水溶液中解离。1.1.2产品应用范围、市场味精不但是人民生活中的主要调味品，而且是食品工业中的一种高利税产品，尤其是受原材料市场充裕，价格便宜的诱发，自80年代以来，它吸引着国内许许多多生产者，整个行业呈现突飞猛进的势态。80年我国味精产量只5有3.1万吨到91年已经发展到200多家企业，味精产量达到27.16万吨。年发展速度达到121.81%。在以味精、啤酒、白酒、糖、卷烟、五项农产品为原种的工业品中，味精发展速度最快。最近几年随着社会主义经济由计划向市场经济的转变一方面，由于原材料供应纳入市场调节，原材料价格翻番上涨，导致味精生产成本价格急剧上升；另一方面，由于同行业竞争激烈，致使市场疲软，产品严重积压，从而给整个味精行业带来严峻考验，一些规模较小，效益较低的味精厂面临停产、转产的危机。1.1.3产品的各种生产方法(一)酸解法酸解法又称酸糖化法，它是以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。用酸解法生产葡萄糖，具有生产简易，由淀粉逐步水解为葡萄糖的整个化学过程仅仅在一个高压容皿中进行，对设备要求简单，水解时间短，设备生产能力大等特点。由于水解作用是在高温高压及一定酸浓度条件下进行的，因此酸解法要求有耐腐、耐高温、高压的设备，况且淀粉在酸水解过程中所发生的化学变化是很复杂的，除了淀粉的水解反应外，尚有副反应的发现，这将造成葡萄糖的损失而使淀粉转化率降低，酸水解法对淀粉原料要求严格，淀粉颗粒不易过大，大小要均匀，颗粒大，易造成水解不彻底。淀粉乳浓度也不易过高，浓度高，转化率低。（二）酸酶法即事先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。用酸酶水解淀粉制糖，具有酸液化速度快，切糖化是由酶来进行的，对液化液要求不高，可采用较高淀粉乳浓度，提高生产效率。此法用酸量较少，产品颜色浅，糖液质量高。（三）酶酸法6是将淀粉先用γ-淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺，能采用粗原料淀粉，淀粉浓度较酸纯高，生产较易控制，时间短，而且酸水时PH稍高，可以减少淀粉水解副反应的发生，糖液色泽较浅。总之酶酸法也存在不足之处。（四）双酶法双酶法是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖，双酶法制葡萄糖可分为二步：第一步是利用γ-淀粉酶将淀粉液化转为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为“液化”。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程。在生产上称为“糖化”，淀粉的“液化”和“糖化”都是在微生物酶的作用下进行的，故也称为双酶水解法。1.1.4产品质量标准（1）外观和感观要求味精为无色～白色柱状晶体或白色结晶性粉末，有光泽，无肉眼可见杂质，具有特殊鲜味，无异味[12]。（2）理化要求理化要求符合表1规定表1味精理化要求项目指标含量(%)≥99.0透光率(%)≥98比旋光度[α]D20+24.8°～+25.3°氯化物(以Cl计)≤0.1PH6.7～7.2干燥失重(%)≤0.5砷(As)(mg/kg)≤0.5重金属(以Pb计)(mg/kg)≤10铁(Fe)(mg/kg)≤5锌(Zn)(mg/kg)≤57硫酸盐(以SO4计)(%)≤0.03（3）味精卫生国家标准GB2720－8（4）产品规格味精按种类可分为:含盐味精和特鲜(力)味精。味精按大小可分为:80目、50目、30目。1.2设计任务本次设计为35000吨味精发酵工厂发酵车间工艺设计。1.2.1工艺计算本次设计工艺计算应完成工艺流程各过程的物料衡算，能量衡算，主要设备的工艺条件、工艺参数计算。1.2.2设备设计和计算本次设计的主要设备设计，在满足工艺条件的前提下，进行主要设备的机械设计，包括强度设计、刚度计算、稳定性计算和结构设计。典型辅助设备设计选型，包括典型设备主要结构尺寸计算和设备型号规格的选定。1.2.3工艺流程图设计工艺流程图，按工艺流程图绘制要求完成有一定控制点的流程详图，包括设备、物料管线、主要管件、控制仪表等内容。主体设备结构详图，按化工设备结构图的要求绘制完成。1.2.4设备布置图设计设备布置图设计应包括以下两个方面：8（1）确定车间的结构型式及主要尺寸，并对生产区、辅助区、行政生活区位置进行布局；（2）确定车间所有设备在车间建筑平面和空间的相对位置。2生产方案和生产流程的确定选择的主要依据有：原料来源、种类和性质；产品的质量和规格；生产规模；技术水平；建厂地区的自然环境；经济合理性。保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求；尽量采用成熟的、先进的技术和设备；尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施；确保安全生产，以保证人身和设备的安全；生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。确定由原料到成品的各个生产过程顺序，即说明生产过程中物料和能量发生的变化及流向，应用了哪些生物反应或化工过程及设备，绘制工艺流程图。味精生产发酵车间连消工序工艺流程图见附件一3生产流程简述味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备；（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。94工艺计算4.1设计依据与主要工艺技术参数4.1.1生产规模及产品规格生产规模：年产35000吨味精生产规格：纯度为99%的味精4.1.2生产工作制度全年生产300天，3班作业，连续生产。4.1.3主要工艺技术参数味精生产中主要工艺技术参数见表2表2味精生产工艺主要技术参数表序号生产工序参数名称指标1制糖(双酶法)淀粉糖化转化率%982发酵产酸率g/dl113发酵糖酸转化率%654谷氨酸提取提取收率%945精制收率%956发酵操作周期h42-487发酵倒灌(发酵失败)率%0.5104.1.4基础数据⑴生产能力的计算本设计的要求是年产量为3.5万吨99%味精生产，折算为100%的MSG的量为：3.5×99%=3.465(万吨)全年生产日为300天，则的日产量为：35000/300=116.7(吨/天)日产100%MSG的量：3.465/300＝115.5(吨/天)⑵总物料衡算本设计以淀粉为主要原料进行生产，以1000kg纯淀粉为例进行计算。①1000kg纯淀粉理论上产100%MSG的量1000×1.11×81.7%×1.272＝1153.5(kg)其中：1.11—淀粉水解理论转化率81.7%—糖酸理论转化率1.272—精制理论收率②1000kg纯淀粉实际生产100%MSG的量1000×111%×98%×65%×94%×95%×(1－5%)×1.272=799.14(kg)其中：98%—淀粉糖化转化率65%—发酵糖酸转化率94%—谷氨酸提取率95%—精制收率0.5—倒灌率%③1000kg工业淀粉(86%玉米淀粉)生产100%MSG的量799.14×86%＝687.26(kg)④淀粉单耗ⅰ生产1000kg100%MSG理论上消耗纯淀粉量：10001153.5×1000＝0.8669(t)ⅱ生产1000kg100%MSG理论上消耗工业淀粉量：0.866986%×1000＝1.0080(t)11ⅲ生产1000kg100%MSG消耗纯淀粉量：14.7991000×1000＝1.2513(t)ⅳ生产1000kg100%MSG消耗工业淀粉的量：26.6871000×1000＝1.4550(t)⑤总收率：总收率=理论产量实际产量×100％＝5.115314.799×100%＝69.28%⑥淀粉利用率：4550.10080.1×100%=69.3%⑦生产过程总损失：100%－69.3%=30.7%物料在生产过程中损失的原因[5]：ⅰ糖化