年产5万吨味精厂生产工艺设计

V北京理工大学珠海学院年产5万吨味精厂生产工艺设计摘要味精，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5万吨味精厂的生产工艺，通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。本设计的工艺流程为发酵预处理（种子培养、原料预处理，制无菌空气）→发酵→等电点提取→中和制味精→浓缩结晶→精制分装。该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活等特点。为味精生产的理想途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会1北京理工大学珠海学院图2-1味精厂生产工艺【2】斜面培养摇瓶扩大培养种子罐扩大培养预处理水解过滤淀粉水解糖配料发酵空气压缩机冷却气液分离过滤除菌等电点调节沉淀离心粗谷氨酸溶解中和制味精母液离子交换处理粗谷氨酸溶液粗谷氨酸除铁过滤脱色浓缩结晶离心小结晶干燥拌盐粉碎粉状味精大结晶干燥过滤成品味精2北京理工大学珠海学院图2-2谷氨酸发酵的工艺流程【3】2.3主要处理构筑物设计及选型主要设备见表2-2。表2-2主要设备一览表配料罐定容罐二级种子罐实消降温二级种子培养消泡剂水无机盐糖蜜玉米浆纯生物素氮液消泡剂水无机盐糖蜜玉米浆纯生物素一级种子斜面无菌空气发酵罐葡萄糖定容罐连消器维持罐换热器消泡剂高浓度糖液液氨3北京理工大学珠海学院3工艺流程计算3.1.1谷氨酸发酵的物料衡算⑴主要技术指标【4】指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模t/a50000发酵初糖Kg/150生产方法中糖发酵，等电点-离子交换提取淀粉糖化转化率%108年生产天数产品日产量d/at/a300167流加高浓糖糖酸转化率Kg/%50060产品质量纯度99%麸酸谷氨酸含量%95倒罐率%0.2谷氨酸提取率%95发酵周期h40味精对谷氨酸产率%122⑵主要原材料质量指标淀粉原料的含量为80%，含水14%⑶二级种子培养基（g/L）水解糖50，糖蜜20，磷酸二氢钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5～10，泡敌0.6，生物素0.02mg，硫酸锰2mg/L，硫酸亚铁2mg/L。⑷发酵初始培养基（g/L）水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸0.2，生物素2μɡ，泡敌1.0，接种量为8%⑸谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。⒈发酵液量4北京理工大学珠海学院设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为220kg/，则发酵液量为：式中220—发酵培养基终糖浓度（kg/）60%—糖酸转化率95%—谷氨酸转化率99.8%—除去倒罐率0.2%后的发酵成功率122%—味精对谷氨酸的精制产率⒉发酵液配制需水解糖量以纯糖计算：⒊二级种液量⒋二级种子培养液所需水解糖量式中50—二级种液含糖量（kg/）⒌生产1000kg味精需水解糖总量⒍耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故耗用淀粉量为：式中80%—淀粉原料含纯淀粉量108%—淀粉糖化转化率⒎液氨耗用量5北京理工大学珠海学院发酵过程用液氨调pH和补充氮源，耗用260～280kg；此外，提取过程耗用160～170kg，合计每吨味精消耗420～450kg。⒏甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量为：发酵培养基耗糖蜜量为：合计耗糖蜜36.68kg⒐氯化钾耗量⒑磷酸二氢钾（）耗量⒒硫酸镁（）用量⒓消泡剂（泡敌）耗用量⒔玉米浆耗用量（8g/L）⒕生物素耗用量⒖硫酸锰耗用量6北京理工大学珠海学院⒗硫酸亚铁耗用量⒘磷酸耗用量⒙谷氨酸（麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：实际生产的谷氨酸（提取率95%）为：⑹50000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表物料名称生产1t味精（100%）的物料量50000t/a味精生产的物料量每日物料量发酵液量/二级种液量/发酵水解用糖量/kg二级种培养用糖量/kg水解糖总量/kg淀粉用量/kg液氨用量/kg糖蜜用量/kg氯化钾用量/kg磷酸二氢钾用量/kg6.550.524144126.21467.21529.942036.685.240.524327.526.2720.51.31733.6764.95211.8342621093.8587.51240.654375.4245.02255.49701.46125.56875.0887.517北京理工大学珠海学院硫酸镁用量/kg泡敌用量/kg玉米浆用量/kg生物素用量/g硫酸锰用量/g硫酸亚铁用量/g磷酸用量/kg谷氨酸用量/kg4.246.554.190.02361.0481.0481.31819.826.2212327.5209.511805.245.246.5540.99708.081093.85699.733.94175.02175.02218.77136.913.1.2谷氨酸发酵的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入=∑Q出+∑Q损式中∑Q入─输入的热量总和（kJ）∑Q出─输出的热量总和（kJ）∑Q损─损失的热量总和（kJ）通常，∑Q入=Q1+Q2+Q3∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7∑Q损=Q8式中Q1—物料带入的热量（kJ）Q2—由加热剂（或冷却剂）传给设备和所处理的物料的热量（kJ）Q3—过程的热效应，包括生物反应热、搅拌热等（kJ）Q4—物料带出的热量（kJ）Q5—加热设备需要的热量（kJ）Q6—加热物料需要的热量（kJ）Q7—气体或蒸汽带出的热量（kJ）把（4-5）～（4-7）式代入（4-4）式，得Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8值得注意的是，对具体的单元设备，上述的Q1～Q8各项热量不一定都存在，故进行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标（以淀粉质为原料）计算指标见表3.1。8北京理工大学珠海学院表3.1计算指标项目指标淀粉糖化转化率98.5%发酵产酸率（浓度）11%发酵对糖转化率60%培养菌种耗糖为发酵耗糖的1.5%谷氨酸提取收率95%精制收率122%商品淀粉中淀粉含量80%发酵周期（含辅助时间）40h全年工作日300d⑴培养液连续灭菌用蒸汽量：采用发酵罐体积为200m3。200m3发酵罐装料系数0.80，每罐产100%MSG量：200×0.80×11%×95%×122%×1.272=25.94（t/d）1.272－纯味精相对分子质量纯谷氨酸相对分子质量＝272.1147187年产商品味精5.0万吨，日产100%MSG167吨.发酵操作时间40h（其中发酵时间32h）需发酵罐台数：7.10402494.25167取11台由于装罐率，所以每罐初始体积160m3糖浓度15.0g/dl，灭菌前培养基含糖20.0g/dl，其数量：）（t1201520160每日投（放）料罐次）（t4.694.25167（罐）取7罐次。灭菌加热过程中用0.4mPa（表压）I=2743KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C，再加热至120°C，冷却水由20°C升到45°C。消毒灭菌用蒸汽量（D）：D==3212（kg/h）≈3.2（t/h）式中：3.97为糖液的比热容，[KJ/（kg·°C）]每天用蒸汽量：3.2×3×3=28.8（t/d）高峰用蒸汽量：3.2×7=12.8（t/h）平均用蒸汽量：28.8/24=1.2（t/h）⑵发酵罐空罐灭菌蒸汽量：①发酵罐体加热：9北京理工大学珠海学院200m3，1Cr18Ni9的发酵罐体重34.3t，冷却排管重6t，1Cr18Ni9的比热容0.5KJ/（kg·°C）[8]，用0.4mPa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15mPa（表压）下由20°C升至127°C，其蒸汽量为：(kg)98620-12718.4127-17435.01000)63.34(）（②填充发酵罐空间的蒸汽量：因200m3发酵罐的全容积大于200m3，考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按500m3计算，填充空间需蒸汽量：D空=Vρ=200×1.39=278（kg/h）式中：V—发酵罐全容积（m3）ρ—加热蒸汽的密度（kg/m3）0.15mPa（表压）时为1.39（kg/m3）③灭菌过程的热功当量损失：辐射与对流联合给热系数α，罐外壁温度70°C。α=33.9＋0.19×（70－20）=43.4[kg/（m3·h·°C）]200m3发酵罐的表面积为201㎡，耗用蒸汽量：D损=(kg)19920-7018.4127-274394.25201）（④罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗：(kg)4120-12718.4127-274318.41000001.0201）（式中：0.001—附壁水平均厚度（1mm）1000—水密度（kg/m3）⑤灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量;(kg/h)6.151105.0141199278986每空罐灭菌1.5h，用蒸汽量：1511.6×1.5=2267.4（kg/罐）每日用蒸汽量：2267.4=6802.2（kg/d）=6.8（t/d）平均用蒸汽量：6802.2/24=283.4（kg/h）=0.028（t/h）高峰用蒸汽量：2267.44=9069.6（kg/h）=0.9（t/h）⑶液化工序热量衡算（1）液化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量Ｄ可按下式计算D=G×C×（T2-T1）÷[（h-i）η]式中：G--淀粉浆量（kg/h）G--淀粉浆比热容kJ/（kg*K）T2--浆料初温（20+273=293K）10北京理工大学珠海学院T1--液化温度（90+273=363K）h--加热蒸汽焓2738kJ/kg（0.3Mpa,表压）i--加热蒸汽凝结水焓，在363K时为377kJ/kg①淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉255.49t；连续液化255.49/24=10.6（t/h）。加水量为1:2.5，分浆量为10600×3.5=37100（kg/h）②粉浆比热C可按下式计算：C=C0+C水式中：C0--淀粉质比热容，取1.55kJ/（kg*K）C水--水的比热容，4.18kJ/（kg*K）C=1.55+4.18=3.53③蒸汽用量D=2.4087293-363%95377-273853.337100）（）（（kg/h）=4.1（t/h）（2）灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时的i为419kJ/kgD灭=5.59410%95419-273853.337100）（（kg/h）=0.6（t/h）要求在20min内使液化液由90℃升至100℃，则蒸汽高峰值为：0.6×4=2.4（t/h）以上两项合计，平均量4.1+0.6=4.7（t/h）；每日用量4.7×24=112.8（t/d）⑷谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产5万吨商品味精，日产100%MSG167t，选用25m3强制内循环结晶罐，浓缩结晶操作周期24h，其中辅助时间4h。每罐产100%MSG25.94t，需结晶罐台7台。每罐投入40g/dl的中和脱色液（俗称原液）23m3，流加30g/dl母液32m3，过程中加水6m3，在70℃下真空蒸发结晶，浓缩3h，育晶17h。放料数量20m3（1）热量衡算①来料带入热量：进料温度35℃，比热为3.5kJ/（kgoK）Q来料=（23×1.16+32×1.13）×3.5×35×103=7.7×106（kJ）②加水带入热量：Q来水=6×4.18×35×103=8.8×105（kJ）③晶种带入热量：MSG比热容1.67（kJ/（kgoK））Q来晶=1600×1.67×20=5