教師參考年產(chǎn)萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計說明書

1、生物工程專業(yè)課程設(shè)計說明書年產(chǎn)3萬噸味精工廠糖化工段設(shè)計說明書（教師參考用）桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院2011年9月摘 要谷氨酸是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的一個具有代表性的產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、提取、脫色、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。通過對谷氨酸車間的工藝設(shè)計，可以加強對自己對所學(xué)知識的綜合利能力。通過本畢業(yè)設(shè)計訓(xùn)練，可以提高自己理論聯(lián)系實際的能力和工程設(shè)計方面的能力。 本設(shè)計是以商品淀粉（純度為86%）為原料進(jìn)行設(shè)計，使用一次噴射雙酶法為糖化工藝，以年實際工作日300天計算，日產(chǎn)味精90噸。對全廠物料、糖化工段物料進(jìn)行衡算，對糖化工段的罐體如調(diào)漿罐、儲漿罐、維持罐、層流罐

2、、糖化罐、儲糖罐以及一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備如液化噴射器、板框過濾機、板式換熱器和泵等進(jìn)行了詳細(xì)計算，以確定它們的參數(shù)，便于設(shè)備布置圖的繪制。關(guān)鍵詞：谷氨酸鈉；糖化；工藝計算 AbstractGlutamate is produced by microbial fermentation of a representative of the products, production processes involved in seed culture, fermentation, extraction, bleaching, centrifugation and drying unit operations

3、 and other important engineering concepts.Through the workshop process design glutamate, can enhance their knowledge of the comprehensive profitability.Graduate training through the design, can improve their ability to integrate theory with practice and engineering design capabilities.The design is

4、based on refined starch (86% purity) as raw materials for the design, the use of a jet of two enzymes for the saccharification process, the actual working days to 300 days calculated at 90 tons of monosodium glutamate production.The whole plant material, the heat balance on the line for sugar chemic

5、al segment, such as mixing tanks tank, slurry storage tank, the maintenance tank, laminar flow tank, saccharification tanks, storage sugar and some standard equipment such as liquid jet, framefilter, plate heat exchanger and pump a detailed calculation, to determine their parameters, to facilitate t

6、he drawing of equipment layout.Key words:glutamate;saccharification;process calculation目 錄引 言1第一章 糖化工段工藝21.1 味精簡介21.2 設(shè)計方案的確定21.2.1 糖化方法的選擇論證21.2.2 液化工藝條件的論證31.3 糖化工藝流程641.4 糖化工藝技術(shù)要點41.4.1 調(diào)漿配料41.4.2 噴射液化51.4.3 糖化51.4.4 過濾51.4.5 貯存5第二章 糖化工段物料衡算62.1 生產(chǎn)能力62.2 計算指標(biāo)62.3 總物料衡算62.3.1 商品淀粉用量72.3.2 糖化液量72.3

7、.3 產(chǎn)谷氨酸量72.3.4 衡算結(jié)果匯總72.4 糖化工段物料衡算82.4.1 淀粉漿量及加水量82.4.2 液化酶量82.4.3 CaCl2量82.4.4 糖化酶量82.4.5 糖液產(chǎn)量82.4.6 過濾糖渣量92.4.7 生產(chǎn)過程進(jìn)入的蒸汽冷凝水及洗水量9衡算結(jié)果匯總9第三章 糖化工段設(shè)備選型103.1 糖化罐的選型計算103.2 設(shè)備選型匯總10結(jié) 論12參考文獻(xiàn)13引 言味精又稱谷氨酸一鈉，其基本成分為L-谷氨酸，具有強烈的肉類鮮味。將其添加在食品中可使食品風(fēng)味增強，鮮味增加，故被廣泛使用。味精在胃酸作用下生成的谷氨酸，被人體吸收后，參與人體內(nèi)許多代謝反應(yīng)，并與其他氨基酸一起共同構(gòu)成

8、人體的組織蛋白。谷氨酸能用來預(yù)防和治療肝昏迷，還能促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正?；顒樱瑢χ委熌X震蕩和腦神經(jīng)損傷有一定功效1。我國的味精生產(chǎn)始于1923年，上海天廚味精廠最先用水解法生產(chǎn)。1932年沈陽開始用脫脂豆粉水解生產(chǎn)味精。我國從1958年開始谷氨酸生產(chǎn)篩選及其發(fā)酵機理的基礎(chǔ)性研究，1964年首先在上海進(jìn)行工業(yè)化試生產(chǎn)。目前國內(nèi)味精生產(chǎn)已全部用發(fā)酵法。所以，今后菌種，工藝技術(shù)和生 產(chǎn)規(guī)模方面還需加大改革力度，使生產(chǎn)水平再上一個新臺階！目前，企業(yè)生產(chǎn)味精都是以發(fā)酵法生產(chǎn)，但每生產(chǎn)1噸味精要排放2025噸母液，其屬于高濃度有機酸性廢水，需對母液進(jìn)行回收，發(fā)展高效提取工藝，提高谷氨酸提取率和降低工藝用水

9、，減少廢水排放量，實現(xiàn)味精的清潔生產(chǎn)，在發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟的同時走上可持續(xù)發(fā)展的文明道路，這樣，我國的味精工業(yè)不但真正收到經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的共同豐收，而且也會減輕政府對行業(yè)的管理負(fù)擔(dān)，形成多種因素和諧統(tǒng)一，走上良性運行可持續(xù)發(fā)展的健康道路。第一章 糖化工段工藝1.1 味精簡介學(xué)名：L-谷氨酸單鈉鹽-水化合物商品名：味精、味素、谷氨酸鈉，因味精起源于小麥，俗稱麩酸鈉英文名：Monosodium L-Glutamate，簡寫MSG結(jié)構(gòu)式： HOOC-CH2-CH2-CH-COONaH2O NH2分子式：NaC5H8O4NH2O，分子量：187.13味精于1909年被日本味之素（味素）公司所發(fā)現(xiàn)并申請專

10、利。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。當(dāng)味精溶于水（或唾液）時，它會迅速電離為自由的鈉離子和谷氨酸鹽離子（谷氨酸鹽離子是谷氨酸的陰離子，谷氨酸則是一種天然氨基酸）。要注意的是如果在100以上的高溫中使用味精，經(jīng)科學(xué)家證明，味精在100時加熱半小時，只有0.3的谷氨酸鈉生成焦谷氨酸鈉，對人體影響甚微。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。所以要適當(dāng)使用和存放。味精不僅應(yīng)用于食品行業(yè)，還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面。味精2004年的全球市場約為170萬噸，預(yù)計2010年將增長到210萬噸。我國是味精生產(chǎn)大國，2003年中國味精產(chǎn)量118.9萬噸，占世界53%，20

11、06年產(chǎn)量136萬噸，居世界第一2。味精曾一度被懷疑是不可安全食用的增鮮調(diào)味品3。1973年FAO/WHO食品添加劑專家聯(lián)合組織一度規(guī)定，味精的ADI值0mg120mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過120mg。但國際上許多權(quán)威機構(gòu)都做過味精的各種毒理試驗，到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)味精在正常使用范圍內(nèi)對人體有任何危害的依據(jù)，即證明食用味精是安全的。41.2 設(shè)計方案的確定1.2.1 糖化方法的選擇論證糖化工段主要有酸解法、酶酸法、雙酶法這三種方法。酸解法是傳統(tǒng)的制糖方法，它是利用無機酸為催化劑，在高溫高壓條件下，將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖。酶酸法是將淀粉乳先用-淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。雙酶法

12、是通過淀粉酶液化和糖化酶糖化將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖。三種糖化工藝，各有其優(yōu)缺點。從糖液質(zhì)量、收得率、耗能以及對粗淀粉原料的適應(yīng)情況看，雙酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。但雙酶法生產(chǎn)周期長，糖化設(shè)備較龐大。從糖漿的黏度來看，雙酶法最低、酸解法最高。雙酶法制糖工藝可根據(jù)升溫方式的不同分為升溫液化法、噴射液化法。噴射液化法又依所用加熱設(shè)備的不同分為一次噴射液化法和二次噴射液化法。一次噴射液化法由于能耗低，設(shè)備少，糖液質(zhì)量好而獲得廣泛的應(yīng)用5。所以本次設(shè)計采用一次噴射雙酶法。1.2.2 液化工藝條件的論證-淀粉酶能能水解淀粉及其產(chǎn)物內(nèi)部的-1，4糖苷鍵，不能水解-1，6糖苷鍵，但能越過-1，6糖苷鍵繼續(xù)

13、水解-1，4糖苷鍵，而將-1，6糖苷鍵留在水解產(chǎn)物中。（1）淀粉液化條件淀粉是以顆粒狀態(tài)存在的，具有一定的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，不容易與酶充分反應(yīng),如淀粉酶水解淀粉顆粒和水解糊化淀粉的比例為120000。因此必須先加熱淀粉乳，使淀粉顆粒吸水膨脹，使原來排列整齊的淀粉層結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，變成錯綜復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀會隨溫度的升高而斷裂，加之淀粉酶的水解作用，淀粉鏈結(jié)構(gòu)很快被水解為糊精和低聚糖分子，這些分子的葡萄糖單位末端具有還原性，便于糖化酶的作用。由于不同原料來源的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)不同，液化程度也不同，薯類淀粉比谷類淀粉易液化。淀粉酶的液化能力與溫度和pH值有直接關(guān)系。每種酶都有最適的作用溫度和pH值范圍

14、，而且pH和溫度是互相依賴的，一定溫度下有較適宜的pH值。在37時，酶活力在pH值5.07.0范圍內(nèi)較高，在pH值6.0時最高，過酸過堿都會降低酶的活性。-淀粉酶一般在pH值6.07.0較穩(wěn)定。酶活力的穩(wěn)定性還與保護(hù)劑有關(guān)，生產(chǎn)中可通過調(diào)節(jié)加入的CaCl2的濃度，提高酶活力的穩(wěn)定性。一般控制鈣離子濃度0.01mol / L。鈉離子對酶活力穩(wěn)定性也有作用，其適量濃度為0.01mol / L左右?，F(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)物料pH大于5.7后，在最終糖液中即有可能生成麥芽酮糖。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著液化pH的不斷升高，麥芽酮糖的含量也在同步增長。在液化pH低于5.6時，即可避免在糖化過程中產(chǎn)生麥芽酮糖。工業(yè)生產(chǎn)上，

15、為了加速淀粉液化速度，多采用較高溫度液化，例如8590或者更高溫度，以保證糊化完全加速酶反應(yīng)速度。但是溫度升高時，酶活力損失加快。因此，在工業(yè)上加入Ca2+或Na+,使酶活力穩(wěn)定性提高。（2）液化程度的控制淀粉經(jīng)液化后，分子量逐漸減少，黏度下降，流動性增強，給糖化酶的作用提供了條件。但是，如果讓液化繼續(xù)下去，雖然最終水解物也是葡萄糖和麥芽糖等，但這樣所得糖液葡萄糖DE值低；而且淀粉的液化是在較高溫度下進(jìn)行的，液化時間加長，一部分已經(jīng)液化的淀粉又會重新結(jié)合成硬束狀態(tài)，使糖化酶難以作用，影響葡萄糖的產(chǎn)率，因此必須控制液化進(jìn)行程度。淀粉液化的目的是為了給糖化酶的作用創(chuàng)造條件，而糖化酶水解糊精及低聚糖

16、等分子時，需先與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)。這就要求被作用的底物分子有一定的大小范圍，才有利于糖化酶生成這種結(jié)構(gòu)，底物分子過大或過小都會妨礙酶的結(jié)合和水解速度。根據(jù)發(fā)酵工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗，在正常液化條件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值為1020之間為好（即此時保持較多量的糊精及低聚糖，較少量的葡萄糖）。而且，液化溫度較低時，液化程度可偏高些，這樣經(jīng)糖化酶糖化后糖化液的DE值較高。淀粉酶液化終點?？梢缘湟猴@色來控制。1.3 糖化工藝流程6圖 1-1 一次噴射雙酶法制糖工藝流程圖1.4 糖化工藝技術(shù)要點1.4.1 調(diào)漿配料淀粉乳調(diào)成15-20oBe。研究發(fā)現(xiàn)，在淀粉液化過程的配料階段，當(dāng)物料pH大于5.7后，

17、在最終糖液中即有可能生成麥芽酮糖。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著液化pH的不斷升高，麥芽酮糖的含量也在同步增長。在液化pH低于5.6時，即可避免在糖化過程中產(chǎn)生麥芽酮糖，而這就需要采用低pH 特性的淀粉酶。用Na2CO3水溶液調(diào)pH5.5-5.6，以減少不可發(fā)酵糖的產(chǎn)生（-淀粉酶pH范圍為5.5-7.0）。CaCl2用量為干淀粉的0.15-0.3%，如果水中Ca2+超過50mg / L，可以不加CaCl2。1.4.2 噴射液化工作蒸汽壓0.4MPa,淀粉乳供料泵壓力為0.2-0.4MPa，噴射溫度100-105，液化溫度控制在90，液化時間60min,碘色反應(yīng)呈棕色即可。然后130-140滅酶5-10min

18、。冷卻至70以下，進(jìn)入糖化罐。1.4.3 糖化溫度601，pH4.0-4.4，糖化酶加量按100-120u / g干淀粉計算，糖化時間24-32h。要求每兩小時或四小時檢查一次糖化液的糊精狀況，直至無明顯糊精為糖化結(jié)束，即以無水乙醇檢查無白色沉淀為終點。終點DE值為95%-98%。注意控制監(jiān)測及時判斷終點以防糖化過度產(chǎn)生異麥芽糖。1.4.4 過濾糖液先用NaCO3水溶液調(diào)pH4.8-5.0，不加或少加助濾劑，過濾。1.4.5 貯存為防止糖液貯存中發(fā)酵變質(zhì)，應(yīng)保證糖液溫度不低于60。第二章 糖化工段物料衡算2.1 生產(chǎn)能力商品味精年產(chǎn)量：30kt / a，則純谷氨酸鈉年產(chǎn)量為：29700t/a。

19、（商品味精為99%純谷氨酸鈉）商品味精日產(chǎn)量：30000/300=100 t / d，純谷氨酸鈉日產(chǎn)量：99 t / d。2.2 計算指標(biāo)表 2-1 計算指標(biāo)項目數(shù)值淀粉糖化轉(zhuǎn)化率98%發(fā)酵產(chǎn)酸率（濃度）12%發(fā)酵對糖轉(zhuǎn)化率60%倒罐率2%谷氨酸提取收率96%精制收率95%味精對谷氨酸的產(chǎn)率112%商品淀粉中淀粉含量86%全年工作日300d2.3 總物料衡算物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守衡定律而建立起來的。物料衡算是進(jìn)入系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量等于離開系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量，即式中 F進(jìn)入系統(tǒng)物料量， D離開系統(tǒng)的物料量， W損失的物料量，圖2-1 味精生產(chǎn)工藝總物料衡算流程圖2.3.1 商品淀粉用量1000kg

20、純淀粉實際產(chǎn)100%MSG量:1000 1.111 98%60%(100%2%)96%95%1.272=742.68kg其中：1.111淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的理論產(chǎn)率（C6H10O5（分子量162）C6H12O6（分子量180），180/162=1.111）；98%淀粉糖化轉(zhuǎn)化率；60%發(fā)酵對糖的轉(zhuǎn)化率；2%倒罐率；96%谷氨酸提取收率；95%精制收率；1.272谷氨酸轉(zhuǎn)化為味精的理論產(chǎn)率（C5H9NO4（分子量147）C5H10NO5Na（分子量187），187/147=1.272）。1000kg商品淀粉產(chǎn)100%MSG量：742.68 86% = 638.70 kg （86%商品淀粉中淀粉含量

21、）1噸100%MSG實耗商品淀粉量： 日產(chǎn)100%味精99t，單耗商品淀粉1.57 t，日耗商品淀粉量：99 1.57 = 155.00 t/d2.3.2 糖化液量日產(chǎn)純糖量：155.00 86% 98% 1.111= 145.14 t/d（86%商品淀粉中淀粉含量；98%淀粉糖化轉(zhuǎn)化率；1.111淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的理論產(chǎn)率）折算為30%的糖液：（發(fā)酵時糖液濃度為30%）145.14/30% = 483.79 t即日產(chǎn)30%糖液 483.8 t。2.3.3 產(chǎn)谷氨酸量日產(chǎn)純谷氨酸量:145.14 60% （100%-2%） 96% 95% = 77.83 t/d2.3.4 衡算結(jié)果匯總表 2-

22、2 總物料衡算結(jié)果匯總表原料規(guī)格日產(chǎn)(耗)量（t / d）商品淀粉 / t86%155.00糖液 / t30%483.79谷氨酸 / t100%77.83味精 / t100%992.4 糖化工段物料衡算圖2-2 糖化工段物料衡算圖2.4.1 淀粉漿量及加水量淀粉加水比例為1:2，1000kg商業(yè)淀粉產(chǎn)淀粉漿：1000 （1+2）= 3000 kg加水量：2000kg。2.4.2 液化酶量使用耐高溫-淀粉酶（20000U / ml）,加酶量10U / g干淀粉。1000kg干淀粉加酶量：0.5L液化酶質(zhì)量：0.5 1.2 = 0.6 kg。2.4.3 CaCl2量一般加量為干淀粉的0.15%，即

23、1000kg 干淀粉加CaCl2： 1000 0.15% = 1.5 kg 2.4.4 糖化酶量一般加糖化酶量為120U / g干淀粉，如液體糖化酶為100 000U / ml，則每1000kg干淀粉加糖化酶量: 1.2L糖化酶質(zhì)量：1.2 1.25 = 1.5 kg。2.4.5 糖液產(chǎn)量 1000kg商品淀粉產(chǎn)30%糖液質(zhì)量：或：kg （由日產(chǎn)30%糖液與日投入商品淀粉的關(guān)系可得）2.4.6 過濾糖渣量濕渣（含水70%）10kg,折干渣量:2.4.7 生產(chǎn)過程進(jìn)入的蒸汽冷凝水及洗水量3146.45 + 10 -（1.5 + 1.5 + 0.6）- 3000 = 152.85 kg2.4.8

24、衡算結(jié)果匯總表2-3 糖化工段的物料衡算匯總表進(jìn)入系統(tǒng)離開系統(tǒng)項目物料比例/ kg日投料量/ t項目物料比例/ kg日產(chǎn)料量/ t商品淀粉1000.00 155.00 30%糖液3121.17 483.79 配料水2000.00 310.00 濾渣10.00 1.55 液化酶 0.60 0.09 CaCl21.50 0.23 糖化酶1.50 0.23 蒸汽冷凝水及洗水量127.57 19.77 累計3131.17 485.34 3131.17 485.34 第三章 糖化工段設(shè)備選型3.1 糖化罐的選型計算日產(chǎn)30%糖液483.79t，即483.79/1.1321=427.34 m3糖化周期40

25、h，一個糖化周期產(chǎn)糖液體積：427.34 （40/24）= 712.23 m3糖化罐取140m3，裝料系數(shù)85%，實際裝料體積為：140 85% = 119 m3一個糖化周期需要的糖化罐數(shù)：712.23/119 = 5.99，取6臺取H = 2D罐下部使用圓錐形，取圓錐高度為D / 4，由解得D = 4.45，取D = 4.4m，H = 8.8m，則V = 135.2m3。裝液量，119/135.2 100% = 88.02%，裝液量合適。3.2 設(shè)備選型匯總表3-1 糖化定制設(shè)備匯總表容積(m3)D(m)H(m)h封(m)材料壁厚數(shù)量電機型號調(diào)漿罐10.862.42.4/碳鋼51Z2-62儲

26、漿罐16.92.24.4/碳鋼51Z2-62維持罐2.657130.275碳鋼41/層流罐9.421.45.60.375碳鋼44/糖化罐135.24.48.8/碳鋼106Y2-280M-2儲糖罐100.5348/補膠鑄鐵82/表3-2 糖化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備匯總表設(shè)備液化噴射器板框過濾機板式換熱器型號CHA-20BAY20 / 635-25BR20數(shù)量122表3-3 泵設(shè)備匯總型號流量，m3 / h揚程，m轉(zhuǎn)速，r / min電機功率，kW數(shù)量泵G70-14560960-720152泵G50-120609605.52泵IS100-80-1256012016.5242900112泵IS150-125-31512024029341450302泵IS65-50-125153018.521.829003.02圖 3-1 糖化流程設(shè)備示意圖結(jié) 論本次設(shè)計對味精生產(chǎn)的全工段進(jìn)行物料和熱量的計算，日耗商品淀粉464.83噸，日產(chǎn)商品味精90噸。對糖化工段做了主要設(shè)備的選型計算，根據(jù)物料衡算的數(shù)據(jù)計算出需要1個調(diào)漿罐、1個儲漿罐、1個維持罐、4個層流罐、6個糖化罐和2個儲糖罐以及它們的具體參數(shù)，其中調(diào)漿罐和