年產(chǎn)5000萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計說明書

年產(chǎn)5000萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計說明書(修復)年產(chǎn)5000萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計說明書制藥設(shè)備與工藝作業(yè)制藥0703連中帥200782073許琦光200782067盧一鶴2007820632010-6-30摘要：本設(shè)計主要內(nèi)容為了解味精生產(chǎn)中的原料預處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。年產(chǎn)5000萬噸味精工廠發(fā)酵車間設(shè)計說明書1前言(2)2味精生產(chǎn)工藝(2)2.1味精生產(chǎn)工藝概述(2)2.2原料預處理及淀粉水解糖制備(2)2.3谷氨酸的發(fā)酵(2)3工藝技術(shù)指標和基礎(chǔ)參數(shù)(2)3.1生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格(2)3.2生產(chǎn)工作制度(2)3.3主要工藝技術(shù)參數(shù)(2)3.4味精生產(chǎn)過程中的原輔材料機動力單耗(1T100%MSG計算)⑵3.5培養(yǎng)基的組成(重量/體積)(2)3.5.1二級種子培養(yǎng)基(2)3.5.2發(fā)酵培養(yǎng)基(2)4物料衡算(2)4.1生產(chǎn)過程的總物料衡算(2)4.1.1生產(chǎn)能力：(2)4.1.2總物料恒算：(2)4.1.3總物料衡算結(jié)果(2)4.2淀粉制糖工藝的物料衡算(2)4.3發(fā)酵工序的配料及連續(xù)滅菌過程的物料衡算(2)4.3.1發(fā)酵培養(yǎng)基數(shù)量(2)4.3.2接種量(2)4.3.3發(fā)酵過程加液氨數(shù)量(2)4.3.4加消泡劑(泡敵)量(2)4.3.5發(fā)酵過程從排風帶走的水分(2)4.3.6發(fā)酵終點時發(fā)酵液質(zhì)量(2)4.3.7衡算結(jié)果總匯(2)4.4谷氨酸提取工藝物料衡算(2)4.5精制工序的物料衡算(2)4.6精制工序的物料衡算圖(2)5熱量衡算(2)5.1液化工序的熱量衡算(2)5.1.1液化加熱蒸氣量(2)5.1.2滅酶蒸汽用量(2)5.1.3液化液冷卻用水量(2)5.2糖化工序熱量衡算(2)5.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算(2)5.3.1培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量(2)5.3.2培養(yǎng)液冷卻水用量(2)5.3.3發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量(2)5.3.4發(fā)酵過程冷卻水用量(2)5.4谷氨酸提取工藝冷量衡算(略)(2)5.5谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算(略)(2)5.6干燥過程的熱量衡算(略)(2)5.7生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算總匯表(2)6水平衡(2)6.1糖化工序用水量(2)6.1.1配料用水量(2)6.1.2液化液冷卻用水量(2)6.1.3糖化液冷卻用水量(2)6.2連續(xù)滅菌工序的用水量(2)6.2.1配料用水量(2)6.2.2滅菌后料液的冷卻水用量(使用二次水)(2)6.3發(fā)酵工序的用水量(使用新鮮水)(2)6.4提取工序的用水量(略)(2)6.5中和脫色工序的用水量(略)(2)6.6精制工序的用水量(略)(2)6.7動力用水量(略)(2)6.8用水量匯總記水平衡圖(2)7設(shè)備的設(shè)計與選擇(2)7.1發(fā)酵罐(2)7.1.1發(fā)酵罐生產(chǎn)能力的確定(2)7.1.2發(fā)酵罐臺數(shù)的確定(2)7.1.3設(shè)備容積的計算(2)7.1.4校核(2)7.1.5主要尺寸的計算(2)7.1.6冷卻面積的計算(2)7.1.7設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(2)7.1.8設(shè)備材料的選擇(2)7.1.9發(fā)酵罐壁厚的計算(2)7.1.10接管設(shè)計(2)7.1.11支座選擇(2)7.2種子罐(2)7.2.1選型(2)7.2.2容積和數(shù)量的確定(2)7.2.3主要尺寸的確定(2)7.2.4冷卻面積的計算(2)7.2.5設(shè)備材料的選擇(2)7.2.6設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(2)7.2.7支座選型(2)7.3空氣分過濾器的計算(2)7.3.1種子罐分過濾器(2)7.4連續(xù)操作設(shè)備的設(shè)計選型(2)7.4.1連消塔(2)7.4.2維持罐(2)7.5味精發(fā)酵車間設(shè)備一覽表(2)8設(shè)備工藝流程圖(2)9廠方平面布置圖(2)參考文獻(2)附：組內(nèi)分工情況(2)1前言味精是人們熟悉的鮮味劑，是L-谷氨酸單鈉鹽(Monosodiumglutamate，MSG)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONa?H2O)，IUPAC英文名為sodium(2S)-2-amino-5-hydroxy-5-oxo-pentanoate，摩爾質(zhì)量187.13g/mol，夕卜觀為白色結(jié)晶粉末，熔點225弋，因具有很強的鮮味(閾值為0.03%)，已成為人們普遍采用的鮮味劑。我們每天吃的食鹽用水沖淡400倍，已感覺不出咸味，普通蔗糖用水沖淡200倍，也感覺不出甜味了，但谷氨酸鈉鹽，用于水稀釋3000倍，仍能感覺到鮮味，因而得名“味精”。1907年，日本東京帝國大學的研究員池田菊苗發(fā)現(xiàn)了一種昆布(海帶)湯蒸發(fā)后留下的棕色晶體，即谷氨酸。這些晶體嘗起來有一種難以描述但很不錯的味道，1909年日本味之素(味①素)公司所發(fā)現(xiàn)并申請專利。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進行制造的，自從1956年日本協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)展，目前世界各國均以此法進行生產(chǎn)?，F(xiàn)代的味精商業(yè)化生產(chǎn)是通過淀粉、甜菜、甘蔗或糖蜜培養(yǎng)基發(fā)酵生產(chǎn)的。谷氨酸的通氣發(fā)酵，是我國目前通氣發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中，生產(chǎn)廠家最多、產(chǎn)品產(chǎn)量最大的產(chǎn)業(yè)，該生產(chǎn)工藝和設(shè)備具有很強的典型性。本設(shè)計主要內(nèi)容為了解味精生產(chǎn)中的原料預處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。2味精生產(chǎn)工藝2.1味精生產(chǎn)工藝概述味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：1）原料的預處理及淀粉水解糖的制備2）種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵3）谷氨酸的提取4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個工藝階段相對應味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時還設(shè)置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。本設(shè)計利用淀粉為原料，雙酶水解制糖后，通過微生物發(fā)酵、等電點沉淀提取來生產(chǎn)味精，總工藝流程見圖1。

2.2原料預處理及淀粉水解糖制備原料的預處理目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時去除固體雜質(zhì)，防止機器磨損，若以淀粉為原料則該步驟可以省略。目前，工業(yè)生產(chǎn)上通常直接將淀粉水解為葡萄糖，即淀粉的糖化，所制得的糖液稱為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。目前，國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。2.3谷氨酸的發(fā)酵種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子罐，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務。谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔--維持罐--噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器--維持管--真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應用較少。目前，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。由于谷氨酸發(fā)酵為通風發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。3工藝技術(shù)指標和基礎(chǔ)參數(shù)3.1生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格以年產(chǎn)商品味精5250tMSG為實例。其中含99%的MSG占80%，即4200t/a；80%規(guī)格的MSG占20%，即1050t/a，折算為100%的MSG=4200*99%+1050*80%=5000t/a99%的味精質(zhì)量符合GB8967-88；80%味精質(zhì)量符合QB1500-92。3.4味精生產(chǎn)過程中的原輔材料機動力單耗（1t100%MSG計算）3.5培養(yǎng)基的組成（重量/體積）3.5.1二級種子培養(yǎng)基水解糖2.5%、糖蜜2.0%、尿素0.35%、磷酸二氫鉀0.1%、磷酸鎂0.06%、玉米漿0.5?1.0%、泡敵0.06%、硫酸錳0.2mg/100ml、亞硫酸鐵0.2mg/100ml。3.5.2發(fā)酵培養(yǎng)基水解糖16.4%、糖蜜0.3%、硫酸鎂0.06%、氯化鉀0.08%、尿素4.0%、磷酸氫二鈉0.02%、玉米漿0.2%、泡敵0.05%、硫酸錳0.2g/100ml、亞硫酸鐵0.2mg/100ml、植物油0.1%、接種量1%。4物料衡算4.1生產(chǎn)過程的總物料衡算4.1.1生產(chǎn)能力：以年產(chǎn)5000t100%MGS商品為例進行計算。日產(chǎn)100%的MSG=5000t/320=15.625t/d4.1.2總物料恒算：[C6H10O5]n+nH2O —nC6H12O616218180轉(zhuǎn)化率1=180/162=1.11C6H12O6+NH3+1.5O2 —C5H9O4N+CO2+3H2O180147轉(zhuǎn)化率2=147/180=0.8172C5H9O4N+Na2CO3 —2C5H8O4NNa?H2O+CO2147187轉(zhuǎn)化率3=187/147=1.2721000kg純淀粉理論上能產(chǎn)生100%MSG的量：1000kg*1.11*0.817*1.272=1153.54kg1000kg純淀粉實際上能產(chǎn)生100%MSG的量：1000kg*1.11*0.98*0.5*0.86*0.92*1.272=547.38kg1000kg工業(yè)淀粉(含86%的玉米淀粉)生產(chǎn)100%MSG的量：547.38kg*86%=470.74kg淀粉的單耗生產(chǎn)1000kg100%MSG理論上消耗純淀粉量：1000*1000/1153.54=866.90kg生產(chǎn)1000kg100%MSG理論上消耗工業(yè)淀粉量：86.90/86%=1008kg生產(chǎn)1000kg100%MSG實際上消耗純淀粉量：1000*1000/547.38=1826.88kg生產(chǎn)1000kg100%MSG實際上消耗工業(yè)淀粉量為：1826.88/86%=2124.27kg總收率二實際產(chǎn)量(kg)/理論產(chǎn)量(kg)=547.38/1153.54*100%=47.45%淀粉利用率：1008/2124.27*100%=47.45%生產(chǎn)過程總損失為：100%-47.45%=52.55%物料在生產(chǎn)中損失的原因：糖化轉(zhuǎn)化率稍低；發(fā)酵過程中部分糖消耗于長菌體及呼吸代謝，殘?zhí)歉?，滅菌損失，產(chǎn)生其它產(chǎn)物；提取收率低，母液中Glu含量高；靜止加工過程損耗及產(chǎn)生焦谷氨酸鈉等。原料及中間體的計算：淀粉的用量：15.625*2124.27/1000=33.19(t/d)糖化液純糖量：33.19*86%*1.11*98%=31.05(t/d)換算成含量24%的糖液量為：31.05/24%=129.38(t/d)發(fā)酵液量的計算：純Glu量：31.05*50%=15.525(t/d)折算為8g/dl的發(fā)酵液：15.525/8%=194.0625(m3/d)取發(fā)酵液密度為1.05t/m3，發(fā)酵液量：194.0625*1.05=203.77(t/d)提取出的90%谷氨酸的量：15.525*86%/90%=14.835(t/d)。5谷氨酸廢母液量(采用等電-新離子回收法，以排出的廢液含0.7%谷氨酸計)：15.525*(1-86%)/0.7%=310.5(m3/d)4.1.3總物料衡算結(jié)果淀粉漿量及加水量：味精生產(chǎn)過程中，淀粉加水的比例為1:2.5，即1000kg。工業(yè)淀粉調(diào)漿時加水量為2500kg,由此制得的淀粉漿為3500kg。淀粉漿中干物質(zhì)(純淀粉)濃度：1000*86%/3500=24.57%液化酶(a-淀粉酶用量為淀粉漿的0.017%)用量：3500*0.017%=0.6kg4） CaCI2的加入量（CaCI2的加入量是淀粉漿量的0.043%）:3500*0.043%=1.5kg5） 糖化酶用量（糖化酶用量是淀粉漿量的0.043%）:3500*0.043%=1.5kg6） 糖化液產(chǎn)量:1000*86%*1.11*98%/24%=3898kg24%糖化液的相對密度為1.09kg/L,則糖化液的體積：3898/1.09=3576L7） 加珍珠巖量和濾渣量（其加入量為糖化液的0.15%）：3898*.15%=5.85kg過濾后濾渣是含水70%廢珍珠巖，則濾渣量：5.85/（1-70%）=19.5kg4.3發(fā)酵工序的配料及連續(xù)滅菌過程的物料衡算4.3.1發(fā)酵培養(yǎng)基數(shù)量1）1000kg的工業(yè)淀粉經(jīng)水解后，得到24%的糖液3898kg，發(fā)酵培養(yǎng)基的初糖濃度為16.4g/dL，則接種前發(fā)酵培養(yǎng)基的糖液量為：3898*24%/16.4%（w/v）=5704L16.4g/dL糖液的相對密度為1.06kg/L,發(fā)酵培養(yǎng)的糖液量質(zhì)量:5704*1.06=6046kg配料放罐發(fā)酵液密度為16.0%(w/v),按放罐發(fā)酵液體積計算，發(fā)酵液體積：5704*16.4%/16.0%=5847L玉米漿：5847*0.2%(w/v)=11.7kg甘蔗糖蜜：5847*0.3%(w/v)=17.5kg無機鹽(PMg,K):5847*0.2%(w/v)=11.7kg配料用水：配料時培養(yǎng)基中的含糖量不低于19%，向24%的糖液中加水量：3898*24%/19%-3898=1026kg滅菌過程中加入蒸汽量及補水量：6046-3898-1026-11.7-17.5-11.7=1081kg發(fā)酵零小時數(shù)量驗算：3898+11.7+17.5+11.7+1026+1081=6046kg其體積為：6046/1.06=5704L，與以上計算一致。4.3.2接種量總接種菌液體積(接種量為1%)：5847*1%(v/v)=58.5L接種菌液質(zhì)量：58.5*1.06=62kg4.3.3發(fā)酵過程加液氨數(shù)量發(fā)酵過程加液氨數(shù)量為發(fā)酵液體積的2.8%，液氨體積：5847*2.8%(w/v)=164kg液氨容重為0.62kg/L，其體積：164/0.62=265L4.3.4加消泡劑(泡敵)量加消泡劑(泡敵)量為發(fā)酵液的0.05%消泡液量：5847*0.05%(w/v)=2.9kg消泡劑的相對密度為0.8kg/L，其體積為：2.9/0.8=3.6L4.3.5發(fā)酵過程從排風帶走的水分進風25°C,相對濕度申=70%,水蒸氣分壓18mmHg(1mmHg=133.322Pa)，排風32C,相對濕度甲=100%,水蒸氣分壓27mmHg。進罐空氣的壓力為1.5atm(表壓)，排風0.5atm(表壓)。出進空氣的濕含量差：)/(01.00042.0015.0%70187605.2%7018622.0%100277605.1%10027622.0干空氣水進出kgkgXX=-=?--?-=-通風比：1:0.2帶走水量：5847*0.2*60*36*1.157*0.001*0.01=29kg32C時干空氣密度為1.157kg/m3過程分析、放罐殘留及其他損失52kg4.3.6發(fā)酵終點時發(fā)酵液質(zhì)量發(fā)酵終點時發(fā)酵液質(zhì)量：6046+62+164+2.9-29-52=6194kg4.3.7衡算結(jié)果總匯年產(chǎn)5000t商品味精日投產(chǎn)工業(yè)淀粉33.19t，連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料恒算匯總?cè)胂卤恚翰扇±鋬龅赛c及其新離交回收工藝（按1000kg工業(yè)淀粉之匹配量計）1）發(fā)酵液數(shù)量：5847L;6194kg。2） 加98%硫酸量（為發(fā)酵液的3.6%（W/V））:5847*3.6%=210kg98%硫酸相對密度1.84，故體積：210/1.84=114L3） 谷氨酸產(chǎn)量：分離前谷氨酸量：100%Glu量：5847*8%（W/V）=467.8kg分離后谷氨酸量：純Glu：467.8*86%=402kg90%的Glu：402/90%=446.7kg4） 母液數(shù)量（母液含Glu0.7g/dl）：（467.8-402）/0.7=9343kg5） 谷氨酸分離洗水量：446.6*20%=89L6）母液回收過程中用水以及酸、堿等數(shù)量：9343-5847-114-89=3293L=3293kg7）物料衡算結(jié)果：根據(jù)以上計算，再乘以年產(chǎn)5000t商品味精日投產(chǎn)工業(yè)淀粉33.18t，既得每日之物料量，匯總列入下表:谷氨酸提取工序物料衡算匯總表100%Glu402kg；90%Glu446.6kg2、 碳酸鈉量:446.6*36.6%=161kg3、 加活性炭量:446.6*3.1%=14kg4、 中和液數(shù)量:402*1.272/40%(W/V)=1278L；1278*1.16=1482kg5、 中和加水量:1428-446.6-14-161=874kg6、 產(chǎn)MSG量(100%MSG):402*1.272*92%=470.5kg7、 產(chǎn)母液量:402*1.272*8%*25%=164L；164*1.1=180.4kg8、廢濕活性炭數(shù)量（濕炭含水75%）：14/（1-0.75）=56kg9、MSG分離調(diào)水洗水量：470.5*5%=24kg

5熱量衡算5.1液化工序的熱量衡算5.1.1液化加熱蒸氣量加熱蒸氣消耗量：入IttGCD)(12，式中：G 淀粉漿量(kg/h),C——淀粉漿比熱榮[kJ/(kg.K)],t1——漿料初溫(293K),t2——液化溫度(363K)，I——加熱蒸氣焓2738kJ/kg(0.3MPa，表壓),入一一加熱蒸汽凝結(jié)水的焓，363K時為377kJ/kg淀粉漿量G:根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉33.19t；連續(xù)液化，33.18t/24=1.38t/h淀粉漿量(加水量1:2.5):1380*3.5=4830kg/h粉漿干物質(zhì)濃度:1380*86%/4830*100%=24.6%3)淀粉漿比熱C100X-1001000水CXCC+二式中：C0——淀粉質(zhì)比熱容，1.55kJ/(kg.K),X——粉漿干物質(zhì)含量，24.6%，C水——水的比熱容，4.18kJ/(kg.K)C=1.55*24.6/100+4.18(100-24.6)/100=3.53kJ/(kg.K)4)蒸汽用量:D=4830*3.53*(90-20)/(2738-377)=505.50kg/h5.1.2滅酶蒸汽用量滅酶時將液化液由90弋加熱至100弋，在100弋是的入為419kJ/kgD滅=4830*3.53*(100-90)/(2738-419)=73.52kg/h要求在20min內(nèi)是液化液從90弋升至100弋，則蒸汽高峰量為：73.52*60/20=220.56kg/h以上兩項合計:平均量:505.50+73.52=579.02kg/h每日用量：579.02/1000*24=13.90t/d高峰量：505.50+220.56=726.06kg/h5.1.3液化液冷卻用水量使用板式患熱器，將物料由100°C降至65弋,使用二次水，冷卻水進口溫度20C,出水溫度58.7C,需冷卻水量W:(4830+579.02)*3.53*(100-65)/[(58.7-20)*4.18]=4131.18kg/h=99.15t/d5.2糖化工序熱量衡算日產(chǎn)24%糖液129.38t，即129.38/1.09=118.70m3糖化操作周期30h，其中糖化時間為25h。糖化罐總?cè)萘?00m3，裝料系數(shù)75%(100m3糖化罐裝料75m3)，則需糖化罐為：118.70/(100*75%)*(30/24)=1.98臺，取2臺。使用板式換熱器，使糖化液(經(jīng)滅酶后)由85C降至60C,用二次水冷卻，冷卻水今口溫度20C,出口溫度45C,平均水量為：(4830+579.02)*3.53*(85-60)/[(45-20)*4.18]=4567.90kg/h要求在2h內(nèi)把75m3糖液冷卻至40C,高峰用水量為：[4567.90/(4830+579.02)]*75000*1.09/2=34518.81kg/h每日糖化罐同時運轉(zhuǎn)：1.98*25/30=1.65罐每日投料罐次：118.7/75=1.58罐次，取2罐次每日冷卻水用量：2*34.5*1.65=113.85t/d5.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算5.3.1培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量發(fā)酵罐公稱容積為100m3，其總?cè)莘e為102m3，裝料系數(shù)0.7,每罐產(chǎn)100%MSG量：102*0.7*8%*86%*92%*1.272=5.75t年產(chǎn)5000t100%MSG商品味精，日產(chǎn)100%MSG15.625t發(fā)酵操作時間48h，其中發(fā)酵時間38h，需發(fā)酵罐臺數(shù)：(15.625/5.75)*(48/24)=5.43臺，取6臺。每日投料罐次：15.625/5.75=2.72次日運轉(zhuǎn)：5.43*38/48=4.30罐每罐初始體積70m3，糖濃度為16.4g/dl，滅菌前培養(yǎng)基含糖19%，其含量為：70*16.4%/19%=60.42t滅菌加熱過程中用0.4Mpa蒸汽(表壓)I=2743kJ/kg，使用