年產(chǎn)50000噸谷氨酸鈉工廠工藝設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書 -年產(chǎn)50000噸谷氨酸鈉工廠工藝設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：生物工程姓名： 學(xué)號(hào)：日期：2014年06月20日摘要: 谷氨酸鈉俗稱味精，是人們熟悉并普遍采用的鮮味劑, 為一種安全可靠的食品添加劑。我國(guó)作為最大的谷氨酸鈉出口國(guó)，采用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸鈉每年的產(chǎn)量增長(zhǎng)率為1020%，谷氨酸鈉的發(fā)酵生產(chǎn)具有良好的發(fā)展前景。關(guān)鍵字：谷氨酸鈉、雙酶法、發(fā)酵生產(chǎn)目錄1前言11.1谷氨酸鈉簡(jiǎn)介11.2谷氨酸鈉生產(chǎn)狀況12廠址選擇12.1廠址選擇的依據(jù)12.1.1原料12.1.2周圍環(huán)境22.1.3地勢(shì)22.1.4勞動(dòng)力來(lái)源豐富22.1.5具有廢物處理設(shè)施22.2廠址選擇的條件22.2.1地理位置22.2.2

2、交通與運(yùn)輸22.2.3氣候條件22.2.4經(jīng)濟(jì)條件33工廠平面圖設(shè)計(jì)33.1廠區(qū)總平面設(shè)計(jì)原則33.2工廠廠區(qū)總平面設(shè)計(jì)33.2.1道路和運(yùn)輸設(shè)計(jì)33.2.2環(huán)保措施33.3年產(chǎn)50000t的谷氨酸鈉工廠總平面布置圖43.4主要建筑物44生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)44.1生產(chǎn)方案44.2工藝流程54.3基本步驟64.3.1 原料的預(yù)處理64.3.2淀粉水解糖制備64.3.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵64.3.4 谷氨酸的提取64.3.5谷氨酸制取味精及味精成品加工75工藝計(jì)算75.1味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算75.1.1谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖75.1.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)75.1.3谷氨酸發(fā)酵車間的物料

3、衡算85.1.4 50000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算表105.2熱量衡算105.2.1谷氨酸發(fā)酵的熱量衡算105.2.2生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果16總結(jié)16 1前言1.1谷氨酸鈉簡(jiǎn)介谷氨酸鈉俗稱味精，是人們熟悉并普遍采用的鮮味劑，由大豆、小麥面粉及其他含蛋白較高的物質(zhì)，經(jīng)由淀粉發(fā)酵法制成，除含有谷氨酸鈉外還含有少量的食鹽，以含谷氨酸鈉的多少(99%、95%、90%、80%)，分成各種規(guī)格。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會(huì)第十九次會(huì)議，宣布取消對(duì)味精的食用限量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑，也是世界上應(yīng)用范圍最廣、產(chǎn)銷量最大的一種氨基酸。且據(jù)研究；味精可以

4、增進(jìn)人們的食欲，提高人體對(duì)其他各種食物的吸收能力，對(duì)人體有一定的滋補(bǔ)作用。因?yàn)槲毒锖写罅康墓劝彼?，是人體所需要的一種氨基酸，96能被人體吸收，形成人體組織中的蛋白質(zhì)。它還能與血氨結(jié)合，形成對(duì)機(jī)體無(wú)害的谷氨酰胺，解除組織代謝過程中所產(chǎn)生的氨的毒性作用。又能參與腦蛋白質(zhì)代謝和糖代謝，促進(jìn)氧化過程，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正?；顒?dòng)起良好的作用。1.2谷氨酸鈉生產(chǎn)狀況至今，中國(guó)人使用味精的時(shí)間已有80余年。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，自從上世紀(jì)五十年代年日本用發(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(guó)均以此法進(jìn)行生產(chǎn)。我國(guó)直到1965年才實(shí)現(xiàn)谷氨酸的發(fā)酵法生產(chǎn)新途徑。我國(guó)作為世界第一糧食生

5、產(chǎn)大國(guó)，淀粉在國(guó)內(nèi)不僅價(jià)格低廉而且能確保供應(yīng)，而且淀粉作為生產(chǎn)谷氨酸的起始原料，其價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于谷脘粉，因此，該新法在我國(guó)迅速得到普及。味精主要在中國(guó)、日本、泰國(guó)、法國(guó)、巴西等地生產(chǎn)，其中，亞洲的味精產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%。從1994年起，我國(guó)味精年產(chǎn)量躍居世界第一，也是世界上最大的谷氨酸鈉出口國(guó)，且每年的增長(zhǎng)率為1020%。據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)部門估計(jì)，至2005年，我國(guó)味精產(chǎn)量及谷氨酸發(fā)酵能力均占全球同類產(chǎn)品產(chǎn)量的3/4的份額1。而想要做精做強(qiáng),須另辟蹊徑，由于味精為微利產(chǎn)品，只有生產(chǎn)規(guī)模越大，廠家才能真正盈利，和產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，是我國(guó)味精生產(chǎn)更有競(jìng)爭(zhēng)力2 。 味精的生產(chǎn)歷史悠久,生產(chǎn)方法也不盡相同

6、,但是隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)味精的需求量也在不斷上升,但是味精的生產(chǎn)必然會(huì)造成一定的環(huán)境壓力,為了調(diào)節(jié)好味精大批量生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)二者之間的關(guān)系,我們有必要探索一條既有較低的生產(chǎn)成本，從而實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又能夠取得較好的環(huán)境保護(hù)效果的現(xiàn)代化味精生產(chǎn)之路,以滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)味精的需求,實(shí)現(xiàn)可綠色的持續(xù)發(fā)展。2廠址選擇2.1廠址選擇的依據(jù)2.1.1原料 本次設(shè)計(jì)用到的原料是玉米，所以要選擇進(jìn)玉米生產(chǎn)地的地方，一般在郊區(qū)會(huì)比較方便，運(yùn)輸費(fèi)用也比較低，降低了成本。2.1.2周圍環(huán)境 廠區(qū)周圍有良好的衛(wèi)生環(huán)境廠區(qū)附近不得有有害氣體、粉塵和其他擴(kuò)散性的污染源，廠址不應(yīng)設(shè)在受污染河流的下游和傳染病醫(yī)院近旁。

7、2.1.3地勢(shì)地勢(shì)應(yīng)基本平坦，廠區(qū)標(biāo)高應(yīng)高出通常最高洪水水位，且能保障排水順利。2.1.4勞動(dòng)力來(lái)源豐富本次設(shè)計(jì)的味精廠的規(guī)模屬于中上規(guī)模，所需的勞動(dòng)力較大，應(yīng)該選擇勞動(dòng)力較密集的地方，應(yīng)靠近城鎮(zhèn)或居民集中點(diǎn)。2.1.5具有廢物處理設(shè)施味精生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水、廢渣等的處理，要有專門的處理排放，而不對(duì)周圍的環(huán)境、生態(tài)造成危害。2.2廠址選擇的條件 此廠將建立在長(zhǎng)春德惠市郊區(qū)，環(huán)境優(yōu)美，交通便利，便于原料及產(chǎn)品的運(yùn)輸。2.2.1地理位置 選擇的廠址在吉林省長(zhǎng)春市德惠市。德惠市是國(guó)家“高優(yōu)高”農(nóng)業(yè)示范區(qū)，素有“北國(guó)糧倉(cāng)”之美譽(yù)。資源豐富，森林、草地植被覆蓋率達(dá)19.5%，環(huán)境優(yōu)美。全市有耕地21.4萬(wàn)

8、公頃，盛產(chǎn)玉米、水稻、大豆、高粱，是國(guó)家重點(diǎn)商品糧基地。先后被國(guó)家命名為糧食生產(chǎn)先進(jìn)市、菜籃子工程先進(jìn)市、中國(guó)松花江大米之鄉(xiāng)。糧食產(chǎn)量及質(zhì)量高，豐富的糧食資源可為本廠的生產(chǎn)提供源源不竭的優(yōu)質(zhì)原料。2.2.2交通與運(yùn)輸此廠將建立在長(zhǎng)春德惠市，處于吉林省中北部，松遼平原中部腹地，長(zhǎng)春、哈爾濱、吉林市、松原四大城市重心上。處于東北物流中心大連沈陽(yáng)長(zhǎng)春哈爾濱經(jīng)濟(jì)帶上。市區(qū)地理位置優(yōu)越、交通便捷，位于長(zhǎng)春、吉林、哈爾濱三大城市之間，京哈鐵路、京哈高速公路、哈大高速鐵路、102國(guó)道等東北物流大動(dòng)脈平行從區(qū)內(nèi)穿過，縱貫全境百余公里，便于產(chǎn)品和生產(chǎn)資料的運(yùn)輸。2.2.3氣候條件長(zhǎng)春德惠市地處中國(guó)東北長(zhǎng)春平原腹

9、地，市區(qū)海拔在250-350米之間，地勢(shì)平坦開闊。屬北中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，在全國(guó)干濕氣候分區(qū)中，地處濕潤(rùn)區(qū)向亞干旱區(qū)的過渡地帶。氣溫自東向西遞增，降水自東向西遞減。春季干燥多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長(zhǎng)，具有四季分明，雨熱同季，干濕適中的氣候特征，為人類開發(fā)和利用大自然提供了良好的氣候環(huán)境。氣候的大陸性強(qiáng)，氣溫的年差較大。冬季的氣溫低于同緯度地區(qū)，夏季則高于同緯度地區(qū)。氣候東西過渡，熱量水分適中。由于長(zhǎng)春德惠市處于吉林省東部山地向西部松嫩平原的過渡地帶，所以具有東部山區(qū)濕潤(rùn)氣候向西部半干旱氣候過渡的特征。過渡性氣候使長(zhǎng)春市的光照充足，熱量條件優(yōu)于東部，而雨水條件又好于西部，

10、為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了良好的氣候條件。 長(zhǎng)春德惠市年平均氣溫4.4°C，最高溫度39.5°C，最低溫度-39.8°C,日照時(shí)間2,695.2小時(shí)。夏季，東南風(fēng)盛行，也有渤海補(bǔ)充的濕氣過境。年平均降水量520毫米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最熱月（7月）平均氣溫22。秋季，可形成持續(xù)數(shù)日的晴朗而溫暖的天氣，溫差較大，風(fēng)速也較春季小，利于糧食作物是生長(zhǎng)，也適宜于農(nóng)業(yè)和工業(yè)開發(fā)。2.2.4經(jīng)濟(jì)條件 生產(chǎn)本產(chǎn)品是原材料是淀粉質(zhì)原料、糖質(zhì)原料、纖維質(zhì)原料，其中淀粉質(zhì)原料是生產(chǎn)味精的主要原料，我國(guó)發(fā)酵味精80%是用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)的，其中以甘薯干等為原料的約占45%，大米等

11、谷物為原料的約占35%。本次設(shè)計(jì)所選用的原料是淀粉質(zhì)原料，綜合考慮本地的原料來(lái)源和成本情況.玉米是首選，因其價(jià)廉物美，且易獲得。但玉米發(fā)酵成淀粉，要考慮用到多種酶，如a-淀粉酶、糖化酶等。此外，硫酸銨和硫酸等輔料也是要計(jì)算考慮的。3工廠平面圖設(shè)計(jì)3.1廠區(qū)總平面設(shè)計(jì)原則車間的布置主要是根據(jù)每個(gè)車間的物料流向來(lái)安排，也要根據(jù)車間的長(zhǎng)寬來(lái)作最終的確定。而原料車間是每天都必須有物料流進(jìn)來(lái)的，必須有大型通道，成品也必須盡快運(yùn)出去，還有鍋爐房都是需要大量的燃料，所以它們?cè)O(shè)置在一條大型通道上，而且有一個(gè)大的轉(zhuǎn)彎圈設(shè)計(jì)在里面。為了節(jié)省材料和財(cái)物，車間也不能離的太遠(yuǎn)，最后一些三廢處理也遠(yuǎn)離生活區(qū)，也必須要離三

12、廢的出處要較近，所以設(shè)置在廠的東側(cè)。3.2工廠廠區(qū)總平面設(shè)計(jì)由風(fēng)玫瑰圖得出，此地主要風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)少有東風(fēng)，故廠房的設(shè)計(jì)充分考慮到本地風(fēng)向問題，特將污水處理單元建在廠區(qū)東面，行政管理及后勤職能部門建在廠區(qū)西面。為保證生產(chǎn)中的能源供應(yīng)，將生產(chǎn)輔助車間及動(dòng)力車間布置于廠區(qū)的北側(cè)，緊鄰生產(chǎn)車間。將生產(chǎn)及包裝車間布置于廠區(qū)中央和南側(cè)。成品庫(kù)緊鄰包裝車間，原料庫(kù)接近生產(chǎn)車間，并臨近道路，便于生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。3.2.1道路和運(yùn)輸設(shè)計(jì)廠內(nèi)道路采用循環(huán)式布置，即道路繞廠房、建筑物的閉合系統(tǒng)的道路網(wǎng)，同時(shí)要滿足人流、物流的運(yùn)輸方便、安全和高效的要求。本廠共開兩扇門（工廠平面圖）：左側(cè)圍正門，用于員工出入；右側(cè)為

13、后門，用于原材料及成品的運(yùn)輸。將人流、貨流通道分開，避免交叉。3.2.2環(huán)保措施廠內(nèi)開辟與綠化帶、花壇、建筑周圍有綠化帶圍繞，綠化環(huán)保措施良好。3.3年產(chǎn)50000t的谷氨酸鈉工廠總平面布置圖 谷氨酸鈉工廠廠區(qū)總平面布置圖見附表1。3.4主要建筑物表1 谷氨酸鈉工廠建構(gòu)筑物明細(xì)表編號(hào)名稱規(guī)格1實(shí)驗(yàn)室5002行政樓20003食堂6004機(jī)修5停車場(chǎng)4006變電所2007鍋爐房2008動(dòng)力站2009儲(chǔ)水池20010 化鹽池20011站臺(tái)20012重油間50013 綠化帶150014實(shí)驗(yàn)場(chǎng)25015 發(fā)酵車間160016水解調(diào)漿車間80017發(fā)酵80018污水處理站80019有機(jī)肥料40020環(huán)保4

14、0021原料庫(kù)150022精制車間80023干燥包裝車間80024成品庫(kù)150025花壇2004生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)4.1生產(chǎn)方案本項(xiàng)目采用玉米漿為發(fā)酵原料，來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。采用雙酶法糖化，中初糖發(fā)酵流加高糖，等電點(diǎn)-離子交換提取的工藝獲得高純度的味精。本廠年產(chǎn)50000噸味精，味精純度99，根據(jù)市場(chǎng)的消費(fèi)狀況，生產(chǎn)晶體味精70%，粉體味精30%。生產(chǎn)期300天，無(wú)淡旺季節(jié)之分，一天3班，每班8小時(shí)。4.2工藝流程 生產(chǎn)總工藝流程圖見附圖2空氣菌種原料空氣壓縮機(jī)預(yù)處理斜面培養(yǎng)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)冷卻水解除鐵離心沉淀發(fā)酵配料過濾氣液分離種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過濾淀粉水解糖過濾除菌脫色濃縮結(jié)晶等電點(diǎn)調(diào)節(jié)離心過濾干燥大

15、結(jié)晶干燥母液小結(jié)晶粗谷氨酸拌鹽粉碎粗谷氨酸 離子交換處理成品味精粉狀味精溶解中和制味精 粗谷氨酸溶液圖2 味精生產(chǎn)總工藝流程圖上圖清楚地表達(dá)了從原料的投入到味精產(chǎn)品產(chǎn)出的整個(gè)生產(chǎn)工藝過程3。4.3基本步驟4.3.1 原料的預(yù)處理此工藝操作的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(shí)去除固體雜質(zhì)，防止機(jī)器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī)，常用的是振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，使用方便。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機(jī)外，還有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)。盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機(jī)應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎4。4.3

16、.2淀粉水解糖制備在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，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(guó)內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。4.3.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵種子擴(kuò)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)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)任務(wù)。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級(jí)乃至二級(jí)種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。 谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對(duì)其作高溫短時(shí)滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用

17、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(dòng)性差，容易將維持管堵塞，同時(shí)真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少。發(fā)酵設(shè)備，國(guó)內(nèi)味精廠大多采用機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在50m3到200m3之間。對(duì)于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測(cè)儀表不能及時(shí)反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動(dòng)性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過程，需供給無(wú)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)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級(jí)處理，再送入貯氣罐，進(jìn)而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發(fā)酵罐使

18、用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級(jí)冷卻設(shè)備5。4.3.4 谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn)離子交換法，國(guó)內(nèi)有些味精廠還采用等電點(diǎn)鋅鹽法、鹽酸水解等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制6。4.3.5谷氨酸制取味精及味精成品加工精制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)提純、加工、包裝，得到成品。味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程，國(guó)內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)

19、大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時(shí)間短，但干燥過程對(duì)味精光澤和外形有影響7，同時(shí)廠房建筑要求較高，這樣均不如振動(dòng)式干燥床應(yīng)用效果好8。 5工藝計(jì)算5.1味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算5.1.1谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖谷氨酸發(fā)酵采用淀粉原料采用淀粉原料，雙酶法糖化，中初糖發(fā)酵流加高糖，等電點(diǎn)-離子交換提取的工藝9。工藝流程示意圖如圖5所示10。消泡劑 淀粉水 葡萄糖 消泡劑無(wú)機(jī)鹽 配料罐 定容罐 水糖蜜 定容罐 配料罐 無(wú)機(jī)鹽玉米漿 二級(jí)種子罐 糖蜜純生物素 連消器 玉米漿 純生物素 實(shí)消 維持罐 斜面 一級(jí)種子 降溫 換熱器 液氨 二級(jí)種培養(yǎng) 消泡劑 發(fā)酵罐

20、 高濃度糖液 無(wú)菌空氣 液氨5.1.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）主要技術(shù)指標(biāo)表1 味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a50000（味精）生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，等電點(diǎn)-離子交換提取年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/a167產(chǎn)品質(zhì)量純度%99倒灌率%0.2發(fā)酵周期h40發(fā)酵初糖Kg/m3150淀粉糖轉(zhuǎn)化率流加高濃糖%Kg/m3108500糖酸轉(zhuǎn)化率%60麩酸谷氨酸含量%95谷氨酸提取率%95味精對(duì)谷氨酸產(chǎn)率%122淀粉原料的淀粉含量為80%，含水14%。（3）二級(jí)種子培養(yǎng)基(g/L) 水解糖50，糖蜜20，硫酸二氫鉀1.0，硫酸鎂0,6，玉米漿510，泡敵0.6，生物素0,。02m

21、g，硫酸錳2mg/L，硫酸亞鐵2mg/L。 （4）發(fā)酵初始培養(yǎng)基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸鎂0.6，氯化鉀0.8，磷酸氫二鈉0.2，生物素0.002mg，泡敵1.0，接種量為8% 。 5.1.3谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg純度為100%的需耗用的原材料及其他物料量。（1） 發(fā)酵液量 設(shè)發(fā)酵初糖和流加高濃糖最終發(fā)酵液總糖濃度為220kg/m3,則發(fā)酵液量為：式中 220發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3） 60%糖酸轉(zhuǎn)化率 95%谷氨酸提取率 99.8%除去倒灌率0.2%后的發(fā)酵成功率 122%味精對(duì)谷氨酸的精制產(chǎn)率（2）發(fā)酵液配制所需水解糖量 以純糖算: （3）二級(jí)

22、種液量 （4）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量 式中 50二級(jí)種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量為： （6）耗用淀粉原料量 理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量為： 式中 80%淀粉原料含純淀粉量 108%淀粉糖轉(zhuǎn)化率（7）液氮耗用量 發(fā)酵過程用液氮調(diào)pH和補(bǔ)充氮源，耗用量260-280kg；此外，提取過程耗用量160-170kg，合計(jì)每噸味精消耗量為420-450kg。（8）甘蔗糖蜜耗用量 二級(jí)種液耗用糖蜜量為發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6合計(jì)耗糖蜜量為36.68kg（9）氯化鉀耗用量 （10）磷酸氫二鈉（Na2HPO4·7H2O）

23、耗用量 （11）硫酸鎂（MgSO4·7H2O耗用用量 （12）消泡劑（泡敵）耗用量（13）玉米漿耗用量（8g/L）（14）生物素耗用量 （15）硫酸錳耗用量（16）硫酸亞鐵耗用量 （17）磷酸耗用量（18）谷氨酸（麩酸）量 發(fā)酵液谷氨酸含量為：實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率95%）為：5.1.4 50000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算表由上述生產(chǎn)1000kg味精（純度100%）的物料衡算結(jié)果，可求得50000/a味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。具體結(jié)果見表3所示。表3 50000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）的物料量50000t/a味精生產(chǎn)的物料量每日物料量

24、 發(fā)酵液/m36.55327.5×1031092二級(jí)種液/m30.5242620087.4發(fā)酵水解用糖/kg144172.05×106240.17×103二級(jí)種培養(yǎng)用量/kg 26.21.31×1064367水解糖總量/kg1467.273.36×106244.53×103淀粉用量.kg1529.976.495×106254.98×103液氨用量/kg42021×10670×103糖蜜用量/kg36.681.834×1066114氯化鉀用量/kg5.24262×103873.

25、33磷酸氫二鉀用量/kg0.52426.2×10387.33硫酸鎂用量/kg4.24212×103706.67泡敵用量/kg6.55327.5×1031091.67玉米漿用量/kg生物素用量/kg硫酸錳用量/kg硫酸亞鐵用量/kg磷酸用量/kg4.190.02361.0481.0481.31209.5×1031.18×10352.4×10352.4×10365.5×103 698.333.933174.667174.667218.333谷氨酸用量/kg89344.65×106148.8×1035

26、.2熱量衡算5.2.1谷氨酸發(fā)酵的熱量衡算熱量衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來(lái)的，熱平衡方程表示如下：           Q入=Q出+Q損式中 Q入輸入的熱量總和（kJ）Q出輸出的熱量總和（kJ）Q損損失的熱量總和（kJ）通常， Q入=Q1+Q2+Q3Q出=Q4+Q5+Q6+Q7 Q損=Q8式中 Q1物料帶入的熱量（kJ） Q2由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和所處理的物料的熱量（kJ） Q3過程的熱效應(yīng)，包括生物反應(yīng)熱、攪拌熱等（kJ） Q4物料帶出的熱量（kJ） Q5加熱設(shè)備需要的熱量（kJ） Q6加熱物料需要的熱量（kJ）

27、 Q7氣體或蒸汽帶出的熱量（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，對(duì)具體的單元設(shè)備，上述的Q1Q8各項(xiàng)熱量不一定都存在，故進(jìn)行熱量衡算時(shí)，必須根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算計(jì)算指標(biāo)（以淀粉質(zhì)為原料）計(jì)算指標(biāo)見表3.1。表4 計(jì)算指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)淀粉糖化轉(zhuǎn)化率108%發(fā)酵產(chǎn)酸率（濃度）11%發(fā)酵對(duì)糖轉(zhuǎn)化率60%培養(yǎng)菌種耗糖為發(fā)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%發(fā)酵周期（含輔助時(shí)間）40h全年工作日300d 培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量：采用發(fā)酵罐體積為200m3。200

28、m3發(fā)酵罐裝料系數(shù)0.80，每罐產(chǎn)100%MSG量： 200×0.80×11%×95%×122%×1.272=25.94（t/d）1.272年產(chǎn)商品味精5.0萬(wàn)噸，日產(chǎn)100%MSG167噸.發(fā)酵操作時(shí)間40h（其中發(fā)酵時(shí)間32 h）需發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)：取11臺(tái)由于裝罐率，所以每罐初始體積160m3糖濃度15.0g/dl，滅菌前培養(yǎng)基含糖20.0g/dl，其數(shù)量： 每日投（放）料罐次 （罐）取7罐次。滅菌加熱過程中用0.4mPa（表壓）I=2743 KJ/kg，使用板式換熱器將物料由20°C預(yù)熱至75°C，再加熱至120°

29、;C，冷卻水由20°C升到45°C。消毒滅菌用蒸汽量（D）： D=3212 （kg/h）3.2 （t/h）式中：3.97為糖液的比熱容， 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） 發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量： 發(fā)酵罐體加熱：200m3，1Cr18Ni9的發(fā)酵罐體重34.3t，冷卻排管重6t，1Cr18Ni9的比熱容0.5 KJ/（kg·°C）8，用0.4mPa（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在

30、0.15 mPa（表壓）下由20°C升至127°C，其蒸汽量為： 填充發(fā)酵罐空間的蒸汽量：因200 m3發(fā)酵罐的全容積大于200 m3，考慮到罐內(nèi)之排管，攪拌器等所占之空間罐之自由空間仍按500 m3計(jì)算，填充空間需蒸汽量：D空=V=200×1.39=278 （kg/h）式中 ： V發(fā)酵罐全容積（m3） 加熱蒸汽的密度（kg/ m3）0.15mPa（表壓）時(shí)為1.39（kg/m3） 滅菌過程的熱功當(dāng)量損失：輻射與對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù)，罐外壁溫度70°C。=33.90.19×（7020）=43.4kg/（m3·h·°C）

31、 200m3發(fā)酵罐的表面積為201，耗用蒸汽量： D損= 罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗： 式中： 0.001附壁水平均厚度（1mm） 1000水密度 （kg/m3） 滅菌過程蒸汽滲漏，取總汽消耗量的5%，空罐滅菌蒸汽消耗量; 每空罐滅菌1.5 h，用蒸汽量： 1511.6×1.5=2267.4 （kg/罐） 每日用蒸汽量： 2267.4×3=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：2267.4×4= 9069.6（kg/h）=0.9（t/h） 液化工序熱量衡算液化加熱

32、蒸汽量加熱蒸汽消耗量可按下式計(jì)算D=G×C×（T2-T1）÷（h-i）式中：G-淀粉漿量（kg/h） G-淀粉漿比熱容kJ/（kg*K） T2-漿料初溫（20+273=293K） T1-液化溫度（90+273=363K） h-加熱蒸汽焓2738kJ/kg（0.3Mpa,表壓） i-加熱蒸汽凝結(jié)水焓，在363K時(shí)為377kJ/kg淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉255.49t；連續(xù)液化255.49/24=10.6（t/h）。加水量為1:2.5，分漿量為10600×3.5=37100（kg/h）粉漿比熱C可按下式計(jì)算：C=C0+C水式中：C0-淀粉質(zhì)比

33、熱容，取1.55kJ/（kg*K） C水-水的比熱容，4.18 kJ/（kg*K） C=1.55+4.18=3.53蒸汽用量 D=（kg/h）=4.1（t/h）（2）滅酶用蒸汽量滅酶時(shí)將液化液由90加熱至100，在100時(shí)的i為419kJ/kgD滅=（kg/h）=0.6（t/h）要求在20min內(nèi)使液化液由90升至100，則蒸汽高峰值為：0.6×4=2.4（t/h）以上兩項(xiàng)合計(jì)，平均量4.1+0.6=4.7（t/h）；每日用量4.7×24=112.8（t/d） 谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算年產(chǎn)5萬(wàn)噸商品味精，日產(chǎn)100%MSG167t，選用25m3強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐，濃

34、縮結(jié)晶操作周期24h，其中輔助時(shí)間4h。每罐產(chǎn)100%MSG 25.94t，需結(jié)晶罐臺(tái)7臺(tái)。每罐投入40g/dl的中和脫色液（俗稱原液）23m3，流加30g/dl母液32m3，過程中加水6m3，在70下真空蒸發(fā)結(jié)晶，濃縮3h，育晶17h。放料數(shù)量20m3熱量衡算來(lái)料帶入熱量：進(jìn)料溫度35，比熱為3.5kJ/（kgoK）  Q來(lái)料=（23×1.16+32×1.13）×3.5×35×103=7.7×106（kJ）加水帶入熱量：        Q來(lái)水=6

35、5;4.18×35×103=8.8×105（kJ）晶種帶入熱量：MSG比熱容1.67（kJ/（kgoK）        Q來(lái)晶=1600×1.67×20=5.3×104（kJ）結(jié)晶放熱：MSG結(jié)晶熱為12.7kJ/mol      Q晶熱= =5.7×105（kJ）母液帶走熱量：分離母液12m3，折算為相對(duì)密度1.26時(shí)15t，比熱容為2.83（kJ/（kgoK） Q=15×103×2.83×70

36、=3.0×106（KJ）隨二次蒸汽帶走熱量： Q二蒸=（23+32+6-20）×2626×106=1.077×108（kJ）隨結(jié)晶MSG帶走熱量： Q出晶=10×103×1.67×70=1.17×106（kJ）需外界供給熱量：    Q=（Q母+Q二蒸+Q出晶）-（Q來(lái)料+Q來(lái)水+Q來(lái)晶+Q晶熱）    =（3.0×106+1.077×108+1.17×106）-（7.7×106+8.8×105+5.3×104+5.

37、7×105）    =9.5×107（kJ） 計(jì)算蒸汽用量 每罐次用汽量：熱損按5%折算。 D= =45830（kg/罐） 每罐濃縮結(jié)晶時(shí)間20h，每小時(shí)耗蒸汽高峰量：45830/20=2292（kg/h） 7臺(tái)罐（實(shí)際是6.5臺(tái)）同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量：        6.5×2292=148898（kg/h） 每日用蒸汽量： 6.5×45830=297895（kg/d）=297.9（t/d） 每小時(shí)平均用蒸汽量：297.9/24=12.4（t/h） 干燥過程的熱量衡算分離后之濕MSG含水2%，干燥后達(dá)到0.2%，進(jìn)加熱之空氣為18，相對(duì)濕度=70%，通過加熱器使空氣升至80，從干燥器出來(lái)的空氣為60。 年產(chǎn)萬(wàn)噸商品味精，日產(chǎn)濕味精30.4t，二班生產(chǎn)，即30.4/16=1.9（t/h）。干燥水分量34（kg/h） 18空氣濕含量=70%，X0=0.009（kg/kg干空氣），I0=41.8kJ/kg干空氣；加熱80，I1=104.5kJ/kg干空氣用公式：=（I2-I1）/（X2-X1）=Q物料+Q損失-Q初溫式中  -空氣經(jīng)過干燥后的熱量變化（kJ/kg）Q損失-損失熱量，通常為有效熱量的10%Q物