工艺技术年产万吨味精工厂初步工艺设计文档格式.docx
《工艺技术年产万吨味精工厂初步工艺设计文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工艺技术年产万吨味精工厂初步工艺设计文档格式.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
设计的结果和目的主要是通过工艺流程及相关设备进行计算，设计出一个具有高产量，低能耗，污染小的现代化味精生产工厂。
本次设计是通过对味精生产的四个工艺流程的物料、热量和水进行了衡算和发酵罐选型计算，得到可行的数据，并且据此选取了合适的发酵生产设备以及合理的工艺流程进行味精的工厂生产，从而提高味精生产的质量和产量，降低了生产的成本,既为味精的工厂化生产的进步提供合理的理论依据,又为环境保护和可持续发展提供重要的数据支持,因此此次味精工厂初步工艺设计是较为必要的.
通过一系列计算,我们得出了此次毕业设计所需的重要数据:
玉米淀粉为原料日产100%MSG68.75吨，每日消耗的86%的玉米淀粉质量为102.12吨，日运转糖化罐2罐，投放料2罐次。
本次设计采用7台公称容积为200立方米的机械搅拌式发酵罐进行发酵，日运转6台。
该发酵罐的具体技术参数为：
高度为9.54m，罐体总高14.41m，罐身厚度14mm，封头壁厚16mm，选用六平叶涡轮式搅拌器，搅拌器转数140r/min，搅拌轴功率2156kw，罐内工作压力0.15MPa。
总蒸汽量330.4t/d，平均量13.8t/h，高峰时用量36.9t/h。
日供给新鲜水12766.1t，二次水15413t/d，凝结水131.01t/d，每日排水15256t。
从而完成了年产2.2万吨味精工厂初步工艺设计。
由于此次味精工厂设计仅限于理论计算和模拟的运行数据,对于现实的生产只存在指导和借鉴意义,其实用性有待在生活生产中进行进一步可行性测试和研究.
关键词：
味精；
发酵；
工艺设计;
发酵罐;
Annualproductioncapacityof22000tons
ofmonosodiumglutamatefactorypreliminaryprocessdesign
Abstract
Thedesignisanannualoutputof22,000tonsofmonosodiumglutamateformaterialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,processdesign;
Tohydrolysisofcornstarchasrawmaterialstogenerateglucose,glutamicacidproducingbacteriatousecarbonmetabolism,biosynthesisofglutamicacid,glutamicacidandalkalitoformasodiumglutamateorMSGisthemainprocess,formaterialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,andmappedthestructureoffermentationtank,fermentationprocesswithcontrolpointmap,thefactoryfloorplan,saccharificationprocessmapandtheprocessmapofextractionandpurification.
Theresultofthedesignandthedestinationoftheprocessistoconceiveahighyield,lowenergyconsumptionandtheproductionofsmallpollutionMSGplantmodernization.
Thisdesignistogetthefeasibledatathroughthefourphasecalculation,includingthematerialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,basedonwhichwechosethefactoryofsuitablefermentationproductionequipmentandthereasonabletechnologicalprocessestoproduce,inordertoimprovethequalityandoutputandtolowthecostatthesametime,bothgivingthereasonabletheorybasetotheprogressoffactoryproductionofmonosodiumglutamateandprovidingthedatasupporttotheenvironmentprotectionandsustainabledevelopment.So,thefactorypreliminaryprocessdesigniscomparativenecessary.
Afteraseriesofcalculation,wegainthefollowingimportantdatarequiredforthisdesign:
themassofthe100%MSGwithcornstarchasrawmaterialis68.75t,themassof86%cornstarchis102.12t,thenumberoftankneededtoworkis2,whichdemandsof2timesoffilling.
Thisdesignadopts7mechanicalagitatedfermentorwiththenominalof200m³
toferment,with6operatingaday.Thiskindoffermentortechnicalparametersisasfollow:
Theheightis9.54mm,themainheightofcanbodyis14.41mm,thethicknessis14mm,thethicknessofendsocketis16mm,therevolvingspeedis140r/min,theshaftpoweris2156kw,theworkingpressureinsidethetankis0.15MPa.Thetotalquantityofsteamis330.4t/d,theaverageis13.8t/h,peakconsumptionis36.9t/h.thefreshwateris2766.1t/d,secondarywateris15413t/d,condensedwater130.1ist/d,drainingwateradayis15256t.Then,weaccomplishthedesign.
Becauseofbeingcurbedbythetheorycalculationandtheprocessdata,thisdesignisonlytoguidetheactualproduction,itspracticalapplicabilityiswaitedtobeingfurthertestandresearch.
KeyWords：
MSG;
Fermentation;
ProcessDesign;
Fermentor;
摘要
引言2
1．文献综述2
1.1味精的理化性质2
1.2味精生产常用设备及常用菌种3
1.3味精的生产方法3
1.3.1蛋白质水解法3
1.3.2合成法3
1.3.3发酵法4
1.4我国未经发展现状及方向4
1.5本设计的意义及目标4
2．全场设计概论6
2.1味精的设计依据及主要技术参数6
2.1.1味精的产品规格6
2.1.2味精工厂设计的主要技术参数7
2.2味精生产预采用的工艺流程8
3.基础恒算9
3.1物料恒算9
3.1.1生产过程的总物料衡算9
3.1.2制糖工序的物料衡算11
3.1.3连续灭菌和发酵工序的物料衡算13
3.1.4谷氨酸提取工序的物料衡算15
3.1.5精制工序的物料衡算16
3.2热量衡算18
3.2.1液化工序热量衡算18
3.2.2糖化工序热量衡算20
3.2.3连续灭菌和发酵工序热量衡算20
3.2.4谷氨酸提取工序冷量衡算24
3.2.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算25
3.2.6干燥过程的热量衡算27
3.2.7生产过程耗用蒸汽衡算汇总29
4.水平衡30
4.1糖化工序用水量30
4.2连续灭菌工序用水量30
4.3发酵工序用水量（使用新鲜水）30
4.4提取工序用水量31
4.5中和脱色工序用水量31
4.6精制工序用水量31
4.7动力工序用水量32
4.8用水量汇总32
5.发酵罐及其附属设备34
5.1罐体34
5.1.1罐体主要尺寸比例34
5.1.2罐的容积计算35
5.2搅拌器和挡板37
5.2.1搅拌器37
5.2.2档板39
5.3空气分布装置39
5.4罐的换热装置39
5.4.1罐的换热装置的形式39
5.4.2换热面积的计算40
5.5轴封装置，联轴器和轴承41
5.5.2联轴器和轴承42
5.6消泡装置42
5.7传动装置43
5.8溶氧速率和溶氧系数43
5.8.1溶氧系数的计算43
5.8.2溶氧系数的换算44
5.9发酵罐技术性能表45
参考文献
致谢
引言
味精是调味剂的一种，主要成分为谷氨酸钠。
味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。
味精又名”味之素”，学名”谷氨酸钠”。
成品为白色柱状结晶体或结晶性粉末，是目前国内外广泛使用的增鲜调味品之一。
其主要成分为谷氨酸和食盐。
味精的生产历史悠久,生产方法也不尽相同,但是随着社会的发展,人们对味精的需求量也在不断上升,但是味精的生产必然会造成一定的环境压力,为了调节好味精大批量生产和环境保护二者之间的关系,我们有必要探索一条既有较低的生产成本，从而实现较高的经济价值，又能够取得较好的环境保护效果的现代化味精生产之路,以满足现代社会对味精的需求,实现可绿色的持续发展。
想要实现味精的低成本低污染，就必须实现规模化工厂生产，实际经验表明，只有万吨级以上的味精工厂生产，才能实现这个目标，因此本设计进行年产2.2万吨味精工厂初步工艺设计就是为了在理论上和对现实模拟的基础上给出数据和理论支持，因此该设计具有一定的用价值和环保意义。
由于我们的水平有限，加之由于对先进设备和技术的了解程度有限，本设计中有许多不尽如人意的地方恳请各位老师和同学们批评指正。
共同学习共同进步。
1．文献综述
尽管味精广泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸对于增强食物鲜味的作用，在20世纪早期，才被人们科学地认识到。
1907年，日本东京帝国大学的研究员池田菊苗发现了一种，昆布汤蒸发后留下的棕色晶体，即谷氨酸。
这些晶体，尝起来有一种难以描述但很不错的味道。
这种味道，田在许多食物中都能找到踪迹，尤其是在海带中。
池田教授将这种味道称为“鲜味”，为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利[1]。
味精，学名谷氨酸钠。
其发展大致有三个阶段：
第一阶段：
1866年德国人里德豪森博士从面筋中分离到氨基酸，他们称谷氨酸，根据原料定名为麸酸或谷氨酸（因为面筋是从小麦里提取出来的）。
1908年,池田菊苗试验，从海带中分离到L—谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的。
第二阶段：
以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的。
这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。
第三阶段：
随着科学的进步以及生物技术的发展，使味精生产发生了革命性的变化。
自1965年以后我国味精厂都采用以粮食为原料（大米、甘薯淀粉）、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品用了它以后使菜肴更加鲜美可口[2]。
1.1味精的理化性质
主要成分为谷氨酸钠。
要注意的是如果在100°
C以上的高温中使用味精，鲜味剂谷氨酸钠会转变为焦谷氨酸钠，焦谷氨酸钠虽然对人体无害，但是焦谷氨酸钠没有鲜味，会使味精鲜味丧失。
还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。
所以要适当地使用和存放[3]。
谷氨酸钠是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。
是一种无嗅无色的晶体，在232°
C时解体熔化。
谷氨酸钠的水溶性很好，溶解度为74克谷氨酸钠[4]。
化学式为C5H8O4NNa·
H2O
摩尔质量187.13gmol-1
1.2味精生产常用设备及常用菌种
常用设备:
（1）糖化设备：
水解锅糖化罐连续液化喷射器
（2）培养基连消设备：
维持罐连消塔热交换器
（3）空气净化除菌设备：
空气压缩机空气换热器气液分离器空气过滤器
（4）发酵罐
（5）等电点罐
（6）中和脱色槽树脂交换柱
（7）真空结晶罐
（8）常用容器设备：
整体玻璃钢制容器[4]
1.3味精的生产方法
1.3.1蛋白质水解法
以蛋白质水解法为例：
以植物蛋白，如面筋等为原料，加入酸后进行水解，使原料中的植物蛋白水解成多种氨基酸，然后分离出谷氨酸，再制成味精，此法为传统工艺[5]。
1.3.2合成法
主要包括以糠醛，丙烯晴和环戊二烯为原料的合成法等。
该法的优点是不用粮食，采用石油废气，但生产过程中需用高压（200大气压）、高温（120°
C以上）、有毒（氯氰酸）、易燃（溶剂）。
设备投资大（比发酵法高1倍以上），生产工艺复杂、危险等。
半成品消旋谷氨酸还要进行分割，年产量少于5000t者不经济。
故生产上很少使用[6]。
1.3.3发酵法
该原料来源广阔，可利用各种淀粉或野生物淀粉、甘蔗、糖蜜、甜菜糖蜜、石油化工产品醋酸、乙醇等。
而且设备一般，腐蚀性低，劳动强度小，可自动化、连续化生产、收率高、成本比水解法低30～50%等优点。
因此，发酵法是目前生产味精的主要方法[7]
1.4我国未经发展现状及方向
我国味精生产历史比较悠久，最早使用的生产工艺是谷脘水解法，但该法会产生大量废水并对环境造成极大污染。
上世纪50年代初日本率先发明用工业微生物发酵法生产谷氨酸的新工艺，并以此取代了谷脘水解法老工艺[8]。
我国直到1965年才实现谷氨酸的发酵法生产新途径。
我国作为世界第一粮食生产大国，淀粉在国内不仅价格低廉而且能确保供应，而且淀粉作为生产谷氨酸的起始原料，其价格远远低于谷脘粉，因此，该新法在我国的普及还是有较大优势的[9]。
从全国味精产量来看，在1965年前我国味精总产量不过区区几千吨，而2005年我国味精总产量已达惊人的118万吨，40年间整整增长了近300倍之多。
即使在世界味精发祥地的日本也没有这样高的增长速度。
据国内有关部门估计，至2005年，我国味精产量及谷氨酸发酵能力均占全球同类产品产量的3/4的份额[10]。
想要做精做强,须另辟蹊径，由于味精为微利产品，只有生产规模越大，厂家才能真正盈利，和产业的稳定发展，是我国味精生产更有竞争力[11]。
1.5本设计的意义及目标
意义
基于味精需求量之大、前景之好，本毕业设计选题为年产2.2万吨味精生产工艺初步设计。
工艺是要不断创新、不断寻求更高效合理的生产途径及更环保的生产方法的，而原有味精生产工艺在某些方面不够理想，因此在这里加以改进，并在原有味精生产工艺基础上开发结合新工艺、新技术，使味精的生产在某些方面达到一个突破，使整个流程更加完善[12]。
目标
通过对上述研究内容的探索与研究，达到对味精工厂初步工艺设计关于如下方面的了解：
（1）原料粉碎、液化、糖化、扩培、发酵、提取、精制、污水处理。
（2）与上述工序配套的设备、自控、电气、土建、给排水管道等[13]。
2．全场设计概论
2.1味精的设计依据及主要技术参数
2.1.1味精的产品规格
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）
≤0.1
PH
6.7～7.2
干燥失重（%）
≤0.5
砷（As）（mg/kg）
重金属（以Pb计）（mg/kg）
≤10
铁（Fe）（mg/kg）
≤5
锌（Zn）（mg/kg）
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。
2.1.2味精工厂设计的主要技术参数
2.2万吨商品味精产品中，纯度为99%味精占80%纯度为80%味精占20%
表2味精工厂设计的主要技术参数
序号
生产工序
参数名称
1
制糖（双酶法）
淀粉糖化转化率%
96
2
发酵
产酸率g/dl
11.0
3
糖酸转化率%
65.0
4
谷氨酸提取
提取收率%
94
5
精制
收率%
95
6
操作周期h
42-48
7
倒灌（发酵失败）率%
0.5
2.2味精生产预采用的工艺流程
玉米淀粉
水
淀粉乳
液化酶
调浆
一次喷射液化
承受罐
闪冷包装
层流罐液化过筛
冷却湿味精
糖化酶
三足分离机
灭酶
助晶槽
冷却
待用结晶母液结晶罐
过滤
脱色液
葡萄糖液反洗一次脱色
调PH.6.7～7.0
KClKH2PO4MgSO4
配料玉米浆糖蜜生物素正洗颗粒炭柱
灭菌低流分树脂柱除铁
液氨无菌空气
无菌浓缩糖高流分上氨水前流分二次脱色
发酵二级种子一级种子斜面
上柱吸附去环保一次脱色
发酵液
5.6液
双效换热
母液
一步中和上清卧式离心机
晶种沉降谷氨酸
育晶谷氨酸锥兰分离机母液
谷氨酸5.6中和
二步中和降温搅拌碱蒸汽水
图1味精生产工艺流程示意图
3.基础恒算
3.1物料恒算
物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的，物料衡算是进入系统的全部物料重量等于离开该系统的全部物料重量，即：
∑F=∑D+W[7]
式中：
F－进入系统物料量（kg）
D－离开系统的物料量（kg）
W－损失的物料量（kg）
3.1.1生产过程的总物料衡算
⑴生产能力的计算
本设计的要求是年产量为2.2万吨商品味精生产，折算为100%的MSG的量为：
2.2×
99%×
80%+2.2×
80%×
20%=2.09（万吨）
全年生产日为320天，则的日产量为：
22000/320=68.75吨/天）
日产100%MSG的量：
2.09/320＝65.40（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纯淀粉实际产100%MSG的量
1000×
111%×
96%×
65%×
94%×
95%×
（－0.005）×
1.272=747.42（kg）
96%—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
747.42×
86%＝642.78（kg）
④淀粉单耗
ⅰ生产1000kg100%MSG理论上消耗纯淀粉量：
×
1000＝0.8669（t）
ⅱ生产1000kg100%MSG理论上消耗工业淀粉量：
1000＝1.0080（t）
ⅲ生产1000kg100%MSG消耗纯淀粉量：
1000＝1.3379（t）
ⅳ生产1000kg100%MSG消耗工业淀粉的量：
1000＝1.557（t）
⑤总收率：
总收率=×
100％＝×
100%＝67.9%
升级会员 