年产5000吨味精工厂糖化车间设计.docx

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年产5000吨味精工厂糖化车间设计

大学化工学院

专业课程设计说明书

题目：

年产5000吨味精工厂糖化车间设计

专业：

生物工程

学号：

2008651201

姓名：

罗开花

指导教师：

小云

完成日期：

2012.2.24

大学化工学院

专业课程设计任务书

设计题目：

年产5000吨味精工厂糖化车间设计

学号：

2008651201：

罗开花专业：

生物工程

指导教师：

小云系主任：

能国

一、主要容及基本要求

主要容：

拟设计年产5000吨味精工厂，以糖化工序为主体做初步设计，完成糖化车间工艺流程选择、物料衡算、设备选型的相关计算，绘制车间平面和立面布置图、车间设备布置图、带控制点的生产工艺流程图及主要单件设备图等；按相关要求编写设计说明书1份

基本要求：

生产方案和平面布局合理，工艺流程设计和设备选择及生产技术经济指标具有先进性与合理性，工艺计算正确，绘图规

二、进度安排

序号

各阶段完成的容

完成时间

1

文献查阅、收集资料

第1周

2

工艺流程选择、物料衡算

第2周

3

设备选型及绘制图纸

第3周

4

编写设计说明书

第4周

三、应收集的资料及主要参考文献

味精生产工艺和设备相关的文献；味精工厂设计相关文献；工厂设计所需各类工具书等。

6参考文献

[1]吴思方．发酵工厂工艺设计概论[M]．：

中国轻工业，2006.7．

[2]宁．氨基酸工艺学[M]．：

中国轻工业，2007.1．

[3]梁世中．生物工程设备[M]．：

中国轻工业，2006.9．

[4]振宇．发酵工程技术与实践[M]．：

华东理工大学，2007.1

[5]王志魁．化工原理[M]．：

化学工业，2004.10．

[6]功样，兰英，英德．常用化工单元设备设计[M]．：

华南理工大学

，2003.4．

[7]俞俊堂，唐孝宣．生物工艺学（上册）[M]．：

华东理工大学，2003.1．

[8]克旭．氨基酸发酵工艺学[M]．：

中国轻工业，2006.2．

[9]迪清,唐伟强.食品通用机械与设备[M]．：

华南理工大学,2003.7

[10]玉德.食品加工设备选用手册[M]．：

化学工业，2006，8

[11]于信令主编.味精工业手册[M].：

中国轻工业，2005

前言

味精是利用微生物发酵生产的一个具有代表性的产品，生产工艺涉及种子培养、发酵、提取、脱色、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。

通过对谷氨酸车间的工艺设计，可以加强对自己对所学知识的综合利能力。

通过本毕业设计训练，可以提高自己理论联系实际的能力和工程设计方面的能力。

1.味精的主要理化性质

味精又名麸氨酸钠，化学名称为L-谷氨酸一钠（C5H8NO4Na·H2O）[1]，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最终分解产物。

现多采用微生物发酵的方法由粮食制成。

从发酵液中提取得到的谷氨酸仅仅是味精生产中的半成品。

谷氨酸盐与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离，得到较纯的谷氨酸一钠的晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味（阈植为0.3%）。

①味精的物理性质

味精是无色至白色的柱状结晶或白色的结晶性粉末。

晶系结构为斜方柱状八面体。

味精易容易水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，难溶于纯酒精。

谷氨酸钠在水中的溶解度随温度的变化而改变（表1）。

其相对密度为1.635[1]，视相对密度为0.80～0.83。

比旋光度[a]20D=+24.8°～+25.3°，氮含量为7.48%，熔点为195℃（在125℃以上易失去结晶水），常温易脱湿，100～120℃稳定；120～130℃失去结晶水；130～170℃稳定；170～250℃分子脱水；240～280℃热分解；280℃炭化。

表1-1谷氨酸钠在水中的溶解度

温度/℃谷氨酸钠/（g/100mlH2O）

温度/℃谷氨酸钠/（g/100mlH2O）

162.73

1066.84

2070.47

3075.71

4082.08

5089.75

6099.0

70110.30

80124.11

②味精的化学性质

味精的相对分子质量为187.13g/mol，易溶于水。

与酸盐反应生成谷氨酸盐，与碱反应生成谷氨酸二钠盐，主要的反应式如下：

C5H8NO4Na+HCl→C5H9O4N+NaCl

（1）

C5H8NO4Na+NaOH→C5H7O4NNa2+H2O

（2）

纯的味精外观为一种白色晶体状粉末。

当味精溶于水（或唾液）时，它会迅速电离为自由的钠离子和谷氨酸盐离子（谷氨酸盐离子是谷氨酸的阴离子，谷氨酸则是一种天然氨基酸）。

要注意的是如果在100℃以上的高温中使用味精，经科学家证明，味精在100℃时加热半小时，只有0.3％[2]的谷氨酸钠生成焦谷氨酸钠，对人体影响甚微。

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。

2.主要介绍任务容、工厂特点、产品等

本设计是以精制淀粉（纯度为86%）为原料进行设计，使用一次喷射双酶法为糖化工艺，以实际工作日30天计算，日产味精60吨。

对全厂物料、热量就行衡算，对糖化工段的罐体如调浆罐、储浆罐、维持罐、层流罐、糖化罐、储糖罐以及一些标准设备如液化喷射器、板框过滤机、板式换热器和泵等进行了详细计算，以确定它们的参数，便于设备布置图的绘制。

下面详细表述：

1．任务容：

5000吨味精厂的设计。

设计的容主要包括设计方案，工艺计算，设备选型，成本预算，厂的总平面设计，各车间设备布置图及说明书。

2．工厂特点：

味精是人们的日常用品，由于味精生产没有季节限制，所以工厂可以实现全年生产，但考虑到设备要进行维修，所以基本选定年生产天数为30天。

工厂生产受环境和原料的限制比较大，所以选址要严格按照标准来进行。

3．味精特点：

味精是谷氨酸的一种钠盐C5H8NO4Na，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，又叫麸氨酸钠，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。

有固体味精和液体味精两种。

液体味精是未经炼成颗粒的味精原液，饮食业中以用固体味精为常见。

味精是鲜味调味品类烹饪原料，以小麦、大豆等含蛋白质较多的原料经水解法制得或以淀粉为原料经发酵法加工而成的一种粉末状或结晶状的调味品，也可用甜菜、蜂蜜等通过化学合成制作。

除含有谷氨酸钠外还含有少量的食盐，以含谷氨酸钠的多少（99%、95%、90%、80%），分成各种规格。

全国各地均有生产。

据研究，味精可以增进人们的食欲，提高人体对其他各种食物的吸收能力，对人体有一定的滋补作用。

因为味精里含有大量的谷氨酸，是人体所需要的一种氨基酸，96％能被人体吸收，形成人体组织中的蛋白质。

它还能与血氨结合，形成对机体无害的谷氨酰胺，解除组织代过程中所产生的氨的毒性作用。

又能参与脑蛋白质代和糖代，促进氧化过程，对中枢神经系统的正常活动起良好的作用。

4．我国味精生产发展状况：

我国的味精生产，近十年来得到很大的发展。

1992年我国全国产味精34万吨[3]，2001年味精产量达71.4万吨，味精产量以每年10%速度递增。

目前，我国的味精总产量居世界第一位，但人均消费水平仍然较低，随着我国人民生活水平的提高，味精消费量将会持续增长。

按年人均消费600克计算，估计每年需求72万吨。

随着糖蜜味精生产技术的日益成熟，生产成本进一步下降。

至本世纪八十年代，糖蜜味精已成为世界味精生产发展的主趋势，并占领和垄断了世界味精市场。

第1章味精工厂糖化工艺

1.1淀粉质原料蒸煮糖化的目的

薯类和谷类以及野生植物原料经过加压蒸煮，淀粉糊化成为溶解状态，但是还不能直接被酵母菌利用进行发酵。

因此，经过蒸煮以后的糊化醪，在发酵前必须加入一定量的糖化剂，使溶解状态的淀粉，变为酵母能够发酵的糖类，这一个由淀粉转变为糖的过程，称为糖化。

糖化过程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化变成可发酵性糖。

将淀粉质原料进行蒸煮的第一个目的就是；原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。

这个过程叫糊化，采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。

蒸煮的第二个目的是借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。

1.2设计方案的确定

1.2.1糖化方法的选择论证

糖化工段主要有酸解法、酶酸法、双酶法这三种方法。

酸解法是传统的制糖方法，它是利用无机酸为催化剂，在高温高压条件下，将淀粉转化为葡萄糖。

酶酸法是将淀粉乳先用α-淀粉酶液化[4]，然后用酸水解成葡萄糖。

双酶法是通过淀粉酶液化和糖化酶糖化将淀粉转化为葡萄糖。

三种糖化工艺，各有其优缺点。

从糖液质量、收得率、耗能以及对粗淀粉原料的适应情况看，双酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。

但双酶法生产周期长，糖化设备较庞大。

从糖浆的黏度来看，双酶法最低、酸解法最高。

双酶法制糖工艺可根据升温方式的不同分为升温液化法、喷射液化法。

喷射液化法又依所用加热设备的不同分为一次喷射液化法和二次喷射液化法。

一次喷射液化法由于能耗低，设备少，糖液质量好而获得广泛的应用[5]。

所以本次设计采用一次喷射双酶法。

2.2液化工艺条件的论证

α-淀粉酶能能水解淀粉及其产物部的α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6糖苷键，但能越过α-1，6糖苷键继续水解α-1，4糖苷键，而将α-1，6糖苷键[3]留在水解产物中。

（1）淀粉液化条件

淀粉是以颗粒状态存在的，具有一定的结晶性结构，不容易与酶充分反应,如淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的比例为1﹕20000[2]。

因此必须先加热淀粉乳，使淀粉颗粒吸水膨胀，使原来排列整齐的淀粉层结晶结构被破坏，变成错综复杂的网状结构。

这种网状会随温度的升高而断裂，加之淀粉酶的水解作用，淀粉链结构很快被水解为糊精和低聚糖分子，这些分子的葡萄糖单位末端具有还原性，便于糖化酶的作用。

由于不同原料来源的淀粉颗粒结构不同，液化程度也不同，薯类淀粉比谷类淀粉易液化。

淀粉酶的液化能力与温度和pH值有直接关系。

每种酶都有最适的作用温度和pH值围，而且pH和温度是互相依赖的，一定温度下有较适宜的pH值。

在37℃时，酶活力在pH值5.0～7.0围较高，在pH值6.0时最高，过酸过碱都会降低酶的活性。

α-淀粉酶一般在pH值6.0～7.0较稳定。

酶活力的稳定性还与保护剂有关，生产中可通过调节加入的CaCl2的浓度，提高酶活力的稳定性。

一般控制钙离子浓度0.01mol/L。

钠离子对酶活力稳定性也有作用，其适量浓度为0.01mol/L左右。

现在研究发现当物料pH大于5.7后，在最终糖液中即有可能生成麦芽酮糖。

研究还发现，随着液化pH的不断升高，麦芽酮糖的含量也在同步增长。

在液化pH低于5.6时，即可避免在糖化过程中产生麦芽酮糖。

工业生产上，为了加速淀粉液化速度，多采用较高温度液化，例如85～90℃或者更高温度，以保证糊化完全加速酶反应速度。

但是温度升高时，酶活力损失加快。

因此，在工业上加入Ca2+或Na+,使酶活力稳定性提高。

（2）液化程度的控制

淀粉经液化后，分子量逐渐减少，黏度下降，流动性增强，给糖化酶的作用提供了条件。

但是，如果让液化继续下去，虽然最终水解物也是葡萄糖和麦芽糖等，但这样所得糖液葡萄糖DE值低；而且淀粉的液化是在较高温度下进行的，液化时间加长，一部分已经液化的淀粉又会重新结合成硬束状态，使糖化酶难以作用，影响葡萄糖的产率，因此必须控制液化进行程度。

淀粉液化的目的是为了给糖化酶的作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分子时，需先与底物分子生成络合结构。

这就要求被作用的底物分子有一定的大小围，才有利于糖化酶生成这种结构，底物分子过大或过小都会妨碍酶的结合和