年产4万吨味精工厂初步设计 精品.docx
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年产4万吨味精工厂初步设计精品
沈阳化工大学科亚学院
本科毕业论文
题目：
年产4万吨味精工厂初步工艺设计
专业：
生物工程
班级：
0901班
学生姓名：
叶乃玮
指导教师：
朱建星
论文提交日期：
年月日
论文答辩日期：
年月日
毕业设计（论文）任务书
生物工程专业
0901班
学生：
叶乃玮
毕业设计（论文）题目：
年产4万吨味精工厂初步工艺设计。
毕业设计（论文）内容：
味精生产工艺流程的物料横算，热量横算，水横算以及味精生产主要工艺流程工序的设计，设计味精生产的主要设备（发酵罐）的设计。
毕业设计（论文）专题部分：
味精生产的设计和发酵罐的设计
起止时间：
2013年4月——2013年6月
指导教师：
签字年月日
年产4万吨味精工厂初步工艺设计
摘要
味精，学名“谷氨酸钠（C5H8NO4Na）”。
谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。
我们每天吃的食盐用水冲淡400倍，已感觉不出咸味，普通蔗糖用水冲淡200倍，也感觉不出甜味了，但谷氨酸钠，用于水稀释3000倍，仍能感觉到鲜味，因而得名“味精”。
味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。
本设计为年产味精厂4万吨味精工艺设计；以玉米淀粉为原料水解生成葡萄糖、利用谷氨酸生产细菌进行碳代谢、生物合成谷氨酸、谷氨酸与碱作用生成谷氨酸一钠即味精为主体工艺，进行物料衡算、热量衡算、水衡算和发酵罐选型计算,并绘制了发酵罐结构图，发酵流程图，全厂平面布置图糖化流程图，提取与精制流程图.
通过设计明确味精生产的工艺流程，对生产所需的总物料，热量，水。
以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。
本设计的具体计算内容包括对对味精生产的四个工艺流程的所需的物料、热量和水进行了衡算和主要发酵选型计算，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，通过一系列的计算从而提高味精生产的质量和产量，降低了生产原料成本,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.
设计中的计算部分占总设计较多篇幅。
通过物料横算，热量横算，水平衡计算，以及设备选型部分。
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%MSG119.06吨，每日消耗的86%的玉米淀粉质量为181.88吨，日运转糖化罐4罐，投放料4罐次。
本次设计采用公称容积为300立方米的机械搅拌式发酵罐8台进行发酵，每天运转7台。
该发酵罐的主要参数有：
罐的高度11.2m
，罐身厚度15mm，封头壁厚10mm，选用六平叶涡轮式搅拌器，搅拌器转数75r/min，通风搅拌轴功率167kw，罐内工作压力0.15MPa。
每日总蒸汽量1115t/d，每小时平均量46.5t/h，高峰时用量59t/h。
日供给新鲜水21872t/d，二次水20111t/d，凝结水163t/d，每日排水118565.6t。
从而完成了年产4万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;
Annualproductioncapacityof40000tons
ofmonosodiumglutamatefactorypreliminaryprocessdesign
Abstract
Thedesignisanannualoutputof40000tonsofmonosodiumglutamateformaterialbalancecalculation,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%MSGwithcornstarchasrawmaterialis119.06t,themassof86%cornstarchis181.88t,thenumberoftankneededtoworkis4,whichdemandsof4timesoffilling.
Thisdesignadopts3mechanicalagitatedfermentorwiththenominalof300m³toferment,with3operatingaday.Thiskindoffermentortechnicalparametersisasfollow:
Theheightis11.2m,,thethicknessis15mm,thethicknessofendsocketis16mm,therevolvingspeedis62r/min,theshaftpoweris167kw,theworkingpressureinsidethetankis0.15MPa.Thetotalquantityofsteamis1092/d,theaverageis145.6t/h,peakconsumptionis51t/h.thefreshwateris25324.3t/d,secondarywateris18996.6t/d,condensedwater163.1ist/d,drainingwateradayis18565.6t.Then,weaccomplishthedesign.
Becauseofbeingcurbedbythetheorycalculationandtheprocessdata,thisdesignisonlytoguidetheactualproduction,itspracticalapplicabilityiswaitedtobeingfurthertestandresearch.
KeyWords：
MSG;Fermentation;ProcessDesign;Fermentor;
参考文献48
致谢49
引言
味精（Monosodium），又叫又名“味之素”，学名“谷氨酸钠”。
是日常生活中不可缺少的一种调味料，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。
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。
味精从1909年以商品的形式问世以来有100多年的历史了,味精的制法多种多样,但对于人们来说对其需求是一样的,是生活必需品。
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。
味精是以粮食为原料经糖化、发酵、谷氨酸提取、精制等工序制得，在谷氨酸发酵制取过程中只有约3/5的原料转化为味精及副产品，而2/5的原料进入废液中，从而造成资源的严重浪费。
由于原料利用率低，发酵废液干固形物含量达10%-12%，废水指标CODCr高达35000-40000mg/l，从而造成高浓度有机废水污染严重、治理难度较大等行业突出问题。
上述的原料利用率底,废水污染严重的问题。
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4万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
第一章文献综述
味精是鲜味调味，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，普遍应用于生活。
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菜田菊苗发现了一种，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，池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”。
继而，他为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利[1]。
池田教授将谷氨酸钠称为“味之素”。
这种风靡整个日本的“味之素”，很快传入中国，改名叫“味精”。
不久，味精风靡全世界，成为人们不可缺少的调味品。
味精，又名“味之素”，学名“谷氨酸钠”。
其世界发展大致有三个阶段：
第一阶段：
1866年德国人H●Ritthasen（里德豪森）博士从面筋中分离到氨基酸，他们称为谷氨酸，根据原料定名为麸酸或者谷氨酸（因为面筋是从小麦提取出来的）。
1908年日本东京大学池田菊苗实验，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水解的方法生产味精，在1965年以前都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，需耐腐酸设备。
第三阶段：
随着科学的进步及生物技术的发展，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（玉米淀粉、大米、小麦淀粉、甘薯淀粉）通过微生物发酵、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，用了它以后是菜肴更加鲜美可口[2]。
1.1味精的理化性质
味精即谷氨酸钠，是L-谷氨酸的单钠盐，又称味素，学名α-氨基戊二酸钠，含有一分子的结晶水，分子式为NaC5H8O4N·H2O，分子量为187.13。
味精和谷氨酸都有旋光性，有D-型及L-型二种光学异构体。
当D-型与L-型相等时，发生消旋，称为DL-型。
在动植物体中存在的谷氨酸都是L-型，用蛋白质水解法及发酵法生产的谷氨酸钠也都是L-型，而用化学合成法生产的谷氨酸为DL-型[3]。
味精的主要物理性质：
（1）性状味精是无色至白色的柱状晶体或白色的结晶性粉末；
（2）结晶系斜方晶系，柱状八面体。
轴角α=β=γ=90o，轴长a≠b≠c；
（3）密度粒子相对密度1.635，视相对密度0.80～0.83；
（4）溶解度及其他不溶于酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂，易溶干水，比重为1.65；熔点为195℃；在120℃以上逐渐失去分子中的结晶水；pH为7.0。
味精的主要化学性质是：
（1）与酸作用，生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐；
（2）与碱作用，生成谷氨酸二钠盐，加酸后又生成单钠盐；
（3）长时间受热会引起分子内失去水生成焦谷氨酸钠；
（4）水溶液中解离。
1.2味精生产常用设备
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味精的各种制法
1.3.1水解提取法
1植物蛋白质水解
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]。
2从甜菜糖蜜提取法
甜菜中的谷氨酸一般是以谷氨酰胺按的形式存在，在制造过程中，用石灰处理时转化为焦谷氨酸。
因此，存在于糖蜜中的焦谷氨酸被碱水解后转化为谷氨酸；
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我国味精发展现状
1925年，吴蕴初将自己的生产工艺，以做好向欧美行销的准备。
1926～1927年吴蕴初还将“佛手牌”味精的配方、生产技术等，向英、美、法等化学工业发达国家申请专利，并获得批准。
这也是中国历史上中国的化学产品第一次在国外申请专利。
1926年，佛手牌味精获得美国费城世界博览会金奖。
1930年，1933年，吴蕴初的味精继续在世界博览会上连续获得奖项，佛手牌味精打入了欧洲等海外市场。
日本“味の素”在东南亚的市场也被中国产品取代[8]。
按照北洋政府的专利法，吴蕴初的味精专利可以享有5年的专利保护。
1926年，吴蕴初宣布，放弃味精的国内的专利，希望全国各地大量仿造生产。
此后，国内各地先后出现了十几个味精品牌，国货味精市场极大繁荣，日本的“味の素”除了中在日本关东军占领的我国东北区外，在中国的其他地区在也难见踪影[9]。
1925年，因有了声势浩大的五卅运动相助，日货更受抵制，本来无力与味精竞争的“味の素”更趋于颓萎，连南洋的华侨也弃日货“味の素”，改用了国货味精。
佛手牌味精不但打入了南洋各国市场，而且很快就成了该市场的紧俏商品。
1926年，“佛手”味精由中国选送至美国费城和宾州世界博览会参展，即以纯正的中国制造和典型的东方艺术色彩包装赢得了参观者的青睐[10]。
经过评审，大会评审团“以天厨味精厂对食品改善的贡献”授予中国调味品制造商以大奖证书。
1926年佛手牌味精参加在西班牙举办的国际博览会上获得金奖。
1930年，“佛手”味精赴比利时列日产业科学博览会又获大奖。
1933年美国芝加哥世博会，主题为“一个世纪的进步”。
吴蕴初紧扣主题制作了“百年中国调味品也之进步”的宣传手册，以及红木的展示台。
由于产品品质优异，加上宣传到位，“佛手”味精再获大奖。
我过味精生产情况
我国味精生产始于1923年，从1965年至2007年，我国味精产量由4000吨增长到191.29万吨，42年间，味精产量增加470多倍，复合增长率达到15.82%，中国已成为味精
生产大国。
目前，各项经济技术指标已达到或接近世界先进水平。
味精生产区域结构随着味精行业的快速发展也在不断发生变化[11]。
2002-2008年间，我国味精行业CR10占有率由44%提升到78%；截至2009年末，具有生产能力的企业将从原有的100多家急剧缩减，75%的味精由4万吨以上的12家企业供应。
市场明显向阜丰等优势企业靠拢。
从行业发展规律来看，经过近90年的发展，我国味精已经形成大的味精巨头，味精行业的集中度也在稳步提高。
根据国家统计局统计的数据，2010年前8个月，我国味精制造行业的总资产达到了311.6亿元，同比增长23.81%；总销售收入为287.2亿元，同比增长了20.72%[12]。
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。
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]。
第二章全场设计概论
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）
≤0.5
重金属（以Pb计）（mg/kg）
≤10
铁（Fe）（mg/kg）
≤5
锌（Zn）（mg/kg）
≤5
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
4万吨商品味精产品中，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
指标
1
制糖（双酶法）
淀粉糖化转化率%
98
2
发酵
产酸率g/dl
11.0
3
发酵
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
发酵
操作周期h
42-48
7
发酵
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
第三章基础恒算
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4万吨商品味精生产，折算为100%的MSG的量为：
4×99%×80%+4×80%×20%=3.81（万吨）
全年生产日为320天，则的日产量为：
40000/320=125吨/天）
日产100%MSG的量：
3.81/320＝119.06（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
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