产10万吨谷氨酸工厂发酵车间设计毕业论文.docx
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产10万吨谷氨酸工厂发酵车间设计毕业论文
产10万吨谷氨酸工厂发酵车间设计毕业论文
开封大学
学生毕业设计
设计题目：
年产10万吨谷氨酸工厂发酵车间设计
班级：
10级生化二班姓名：
郭重阳
学号：
2010051106指导教师：
韩艳霞
起止时间：
2013年3月1日至2013年5月30日
2013年5月30日
一、前言2
（一）、课程设计目的2
（二）、目前生产存在问题及对策（谷氨酸）2
（三）、采取必要措施：
2
（四）今后发展方向：
3
二、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计任务书4
三、可行性分析5
四、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计6
五、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间的物料衡算7
（一）、工艺技术指标及基础数据7
（二）、谷氨酸发酵车间的物料衡算7
六、设备的设计与选型10
（一）、设计原则与内容10
（二）、容积、生产能力、数量的计算10
（三）、设备选材11
（四）、设备的选型12
（五）、发酵罐的计算13
七、环境保护14
（一）、三废状况14
（二）、三废治理14
八、设计评价15
九、机会与收获16
十、参考文献17
1、
前言
（一）、课程设计目的
本课程是生物化工工艺专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。
学习本课程的目的是使学生在学完本专业的有关课程后，尤其是在学完《生化工艺》、《发酵工程及设备》、《化工设计》这门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。
通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。
待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。
（二）、目前生产存在问题及对策（谷氨酸）
随着经济的发展和技术水平的不断提高，我国的谷氨酸生产水平也有相应的提高。
但与国际先进生产水平相比，还存在着以下问题:
1）规模小，操作费和设备费用高
2）技术水平低
3）生产过程自动化低，劳动生产率低
4）主要原材料（燃料）价格高，使得生产成本高
5）经营管理体制不完善，影响技术水平的发挥和生产稳定
（三）、采取必要措施：
1）合理利用原材料
2）采用新工艺，新技术，提高技术水平
3）生产设备大型化，自动化，关键设备先进化
4）加强废水处理和综合利用，提高环境效益
5）深化改革，降低生产成本，参与国际市场竞争
6）跳出单一产品模式，开发多品种，提高企业抗风险能力
（四）今后发展方向：
今后的发展方向是采用诱变、细胞工程、基因工程的手段选育出从遗传角度解除了反馈调节和遗传性稳定的更理想的菌种以提高产酸率；采用过程控制检测调节与自控，逐步使用现代化的电子仪表，电子计算机控制，加强科学管理，完善受控参数，进行最佳化控制，连续化、自动化、稳产高产；在工艺设备上进一步探求新工艺、新设备，以提高产率和受的率；继续研究微生物生理生化遗传变异和发酵机制等外问题，以更好地控制谷氨酸的发酵。
2、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计任务书
1、完成10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程的设计
2、对主要设备（重点为发酵罐）进行设计与选型
3、对谷氨酸生产的发酵车间进行物料衡算
4、对结果进行评价
3、可行性分析
1、工艺简炼。
在用粮食制谷氨酸的工艺中，第一步是用水解糖（糖化酶）把粮食中的淀粉（长链葡萄糖）变成单个的葡萄糖;第二步是用酵母菌再把葡萄糖变成谷氨酸和母液。
其中第一步是相当复杂的。
而果谷氨酸制造技术是将淀粉中的糖加上菌种发酵，即可变成谷氨酸，省去了艰难的第一步。
2、原料成本低。
按每千克谷氨酸0.5元，每千克辣椒2元计算，前者的成本只有后者的24%。
3、设备简单。
整个制谷氨酸过程中所用的发酵罐、换热器、过滤机、灌装机等设备，一般工厂都有，可将闲置设备加以改装，充分利用设备资源，不用另外投资，提高了设备利用率。
4、可实现全年生产。
谷氨酸生产无季节性，生产周期短，不象酒每年只能加工一次。
按发酵周期为巧天左右计算，一年至少可以生产20批。
5、能耗小。
此项技术在春夏秋冬季节都可以发酵，而且不需特别加热，利用室温即可进行，节省能源。
4、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间工艺流程设计
谷氨酸发酵工艺流程示意图
谷氨酸发酵采用淀粉原料，双酶法糖化，中糖发酵，一次等电点提取的工艺。
其工艺流程示意图如图所示。
水解糖→预热器→连消塔→维持罐→冷却器→灭菌培无菌←过滤除菌←压缩机←空气
养基空气
尿素（或液氨）→灭菌→母液
→成熟发酵液→等电点罐→分离机
消泡剂→灭菌→谷氨酸
图谷氨酸发酵工艺流程示意图
5、10万t／a谷氨酸工厂发酵车间的物料衡算
（一）、工艺技术指标及基础数据
（1）主要技术指标如表所示。
表谷氨酸发酵工艺技术指标
指标名称
单位
指标数
指标名称
单位
指标数
生产规模
t／a
10万
发酵初糖
kg／m3
150
生产方法
中糖发酵，一次等电点提取
淀粉糖化转化率
％
95
年生产天数
d／a
300
产品日产量
t／d
10
糖酸转化率
％
48
产品质量
纯度99％
麸酸谷氨酸含量
％
90
倒罐率
倒罐率
%
1.0
谷氨酸提取率
谷氨酸提取率
%
80
发醇周期
h
48
（2）主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为80％，含水14％。
（3）二级种子培养基（g／L）水解糖25，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5～10，泡敌0.6，硫酸锰2mg／L，硫酸亚铁2mg／L。
（4）发酵培养基（g／L）水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸氢二钠0.2，硫酸亚铁2mg/L，硫酸锰2mg／L，尿素（总尿）40，泡敌0．6，植物油1.0。
接种量为2％。
（二）、谷氨酸发酵车间的物料衡算
首先计算生产1000kg纯度为100％的谷氨酸需耗用的原辅材料及其他物料量。
（1）发酵液量
V1=1000÷（150×48％×80％×99％）
=15.66（
）
式中150—发酵培养基初糖浓度（kg／
）
48％——糖酸转化率
80％——谷氨酸提取率
99％——除去倒罐率l％后的发酵成功率
（2）发酵液配制需水解糖量
以纯糖算，G1=V1×150=2349（kg）
（3）二级种液量
V2=2%V2=0.313（
）
（4）二级种子培养液所需水解糖量
G2=25V2=7.83（kg）
式中25—二级种液含糖量（kg／
）
（5）生产1000kg谷氨酸需水解糖总量为：
G=G1+G2=2356.8（kg）
（6）耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用淀粉量为：
G淀粉=2356.8÷（80％×95％×111％）
=2793.7（kg）
式中80％——淀粉原料含纯淀粉量
95％——淀粉糖化转化率
（7）尿素耗用量
二级种液耗尿素量为3．5V2=1.1（kg）
发酵培养基耗尿素为40V1=626.4（kg）
故共耗尿素量为627.5（kg）
（8）甘蔗糖蜜耗用量
二级种液耗用糖蜜量为20V2=6.26（kg）
发酵培养基耗糖蜜量为4Vl=62.64（kg）
合计耗糖蜜69.9（kg）
（9）氯化钾耗量
GKCl=0.8V1=12.53（kg）
（10）磷酸氢二钠（Na2HPO4·7H2O）耗量。
G3=0.2V1=3.13（kg）
（11）硫酸镁（MgS04·7H20）用量
0.6（V1+V2）=9.58（kg）
（12）消泡剂（泡敌）耗用量
0.6V1=9.4（kg）
（13）植物油耗用量
1.5V1=23.5（kg）
（14）谷氨酸（麸酸）量
发醇液谷氨酸含量为：
G1×48％（1-1％）=1116.2（kg）
实际生产的谷氨酸（提取率80％）为：
1116.2×80％=893（kg）
（三）、10万t／a谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表
由上述生产1000kg谷氨酸（100％纯度）的物料衡算结果，可求得10万t／a谷氨酸厂发酵车间的物料平衡计算。
具体计算结果如下表所示。
表10万t／a谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表
物料名称
物料名称
生产1t谷氨酸（100%）
10万t/a
每日物料量
发酵液（m3）
15．66
1566000
5220
二级种液（m3）
0．313
31300
104
发酵水解用糖（kg）
2349
234900000
783000
二级种陪养用糖（kg）
二级种培养用糖（kg）
7.83
7．83
783000
261000
水解糖总量（kg）
2356．8
235680000
785600
淀粉（kg）
2793．7
279370000
931233
尿素（或液氨）（kg）
尿素（或液氨）（kg）
627．5
62750000
209166
糖蜜（kg）
69．9
6960000
23000
氯化钾（kg）
12．53
1253000
4176
磷酸氢二钠（kg）
3．13
313000
1043
硫酸镁（kg）
硫酸镁（1【g】
9．58
958000
3193
泡敌（kg）
9．4
940000
3133
植物油（kg）
23．5
2350000
7833
谷氨酸（kg）
893
89300000
297666
6、设备的设计与选型
在工艺计算的基础上，确定车间发酵设备的台数，型号和尺寸。
据此，进行车间布置设计，并为后期的非工艺设计项目打好基础，同时，为设备的制作和采购提供资料。
（一）、设计原则与内容
在漫长的谷氨酸生产历史中，其生产由手工操作到机械化、自动化，设备由简单到复杂，容量由小到大，种类由少到多，而生产不同品种所使用的发酵设备也各有特点。
从产业化研究的结论来看，设计最实用的发酵设备应满足以下要求:
（1）发酵设备的容量能够满足谷氨酸生产的要求。
（2）发酵设备的材料应不易析出或极少析出对谷氨酸生产产生不利影响的物质。
（3）发酵设备应符合所生产谷氨酸品种的特殊要求，并能够确保其正常进行和谷氨酸精的质量。
（4）发酵设备应具有适当的高径比。
其高度与直径比一般为1.6}-3.0倍左右，罐身越长，发酵初期酵母成长时氧的利用率越高。
（5）发酵设备应能承受一定的压力。
由于发酵罐在消毒及正常工作时，罐内有一定的压力（气压和液压）和温度，因此，罐体各部件要有一定的强度。
（6）发酵设备内应尽量减少死角，使灭菌能彻底进行，避免染菌或沉积污垢。
（7）发酵设备应具有足够的换热面积。
由于微生物在生长代谢过程中会释放出大量的热量，为了控制发酵过程不同阶段所需的温度，应设计有足够的夹套换热面积。
（8）发酵设备的数量要与谷氨酸产业化生产工厂的生产能力相适应，要尽可能向定型化、机械化和自动化方向发展。
（9）发酵设备力求操作简单，结构合理，便于推广。
（二）、容积、生产能力、数量的计算
谷氨酸发酵罐的装满系数一般为0.7-0.9，因为发酵时液面上需要留有一定的高度，以防止发酵液的溅出和保证谷氨酸液面上方的产业化研究的二氧化碳浓度。
（1）主要参数
装满系
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