1、年产 10万吨味精厂发酵车间设计 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 年产 10 万吨味精厂发酵车间设计 Annual Production Capacity of 100,000 Tons of Monosodium Glutamate Fermentation Plant Design Workshop 学 院： 生物与化学工程学院 专 业： 生 物 化 学 专 业 学生姓名： * 学 号： * 指导教师： 李 杰（讲师） 完成日期： 2009.5 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 年产 10万吨味精厂发酵车间设计 年产 10 万吨味
2、精厂发酵车间设计 生物工程专业 * 摘 要 本设计的题目是年产 10 万吨味精厂发酵车间设计，在熟悉味精及其生产的基础上通过比较不同工艺的优缺点，确定能满足生产任务的先进、合理的工艺流程。根据所采用的工艺流程、该工艺对原料的利用情况确定满足生产任务所需原料的量，然后确定所采用的设备类型、结构尺寸， 同时进行所需水的衡算，同时确定培养基灭菌流程，然后进行所需设备的选型和计算，最后进行发酵车间的设备布置，并制作工艺流程图和设备布置图。 关键词 味精 物料衡算 发酵车间设计 设备选型 年产 10万吨味精厂发酵车间设计 Annual Production Capacity of 100,000 Ton
3、s of Monosodium Glutamate Fermentation Plant Design Workshop Biological Engineering Major LI Ting Abstract： This design is the subject of an annual output of 100,000 tons of monosodium glutamate fermentation plant design workshop, in a familiar and monosodium glutamate production based on comparativ
4、e advantages and disadvantages of different processes to determine the production tasks to meet the advanced and reasonable process. According to the process used in the process of utilization of raw materials to meet production requirements to determine the amount of raw materials, and then used to
5、 determine the type of equipment, structure, size, at the same time to carry out the necessary balance of water and steam balance, at the same time to determine medium sterilization processes, the necessary equipment and then proceed to the selection and calculation of the final fermentation worksho
6、p equipment layout, and production process flow diagram and equipment layout. Key words： Monosodium glutamate material balance fermentation workshop design equipment selection 年产 10万吨味精厂发酵车间设计 1 目 录 前言 . 1 1 味精生产工艺 . 3 1.1 工艺选择 . 3 1.2 原料选择 . 4 1.3 菌种选择 . 4 1.4 培养基选择 . 4 2 工艺设计 . 6 2.1 物料衡算 . 6 2.1.
7、1 工艺技术指标及基础数据 . 6 2.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 . 7 2.2 无菌空气消耗量的计算 . 9 2.2.1 无菌空气消耗量计算的意义 . 9 2.2.2 无菌空气 消耗量计算 . 9 2.3 设备的设计选型 . 11 2.3.1 专业设备设计选型 . 11 2.3.2 连续操作设备的计算和选型 . 25 2.3.3 非专业设备的计算和选型 . 28 2.4 味精厂发酵车间设备一览表 . 30 2.5 车间设计布置原则 . 31 2.6 车间布置相关技术参数要求 . 32 2.7 设备布置说明 . 33 结论 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 37 年产 10万吨
8、味精厂发酵车间设计 1 前言 味精 是人们熟悉的鲜味剂 ，是世界上应用范围最广、产销量最大的一种氨基酸类物质，是发酵工业和调味工业的主导产业。 味精的化学成分是谷氨酸钠 ,为白色透明有光泽的八面柱状结晶体。易溶于水，不溶于纯酒精、醚及丙酮等有机溶剂，对光稳定，中性条件下水溶液加热也不分解，一般情况下无毒性。 味精 是重要的调味品之一 ， 作为调味品的市售味精，为干燥颗粒或粉末，因含一定量的食盐而稍有吸湿性，贮放应密闭防潮。商品味精中的谷氨酸钠含量分别有 90%、 80%、 70%、 60%等 不同规格，以 80%最为常见，其余为精盐，食盐起助鲜作用兼作填充剂。市场也有不含盐的颗粒较大的“结晶味
9、精”。 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。其摄入体内后可分解成谷氨酸、酪氨酸，对人体健康有益。但过多的食用味精就会出现一些不良反应，如头昏眼花，眼球突出，上肢麻木，下颌发抖，心慌气喘，晕眩无力等表现。因此，在烹制食品时，放入味精宜适量 1。 味精是世界上应用范围最广、产销量最大的一种氨基酸类物质 ,是发酵工业和调味工业的主导产业。主要生产国家和地区有中 国、韩国、日本、印尼、泰国、法国、巴西和我国台湾等地，其中，亚洲的味精产量占世界总产量的 90，而我国又是世界上最大的味精生产国之一。就人均消费量来看，我国味精消费主要在沿海经济发达地区。
10、据估计，北京市年消费达 1.5 万吨。因而预期味精需求将有进一步的增长，我国和世界部分地区味精产品的消费潜力很大，市场前景看好，为我国发展味精工业提供了先决条件。 我国味精的生产，从技术水平上看，与国外还有不小的差距，主要表现在以下几个方面：菌种性能，我国平均产酸水平 5 6%，日本 10 14%，糖酸转化率，我国 45左右，而 日本则在 50 60左右；工艺和过程控制，我国普遍采用底糖或中糖发酵，而日本已采用高糖并实行流加糖工艺；生产规模，我国生产规模普遍较小；污染，国外已普遍对味精废液进行了综合利用，我国在培养单细胞蛋白方面取得了一定的成功。 经过近年来引进国外技术和技术改进，缩短了我国与
11、国外先进水平的差距。主要表现在以下几个方面 : （ 1）技术提高。谷氨酸平均产酸率从 4.58%提高至 8.46%，糖酸转化率从 38.24%提高到 54.07%，提取率从 77.87%提高到 89.22%，精制率得从 89.51%提高到 93.50%。均 已达到或接近世界先进水平。 （ 2）发酵设备发展朝向大型化。多数味精厂已淘汰了 75m3、的发酵罐，广泛采年产 10万吨味精厂发酵车间设计 2 用 100m3至 200m3的中型罐。 1997年 ,珠海益力味精厂已建立全国最大容量 660m3的发酵罐，产酸率达到 10以上。等电点罐从原来的 50 m3,发展至现时的 200m3；离子交换柱由
12、 1.2m扩大到 6.0m；味精结晶缸由 6 10m3扩大到 12 25m3。 （ 3）工艺改进。味精生产糖化工艺， 1994年，全行业由酸法过渡到酸酶、酶酸法，并采用连续喷射液化，使淀粉糖化收率从 90左右提高到 97 98，味精总收 率提高 4，全行业年增产味精 2万多吨，糖液含糖由 18-20提高到 3036，为酶发酵产酸创造了有利的条件。 （ 4） 开发替代原料 ,降低生产成本。我国味精生产均以淀粉为原料。成本相对比较高，如全部改用玉米代替大米做原料，每吨味精成本由比国际同行业先进水平高 1000元有望降到比国际同行业先进水平低 2000元的水平，同时可大大减少生产所形成的有机废水、废
13、渣，实现清洁生产。 （ 5） 环保问题，味精行业已成为国家限期治理三河三湖地区的重点行业之一。目前全国主要味精十几个企业基本上实施了废水达标排放。无锡轻工业大学 研制的味精封闭循环的清洁生产工艺，在青岛味精厂中试的基础上，在菱花味精厂进行 2 万吨味精规模的生产性试验，取得满意结果 2。 本设计主要研究以玉米为原料进行发酵生产味精的过程。主要涉及菌种的选育、谷氨酸发酵设备的设计和选型，及发酵条件的控制等方面的内容。关键的问题是工艺流程的选择和确定，这关系到味精产量的多少和质量的好坏，因此工艺流程的确定必须要选择先进、经济的工艺流程。其次就是车间设备的布置，车间设备布置得好坏直接关系着整个工厂的
14、生产效率和能力的耗损，因此必须要慎重解决。最后争取在工艺上力求其合理性和先 进性，在设备上尽量采用先进的生产设备，生产过程机械化、自动化，减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，在技术上尽量采用已成熟的生产技术，使建厂后即能顺利投产，并能达到设计能力。 年产 10万吨味精厂发酵车间设计 3 1 味精生产工艺 1.1 工艺选择 目前国内正在采用的谷氨酸发酵工艺有酸解法、双酶法、酶酸法等三种，此三种发酵工艺各有优缺点。选择发酵工艺时应该根据具体情况，如所用的原料、发酵设备、提取工艺、水、热量等条件来决定 1 。无论采用哪一种工艺都必须达到提高效率、降低单耗、降低成本，而不能片面追求某一项高指标，必需考
15、 虑综合效益。 图 1 发酵法制造谷氨酸的工艺流程 Figure 1 Glutamic Acid Fermentation Process to Create 目前谷氨酸的生产方法主要有三种： 蛋白质水解法：植物蛋白水解提取，甜菜糖蜜中提取； 合成法：以化工原料丙烯腈、糖 醛、环戊二烯为原料合成； 发酵法：以淀粉（或糖蜜）为原料，经糖化、发酵、谷氨酸提取后用谷氨酸制造味精。 蛋白质水解制造味精是最古老的一个方法，其优点是水解操作易于掌握，但原料来源少，价格高，得率低，对设备腐蚀性打，劳动繁重，故此法目前已极少使用； 合成法的优点是不用粮食原料，但需要高温高压，设备要求高、严密性好，淀粉水解糖或
16、糖蜜 配料 发酵 二级种子 一级种子 菌种 晶种 等电点提取 离心分离 谷氨酸 成品（味精） 中和、脱色 干燥 真空煮晶 筛分 分离 母液上离子交换柱 洗脱 年产 10万吨味精厂发酵车间设计 4 不适于一般工厂生产； 目前，国内谷氨酸（味精）的生产已全部采用发酵法，而且多以淀粉为原料，仅有少数工厂采用糖蜜作为原料。这个方法的优点是： 原料来源丰富，含糖原料、碳氢化合物等经微生物发酵均可获 得需要的产品，不像水解法那样，只能利用蛋白质为原料。 得率高，成本低。按目前发酵水平，每 100kg 糖发酵转化为谷氨酸可达 45kg左右，如用碳氢化合物转化率可高达 70%以上，成本较水解法低 50%以上。
17、 有利于机械化自动化生产，劳动强度降低，生产率较高 1 。 发酵法生产味精的全过程可划分为四个工艺阶段 :原料的预处理及淀粉水解糖的制备 ;种子扩大培养及谷氨酸发酵 ;谷氨酸的提取 ;谷氨酸制取味精及味精成品加工。 与这四个工艺阶段相对应味精生产厂一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要 生产车间。 另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位 4 。 1.2 原料选择 河南省是华北黄淮主要玉米产区之一，
18、而且是全国的农业大省，其玉米产量更是全国之最。由此可知，选用玉米做原料既满足要求又可以节省很大的原料投资。 1.3 菌种选择 目前国内各味精厂使用的谷氨酸生产菌株主要有：北京棒杆菌（ AS.1299）、7338、 S 941、 D110、 WTH 1;钝齿棒杆菌（ AS1.542）、 HU7251、 B9、 F 263；天津短杆菌（ T6 13）、 FM 8207、 FM 415、 U 9、 D85 等菌株。 通常选用 B9 菌株作为发酵用菌种， 7338 菌株作为 B9 菌株感染噬菌体后的备用调换菌种。 1.4 培养基选择 种子培养基 国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采用二级种子培养的流程，即
19、：斜面菌种一级种子培养二级种子培养发酵罐。 一级种子培养 一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌株，培养基组成应以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利 于长菌考虑。 二级种子培养 为了获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大年产 10万吨味精厂发酵车间设计 5 到种子罐的二级种子培养。种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例。 发酵培养基 与种子培养基不同，发酵培养基不仅是供给菌体生长繁殖所需要的营养和能源，而且是构成谷氨酸的碳架来源，要积累大量谷氨酸，就要有足够量的碳源和氮源，其量大大的高于种子培养基。 培养基灭菌方法的选择 中小规模的味精厂培养基灭菌多采用实罐间
20、歇灭菌，以简化操作手续。规模较大的厂则考虑连续灭菌以提高经济效益。 连续灭菌也叫连消，其温度一般 以 126 132 为宜，总蒸汽压力要求达到0.044 0.049 MPa 以上。 本设计采用连消塔 -喷淋冷却流程 2 。 图 2 连消塔 -喷淋冷却流程图 Figure 2 Even Eliminate Spray Cooling Tower Flow Chart 年产 10万吨味精厂发酵车间设计 6 2 工艺设计 2.1 物料衡算 年产 10 万吨味精工厂发酵车间物料平衡时工艺计算的基础，它是工艺设计工作从定性分析进展到定量计算的开端。 一旦选定了生产方法并完成了工艺流程示意图的设计后，就可
21、以进行 物料平衡计算，通过物料平衡计算可以求出生产过程中原料、中间体和产品等进出生产设备的物料的成分、重量和体积，进而计算出生产产品的原料消耗定额以及单位时间内（日或年）原料的消耗量，成品的产量和副产物、废物等物料的排出量。 根据物料平衡计算的结果可以确定生产设备的容量、设备的台数和主要尺寸，进行工艺流程草图的设计和水、蒸汽、热量、无菌空气消耗量等地计算。物料平衡计算的基本依据是质量守恒定律，即引入各设备的全部物料质量必须等于离开该设备的全部物料质量和物料损 失之和。 2.1.1 工艺技术指标及基础数据 （ 1）主要技术指标如下表所示 3 ： 表 1 谷氨酸发酵工艺技术指标 Table 1 S
22、pecifications of Glutamic Acid Fermentation Process 指标名称 单位 指标数 生产规模 t/a 100000（味精） 生产方法 中糖发酵，等电点 离子交换提取 年生产天数 d/a 300 产品日产量 t/a 334 产品质量 纯度 % 99 倒灌率 % 0.2 发酵周期 h 48 发酵初糖 Kg/m3 150 淀粉糖转化率 % 108 糖酸转化率 % 60 谷氨酸含量 % 95 谷氨酸提取率 % 95 味精对谷氨酸产率 % 122 （ 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 50，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 0.002，硫酸亚铁 0.002，生物素
