年产5万吨味精厂生产工艺设计毕业论文.docx
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年产5万吨味精厂生产工艺设计毕业论文
XX大学
课程设计任务书
20xx〜20xx学年第x学期
学生姓名：
专业班级：
2008级生物工程
指导教师：
工作部门：
化工与材料学院
课程设计题目：
年产5万吨味精工厂生产工艺设计
课程名称：
生化工程设备
一、课程设计内容
1、通过查阅啤酒（味精）生产工艺的有关资料，熟悉目前啤酒（味精）生产的基本工艺流程。
2、进行糖化、发酵车间物料衡算和热量衡算等。
3、糖化车间设备设计及选型。
4、发酵种子罐、发酵罐的选型及大小尺寸的计算。
5、绘制糖化锅、发酵罐设计图。
6、撰写课程设计说明书
二、课程设计的要求
（一）、设计规模要求
全班按学号分为10组（其中末尾为1、3、5、7、9，设计啤酒工厂；末尾为0、2、4、6、8，设计味精工厂）。
学号末尾
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
设计规模（万吨/年）
4
14
5
18
6
22
7
26
9
30
（二）、课程设计说明书要求
学生在课程设计过程中可相互讨论，但要求各自独立完成并撰写设计说明书，设计说明书一般要求在5000字以上，具体内容如下：
1.前言
2.设计任务和设计基本依据
3.工艺设计
主要包括流程选择、生产工艺、物料衡算和热量衡算等。
4.设备设计或设备选型
主要包括设备选型和设备大小的计算等。
5•收获与体会
6.参考文献
三、课程设计应完成的工作
1•课程设计说明书一份
2•糖化锅（啤酒）或发酵罐（味精）设计图1张
四、课程设计进程安排
集中讲授
实训及答疑
1
设计动员、下达设计任
2课时（十一周周一第
务书
1,2节，HF104）
2
查阅资料
12
3
设计计算
2课时（十一周周三第
26
1,2节，HF104）
设计计算
4课时（十二周周二第
1,2,3,4节，HF105）
4
绘图
2课时（十二周周三第
1,2节，HF105）
8
5
整理、修改说明书、制
2课时（十二周周四第
10
作PPT
1,2节，HH201）
6
设计小结、考核
4课时（十二周周五第
8
1,2,3,4节，HH501）
合计
16
64
五、主要参考资料
吴思方主编•生物工程工厂设计概论•中国轻工业出版社•2009.7
教研室主任签名：
年月日
年产5万吨味精厂生产工艺设计
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5万吨味精厂的生产工艺，通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。
了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。
最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。
本设计的工艺流程为
发酵预处理（种子培养、原料预处理，制无菌空气）—发酵—等电点提取—中和制味精f浓缩结晶f精制分装。
该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活等特点。
为味精生产的理想途径。
具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
关键词：
谷氨酸钠、双酶法、糖发酵、等电点提取。
productivetechnologydesignedforthemonosodium
glutamatefactorywhichproduce50,000tonsperyear
Abstract
Monosodiumglutamate（MSG）isthesodiumsaltofthenon-essentialamino
acidglutamicacid,whichisthefinalresolveproductfromprotein.Ifwedilutethesaltwith400timeswater,wecan'ttastesaltyanymore.Ifwedilutethesucrosewith200timeswater,wecan'ttastesweetnesstoo.Butevenif3000timeswater,Monosodiumglutamatestilltasteflavor.
Monosodiumglutamateisamodernspicemadeoffoodbyusingmicrobialfermentation.
Thisproductivetechnologydesignedforthemonosodium
glutamatefactorywhichproduces50,000tonsperyearbyDoubleEnzyme、Sugarfermentationinglutamicacidandanisoelectricpointofextractionto
produceglutamicacid.Weknowthroughpretreatmentofrawmaterial、
fermentation、extractiontolearnMonosodiumglutamate'sproductionmethods
andproductionprocess.Accordingtoitssituation,choosethewayto
fermentationwhichsuitforproductionprocess.Atthesametimebalaneethematerial、heatandchoosetheequipment.Finallydrawoutthefermentationprocessflowdiagramandfloorplan.
Thetechnologicalprocessofthisdesignis:
Fermentationpretreatment（Seeddevelopment；Pretreatmentofrawmaterials；Systemsterileair）—fermentationfIsoelectricpointofextractionfneutralizationtoProductionofMSGfConcentrationcrystalfprocessingandrepacking.
thisproductivetechnologydesignedhasmanytraits.Suchas,well-knitstructure,pithyquickcontrol,lastingattacked,lesssledgecapacity,anditsrunningand
managementisuncomplicated.
Keywords:
MSG;DoubleEnzyme;Sugarfermentation;Isoelectricpointofextraction
课程设计任务书
IV
V
摘要
Abstract
1前言1•…
1.1研究的意义及目的1.
1.2研究目标和关键问题1.
1.3研究现状和内容1.
2工艺流程选择及说明1...
2.1工程概况1.
2.1.1工厂概况1.
2.1.2设计依据2.
2.1.3设计范围2.
2.1.4设计原则2.
2.2味精发酵工艺流程2.
2.2.1建设规模2.
2.2.2处理工艺流程的选择2.
2.2.3处理工艺路线的确定3.
2.3主要处理构筑物设计及选型5.
3工艺流程计算6...
3.1味精厂计算与构筑物设计6.
3.1.1谷氨酸发酵的物料衡算6.
3.1.2谷氨酸发酵的热量衡算
3.1.3谷氨酸发酵的水平衡计算
3.1.4谷氨酸发酵的无菌氧气耗量衡算
3.1.3设备设计与选型
4主要参考文献
谢辞
.10
19
21
.22
45
.45
.47
发酵罐附图
1前言
1.1研究的意义及目的
为加强对味精发酵的理解。
了解味精发酵的工艺流程，主要熟悉味精发酵过程中对发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料的选取及物料平衡、热平衡、水平衡和无菌空气平衡的计算。
1.2研究目标和关键问题
研究目标是理清味精发酵的流程工艺及生产工艺，关键问题是对味精发酵过程中涉及的发酵罐、种子罐、搅拌器和冷却管尺寸和材料的选取及物料平衡、热平衡、水平衡和无菌空气平衡的计算。
1.3研究现状和内容
本设计为年产5万吨味精厂的生产工艺，通过双酶法、谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。
了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。
最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。
2工艺流程选择及说明
2.1工程概况
2.1.1工厂概况
一般的味精厂年产味精5〜10万吨，生产过程主要为：
发酵预处理（种子培养、原料预处理，制无菌空气）-发酵一等电点提取一中和制味精一浓缩结晶一精制分装。
味精生产厂家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，供水管路输送到各个生产需求部位。
2.1.2设计依据
1.生物工程工厂设计概论。
【1】
2.味精的相关资料。
2.1.3设计范围
本工程的设计范围为：
生产味精的量达到年产5万吨左右的要求
2.1.4设计原则
1•采用先进、合理、成熟可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
2.工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地、能适应水质、水量的变化，确保出水稳定，达标排放。
3.在运行过程中，便于操作管理，便于维修，节省动力消耗和运行费用。
2.2味精发酵工艺流程
2.2.1建设规模
生产味精的量达到年产5万吨左右。
2.2.2处理工艺流程的选择
1.味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：
（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备；
（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵；
（3）谷氨酸的提取；
（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。
2.与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家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，供水管路输送到各个生产需求部位。
2.2.3处理工艺路线的确定
通过上述分析比较，其工艺流程如图2-1所示。
斜面
消泡剂
丿
二级种子罐
1
定容罐舟
实消
1
连消器
i
维持罐
一级种子
降温
1
1
氮液
+
二级种子培养
1
换热器
t
L
f发酵罐
葡萄糖
配料罐
4定容罐
t
无菌空气
无机盐
*消泡剂
无机盐
消泡剂
高浓度糖液
图2-2谷氨酸发酵的工艺流程【3】
2.3主要处理构筑物设计及选型
主要设备见表2-2。
表2-2主要设备一览表
位号卩
i殳齡楸
台数门
规格与型号『
备注*
F30M1W
1轴略
1如
（P5000XlOOOOniin1
AjW
专业隅
F32L-326+
二级种子權j
$1400x2800mm*1
Aj钢
专业昭
一级种子躍屮
$400X80（hnni+,
A倆
专业略
R3OI31k
发酵耀分过滤
lk
Cpl200X18&&mm^
专艸备卫
R32L322
神子耀分过滤器p
$75X520nim^
A;钢
专业设备*
R331-336f
种子耀分过滤器
2
022*150m册
Aj祁
专业略
3工艺流程计算
3.1味精厂计算与构筑物设计
3.1.1谷氨酸发酵的物料衡算
⑴主要技术指标
指标名称
单位
指标数
指标名称
单位
指标数
生产规模
t/a
50000
发酵初糖
Kg/m3
150
生产方法
中糖发酵，等电点-
离子交换提取
淀粉糖化转化率
%
108
年生产天数
d/a
300
流加高浓糖
Kg/m3
500
产品日产量
t/a
167
糖酸转化率
%
60
产品质量
纯度99%
麸酸谷氨酸含量
%
95
倒罐率
%
0.2
谷氨酸提取率
%
95
发酵周期
h
40
味精对谷氨酸产率
%
122
⑵主要原材料质量指标
淀粉原料的含量为80%，含水14%
⑶二级种子培养基（g/L）
水解糖50,糖蜜20，磷酸二氢钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5〜10，泡敌0.6，生
物素0.02mg，硫酸锰2mg/L，硫酸亚铁2mg/L。
⑷发酵初始培养基（g/L）
水解糖150，糖蜜4,硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸0.2，生物素2^g，泡敌1.0,
接种量为8%
⑸谷氨酸发酵车间的物料衡算
首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量
1•发酵液量
设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为220kg/-：
，则发酵液量为:
—6.55（m3）
1000
220X60%X95%X99.3%X122^
式中220—发酵培养基终糖浓度（kg/」J）
60%—糖酸转化率
95%—谷氨酸转化率
99.8%—除去倒罐率0.2%后的发酵成功率
122%—味精对谷氨酸的精制产率
2•发酵液配制需水解糖量
以纯糖计算:
mi二220^二1441〔kg）
3•二级种液量
%二S^V-l=0.524（nr3）
4•二级种子培养液所需水解糖量
m2二5CVZ二26.2〔kg〕
式中50—二级种液含糖量（kg/-'）
5•生产1000kg味精需水解糖总量
m二nii+m；,二1467,2
6•耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故耗用淀粉量为:
1467.2#、
—=1529-9Ckg）
80%X108^）＞：
〜
式中
80%—淀粉原料含纯淀粉量
108%—淀粉糖化转化率
7.液氨耗用量
发酵过程用液氨调pH和补充氮源，耗用260〜280kg;此外，提取过程耗用160
170kg，合计每吨味精消耗420〜450kg。
8•甘蔗糖蜜耗用量
二级种液耗用糖蜜量为：
吗「；心能〔二氷
发酵培养基耗糖蜜量为：
础坯--_
合计耗糖蜜36.68kg
9•氯化钾耗量
niKCt=0.8^=5^4（kg）
10•磷酸二氢钾（二二一…-._一）耗量
m3—l.OV;—0.E24（kg）
11.硫酸镁（■■--）用量
06（V±+V2）=4.24（kg）
12•消泡剂（泡敌）耗用量
UffV\=6.55〔kg）
13•玉米浆耗用量（8g/L）
叫-=4.19〔kg）
14•生物素耗用量
m5二形+0.002^=0,0236Cg）
15.硫酸锰耗用量
%二0.002V^=1,048Cg）
16.硫酸亚铁耗用量
m7二0.002V^=1,048Cg）
17.磷酸耗用量
m5—0.2Vl=1.31〔kg）
18.谷氨酸（麸酸）量
发酵液谷氨酸含量为：
5'''':
1
实际生产的谷氨酸（提取率95%）为：
862.9X95%=819.0〔kg）
⑹50000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表
物料名称
生产1t味精（100%）
50000t/a味精
每日物料量
的物料量
生产的物料量
发酵液量/曲
6.55
327.5X诃
1093.85
二级种液量/m3
0.524
26.2X诃
87.51
发酵水解用糖量/kg
1441
720.5X10s
240.65X诃
二级种培养用糖量/kg
26.2
1.31X10*®
4375.4
水解糖总量/kg
1467.2
245.02X103
淀粉用量/kg
1529.9
733.6X10s
255.49X103
液氨用量/kg
420
764.95X10s
701.4X102
糖蜜用量/kg
36.68
21X10e
6125.56
氯化钾用量/kg
5.24
1.834X诃
875.08
磷酸二氢钾用量/kg
0.524
262X103
87.51
硫酸镁用量/kg
4.24
26.2X诃
708.08
泡敌用量/kg
6.55
212X10s
1093.85
玉米浆用量/kg
4.19
327.5X诃
699.73
生物素用量/g
0.0236
209.5X诃
3.94
硫酸锰用量/g
1.048
1180
175.02
硫酸亚铁用量/g
1.048
5.24X10*
175.02
磷酸用量/kg
1.31
5.24X何
218.77
谷氨酸用量/kg
819.8
6.55X诃
136.91X诃
40.99x诃
3.1.2谷氨酸发酵的热量衡算
热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下:
BQ入=UQ出+UQ损
式中UQ入一输入的热量总和（kJ）UQ出一输出的热量总和（kJ）ZQ损一损失的热量总和（kJ）
通常，入=Q1+Q2+Q3
ZQ出=Q4+Q5+Q6+Q7
ZQ损=Q8
式中Qi—物料带入的热量（kJ）
Q2—由加热剂（或冷却剂）传给设备和所处理的物料的热量（kJ）
Q3—过程的热效应，包括生物反应热、搅拌热等（kJ）
Q4—物料带出的热量（kJ）
Q5—加热设备需要的热量（kJ）
Q6—加热物料需要的热量（kJ）Q7—气体或蒸汽带出的热量（kJ）把（4-5）〜（4-7）式代入（4-4）式，得
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
值得注意的是，对具体的单元设备，上述的Qi〜Q8各项热量不一定都存在，故进
行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。
连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标（以淀粉质为原料）
计算指标见表3.1o
表3.1计算指标
项目
指标
淀粉糖化转化率
98.5%
发酵产酸率（浓度）
11%
发酵对糖转化率
60%
培养菌种耗糖为发酵耗糖的
1.5%
谷氨酸提取收率
95%
精制收率
122%
商品淀粉中淀粉含量
80%
发酵周期（含辅助时间）
40h
全年工作日
300d
⑴培养液连续灭菌用蒸汽量:
采用发酵罐体积为200m3。
200m3发酵罐装料系数0.80，每罐产100%MSG量
200X0.80X11%X95%X122%X1.272=25.94（t/d）
纯味精相对分子质量187
dQ-7Q_—A
.—纯谷氨酸相对分子质量—147.
年产商品味精5.0万吨，日产100%MSG167吨.发酵操作时间40h（其中发酵时间
32h）需发酵罐台数:
一167——4010.7取11台
25.9424
由于装罐率，所以每罐初始体积160m3糖浓度15.0g/dl,灭菌前培养基含糖
20.0g/dl，其数量：
160
15120（t）
20
每日投（放）料罐次1676.4（t）（罐）取7罐次。
25.94
灭菌加热过程中用0.4mPa（表压）1=2743KJ/kg，使用板式换热器将物料由20°C预热至75°C,再加热至120°C,冷却水由20°C升到45°C。
消毒灭菌用蒸汽量（D）:
D==3212（kg/h）~3.2（t/h）
式中：
3.97为糖液的比热容，[KJ/（kg-C）]
每天用蒸汽量：
3.2X3X3=28.8（t/d）
高峰用蒸汽量：
3.2X7=12.8（t/h）
平均用蒸汽量：
28.8/24=1.2（t/h）
⑵发酵罐空罐灭菌蒸汽量：
1发酵罐体加热：
200m3，1Cr18Ni9的发酵罐体重34.3t，冷却排管重6t，1Cr18Ni9的比热容0.5KJ/（kg-C）[8]，用0.4mPa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15mPa（表压）下由20°C升至127°C，其蒸汽量为：
（34.3_6）_1000_0.5（127-20）986（kg）
1743-1274.18
2填充发酵罐空间的蒸汽量：
因200m3发酵罐的全容积大于200m3,考虑到罐内之排管，搅拌器等所占之空间罐之自由空间仍按500m3计算，填充空间需蒸汽量：
D空=p=200X1.39=278（kg/h）
式中：
V—发酵罐全容积（m3）
P—加热蒸汽的密度（kg/m3）0.15mPa（表压）时为1.39（kg/m3）
3灭菌过程的热功当量损失：
辐射与对流联合给热系数a,罐外壁温度70°C。
a=33.9+0.19x（70—20）=43.4[kg/（m3h-C）]
200m3发酵罐的表面积为201卅，耗用蒸汽量：
20125.94
2743-1274.18
（70-20）
199（kg）
4罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗:
2010.00110004.18
2743-1274.18
（127-20）
41（kg）
式中：
0.001—附壁水平均厚度（1mm）
1
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