年产10万吨味精厂发酵车间设计.doc
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课程设计
课程名称___发酵工厂课程设计___
题目名称_年产10万吨味精厂发酵车间设计
学生学院____轻工化工学院__
专业班级___06级生物工程1班___
学生姓名____第八小组_______
指导教师_刘晓丽________
2009年12月31日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
发酵工厂课程设计
学院
轻工化工学院
专业班级
生物工程06级1班
姓名
第八组
学号
一、课程设计的内容
1.方案设计
2.车间物料与热量及设备的计算与确定
3.编制车间设计说明书
4绘制味精发酵车间平面布置图（2号图纸）
二、课程设计的要求与数据
设计的车间必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。
对年产10万吨味精厂发酵车间平面布置图的设计，我负责的主要是发酵过程中的工艺计算，包括相关的物料衡算、热量衡算，还有就是相关的冷却水的计算，对车间主要用到的设备，进行设备选型或者设计具有要求生产能力的设备。
三、课程设计应完成的工作
完成1张年产10万吨味精厂发酵车间平面布置图，并对其进行说明及解释；进行技术经济指标的计算，并详细说明；认真编写设计任务书。
四、课程设计进程安排（2009—2010学年度第一学期）
周次
星期
节次
设计各阶段内容
地点
17
一
5至
7
根据设计要求查阅有关资料和数据，准备设计用的资料，为写设计报告和完成车间平面布置图做准备。
对所接受的任务书内容进行分析、分解，分头查找相关的资料和数据。
图书馆
17
二
全天
选择厂址和产品方案与规模；确定生产定员；确定工艺流程；集体商量，进行比较；提出设计方案；确定具体的生产方案和工艺流程
图书馆
17
三
全天
工艺计算：
参考所收集的文献资料，对发酵工厂生产进行物料衡算、热量衡算、水衡算、电力计算、耗冷量计算、副产物计算等。
图书馆
17
四
全天
进行设备选型的有关计算：
根据各工艺计算的结果，确定所需要的各种设备的大小尺寸和数量，列出设备一览表。
每个组员根据自己设计的车间，分别进行相关的计算与设计，为绘图提供量化依据。
图书馆
17
五
全天
指导书写设计报告。
将工艺计算、设备选型的过程和结果进行归纳，按照设计报告的书写格式和要求，完成有关文字报告。
宿舍
18
一二三
全天
每位同学完成一个车间或几个车间的平面布置图的设计。
宿舍
18
四
全天
写图纸说明书：
主要是对车间平面布置初步设计图中的有关内容进行说明，包括车间位置和大小确定、设备选型与布置的依据等。
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]吴思方．发酵工厂工艺设计概论[M]．北京：
中国轻工业出版社，2006.7．
[2]陈宁．氨基酸工艺学[M]．北京：
中国轻工业出版社，2007.1．
[3]梁世中．生物工程设备[M]．北京：
中国轻工业出版社，2006.9．
[4]刘振宇．发酵工程技术与实践[M]．上海：
华东理工大学出版社，2007.1
[5]王志魁．化工原理[M]．北京：
化学工业出版社，2004.10．
[6]李功样，陈兰英，崔英德．常用化工单元设备设计[M]．广州：
华南理工大学出版社，2003.4．
[7]俞俊堂，唐孝宣．生物工艺学（上册）[M]．上海：
华东理工大学出版社，2003.1．
[8]张克旭．氨基酸发酵工艺学[M]．北京：
中国轻工业出版社，2006.2．
[9]蒋迪清,唐伟强.食品通用机械与设备.广州：
华南理工大学出版社,2003.7
[10]刘玉德.食品加工设备选用手册.北京：
化学工业出版社，2006，8
发出任务书日期：
2009年12月31日指导教师签名：
计划完成日期：
2009年12月31日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
任务分工：
3206002334
关瑞琪（组长）
糖化车间工艺计算
3206002335
黄清艺
糖化车间图
3205002579
罗曼玲
工艺设计
3205002582
李敏青
发酵车间工艺计算
3205002574
欧阳锦齐
发酵车间图
一.总论 7
1.1、任务内容 7
1.2、产品现状 8
1.3、味精特点 8
1.4、设计依据和范围 8
1.5、设计原则 9
1.6、项目进度建议 9
二、总平面设计 9
2.1厂址选择 9
2.1.1、厂址选择要求及地理位置分析 9
2.1.2、厂址条件选择程序 10
2.1.3、味精厂厂址的选择原则 11
2.2.厂区总平面布置及说明 12
2.2.1主要车间的排列方式：
12
2.2.2.功能区的划分：
（区带式布置形式） 13
2.2.3.全厂总平面设计的各建筑系数（区带式布置形式） 13
2.2.4.风玫瑰图（实线为冬季风频率，虚线为夏季风频率） 15
2.2.5各阶段的主要工艺参数 15
2.2.6.全厂人员分配及全厂总人数：
15
三、工艺设计 16
3.1、产品方案 16
3.2、生产方案 16
3.3、生产方法 16
3.4、设备选型 16
3.5十万吨味精厂采取的总生产工艺流程简图 17
3.6.总工艺流程论证 19
3.7.提取精制车间 19
3.7.1谷氨酸的中和 20
3.7.2.中和液的除铁 21
3.7.3.谷氨酸中和液的脱色 21
3.7.4.浓缩结晶 22
3.7.5.气流干燥 22
原料仓及预处理车间 22
4.1原料仓 23
4.1.1米需求量：
23
4.1.2.大米仓库设计：
24
4.2预处理车间 24
4.2.1.原料的预处理 24
4.2.2.去除杂质 25
4.2.3.材料精选 25
4.2.4.大米粉碎 26
4.2.5.粉碎机的需要量 26
4.3.耗电量 27
4.3.1.粉碎机耗电量 27
4.3.2精选机耗电量 28
4.3.3除杂机耗电量 28
4.3.4.预处理车间生产机械总耗电量 28
4.4．预处理车间设计 28
4.5.车间人员安排 28
4.5.1.大米仓人员安排：
29
4.5.2.预处理车间人员安排：
29
五.糖化工段 29
5.1.淀粉质原料蒸煮糖化的目的 29
5.2.淀粉的液化（糊化） 30
5.2.1.淀粉液化的目的 30
5.2.2.淀粉液化的方法 30
5.2.3.酶法液化 30
5.3.工艺计算 30
5.3.1味精生产糖化阶段工艺流程 30
5.3.2糖化的主要工艺参数有：
30
5.3.3.物料的计算 30
5.4.热量平衡计算 31
5.4.1糖化用水耗热量Q1 31
5.4.2米醪煮沸耗热量Q2 32
5.4.3洗槽水耗热量Q3 33
5.4.4糖化总耗热量Q总 33
5.4.5糖化耗用蒸汽量D 33
5.4.6蒸汽单耗 33
5.5设备选型 35
5.5.1.设备介绍 35
5.6.车间设计 39
5.6.1设备布置 39
六、发酵车间的设计 40
6.1.味精工厂发酵车间的物料衡算 43
6.1.1工艺技术指标及基础数据 43
6.1.2谷氨酸发酵车间的物料衡算 44
6.1.3100000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果 45
6.2热量衡算 45
6.2.1通气发酵罐过程热量的计算 45
6.2.2培养液冷却水用量 46
6.2.3发酵过程产生的热量集冷却水用量 46
6.3发酵过程无菌空气用量计算 46
6.4空气净化系统 46
6.5设备选型 47
6.5.1发酵罐的选型:
47
6.5.2种子罐选型 48
6.5.2.1种子罐容积确定 48
6.5.3空气净化设备的选型 48
6.6．车间设计 49
6.6.1设备布置 49
6.6.2车间平面 49
七设计图纸 51
八心得体会 51
九参考文献 52
一.总论
主要介绍任务内容、工厂特点、产品等、任务的分工
1.1、任务内容
我们组是进行100000吨味精厂的设计，我们进行的设计主要是给工厂设计提供依据。
设计的内容主要包括厂址的选择，成本预算，厂的总平面设计，各车间布置设计几各图的说明书。
1.2、产品现状
味精的学名叫谷氨酸钠，是世界上应用范围最广、产销量最大的一种氨基酸。
至今，中国人使用味精的时间已有80余年。
味精主要在中国、日本、泰国、法国、巴西等地生产，其中，亚洲的味精产量占世界总产量的90%。
从1994年起，我国味精年产量跃居世界第一，每年的增长率为10％～20%。
由于欧美等地味精消费量不大，绝大多数将采购重心放在中国。
中国也是世界上最大的谷氨酸钠出口国。
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320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。
1.3、味精特点
味精的化学名称谷氨酸钠，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。
在强碱溶液中，能生成谷氨酸二钠，鲜味就没有了。
如果将水溶液加热到120℃，能使部分谷氨酸钠失水而生成焦谷氨酸钠，就更没有鲜味了味精是烹调中常用的鲜味调味品，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。
味精的化学名称叫谷氨酸钠，由大豆、小麦面粉及其他含蛋白较高的物质，经由淀粉发酵法制成，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，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用。
又能参与脑蛋白质代谢和糖代谢，促进氧化过程，对中枢神经系统的正常活动起良好的作用。
1.4、设计依据和范围
进行味精工厂的工艺设计时，必须以批准的设计计划任务书和（或）可行性研究报告中规定的生产纲领为依据。
根据原材料的特性和产品的质量要求，以及厂址的现场条件，并结合国内设备制造供应条件和引进国外技术和装备的可能性，尽量采用先进的工艺技术和设备。
设计的主要依据：
（1）可行型研究报告，设计任务书。
（2）由项目工程师或负责人下达的设计工作提纲和总工程师的技术决定。
（3）把关新原料、新设备、新技术的研究报告和技术鉴定书，并经领导核准。
考虑到内容和深度要求，设计以初步设计中的工艺设计为主，兼顾部分设备设计。
1.5、设计原则
（1）符合经济建设的总原则：
做精心设计、投资省、技术新、质量好、收效快、回收期短。
（2）设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均先进水平为宜。
（3）设计应考虑到味精发酵工艺的独特要求，既要注意到周围环境的情节卫生，又要注意到工厂内车间之间对卫生、无菌、防火等条件的相互影响。
（4）味精工厂还应贯彻国家食品卫生法有关规定，充分体现卫生、优美、流畅。
1.6、项目进度建议
1、设计动员，下达设计任务书0.5天；
2、搜集资料，阅读文献，拟定设计范围2.5天，
3、生产工艺流程的确定与工艺条件的论证（编写说明书草稿）5～6天；
4、绘图2～3天；
5、整理，编写设计说明书2天。
二、总平面设计
2.1厂址选择
2.1.1、厂址选择要求及地理位置分析
我们对所选厂区的地理、地势、水文、气象等进行分析评价
选择的厂址在广州番禺区的横沥镇，处于广州的南端。
那里属于城镇郊区，离消费市场近。
在京珠高速公路、南沙港快速干线旁，近海、有南沙港口。
番禺的常年风向夏季为东南风，冬季为西北（偏北）风处于居民区的下风侧，主导风向：
冬季北，夏季东南；没有一些化工厂和其他的污染源；而且番禺区的农业产水稻、甘蔗、花生、番薯等，为味精的生产提供原料。
宾临珠江，为其提供大量生产用水，河水温度：
最高30℃，最低10℃；深井水温度：
最高25℃，最低20℃；自来水温度：
最高30℃，最低10℃。
气候条件：
年平均气温为21.8℃，最冷的1月份平均气温仍达13.3℃，而7月份平均气温为29℃，年无霜期长达346天。
最高湿度99％，平均湿度75％；
技术经济要求：
如原料供应与产品销售情况、能源供应情况、给排水情况、交通、建筑材料、环保、场地与节约用地等。
生产本产品是原材料是淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料，其中淀粉质原料是生产味精的主要原料，我国发酵味精的80%是用淀粉质原料生产的，其中以甘薯干等为原料的约占45%，大米等谷物为原料的约占35%。
本次设计所选用的原料是淀粉质原料，综合考虑南方的原料来源和成本情况.谷类是首选，因其价廉物美，且易获得，如大米等。
经过我们小组一起的综合讨论，我们决定将大米作为原料，但谷类发酵成淀粉，要考虑用到多种酶，如a-淀粉酶、糖化酶等。
此外，硫酸铵和硫酸等辅料也是要计算考虑的。
这里都是种植水稻的，所以原料提供方便，由于是在城镇郊区，靠近韩江，在水源，能源供应方面是不成问题的，由于这里地势平坦，地方辽阔，利于建筑的建设，比邻国道，附近也有码头，运输方便，厂内自主建立三废处理系统，对附近环境不造成很大的影响。
厂址选择是指在相当广阔的区域内选择建厂的地区，并在地区、地点范围内从几个可供考虑的厂址方案中选择最优厂址方案的分析评价过程。
厂址条件选择是项目建设条件分析的核心内容。
2.1.2、厂址条件选择程序
厂址选择工作大体分为准备工作、现场勘查和编写报告三个阶段。
（1）选厂前的准备
l）职工总数（其中工人所占比例）。
2）总投资（固定资产、设备及安装费、土建费）。
3）原料和能源耗用量。
4）原材料及成品运输量（包括运人及运出量）。
5）全厂占地面积
6）全厂建筑面积
7）三废（废水、废气、废渣）排放量及其有害成分
8）拟定收集资料提纲，包括地理位置地形图、区域位置地形图、区域地质、气象、资源、水源、交通运输、排水、供热、供汽、供电、弱电及电信、施工条件、市政建设及厂址四邻情况等。
（2）现场踏勘
现场踏勘的主要任务是根据厂址选择的基本原则到现场进行调查研究，收集资料，具
体落实厂址条件，以便判断该地区建厂的可能性。
（3）编写厂址选择报告
1）选厂依据及简况。
说明选厂依据、指导思想、选址范围、内容和选址经过、初步结论等。
2）拟建厂的基本情况。
包括工艺流程概述及对厂址的要求、排污状况、拟建厂的基本条件等。
3）厂址方案比较。
比较地理环境条件、社会经济条件、自然环境、建厂条件及协作条件。
所用到的方法有方案比较法、评分优选法和最小运输费用法。
4）厂址方案推荐。
5）结论、存在问题和建议。
6）附件
2.1.3、味精厂厂址的选择原则
（1）原料：
厂址要靠近原料基地。
本次设计用到的原料是薯类，所以要选择进薯类生产地的地方，一般在郊区会比较方便，运输费用也比较低，降低了成本。
（2）周围环境：
厂区周围有良好的卫生环境。
厂区附近不得有有害气体、粉尘和其他扩散性的污染源，厂址不应设在受污染河流的下游和传染病医院近旁。
（3）地势：
地势应基本平坦，厂区标高应高出通常最高洪水水位，且能保障排水顺利。
（4）劳动力来源丰富
本次设计的味精厂的规模属于中上规模，所需的劳动力较大，应该选择劳动力较密集的地方，应靠近城镇或居民集中点。
（5）具有废物处理设施
味精生产所产生的废水、废渣等的处理，要有专门的处理排放，而不对周围的环境、生态造成危害。
2.2.厂区总平面布置及说明
工厂总平面设计一般包括平面布置设计、竖向设计、运输设计、管线综合布置、绿化布置五项内容。
总平面设计原则和要求包括以下几点：
（1）总平面设计必须符合生产流程的要求
（2）总平面设计应当将占地面积较大的生产主厂房布置在常去的中心地带，一边其他部门为其提供配合服务。
（3）总平面设计应充分考虑地区风向的影响
（4）总平面设计应将人流、货流通道分开，避免交叉
（5）总平面设计应遵从诚实规划的要求
（6）厂区布置要能较好地适应工厂的远近期规划，留有一定的发展余地
（7）洁净厂房区域应布置成独立小区，区内应尽量少露土地面
（8）总平面设计必须符合国家及行业的有关规范和规定，满足卫生、安全、CMP要求
2.2.1主要车间的排列方式：
车间的布置主要是根据每个车间的物料流向来安排，也要根据车间的长宽来作最终的确定。
而原料车间是每天都必须有物料流进来的，必须有大型通道，成品也必须尽快运出去，还有锅炉房都是需要大量的燃料，所以它们设置在同一条大型通道上，而且有一个大的转弯圈设计在里面。
为了节省材料和财物，车间也不能离的太远，最后一些三废处理也远离生活区，也必须要离三废的出处要较近，所以设置在厂的左侧。
2.2.2.功能区的划分：
（区带式布置形式）
按照全厂场地的划分要求，将厂划分为厂前区、厂后区、生产区、及左右两侧区。
厂前区包括保安室、行政楼、车库、食堂、运动场、宿舍、保健室和商店等。
厂后区主要是预留地。
生产区包括原料车间、糖化车间、发酵车间、提取精制车间、包装车间、空气过滤车间等。
厂左侧区有锅炉房，发电车间，储水池，重油间，供冷车间和变电车间，厂右侧有有机肥料、水池和污水处理站。
在厂前区和厂后区分别有预留地。
厂有3个大门，都是主要的物料和人流通道，所以才开出3个大门。
在产生污染的车间都设置有防护林，再根据全年的主频风向，安排好污染车间的摆放位置，有利降低噪音和污染。
2.2.3.全厂总平面设计的各建筑系数（区带式布置形式）
首先说明一下道路路宽的算法，根据公式进行计算，根据每个车间的高度，然后根据上面的公式进行计算。
例如，发酵车间的高为14米，糖化车间的高为16米，那么它们之间的道路间隔就应该，再根据书本45页的表3-5进行选择，得到最终间隔。
其他的也是如此。
厂房建筑物正面与全年主风向的夹角的确定是按照文献一确定，其夹角在60度到90度之间。
我选择60度，这个数字是根据自己的要求去确定，还有根据厂的地理位置确定的。
全厂的总平面布置形式采用的是区带式布置形式，根据设计的要求，全厂的长宽为1000m×400m，全厂面积为400000㎡。
由我画的图的比例计算好的各比例，得知K1=45%，K2=77%，K3=32%，K4=22%，预留地10%。
A1=400000×45%=180000㎡，A2=400000×77%=308000㎡A3=400000×33%=132000㎡，A4=400000×22%=88000㎡，预留地面积=400000×10%=40000㎡，单产量=100000t÷400000㎡=0.25t/㎡。
上面各个参数衡量按照文献一进行确定。
序号
项目名称
符号
单位
数量
1
厂区占地面积
A
㎡
400000
2
建筑物、构筑物的占地面积
A1
㎡
180000
3
堆场面积
㎡
0
4
道路面积
A3
㎡
132000
5
绿化面积
A4
㎡
88000
6
发展用地面积
㎡
40000
7
建筑系数
K1
%
45
8
利用系数
K2
%
77
9
绿地率
K4
%
22
10
单产量
t/㎡
0.25
上面数据都是通过全厂的总平面设计图画好后，根据图上距离换算成实际数据进行计算的，其中算出来的指标都符合参考文献的要求。
全厂面积是通过度量图上的距离再乘以画图比例计算得到的，建筑物、构筑物的占地面积是所以建筑的所占的面积的加和，由于我们厂的设计没有户外堆场，所以它的面积就是零。
绿化面积是所有的绿化地和发展用地的面积之和。
建筑数是建筑物、构筑物的占地面积除以全厂面积，利用系数是建筑物、构筑物的占地面积和堆场面积及绿化面积之和除以全厂面积，绿化率是绿化面积除以全厂面积，单产量是年产量除以全厂总面积。
2.2.4.风玫瑰图（实线为冬季风频率，虚线为夏季风频率）
上面的玫瑰风向图是厂址所在地的全年风向，冬季主要是西北风，夏季为东南风，全年来说，风力最强的是冬季，但影响生产的主要是夏季的风向。
因为味精厂的环保处理设计主要是考虑生产过程产生的废气，而夏季的温度比较高，所以气味容易散发出来，因此在进行全厂的布局的时候要根据上面的玫瑰风向图进行设计。
2.2.5各阶段的主要工艺参数
指标名称
单位
指标数
指标名称
单位
指标数
生产规模
t/a
100000（味精）
发酵醪初糖浓度
（W/V）%
18
生产方法
中糖发酵，一次等电点提取
淀粉糖化转化率
%
108
年生产天数
d/a
320
发酵谷氨酸产率
%
10
产品日产量
t/d
312.5
糖酸转化率
%
60
产品质量
纯度99%
倒罐率
%
0．2
谷氨酸提取率
%
93
发酵周期
H
50
味精对谷氨酸产率
%
122
上面的指标系数都是通过查找文献得到的。
生产规模、方法和天数、产品质量及日产量是自己确定的。
根据各组员给的每个车间的人数，再加上我对全厂设计的考虑，得出下表。
2.2.6.全厂人员分配及全厂总人数：
原料车间
糖化车间
发酵车间
提取车间
包装车间
废水处理
消防人员
管理人员
后勤人员
动力车间
技术人员
保安人员
总人数
35
人
16
人
28
人
21
人
39
人
7
人
10
人
20
人
20
人
10
人
10
人
15
人
231人
三、工艺设计
3.1、产品方案
年产10万吨味精，味精纯度99％，根据市场的消费状况，生产晶体味精70%，粉体味精30%。
3.2、生产方案
生产期320天，无淡旺季节之分，日产量312.5t，一天3班，每班8小时。
3.3、生产方法
双酶法糖化间接发酵等电点结晶
3.4、设备选型
我根据每个同学选择的设备，我进行综合，得出下面的表。
设计结果概要或设计一览表
序号
设备名称
台数
规格与型号
材料
单台功率
1
粉碎机
12
SDF-850-1
10kw
2
糊化锅
10
J47005-0Z
1Cr18Ni9Ti、T2
7kw
3
糖化锅
13
J47101-0Z
1Cr18Ni9Ti
7kw
4
全自动快开式压滤机
1
DR×A1500
1.5kw
5
中和罐
12
CG-30000
A3钢
10.8kw
6
真空浓缩结晶锅
16
公称容积11.2m3,2000mm
A3钢
15KW
7
离心泵
1
FS100×80-35
不锈钢
15KW
8
离心分离机
1
WF630
不锈钢
2.2KW
9
脱色柱
1
容量为3440L
不锈钢304
10
板框过滤机
4
A3钢
1.5KW
11
旋风干燥器
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