年产3000吨谷氨酸厂的生产设计毕业设计Word文件下载.docx

年产3000吨谷氨酸厂的生产设计毕业设计Word文件下载.docx

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设计工作的基本任务是要作出体现国家有关方针政策，切合实际，安全适用，技术先进，经济效益好的设计，为我国社会主义现代化服务。

设计的主要内容如下：

1.3.1设计文件

设计文件主要解决所有生产技术经济问题，对以下问题重点说明：

1.3.1.1设计依据及设计范围。

1.3.1.2设计指导思想、建设规模和产品方案。

1.3.1.3生产方法及工艺流程的比较、选择的阐述。

1.3.1.4主要生产技术经济指标的生产定额。

1.3.1.5主要设备的选型及计算。

1.3.1.6车间的问题及解决问题的建议。

1.3.2设计图纸

1.3.2.1生产流程图。

1.3.2.2车间设备布置图，比例采用1∶100。

1.3.2.3主要生产设备的发动机一览表。

1.3.2.4主要材料估算表等。

1.4设计的生产规模及产品质量指标

1.4.1年产3000吨95%的谷氨酸

2.工艺部分

工艺流程设计在整个工艺设计中最先开始，但随着工艺及其他专业设计的展开，通常需要对初步的工艺流程设计进行局部修改，所以几乎最后才完成。

其主要任务包括两个方面：

其一是确定由原料到成品的各个生产过程及顺序，即说明生产过程中物料的能量发生的变化及流向，应用了哪些生物反应或化工过程及设备。

其二是绘制工艺流程图。

2.1.1工艺流程设计原则

工艺路线的选择是发酵工厂设计的关键步骤，一般要求对可选择的各种生产方法进行全面的比较分析，从中选择技术先进、经济合理的工艺路线，以保证项目投产后能达到高产、低耗、优质和安全运转。

进行工艺流程设计，必须考虑以下几项原则：

2.1.1.1保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求。

2.1.1.2尽量采用成熟、先进的技术的设备。

努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能迅速投产，在短期内达到设计生产能力产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。

2.1.1.3尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施，以减少可消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。

2.1.1.4确保安全生产，以保证人身和设备的安全。

2.1.1.5生产过程尽量采用机械化的自动化，实现稳定、高产。

2.1.2各阶段工艺方案及论证

2.1.2.1糖化工段

本设计采用双酶法制糖工艺。

它是用淀粉酶和糖化两种酶将淀粉转化为葡萄糖的工艺，可分为两个过程：

第一是液化过程，即利用α-淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糖，使蛋白质分离。

第二是糖化过程，即利用糖化酶将液化了的糊精及低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。

2.1.2.1.1工艺方案论证：

根据原料淀粉的性质及采用的水解液催化剂不同，水解淀粉为葡萄糖的方法有下列三种：

⑴酸解法：

是一种常用的也是传统的水解方法。

它是利用无机酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。

该法具有工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快的优点。

缺点是在水解过程中副反应生产的副产物多，影响糖液纯度，使淀粉转化率降低。

⑵酶酸法：

酶酸法工艺主要是将淀粉乳先用а–淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。

该法适用于大米或粗淀粉原料，可省去大米或粗淀粉原料加工成精制淀粉的生产过程，避免淀粉在加工过程中的大量流失，与加工成精制淀粉比较，一般可提高原料利用率15％

左右。

⑶酶解法：

它是通过淀粉酶液化和糖化酶糖化将淀粉转化为葡萄糖的工艺。

与其他方法比较，具有较高的优越性，主要表现在以下几个方面：

Ⅰ由于酶具有较高的专一性，淀粉水解的副产物少，因而水解糖液纯度高，DE值可达98﹪以上，使糖液得到充分利用。

"

淀粉水解是在酶的作用下进行的酶解反应，条件较温和，因而不需耐高温、高压、耐酸的设备。

Ⅲ可以在较高的淀粉浓度下水解，水解糖液的还原糖含量可达到30﹪以上。

Ⅳ酶解法用20～30Be淀粉乳，而且可用粗淀粉原料。

由于酶制剂中菌体细胞的自溶，使糖液营养丰富，可以简化发酵培养基，少加甚至不加生物素，有处于糖液的充分利用。

Ⅴ双酶法制得的糖液颜色浅，较纯净，无苦味，质量高，有利于糖液的充分利用。

Ⅵ双酶法工艺同样适用于大米或粗淀粉原料，可以避免淀粉在加工过程中的大量流失，减少粮食消耗。

各种糖化方法的比较:

发现采用不同的水解制糖工艺，各有其优点及存在问题。

本设计从水解糖液的质量及降低粮耗，提高原料利用率方面来考虑，选择双酶法淀粉水解工艺。

2.1.2.2发酵工段：

本设计选用一次高中糖发酵工艺。

该工艺有利于提高谷氨酸产量和设备利用率，也有利于节约原材料与能源消耗。

但是，由于初糖浓度高，环境渗透压高，发酵周期相对较长，故应首先选育耐高糖、耐高渗透压的优良菌种。

另外，国内比较先进的工艺是采用亚适量生物素流加糖发酵工艺。

该工艺提高了产酸与设备利用率，经济效益明显。

国外普遍采用的是高生物素添加青霉素，流加糖发酵工艺，与生物素亚适量工艺比较，具有产酸速度快、产酸高、转化率高、发酵周期短、设备利用率高等优点。

但这两种工艺在国内并不成熟，可借鉴的经验不多，故仍采用一次高中糖发酵工艺。

2.1.2.3提取工段

本设计采用等电点-离子交换法提取谷氨酸。

该工艺是在经等电点提取谷氨酸后，将母液通过离子交换柱，双柱串联吸附，洗脱回收，使洗脱所得的高流分与发酵液合并，进行等电点提取。

这样既可避免等电点收率低，又可减少树脂用量，还可以获得较高的提取收率，即提取收率可达90％以上。

2.1.3工艺流程

2.1.3.1全厂工艺流程

2.1.3.2各工段工艺流程：

2.1.3.2.1糖化工段：

淀粉→溶解→调浆→液化→灭酶→调pH值→加糖化酶→保温糖化→灭酶→过滤→糖液

2.1.3.2.2发酵工段：

糖化液→过滤→配料→连续灭菌→发酵罐→夹层进汽（90℃）→三路进汽106℃，保压5min

降温到34℃→接种（35h）→放罐

种子培养流程：

二级种子→种子罐→夹层进汽（90℃）→三路进汽（115℃），保压7min→降温（33℃）接种（6–7h）→二级种子成熟→发酵罐

2.1.3.2.3提取工段

2.1.4主要工艺条件及论证

2.1.4.1糖化工段：

2.1.4.1.1操作工艺条件

一般糖化酶加入量通常为100单位/g干淀粉，本设计加糖化酶为淀粉乳0.043％，糖化时的pH值控制在4.5左右，糖化开始搅拌15min，然后静置保温，保持反应温度45℃，糖化时间一般在24h左右。

糖液的还原糖含量可达30％左右，DE值可达到96％以上。

糖化结束，升温到100℃，保持5min，以灭酶。

2.1.4.1.2酶的选择及用量与淀粉乳浓度、糖化时间、温度、pH值之间相互关系

不同来源的葡萄糖淀粉酶对糖化时温度和pH值方面的要求存在差别。

根据酶的特性，尽量选用较高的温度糖化。

这样糖化速度加快，也可减少杂菌感染的可能性，采用较低的pH值，可使糖化液颜色变浅。

糖化酶制剂用量，决定于酶活力高低，酶活力高，则用量少，液化液浓度高，加酶量少，液化浓度高，加酶量要多。

糖化初期，糖化进行速度快，葡萄糖值不断增加，迅速达到95％，以后的糖化速度较慢，达到一定时间后，葡萄糖值不再上升，接着就稍有下降。

因此，当葡萄糖值达到最高时，应当停止酶反应（可加热100℃，5min灭酶），否则葡萄糖值由于

葡萄糖经α-1‚6键起复合反应而降低，复合反应发生的程度与酶的浓度及底物浓度有关，提高酶的浓度，将加快糖化速度，缩短糖化时间，最终葡萄糖值也高。

但酶浓度过高，反而能促进复合反应的发生，导致葡萄糖值降低。

液化浓度大，也使复合反应增加，影响葡萄糖的得率。

因此，在糖化操作中，必须控制好淀粉浓度和糖化酶用量，两者都不宜过高，以限制复合反应进行，来保证糖液的质量。

2.1.4.2发酵工段

2.1.4.2.1温度

谷氨酸生产菌的最适生产温度为30-34℃，产生谷氨酸的最适温度为34-38℃。

在谷氨酸发酵前期长菌阶段应采用与种子扩大培养时相应的温度，以满足菌体生产最适温度；

若温度过高，菌体容易衰老，生产上常出现前劲大后劲小，后期产酸缓慢，菌体衰老自溶、周期长、产酸低，并影响提取；

若前期温度过低，则菌体繁殖缓慢，周期长，必要时可补加玉米浆，以促进生物生长。

一般控制在发酵开始的温度上，每隔5-6h长1℃即可。

2.1.4.2.2pH值

pH值对微生物的生长和代谢产物的形成都有很大影响。

不同种类的微生物的pH值的要求不同。

谷氨酸生产菌的最适pH值，因菌株而异，一般为pH值6.5-8.0。

谷氨酸生产菌在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下形成谷酰胺和N-乙酰谷酰胺。

谷氨酸在不同阶段对pH值的要求不同。

发酵前期，幼龄菌对氮的利用率高，pH值变化大。

发酵前期pH值偏低，菌体生长旺盛，消耗营养成分快，菌体转入正常代谢，繁殖菌体而不产谷氨酸。

如果pH值过高，抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间延长。

故谷酸发酵在正常情况下，为了保证足够的氮源，满足谷氨酸合成需要，发酵前期控制pH值7.5左右。

发酵中期pH值7.2左右，发酵后期7.0。

在将近放罐时，为了后工序提取谷氨酸，pH值6.5-6.8为好。

本设计用流加液氨来控制pH值。

2.1.4.2.3种龄与种量

种龄是指种子培养的时间。

种龄长短关系到种子活力强弱。

如果接入发酵的种子所处的生长阶段是处于活力旺盛的对数生长期，则种子活力强，可缩短发酵适应期；

若种龄过长，则菌种活力减低，代谢产物增多。

所以一般一级种子种龄9-12h，二级种子种龄7-8h。

种量是培养好的种子液数量占接入发酵培养基数量的百分比，本设计种量为 10％。

种量的多少显著影响发酵适应期的延续时间、开始产酸的时间及发酵周期的长短。

种量过少，菌体增长缓慢，导致发酵周期拉长，容易染菌，不利于提取；

种量增加时，适应期缩短，发酵周期短，设备利用率高。

2.1.4.2.4通风

发酵过程中通风量的大小，对谷氨酸发酵有明显的影响，谷氨酸发酵的需氧量较大，在菌体呼吸充足时显示最大的产量，氧满足程度为1.0。

谷氨酸发酵的效率，希望在菌体生长期，糖的消耗最大限度地用于合成菌体；

希望在谷氨酸生成期，糖的消耗最大限度地用于合成谷氨酸。

在菌体生长期，供氧必须满足菌体呼吸的需氧量，否则菌体呼吸受到抑制，而影响生长；

但并非越大越好，当PL$时，供氧满足菌体的需氧量，菌体生长速率达最大值；

如果再提高供氧，高的氧水平抑制生长，并不能有效地产生谷氨酸。

故只要根据细胞繁殖数量的增加适当增加供氧即可。

在谷氨酸生成期要求充分供的氧，以满足细胞转化﹑细胞最在呼吸的需氧，谷氨酸高产；

若供氧不足，低氧水平会阻碍NAD（P）H2的再氧化，显著影响谷氨酸生成。

故高氧水平的危害在长菌期，低氧水平的危害在产酸期。

一般地说，耗氧速度与菌种性能﹑培养条件等有关，不同的种龄﹑种量﹑不同培养成分和不同的发酵阶段，对氧的需求是不同的。

通常情况下，培养基营养丰富，糖浓度高，生物素含量大，通气量适当加大；

培养基营养贫乏，糖浓度低，生物素含量少，需氧量小，通风量要适当减少。

设计中，搅拌转速固定不变，通常用调节通气量来调节供氧。

控制通气量两头小﹑中间大，开始分2级或3级提风到最大后，保持十几个小时最高风量，再分2级或3级降风，形成梯子形通风。

根据菌体生长速度﹑菌体生长数量﹑菌体形态变化﹑耗糖速度﹑产酸情况﹑耗尿变化情况，成梯形控制升风﹑降风。

发酵前期，采用低风量；

发酵中期﹙细胞开始转型到高产酸期﹚以高风量为宜；

发酵后期又应适当减少风量，以促进已产生的α–酮戊二酸还原氨基化成谷氨酸。

当菌体生长缓慢，pH值偏高﹑耗糖慢时，应减少通气或停止搅拌﹑小通风，以利长菌；

当菌体生长快﹑糖耗过快时，应适当提高风量，前期OD长得越快，耗糖越快，风量提得越高。

本设计中根据OD净增值（△OD）值来控制升﹑降风时机。

当发酵4-5h，△OD 0.25时，因菌体细胞繁殖增加，升一次风；

发酵7-8h，△OD值0.5左右时，第二次升风；

发酵8-

10h，△OD0.60-0.65时，第三次升风到最在风量，促进细胞转型并产酸；

之后控制总△OD在0.75-0.80，稳定不动，保持最大风量十几个小时；

发酵22-24h，RG降到3﹪时，第一次降风；

发酵26-28h，RG降到2﹪以下时，第二次降风；

发酵30-32h，RG降到1﹪以下，第三次降风到与发酵零小时通气量相近，到发酵结束。

戊二酸还原氨基化成谷氨酸。

当菌体生长缓慢，pH值偏高﹑耗糖慢时，应减少通气或停止搅拌﹑小通风，以利长菌；

2.1.5各车间操作规程

2.1.5.1制糖车间的工艺操作规程

2.1.5.1.1.投料组（投料工20人）2.1.5.1.1.1原料（淀粉）必须投干净。

（1）投料过程中袋子必须抖干净。

考核标准：

（淀粉）袋自残留不得高于0.05kg。

（2）室内地面的残留原料要回收干净。

要求范围（淀粉）投完后要求将投料房地面、罐沿、里外窗台、配电柜上下、门口设备上的死角等残留全部回收到投料缸中。

（淀粉）要求范围内以捏不起淀粉为准。

以上要求目的是保质保量，避免浪费和损失。

2.1.5.1.1.2淀粉投料工要确保缸中的料液浓度适当，以防搅栏搁住或损坏，造成淀粉沉淀，耽误生产。

2.1.5.1.1.3投料完毕后，淀粉人员必须检查水阀（不论大小）是否关闭，设备运行是否正常，当确保无误将大罐交于调浆人员并填写记录之后方可离去。

3.1.2调浆（调浆工4人）

2.1.5.1.2.1测好调浆浓度（淀粉16Bè

）

2.1.5.1.2.2调PH值使之精确达到6.0±

1调PH用硫酸和纯碱调节。

2.1.5.1.2.3淀粉浆每立方米浆加2万单位的高温淀粉酶110ml，搅拌10分钟后复测PH值，待喷射液。

2.1.5.1.2.4酶的使用及要求

（1）使用前振荡摇匀

（2）每桶用完之后，淀粉酶用清水洗净，糖化酶用水解液冲净把盖配齐摆放整齐（3）加酶计量要准。

2.1.5.1.3喷解液化（液化工5人）

2.1.5.1.3.1首先打开蒸汽阀门预热，喷射器及层流罐到100℃

3.1.3.2开回流阀门，启动液体泵，然后同时调整进料阀、蒸汽阀、喷射阀使料压达到0.5Mpa,

蒸汽压力达到0.3Mpa,层流罐温度保持在100℃（金属温度计控制在102℃即可）2.1.5.1.3.3以上调整稳定后，立即打开1号，2号排气阀。

2.1.5.1.3.4 进料到出料（三号层流罐底部取样口）控制在50分钟左右，每5分钟至6分钟抽一吨浆。

2.1.5.1.3.喷射期间，及时与锅炉取得联系，蒸汽总压不得低于0.6Mpa。

2.1.5.1.3.6喷射人员要配合调浆人员勘测PH值，勤看料液的变化。

2.1.5.1.4二次液化：

（当二次液化结束后，立即降温到60℃±

1℃并取样测）

2.1.5.1.4.1、首先关闭糖化底罐部阀门，然后在液化进料前预热糖化罐至90℃以上，并打开进料阀门。

2.1.5.1.4.2、当淀粉水解液达到取样值时开始搅拌。

2.1.5.1.4.3、当喷射结束水解液全部进入糖化时罐，立即作碘化反映，看是否液化完全。

若液化完全，开始降温糖化，反之若液化不完全，复调PH6.0±

0.1,温度应控制在94℃±

1℃，继续液化。

2.1.5.1.5糖化（糖化工8人）

2.1.5.1.5.1、当二次液化结束后，立即降温到60℃±

1℃，并取样测总糖，还原糖，OP及透光率，同时调PH到4.2至4.4，加11000毫升10万单位的糖化酶，糖化开始，搅拌1h后，停止搅拌。

2.1.5.1.5.2、糖化过程中在16小时前每4小时送测一次样，在16小时后每2小时送测一次样，取样前必须搅拌10分钟，方可取样，每个样必须测OD,透光及还原糖。

2.1.5.1.5.3、当糖化周期到12小时时，再追加6000毫升100万单位的糖化酶，搅拌40分钟。

2.1.5.1.5.4、糖化期间要勤看温度，勘测PH值，确保罐温60℃±

1℃和PH4.2～4.4中途升温一律采用排管升温，糖化周期控制在28小时以内。

2.1.5.1.5.5、待OD值（指糊精含量）小于0.035时，必须用无水酒精检验，测定无糊精存在时方可升温灭酶。

2.1.5.1.5.6、灭酶温度为80℃以上保温20分钟，降温到68℃至70℃并将PH调到4.8左右，待滤。

2.1.5.1.5.7、要求准时送料，认真及时记录。

2.1.5.1.5.8、糖化接到人员首先复查进料和底部阀（含排污阀）使该开的要开，该关的要关，确保生产顺利进行。

2.1.5.1.5.9、糖化工必须在进料罐升温，降温，加酶，取样等工作之前开搅拌，不能乱程序。

2.1.5.1.5.10、为了安全，泵硫酸由白天糖化人员来完成，晚班禁止泵硫酸。

2.1.5.1.6压滤（压滤工8人）

2.1.5.1.6.1、压滤前必须征得糖化工的同意，并在开阀门和压滤泵之前，必须对其他糖化底罐部阀门和贮糖罐有关阀门（含排污阀门）进行全面检查核实后方可压滤。

2.1.5.1.6 .2、压滤糖化温度为68～70℃温度过高，糖液浑浊，透光低，影响指标，温度过低不利压滤。

2.1.5.1.6.3、过滤时先将阀门开小一点，使料液在板框内形成滤饼，然后再将阀门开大一些。

2.1.6.4、过滤期前，认真观察糖液以及漏渣，影响透光，并勘查看糖化缸到制糖之罐间的管道，阀门及压滤泵，杜绝漏料。

2.1.5.1.6.5、压滤结束应用60℃的水冲洗压滤机，确保糖液体积，然后用空气吹干压滤机。

2.1.5.1.6.6、压滤人员在压滤开泵之前，要将糖液回流阀捣至下批待滤糖化罐中，方可停泵。

对于糖化液的质量要求

色泽：

淡黄色透明液糊精反映：

无

还原糖含量：

25～38%ED值：

95～99%

透光率：

80%以上（用581-G型光电比色计，420nm滤光片）PH值4.6～5.0

淀粉转化率：

98%

糖化车间的工艺流程：

淀粉→调浆→ 调浆罐 → 缓冲罐 → 液化罐→ 糖化罐 →板框过滤糖液 →滤渣

发酵车间工艺流程：

双酶糖液+培养基 → 种子配料罐 → 种子罐+接一级种子 → 二级种子培养完毕

双酶糖液→ 配料罐→ 连消器→ 发酵罐←

2.1.5.1.7发酵车间工艺操作:

（24人）

糖化车间送来的糖液，打入配料缸中，添加适量无机盐类，充分搅拌，与此同时，开始进行空消，对整个空消系统进行进料前的灭菌。

温度110℃，30分钟，发酵罐也进行空消，蒸汽150℃，压力0.15～0.2Mpa,每缸需加甲醛2kg,不可过多，空消1h后，排压先由底部排至压力为

0.5Kg/cm时，再通风，同时流加少量氮，用水冲一下罐内残留的甲醛，后再排压力至0.2㎏/cm即可。

空消完毕，将配料罐的料液用喷射加热器打入连消器内进行连消。

喷射温度112～115℃。

连消5小时后，通入室外的空气对连消罐内进行降温。

连消管采用夹层装置，夹层内部是冷却水，外层是料液，冷却需30分钟。

连消完毕，将料液打入发酵罐进行实消，温度107～108℃，三路通蒸汽，一路底部进蒸汽，一路顶部通蒸汽，另一路是移动管路进汽，需3小时实消完毕，然后通冷却水进排管冷却料液，温度降至34℃，用液氨调节PH值到6.8～7.2。

在培养基装入之前，种子罐开始空消，空消要彻底，不留任何死角，空消蒸汽压力自打开排汽小阀后，0.1Mpa维持

1小时，0.15Mpa维持40分钟，时间不能缩短，压力不能降低，开排汽小阀，不能有死角。

当开始进汽时，就要打开流量计，同步升温，防止压力升高后，炸裂玻璃管，空消完毕，将种子配料罐中的培养基用泵抽到种子罐中进行实消113℃，保压7分钟之后降至30～40℃无菌接种,混种瓶抱来后，要检查压盖螺丝是否拴紧，否则导致染菌，检查完毕后，先将罐压降到0.08Mpa,然后在火焰封闭下快速套上接种胶管，用绳扎紧，防止充压后脱落，打开阀门，此时瓶内充压0.08Mpa,如不提前降压到0.08Mpa,会因疏忽充压高于0.1Mpa,炸瓶伤人，种子培养温度32℃，PH6.6,0时种子罐所需空气由分滤器提供，搅拌转速100转/分，培养7～8h后可接入发酵罐，0

时大罐发酵温度33℃，PH用液氨调节6.8～7.2。

谷氨酸发酵为中糖发酵，初糖太高，渗透压高，不利于菌体生长，因此初糖不