年產(chǎn)1.5萬噸味精生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)說明書——畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、1年產(chǎn) 1.5 萬噸味精生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)摘 要我國(guó)味精生產(chǎn)雖然發(fā)展很快，但還有生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、脫色效果不理想、污水處理不徹底等缺陷，與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有很大差距，造成了很大的浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)在生產(chǎn)流程的各個(gè)方面加以完善，尤其在味精脫色、污水處理等方面摒棄了傳統(tǒng)不十分理想的方法，采用了新技術(shù)，進(jìn)一步消除了因脫色和污水處理不徹底造成的資源浪費(fèi)。味精脫色采用 xsx-8 吸附樹脂，具有脫色好、投資省、處理成本低的優(yōu)勢(shì)；污水處理采用兩步生物處理法酵母反應(yīng)器和活性污泥的連續(xù)系統(tǒng)處理味精廢水，可以去除味精廢水中 95%的 cod，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。關(guān)鍵詞：味精；新技術(shù)；脫色；污水處理2a prel

2、iminary design of technological process for msg production 15,000 tons per yearabstractalthough the production of monosodium glutamate in china has developed rapidly, poor colour and lustre, low productivity, high production cost and bad treatment system of wastewater, which still have a big gap com

3、pared with the international advanced level, result in lots of waste. the design improve various aspects of production processes, especially in bleaching of msg, treatment of wastewater and so on. those rejecte traditional method which are not good and use new technology. therefore it saves lots of

4、money in bleaching and treatment of wastewater. xsx - 8 polymeric adsorbent is used in msg decoloring,which has good decoloration efficiency. it can save investment and make low cost .wastewater treatment by two-step method of biological treatment of activated sludge and yeast reactor system, can re

5、move monosodium glutamate wastewater treatment in 95% of cod monosodium glutamate wastewater, energy conservation and environmental protection requirement.key words：monosodium glutamate（msg）; new technique ;decolor; treatment of wastewater3目目 錄錄摘 要.1abstract.2第一章 綜述.61.1 味精的發(fā)展 .61.2 味精的來源 .71.3 味精的性

6、質(zhì)與組成 .71.4 味精的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 .81.5 本課題的研究意義、設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想及設(shè)計(jì)范圍 .81.5.1 本課題的研究意義.81.5.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想.91.5.3 設(shè)計(jì)范圍.9第二章 工廠概況.102.1 廠址選擇 .102.1.1 選廠原則.102.1.2 廠址選擇.102.2 生產(chǎn)規(guī)模 .11第三章 味精生產(chǎn)工藝.123.1 味精生產(chǎn)工藝流程圖 .133.2 味精生產(chǎn)工藝 .143.2.1 原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備.143.2.2 種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵.143.2.3 谷氨酸的提取及谷氨酸單鈉的制備.163.2.4 味精的精制.163.3 谷氨酸提取操作中的要點(diǎn) .1743.4

7、谷氨酸發(fā)酵過程計(jì)算機(jī)控制程序 .183.4.1 發(fā)酵過程控制.183.4.2 討論.21第四章 工藝計(jì)算.224.1 谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖.224.2 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) .224.3 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 .234.4 15000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果.25第五章 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型.275.1 發(fā)酵罐 .275.1.1 發(fā)酵罐的選型.275.1.2 發(fā)酵罐相關(guān)數(shù)據(jù)的確定.275.2 種子罐 .375.2.1 二級(jí)種子罐.375.2.2 一級(jí)種子罐.445.3 空氣分過濾器 .455.3.1 二級(jí)種子罐分過濾器.455.3.2 一級(jí)種子罐分過濾器.455.3.3 發(fā)酵罐分

8、過濾器.465.4 味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表 .47第六章 環(huán)境保護(hù).486.1 味精廠的主要廢棄物 .486.2 味精廢水的來源及水質(zhì)特點(diǎn) .486.2.1 味精廢水的來源.486.2.2 味精廢水的水質(zhì)特點(diǎn).496.2.3 現(xiàn)有工廠處理味精廢水存在的主要問題.506.3 廢水處理工藝設(shè)計(jì) .506.3.1 傳統(tǒng)上對(duì)味精廢水的處理方法.5056.3.2 本設(shè)計(jì)對(duì)味精廢水的處理方法.516.4 環(huán)境影響評(píng)價(jià) .53第七章 平面布置.54結(jié)論.55參考文獻(xiàn).56附錄.57致謝.586第一章 綜述味精是人們普遍采用的鮮味劑，是 l-谷氨酸單鈉鹽的一水化合物，學(xué)名叫谷氨酸鈉，亦稱味素。早期味精是由酸

9、法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，自從 1956 年日本協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)展，目前世界各國(guó)均以此法進(jìn)行生產(chǎn)。在我國(guó)，通常用玉米、大米、淀粉來生產(chǎn)味精1，也可用甜菜、蜂蜜等通過化學(xué)合成制作。味精易溶于水，具有吸濕性，味道及其鮮美，溶于 3000 倍的水中仍具有鮮味，它是既能增加人們的食欲，又能提供一定營(yíng)養(yǎng)的家常調(diào)味品。味精在一般烹調(diào)加工條件下較穩(wěn)定，但若長(zhǎng)時(shí)間處于 100以上的高溫中，谷氨酸鈉則易變?yōu)閷?duì)人體有致癌性的焦谷氨酸鈉；若在堿性環(huán)境中，味精會(huì)起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生谷氨酸二鈉。所以要適當(dāng)?shù)厥褂煤痛娣拧１疚膶?duì)味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝、主要設(shè)備及廢水處理作簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)某些工藝進(jìn)行創(chuàng)新。

10、 1.1 味精的發(fā)展20世紀(jì)初，日本東京帝國(guó)大學(xué)的研究員池田菊苗從海帶湯中分離出了谷氨酸鈉分子，最初的味精誕生了。我國(guó)味精生產(chǎn)始于1923年，至1965年的42年間，其生產(chǎn)方法一直沿用傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)酸水解法，它是用含蛋白質(zhì)的面筋和豆粕為原料，經(jīng)水解提取，原料消耗高(約需30噸小麥的面筋生產(chǎn)1噸味精)、收得率低、操作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染嚴(yán)重，42年間，年產(chǎn)量最高不過4000噸，生產(chǎn)發(fā)展速度緩慢。這一方面是由于生產(chǎn)工藝落后，技術(shù)水平低；另一方面，與當(dāng)時(shí)人民的生活水平還比較低、餐飲業(yè)不旺盛也有關(guān)系。二十世紀(jì)五十年代，日本首先研究成功用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸制味精，開創(chuàng)了可以用糖蜜或淀粉等非蛋白質(zhì)資

11、源生產(chǎn)谷氨酸的新途徑。我國(guó)在此影響下，也于1958年組織有關(guān)科研單位、大專院校、企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，選育菌種，于1964年選育出優(yōu)良的黃色短桿菌。首先在上海味精廠50m3發(fā)酵罐上試驗(yàn)取7得成功，當(dāng)時(shí)，被國(guó)家科委評(píng)為重大成果之一。1966年以后全國(guó)味精廠相繼全面推廣。這一新工藝的發(fā)明和生產(chǎn)是氨基酸工業(yè)科學(xué)技術(shù)的重大突破，是二十世紀(jì)六十年代谷氨酸發(fā)酵的重要成果，為生物技術(shù)在氨基酸工業(yè)中的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。它不僅改變了落后的酸水解工藝，而且為節(jié)約寶貴的蛋白質(zhì)資源和糧食深加工提高農(nóng)產(chǎn)品附加值作出了積極的貢獻(xiàn)。1965年以后，我國(guó)味精生產(chǎn)全部采用以淀粉或糖蜜為原料的微生物發(fā)酵工藝，大大的促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展，

12、味精行業(yè)面貌大變，勞動(dòng)條件大大改善，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，到1985年全國(guó)味精生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到140家。隨著酶制劑的應(yīng)用和生產(chǎn)工藝及裝備的改進(jìn)，技術(shù)水平不斷提高，進(jìn)一步推動(dòng)了味精生產(chǎn)的快速發(fā)展。40年來，產(chǎn)量的年平均增長(zhǎng)速度為17，為我國(guó)味精生產(chǎn)快速增長(zhǎng)，成為年產(chǎn)量占世界產(chǎn)量70左右的第一生產(chǎn)大國(guó)。技術(shù)水平和裝備水平的不斷提高，大大縮短與國(guó)外先進(jìn)水平的差距。1.2 味精的來源谷氨酸是一種普遍存在的氨基酸。它主要以絡(luò)合狀態(tài)存在于富含蛋白質(zhì)的食物中，如蘑菇、海帶、西紅柿、堅(jiān)果、豆類、肉類以及大多數(shù)奶制品。部分食物中的谷氨酸以自由態(tài)存在，并且只有這種自由形態(tài)的谷氨酸鹽能夠增強(qiáng)食物的鮮味。西紅柿、發(fā)酵的大豆制

13、品、酵母提取物、某些尖奶酪以及發(fā)酵或水解蛋白質(zhì)產(chǎn)品（如醬油或豆醬）所能帶來的調(diào)味作用中，部分歸功于谷氨酸的存在。谷氨酸被分離出來，提純，制成其鈉鹽，即谷氨酸鈉。 1.3 味精的性質(zhì)與組成味精的主要成分為谷氨酸鈉，具有旋光性，有 d-型和 l-型兩種光學(xué)異構(gòu)體。此外還含有少量食鹽、水分、脂肪、糖、鐵、磷等物質(zhì)。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。味精易溶于水，當(dāng)它溶于水（或唾液）時(shí)，會(huì)迅速電離為自由的鈉離子和谷氨酸陰離子。8 化學(xué)名： l-谷氨酸單鈉一水化物(簡(jiǎn)稱 msg) 或 2-氨基戊二酸單鈉-水化物，結(jié)構(gòu)式：hooc-ch2-ch2-ch-coonah2o nh2 iupac 英文名： so

14、dium (2s)-2-amino-5-hydroxy-5-oxo-pentanoate1.4 味精的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值首先，味精能增進(jìn)菜肴的鮮味，促進(jìn)食用者的食欲，能夠刺激消化液的分泌，有助于食物在體內(nèi)的消化吸收。其次，味精經(jīng)口食入后，很快在消化道被分解為谷氨酸進(jìn)入血液輸送到肌體各部，參與各種生理必須的蛋白質(zhì)的合成，谷氨酸是自然界存在的二十種氨基酸之一，是組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。再次，谷氨酸還具有特殊功能，在人體內(nèi)起著十分重要的生理作用：(1)谷氨酸在人體內(nèi)通過轉(zhuǎn)氨酶的作用將其分子中的氨基轉(zhuǎn)移給丙氨酮酸，形成丙氨酸。(2)谷氨酸與血液中的氨形成無毒的谷氨酰氨，使血液中氨的濃度下降，減少氨中毒的危險(xiǎn)性。(

15、3)谷氨酸在體內(nèi)與胱氨酸、甘氨酸結(jié)合形成谷胱甘肽。該化合物是一種很有效的抗氧化劑，對(duì)于延續(xù)衰老，促進(jìn)疾病恢復(fù)均有好處。能夠分解體內(nèi)代謝過程中所產(chǎn)生的過氧化物，避免肌體遭受過氧化物的侵害，有利于維持身體健康。(4)谷氨酸在體內(nèi)能夠形成氨基丁酸，它是一種神經(jīng)遞質(zhì)，幫助神經(jīng)的傳導(dǎo)。1.5 本課題的研究意義、設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想及設(shè)計(jì)范圍1.5.1 本課題的研究意義味精是一種安全可靠的食品添加劑，它能夠增加菜肴的色、香、味，促進(jìn)食欲，有益于人體健康。市場(chǎng)需求量大，已成為家家戶戶菜肴之必備輔助食品。9初步估算，中國(guó)大陸增鮮消費(fèi)品市場(chǎng)的容量超過 300 億元，占調(diào)味品行業(yè)總體容量的近 25%，其中，以味精為代表的

16、傳統(tǒng)增鮮調(diào)味品直接市場(chǎng)容量又占到 70%以上，可以說，味精是目前中國(guó)大陸增鮮調(diào)味品市場(chǎng)最重要的品種。專家預(yù)測(cè)，味精年產(chǎn)量將保持 8%-10%左右的增速?；谖毒枨罅恐?、前景之好，本畢業(yè)設(shè)計(jì)選題為年產(chǎn) 1.5 萬噸味精生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)。工藝是要不斷創(chuàng)新、不斷尋求更高效合理的生產(chǎn)途徑及更環(huán)保的生產(chǎn)方法的，而原有味精生產(chǎn)工藝在某些方面不夠理想，因此在這里加以改進(jìn)，并在原有味精生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上開發(fā)結(jié)合新工藝、新技術(shù)，使味精的生產(chǎn)在某些方面達(dá)到一個(gè)突破，使整個(gè)流程更加完善。另外，做年產(chǎn) 1.5 萬噸味精生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì)能夠結(jié)合大學(xué)四年學(xué)過的很多知識(shí)，使我對(duì)生產(chǎn)工藝、物料衡算、設(shè)備選型等更加熟悉、有更全

17、面的掌握，使所學(xué)知識(shí)更加扎實(shí)并且融會(huì)貫通，是大學(xué)四年課程的一個(gè)很好的總結(jié)。因此，本畢業(yè)設(shè)計(jì)是非常有必要的。1.5.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想（1）查閱大量文獻(xiàn)，加大科技含量，采用先進(jìn)、可靠、合理、經(jīng)濟(jì)的工藝。（2）盡量在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)資源的全面綜合利用，可以大幅度降低能量消耗。（3）堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)，采取可靠的治理措施，強(qiáng)化潔凈工藝技術(shù)，做到達(dá)標(biāo)排放。1.5.3 設(shè)計(jì)范圍（1）原料粉碎、液化、糖化、擴(kuò)培、發(fā)酵、提取、精制、污水處理。（2）與上述工序配套的設(shè)備、自控、電氣、土建、給排水管道等。（3）本設(shè)計(jì)為今后的發(fā)展留有一定的空間。10第二章第二章 工廠概況工廠概況2.1 廠址選擇2.1.1 選廠原則地價(jià)合理

18、，有發(fā)展空間，自然環(huán)境適宜發(fā)酵生產(chǎn)，遠(yuǎn)離居民區(qū)，選非耕田，有國(guó)家批準(zhǔn)的土地使用證明。水源充足(經(jīng)鉆井試驗(yàn))，水質(zhì)好，有通暢的排水渠道。原輔料，能源豐富價(jià)廉，運(yùn)輸便捷。對(duì)治理污染有良好條件。當(dāng)?shù)卣畠?yōu)惠政策落實(shí)有保證。2.1.2 廠址選擇選擇山西省侯馬市?？盏兀汉铖R市地處山西省臨汾市南部，處于臨汾、運(yùn)城、晉城三市及晉、冀、豫三省中間。位于汾河與澮河交匯處，東臨曲沃，西接新絳，南連聞喜，北靠襄汾。市境內(nèi)地勢(shì)較平坦，屬晉南盆地的一部分。該市空地充足，適合建廠。交通：侯馬市土地肥沃，該廠位于市東郊，有得天獨(dú)厚的交通優(yōu)勢(shì)，同蒲、侯月、侯西鐵路交匯，公路有晉韓、大運(yùn)高速路，交通便利。在此建廠能方便原輔料的

19、運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本。氣溫：全年平均氣溫 12.6，一月最冷，平均-2.4；七月最熱,平均氣溫 26.1。全年無霜期平均約 197 天。氣候條件較好，適合發(fā)酵生產(chǎn)。降水：年平均降水量 492.1，水利條件較好。總的來說，山西省侯馬市原料、燃料及電力十分充足，交通便利，適合建造味精廠。112.2 生產(chǎn)規(guī)模味精廠的生產(chǎn)規(guī)模主要由市場(chǎng)決定，其次是建廠的交通、運(yùn)輸、水、電、原料供應(yīng)、污水處理等，而市場(chǎng)占有率是由品牌和生產(chǎn)成本決定，主要是后者。生產(chǎn)成本低，市場(chǎng)開拓就有潛力。生產(chǎn)成本主要取決于以下4個(gè)方面：地區(qū)優(yōu)勢(shì)（包括原材料、動(dòng)力價(jià)格和地方政策等） ；技術(shù)水平和管理水平；規(guī)模效益（在生產(chǎn)規(guī)模較小時(shí)，如年產(chǎn)

20、量2萬噸以下，增加產(chǎn)量，明顯降低成本，但產(chǎn)量較大時(shí)，影響不大） ；運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用（取決于設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備配套和技術(shù)管理等） 。 生產(chǎn)成本的降低應(yīng)從建廠開始，應(yīng)重視合理設(shè)計(jì)設(shè)備，合理進(jìn)行設(shè)備配套，將產(chǎn)量規(guī)模與設(shè)備規(guī)模結(jié)合，降低運(yùn)作費(fèi)用；選擇先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和強(qiáng)化技術(shù)管理，提高技術(shù)水平，降低單耗2。12第三章 味精生產(chǎn)工藝味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個(gè)工藝階段：(1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備；(2)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；(3)谷氨酸的提取及谷氨酸單鈉的制備；(4)味精精制。與這四個(gè)工藝階段相對(duì)應(yīng)，在味精生產(chǎn)廠設(shè)置糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對(duì)蒸汽的需求

21、，設(shè)置鍋爐房，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還需設(shè)置水泵房，所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位3。133.1 味精生產(chǎn)工藝流程圖 圖 3-1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖fig. 3-1. the flow diagram of monosodium glutamate production process菌種斜面培養(yǎng)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)原料預(yù)處理水解過濾淀粉水解糖配料發(fā)酵空氣空氣壓縮機(jī)冷卻氣液分離過濾除菌等電點(diǎn)調(diào)節(jié)沉淀離心粗谷氨酸溶解中和制味精 母液細(xì)谷氨酸除鐵過濾脫色濃縮結(jié)晶離心小結(jié)晶干燥拌鹽粉碎粉狀味精大結(jié)晶干

22、燥過濾成品味精143.2 味精生產(chǎn)工藝3.2.1 原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備（1）原料預(yù)處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時(shí)去除固體雜質(zhì)，防止機(jī)器磨損。用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī)，常用振動(dòng)篩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；用于原料粉碎的設(shè)備有盤磨機(jī)、錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)，這里選擇輥式粉碎機(jī)，實(shí)現(xiàn)物料的中碎和細(xì)碎4。本次設(shè)計(jì)原料為淀粉，將原料粉碎到 0.6-1.5mm 的顆粒后才能進(jìn)行糖化發(fā)酵，目的是為了增加原料接觸面積。（2）淀粉水解糖制備由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉作為碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。淀粉水解為葡萄糖先要進(jìn)入液化階段，然后再與糖化酶作

23、用進(jìn)入糖化階段。液化階段：首先利用 -淀粉酶將淀粉漿液化，降低淀粉黏度并將其水解成糊精和低聚糖。液化使用噴射液化器，工作蒸汽壓0.4mpa，溫度維持在90，液化時(shí)間60min，碘色反應(yīng)呈棕色即可。然后130-140滅酶5-10min。經(jīng)板式換熱器冷卻到70以下，進(jìn)入糖化罐。從換熱器出來的熱水供配料和洗濾渣用。糖化階段：一定溫度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐內(nèi)將進(jìn)一步水解為葡萄糖。糖化過程需要加入糖化酶，糖化溫度控制在60左右，ph值4.0-4.4，糖化時(shí)間32h。糖化結(jié)束后，將糖化罐加熱至80-85 ，滅酶30min。過濾得葡萄糖液，經(jīng)過換熱器、維持罐進(jìn)行連續(xù)消毒后作為培養(yǎng)液進(jìn)入發(fā)酵罐5。3.

24、2.2 種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵（1）種子擴(kuò)大培養(yǎng)15在生物化工中菌種的優(yōu)良與否直接影響到發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量和產(chǎn)量，所以有專門的菌種培養(yǎng)和保藏設(shè)備，在微生物學(xué)上利用自然選育來防止菌種退化。種子擴(kuò)大培養(yǎng)是為了保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)任務(wù)。在生產(chǎn)之前，技術(shù)人員經(jīng)過挑選將發(fā)酵菌種從保藏菌種中取出，從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴(kuò)大至一級(jí)乃至二級(jí)種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)菌種。（2）谷氨酸發(fā)酵 谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對(duì)其作高溫短時(shí)滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴

25、射加熱器維持管真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液黏度較大，流動(dòng)性差，容易將維持管堵塞，同時(shí)真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少，故采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)。消毒后的谷氨酸培養(yǎng)液在流量監(jiān)控下進(jìn)入谷氨酸發(fā)酵罐，經(jīng)過罐內(nèi)冷卻蛇管將溫度冷卻至 32 ，接入菌種，添加氯化鉀、硫酸錳、消泡劑及維生素等，通入無菌空氣，菌種經(jīng)一段時(shí)間適應(yīng)后，發(fā)酵過程即開始緩慢進(jìn)行。谷氨酸發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的微生物生長(zhǎng)過程，谷氨酸菌攝取原料的營(yíng)養(yǎng)，并通過體內(nèi)特定的酶進(jìn)行復(fù)雜的生化反應(yīng)。培養(yǎng)液中的反應(yīng)物透過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為谷氨酸產(chǎn)物。整個(gè)發(fā)酵過程一般要經(jīng)歷 3 個(gè)時(shí)期，即適應(yīng)

26、期、對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期和衰亡期。每個(gè)時(shí)期對(duì)培養(yǎng)液濃度、溫度、ph 值及供風(fēng)量都有不同的要求。因此，在發(fā)酵過程中，必須為菌體的生長(zhǎng)代謝提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。經(jīng)過大約 34 小時(shí)的培養(yǎng)，當(dāng)產(chǎn)酸、殘?zhí)?、光密度等指?biāo)均達(dá)到一定要求時(shí)即可放罐5。發(fā)酵設(shè)備采用機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在 50m3到 200m3之間。對(duì)于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測(cè)儀表不能及時(shí)反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動(dòng)性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級(jí)處理，再送入貯氣罐，進(jìn)而經(jīng)焦

27、炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級(jí)冷卻設(shè)備。根據(jù)不同的生長(zhǎng)時(shí)期要改變通風(fēng)16量，其中在對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，由于菌體生存于發(fā)酵液中，發(fā)酵液中的溶解氧(d0 值)對(duì)菌體極為重要。另外，發(fā)酵過程常常會(huì)出現(xiàn)噬菌體污染，為了避免出現(xiàn)大面積噬菌體污染，需要在發(fā)酵生產(chǎn)管理上要抓好環(huán)境消毒工作，環(huán)境消毒工作要進(jìn)行考核，空氣過濾器定期更換、定期消毒, 做好純化罐的定期檢修工作。3.2.3 谷氨酸的提取及谷氨酸單鈉的制備該過程由等電點(diǎn)中和與二次中和兩部分完成。（1）谷氨酸的提取利用氨基酸兩性的性質(zhì)，谷氨酸在等電點(diǎn)時(shí)，絕大部分

28、分子以偶極離子狀態(tài)存在，其分子在靜電引力的作用下，易于形成較大的聚合體，即等電點(diǎn)下溶解度最低，可經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的沉淀得到谷氨酸。因此提取即用無機(jī)酸將發(fā)酵液的ph值調(diào)整到等電點(diǎn)ph3.2處并獲得谷氨酸的結(jié)晶。等電點(diǎn)中和（酸中和）首先將谷氨酸發(fā)酵液送至中和罐定容，并向中和罐盤管內(nèi)注入冷凍鹽水，將發(fā)酵液溫度降至22，然后加硫酸中和，使其ph值從7.0降至3.2，溫度從22降至8。該過程要先以較快的速率加酸，將ph先調(diào)整至5.0，停止加酸1.5h，保證晶體增長(zhǎng)。然后繼續(xù)緩慢加酸調(diào)整，直至ph降為3.2，溫度冷卻至8，使之達(dá)到等電點(diǎn)，停止中和及攪拌。（2）谷氨酸單鈉的制備二次中和（堿中和）是將上述溶液過濾得到

29、谷氨酸結(jié)晶，加入40-60的溫水溶解，用碳酸鈉將谷氨酸溶液的ph值調(diào)至5.6。谷氨酸是兩性電解質(zhì)，在不同的ph值下有不同的電離方式。ph值低，溶液中的谷氨酸濃度百分率高；ph高，溶液中的谷氨酸二鈉的濃度百分率高。谷氨酸及谷氨酸二鈉均無味精的鮮味，因此，堿中和時(shí)必須控制適宜的ph值，以使谷氨酸盡可能生成谷氨酸單鈉。堿中和時(shí)速度要緩慢，以免中和時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳泡沫，造成液面升高或逸出。加堿的速度過快，攪拌不均勻還會(huì)導(dǎo)致局部ph值過高，同樣影響中和效果。中和溫度要控制在70以內(nèi)，溫度過高，會(huì)使谷氨酸鈉脫水，生成焦谷氨酸鈉，影響產(chǎn)品質(zhì)量與收率5。3.2.4 味精的精制17谷氨酸單鈉粗品經(jīng)提純、加工

30、、包裝，得到成品，即味精。谷氨酸鈉溶液經(jīng)過脫色及離子交換柱除去 ca2+ 、mg2+ 、fe2+ 離子，即可得到高純度的谷氨酸鈉溶液。將純凈的谷氨酸鈉溶液導(dǎo)入結(jié)晶罐，進(jìn)行減壓蒸發(fā)，當(dāng)波美度達(dá)到 29.5 時(shí)放入晶種，進(jìn)入育晶階段，根據(jù)結(jié)晶罐內(nèi)溶液的飽和度和結(jié)晶情況實(shí)時(shí)控制谷氨酸鈉溶液輸入量及進(jìn)水量。經(jīng)過十幾小時(shí)的蒸發(fā)結(jié)晶，當(dāng)結(jié)晶形體達(dá)到一定要求、物料積累到 80高度時(shí)，將料液放至助晶槽，結(jié)晶長(zhǎng)成后分離出味精，送去干燥和篩選。結(jié)晶罐的基本操作條件為罐內(nèi)真空度 0.075-0.085mpa，溫度為 70，濃縮液濃度波美度為 33-36，結(jié)晶時(shí)間 10-14h，操作原則是爭(zhēng)取最大的結(jié)晶速度和收率并獲

31、得均勻整齊的晶型5。精制味精脫色一般采用k-15碳柱脫色，此法成熟，但是脫色效果不理想，一般僅平均提高中和液透光率5-6個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)中和液色度大的，需反復(fù)脫色；有時(shí)還要加保險(xiǎn)粉，制約生產(chǎn)；且洗脫困難，沖洗熱水及酸、堿用量大，時(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)廢水多。本設(shè)計(jì)選用xsx-8吸附樹脂對(duì)味精進(jìn)行脫色，解決了上述難題。它的優(yōu)點(diǎn)：1、味精質(zhì)量高。1)脫色好。進(jìn)柱中和液透光率85，出料9699；進(jìn)柱中和液透光率7580，出料95-98；提高值遠(yuǎn)優(yōu)于k-15，且不需加保險(xiǎn)粉；2)可吸附20-30硫酸鹽，對(duì)降低味精硫酸鹽有好處，k-15無此功能。 2、投資省。同規(guī)模投資省20-30，因?yàn)閤sx-8吸附能力是k-15的

32、4-5倍，新工藝設(shè)備少，填料量是k-15的l/4。 3、處理成本低。廢水少3/4。再生省熱水3/4，省酸堿30-50%，省時(shí)間60%，故處理成本低。本工藝綜合比較產(chǎn)品質(zhì)量、投資、運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)保、操作等各方面均可證明，其性價(jià)比優(yōu)于k-15碳柱工藝6。3.3 谷氨酸提取操作中的要點(diǎn)（1）ph值谷氨酸在等電點(diǎn)時(shí)，絕大部分以偶極離子狀態(tài)存在，并含有等量的陰離子(glu-)和陽離子(glu+)，正負(fù)電荷相等，總靜電荷為零。在溶液中由于谷氨酸分子之間相互碰撞，并在靜電引力的作用下，結(jié)合成較大的聚合體，故在等電點(diǎn)時(shí)谷氨酸表現(xiàn)最低的溶解度，利用此原理，將發(fā)酵液中的谷氨酸結(jié)晶。18正常谷氨酸發(fā)酵液ph值為6.7

33、左右。需要將發(fā)酵液的ph值調(diào)整至3.03.2之間才能達(dá)到其目的。在調(diào)整ph值過程中并非使ph值均勻下降，必須保證溶解度均勻下降，并保證溶解度的下降速度?？蓹z測(cè)其溶解度下降規(guī)律，確定ph值的下降速度來得以實(shí)現(xiàn)工藝的優(yōu)化，用試紙檢測(cè)ph值時(shí)必須用高純度的谷氨酸校正ph試紙，這樣才能達(dá)到ph值的準(zhǔn)確性，達(dá)到較高的收率。（2）溫度降低溫度也是降低溶解度的方法之一。在育晶前以育晶溫度的需要來進(jìn)行調(diào)整；育晶至ph3.8，溫度控制在不回升的基礎(chǔ)上緩降，下降速度越慢好；ph3.8ph終點(diǎn)可適當(dāng)加快降溫速度，避免ph、溫度迭加因素影響質(zhì)量；ph終點(diǎn)后應(yīng)滿開冷卻水閥門盡快拉至溫度終點(diǎn)，然后攪拌幾個(gè)小時(shí)，進(jìn)行沉降。

34、理論上，溫度終點(diǎn)越低收率越好(理論上-5母液會(huì)結(jié)冰，可拉至-3-4)，但這里必須考慮其冷凍能力及生產(chǎn)成本(成本最為重要)，所以終點(diǎn)溫度控制比這要高很多 7。3.4 谷氨酸發(fā)酵過程計(jì)算機(jī)控制程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)發(fā)酵條件最優(yōu)化，采用電子計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵條件。谷氨酸發(fā)酵中的一些參數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，使微生物的生長(zhǎng)、基質(zhì)消耗、谷氨酸積累等可控參數(shù)趨于穩(wěn)定和最優(yōu)化。3.4.1 發(fā)酵過程控制谷氨酸發(fā)酵是用糖液和其它生物素等組成的基質(zhì)溶液，在通風(fēng)供氧和適宜溫度、酸度條件下，緩慢進(jìn)行的生化反應(yīng)過程。在整個(gè)發(fā)酵期間，必須嚴(yán)格控制微生物生長(zhǎng)所需要的環(huán)境條件，如通風(fēng)量、ph值、罐溫、生物素等。環(huán)境因素控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致“發(fā)

35、酵轉(zhuǎn)換”現(xiàn)象，即改變微生物代謝途徑，使谷氨酸產(chǎn)量銳減，副產(chǎn)酸大量增加，直接影響生產(chǎn)效益。由于原料及生物素是由工藝決定的，因此通風(fēng)量、ph值、罐溫、適時(shí)補(bǔ)糖就成為保證發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵因素8。3.4.1.1 制糖工段的控制主要控制回路有調(diào)漿罐溫度及 ph 值的控制、一次噴射溫度的控制、糖化溫度的19控制。調(diào)漿罐定容可采用流量或液位測(cè)量方式，在調(diào)漿罐中，使淀粉與水混合，調(diào)漿罐溫度用進(jìn)入盤管的蒸汽控制在 30，ph 值用純堿溶液控制在 6.4。這些系統(tǒng)均采用單回路 pid 控制，只要控制器參數(shù)調(diào)整適宜，都能滿足控制要求。待溶液混合均勻后，用泵將淀粉漿送入噴射器，在噴射器中利用蒸汽將漿打入緩沖罐中，噴

36、射器出口溫度控制在 100105。降壓后，用泵送入分離器中，在分離器中，氣體從頂部放出，淀粉漿進(jìn)入層流罐后經(jīng)冷卻器將溫度降至 60。接著進(jìn)入糖化罐，糖化罐中的溫度控制在 60左右，在罐中加入糖化酶使之糖化，再經(jīng)過濾器進(jìn)入糖液儲(chǔ)罐。3.4.1.2 谷氨酸發(fā)酵工段的控制谷氨酸發(fā)酵是一個(gè)較為復(fù)雜的生化過程，要使菌體生長(zhǎng)迅速、代謝正常、多出產(chǎn)物，必須為其提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。一般主要控制參數(shù)有通風(fēng)量或溶解氧、發(fā)酵液 ph值、發(fā)酵溫度、罐壓等。因?yàn)榘l(fā)酵過程中菌體生長(zhǎng)及次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成都非常復(fù)雜，再加上發(fā)酵的規(guī)模較大，對(duì)各種影響因素靈敏，所以發(fā)酵過程比較適合運(yùn)用自動(dòng)化對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行相應(yīng)的控制。溶解氧的控制：谷

37、氨酸菌的生長(zhǎng)必須在有氧的環(huán)境下進(jìn)行，根據(jù)不同的生長(zhǎng)時(shí)期改變通風(fēng)量，其中在對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，菌體生長(zhǎng)代謝最活躍，需要的氧量最多。由于菌體生存于發(fā)酵液中，發(fā)酵液中的溶解氧（do值）對(duì)菌體極為重要?？諝饨?jīng)過分配器的小孔進(jìn)入發(fā)酵罐底部，鼓泡而上，再經(jīng)過充分的攪拌，對(duì)o2向液相擴(kuò)散起到重要的作用。因此，生物供氧不能簡(jiǎn)單停留在按發(fā)酵階段調(diào)整通風(fēng)量的設(shè)定值上，這里采用溶解氧在線分析器、排氣co2和o2濃度分析器組成了多變量的先進(jìn)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)發(fā)酵液中實(shí)際氧含量及菌體生長(zhǎng)代謝情況調(diào)節(jié)通風(fēng)量控制系統(tǒng)的設(shè)定值和攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)改善溶解氧的濃度起到了良好的作用。ph值控制：發(fā)酵過程的ph值變化比較緩慢，并且受溫度、

38、通風(fēng)量、菌體的生長(zhǎng)代謝情況影響，比一般的酸堿中和過程復(fù)雜得多。在整個(gè)發(fā)酵過程中，ph設(shè)定值是時(shí)間的函數(shù)，每時(shí)每刻對(duì)ph值的動(dòng)態(tài)精度要求都很高，發(fā)酵全程ph值不能低于6.4，否則產(chǎn)酸率、產(chǎn)酸速率將明顯下降。在發(fā)酵的初始階段，因?yàn)槠洚a(chǎn)酸能力較低，不能過快的增加液氨流量，應(yīng)對(duì)控制器輸出適當(dāng)限幅。采用具有多種約束的非線性pid控制方法，以獲得優(yōu)良的控制效果。20溫度控制：根據(jù)發(fā)酵進(jìn)行的時(shí)間和工藝要求設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)發(fā)酵溫度設(shè)定函數(shù)，然后通過計(jì)算機(jī)根據(jù)此函數(shù)自動(dòng)控制溫度變化。從發(fā)酵開始，溫度設(shè)定在32，每經(jīng)過12h，升溫1-2，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間接近34h時(shí)，溫度升至37。罐壓可以采用單回路pid控制，通?？刂圃?

39、.050.1 m pa，以防止外界的不潔空氣進(jìn)入造成染菌，罐壓過高將增大阻力與能耗。罐壓可以采用單回路pid控制，但因其與通風(fēng)量控制系統(tǒng)耦合密切，控制器參數(shù)整定需要解耦。自動(dòng)補(bǔ)料控制：在發(fā)酵液中糖濃度接近0 時(shí)(1g/dl 以下)進(jìn)行流加, 盡量減少因培養(yǎng)基濃度波動(dòng)過大對(duì)發(fā)酵過程造成的危害,穩(wěn)定發(fā)酵周期, 提高產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率。即進(jìn)行零糖流加。消沫控制：可以采用帶緩沖區(qū)的位式控制。3.4.1.3 中和提取工段的控制提取過程要最大限度的獲得發(fā)酵液中的谷氨酸，按照等電點(diǎn)分離的原理，可設(shè)計(jì)溫度程序設(shè)定控制及 ph 程序設(shè)定控制。在等電點(diǎn)中和控制過程中，ph控制精度要求較高、難度較大，這是由于中和過程開

40、始時(shí)系統(tǒng)具有較大的靈敏度，使得初始加酸量難以控制適當(dāng)，ph值極易出現(xiàn)超調(diào)，進(jìn)而引起中和初值ph值的大幅度波動(dòng)。而在中和后期，隨著ph值的降低，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度減弱，若控制器仍按原來的規(guī)律和強(qiáng)度調(diào)節(jié)，達(dá)到中和終點(diǎn)的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，因此，引入控制器參數(shù)的自調(diào)整或非線性控制策略。在中和過程中，溫度和ph值必須同時(shí)按設(shè)定的參考軌跡同步變化，對(duì)溫度和ph的變化速率也有嚴(yán)格的要求，ph與溫度兩個(gè)控制回路之間具有一定相關(guān)性。 在二次中和過程中，要將ph值從3.2調(diào)整到5.6，隨著中和點(diǎn)的接近,系統(tǒng)靜態(tài)放大系數(shù)逐漸增大，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。因此，二次中和過程與等電點(diǎn)中和具有相反的控制特性，這一工序需設(shè)計(jì)兩套不同的

41、中和控制系統(tǒng)，以保證生產(chǎn)的需要。3.4.1.4 精制工段的控制將上一工段的谷氨酸鈉，經(jīng)脫色與離子交換脫去鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，形成脫色液，送入結(jié)晶罐。在罐中加入精種養(yǎng)精，并加水最終形成味精顆粒。味精結(jié)晶過程要經(jīng)過形成過飽和溶液、晶核形成及晶體成長(zhǎng) 3 個(gè)階段。結(jié)晶的生21長(zhǎng)要投入一定的晶核，這樣可以使晶體生長(zhǎng)速度加快。這時(shí)必須嚴(yán)格控制結(jié)晶罐內(nèi)的過飽和度，使之在增加晶種后，不產(chǎn)生新晶核，也不溶化晶種，使結(jié)晶操作工作在介穩(wěn)區(qū)，有利于晶核的穩(wěn)定增長(zhǎng)。結(jié)晶操作的原則是要爭(zhēng)取最大的結(jié)晶速度與收率，并獲得均勻整齊的晶型。為了滿足上述要求，可通過自動(dòng)化對(duì)真空度、料液濃度、結(jié)晶罐的溫度及液位等加以控制9。真空度控

42、制：通過控制噴射水流量來調(diào)節(jié)抽出氣體的量實(shí)現(xiàn)真空度控制。料液濃度（過飽和度）控制：適時(shí)調(diào)整進(jìn)料速度，保持相對(duì)穩(wěn)定的過飽和度，以利于晶體成長(zhǎng)；當(dāng)飽和度變化至有可能出現(xiàn)新晶核時(shí)，加水溶解。結(jié)晶罐的溫度控制：罐的溫度與濃度有直接關(guān)系，為了保證蒸發(fā)結(jié)晶的正常進(jìn)行，則在一定真空度下，結(jié)晶罐的物料溫度必須按一定的程序曲線升溫，使物料濃度達(dá)到預(yù)定的過飽和度。控制手段是調(diào)節(jié)進(jìn)入結(jié)晶罐換熱器的蒸汽流量。液位控制：液位參數(shù)既可以作為過飽和度控制系統(tǒng)的約束條件，也可以由這兩個(gè)變量共同構(gòu)成開關(guān)超馳控制。正常情況下，由濃度控制器控制進(jìn)罐料液流量，當(dāng)液位到達(dá)某一限制值時(shí)，則由液位控制器控制入罐料液流量。3.4.2 討論

43、隨著計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣。自動(dòng)化的加入，讓工業(yè)生產(chǎn)在效益上大大提高的同時(shí)改善生產(chǎn)環(huán)境，減少人員的工作強(qiáng)度。對(duì)于我國(guó)發(fā)展中國(guó)家，國(guó)內(nèi)有些味精企業(yè)，實(shí)行大規(guī)模自動(dòng)化，無論在資金上還是人員上在短期都是比較困難的，所以，在生產(chǎn)流程的主要階段實(shí)行自動(dòng)化控制還是具有可行性的。22第四章 工藝計(jì)算4.1 谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖fig. 4-1. the schematic drawing of glutamate fermentation process 4.2 工藝技術(shù)指標(biāo)及

44、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論p326表 3 味精行業(yè)國(guó)家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10，選用主要指標(biāo)如表 4-1 所示。表 4-1 味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)table.4-1.the index of msg fermentation technology水解槽發(fā)酵罐成熟發(fā)酵液等電點(diǎn)罐谷氨酸分離機(jī)尿素滅菌消泡劑滅菌母液預(yù)熱器連消塔維持罐冷卻器過濾除菌壓縮機(jī)無菌空氣滅菌培養(yǎng)基23指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a15000年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/a50產(chǎn)品質(zhì)量純度%99指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)倒灌率%1.0發(fā)酵周期h48發(fā)酵初糖kg/m3150淀粉糖轉(zhuǎn)化率%95糖酸轉(zhuǎn)化率%48麩酸谷氨酸含量%90谷氨酸提

45、取率%80味精對(duì)谷氨酸產(chǎn)率%112（2）主要原材料質(zhì)量指標(biāo)：淀粉原料的淀粉含量為 80%，含水 14%。 （3）二級(jí)種子培養(yǎng)基（g/l）：水解糖 25，糖蜜 20，尿素 3.5，磷酸氫二鉀 1.0，硫酸鎂 0.6，玉米漿 510，泡敵 0.6，硫酸鎂 0.002，硫酸亞鐵 0.002。 （4）發(fā)酵培養(yǎng)基（g/l）：水解糖 150，糖蜜 4，硫酸鎂 0.6，氯化鉀 0.8，磷酸氫二鈉0.2，硫酸亞鐵 0.002，硫酸錳 0.002，尿素 40，泡敵 0.6，植物油 1.0。（5）接種量為 2% 。 4.3 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 首先計(jì)算生產(chǎn) 1000kg 純度為 100%的味精需耗用的原輔材

46、料及其他物料量。（1）發(fā)酵液量 v1 3166.15%112%99%80%481501000mv式中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3） 48%糖酸轉(zhuǎn)化率24 80%谷氨酸提取率 99%除去倒灌率 1%后的發(fā)酵成功率 112%味精對(duì)谷氨酸的精制產(chǎn)率（2）發(fā)酵液配制需水解糖量 g1 以純糖算， )(234915011kgvg（3）二級(jí)種液量 v2 312313. 0%2mvv（4）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量 g2 32283. 725mvg式中 25二級(jí)種液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn) 1000kg 味精需水解糖總量 g 為： kgggg8 .235621（6）耗用淀粉原料量 理論上，10

47、0kg 淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為 111kg，故理論上耗用的淀粉量g淀粉為： kg7 .2793%111%95%808 .2356淀粉g式中 80%淀粉原料含純淀粉量 95%淀粉糖轉(zhuǎn)化率（7）尿素耗用量 二級(jí)種液耗尿素量為 v3 kgvv1 . 15 . 323發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為 v4 kgvv4 .6264014故共耗尿素量為 627.5kg25（8）甘蔗糖蜜耗用量 二級(jí)種液耗用糖蜜量 v5 kgvv26. 62025發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量 v6 kgvv64.62416合計(jì)耗糖蜜 69.9kg（9）氯化鉀耗量 gkcl kgvgkcl53.128 . 01（10）磷酸氫二鈉（na2hpo47h2

48、o）耗量 g3 kgvg13. 32 . 013（11）硫酸鎂（mgso47h2o）用量 g4 kgvvg58. 96 . 0214（12）消泡劑（泡敵）耗用量 g5 kgvg4 . 96 . 015（13）植物油耗用量 g6 kgvg5 .235 . 116（14）發(fā)酵液谷氨酸含量為： kgg2 .1116%11%481實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率 80%）為： kg893%802 .11164.4 15000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 由上述生產(chǎn) 1000kg 味精（100%純度）的物料衡算結(jié)果，可求得 15000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果見表 4-2 所示。

49、26表 4-2 味精廠發(fā)酵車間的物料衡算table.4-2. material balance of msg fermentation workshop27第五章 設(shè)備計(jì)算與選型物料名稱生產(chǎn) 1t 味精（100%）的物料量15000t/a 味精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）15.662.35105783二級(jí)種液（m3）0.313469515.65發(fā)酵水解用糖（kg）23493.521071.17105二級(jí)種培養(yǎng)用糖（kg）7.831.18105391.5水解糖總量（kg）2356.83.531071.18105淀粉(kg)2793.74.191071.40105尿素（或液氨）627.59

50、.411063.14104糖蜜（kg）69.91.051063495氯化鉀（kg）12.531.88105626.5磷酸氫二鈉（kg）3.134.70104156.5硫酸鎂（kg）9.581.44105479泡敵（kg）9.41.40105470植物油（kg）23.53.531051175谷氨酸（kg）8931.3410744650285.1 發(fā)酵罐5.1.1 發(fā)酵罐的選型 選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。性能優(yōu)良的機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐應(yīng)滿足：（1）具有適應(yīng)的高徑比，一般為1.7-4 左右，罐身越長(zhǎng)，氧的利用率越高；（2）能承受一定的壓力；（3）其攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必須的溶

51、解氧；（4）具有足夠的冷卻面積；（5）罐內(nèi)應(yīng)盡量少死角，避免藏污積垢；滅菌能徹底，避免染菌；（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，減少泄漏。5.1.2 發(fā)酵罐相關(guān)數(shù)據(jù)的確定 （1）發(fā)酵罐容積的確定：選用 200m3發(fā)酵罐。 （2）生產(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn) 99%純度的味精 50t，谷氨酸的發(fā)酵周期為 48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間)，則每天需糖液體積為 v糖 （每天產(chǎn)純度為 99%的味精50t，每噸 100%的味精需糖液 15.66m3） 。 3m775.17%995066.15糖v設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù) =70%，則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為 v0（發(fā)酵周期為 48h） 。 3

52、0m4 .11077 . 017.775/糖vv（3）發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為 200m3的發(fā)酵罐，總體積為 230 m3。 個(gè)總63. 9247 . 023048775.1724v01vn取公稱體積 200 m3 發(fā)酵罐 11 個(gè)，其中一個(gè)留作備用。實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：29at /6 .15580300%9966.1557 . 0230富裕量 %9 . 315000150006 .15580能滿足產(chǎn)量要求（4）主要尺寸的計(jì)算：取高徑比 h：d=2：111 ；封筒全3230m2vvv則有2302242785. 032dddv全h=2d；解方程得23026. 057. 133dd md004. 5

53、83. 12303 取 d=5mh=2d=10m；封頭高 mmhhhba1300封封頭容積 v封=16.4（m3）圓柱部分容積v筒=197m3驗(yàn)算全容積 v全 3m8 .2294 .1621972封筒全vvvv全=v全符合設(shè)計(jì)要求，可行。（5）冷卻面積的計(jì)算：30對(duì)谷氨酸發(fā)酵，每 1m3發(fā)酵液、每 1h 傳給冷卻器的最大熱量約為4.186000kj/(m3h) 10。采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值 k=4.18500 kj/(m3h) 12。平均溫差 tm 2121mttlnttt 32 3220 27 12 5代入 8512ln512tm對(duì)公稱容量 200 m3的發(fā)酵罐，每天裝 5 罐，每罐實(shí)

54、際裝液量為 3155517.775m換熱面積 35 .232850018. 4155600018. 4mtkqfm（6）攪拌器計(jì)算：選用六彎葉渦輪攪拌器11。 該攪拌器的各部分尺寸與罐徑 d 有一定比例關(guān)系攪拌器葉徑 mddi67. 1353取 d=1.7（m）葉寬 mdb34. 07 . 12 . 02 . 031弧長(zhǎng) mdl64. 07 . 1375. 0375. 0底距 mdc7 . 1353盤踞 mddii28. 17 . 175. 075. 0葉弦長(zhǎng) mdli43. 07 . 125. 025. 0葉距 mdy5彎葉板厚：=12（mm）取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 n2可根據(jù) 50m3罐，攪

55、拌直徑 1.05m，轉(zhuǎn)速 n1=110r/min。以等 p0/v 為基準(zhǔn)11放大求得：min/807 . 105. 11103/23/22112rddnn（7）攪拌軸功率的計(jì)算：淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。. 計(jì)算 rem12 ndm2re式中 d攪拌器直徑，d=1.7m n攪拌器轉(zhuǎn)速，srn/33. 16080 醪液密度，=1050 kg/m332 醪液粘度， =1.310-3ns/m2 將數(shù)代入上式：463210101 . 3103 . 1105033. 17 . 1rem視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù) np=4.7. 計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率 p0530dnnpp式中 np在湍流

56、攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù) 4.7 n攪拌轉(zhuǎn)速，n=80r/min=1.33r/s d攪拌器直徑，d=1.7m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：kwwp2 .88102 .8810507 . 133. 17 . 43530兩擋攪拌：kwpp4 .176200. 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率 pg kwqndppg39. 008. 032031025. 2式中 p0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kw） ，4220101 . 34 .176pn軸轉(zhuǎn)速，n=80r/min d攪拌器直徑（cm） ，d3=1.73106=4.9106 q通風(fēng)量（ml/min） ，設(shè)通風(fēng)比 vvm=0.110.18，取低限，如通風(fēng)量變大

57、，pg 會(huì)小，為安全?，F(xiàn)取 0.11則 q=1550.11106=1.7107（ml/min） 79. 3107 . 108. 0708. 0q33代入上式：kwpg1 .6979. 3109 . 480101 . 31025. 239. 0643. 求電機(jī)功率 p電01. 1p321g電p采用三角帶傳動(dòng) 1=0.92，滾動(dòng)軸承 2=0.99，滑動(dòng)軸承 3=0.98，端面密封增加功率為 1%13；代入公式：kwp78.201. 198. 099. 092. 069.1電（8）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算： 空氣分布器：本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑 1334mm。 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋

58、板。 密封方式：本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問題。冷卻管布置：采用豎式蛇管13 . 最高負(fù)荷下的耗水量 w：12ttcqwp總式中 q總每 1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1h 的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積hkjq/1089. 3155600018. 46總 cp冷卻水的比熱容，4.18kj/（kgk） t2冷卻水終溫，t2=27 t1冷卻水初溫，t1=20將各值代入上式：skghkgw/9 .36/1033. 1202718. 41089. 356冷卻水體積流量為 3.6910-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為 1m/s，根據(jù)流34體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積 s總為：vws總

59、式中 w冷卻水體積流量，w=3.6910-2m3/s v冷卻水流速，v=1m/s代入上式： 222m1069. 311069. 3總s進(jìn)水總管直徑： m217. 0785. 01069. 3785. 02總總sd. 冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為 s總，管徑 d0，組數(shù)為 n，取 n=8，由上式得： mnsd077. 0785. 081069. 3785. 020總查金屬材料表，選取 894mm 無縫管14，d內(nèi)=81mm，g=5.12kg/m， d內(nèi)d0，可滿足要求，d平均=80mm?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部 u 型彎管曲徑為 300mm，則兩直管距離為 600mm，兩端彎管總長(zhǎng)度為 l0：m

60、mdl188460014. 30. 冷卻管總長(zhǎng)度 l 計(jì)算：由前知冷卻管總面積25 .232 mf 現(xiàn)取無縫鋼管 894mm，每米長(zhǎng)冷卻面積為 2025. 0108. 014. 3mf則:35 mffl93025. 05 .2320冷卻管占有體積 328 . 5930089. 0785. 0mv. 每組管長(zhǎng) l0和管組高度： mnll5 .77129300另需連接管 8m mll93889308實(shí)可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭 250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為 0.5m3，則總占有體積為 3m161.35 . 08 . 5155附件管液總vvvv則筒體部分液深為 ms