年產(chǎn)2萬(wàn)噸味精生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 . 1前言. 2一工藝方法.41.1原料的預(yù)處理和淀粉水解制備. 41.2谷氨酸發(fā)酵 . 41.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)與谷氨酸的提取.51.4谷氨酸制取味精及味精成品加工. 5二工藝計(jì)算 .62.1. 味精工廠工藝技術(shù)指標(biāo).62.1.1 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo).7主要原材料質(zhì)量指標(biāo) .7 二級(jí)種子培養(yǎng)基 . 7發(fā)酵培養(yǎng)基 .7接種量 .72.2 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 .72.3發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果. 8三味精生產(chǎn)過(guò)程中的污水處理. 83.1 污水處理工藝總流程.9四味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表.9結(jié)束語(yǔ) .10參考文獻(xiàn). 10 摘要本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)兩萬(wàn)噸味精工藝設(shè)計(jì)，以薯干原料及淀粉水解成葡萄糖。利

2、用谷氨酸生產(chǎn)菌進(jìn)行碳代謝、生物生成谷氨酸、谷氨酸與堿作用生成谷氨酸鈉，即味精主體工藝。再進(jìn)行工藝計(jì)算、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型，并繪制了等電點(diǎn)罐結(jié)構(gòu)圖，發(fā)酵工序帶控制點(diǎn)圖，糖化工序圖，工廠平面布置圖。生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所涉及面很廣，是味精工廠設(shè)計(jì)的核心和重要部分。在設(shè)計(jì)中必須做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、成熟可靠；在保證產(chǎn)品質(zhì)量條件下，力求工藝流程簡(jiǎn)化，生產(chǎn)管理方便；把各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程按一定順序、要求組合起來(lái)，編制成工藝流程圖等來(lái)完成工藝流程設(shè)計(jì)。因?yàn)楣に嚵鞒淘O(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定車間的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、操作條件、安全生產(chǎn)、三廢治理、經(jīng)濟(jì)效益等一系列根本性問(wèn)題。關(guān)鍵詞：味精、發(fā)酵、

3、工藝設(shè)計(jì)前言本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)兩萬(wàn)噸味精工藝設(shè)計(jì)。通過(guò)發(fā)酵法生產(chǎn)及等電點(diǎn)離子交換法提取工藝生產(chǎn)谷氨酸鈉。味精即谷氨酸鈉，是L-谷氨酸的單鈉鹽，又稱味素，學(xué)名-氨基戊二酸鈉，含有一分子的結(jié)晶水，分子式為NaC5H8O4N·H2O，分子量為187.13。谷氨酸鈉是一種胺基酸谷氨酸的鈉鹽。是一種無(wú)顏色無(wú)氣味的晶體，在232時(shí)解體熔化。谷氨酸鈉的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸鈉。味精的主要作用是增加食品的鮮味，在中國(guó)菜里用的最多，也可用于湯和調(diào)味汁。目前工業(yè)上應(yīng)用的谷氨酸產(chǎn)生菌有谷氨酸棒狀桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、散枝短桿菌、黃色短桿菌、等。我國(guó)常用的菌種有北京棒狀桿 菌、純齒棒狀桿

4、菌等。谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)糖酵解(EMP途徑)和己糖磷酸支路(HMP途徑)生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)，生成-酮戊二酸。-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有NH+4存在的條件下，生成谷氨酸。我國(guó)現(xiàn)有生產(chǎn)谷氨酸的菌種有3種：1）生物素亞適量型；2)高生物素及表面活性劑型；3)溫度敏感型?，F(xiàn)在全國(guó)味精行業(yè) 82 家生產(chǎn)廠所用的生物素亞適量菌種為 9114 和 415兩 種 ，尚處生產(chǎn)試驗(yàn)階段； 生物素亞適量型菌種是谷氨酸發(fā)酵較為普遍使用的菌種，其特點(diǎn)是產(chǎn)酸穩(wěn)定、提取收率高、發(fā)酵周期短、不易染菌、放罐體積小和經(jīng)濟(jì)效益好。生物素亞適量菌種發(fā)酵周期為 30，產(chǎn)酸率為

5、10.5，糖酸轉(zhuǎn)化率 60以上，提取收率達(dá) 96。生物素亞適量菌種工藝路線是液化、糖化、發(fā)酵、提取和精制，為等電加離交的提取工藝。 溫度敏感型菌種是現(xiàn)在一種新興的菌種，此菌種的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵產(chǎn)酸率高和糖酸轉(zhuǎn)化率高。溫度敏感型菌種的產(chǎn)酸率在 14-16 ，糖酸轉(zhuǎn)化率 64 左右，提取收率達(dá) 85，發(fā)酵時(shí)間為 36。當(dāng)前也使用谷氨酸的連續(xù)離交技術(shù)于味精生產(chǎn)工藝。首先原料在高pH值下發(fā)酵,原料可用甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、大米、淀粉等。發(fā)酵后pH下降，然后在結(jié)晶器內(nèi)生成谷氨酸結(jié)晶，經(jīng)離心機(jī)和母液分離，所得谷氨酸結(jié)晶重新溶解，加入氫氧化物，脫色后在結(jié)晶器內(nèi)生成MSG結(jié)晶，分離后經(jīng)干燥、包裝得到產(chǎn)品。從發(fā)酵液中分

6、離谷氨酸的方法較多，有等電點(diǎn)法、離子交換法、等電點(diǎn)離子交換法、連續(xù)等點(diǎn)轉(zhuǎn)晶法、鋅鹽法、鈣鹽法、溶劑萃取法、電滲析法等。國(guó)內(nèi)味精生產(chǎn)廠采用的提取工藝主要是：等電點(diǎn)離交法、連續(xù)等電轉(zhuǎn)晶法、離子交換法等。谷氨酸的分離方法應(yīng)考慮工藝簡(jiǎn)單，收率高，產(chǎn)品純度好，色澤低，操作安全，勞動(dòng)強(qiáng)度小，設(shè)備簡(jiǎn)單，各種原輔材料價(jià)格低廉，來(lái)源廣易，并應(yīng)考慮清潔生產(chǎn)等方面的原因。 近年來(lái)，廣泛利用生物傳感器于谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸傳感器解決了谷氨酸上清液的離交回收中快速測(cè)定問(wèn)題。因此我們可以預(yù)言：一旦真正實(shí)現(xiàn)生物傳感器的在線測(cè)定與過(guò)程控制，現(xiàn)行的谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生重大變革。本設(shè)計(jì)內(nèi)容為了解味精生產(chǎn)中的原料預(yù)處理、

7、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對(duì)流程中的原料進(jìn)行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。一 工藝技術(shù)方法1.1原料的預(yù)處理和淀粉水解制備 原料預(yù)處理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)，常用的是振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)較為簡(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)。盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機(jī)應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎。 淀粉水解

8、為葡萄糖的過(guò)程稱為淀粉的糖化，所制得的糖液稱之為淀粉水解糖。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作為碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。目前國(guó)內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。1.2谷氨酸發(fā)酵 以淀粉、大米水解糖為原料。利用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸的基本要素是采用優(yōu)良的菌株和控制合適的環(huán)境條件。谷氨酸發(fā)酵過(guò)程可分為三個(gè)階段，長(zhǎng)菌階段，長(zhǎng)菌型細(xì)胞向產(chǎn)菌型細(xì)胞的轉(zhuǎn)移階段與產(chǎn)酸階段。發(fā)酵條件的控制一般包括：發(fā)酵過(guò)程溫度的控制，pH控制，種齡和種量控制，泡沫控制，排氣CO2控制等。對(duì)溫度的控制，谷氨酸產(chǎn)菌的最適溫度為3034，谷氨酸生產(chǎn)菌產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度是3537，谷氨酸發(fā)酵在不同階段的要求

9、不同，需要分別加以控制。 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)。但由于糖液粘度較大，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。發(fā)酵設(shè)備，國(guó)內(nèi)味精廠大多采用機(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(guò)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(guò)程，需供給無(wú)菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過(guò)濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空

10、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)焦炭、瓷環(huán)填充的主過(guò)濾器和纖維分過(guò)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，還可采用空氣壓縮、冷卻過(guò)濾流程，省去一級(jí)冷卻設(shè)備4。1.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)與谷氨酸的提取 種子擴(kuò)大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過(guò)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)。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)種子。 谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn)離子交換法，國(guó)內(nèi)有些味精廠還采用等電點(diǎn)鋅鹽法、鹽酸水解等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提取

11、谷氨酸。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問(wèn)題，應(yīng)用上受到限制。1.4谷氨酸制取味精及味精成品加工 精制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)提純、加工、包裝，得到成品。味精中和液的脫色過(guò)程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過(guò)程，國(guó)內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時(shí)間短，但干燥過(guò)程對(duì)味精光澤和外形有影響，同時(shí)廠房建筑要求較高，這樣均不如振動(dòng)式干燥床的應(yīng)用效果好。 味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程：空氣菌種原料空氣壓縮機(jī)預(yù)處理

12、斜面培養(yǎng)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)冷卻水解除鐵離心沉淀發(fā)酵配料過(guò)濾氣液分離種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)過(guò)濾淀粉水解糖過(guò)濾除菌脫色濃縮結(jié)晶離心等電點(diǎn)調(diào)節(jié)過(guò)濾干燥大結(jié)晶干燥小結(jié)晶 拌鹽粉碎成品味精粉狀味精母液粗谷氨酸粗谷氨酸中和制味精 離子交換處理粗谷氨酸溶液溶解圖1.發(fā)酵法生產(chǎn)味精工藝流程圖二工藝計(jì)算2.1. 味精工廠工藝技術(shù)指標(biāo) 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a2萬(wàn)生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，一次等電點(diǎn)提取年生產(chǎn)天數(shù)d/a300產(chǎn)品日產(chǎn)量t/a66.7產(chǎn)品質(zhì)量純度%99倒灌率%1.0發(fā)酵周期h48發(fā)酵初糖Kg/m3180淀粉糖化轉(zhuǎn)化率%98糖酸轉(zhuǎn)化率%50谷氨酸含量%90谷氨酸提取率%90味精對(duì)谷氨酸產(chǎn)率%112主

13、要原材料質(zhì)量指標(biāo) 淀粉原料的淀粉含量為80%，含水14%。 二級(jí)種子培養(yǎng)基（g/L） 水解糖40，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氫二鉀1.0，硫酸鎂0.6，玉米漿8，泡敵0.6，硫酸鎂0.002，硫酸亞鐵0.002。 發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L） 水解糖180，糖蜜5，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（總尿）40，泡敵0.6，植物油1.0。接種量為2% 。2.2 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料及其他物料量。（1）發(fā)酵液量V1 式中 180發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3） 50%糖酸轉(zhuǎn)化率 90%谷

14、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， （3）二級(jí)種液量 V2 （4）二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 式中 40二級(jí)種子液含糖量（kg/m3）（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為： （6）耗用淀粉原料量 理論上，100kg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：式中 80%淀粉原料含純淀粉量 98%淀粉糖轉(zhuǎn)化率（7）尿素耗用量 二級(jí)種子液耗尿素量為V3發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V4故共消耗尿素量為445.9kg（8）甘蔗糖蜜耗用量 二級(jí)種子液耗用糖蜜量V5發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V6合計(jì)耗糖蜜5

15、9.65 kg（9）氯化鉀耗量GKCl （10）磷酸氫二鉀（K2HPO4）耗量G3 G3 = 1V2 =0.2(kg)（11）硫酸鎂（MgSO4）用量G4 （12）泡敵消耗用量G5 （13）磷酸氫二鈉耗用量G6 （14）谷氨酸量 發(fā)酵液谷氨酸含量為：實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率90%）為：（15）玉米漿用量G7(16) 植物油用量G8 G8 = 1.0V1=11.13（kg）2.3 20000t/a味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 年產(chǎn)20000噸味精物料衡算表物料名稱生產(chǎn)1t味精（100%）的物料量20000t/a味精生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液（m3）11.13222.6742二級(jí)種液（m3）0.

16、20413.3發(fā)酵水解用糖（kg）2003.4040.068106133.56103二級(jí)種子培養(yǎng)用糖（kg）8533.3水解糖總量（kg）2011.4淀粉(kg)2311.31尿素（或液氨）445.90糖蜜（kg）59.651.19106氯化鉀（kg）8.90593.30硫酸鎂（kg）6.80453.30泡敵（kg6.80453.30磷酸氫二鈉（kg）2.23148.6植物油11.132.2×105742谷氨酸（kg）892.51三味精生產(chǎn)過(guò)程中的污水處理此設(shè)計(jì)是以發(fā)酵法生產(chǎn)味精，此法以糧食為原料,水解、發(fā)酵生成谷氨酸,再中和結(jié)晶生成味精。生產(chǎn)過(guò)程中需要大量的濃硫酸、濃氨水等。味精廢

17、水具有濃度高、粘性大、pH 值低、S 含量高等特點(diǎn),其中SO42-及NH3-N 含量高,使味精廢水處理難度大。用Ca(OH)2 中和味精廢水。在該過(guò)程的蛋白質(zhì)提取工段中是以烯酸鈉為絮凝劑,味精廢水溫度需控制在50 左右,通過(guò)氣浮法提取水中蛋白,每80t 廢水可提干蛋白1t 左右,使廢水的污染負(fù)荷大大降低。COD可降低30 %40 % ,SS 降低70 %80 % ,提取的蛋白營(yíng)養(yǎng)豐富,可作為飼料,干蛋白市場(chǎng)售18002000元/ t ,經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。3.1 污水處理工藝總流程Ca (OH) 2味精廢水提取蛋白調(diào)節(jié)池1 中和沉淀沉淀池UASB 反應(yīng)器調(diào)節(jié)池2 SBR 反應(yīng)器達(dá)標(biāo)排放低濃度廢水

18、四味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表20000t/a味精廠發(fā)酵車間設(shè)備一覽表位號(hào)設(shè)備名稱材料備注F301-311發(fā)酵罐A3鋼專業(yè)設(shè)備F321-326二級(jí)種子罐A3鋼專業(yè)設(shè)備F331-336一級(jí)種子罐A3鋼專業(yè)設(shè)備R301-311發(fā)酵罐分過(guò)濾器A3鋼專業(yè)設(shè)備R321-326種子罐分過(guò)濾器A3鋼專業(yè)設(shè)備R331-336種子罐分過(guò)濾器A3鋼專業(yè)設(shè)備結(jié)束語(yǔ) 在此次的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅讓我們進(jìn)一步熟悉和鞏固了很多發(fā)酵工藝方面的知識(shí)，還初步掌握了許多有關(guān)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，同時(shí)也讓我們明白理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，更讓我們懂得了獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，以及謙虛的求教態(tài)度和團(tuán)結(jié)的合作精神等。這些對(duì)于我們將來(lái)的工作和生活都將有著很大的作用。由于理