年產8萬噸味精廠工藝設計

畢業(yè)設計說明書作者：學號：院系：專業(yè)：生物工程題目：年產8萬噸味精廠工藝設計重點設備-機械攪拌通風發(fā)酵罐指導者：評閱者：2023年6月摘要本設計為年產8萬噸味精廠工藝設計，以淀粉為原料水解生成葡萄糖，運用谷氨酸生產菌進行碳代謝，生成谷氨酸，谷氨酸與堿作用生成谷氨酸一鈉即味精為主體工藝。味精生產全過程可劃分為四個工藝階段：（1）原料的預解決及淀粉水解糖的制備；（2）種子的擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；（3）谷氨酸的提?。唬?）谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個工藝階段相相應，我們設立了液糖化車間、發(fā)酵提取車間和精制車間作為重要生產車間。本設計對全廠進行了物料衡算、熱量衡算、水電冷耗計算，對味精發(fā)酵車間進行工藝流程的設計和重點設備發(fā)酵罐的設計與選型計算。并且繪制了液糖化車間工藝流程圖、發(fā)酵提取車間工藝流程圖、精制車間工藝流程圖、全廠總平面設計布置圖和重點設備-機械攪拌通風發(fā)酵罐裝配圖各一張。設計的結果和目的重要是通過對工藝流程和相關設備的計算與選型設計出一個高產量低能耗污染小的現(xiàn)代化味精生產工廠。關鍵詞：味精；谷氨酸；發(fā)酵；工藝設計AbstractThedesignfortheannual80，000tonsofMSGplantprocessdesign，rawstarchhydrolysistoglucose，glutamicacidproducingbacteriautilizecarbonmetabolism，generatingglutamate，glutamicacidandalkalieffectthatgeneratesmonosodiumglutamateMSGasthemainprocess.MSGproductionprocesscanbedividedintofourstagesoftheprocess：pre-treatmentpreparation(1)rawstarchhydrolysisandsugar；expandingculture(2)seedsandglutamicacidfermentation；(3)glutamicacidextraction；(4)PreparationofglutamicacidandMSGMSGfinishedprocessing.Thefourstagesoftheprocessandthecorresponding，wesettheliquidbrewhouse，fermentationextractionplantandrefiningplantasamajorproductionplant.Thedesignofthewholeplantforthematerialbalance，heatbalance，coldwaterandelectricityconsumptioncalculation，theMSGfermentationworkshopfocusedonprocessdesignandequipmentdesignandselectionfermentercalculation.Anddrawtheliquidbrewhouse，fermentationextractionplantandrefiningplantflowcharts，fermentationextractionplantandthewholeplantgraphicdesignlayout，keyequipment-mechanicalagitationfermentorventilationassemblydrawingsofeachone.TheresultsofthedesignandpurposeismainlythroughtheprocessandrelatedequipmentselectionanddesigncalculationsandahighoutputlowenergyconsumptionandlesspollutionofthemodernMSGproductionplants.Keywords：MSG；glutamicacid；fermentation；processdesign目錄TOC\o"1-3"\h\u16361摘要 I20298Abstract II27188第1章緒論 1267091.1味精的性質 1252081.2味精的發(fā)展 1152721.2.1我國味精工業(yè)發(fā)展史 1106831.2.2世界味精工業(yè)發(fā)展史 2167111.3中國味精生產量的增長情況 2105671.4中國味精工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展前景 3106381.4.1中國味精工業(yè)發(fā)展概況 3295271.4.2國內外味精生產技術水平比較分析 471221.4.3發(fā)展前景 48139第2章設計概論 7119842.1畢業(yè)設計的目的 7141822.2畢業(yè)設計的題目 7106012.3畢業(yè)設計的任務 7271352.4設計的指導思想 8303502.5設計的依據(jù) 8285032.6廠址選擇 8197902.7原料來源、規(guī)格及標準 10121352.8重要輔料的質量標準 10220952.9水的質量標準（外觀、理化指標及規(guī)定） 13303162.10成品品種及質量標準 1387802.11重要工藝技術參數(shù) 15230282.12生產工作制度 1585262.13廢水解決 15245092.13.1物化解決方法 1622172.13.2生物解決方法 18154002.14現(xiàn)狀及國內外發(fā)展趨勢 2017941第3章味精生產工藝流程的設計及說明 22280333.1味精的性質、用途及生產方法概述 22205673.1.1性質 22252103.1.2用途 23272133.2味精生產工藝流程的擬定 2334653.2.1糖化工序 23213543.2.2發(fā)酵工序 2551163.2.3提取工序 26309333.2.4精制工序 2732525第4章味精生產過程中的物料和熱量衡算 2953274.1物料衡算 29179794.1.1生產過程的總物料衡算 29220334.1.2糖化工序的物料衡算 3014514.1.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料衡算 31141384.1.4谷氨酸提取工序的物料衡算 3321514.1.5精制工序的物料衡算 34119094.2熱量衡算 36198854.2.1液化工序熱量衡算 36246724.2.2糖化工序熱量衡算 38106764.2.3連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算 3850264.2.4谷氨酸提取工序冷量衡算 40259954.2.5谷氨酸鈉溶液濃縮結晶過程的熱量衡算 40236554.2.6干燥過程熱量衡算 4279354.3水、電、冷消耗的計算 43232634.3.1水平衡計算 43288484.3.2電消耗計算 4655304.3.3味精生產冷耗的計算 4827573第5章設備計算與選型 49294525.1糖化設備 49305935.1.1調漿罐 49134105.1.2層流罐 4945935.1.3貯糖罐 5091875.1.4糖化罐 51308765.1.5配料罐 52316015.2發(fā)酵設備 53199405.2.1培養(yǎng)基連消設備 53276175.2.2發(fā)酵設備 5780295.3空氣凈化和除菌設備 61133775.3.1空壓機 6183145.3.2高空取氣 62287565.3.3貯氣罐 62173195.3.4氣液分離器 63163175.3.5空氣過濾器 63279625.3.6空氣換熱器 63132365.4提取設備 6358575.4.1等電罐 6379985.4.2離子互換柱 65121435.4.3離子機 6515905.5精制設備 6687665.5.1中和設備 6624885.5.2板框過濾機 6626935.5.3貯藏罐 66257595.5.4結晶罐 67312985.5.5貯晶槽 68248865.5.6干燥機 68147735.5.7粉碎機 68146785.5.8篩分機 6919330第6章重點設備—機械攪拌通風發(fā)酵罐的設計 7072996.1谷氨酸發(fā)酵工藝流程 7089336.2發(fā)酵罐的選擇 70132466.3發(fā)酵罐的計算 709387第7章總體平面設計及全廠定員 76310187.1總體平面設計的原則及規(guī)定 7642977.1.1依據(jù) 76106907.1.3規(guī)定 7686457.1.4全廠總平面設計 7624657.2全廠定員 7722607參考文獻 7814258致謝 79第1章緒論1.1味精的性質味精，學名谷氨酸鈉，英文名(monosodiumL-glutamate)MSG，是L-α-氨基戊二酸[1.5]單鈉-水化合物，分子量187.13。味精的外觀是白色柱狀結晶和白色結晶性粉末，有一定的亮度，一般晶型規(guī)則，無明顯的雜質和異物[1]。和自然的關系：味精在自然界是普遍存在的，多種食品以及人體內都具有谷氨酸鹽，它既是蛋白質和肽的結構氨基酸之一。氨基酸是組成蛋白質的基本單位，它有兩種存在形式：游離型和結合型。人體內的谷氨酸也是以游離和結合兩種形式而存在。游離氨基酸具有美味，而結合型的氨基酸不具有游離氨基酸的美味，比如蘑菇、番茄或豌豆等一類蔬菜都有相稱高的游離谷氨酸存在；而牛奶和乳酪等中的氨基酸是以結合型的形式存在。和人的關系：水和蛋白質是人體生命活動的基本物質，任何生命不可缺少的物質。在人體內水占的比例約為70%，蛋白質的比例在14%~17%之間，其中蛋白質中20%是谷氨酸鹽。以體重70kg的成年人為例，其蛋白質平均具有2023g谷氨酸鹽。蛋白質是營養(yǎng)素中的第一要素，是其他任何營養(yǎng)物質都不能代替的。人體所需要的有18種氨基酸，其中有8種是必須氨基酸，10種是非必須氨基酸。谷氨酸雖是一種非必需的氨基酸，但在脫氨基、轉氨基、脫羧、解氨等反映中起著重要作用。谷氨酸對大腦皮質和中樞神經(jīng)有益，食用后有96%在體內被吸取[2]。1.2味精的發(fā)展1.2.1我國味精工業(yè)發(fā)展史1992年中國味精產量（不含臺灣?。┮堰_34萬噸，躍居世界首位，占全世界產量（約95.2萬噸）的35.7%。中國已經(jīng)成為當今世界味精的重要產區(qū)之一。中國味精生產始于1923年，至今已有90年歷史，它經(jīng)歷了創(chuàng)建、轉換和發(fā)展三個歷史階段。創(chuàng)建期：1923年，吳蘊初創(chuàng)辦上海天廚味精廠，此為我國味精工業(yè)之開端，后在重慶，香港設立分廠；1925年，上海天一等味精廠相繼興起；1929年大連設立味精生產廠，1937年左右停產；1939年沈陽、天津、青島味精廠建立，此階段味精生產工藝均采用水解法并以面筋為原料。轉換期：1958年，有關科研單位，院校和公司合作，進行發(fā)酵法制谷氨酸的實驗研究工作，以糖質為原料進行實驗生產，至今依舊采用發(fā)酵法生產味精；1964年，發(fā)酵法成功，上海廠以淀粉為原料采用發(fā)酵法工藝投產；1965年，沈陽、天津、杭州等廠相繼完畢原料（淀粉、大米）和工藝的轉換，并采用優(yōu)良的AS1.229和AS1.542菌種投入發(fā)酵生產；70年代，北京等廠用醋酸生產味精、后因原料困難，設備腐蝕嚴重等因素而停產，新疆、黑龍江等省區(qū)部分工廠采用甜菜糖蜜生產味精[3]。發(fā)展期：從80年代到90年代初期味精行業(yè)進入了高速階段，生產原料開始多樣化（甘蔗、糖蜜、淀粉、大米、糖蜜、葡萄糖母液、粗砂糖、玉米粉均作為生產原料），福建、廣東等省部分公司用甘蔗糖蜜等生產味精，我國工藝裝備水平不斷改善提高，味精生產產量劇增，躍居世界首位。生產公司規(guī)模向大型化、集團化方向發(fā)展，生產技術已向國外出口，1984年字緬甸建設的600t/aMSG工廠投產。1.2.2世界味精工業(yè)發(fā)展史1861年，德國的立好生從小麥面筋硫酸分解物之酸性氨基酸中最先單離出谷氨酸。192023，日本東大專家池田菊苗從呈味成分的海帶煮出汁提取到谷氨酸鈉，發(fā)明了新的人工調味料，獲得專利。192023，池田與鈴木三郎合作工業(yè)化生產，味之素公司的商品味精問世，從此誕生了味精工業(yè)。此為味精工業(yè)發(fā)展的起源期。從1936年到1966年味精發(fā)展進入轉換期，美國國際化學藥品公司以甜菜廢糖液為原料，抽出法生產味精；1958年，韓國的味元以面筋制造味精；1958年，日本木下柱郎等以發(fā)酵法制谷氨酸研究成功，協(xié)和發(fā)酵公司在防府工廠最先以淀粉、糖蜜為原料發(fā)酵法生產味精。此發(fā)酵法一直沿用至今。60年代以后，味精工業(yè)進入了高速發(fā)展期。1962年韓國的味元和第一制糖公司以發(fā)酵法生產味精，1963年法國的奧桑公司以甜菜糖蜜原料生產味精。1964~1965年，中國的上海、沈陽、天津等廠以淀粉原料發(fā)酵生產味精。1972年朝鮮平壤味精廠用粗砂糖為原料發(fā)酵法生產味精。1974年印尼與韓國合資以糖蜜生產味精。1975年美國Starffer化學公司以糖蜜原料制造味精，1983年停產。此外、，泰國、意大利、法國、巴西、馬來西亞等國的味精廠在60年代也逐步興起，均用發(fā)酵法生產味精[4]。1.3中國味精生產量的增長情況解放前全國味精產量局限性500t，解放后我國味精生產有所發(fā)展。1957年產量達成1000t，占世界產量的0.33%，1960年達成2023t；1965年達4000t（占世界產量的4%）。由于發(fā)酵法被采用，味精生產量也得到較快發(fā)展；1977年產量16200噸；進入80年代，在改革開放政策的對的方針指引下，味精工業(yè)獲得高速發(fā)咱的良機。1986年產量上升到67100t；1992年達成34000t，占世界產量的35.7%，成為全世界產味精最多的國家之一[5]。中國是出口味精較早的國家，但出口量不多，最高年份只有1萬噸。1.4中國味精工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展前景1.4.1中國味精工業(yè)發(fā)展概況通過對95年度全國味精行業(yè)匯總資料數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)，95年味精行業(yè)生產現(xiàn)狀是令人驚喜的，其總體、生產規(guī)模、技術水平、經(jīng)濟效益都達成了歷史最佳水平，概括起來，重要有以下幾個特點：（1）公司集約化經(jīng)營上規(guī)模、上檔次1991年全國味精生產公司有200多家，總產量為27.16萬噸，95年雖然生產公司減少到60多家(其中具有從發(fā)酵到精制全過程只有50多家)，而味精產量卻上升到40.76萬噸，其中年產萬噸以上的味精生產公司n家，總產量達成24萬噸，占全國味精生產總量的60%；規(guī)模最大的河南周口味精廠產量已達成8.23萬噸，山東濟寧味精廠產量為3.21萬噸，位居同行業(yè)第二位，并且這些規(guī)模比較大的味精廠其各項技術經(jīng)濟指標都處在國內領先水平，真正體現(xiàn)了規(guī)模效益的作用。由此可以看出，我國的味精行業(yè)正面臨著較大的調整，一些素質較差的味精廠將在劇烈的市場競爭中出現(xiàn)低效益或無效益，甚至關門倒閉，而一些規(guī)模較大的味精廠則通過經(jīng)營機制的轉換，技術水平的提高，增強了公司的應變能力，在劇烈的行業(yè)競爭中顯示出較強的優(yōu)越性，從目前的行業(yè)發(fā)展形勢分析，公司規(guī)模還將繼續(xù)擴大，公司數(shù)目將繼續(xù)減少。（2）技術裝備改獸，技術水平顯著提高味精生產的重要技木經(jīng)濟指標，發(fā)酵產酸率和轉化率，我國曾長期徘徊在6%和45%左右，致使味精生產成本過高。近幾年，許多味精生產公司已意識到這個間題，他們狠抓了技術進步，努力增長技改投入、提高技術水平。82年以前，行業(yè)大多數(shù)味精廠基本上是用30m3、50m3，最多只有100m3的鐵質發(fā)酵罐。而這幾年，100m3、200m3的不銹鋼發(fā)酵罐相繼在許多同行中出現(xiàn)，這些技術裝備限度的不斷更新都在一定限度上提高了味精品質和勞動生產率。并且近幾年、許多新技術，新工藝也得到了廣泛的應用，比如、用液氨代替尿素發(fā)酵，用直接等電法提取谷氨酸，用硫酸代替鹽酸作為中和劑；用雙酶法制造葡萄糖，用沉降式分機分離谷氨酸等等，技術水平的提高，大大減少了味精生產成本，提高了經(jīng)濟效益。目前，反映味精生產技術水平的“五率”指標，國內最高水平糖化轉化率已經(jīng)達成98.20%，發(fā)酵產酸率達成9.8%；發(fā)酵轉化率達成59.15%；提取收率達成95.38%，轉制收率達成96.20%；其中：提取收率比90年國內最高水平提高了11.6個百分點處在國際領先水平。（3）產品結構發(fā)生明顯變化，規(guī)模型公司生產資料自給力加強通過對味精產值與全廠產值這兩個數(shù)字的對比，可以發(fā)現(xiàn)，這幾年、許多廠其它產品產值的比重越來越大，這說明，他們都在調整產品結構，走“一業(yè)為主，多種經(jīng)營”的道路，并且從這些廠的效益分析，確有明顯的好轉。此外，國內規(guī)模較大的味精生產公司都配有原材料加工基地，如周口味精廠，山東濟寧味精廠配有玉米加工廠，周口味精廠，浙江味精廠配有發(fā)電廠等等通過調整產品結構，開發(fā)原材料生產基地，公司實力加強，就可以在劇烈的行業(yè)競爭中穩(wěn)住腳根。[6]1.4.2國內外味精生產技術水平比較分析目前國內味精生產技術與世界先進水平比較重要存在以下問題：（1）規(guī)模小。日本味之素和韓國的味元產味精6萬噸，印尼的味元5.4萬噸。我國臺灣味丹年產7萬噸，而國內除周口味精廠4萬噸外，大多數(shù)為1萬噸或數(shù)千噸。發(fā)酵罐規(guī)模味丹600立罐6只；國內最大的為200m3，操作費和設備費高。（2）技術水平低。盡管我國發(fā)酵技術水平有了較大提高，但是與世界先進水平比較，尚有一定差距。（3）生產過程自動限度低。勞動生產率低，國外已經(jīng)基本實現(xiàn)生產過程自動化，生產人員少，勞動生產率高。（4）重要原燃材料價格提高，使生產成本提高。（5）經(jīng)營管理機制不適應改革開放形式，影響技術水平的發(fā)揮和生產穩(wěn)定。1.4.3發(fā)展前景經(jīng)濟改革開放以來，為適應國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平不斷提高，國家對生物技術產業(yè)實行傾斜政策，投人更多資金改造味精行業(yè)，味精生產技術經(jīng)濟指標逐年提高，味精產量迅速增長。隨著我國人民生活水平的不斷提高，人們對味精的需求會越來越多，更何況國內外市場上，對于味精的食用已不僅僅限于調味，而是更為廣泛的作為一種原材料或香料表面活性劑應用于醫(yī)藥和化妝品生產公司，由此可見，味精的消費市場的開拓將很有前景，國內味精生產公司總體規(guī)模在此后一段時間內，也會有較大幅度的增長，組建公司集團，多業(yè)經(jīng)營，多元化開發(fā)將成為味精行業(yè)此后發(fā)展的一個方向。一個公司假如只靠一種產品求發(fā)展，這不僅風險大，并且公司的技術、管理等資源會得不到充足運用而導致浪費。因此以味精為主，開發(fā)派生產品進行深度加工，才干進一步提高公司的應變能力和整體效益。此外在味精生產技術方面也應采用國外的先進技術。（1）味精市場前景看好，出口和內銷將出現(xiàn)雙增長的勢頭現(xiàn)在全世界味精產量在150萬噸以上。2023年中國味精產量已達119萬噸產量高居世界首位。我國已成為世界的味精生產中心。以淀粉大米為原料的生產工藝，其重要技術經(jīng)濟指標已進人世界先進行列。由于技術水平不斷提高，生產成本大幅度下降，已扭轉了味精出口虧損的局面。味精進口量由上世紀八九十年代，每年進口上萬噸下降至2023年進口187t；而同期的出口量由每年幾千噸增長到2023年的4.3萬噸，一躍而成為出口味精大國。一些大型味精公司應抓住時機，擴大出口，把國內市場讓給中小型公司，以緩解國內市場的無序競爭。從年人均占用味精量來看，我國現(xiàn)在為900g，低于臺灣省(3500g)和港澳特區(qū)(2023g)假如現(xiàn)有產量翻一番，也達不到上述地區(qū)的現(xiàn)有的水平，可見此后發(fā)展空間很大。此外，農村味精銷路日旺，市場容量在不斷擴大，是一個潛在的大市場[7]（2）公司要在競爭中求發(fā)展味精工業(yè)與其他工業(yè)同樣，在改革開放大潮中早已進入市場經(jīng)濟，通過數(shù)年來的實踐來看，競爭是非常殘酷的，但競爭也并非是壞事。通過競爭使全行業(yè)的管理水平、技術水平、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都得到了很大提高。以噸味精單耗商品淀粉為例，由上世紀八十年代的2.8t，降至現(xiàn)在1.5t，減少率為46.4%。此后市場競爭也是不可避免的。公司領導或高層領導集體，應具有宏大的視野，能捕抓發(fā)展傾向和苗頭。公司信譽不是靠宣傳，而是靠一流的產品，靠公司自身的行動。高層領導要關愛公司員工，使員工發(fā)揮出集體效應，把產品成本降在最低，在任何情況下，公司都能立于不敗之地，在劇烈的競爭中取勝。（3）加大投入，徹底根治廢水污染現(xiàn)在多數(shù)廠已結識到新老公司都要把環(huán)保放在第一位。它是關系到公司的生存和發(fā)展，決定公司命運的大事。味精生產的重要污染物是廢水，必須根治達標，否則隨時會被停止生產。通過數(shù)年的努力，對味精廢水已找出一條有效可靠的治理途徑，即高濃度廢水經(jīng)提取蛋白飼料后，再經(jīng)濃縮造粒制成復混肥料；低度廢水經(jīng)厭氧一好氧生化解決后達標排放。此法可變廢為寶，廢水治理由投人型轉變?yōu)樾б嫘汀Ｃ繃崗突旆诗@利500元；蛋白飼料每噸獲利2023元。以1個年產5萬噸的味精廠為例，廢水治理工程需投資3500萬元。可年產復混肥6.25萬噸，年產蛋白飼料4167t，兩項合計每年可獲利3958萬元，不到11個月即可回收所有投資。此舉不僅解決了廢水治理難題，并且經(jīng)濟效益十分可觀。（4）味精生產促進農業(yè)產業(yè)化的發(fā)展味精目前是中國消費淀粉最大的行業(yè)。按現(xiàn)有的味精生產量，每年可消化玉米350萬噸，占全國玉米年產量的3%，相稱種植面積73萬公頃。淀粉生產中還付產大量的食用油、蛋白粉、纖維飼料等。這對促進農業(yè)產業(yè)化發(fā)展很有利。對提高農民收人，建設小康社會也具有重要意義。（5）加強味精食用安全性的宣傳力度，對的引導消費市場1987年世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國糧農組織(FAO)已宣布取消對味精的食用釀制。實際味精的安全性比糖和鹽還高，解除部分人對吃味精的疑慮。近幾年銷售市場有很大變化，即味精顆粒由大向小(速溶)的方向發(fā)展，這是非常可喜的勢頭，這對公司和消費者都有好處，此后要多加引導，把消費習慣引導到對的軌道上來[8]。第2章設計概論2.1畢業(yè)設計的目的樹立對的的設計思想，在技術上采用先進的生產經(jīng)驗和成熟的科技成果，選擇先進可靠、安全合用的工藝流程和工藝條件及生產設備；技術經(jīng)濟指標先進，生產損耗和能量消耗低，在經(jīng)濟上具有合理；對環(huán)境污染限度低，在環(huán)境保護上具有可行性。對物料、水、電、汽進行平衡計算，對重要生產設備進行選型與計算，同時進行重點設備的設計和重點車間平面布置設計以及全廠平面布置設計，并繪制圖紙。通過畢業(yè)設計使學生熟悉味精生產過程和解決一些工程技術問題，培養(yǎng)學生獨立查找、分析和使用技術資料，獨立編寫設計文獻，純熟使用CAD軟件繪制工藝流程圖和設備裝配圖的能力。2.2畢業(yè)設計的題目總題目年產8萬噸味精工廠初步工藝設計重點重點設備-機械攪拌通風發(fā)酵罐2.3畢業(yè)設計的任務（1）擬定建廠的意義；（2）廠址選擇、建廠規(guī)模及布置方案；（3）對所給設計題目進行總體構思，涉及工藝流程選擇、工藝批次及工藝參數(shù)的選取，技術經(jīng)濟指標的擬定，廠址的選擇等。（4）就設計題目的規(guī)格進行全廠的物料衡算：涉及所有的原輔料、半成品及成品（以1000kg原料為基準）→(每批次產量、天天產量、月產量、年產量)。（5）在物料衡算基礎上，進行全廠的設備的選型與計算，擬定重要生產設備的總容量、數(shù)量、型號、功率、設備材料及動力設備，最后列出全廠設備一覽表。（6）對全廠水、電、汽、冷等進行計算，列出衡算表。（7）重點設備、工藝的設計及討論。（8）重點車間平面布置設計和全廠平面布置設計；（9）繪制圖紙；（10）全廠經(jīng)濟技術指標的校核、計算。（11）廠區(qū)的交通狀況、能源供應、水源情況、原料來源綜合分析。（12）其他。2.4設計的指導思想（1）在工藝上的選擇和設備的選用上為保證工藝穩(wěn)定、可靠和產品質量，部分采用了傳統(tǒng)式，同時進行了革新改造，引進了一部分國外較先進的技術和設備。（2）設計中考慮盡量減少操作費用及味精的單耗量，使其具有上馬快、收效大的特點。（3）設計考慮到味精廠此后的發(fā)展趨勢（如增長品種、擴大產量等），在建筑和平面布置上及設備選取上，都留有適當?shù)挠嗟?，同時又不致于導致現(xiàn)有設備、場地的太大浪費。（4）設計考慮到工人勞動條件的改善及勞動強度的減少，采用了一些新工藝、新設備，同時又保證味精質量。（5）考慮到味精廠的環(huán)境，進行了污水解決、廢酵母等綜合運用，不僅改善了環(huán)境污染，同時增長工廠的收入。（6）設計采用部分自動化儀表控制，使本廠在機械化、自動化水平上與國外先進水平差距縮短了。2.5設計的依據(jù)依據(jù)國家和地方政府的經(jīng)濟計劃，綜合國內、國際市場情況，本地原料、水源、水質、能源供應及交通運送狀況的調查與研究，依據(jù)自然狀況、查閱大量相關資料，遵從設計的題目規(guī)定，用學過的理論知識與實踐知識相結合，進行此題目的設計工作。2.6廠址選擇從技術觀點出發(fā)廠址的選擇應遵循下列原則進行：（1）廠址宜選在原料、燃料供應和產品銷售便利的地區(qū)，并在貯運、機修、公用工程和生活設施等方面具有良好協(xié)作條件的地區(qū)；（2）廠址應靠近水量充足和水質優(yōu)良的水源；（3）廠址應有便利的交通條件。在有條件的地方，要優(yōu)先考慮水運。對于超重、超大或超長設備的工廠，應當注意沿途是否具有運送條件；（4）選廠應注意節(jié)約用地，不占或少占耕地。廠區(qū)的面積、形狀或其他條件應滿足工藝流程合理布置的需要。廠區(qū)適當留有余地；（5）選廠應注意本地自然環(huán)境條件，并對工廠投產后對環(huán)境也許導致的影響作出預評價。工廠的生產區(qū)和居民區(qū)的建設地點應同時選定；（6）廠址應避離低于洪水位或在采用措施后仍不能保證不受水淹的地段；廠址的自然地形應有助于廠房和管線的布置、交通聯(lián)系和場地排水。擬建年產8萬噸味精工廠。布置方案：按功能區(qū)分為廠前辦公區(qū)、生產裝置區(qū)、生產輔助區(qū)、熱能動力區(qū)、凈水解決區(qū)、污水解決區(qū)、原料倉儲區(qū)、成品罐裝區(qū)、鐵路發(fā)運區(qū)等，廠區(qū)主干道、次干道。（1）選址地點：內蒙古省通遼市（2）選擇依據(jù)：交通便利、空氣清潔、無污染。（地點：方位。場地：面積外姓及潛藏技術經(jīng)濟性）①自然條件a.地理位置：通遼市位于內蒙古自治區(qū)東部，地處北緯42°15′～45°41′、東經(jīng)119°15′～123°43′之間，總面積59535平方公里，南北長約418公里，東西寬約370公里。東靠吉林省、西接赤峰市、南依遼寧省、西北和北邊分別與錫盟、興安盟為鄰，屬東北和華北地區(qū)的交匯處。b.地貌、土壤和氣候：地形地貌：通遼市地處松遼平原西端，屬于蒙古高原遞降到低山丘陵和傾斜沖擊平原地帶。北部山區(qū)屬大興安嶺余脈，面積19349平方公里，占全市總面積的32.5%，海拔高度1000～1400m。中部屬西遼河、新開河、教來河沖擊平原，面積12502平方公里，占全市總面積的21.0%，平原區(qū)由西向東逐漸傾斜，海拔由320m降到90m。南部和西部屬于遼西山區(qū)的邊沿地帶，由淺山、丘陵、溝壑、沙沼構成，面積27684平方公里，占46.5%，海拔400～600m氣候特性：通遼市屬溫帶大陸性氣候。春季干旱多風；夏季短促溫熱，降水集中；秋季涼爽；冬季干冷。大部分地區(qū)無霜期為90～150d。年降雨量350～450mm。風能豐富、風能有效時數(shù)（3～20m／s）為5000至6000h。年有效風功率密度為100至150w／m2。②技術經(jīng)濟條件a.原料供應與銷售：通遼市土質肥沃、水草豐美。既是國家重要商品糧基地，也是國家重要的畜牧業(yè)生產基地，被譽為"黃牛之鄉(xiāng)"。現(xiàn)有耕地面積91.4萬公傾、盛產玉米、小麥、水稻、大豆及小雜糧等、糧食總產量穩(wěn)定在35億公斤以上。境內草原面積327.4萬畝，牲畜存欄頭數(shù)達成712.5萬頭只，特別是西門塔爾牛、科爾沁牛、中國美利奴細毛羊、科爾沁細毛羊、科爾沁馬等畜種享譽國內外。b.交通運送：通遼陸路交通發(fā)達，現(xiàn)有六條鐵路在境內通過，總里程1000多公里，所轄線路有京通線、通霍線、大鄭線、平齊線、通讓線、集通線。四通八達的公路網(wǎng)絡延伸到市內各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、蘇木，全市現(xiàn)有公路84條，公路里程達4524.36公里，大中橋梁4016m/48座。盟設公路管理處，各旗、縣、市設9個公路段，下設144個道班對全市公路實行管養(yǎng)。通遼公路網(wǎng)絡初具規(guī)模，現(xiàn)有國道4條，區(qū)道3條，縣道17條。重要運送物資有煤、鋼鐵、礦建材料、木材、糧食等。通遼共有等級客運站16個，等外簡易客運站78個，旅客乘降點1542個，日發(fā)班車945班次，營運線路284條，營運里程26900公里，鄉(xiāng)、鎮(zhèn)(蘇木)班車通車率達成96.8%，村(嘎查)班車通車率達成82.1%，并與吉林、遼寧省和區(qū)內興安盟、呼倫貝爾市、錫盟、赤峰市及區(qū)外北京、沈陽、天津、大連等地通了班車。通遼設有公路運送管理處，各旗、縣、市設有運送管理所，負責執(zhí)行公路運送的方針政策和本地區(qū)公路運送行業(yè)管理工作【6】2.7原料來源、規(guī)格及標準（1）來源：玉米采購在內蒙古省通遼市周邊（2）規(guī)格及標準采用玉米淀粉為原料，玉米淀粉質量標準符合GB12309-90，見表2-1。感觀規(guī)定：白色或微帶淺黃色陰影的粉末，具有光澤。具有玉米淀粉固有的特殊氣味，無異味。表2-1玉米淀粉質量標準[9]項目指標項目指標水分%（m/m）≤14.0灰分（干基）%（m/m）≤0.15細度%（m/m）≥99.5蛋白質（干基）%（m/m）≤0.50斑點，個/平方厘米≤1.2脂肪（干基）%（m/m）≤0.15酸度≤18.02.8重要輔料的質量標準（1）工業(yè)用合成鹽酸質量標準符合GB320-93，見表2-2。外觀為無色或淺黃色透明液體。表2-2工業(yè)用合成鹽酸質量標準[9]項目指標項目指標總酸度（以HCl計）≥31.0砷≤0.0001鐵≤0.03灼燒殘渣含量≤0.08硫酸鹽≤0.03氧化物（以Cl計）≤0.005（2）工業(yè)硫酸質量標準符合GB634-89，見表2-3。表2-3工業(yè)硫酸質量標準[9]項目指標項目指標硫酸含量%>98砷含量%<0.005灼燒殘渣含量%<0.03透明度㎜>50鐵含量%<0.01色度ml<2.0（3）純堿質量標準符合GB210-89，見表2-4。外觀：白色粉狀結晶表2-4純堿質量標準[9]項目指標項目指標總堿量換算成碳酸鈉含量%>98 鐵含量換算成三氧化二鐵含量% <0.020水不溶含量% <0.20 硫酸鈉含量%<0.10氯化鈉%<1.2 灼燒含量%<0.7（4）液氨的質量標準符合GB536-88，見表2-5。外觀：無色液體表2-5液氨質量標準[9]項目指標項目指標氨含量%>99.8殘留物含量%<0.20（5）食用鹽質量標準符合GB5461-85，見表2-6。外觀：色白，無可見的外來雜物，味咸，無苦味，無異味。（6）α-淀粉酶制劑質量標準符合GB8275-87，見表2-7。外觀：粉狀，不結塊（7）糖化酶質量標準符合GB8276-87，見表2-8。外觀：固體時粉狀無結塊，液體時黃褐色，允許有少量凝集物。表2-6食用鹽質量標準[9]項目指標項目指標粒度所有通過0.84㎜篩鋇mg/kg≤15白度，度65氟mg/kg≤5（濕基）氯化鈉%≥97 鉛mg/kg≤1（濕基）水不容度%≤0.70砷mg/kg≤0.5（濕基）水分% ≤0.20碘mg/kg碘鹽含碘量20～50表2-7α-淀粉酶制劑質量標準[9]項目指標項目指標酶活力u/g5000，6000，8000，10000鉛%≤0.00110ppm水分%≤80砷%≤0.00033ppm細度（通過40目網(wǎng)篩）≥80黃曲霉素%≤0.0000005酶活力保存率%≥85大腸菌群個/100g≤30重金屬%≤0.00440ppm沙門氏菌不得檢出表2-8糖化酶質量標準[9]項目指標項目指標酶活力u/g3000～4000（固體）20230～80000（液體）鉛%≤0.00110ppm水分%≤80（固體）砷%≤0.00033ppm細度（通過40目網(wǎng)篩）≥80（固體）黃曲霉素%≤0.0000005酶活力保存率%不低于80大腸菌群個/100g≤30重金屬%≤0.00440ppm沙門氏菌不得檢出2.9水的質量標準（外觀、理化指標及規(guī)定）在味精廠里水的重要用途是：工藝過程用水，鍋爐用水和各種洗滌用水。工藝用水規(guī)定符合飲用水標準。水的硬度不應超過7毫克當量/L，即中檔硬度的水。不符合規(guī)定的水要通過必要的解決才干應用[10]。硬度過高的水不能用于味精生產，由于所有的味精生產工藝過程都是在弱酸性的條件下進行的（pH4.5～5.5）.冷卻用水硬度也不能過高，否則容易引起設備和管道表面結垢，影響冷卻效果。鍋爐用水應符合鍋爐用水標準，硬度超標一定要進行軟化解決。生活飲用水水質標準見表2-9。水的硬度一般用1。d=10mgCaO/L或7.19mgMgO/L表達，即1L水中含10mgCaO/L或7.19mgMgO/L為1°d（德國標準），按此標準可將原水按硬度分為如下幾類，見表2-10。表2-10水的硬度分類[11]水質類別硬度值堿性離子濃度（mmol/LH2O）較軟水0～4.00～1.44軟水4.1～8.01.45～2.88中硬水8.1～12.02.89～4.21較硬水12.1～18.04.33～6.48硬水18.1～30.06.49～10.80極硬水≥31.0＞10.812.10成品品種及質量標準99%味精質量符合GB8967-88，我國味精質量標準見表2-11。表2-11我國味精質量標準[11]項目單位指標谷氨酸鈉%≥99%比旋光度+24.8—25.3°透光率%≥98PH6.7—7.2砷（As）mg/kg≤0.5重金屬（以Pb計）mg/kg≤10鐵（Fe）mg/kg≤5鋅（Zn）mg/kg≤5外觀白色有光澤晶體表2-9生活飲用水水質標準[11]項目標準感官性狀和一般化學指標色渾濁度臭和味肉眼可見pH總硬度（以碳酸鈣計）鐵錳銅鋅揮發(fā)酚類（以苯酚計）陰離子合成洗滌劑硫酸鹽氯化物色度不超過15度并不得呈現(xiàn)其他異色不超過3度，特殊情況不超過5度不得有異臭、異味不得具有6.5～8.5450mg/L0.3mg/L0.1mg/L1.0mg/L1.0mg/L0.002mg/L0.3mg/L250mg/L250mg/L毒理學指標氟化物氰化物砷硒汞鎘鉻(六價)鉛銀硝酸鹽(以氮計)氯仿*四氯化碳*苯并(a)芘滴滴涕六六六1.0mg/L0.05mg/L0.05mg/L0.01mg/L0.001mg/L0.01mg/L0.05mg/L0.05mg/L0.05mg/L20mg/L60g/L3g/L0.01g/L1g/L5g/L細菌學指標細菌總數(shù)總細菌總數(shù)游離余氟100個/mL3個/L在與水接觸300后應不低于0.3mg/L。集中式給水除出廠水應符合上述規(guī)定外,管網(wǎng)末梢水不應低于0.05mg/L。放射性指標總α放射性總β放射性0.1Bq/L1Bq/L2.11重要工藝技術參數(shù)重要工藝技術參數(shù)見表2-12表2-12重要工藝技術參數(shù)[12]序號生產工序參數(shù)名稱指標1制糖（雙酶法）淀粉糖化轉化率%992發(fā)酵產酸率g/dl10.53發(fā)酵糖酸轉化率%564谷氨酸提取提取收率%955精制Glu-MSG收率%936發(fā)酵操作周期h44～482.12生產工作制度全年生產日320天連續(xù)生產。2.13廢水解決味精廢水作為一種難解決的高濃度有機廢水，直接排放嚴重污染環(huán)境，如何對其進行經(jīng)濟有效的解決，是眾多味精生產廠家所面臨的重要問題。有關科研單位、高校和味精生產公司圍繞味精廢水的解決工藝和綜合運用方法，做了大量的工作，提出了不少解決技術。目前，眾多味精廢水解決技術大體分為兩步，一是提取廢水中的谷氨酸菌體單細胞蛋白，通過此步分離菌體，約可除去30%左右的COD，常用物化方法進行解決(如絮凝、離心等方法)；二是提取菌體后廢液的解決，使其達成排放標準或解決后用于工廠回用，這也是眾多味精廢水解決技術所面臨的關鍵問題，常采用生物解決方法(如厭氧發(fā)酵、生物膜法等)。下面對味精廢水解決技術進行綜述。2.13.1物化解決方法物化方法涉及絮凝沉淀、膜分離、離心等方法。在以前，物化解決方法一般局限于味精廢水的預解決，如提取谷氨酸菌體。隨著水解決技術的進一步發(fā)展和工程實踐經(jīng)驗的增長，物化解決方法完全可以對味精廢水進行徹底的分離解決，并完畢資源化的目的。（1）絮凝沉淀絮凝是一種廣泛使用的水解決技術，在給水、廢水解決中均發(fā)揮著十分重要的作用。影響絮凝效果的因素有絮凝劑(種類和用量)、操作條件(pH值，溫度等)以及反映器設計等。味精廢水COD含量很高，絮凝沉淀一般作為整個解決流程的前解決單元，用來除去一部分COD，為后續(xù)解決(如膜分離、生物解決)減輕負荷。中國輕工業(yè)武漢設計院采用絮凝方法對武漢某味精高濃度有機廢水進行預解決，在合適的絮凝劑和反映條件下提取菌體蛋白，能去除67.8%的COD和44.8%的SS，為后續(xù)生化解決發(fā)明了有利的條件。常用的絮凝劑分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩大類，有關科研人員對它們的解決效果進行了較為進一步的研究。①無機絮凝劑無機絮凝劑涉及常見的鐵鹽、鋁鹽絮凝劑。深圳大學化學系采用堿式氯化鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵和氫氧化鈣等無機絮凝劑對谷氨酸發(fā)酵液的絮凝情況進行了研究，結果表白，單純的無機絮凝劑，即使配合助凝劑，絮凝效果也不抱負，難以滿足實際應用的規(guī)定。因此，在味精廢水解決過程中，無機絮凝劑很少單獨使用，一般均作為助凝劑，與有機絮凝劑配合使用。但堿式氯化鋁是一種無機大分子，不僅具有高價金屬離子的作用，也具有部分有機絮凝劑的立體結構和網(wǎng)捕作用，絮凝效果較好。②有機絮凝劑相關科研部門對有機絮凝劑解決味精廢水做了大量工作，一般認為有機絮凝劑對味精廢水的絮凝效果較好，但不同種類的絮凝劑對操作條件的規(guī)定不同，絮凝效果也有所差別。味精廢水屬于酸性廢水(pH為1.8～3.2)，pH值對有機絮凝劑的絮凝性能影響較大，這也是選擇絮凝劑時應當考慮的問題。上海大學環(huán)境系采用羧甲基纖維素鈉、木質素和聚丙烯酸鈉進行絮凝實驗，三種絮凝劑在酸性條件下絮凝效果相對較好，但單獨使用羧甲基纖維素鈉或木質素作為絮凝劑時預解決效果不佳(COD去除率分別為18.4%和23.5%)，在生產實際中幾乎沒有使用的也許。聚丙烯酸鈉的解決效果較好，COD去除率達成了36.0%。味精廢水的酸性在于其中具有的高濃度的SO42-(8000～9000mg/L)，采用堿中和或電滲析等方法去除SO42-，均可使味精廢水pH值接近中性或偏堿性，從而為某些有機絮凝劑的使用提供合適的pH值。[13]目前，眾多有機絮凝劑中較活躍的是殼聚糖。殼聚糖作為絮凝劑已經(jīng)在許多廢水解決領域中得到應用，如漁業(yè)廢水解決、印染廢水脫色以及絡合吸附重金屬離子等。殼聚糖是甲殼素通過β-(1，4)糖苷鍵連接而成的一種線性高分子多糖的脫乙?；a物，無毒無害且不導致二次污染，適合味精廢水資源化的規(guī)定。殼聚糖在過酸的條件下，主鏈容易發(fā)生水解，生成葡萄糖胺、葡胺糖的衍生物或各種低分子量的多聚糖，球絮體結構松散，很難再吸附絡合廢水中的有機大分子物質；在過堿的條件下，其氨基電中性，吸附絡合能力大大下降。因此，殼聚糖絮凝合適的pH值條件是中性或偏堿性。③絮凝劑的配合使用將有機絮凝劑與無機絮凝劑配合使用，對味精廢水的絮凝效果要優(yōu)于單獨使用有機絮凝劑。上海大學環(huán)境系的研究表白，聚丙烯酸鈉中加入木質素作助凝劑，COD去除率能達成46.8%，比單獨使用聚丙烯酸鈉提高約10%。而在殼聚糖中加入CaCl2，可明顯提高殼聚糖的絮凝活性，在合適的條件下，對味精廢水COD去除率可穩(wěn)定在70%左右。毛美洲等人通過正交實驗擬定了殼聚糖和其他助凝劑的合適配比，采用合適的反映條件，對谷氨酸菌體的去除率達98.5%。在實際解決中，應當充足發(fā)揮助凝劑的作用，節(jié)約重要絮凝劑的用量，這樣既提高了解決效果，又節(jié)省了解決費用?？傊?，絮凝作為一種有效的水解決技術，無論在谷氨酸菌體分離，還是除菌后的進一步解決中，都應當發(fā)揮重要的作用。應當結識到，實驗室的工作應當指導實際工程實踐，因此，絮凝反映器的設計也很重要。由絮凝理論可知，在同樣的水質、絮凝劑投加量和水流條件下，絮凝結果只與速度梯度G和攪拌時間T有關，只要在實驗和生產過程中保持G、GT相同，就必然會在實驗和生產中產生同樣大小粒度的絮體。因此，反映器的設計與實驗條件的控制應當引起足夠的重視。（2）膜分離方法膜分離作為一種新型的水解決技術，近幾年來在廢水解決中發(fā)展也不久。超濾、反滲透和電滲析等方法已在多個領域得到應用。膜分離方法有常溫操作、能耗低、占地少和操作方便等優(yōu)點，也符合味精廢水資源再生的規(guī)定，已逐步在味精廢水解決中發(fā)揮著越來越重要的作用。①超濾超濾是一種壓力推動的膜分離方法，運用超濾從味精發(fā)酵液中分離菌體，在國外已有報道。在國內，有關科研人員也進行了研究。韓式荊等人運用超濾法分離味精廢水中的菌體，廢水中菌體去除率達99%以上；將超濾和萃取工藝相結合，可使廢水中COD減少34%，BOD5減少20%。該工藝對日解決25t味精廢水進行了長期運營實驗，效果良好。南開大學環(huán)境科學系將超濾技術和生物解決結合起來，運用超濾來解決生物解決后的廢液，截留藻和菌體，避免排放后的二次污染。廣州味精廠擬引進國外的超濾解決技術，發(fā)酵液經(jīng)超濾解決，可有助于提高谷氨酸提取率(可達90%以上)，而味精廢水經(jīng)超濾后，菌體去除率達99%以上。鄭宗坤等人將超濾和絮凝技術結合起來，運用超濾解決絮凝后的上清液。味精廢水經(jīng)絮凝離心后，COD去除率為83%，再經(jīng)截留分子量低于104的DDS膜超濾解決，可得到COD為123mg/L、BOD5為42mg/L的清液，[14]接近第二類污染物的排放標準。但是，超濾技術在解決味精廢水中也存在膜污染嚴重的問題，特別在分離谷氨酸菌體時[15]。同時，一次投資大等問題也要在生產實際中予以解決。②反滲透反滲透用于去除大小與溶媒同一數(shù)量級的顆粒物，分子量在10～1000范圍內。反滲透開始是大規(guī)模用于海水脫鹽、高純水的生產，目前，在廢水解決中的應用也日趨普遍。也有人采用反滲透膜來解決高濃度廢水。但在味精廢水解決中，尚無成熟的技術推出。雖然味精廢水COD含量較高，但其COD組成有其自身的特點，采用反滲透技術解決，只要選擇好合適的預解決方法，解決好膜污染的問題，還是有較好的應用前景的。（3）其它相關解決技術離心分離、吸附方法也常用于味精廢水的解決，與其他方法聯(lián)合使用，提高解決效率。2.13.2生物解決方法生物解決在廢水解決的各個領域都有廣泛的應用，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。一般來說，廢水的解決常用好氧法來進行，但隨著有機廢水的大量增長，特別是高濃度廢水的增長，厭氧解決方法也更多地被使用，并取得了不少成功的經(jīng)驗。對于味精廢水，由于COD含量太高，開始常用厭氧解決，排放前再使用好氧解決，從而達成排放標準。同時，從味精廢水資源化的目的出發(fā)，人們也探討了一些綜合運用方法(生產飼料酵母)，下面分別加以討論。（1）發(fā)酵廢母液生產飼料酵母運用谷氨酸發(fā)酵廢母液生產飼料酵母，早在20世紀80年代由輕工部食品發(fā)酵工業(yè)研究所完畢實驗研究，并應用于生產。該工藝特別適合于味精生產中采用冷凍提取工藝的谷氨酸發(fā)酵廢母液。隨著味精生產的不斷改善，特別是“冷凍等電點-離交提取工藝”的普遍使用，原飼料酵母生產工藝的應用受到一定的限制。但采用新菌種、新設備和新工藝生產飼料酵母，仍得到了較好的效益。運用味精廢液生產飼料酵母工藝已經(jīng)成熟，設備定型，由初期的間歇發(fā)酵變?yōu)檫B續(xù)發(fā)酵，大大提高了生產效率，且節(jié)約了能耗，有許多研究所和味精生產公司掌握了該項技術。飼料酵母法目前存在的問題是相應設備投資、運營費用和生產成本居高不下，影響了該技術的推廣。同時，生產酵母后的二次廢水COD較原母液減少40%左右，但仍然有較高的COD含量，如何進一步解決，也是該工藝需要解決的問題。（2）厭氧生物解決厭氧生物解決的優(yōu)點在于：能耗低；可回收生物能源(沼氣)；每去除單位重量底物產生的微生物(污泥)量少；具有較高的有機物負荷的潛力。缺陷是解決后出水的COD值較高，水力停留時間較長，并產生惡臭。厭氧反映器是厭氧解決中發(fā)生生物氧化反映的主體設備，國內外進行了廣泛的研究，設計了不少新的厭氧工藝和厭氧反映器。在味精廢水解決中，提取菌體蛋白后的廢水先進入?yún)捬醴从称?如UBF裝置)，出水可再進一步厭氧解決(如UASB)，也可以直接進行好氧解決(如SBR)。上流式厭氧污泥床(UASB)反映器在味精廢水解決中，一般用于解決淀粉廢水或通過預解決的發(fā)酵廢液(或離交廢液)。它的特點在于上部設立三相分離器，可使厭氧生物污泥自動回沉到下部反映區(qū)，因而反映器可維持較高的生物量和較長的污泥停留時間；同時由于三相分離器的作用，反映器中形成粒狀污泥，進一步延長了污泥的停留時間。周口味精廠1992年與河南省能源研究所合作建成了117m3UASB厭氧水解決中型示范工程，通過2年多的運營，厭氧污泥充足顆粒化，COD去除率達90%左右，解決淀粉、制糖混合廢水出水水質基本達成國家排放標準。之后，他們又繼續(xù)與河南能源研究所、省能源環(huán)?？傉竞献鳎?994年建成了1700m3(4×425m3)UASB厭氧沼氣工程。1997年又有兩套厭氧解決工程投入運營，厭氧解決廢水工程的總容積已達5500m3，取得了很好的運營效果[16]郝曉剛等人采用屠宰廢水中培養(yǎng)的顆粒污泥接種啟動中溫UASB反映器，解決味精-卡那霉素混合廢水，將進水COD濃度控制在1000～6000mg/L之間，BOD5∶COD=0.6～0.7，調節(jié)進水pH值為7～7.5，反映器能承受較高濃度的硫酸鹽、氨氮和氯化物。當HRT為2～3h，容積負荷率可達35～40kgCOD/(m2?d)，COD去除率為75%～80%。（3）好氧生物解決好氧生物解決一般不直接解決發(fā)酵廢液，只是作為整個解決流程的后續(xù)解決手段，使廢水最終達成排放標準。目前較常用的有SBR法，有人也采用藻菌共生系統(tǒng)來解決。SBR工藝SBR工藝是一種間歇式的生化解決方法，具有造價低、運營方式靈活、耐沖擊負荷和解決效果好等優(yōu)點。味精廢水經(jīng)厭氧UBF后，COD降至2850mg/L。出水再進行SBR解決，工況的運營順序為：進水(2L)，攪拌(0.5h)，然后依次曝氣(30h)-厭氧(25h)-曝氣(35h)-厭氧(30h)-排水(0.5h)。通過SBR的好氧、厭氧、再好氧、再厭氧的運營，出水COD濃度達成了行業(yè)排放標準350mg/L以下。周口味精廠在味精廢水解決工藝中也采用了SBR工藝。將離子互換柱沖洗水、精制廢水、厭氧消化液、濃縮蒸發(fā)冷凝水及部分離交尾液經(jīng)稀釋合并進行好氧解決，采用SBR工藝，最終達標排放。蓮花集團污水解決廠采用8個SBR池，解決污水量為7450t/d，尺寸為L×B×H=25m×21m×5m。以12h為一個運營周期，其中進水、攪拌1h，曝氣8.5h，沉淀1h，排水1h，待機0.5h。藻菌共生系統(tǒng)劉慶余等人對預解決后的味精廢水采用藻菌共生系統(tǒng)進行生物解決，效果較好。但此系統(tǒng)的解決效果受預解決的影響較大，進水COD濃度越高，解決效果越差。他們進一步將超濾技術用于截留藻菌共生系統(tǒng)解決液中的藻和菌體，從而避免了二次污染。味精廢水綜合解決技術探討對于味精廠發(fā)酵廢液，如何選擇合適的解決技術，組合成一套經(jīng)濟、有效的解決方案，是味精生產廠家所關心的問題。綜合解決技術路線應當考慮到味精廢水的特點(酸性強、高COD、高BOD、高SO42-、高菌體含量)，同時要經(jīng)濟可行，實現(xiàn)資源化的規(guī)定。2.14現(xiàn)狀及國內外發(fā)展趨勢隨著人口增長，經(jīng)濟的迅速增長，也導致嚴重的水污染，很多工業(yè)公司，由于建廠初期因各種因素沒有實行“三同時”，也由于政策法規(guī)不盡完善，以及人們環(huán)境意識薄弱，只顧眼前利益及地方經(jīng)濟發(fā)展而使水污染治理工作不能跟上經(jīng)濟可連續(xù)發(fā)展步伐，反過來嚴重影響人民生活健康及經(jīng)濟發(fā)展。（1）生物解決技術，目前世界各國都在進行研究。加拿大EPI在國際上已取得領先地位。最近美國，日本，意大利，新西蘭，比利時等國在工業(yè)及城市污水解決運用生物濾池的同時，采用加拿大EPI（環(huán)保研究所）培養(yǎng)的新型EPICIN及EPIZYM微生物對各種污水進行解決[17]。由于我國目前還沒有較好的微生物菌種，生物濾池法技術得不到發(fā)展，與國外先進水平相比有很大差距，必須積極趕上去。假如我過通過引進（微生物菌種），培養(yǎng)適應我國國情的新的微生物菌種，使其功能達成或超過上述微生物的效率，則在我國設計新的生物濾池時，就可采用較高的設計負荷指標，減少生物濾池尺寸，節(jié)約用地，節(jié)省投資及動力消耗。對于已建成的濾池由于排水BOD、COD值的變化，尚未能達標時，也可使用新型微生物使之達標從而節(jié)約了改造費用。對一些雖已達標但由于排污量的增長需要擴建的公司亦可通過生物解決強化解決效率滿足達標規(guī)定，節(jié)省擴建費用，因此它的經(jīng)濟效益是比較好的。（2）隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，在各種工業(yè)排放的廢水中，具有高濃度有機污染物并且濃度高到采用生物化學法難以解決的各種廢水日益增多。例如，全國現(xiàn)有味精廠54家，其中生產過程產生的不易生物降解的高濃度有機廢水至今未有很好的解決方法。采用先進解決技術可應用于所有味精廠及酒精等輕工行業(yè)的廢水解決。我國在這類高濃度有機廢水的解決方面，合肥工業(yè)大學、機械科學研究員環(huán)保所、北京英瀚環(huán)保設備公司等單位已做了大量的研究工作，此后將進一步加強對各種高濃度有機廢水解決的應用研究。在水資源日趨貧乏以及工業(yè)廢水排放標準規(guī)定不斷提高的情況下，世界上許多國家已開展了針對具有高濃度有機物的工業(yè)廢水凈化解決新方法的研究，并取得了許多成果，其中一些現(xiàn)已達成了工業(yè)應用水平。發(fā)達國家已經(jīng)結識到，味精生產過程所排放的高濃度有機廢水很難解決，因而他們從發(fā)展中國家進口味精，以保護他們的生態(tài)環(huán)境。第3章味精生產工藝流程的設計及說明3.1味精的性質、用途及生產方法概述3.1.1性質化學名稱：L-谷氨酸鈉-水化物；L-α-氨基戊二酸[1，5]單鈉一水化物商品名稱：味精，味素。因味精起源于小麥，俗稱麩酸鈉，谷氨酸鈉。味精的物理性質（1）性狀；味精是五色至白色的狀柱或白色的結晶性粉末（2）分子結構式分子式：C5H8NO4Na·H2O結構式：[-OOC-CH2-CH2-CH-COO].Na+·H2ONH3+分子量：187.13（3）結晶系：斜方晶系，柱狀八面體。軸角α=β=γ=90度，軸長a≠b≠c。（4）密度：粒子相對密度1.635；視相對密度0.80～0.83（5）旋光性及其比旋光度：因谷氨酸鈉分子結構中具有不對稱碳原子，因此具有旋光性。分為L型、D型和DL型三種光學異構體。當50%L-Glu.Na+50%D-Glu.Na，發(fā)生消旋即為DL-Glu.Na上述三種光學異相體，只有L-Glu.Na具有鮮味。在動植物體中存在的谷氨酸，用蛋白質水解法和發(fā)酵法生產的Glu.Na都是L型的。而用化學合成法生產的谷氨酸是等分子的D型和L型混合而成即DL-谷氨酸，旋光性抵消，鮮味約等于同重量的L-Glu.Na一半。L-谷氨酸的比旋光度：[α]D20=+24.8～+25.3度（6）溶解度：味精易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑，難容于純酒精。（7）pH：7.0（10%水溶液）（8）全氮：7.48%（9）熔點：195℃（在125℃以上易失去結晶水）（10）味精的熱穩(wěn)定性：常溫～100℃脫濕；100～120℃安定；120～130℃結晶水放散；130～170℃穩(wěn)定；170～250℃脫水；240～280℃熔解熱分解；280℃炭化。味精的化學性質（1）與酸堿反映與鹽酸作用生成谷氨酸鹽C5H8O4NNa+HCl C3H9O4N+NaCl +HCl C5H9O4N·HCl與堿作用生成谷氨酸二鈉鹽C5H8O4NNa+NaOH C5H7O4NNa2+H2O（2）熱穩(wěn)定性在120℃下失去結晶水，在155℃下分子內脫水，225℃以上分解，若其水溶液長時間受熱，會引起失火，生成焦谷氨酸鈉。保存期限味精必須保存在干燥通風的倉庫內，在這條件下商品味精應在下述期限內符合質量標準。味精保存與質量標準見表3-1。表3-1味精保存與質量標準【8】度數(shù)聽、瓶裝塑料袋裝備注99度二年一年塑料袋包裝內粉狀味精成混鹽晶體，味精在保存期間允許自然增重1%92度二年一年90度二年一年80度二年一年3.1.2用途味精是一種增鮮味的調料，炒菜、做餡、拌涼菜、做湯等都可用。味精對人體沒有直接的營養(yǎng)價值，但它能增長食品的鮮味，引起人們食欲，有助于提高人體對食物的消化率。此外，味精中的重要成分谷氨酸鈉還具有治療慢性肝炎、肝昏迷、神經(jīng)衰弱、癲癇病、胃酸缺少等病的作用。3.2味精生產工藝流程的擬定味精生產中重要的工序：糖化工序、發(fā)酵工序、提取工序、精制工序。3.2.1糖化工序糖化工序工藝流程見圖3-1。糖化工序的操作重要分為調漿、液化、糖化和過濾四個環(huán)節(jié)。（1）調漿過程：將淀粉乳調成15～20°Be，用碳酸鈉水溶液調節(jié)pH6.4～6.5。氯化鈣用量為干淀粉的0.15%～0.3%，再加入適量液化酶即α-淀粉酶，準備液化。（由于液化中使用的液化酶為α-淀粉酶，在pH為6.0～7.0時較穩(wěn)定，pH過高或過低都會使酶失活，所以工業(yè)上一般將pH調到6.4～6.5之間。）水 配料罐 調漿罐淀粉α-淀粉酶 pH6.4～6.5液化一次噴射蒸汽120～125℃，壓力0.4Mp維持罐壓力0.05～0.1Mpa，5～6min層流罐補加α-淀粉酶 85～90℃30～60min，以碘色反映呈紅棕色為液化結束糖化罐糖化酶 pH4.2～4.5，60℃左右，32h殺酶30min，80℃，pH為4.8～5.0過濾濾渣 60℃糖化液發(fā)酵工段圖3-1糖化工序工藝流程示意圖（2）液化過程：一般采用一次蒸汽噴射液化。一般工作蒸汽壓力0.4Mpa，噴射溫度120～125℃。一次噴射是為將淀粉乳用高溫蒸汽瞬間加熱、蒸煮。再將噴射糊化后的淀粉乳導入維持罐，使淀粉糊化更徹底。通過層流罐進行液化，由于噴射液化時，高溫會是一部分酶失活，所以在淀粉進罐時要補加一部分α-淀粉酶。然后液化液通過130～140℃滅酶5～10min，再通過螺旋板換熱器降溫后，導入糖化罐。（3）糖化過程：用硫酸調其pH到4.2～4.5，加入適量糖化酶糖化。由于糖化液中具有酶影響以后的發(fā)酵過程，所以要升溫80℃，調pH至4.8～4.5進行殺酶。（4）過濾過程：將殺酶后的糖化液降溫到60℃左右用板框式過濾機進行過濾。3.2.2發(fā)酵工序發(fā)酵工序工藝流程見圖3-2。糖化工段糖化液高空取氣玉米漿糖蜜活塞式空氣壓縮機無機鹽配料罐 貯氣罐 斜面空氣換熱器連消塔 一級種子絲網(wǎng)除沫器118～120℃二級種子維持罐118～120℃，13min補糖氣液分離器 30～32℃ 螺旋板換熱器 pH7.0～7.2空氣過濾器（金屬微孔薄膜過濾器） PPE消泡劑 32h 尿素 生物素發(fā)酵圖3-2發(fā)酵工序工藝流程示意圖發(fā)酵工段重要有三個操作過程：培養(yǎng)基的制備、種子的純培養(yǎng)與擴培、谷氨酸發(fā)酵。（1）培養(yǎng)基的制備：將配好的配料通入連消塔（即汽液混合器）進行滅菌，再通入維持罐保溫13min，然后通過螺旋板換熱器降溫，即可通入發(fā)酵罐中使用。（2）種子的純培養(yǎng)與擴培：本廠采用二級種子培養(yǎng)，流程是：斜面菌種→一級種子培養(yǎng)→二級種子培養(yǎng)→發(fā)酵罐。谷氨酸生產菌的培養(yǎng)周期為32h左右。前期約為3～5h，此時成為形成期，第4～10h是對數(shù)生長期，菌體生長旺盛。二級種子罐內溫度一般為33～34℃，pH值為7.0～7.2是最適種子生長條件。（3）發(fā)酵過程：先將發(fā)酵罐空消滅菌后，將滅菌降溫的培養(yǎng)基導入發(fā)酵罐，然后進行接種，一般為容積200m3的發(fā)酵罐接種110m3左右。菌體生長12h后由于生物素貧乏，開始代謝谷氨酸，20h后，菌體衰老自溶，所以一般發(fā)酵時間為10～20h左右。在發(fā)酵過程中不斷進行通風攪拌，通風可以給菌體提供氧。在罐內溫度過高時，可通過罐內的蛇形排管進行連續(xù)降溫。發(fā)酵過程中，假如一次加入的糖過多，則滲透壓大，菌體不易放出谷氨酸，所以采用高糖流加法補充碳源。一般高糖流加約30t左右，同時要分批流加液氨，用以保證氮源和適當?shù)恼{節(jié)pH值。發(fā)酵結束后即可放罐，將發(fā)酵液送到提取工段進行提取。發(fā)酵工段中為二級種子罐與發(fā)酵罐提供無菌空氣的重要設備是過濾罐。工廠通過高空采風將采得的空氣通入空氣壓縮機，再進入空氣換熱器，壓縮空氣通過冷卻器冷卻后，使溫度可達飽和點，采用汽液過濾式的分離器進行分離油和水，達成空氣進化的目的，再進入過濾罐，進行滅菌解決后，共給所需操作使用。3.2.3提取工序提取工序工藝流程見圖3-3。發(fā)酵工段發(fā)酵液硫酸 制白谷氨酸等電點罐 pH3.0，16～18℃降至6～8℃水分離 低餾分 母液母液H+陽離子互換柱高餾分等電點 后餾分濕谷氨酸濕谷氨酸pH6.05、6液圖3-3提取工序工藝流程示意圖提取工段的操作重要有：谷氨酸的提取、母液的離交和5、6液的制備。（1）谷氨酸的提?。禾崛」劝彼岵捎昧说入婞c法。在發(fā)酵液與高餾分的混合液中加入硫酸調節(jié)pH，當pH為4.3～4.5時，溶液中的谷氨酸達成飽和的介穩(wěn)狀態(tài)，加入制白谷氨酸晶種開始育晶。當晶種長至一定規(guī)格后進行二步中和，pH達成3.0左右，得到充足結晶后即可進行分離（本廠結出的晶體為α型）。（2）5、6液的制備：將結晶后的液體用錐藍式離心機或臥式離心機進行分離，得到谷氨酸晶體，將谷氨酸晶體裝入調配罐，加堿調節(jié)使pH達6.0，混合液即得5、6液。（3）母液的離交：將離心分離后的液體（即母液）加入硫酸調節(jié)pH為1.5，用泵將其壓入樹脂柱進行谷氨酸離子互換。用氨水將柱上吸附的谷氨酸洗脫下來，當pH達成1.5～2.0時，收到的為低餾分，pH為2.5～7.0時，收到的為高餾分，當pH為7.0以上時，收到的為尾餾分。由于低餾分和尾餾分具有少量谷氨酸，所以上下一級柱子進行再互換，高餾分即可與發(fā)酵液混合進行結晶提取。3.2.4精制工序精制工序工藝流程見圖3-4。精制工段重要分為：脫色過程、精制過程、干燥過程。（1）脫色過程：將5、6液加水溶解，用碳酸鈉中和，再裝入配料罐，加入0.5%～0.6%的活性炭進行脫色攪拌30～40min左右。然后將其通入密壓機中進行過濾，密壓機壓力不超過0.5Mpa，過濾后的液體通過板框式過濾機進行二次過濾后，將液體泵入樹脂柱，除去溶液中的鐵后，再導入顆粒碳柱進行脫色，將脫色后的溶液泵入原料罐調節(jié)pH為6.7～7.0左右，得到脫色液，同時將提取的母液一同脫色。（2）精制過程：將脫色液通入結晶罐，進行蒸發(fā)。當溶液蒸發(fā)到飽和時，吸入晶種，同時過淋水育晶，當晶種長大到一定規(guī)格時，放罐進入助晶槽，攪拌整晶。將整晶后的溶液泵入轉鼓離心分離器，即得到濕的味精和母液。母液循環(huán)運用。（3）干燥過程：將濕味精送入氣流篩板式干燥器中進行干燥，干燥后的味精裝袋包裝。提取工段谷氨酸碳酸鈉活性炭谷氨酸中和脫色過濾廢炭過濾液脫鐵（加硫化鈉）炭柱脫色蒸發(fā)結晶壓力1～2個65～70℃分離味精母液濕味精 次品味精粉碎干燥包裝 篩選粉體味精 包裝晶體味精圖3-4精制工序工藝流程示意圖第4章味精生產過程中的物料和熱量衡算4.1物料衡算物料衡算是根據(jù)質量守恒定律而建立起來的。物料衡算是進入系統(tǒng)的所有物料重量等于離開該系統(tǒng)的所有物料重量，即：ΣF=ΣD+W其中，F(xiàn)-進入系統(tǒng)物料量（㎏）D-離開系統(tǒng)的物料量（㎏）W-損失的物料量（㎏）4.1.1生產過程的總物料衡算生產能力以年產商品味精80000t，折算為100%味精79200t/a，日產商品味精：80000/320=250t/d，日產100%的MSG為：79200/320=247.5t/d總物料衡算（1）1000㎏純淀粉理論上產100%MSG量：1000×1.11×81.7%×1.272=1153.5㎏其中：1.11為淀粉水解產生葡萄糖的理論得率。81.7%為葡萄糖轉化為谷氨酸的理論得率。1.272為谷氨酸轉化為味精的理論得率。（2）1000㎏工業(yè)淀粉實際產1000×1.11×99%×56%×93%×95%×1.272=691.6㎏（3）1000㎏工業(yè)淀粉（含量86%的玉米淀粉）產100%MSG量：691.6×86%=594.8㎏（4）淀粉單耗①1t100%MSG消耗純淀粉量：1000/691.6=1.446t②1t100%MSG實際消耗工業(yè)淀粉量：1000/594.8=1.681t③1t100%MSG理論上消耗純淀粉量：1000/1153.5=0.8669t④1t100%MSG理論上消耗工業(yè)淀粉量：0.8669/86%=1.008t（5）總收率：實際產量（㎏）/理論產量（㎏）×100%=691.6/1153.5×100%=59.95%（6）淀粉運用率：1.008/1.681×100%=59.96%（7）生產過程總損失：100%-59.96%=40.04%物料在生產過程中損失的因素：①糖化轉化率稍低。②發(fā)酵過程中部分糖消耗與長菌體及呼吸代謝，殘?zhí)歉?，滅菌損失，產生其他