年产8000吨味精厂发酵车间初步设计 - 图文

摘要

求设计图可联系QQ：874805810

摘 要

本设计论证了味精工厂工艺的各个流程，包括原料预处理、水解糖的制备、淀粉的液化和糖化，种子的扩大培养，谷氨酸的发酵和控制，谷氨酸的等电提取，味精的中和脱色，味精的浓缩结晶和分离干燥等工艺。对整个工厂进行了物料衡算，水电汽用量的估算，对主车间采用的仪器设备的进行了论证和选型。同时对整个工厂进行了选址，车间平面进行了布局，并建立了HACCP体系。根据全厂进行了技术经济分析得出该项目的投资回收期为5年。利用CAD软件绘制了四张味精工厂的相关图纸。

关键词：谷氨酸钠、工艺论证、发酵车间、设备选型、水电汽估算

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年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

ABSTRACT

This design demonstrates monosodium glutamate factory each process，consist of pretreatment of raw material，hydrolysis preparation of sugar，starch liquefaction and glycosylated，The expansion of bacteria cultivation，glutamate fermentation and control，The isoelectric point of glutamic acid extraction，decoloration and PH adjustment，MSG crystallization and separation and concentration。At the same time ,I maked the material calculation for the fermentation workshop, estimate the amount of water, electricity, gas;and selection of the main workshop equipment, established HACCP system.According to the plant's technical and economic analysis indicates that the project's payback period is only 5 years，with apparent effects.

Keywords: MSG, Technology demonstration、 Fermentation workshop、 Equipment selection、 Steam electricity estimate

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目 录

目 录

摘 要 .................................................................................................................................................... 1 ABSTRACT ........................................................................................................................................... 2 绪论 ........................................................................................................................................................ 1

1.味精的主要性质 ........................................................................................................................................... 1 2. 味精生产规模 ............................................................................................................................................. 2 2.1生产规模 ...................................................................................................................................................... 2 2.2 发酵设备规模和数量 ................................................................................................................................. 2 3 味精行业的现状及发展趋势 ....................................................................................................................... 3 3.1 我国味精行业的产业产量.......................................................................................................................... 3 3.2 我国味精行业生产技术现状...................................................................................................................... 3 3.3 我国味精生产技术与国际间的差距 .......................................................................................................... 3 3.4 我国味精的发展对策 ................................................................................................................................. 4 4 味精工厂的设计原则 ................................................................................................................................... 5 5 味精的质量指标 .......................................................................................................................................... 6 6 可行性分析及厂址选择 ............................................................................................................................... 6 6.1 产品需求初步预测 ..................................................................................................................................... 6 6.2 产品方案及拟建规模 ................................................................................................................................. 7 6.3 全年生产计划表 ......................................................................................................................................... 7 6.4厂址选择及规模 .......................................................................................................................................... 7 6.5 主要原料、材料、动力的供应 .................................................................................................................. 8 6.6 环保及主要污染物的处理.......................................................................................................................... 8

第1章 全厂工艺论证 ....................................................................................................................... 9

1.1味精生产工艺概述 .................................................................................................................................... 9 1.2原料预处理 .............................................................................................................................................. 10 1.3 淀粉的水解糖制备 ................................................................................................................................. 10 1.4 淀粉的液化 ............................................................................................................................................. 11 1.5 淀粉的糖化 ............................................................................................................................................. 12 1.6 种子扩大培养 ......................................................................................................................................... 13 1.6.1培养基组成 ............................................................................................................................................. 13

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年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

1.6.2温度 ......................................................................................................................................................... 13 1.6.3 pH值 ........................................................................................................................................................ 13 1.6.4溶解氧 ..................................................................................................................................................... 13 1.6.5接种量 ..................................................................................................................................................... 14 1.6.6培养时间 ................................................................................................................................................. 14 1.7 谷氨酸的发酵与控制 .............................................................................................................................. 14 1.7.1发酵培养基的组成 ................................................................................................................................. 14 1.7.2发酵条件的控制 ..................................................................................................................................... 14 1.7.3 谷氨酸发酵过程分析 ............................................................................................................................ 17 1.7.4 发酵异常情况及其处理 ........................................................................................................................ 18 1.8 谷氨酸的提取 ......................................................................................................................................... 18 1.9 谷氨酸制取味精 ..................................................................................................................................... 20 1.9.1 中和 ........................................................................................................................................................ 20 1.9.2 除铁和脱色 ............................................................................................................................................ 21 1.10 味精溶液的浓缩结晶 ............................................................................................................................ 22 1.10.1浓缩 ....................................................................................................................................................... 22 1.10.2 结晶 ...................................................................................................................................................... 23 1.10.3 味精的分离、干燥、筛选和包装 ....................................................................................................... 23

第2章 物料衡算 ............................................................................................................................. 25

2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算 .............................................................................................................. 25 2.1.1 工艺技术指标及基础数据 .................................................................................................................... 25 2.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算................................................................................................................. 26 2.1.3 年产8000吨味精厂发酵车间的物料衡算结果 ................................................................................... 27

第3章 设备设计与选型 ................................................................................................................ 29

3.1 发酵车间设备选型 ................................................................................................................................. 29 3.1.1发酵罐................................................................................................................................................... 29 3.1.2 二级种子罐 .......................................................................................................................................... 30 3.1.3 一级种子罐 .......................................................................................................................................... 30 3.1.4 糖化罐 .................................................................................................................................................... 30 3.1.5 等电点罐 ................................................................................................................................................ 31 3.1.6 中和罐 .................................................................................................................................................... 31 3.1.7 板框过滤器 ............................................................................................................................................ 32 3.1.8 离子交换柱 ............................................................................................................................................ 32 3.1.9 离心泵 .................................................................................................................................................... 33 3.1.10 暂储罐 .................................................................................................................................................. 33

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目 录

3.1.11 发酵车间设备一览表 .......................................................................................................................... 34 3.2 其他车间设备选型 ................................................................................................................................. 34 3.2.1 浓缩结晶罐 ............................................................................................................................................ 34 3.2.2真空泵 ..................................................................................................................................................... 35 3.2.4 振动流化床 ............................................................................................................................................ 35 3.2.5 包装机 .................................................................................................................................................... 36 3.2.6 离心机 .................................................................................................................................................... 36 3.2.7 其他车间设备选型一览表 .................................................................................................................... 36

第4章 水电汽用量估算 ................................................................................................................ 37

4.1 热量衡算 ................................................................................................................................................. 37 4.1.1 液化加热蒸汽量 .................................................................................................................................... 37 4.1.2 糖化工序热量衡算 ................................................................................................................................ 38 4.1.3 连续灭菌和发酵工序的水汽衡算 ......................................................................................................... 39 4.2发酵车间的用水估算 ............................................................................................................................... 42 4.2.1 培养基用水 ............................................................................................................................................ 42 4.2.2 发酵罐清洗用水 .................................................................................................................................... 42 4.3 全厂的用电估算 ..................................................................................................................................... 43 4.3.1 全厂生产用电量 .................................................................................................................................... 43 4.3.2 全厂生活用电 ........................................................................................................................................ 44

第5章 生产车间工艺布置 ........................................................................................................... 45

5.1生产车间工艺设计 .................................................................................................................................. 45 5.2生产车间非工艺设计 ............................................................................................................................... 46 5.3 车间辅助单位 ....................................................................................................................................... 46 5.3.1化验室 ..................................................................................................................................................... 46 5.3.2菌培室 ..................................................................................................................................................... 46 5.3.3机修车间 ................................................................................................................................................. 47 5.3.4其他辅助工程 ......................................................................................................................................... 47 5.3.5运输设施 ................................................................................................................................................. 47

第6章 工厂平面设计与卫生 ....................................................................................................... 48

6.1工厂设计与设施 ...................................................................................................................................... 48 6.1.1厂区和道路 ............................................................................................................................................. 48 6.1.2 厂房与设施 ............................................................................................................................................ 48 6.1.3 供水系统 ................................................................................................................................................ 48 6.1.4全厂主要建筑物及构造物组成 .............................................................................................................. 48

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年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

6.2 原料采购、运输、贮藏的卫生 .............................................................................................................. 49 6.2.1采购 ......................................................................................................................................................... 49 6.2.2运输 ......................................................................................................................................................... 49 6.2.3贮藏 ......................................................................................................................................................... 49 6.3 生产过程中的卫生 ................................................................................................................................. 50 6.3.1原料及辅料 ............................................................................................................................................. 50 6.3.2包装容器 ................................................................................................................................................. 50 6.3.3防止交叉污染 ......................................................................................................................................... 50 6.3.4包装 ......................................................................................................................................................... 50 6.4 成品贮藏、运输的味精 .......................................................................................................................... 50 6.5 工厂的卫生管理 ..................................................................................................................................... 51 6.5.1维修、保养 ............................................................................................................................................. 51 6.5.2清洗、消毒 ............................................................................................................................................. 51 6.5.3废弃物处理 ............................................................................................................................................. 51 6.6 个人卫生与健康管理 .............................................................................................................................. 51 6.6.1个人卫生 ................................................................................................................................................. 51 6.6.2健康管理 ................................................................................................................................................. 52 6.7 卫生与质量检验管理 .............................................................................................................................. 52

第7章 技术经济分析 .................................................................................................................... 53

7.1 直接成本费 ............................................................................................................................................. 53 7.1.1 原辅料费用 ............................................................................................................................................ 53 7.1.2 包装材料费用 ........................................................................................................................................ 53 7.1.3 水电费用 ................................................................................................................................................ 54 7.1.4 设备折损费用及维修费用 .................................................................................................................... 54 7.1.5 员工工资结算 ........................................................................................................................................ 54 7.2 间接成本费 ............................................................................................................................................. 54 7.3 销售收入 ................................................................................................................................................. 55 7.4 税金 ........................................................................................................................................................ 55 7.5 年净利润 ................................................................................................................................................. 55 7.6 投资回收期 ............................................................................................................................................. 55

第8章 HACCP体系的建立 .......................................................................................................... 56

8.1 产品描述和确定预期用途 ...................................................................................................................... 56

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目 录

8.2 工艺简述和流程图 ................................................................................................................................. 56 8.3 危害分析（HA） .................................................................................................................................... 56 8.4 确定关键控制点（CCP）和关键限值（CL） ......................................................................................... 57

致谢 ..................................................................................................................................................... 61

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绪 论

绪 论

1.味精的主要性质

味精是谷氨酸的一种钠盐C5H8NO4Na ，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，亦称味素。此外还含有少量食盐、水分、脂肪、糖、铁、磷等物质。味精是鲜味调味品类烹饪原料，以小麦、大豆、玉米等含蛋白质较多的原料经水解法制得或以淀粉为原料经发酵法加工而成的一种粉末状或结晶状的调味品，也可用甜菜、蜂蜜等通过化学合成制作。

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。

味精具有吸湿性，味道极为鲜美，溶于3000倍的水中仍具有鲜味，其最佳溶解温度为70℃～90℃。味精在一般烹调加工条件下较稳定，但长时间处于高温下，易变为焦谷氨酸钠，不显鲜味且有轻微毒性；在碱性或强酸性溶液中，沉淀或难于溶解，其鲜味也不明显甚至消失。它是既能增加人们的食欲，又能提供一定营养的家常调味品。

1.1

味精的物理性质[1]

（1） 性状：味精是无色无味至百色的柱状结晶或白色的结晶性粉末。 （2） 分子式：C5H8NO4Na﹒（H2O） 相对分子质量：187.13 （3） 结晶系：斜方晶系柱状八面体

（4） 密度：例子相对密度1.635，视相对密度0.80~0.83 （5） 比旋光度：【a】20D=24.8０~25.3０

（6） 溶解度：味精易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，难溶于结晶 （7） PH值：7.0 （8） 全氮：7.48%

（9） 熔点：195 0C（在125 0C以上失去结晶水）

（10） 热稳定性：常温~1000C脱湿；1000C ~1200C稳定；1200C ~1300C失去结晶

水；1300C ~1700C稳定；1700C ~2500C分子内脱水；2400C ~2800C热分解；2800C及以上炭化。 1.2味精的化学性质

味精的化学名称：谷氨酸钠，又名麸酸钠。

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（1） 与酸、碱反应

与盐酸反应：C5H8NO4Na+HCL→C5H9O4N+NaCl 与碱反应： C5H8NO4Na+NaOH→C5H7NO4Na2+H2O （2）味精的等电点：pI=6.96

2. 味精生产规模

我国味精生产虽然发展很快，但还有生产效率低、生产成本高、脱色效果不理想、污水处理不彻底等缺陷，味精污染严重，特别是谷氨酸生产环节污染严重，前几年停掉了很多谷氨酸的生产企业。所以，国家产业政策调整，节能减排的工作力度加大，以及产能和市场形势的变化都会导致味精市场格局和成本价格的变化，给味精企业带来定的原材料风险及成本风险。与国际先进水平相比仍有很大差距，造成了很大浪费。

虽然，目前在各生产企业的先后投资建设治污工程后，能够达到国家排放标准要求，但大部分采用的是末端治理技术，不仅投资大、治理费用高，也严重束缚了味精行业自身的健康发展，而且废水中有用物质得不到利用，难以符合节约资源、发展循环经济的要求。

2.1生产规模

生产规模取决于市场，而市场的占有率主要由生产成本决定。生产成本主要取决于以下4个方面：

（1） 地区优势（包括原材料、动力价格和地方政策等）； （2） 技术水平和管理水平；

（3） 规模效益（在生产规模较小时，如年产量2万吨以下，增加产量，明显

降低成本，但产量较大时，影响不大）；

（4） 运转费用（取决于设备设计、设备配套和技术管理等）。

地区优势是难以改变的，当生产规模较大时再扩大生产对生产成本的影响不大。生产成本的降低应从建厂开始，重视合理设计设备，合理进行设备配套，将产量规模与设备规模结合，降低运作费用；选择先进的生产工艺和强化技术管理，提高技术水平，降低单耗。

2.2 发酵设备规模和数量

发酵设备规模指发酵罐的容积的大小，在考虑发酵罐容积大小时，必须同时

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绪 论

考虑发酵罐数量。从单个发酵罐来看，容积大，生产容易稳定，发酵水平较高，每吨理论麸酸的动力消耗低，操作人员少。但发酵罐个数太少，水、电、蒸汽、无菌空气等动力耗用量不平衡，运转费用高。原料投入、动力消耗最稳定、均衡，管理操作人员最少。选择发酵工艺时应该根据厂家的具体情况，如所用的原料、发酵设备、提取工艺、水、电、及污水处理等条件来决定。无论采取哪一种工艺都必须达到提高效率、降低单耗、降低成本，而不能片面追求某一项高指标。如果单耗高、生产成本高，就是某些指标高也是无用的，必须考虑综合效益。

3 味精行业的现状及发展趋势

3.1 我国味精行业的产业产量

我国味精产量发展很快，1985年为1975年的6.7倍，而1990年为1980年的八倍。1991年我国的味精总产量为27万吨，是1965年的64.7倍。近几年更是迅猛发展，2004年产量达到110万，2004~2008年味精产量以年平均增长率为13.6%的速度增长。目前我国味精主要集中在十几家大型企业，山东、河南、河北三地产量占全国总产量近80%。根据国家统计局统计的数据，2010年前8个月，我国味精制造行业的总资产达到了311.6亿元，同比增长23.81%，总销售收入为287.2亿元，同比增长了20.72%。

3.2 我国味精行业生产技术现状

近年来，由于国家产业 政策不断地调整、清洁生产及排污标准的实施和科技水平不断的提升，使得味精的生产及产品质量都得到了不断的完善。“双酶法生产技术”及“新型浓缩等电结晶工艺偶联膜处理提取技术”的广泛应用使得味精行业的提取率、收率和能耗等指标均有较大程度的改善。

随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺改变为现在以糖质为原料发酵法生产工艺。发酵法制造味精的生产技术进步较大，尤其近几年进展更快，无论菌种还是工艺方法及装备水平都在逐步缩小与国际间的差距。

3.3 我国味精生产技术与国际间的差距

尽管我国味精工艺技术指标水平进步很快，但与国际先进水平仍有较大差距，

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年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

国外优势主要表现在以下几个方面：

3.1.3.1原料：粗原料糖蜜、少数淀粉，具有成本优势。

3.1.3.2生产方式：提取、精制生产单元连续生产方式，效率高、劳动强度低。 3.1.3.3装备水平：自动化程度高，广泛采用计算机，机器装备先进，运行稳定，生产环境好。

3.1.3.4生产率：设备产能高，生产能力比我们高50％，人员劳动生产率高，相同规模但人员仅是我们的1／10。

3.1.3.5生产技术水平较高：发酵产酸14～16％，转化率62～67％、精制收率97～98％。

3.1.3.6生产工艺方法：

（1）谷氨酸发酵：高生物水平、添加青霉素或采用温度敏感型菌株，低糖连续流加方式，发酵强度高，夫酸热量高，利于精制收率提高及产品质量的提高，并且利于环保治理。

（2）提取：连续浓缩等点法精制：连续结晶，并引入多效蒸发装备，蒸汽消耗低。

环保治理：资源化利用高，生产液体肥料或固体肥料，治理彻底，完全达标排放，并且有一定收益。

3.4 我国味精的发展对策

当前我国味精行业提高经济效益的发展对策是：合理利用原材料；采用新菌种、新工艺、新技术、新设备，提高技术水平，防止噬菌体污染，节能降耗；逐步实现自动控制，提高劳动生产率全面降低成本，参与国际竞争。同时搞好废水治理，提高环境和社会效益。 3.1.4.1 合理利用原材料

精淀粉原料，双酶法比酸法糖质量好，成本也降低；玉米加工制糖、大米和木薯粗粉双酶法制糖成本较低；最便宜为糖蜜。 3.1.4.2 采用新工艺、新技术、提高技术水平

降低成本，增加经济效益的关键是提高技术水平。

（1）改进发酵工艺，提高发酵水平 采用高生物素添加青霉素流加糖工艺，重量大，生物素丰富，菌体生长快，添加青霉素后，产算快，产算高，周期短。由于发酵前期菌体量多，又同步进入生产型，产算速度很快，发酵后期虽然流加糖量大，但这是菌体浓度与生物素“亚适量”工艺的菌体弄度差不多，对产算速度影响不大。

（2）改进提取工艺，提高提取收率 该井等电点工艺，采用连续等电点和避

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绪 论

免生成β型结晶的技术措施，同时研究新型的沉降式离心机分离菌体，结合膜浓缩的研究，提取收率可高达95%。

3.1.4.3 生产设备大型化、自动化，关键设备先进化

（1）发酵罐的大型化、自动化，达到稳定生产水平，提高效率，降低动力消耗和操作费用。

发酵过程中应事先自动控制，避免人工操作误差，这是稳定生产的关键环节，尤其是温度、pH、风量、风量、罐压、流加糖等计数操作应自动控制。

（2）引进先进的空气过滤器，选用无油润滑的螺杆式空压机，改造传统的空气净化设备.

（3）选板式换热器用培养基灭菌，三只一组，节约蒸汽和冷却水。 （4）引进世界生产的较先进高速离心机，提高收率，灌水含水可达8%，连续操作，减轻劳动强度。

3.1.4.4 加强废水治理和综合利用，提高环境效益

味精废水排放标准已颁布，各厂应达标排放，提高环境效益。废液制酵母已有成功经验，要推广应用。

3.1.4.5深化改革，降低产品成本，参与国际竞争

强化企业内部改革，调动职工积极性。彻底防止噬菌体污染，采用新工艺，节能降耗，降低产品的生产成本，提高竞争能力，扩大产品销售市场。 3.1.4.6 跳出单一产品模式，开发多种类产品，提高企业的抗风险能力 3.1.4.7 发展高科技

（1）用重组DNA技术选育高产优良菌种； （2）电子计算机和各种传感器控制发酵生产过程； （3）利用固定化微生物生产谷氨酸； （4）以CO2和N2为原料，酶法合成谷氨酸；

4 味精工厂的设计原则

味精工厂设计的工作原则大体上从以下及方面考虑：

4.1 设计工作做到精心设计，投资少，技术新，质量好，收效快，同收期短，使设计工作符合社会主义经济建设的总原则。

4.2 设计工作必须认真进行调查研究，要学会查阅文献，搜集设计必须的技术基础资料，加强技术经济的分析工作，深入调查，与同类型厂的先进技术的经济指标相比较，要善于从实际出发去研究分析碰到的问题。

4.3 设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通常性和独立性相结合的原

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年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

则。工厂生产规模、产品品种的确定，要适应国民经济的要求，要考虑资金来源，建厂地址、时间、三废综合利用等条件，并适当留有发展余地。

4.4 设计应采用新技术，力求在设计时，在技术上具有现实性和积极性，在经济上具有合理性，并根据设备和控制系统，在资金和供货可能的情况下，尽可能的提高劳动生产率，逐步实现机械化和自动化。

4.5 味精工厂设计还应考虑采用微生物发酵工厂的独特的要求，注意周围环境的清洁卫生以及工厂内车间与车间之间对卫生、无菌、防火等条件的相互影响。

4.6 设计工作应加强计划性，各阶段工作要有明确的进度。

5 味精的质量指标

味精质量符合中华人民共和国国家标准GB8967-88

项目 含量 % 透光率 % 比旋光度【α】D20 氯化物（以Cl计）

PH 干燥失重 % 砷（As） 重金属（以Pb计）

铁（Fe） 锌（Zn） 硫酸盐（SO2）

指标 ≥99.0 ≥98 +24.8o~+25.3o

≤0.1 6.7~7.2

≤0.5 ≤0.5 ≤10 ≤5 ≤5 ≤0.03

6 可行性分析及厂址选择

6.1 产品需求初步预测

今年来，由于我国人民的生活水平不断提高，对味精的需求量也在不断增加，我国自2002年味精产量突破百万吨，工业总产值达到150亿元之后，味精产量和销售收入一直呈线性增长。根据国家统计局统计的数据，2010年前8个月，我国味精制造行业的总资产达到了311.6亿元，同比增长23.81%，总销售收入为287.2亿元，同比增长了20.72% 。所以，我国味精行业的发展前景非常广阔。

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绪 论

6.2 产品方案及拟建规模

6.2.1 产品方案

计划每年生产8000吨纯度为99%的味精，每年工作日为300天，实行3班制，发酵周期为38小时，生产周期为48小时。

6.2.2 生产工艺流程

味精生产全过程可分为四个工艺阶段：原料的预处理和淀粉水解糖的制备，种子的扩大培养与谷氨酸的发酵，谷氨酸的提取，谷氨酸制取味精以及味精成品加工；

6.3 全年生产计划表

月份 工作天数 月份 工作天数

一 24 七 25

二 20 八 25

三 28 九 27

四 24 十 23

五 23 十一 27

六 26 十二 28

图6.3 全年生产计划表

6.4厂址选择及规模

厂址选在四川省遂宁市船山区金龙工业港园区[2]内，遂宁市位于四川盆地中部腹心，涪江中游，地处成都和重庆两座特大城市的中心节点，城区平坦，东邻重庆、广安、南充，西连成都，南接内江、资阳，北靠德阳、绵阳，与成都、重庆均为146公里左右，呈等距三角。具有绝佳的自然资源，涪江支流呈树枝状分布，境内流域面积5172.4平方公里，由于丘陵低山的地貌形成的较大落差，是众多河流为遂宁提供了充足的水利资源。同时，遂宁市四川的第二大交通枢纽城市，正在围绕四川省委提出的“把遂宁建成四川重要的次级交通枢纽”和“成渝经济区的黄金节点”，加快了交通基础设施建设步伐。船山区金龙工业港是遂宁市重点发展化工和生物技术等产业的集中区。

工厂占地面积14000平方米，采用先进的工艺技术及设备，每年生产8000吨纯度为99%的味精。

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年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

6.5 主要原料、材料、动力的供应

6.5.1 原料供应

主要原料为玉米淀粉，连同其他辅助原料资源都是非常丰富，而该项目所在地交通便利，能够在本地或附近城市采购，可保证味精的持续生产。 6.5.2 水电汽的供应

金龙工业港位于遂宁过军渡水利枢纽工程附近，水源和电力供应都充足；而厂内设有锅炉车间，可以保证集中供热供汽。

6.6 环保及主要污染物的处理

拟建项目产生的主要污染物及控制： 6.6.1 废水及控制

味精工厂主要的生产废水为玉米浸泡和清洗、谷氨酸发酵、味精精制、设备清洗等工序产生的废水以及包括工人的生活用水。生产废水因含较多的谷氨酸等有机物，存在一定的营养物质，故不能直接排出，同时也会降低味精产率，增大生产成本。

由于废水中含有有机物，属于中等浓度的有机废水，故适合用生物处理法，使用厌氧-好氧二段生物处理法，建立废水车间，降低废水的COD，达标后可以循环使用。 6.6.2 废气的处理

大气污染源主要是锅炉房燃烧煤炭时释放出来的CO，SO2及生产中的原料氨气，辅料HCl，H2SO4副产物H2S等有害气体，不能直接排入大气层，需要经过相关处理后，使有害气体排放量低于国家最高允许排放浓度。如含SO2废气应用纯碱吸收，H2S应用H2SO4吸收。使用液体石蜡与空气隔离等措施防止其逸出，对于泄露的少量废气通过机械排风和风筒高空排放等方式，基本上可以做到不超标。

6.6.3 废渣粉尘及处理

味精厂的废渣来自于锅炉炉灰渣、粉煤灰和发酵后的渣，前者可以用于铺路和做建筑保温材料，后者可售出做饲料。 6.6.4 噪音污染及控制

味精企业主要的噪音来源于发酵罐、空压机、高速离心机、干燥机以及大功率的搅拌设备等。通过降低电机转数，选用噪声小的减速机，使用减振器和吸声罩等办法降低噪声。

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第1章 全厂工艺论证

第1章 全厂工艺论证

1.1味精生产工艺概述

菌种 原料 空气 斜面培养 预处理 空气压缩一级种子罐扩大培养 液化 冷却 除铁 二级种子罐扩大培养 气液分离 过滤 糖化 过滤除菌 脱色 配料 浓缩结晶 发酵 离心 等电点调 大结晶 沉淀 离心 干燥 粗谷氨酸 粗谷氨酸 母液 过滤 溶解 离子交换处成品味精 理 中和制味精 粗谷氨酸溶 图 1.1 味精生产总工艺流程图

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味精的整个生产过程可以分为四个工艺阶段：原料的预处理和淀粉水解糖的制备；种子的扩大培养与谷氨酸的发酵；谷氨酸的提取；

谷氨酸制取味精以及味精成品加工；

由于这四个工艺阶段，味精生产工厂一般把味精生产分为：糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间，除以上四个车间外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了热电车间，热电车间的工作原理就是通过燃烧煤炭加热锅炉产生蒸汽，把蒸汽通过供气管路输送到各个生产需求部位，以满足各生产部门对热量的需求。

此外，为保障整个生产过程中的用水量，还要设置供水站。所供的水经消毒，过滤系统处理，通过弓虽管路输送到各个生产需求部位。

味精生产的总工艺流程图见上页图1.1

1.2原料预处理

此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛的结构较为简单，使用方便。

用于原料粉碎的设备有盘磨机，锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。

预处理的主要目的是为了降低生物素的含量，因为预处理主要是糖蜜的处理，糖蜜中含有过量的生物素，会导致菌体不产谷氨酸的后果，从而影响谷氨酸的积累和提取。

预处理的方法：

1.2.1、活性炭处理法：吸附

1.2.2、水解活性炭处理法：用盐酸水解糖蜜后在吸附。 1.2.3、树脂处理费：通过脱色树脂交换柱。

1.3 淀粉的水解糖制备

在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖业称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或者糊精做碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵菌使用。

目前水解淀粉的方法有：酸解法，酸酶法，酶酸法和双酶法。 1.3.1酸解法

酸解法是传统的制糖方法。是利用无机酸为催化剂，在高温高压条件下，将

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第1章 全厂工艺论证

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成的副产物多，影响糖液纯度，使淀粉转化率降低。采用酸解法生产的糖液，一般DE值只有90%左右。而且对淀粉原料要求严格，不能才有粗淀粉，而要求纯度较高的精制淀粉。而且要求设备耐腐蚀、耐高温、耐压。 1.3.2酸酶法

酸酶法是先将淀粉用酸水解成糊精或者低聚糖，然后用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。其酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高，但是适用于淀粉颗粒紧密的原料。 1.3.3酶酸法

酸酶法工艺主要是将淀粉乳先用α—淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。该工艺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。 1.3.4双酶法

也称酶解法，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。双酶法可分为两步：第一步是液化过程，用α—淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加。第二步是糖化，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖。此法所得糖液纯度高，DE值可达98%以上。每100份淀粉能得到108份葡萄糖，已接近理论产率111份葡萄糖。

现国内许多味精厂采用的双酶法制糖工艺。其主要优点为，糖液质量高，糖粉对糖转化率高，工艺条件温和，耗能少，副产物少，对原料的适应性强，利于发酵和提取。

工艺流程为：原料→粉碎→加水→液化→糖化→淀粉水解糖。

1.4 淀粉的液化

淀粉液化的方法很多，有间歇液化法、连续进出料液法、喷射液化法、分段液化法等。

1.4.1 间歇液化法：液化是在密闭的液化锅内进行，把淀粉乳浓度调成13~14

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Bé，用纯碱溶液调pH至6.2~6.4，加入适量氯化钙，使钙离子浓度为0.01mol/L;

加入需要的α-淀粉酶，搅拌均匀后，输入液化锅内，在保持锅内料液充分翻腾下，加热到88~90 0C，保温20~30min左右。用碘液检查打到液化完全为止。再加热100℃灭酶15min。

1.4.2 连续进出料液法：设备要求简单，一般在开口的装有小搅拌器的液化

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管的液化锅中进行。上层锅口接近液面处装有输送淀粉乳的环形喷淋管，下面装有分段的蒸汽加热器，将淀粉乳调整好pH值和钙离子浓度，按规定加入需要量的淀粉酶，把淀粉乳用泵连续输送，经环形喷淋管进入液化层，上层蒸汽管加热器始终控制液温在88~90℃。使淀粉受热液化，经过盘管加热保温，液化液由锅的底部连续流出，达到需要液化的程度。

1.4.3 连续喷射法：是利用喷射器将蒸汽直接喷射入淀粉乳薄层，在短时间内达到要求的温度，经层流罐保温、再经灭酶，使之迅速完成淀粉的糊化、液化。采用该法液化均匀，完全，可实现连续化生产。

我国目前多数味精厂采用的间歇式液化法。不过，近几年推广应用连续喷射法。

液化工艺流程：淀粉→调浆→配料→一次喷射液化→液化保温→二次喷射→高温维持→二次液化→冷却。

在配料罐内，把粉浆乳调到17~250Bé，用Na2CO3调至pH5.5~7.0，并加入0.15%~0.30%氯化钙，作为淀粉酶的保护剂和激活剂，最后加入耐高温α-淀粉酶0.5L/t,淀粉料液搅拌均匀后用泵把粉浆打入喷射液化器，在喷射器中粉浆和蒸汽直接相遇，出料温度95~105℃。从喷射器出来的料液，进入层流罐保温30~60min,温度维持在95~97℃，以碘色反应呈棕红色即可。然后进行二次喷射，在第二只喷射器内料液和蒸汽直接相通，温度升至120~145℃，并在维持罐内维持5~10min，把耐高温的α-淀粉酶彻底杀死，同时淀粉会进一步分散，蛋白质会进一步凝固。然后料液经板式换热器冷却至70℃以下，进入糖化罐。从板式换热器出来的热水供配料和洗滤渣用。

1.5 淀粉的糖化

淀粉的糖化主要是淀粉液化液经α-糖化酶的作用，将已水解成糊精和低聚糖等较小的分子产物进一步水解成葡萄糖。

糖化酶又名糖化型淀粉酶或者淀粉葡萄糖苷酶，它作用淀粉分子时，不仅可以水解α-1,4葡萄糖苷键，还能水解α-1,6键和α-1,3键。它可以直接由淀粉水解成葡萄糖，也能水解糊精、低聚糖、麦芽糖。糖化酶可将全部淀粉水解为β-葡萄糖，故统称为糖化酶。

糖化的工艺流程：

液化液→糖化→灭酶→过滤→贮罐计量→发酵。

糖化温度60±1℃，pH4.0~4.4，糖化酶加量按100~120U/g干淀粉计算。糖化时间为30~40h，以无水乙醇检查无白色沉淀为终点，终点DE值为95~98%。然后将物料加热至80~85℃，灭酶30min。然后糖液先用Na2CO3 水溶液调

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第1章 全厂工艺论证

pH4.8~5.0，不加或少加助滤剂（活性炭或珍珠岩），然后过滤。不加助滤剂的滤渣可用做饲料，所得糖液为淡黄色或无色透明液体，还原糖含量25~38% 。

1.6 种子扩大培养

现代的发酵工业生产规模越来越大，每只发酵罐的容积有数十立方米,甚至数百立方米.要使微生物在数十小时的较短时间内完成如此巨大的发酵转化的任务,那就必须具备数量巨大的微生物细胞群体才行。菌种的扩大培养就是要为每次发酵提供相当数量的代谢旺盛的种子。

目前我国各工厂使用的菌株主要是钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物所谓生长因子。种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采用二级种子扩大培养的流程，即：斜面培养→一级种子培养→二级种子培养→发酵罐。

1.6.1培养基组成

种子培养基要求含有丰富的氮源，足够的生物素，少量的碳源，以利于菌体生长。如果糖分过多，菌体代谢活动旺盛，产生有机算，使pH降低，菌种容易衰老。

1.6.2温度

幼龄菌对温度变化敏感，应避免温度过高，波动过大。

1.6.3 pH值

零小时时pH值不宜过高，培养结束pH不宜过低，pH上升后有所下降时，培养时间已接近结束。

1.6.4溶解氧

长菌阶段对氧的要求比发酵时低，溶氧水平过高，抑制长菌

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1.6.5接种量

接种量过少，菌体增长缓慢，适应期长，培养时间，影响种子活力。但种量过大，在拼瓿操作中易引起污染，一般，种量为1%左右为宜。糖蜜发酵加种量要大于淀粉质原料。

1.6.6培养时间

培养时间不宜太长，以7~8h为好，掌握对数生长期作为种子接入发酵罐。

1.7 谷氨酸的发酵与控制

以淀粉、大米水解糖为原料，发酵法生产谷氨酸的基本要素，是采用优良的菌株和控制合适的环境条件。谷氨酸生产菌所以能够在体内合成谷氨酸，并排出体外，关键是菌体的代谢异常化，即长菌型细胞在生物素贫乏条件下，转变成伸长、膨大的产酸型细胞。这种代谢异常化的菌种对环境条件是敏感的。由此可见谷氨酸发酵时一个复杂的生化过程。它是建立在容易变动的代谢平衡上的，经常收到环境条件的影响。菌种的性能越高，使其表达接近它应有的生产潜力所必须的条件就越难满足，对环境条件波动越敏感。故要想获得高酸、高转化率、高效益的谷氨酸发酵生产，除了选择优良的谷氨酸生产菌外，还必须按所用菌株的特性，选择适宜的发酵工艺，控制最佳的发酵工艺条件。

1.7.1发酵培养基的组成

谷氨酸发酵培养基包括碳源、氮源、无机盐及生长因子等。要根据不同的菌种、不同的原料质量而定；原料的选择既要考虑到菌体生长繁殖的营养要求，更要考虑到有利于大量积累谷氨酸，还要注意到原料来源丰富、价格便宜、发酵周期短、对产物提取无妨碍等因素。

发酵开始前，首先必须对配制的发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。

1.7.2发酵条件的控制

谷氨酸发酵过程可分为三个阶段[3]，长菌阶段、长菌型细胞向产酸型细胞的转移阶段与产酸阶段。

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第1章 全厂工艺论证

发酵条件控制一般包括：发酵过程温度的控制、pH控制、种龄与种量的控制、泡沫控制、排气CO2控制、通风与?OD的控制以及菌体形态变化与OD的变化等。

1.7.2.1 发酵过程温度的控制

谷氨酸产生菌的最适生长温度为30-34℃，其中T6—13及其突变株比较耐高温，斜面、一级、二级种子和发酵开始温度选用30-32℃。发酵产酸的最适温度为34-38℃，B9、7338取34-36℃；T6—13取36—38℃。在谷氨酸发酵前期长菌阶段采用与种子扩大培养时相应的温度，以满足菌体生长最适温度。

1.7.2.2 pH控制

谷氨酸产生菌的最适pH值因菌株而异，一般为pH值6.5~8.0，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下(pH值5~6)形成谷酰胺和N—乙酰谷酰胺。谷氨酸发酵在不同阶段对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。发酵前期若pH值偏低，菌体生长旺盛，消耗营养成分快，菌体转人正常代谢，繁殖菌体而不产酸；若pH值过高，抑制菌体生长，糖代谢缓慢，发酵时间延长。故谷氨酸发酵在正常情况下，为了保证足够的氮源，满足谷氨酸合成的需要，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pH值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。

1.7.2.3 种龄与种量的控制

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时；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。一般一级种子种龄9—12小时，二级种子种龄7—8小时。

种量是指培养好的种子液数量占接人发酵培养基数量的百分比。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，并不利于提取；种量增加时，适应期缩短，发酵周期短，设备利用率高。目前国内一次低中糖发酵，接种量为1％-2％左右；应加大接种量到10％左右为好，尤其是采用高生物素添加青霉素流加糖的发酵工艺时，更要加大接种量，以达到高产酸、高转化率、高设备利用率及控制发酵周期在30-32小时的目的。

1.7.2.4 泡沫控制

在谷氨酸发酵中，由于通气搅拌与菌体代谢产生的二氧化碳，使培养液产生大量泡沫。但泡沫过多会影响氧的传递，影响通气搅拌效果；控制不好，还会引起大量逃液，造成浪费和环境的污染；泡沫上升到罐顶，会从轴封渗出，造成染菌的危险。

目前发酵工业上消除泡沫的方法，大都采用机械消泡器消泡与化学消泡剂消泡相结合的办法。机械消泡器常用耙式消泡器，或离心式、刮板式、碟片式等消

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泡器。化学消泡剂常用的有植物油(花生油、豆油等)、矿物油，以及合成消泡剂(如泡敌、甲基硅油、BAPE、PPE等)，消泡效果好，作用快，尤其是合成消泡剂效率高、用量少。

近年来，味精厂普遍采用BAPE或PPE型消泡剂代替食用油消泡。BAPE、PPE属非离子型表面活性剂，消泡能力强、用量少，诲性低、使用方便。

1.7.2.5 排气CO2控制

谷氨酸发酵在菌体呼吸充足时显示最大产量，必须供给菌体充足氧气，氧的满足程度要求达到1．0。一般控制二氧化碳13％左右，发酵开始4-5小时排气中二氧化碳迅速由0升至13％以上，此时应加大通风，以保持在13％；小于13％时，降低通风。发酵中期至后期，通风需下降，才能保持排气中二氧化碳在13％左右，发酵后期可降到10％，最后放罐前控制在8％以上，绝不能降到0，以免后期通风过大而影响产酸。控制排气中二氧化碳的方法，简便易行，一方面可以保证供氧，另一方面还能帮助发现污染杂菌或噬菌体。

提前发现噬菌体感染：在正常通风条件下，二氧化碳一反常态，迅速下跌，说明菌体污染噬菌体，菌体一死，立即停止呼吸，不再放出二氧化碳，故二氧化碳在正常通风条件下迅速下跌，比细胞裂解所造成的OD下降可早2-4小时，这样就可以帮助我们及早采取措施防治噬菌体的感染，以减少损失。

帮助发现杂菌感染：在正常通风条件下，二氧化碳上升并连续上升，不符合正常规律，说明发酵污染杂菌，要及早采取措施。

1.7.2.6 通风与?OD的控制

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；希望在谷氨酸生产器，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，而抑制其生长；谷氨酸生产菌呼吸时，只能利用溶解于培养基中的氧，只有通过搅拌，均匀地溶解于培养基内的一部分氧分子透过细菌细胞膜进入细胞才能被利用。溶氧大小主要是由通气量与搅拌两大因素决定。而两者比较，搅拌的转速比增加通气量效果更佳显著；同时培养基内溶解氧还取决于发酵罐的高径比、液层高度、搅拌型式、搅拌叶直径大小，以及培养液浓度、培养温度、罐压等。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。所以，增大搅拌转速比增大通风量对溶氧系数提高更显著。在发酵前期，以低通风量为宜；发酵中后期，以高通风量为好。当培养基浓度高、营养丰富生物素用量大时，应采用高通风量。当菌体生长缓慢、PH偏高时，应减少通风量，或停止搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，以抑制生长和满足合成谷氨酸所必需的足够能量。

1.7.2.7 菌体形态变化与OD的变化

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第1章 全厂工艺论证

OD值是谷氨酸发酵过程中菌数多少，菌体大小和发酵液色素深浅的综合表示。发酵开始0~8h或0~10h，此段时间细胞主要是长菌型细胞，细胞渡过适应期开始繁殖，很快进入对数生长期，菌体大量繁殖，OD直线增长，耗糖加快、代谢旺盛，温度上升，产生CO2，此时8~16h或10~18h，此阶段的细胞为转移期细胞，生物素含量有“丰富转向贫乏”，细胞开始伸长、膨大，细胞形态急剧变化，由长菌型细胞转化成产酸型细胞；菌体细胞数量在此阶段达到最大值，并保持稳定；8~12h的△OD反映有细胞数量增加，12h以后的△OD主要是细胞继续伸长膨大的反映，此阶段要完成谷氨酸非积累型向谷氨酸积累型细胞的转移，是非常重要的，此阶段通风量达到最大值，OD达到最大值并保持稳定，放热也达最大值，开始产酸并逐渐加快产酸；一般来说，加大通风量对菌体细胞伸长、膨大有促进作用。发酵16~30h或18~32h，此阶段为产酸细胞，菌体细胞完成谷氨酸非积累型向谷氨酸积累型细胞的转化后，细胞形态几乎都伸长、膨大，伸长拉大2~4倍，细胞边缘大量积累谷氨酸，耗糖、耗氨与产酸相适应，产酸、产酸速率转化率达最高值；发酵后期细胞较长，多呈现有横隔的多节细胞，产酸高，转化率告示尤甚；后期逐步降风，当RG降到1%，根据发酵情况，可将风量降到最低，以促进中间产物转化为谷氨酸。

1.7.3 谷氨酸发酵过程分析

1.7.3.1 以液氨为氮源

长菌 谷氨酸发酵菌的经验结构式经元素分析约C8H13O4N，计算分子量为187.

2C6H12O6+NH3+7/2O2→C8H13O4N+4CO2+7H2O 产酸 C6H12O6+NH3+3/2O2 →C5H9O4N+CO2+3H2O 菌呼吸代谢

C6H12O6+6O2→6 CO2+6H2O 1.7.3.2

(1)耗氧 每长1g菌耗氧0.599g（7*16/187）；每产1g酸耗氧0.327g（3*16/147） （2）以液氨为氮源 长菌期RQ=4/3.5=1.143；产酸期RQ=1 / 3/2=0.67。 （3）以尿素为氮源 长菌期RQ=9/7=1.143；产酸期RQ=3/3=1。

无论以液氨或尿素为氮源，因发酵液中的谷氨酸以谷氨酸铵形式存在，故氨对产酸的氨耗为反应式的两倍。

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1.7.4 发酵异常情况及其处理

正常发酵是基于菌种质量好，条件适宜的情况下。如果菌种质量不好，菌体生长失调，或环境条件改变，就不利于正常发酵，而引起不正常的异常发酵现象。由于谷氨酸发酵是一系列复杂的生化反应过程，影响因素很多，所生产的异常现象是多种多样的，在寻找原因寸，应根据各方面情况和生化检测参数联系起来分析，确定对症下药的处理方法。

1.8 谷氨酸的提取

等电点法提取工艺是一种在发酵法生产谷氨酸过程中常用的谷氨酸提取工艺，在发酵液中加入无机酸调pH至谷氨酸等电点，是利用谷氨酸在等电点(pH值3．22)时溶解度最小的性质，将谷氨酸从发酵液中分离出来的方法。等电点法又分为除菌体和不除菌体等电点法、常温等电点法和低温等电点法；另外等电点法还可与其他方法联合使用，如等电点—离子交换法、等电点—锌盐法。

等电点法工艺可以不出菌体提取，酸碱用量较少，较少污染环境。但母液中残留谷氨酸较多，一般提取率在60％-70％，采用冷冻等电点法提取工艺，提取率可达78％左右。加上操作方法简便，设备不负责，投资少，为国内多数味精场所采用。

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第1章 全厂工艺论证

1.8.1 工艺流程

等电点—离子交换法提取工艺流程见图1.8.1：

发酵（加盐酸）（或高流分母液，pH值1.5）

育晶2h（pH值4~5） （加盐酸）（或高流分母液，pH值1.5）

育晶2h（pH值3.5~3.8）

（加盐酸）（或高流分母液，pH值1.5） 育晶2h（pH值3.0~3.2） 搅拌育晶

沉淀4h 细谷氨母液 谷氨 上离子交换

洗脱

后流分 高流流分 （上柱） （上柱）

图1.8.1等电点—离子交换法提取工艺流程

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操作要点

（1）将发酵液送至等电点罐，提取部分谷氨酸; （2）将母液进行离子交换处理。

等电点提取回收的细谷氨酸可与发酵液并用，放人等电点罐内，用pH值1．5的离子交换高流分母液调节等电点罐内发酵液，开始流速快些，当溶液达pH值5时，流量要放小，仔细观察晶核形成情况；当观察到晶核时，停止加酸，育晶2小时，再缓慢调pH值为3．2，继续育晶2小时，开大冷却水，搅拌16-20小时，使其充分长晶，然后静置沉降4-6小时。母液上离子交换柱，提取谷氨酸，利用阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子的选择吸附，将其与发酵液中的残糖、蛋白质、色素等非离子性杂质分离，再经洗脱达到深缩提取谷氨酸之目的。

1.9 谷氨酸制取味精

从谷氨酸发酵液中提取出的谷氨酸，加水溶解，用碳酸钠或氢氧化钠中和，经脱色，除铁、钙、镁等离子，再经蒸发、结晶、分离、干燥、筛选等单元操作，得到高纯度的晶体或粉体味精。这个生产过程称为“精制”，通常分为“黑精制”和“白精制”。

1.9.1 中和

目前生产厂家多数使用纯碱而少用烧碱中和，主要是因为烧碱中氯化钠及其他杂质高于纯碱，影响产品质量和收率。

纯碱及烧碱的质量指标如下表1.9.1：

类

别 项目

Na2CO3 NaOH NaCL Fe3O4

99.00 0.80 0.008

1.00 42.00 2.00 0.03

纯碱

隔膜法

液体烧碱

离子隔膜法（一级

品） 0.25 44.00 0.008 0.003

表1.9.1 纯碱及烧碱质量指标

中和操作应注意以下几项：

1.9.1.1中和液pH值要控制要准确，使溶液中Glu+离子百分率提高。即中和

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第1章 全厂工艺论证

时谷氨酸尽可能地生成谷氨酸一钠。

1.9.1.2 中和速度要缓慢，用纯碱中和将迅即产生大量的二氧化碳泡沫，只是料液逸出，造成损失。加碱过快，搅拌不均匀会导致局部pH值过高。使料液温度过热，使谷氨酸一钠发生消旋反应，不仅影响收率，还影响成品质量。

1.9.1.3中和温度不能过高。

1.9.2 除铁和脱色

1.9.2.1除铁[4]

味精行业有两种除铁方法，一为硫化钠除铁法，是传统的方法，另一种为树脂除铁法，采用较为广泛两种方法的原理及特点见表1.9.2

方法 项目 硫化钠除铁 树脂除铁 硫化钠与铁离子反应，生成硫化中和液中的铁是以谷氨酸螯合形亚铁沉淀：Fe2++Na2S→成络合物而存在，螯合型树脂表

原理

2Na++FeS↓，FeS在中性或碱性面具有较强的配位基团，与铁络溶液中呈难溶盐，几乎不溶于合能力比谷氨酸更强，能形成更水，经过滤除去，达到除铁目的。 稳定的络合物，从而达到除铁的

目的。

1、操作环境差，空气中有H2S1、操作环境好 臭味，浓度高时可导致中毒 2、间歇操作

中铁的残留量一般为1~2mg/L 4、 操作费用低

对质量有一定影响

2、连续操作

3、除铁完全，同时有脱色作用，4、设备一次性投资大，且操作过程耗酸、碱、水费用高，排放废5、产品中无Na2S残留，无异味

3、除铁效果比树脂差，脱色液脱铁液透光率高

特点

5、 产品中Na2S残留时有异味，水对环境有一定的影响

表1.9.2 除铁方法对比表

1.9.2.2脱色

中和液的脱色方法有活性炭脱色和树脂脱色法。常用的活性炭有粉状活性炭和C-11颗粒活性炭，脱色的树脂常用弱酸性阳离子树脂122或通用1号，也可使

21

年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

用弱酸性阴离子交换树脂701或705。由于树脂脱色力较活性炭差，不能单独采用。所以生产上均以活性炭脱色为主。

活性炭具有很大的比表面积，具有很强的吸附色素能力。其吸附作用分为物理和化学吸附两种，粉状活性炭脱色常用于中和液的第一步脱色，作为颗粒必备的前处理工序。颗粒炭脱色一般用于最后一次脱色。

粉状活性炭和颗粒炭脱色特点的对比见表1.9.2.2

粉状活性炭

1、颗粒小，表面积打，单位重的同时能除去料液中不溶性杂质

2、操作环境差，劳动强度大，劳动 资低

颗粒活性炭

1、颗粒打，表面积小，单位重溶性杂质

2、操作环境好，劳动强度小，3、连续操作，适合于大规模生4、活性炭经再生处理，可以反

量吸附量高，并且在过滤除去炭渣量吸附量低，且不能除去料液中不

存在着加炭、卸炭、洗炭等繁琐的操作过程只需调节阀门即可完成

3、间歇操作，但设备一次性投产，但设备一次性投资高

4、活性炭一次性使用，操作费复使用，操作费用低，但再生时需用高，操作费用高，但不耗用盐酸，耗用一定量的盐酸、烧碱和水 烧碱

表1.9.2.2 脱色对比表

1.9.2.3 脱色工艺流程

目前，脱色生产概括有以下四种工艺过程 （1）、粉炭脱色→树脂除铁→颗粒炭脱色。 （2）、粉炭脱色→硫化钠→颗粒炭脱色。

（3）、粉炭脱色→硫化钠→树脂除铁→颗粒炭脱色。 （4）、粉炭脱色→硫化钠→粉炭脱色。

流程（1）采用的厂家较多；流程（2）次之；流程（3）和流程（4）较少。

1.10 味精溶液的浓缩结晶

1.10.1浓缩

谷氨酸钠在水中溶解度很大，要想从溶液中析出结晶，必须除去大量水分，使溶液处于过饱和状态，这样才有可能使过量的溶质结晶析出。

从溶液到结晶形成的过程包括三个阶段：①首先形成过饱和溶液；②形成晶

22

第1章 全厂工艺论证

核或加入晶种作晶核；③晶体长大。溶液先达到过饱和状态是实现结晶的前提，采用蒸发的方法，减少溶液中的水分含量，从而使溶液达到过饱和状态。

1.10.2 结晶

结晶过程通常包括晶核形成和晶体长大两个阶段。晶核形成的必要条件是溶液要达到过饱和状态，只有溶液达到一定的过饱和度(谷氨酸钠的过饱和度在1．3左右)之后，才使过量的溶质相互吸引，自然骤合形成一种微细的颗粒，这就是晶核。晶核的形成也叫起晶。采用晶种起晶法。将溶液蒸发到介稳区的较低浓度，投入一定数量的晶种，使溶液中的过饱和溶质在晶种表面上长大。

投入结晶罐内一定量的脱色液进行浓缩，达到浓度后加入晶种，整晶后进入正常操作。结晶过程不断补充物料，控制适宜的过饱和度，尽量减少假晶出现量多时，需加水溶解处理，待晶体大小达到要求时放入贮晶槽，调整浓度后准备分离。

1.10.3 味精的分离、干燥、筛选和包装

1.10.3.1分离：

操作程序：装料→离心→水洗→离心→出料。 味精厂一般使用三足式离心机或吊篮式卸式离心机。 开始装料转数：150~200r/min 洗水量：5~10L/车次 离心分离时间：6~10min

味精表面含水率：晶体味精<1%；粉体味精5~8% 。 1.10.3.2 干燥和筛选

干燥的目的是通过热风带走味精表面的水分，但又要保留结晶水。干燥的温度不能超过80~C，因温度过高会使味精失去结晶水而焦化。常用的干燥方法有烘房干燥法、气流干燥法、振动式干燥法和沸腾干燥法。筛分的目的是将干燥后大小不同的味精晶体区分开来，保证晶体大小整齐，规格一致。一般筛分都具有几层筛网，可根据成品规格要求进行调换组合。

23

年产8000吨味精厂发酵车间初步设计

筛选是为了保证产品晶体颗粒的匀整度，对经干燥的大小不同的味精晶体分开。

表1.10.3.2 味精筛选机筛网目数与尺寸

味精种

类 筛网尺寸 上层 中层 下层 筛网目数 筛网尺寸mm 筛网目数 筛网尺寸mm 筛网目数 筛网尺寸mm 10~14 1.65~1.17 20~22 0.83~0.77 40 0.37 14~16 1.17~0.99 — — 40 0.37 大结晶味精

小结晶味精

1.10.3.3 味精成品的包装

包装是味精生产的最后一道工序。味精和包装材料须符合有关标准，生产圣杯和包装贮运操作要达到食品卫生和工艺要求，称量准确，包装标志完整，检验严格，确保合格产品出厂。

24

第2章 物料衡算

第2章 物料衡算

2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算

2.1.1 工艺技术指标及基础数据

2.1.1.1 查《发酵工厂工艺设计概论》[5] P326表（3）味精行业国家企业标准，选用主要指标如表（五）：

2.1.1.2 主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为85%，含水14%。 2.1.1.3 二级种子培养基（g/L） 水解糖25，糖蜜20，尿素5，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.4，玉米浆30，泡敌0.6，硫酸锰0.002，硫酸亚铁0.002。

2.1.1.4 发酵培养基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.4，氯化钾0.8，磷酸氢二钠0.2，硫酸亚铁0.002，硫酸锰0.002，尿素（总尿）40，泡敌0.6，植物油1.0。

2.1.1.5 接种量为1% 。

下表2.1.1.5 味精发酵工艺技术指标

指标名称 生产规模 生产方法 年生产天数 产品日产量 产品质量 倒灌率 发酵周期 发酵初糖 淀粉糖转化率 糖酸转化率 麸酸谷氨酸含量 谷氨酸提取率 味精对谷氨酸产

率

单位 t/a 离子 d/a t/a 纯度% % h Kg/m3 % % % % %

表2.1.1.5 发酵工艺技术指标

指标数 8000 300 27 99 1.0 48 150 95 48 90 90 112

中糖发酵，等电等——交换法提取

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2.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算

首先计算生产生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。

2.1.2.1 发酵液量V1

V1=1000/(150*48%*90%*99%*112%) =13.92(m3)

式中： 150－→发酵培养基的初糖浓度（Kg/m3） 48%－→糖酸转化率

90%－→谷氨酸提取率

99%－→除去倒灌1%后的发酵成功率 112%－→味精对谷氨酸的精制产率

2.1.2.2 发酵液配制需水解糖量G1

以纯糖算：

G1=V1*150=2087.68（Kg） 2.1.2.3 二级种液量V2

V2=2%*V1=0.28（m3）

2.1.2.4 二级种子培养液所需水解糖量G2

G2=25 V2=6.96（m3）

式中 25－→二级种液含糖量（kg/m3） 2.1.2.5 生产1000Kg100%味精需水解糖总量G为

G=G1+G2=2094.64（Kg） 2.1.2.6 耗用淀粉原料量

理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用的淀粉量为G

淀粉

为： G

淀粉

=G/（80%*95%*111%）

=2482.97kg

式中 80%－→淀粉原料含纯淀粉量 95%－→淀粉糖转化率 2.1.2.7 尿素耗用量

二级种液耗尿素量为G3 G3=5*G2=1.39（kg） 发酵培养基耗尿素为G4 G4=40*G1=556.71（kg）

26

第2章 物料衡算

故共耗尿素量为: G

尿素

= G3 +G4=558.11（kg）

糖蜜

2.1.2.8 甘蔗糖蜜G用量

二级种液耗用糖蜜量G5 G5=20* V2=5.57（kg） 发酵培养基耗糖蜜量G6 G6=4*V1=55.67（kg） G

糖蜜

=G5+G6=61.24（kg）

2.1.2.9 氯化钾耗量Gkcl

Gkcl=0.8*V1=11.13（kg）

2.1.2.10 磷酸氢二钠（Na2HPO4 ? 7H2O）耗量为G7

G7=0.2*V1=2.78（kg）

2.1.2.11 硫酸镁（MgSO4?7H2O）耗量为G8

G8=0.4*（V2+V1）=5.68（kg） 2.1.2.12 消泡剂（泡敌）耗用量G9

G9=0.6*（V2+V1）=8.52（kg） 2.1.2.13 植物油耗用量G10

G10=1.0*V1=13.92（kg） 2.1.2.14 谷氨酸（麸酸）理论量 G11

G11=G1*48%（1-1%）=992.06 （kg） 实际生产的谷氨酸（提取率90%）G12为： G12=G11*90%=892.86（kg） 2.1.2.15 玉米浆用量G13

G13=30*V2=8.35（kg）

2.1.3 年产8000吨味精厂发酵车间的物料衡算结果

由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料结果，可求得8000t/a味精发酵车间的物料平衡计算。

具体计算结果如表2.1.3

生产1000kg

物料名称

味精（100%）物料量

8000t/a味精生产的物料量

每日物料量

27

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发酵液（m3） 二级种液（m3） 13.92 1.11×105 371.14 发酵水解用糖

0.28 2.23×103 7.42 （kg） 2087.68 1.67×107 55671.35 二级种培养用糖

6.96 5.57×104 185.57 （kg） 2094.64 1.68×107 55856.92 水解糖总量（kg）

2482.97 1.99×107 66212.57 淀粉（kg） 558.11 4.46×106 14882.81 尿素（kg） 61.24 4.90×105 1633.03 糖蜜（kg） 11.13 8.91×104 296.91 氯化钾（kg） 2.78 2.23×104 74.23 磷酸二氢钠（kg） 5.68 4.54×104 151.43 硫酸镁（kg） 8.52 6.81×104 227.14 泡敌（kg） 13.92 1.11×105 371.14 植物油（kg） 892.86 7.14×106 23809.52 谷氨酸（kg） 8.35

6.68×104

222.69

玉米浆（kg）

表2.1.3 物料衡算表

2.1.3.1 生产8000t/a纯度为99%的味精每日所需的发酵液量为：

V发酵液=371.14×99%=367.43（m3） m

发酵液

= V

发酵液

×1050=385802.50（kg）

式中 1050为发酵液的相对密度； 每年发酵液量：

385802.50×300=115741（t） 2.1.3.2 分离前谷氨酸含量：

23809.52×99%÷90%=26190.48（kg） 式中 90%为谷氨酸提取率

分离后每日谷氨酸量：23809×(1-1%)=23571.43(kg) 分离后每年谷氨酸量：23571.43×300=7071.43(t)

28

第3章 设备设计与选型

第3章 设备设计与选型

3.1 发酵车间设备选型 3.1.1发酵罐

谷氨酸发酵属于好气性，因此采用机械涡轮搅拌通风发酵罐进行生产。利用机械搅拌，主要能使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧，供微生物生长、繁殖和代谢的需求。

3.1.1.1发酵罐容积的确定：

选用200m3罐。 3.1.1.2 生产能力的计算：

每天生产99%纯度的味精27t，谷氨酸的发酵周期为48h（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间），则每天需糖液体积为V糖。每吨100%的味精需发酵液13.92m3。

V糖＝13.92×27×99%=372.082 m3

设发酵罐的填充系数ф=70%；则每天需要发酵罐的总体积为V0（发酵周期为48h）。

V0=V糖∕ф=372.082∕0.7=531.545m3 3.1.1.3 发酵罐个数的确定：

公称体积为200m3的发酵罐，总体积为230m3 N1=V

糖

T/（V

总

ф×24）=

372.082?48230?0.7?24=4.62 即N1=5

取公称体积为200m3发酵罐6个，留1个备用。 实际产量验算：

29

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230×0.7×6×24÷48×300÷13.92÷99%=10514.63（t/a） 富裕量：

10514.63?80008000=31.4%

能满足产量要求

3.1.2 二级种子罐

二级种子罐容积的确定：接种量为1%计算，则种子罐容积V

V

种种

2

为：

总

2=V

×1%=230×1%=2.3m3

式中 V总——发酵罐总容积（m3）

种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上3罐，需二级种子罐4个。种子罐培养8h，辅助操作时间8~10h，生产周期16~18h，因此，二级种子罐4个已足够，其中一个备用。

3.1.3 一级种子罐

种子罐容积的确定：接种量按2%计算，则种子罐容积V

种

1

为

1=V

种

V

种

2×2%=2.3×2%=0.046m

3

故选用公称体积为50L的发酵罐，发酵罐的主要尺寸为：罐内径317mm，圆柱高634mm，封头高100mm，罐体总高834mm，封头容积8.8L，圆柱部分容积50L，不计上封头的容积54.4L，全容积58.8L，搅拌桨直径70mm。冷却选用夹套冷却。

一级种子罐个数的确定：一级种子罐与二级种子罐对

应上料。二级种子罐平均每天上3罐，需一级种子罐4个。种子罐培养8h，辅助操作时间8~10h，生产周期16~18h，因此，一级种子罐4个已足够，其中一个备用。

3.1.4 糖化罐

同发酵罐，每天

30

第3章 设备设计与选型

生产99%纯度的味精27t，淀粉的发酵周期为35h（包括罐体的清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间），则每天需糖液体积为V糖。

V糖＝13.92×27×99%=372.082 m3

设糖化罐的填充系数ф=70%；则每天需糖化罐的总体积为V为35h）。

V

糖化

糖化

（糖化周期

=V糖∕ф=372.082∕0.7=531.545m3

糖化罐个数N：

选Ф4800×7200的糖化罐，总体积为130m3。设装填系数为0.75.则 N= V

糖化

T/（V

糖

ф×24）=

531.545?35130?0.75?24=7.95，取8个。

3.1.5 等电点罐

同发酵罐，等电点提取谷氨酸的周期为28h（包括罐体的清洗，灭菌、进出物料等辅助操作时间），选择Ф4800×8000，搅拌功率为的等电点罐，择所需的个数为：N=

531.545?28144.7?0.75?24=6个。

3.1.6 中和罐

每天生产的谷氨酸量为23571.43kg，根据工厂实际中和谷氨酸经验，通常采用每22g谷氨酸中加入

60ml

水，则所需的水量为：

23571.43?60=64285.714 kg

22故谷氨酸溶解液的体积约为643m3。 中和周期为10h，选择ф5000×5000的中和罐，则所需中和罐台数为：N=

643?10=3.64=4台

98?0.75?2431

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3.1.7 板框过滤器

选择型号为YT-A-600，功率为4kw的板框过滤器，板框尺寸为600×600，层面为50，过滤面积为20㎡，常压过滤速度为14m3/h。 设每天过滤时间为10h则所需台数N=

643=4.59≈5，取6台。 14?103.1.8 离子交换柱

选择型号为LSY-200的无顶压逆流再生阴阳离子交换器，其规格为Ф2020×5681，速度为6.5m3/h,设每天过滤时间为22h，则所需台数为N=台，取6台。

643=4.49≈5

6.5?2232

第3章 设备设计与选型

3.1.9 离心泵

选择型号为ZS65-50-125/4.0的不锈钢卧式单级离心泵，其具体规格为：扬程18m，流量为50m3/h，功率为4kw。设糖化液需两小时内泵入发酵罐，中和液需十小时内泵入 板框过滤器，则需要离心泵的台数为：

N糖化液=

37250?264350?10=3.72，取4台，N中和液==1.23，取2台

N=N糖液+N中和液=4+2=6台

3.1.10 暂储罐

暂储罐是为了保证生产的连续性而设立的，主要是收集离子交换柱的料液，而将黑精制好的料液有序的泵入白精制部门，其总容积基本与每天中和料液相同，每日两班，故每次存入一班料液。选择4000×6000×5000规格的暂储罐，则其个数为：N=

6434?6?4.5=2.97，取3台

3.1.11 离心机

选择型号为SX1200-N，其具体参数为转数

800r/min，电动机功率为11kw，分离因数为430，

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容积为200L。

由于等电点罐数量为6个，每个等电点罐配备一个离心机，故发酵车间需6台。

3.1.11 发酵车间设备一览表

味精发酵车间设备见表3.1.11

表3.1.11 发酵车间一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

设备名称 发酵罐 二级种子罐 一级种子罐 糖化罐 等电点罐 中和罐 板框过滤器 离子交换柱 离心泵 暂储罐 离心机

台数 6 4 4 8 6 4 6 6 6 3 6

规格与型号 φ5000×10000mm φ1080×2160mm φ317×634mm φ4800×7200mm φ4800×8000mm φ5000×5000mm YT-A-600 φ2020×5681 ZS65-50-125/4.0 4000×6000×

4500 1900×1900×

1500

材料 A3钢 A3钢 A3钢 A3钢 A3钢 A3钢

1Cr18Ni9Ti

备注 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备

玻璃钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢

3.2 其他车间设备选型

3.2.1 浓缩结晶罐

34

第3章 设备设计与选型

采用强制内循环式加热，设备材质为1Cr18Ni9，

规格为：ф2500×4000，容积为19.6m3。 每天生产味精27t，浓缩结晶罐的味精得率一般为45%~55%，在此设为50%，则每天结晶液的体积为54m3，故需要结晶罐的数量为：

N?5419.6?0.75?3.67，取4台。

3.2.2真空泵

采用水力喷射泵，型号为W-1000~2000

，

排

气

量

为

1000~2000kg/h，极限0.096Mpa，由于

结晶罐有四台，每两台共用一部真空泵，故需两台真空泵。

3.2.3 助晶槽

工艺对助晶槽的技术要求为： 材质：1Cr18Ni9/Q235-A 径高比：4:5 保温方式：夹套保温 搅拌转数：8~10r/min 数量同真空泵，取2台。

3.2.4 振动流化床

选择型号为ZLG6×0.9，干燥面积为5.4㎡，蒸发水分能力为140~170kg/h，振动电机型号为ZDS42-6，功率为2.2×2。

经离心机分离后的味精晶体表面含水量为1%左右，故需干燥的水量为： 27×1000×1%=270kg，干燥时间为30min 故需要振动流化床的个数为：N?270160?1?1.69，取2台

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3.2.5 包装机

选择型号为YSDC-B2的称重式包装机，其具体参数为： 包装规格为：50~2000g 包装速度：1200~2000袋/h 包装精度：0.5% 电源功率：500w

包装机每天的工作时间为20h，则需要包装机台数为：

N?27?1000?1000100?2000?20?6.75，取8台。

3.2.6 离心机

离心机的数量同结晶罐个数，取4台。

3.2.7 其他车间设备选型一览表

序号 1 2 3 4 5 6

设备名称 浓缩结晶罐 真空泵 助晶槽 振动流化床 包装机 离心机

台数 4 2 2 2 8 4

规格与型号 ф2500×4000mm W1000-2000 φ4000×5000mm ZLG6×0.9 YSDC-B2 1900×1900×

1500

材料 1Cr18Ni

9 A3钢 1Cr18Ni

9 A3钢 不锈钢 A3钢

备注 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备

表3.2.7 其他车间设备一览表

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第4章 水电汽用量估算

第4章 水电汽用量估算

4.1 热量衡算

4.1.1 液化加热蒸汽量

加热蒸汽消耗量D，可按下式计算： D＝

GC(t2?t1)I?λ

式中 G——淀粉浆量（kg/h） C——淀粉浆比热容[kJ/(kg·K)] t1——浆料初温（20+273=293K） t2——液化温度（90+273=363K）

I——加热蒸汽焓 2738kJ/kg（0.3Mpa，表压） λ——加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg

4.1.1.1淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉66.21t；由于为连续化液化，66.21/24=2.76(t/h)。加水量为1：2.5，粉浆量为：2759×3.5=9656（kg/h）。 4.1.1.2 粉浆干物质浓度

2759?80?56×100%=22.9%

4.1.1.3 粉浆干物质C可按下式计算：

C=C0

X100+C

100?X水

100

式中C0——淀粉质比热容，取1.55kJ/(kg·K) X——粉浆干物质含量，22.9% C水——水的比热容，4.18 kJ/(kg·K) C=1.55

22.9100+4.18

100?22.9100=3.58[kJ/（kg·K）]

4.1.1.4 蒸汽用量

D=

9656?3.58(90?20)2738?377=1025（kg/h）

灭酶用蒸汽量

灭酶是将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时的λ为419kJ/kg。

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D灭=

9656?3.58(100?90)2738?419=149（kg/h）

由于要求在15min内使液化液由90℃加热至100℃，则蒸汽高峰量为： 149×

6015=596（kg/h）

以上两项合计为：平均量=1025+149=1174（kg/h）；每日用量为1174×24=28.2（t/d）

高峰时：1025+596=1621（kg/h） 4.1.1.5 液化液冷却用水量

使用板式换热器，将物料由100℃降至70℃，使用二次水，冷却水进口温度20℃，出水温度为58.7℃，需冷却水量（W）：

W=

(9656?1174)?3.58(100?70)(58.7?20)?4.18=7188（kg/h）即172.5（t/d）

4.1.2 糖化工序热量衡算

日产25%的糖液291t，即：291/1.09=266.7（m3）。糖化操作周期为30h，其中糖化时间25h。糖化罐100m3,装料75 m3，需糖化罐

266.775×

3024＝4.44（台），取5台

使用板式换热器，使糖化液由85℃降至60℃，用二次水冷却，冷却水进口温度20℃，出口温度为45℃，平均用水量为：

(9656?1174)?3.53?(85?60)(45?20)?4.18＝11432（kg/h）

要求在2h把75m3糖液冷却液至60℃，高峰用水量为：

114329656?1174×

75000?1.092=43149（kg/h）

2530每日糖化罐同时运转：4.44×每投（放）料罐次：

266.775＝3.7（罐）

＝3.6≈4（罐次）

每日冷却水用量：2×43149/1000×3.7＝319.3（t/d）。

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第4章 水电汽用量估算

4.1.3 连续灭菌和发酵工序的水汽衡算 4.1.3.1 培养液连续灭菌用蒸汽量

发酵罐200m3装料系数0.7，每罐产100%MSG量为： 200×0.7×8%×86%×92%×1.272=11.27（t） 年产八千吨商品味精，日产100%MSG 23.8 t。

发酵操作时间48h（其中发酵时间38h），需发酵罐台数：

23.811.27×

4824＝4.2（台）

每日投（放）料罐次日运转：4.2×

384823.811.27=2.1

=3.3（罐）

每罐初始体积140m3糖浓度16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其数量：

140?16.4%=120.8（t）

灭菌加热过程中用0.4Mpa蒸汽I=2743kJ/kg，使用板式换热器将物料由20℃预热至75℃，再加热至120℃。冷却水由20℃升至45℃。每罐灭菌时间3h，输料流量：

120.83=40.3（t/h）

消毒灭菌用蒸汽量D： D=

40.3?3.7?(120?75)?1.072743?120*4.18=3203（kg/h）=3.2（t/h）

式中 3.7为糖液的比热容[kJ/（kg·K）] 每天用蒸汽量：

3.2×3×3=28.8（t/d）

高峰量为：3.2 t/h

平均量： 28.8÷24=1.2（t/h） 4.1.3.2 培养液冷却用水量

120℃热料通过与生料热交换，降至80℃，再用水冷却至35℃。冷却水由20℃升至45℃，计算冷却水量W

W=

40300?3.97?80?35(45?20)?4.18?=68896（kg/h）=69（t/h）

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全天用水量： 69×3×3=621（t/d） 4.1.3.3 发酵罐空罐灭菌蒸汽用量

（1）发酵罐体加热：200m3，A3钢发酵罐体重34.3t，冷却排管重6t，A3钢的比热容是474 J/（kg·K），，用0.2Mpa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15Mpa（表压）下，由20℃升至127℃。其蒸汽量为：

?34300?6000??474??127?20?×3=934.5×3=2803.5（kg）

?2718?127?4.18??1000（2）填充发酵罐空间所需的蒸汽量： 因200m3发酵罐的全容积大于200m3，但由于罐内的排管、搅拌器等所占的空间，罐的自由空间仍按200m3计算。填充空间需蒸汽量：

D空=Vρ×3=200×1.622×=973.2（kg）

式中 V——发酵罐自由空间

ρ——加热蒸汽密度（kg/m3），0.2Mpa表压时为1.622

（3）灭菌过程的热损失：辐射与对流联合给热系数α，罐外壁温度70℃。

α=33.9+0.19（70-20）=43.4?kJ/?m2?h?K??

200m3发酵罐的表面积为201㎡，耗用蒸汽量为：

D损=D

201?43.4?70?20?2718?127?4.18损总

=199 (kg)

=3×D损=597 （kg）

（4）罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗

201?0.001?1000?127?20??4.182718?127?4.18×3=41×3=123（kg）

式中 0.001——附壁水平均厚度（1mm）

（5）灭菌过程蒸汽渗漏，取总汽消耗量的5%，空罐灭菌蒸汽消耗量为：

2803.5?973.2?597?1231?0.05=4733（kg/h）

每空罐灭菌需1.5h，用蒸汽量为：

4733×1.5=7100 kg/d 平均耗用量7100/24=295.8（kg/h） 4.1.3.4 发酵过程产生的热量及冷却用水量

发酵过程的热量计算有下列几种方法： （1）通过计算生化反应热来计算总发酵热Q总 Q总=生物合成热+搅拌热-汽化热 生物合成热可通过下列方程计算： C6H12O6+O2→6CO2+6H2O+2813kJ

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第4章 水电汽用量估算

C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4+CO2+1.5H2O+890kJ 搅拌热=860×4.18×P（P——搅拌功率，kW） 汽化热=空气流量（m3/h）×（I出-I进）ρ

式中 I进，I出——进出的空气热焓（kJ/kg干空气） Ρ——空气密度（kg/m3） （2）通过燃烧热进行计算 Q总=?Q反应物燃烧??Q产物燃烧 有关物料的燃烧热：

葡萄糖：15633 kJ/kg 谷氨酸：15424 kJ/kg 玉米浆：kJ/kg 菌体： 20900 kJ/kg

以发酵6~20耗糖速率最快、为放热高峰。 （3）通过冷却水带走的热量进行计算

在最热季节，发酵放热高峰期，测定冷却水量及进出口温度，然后即可算出最大发热量Q

Q

最大

最大

?kJ/?m3?h

??=

4.18?冷却水流量?kg/h??t出?t进?发酵液总体积（m3）

（4）通过发酵液的温度升高进行计算

关闭冷却水，观察罐内发酵液温度升高，用下式计算QQ最大=

4.18??GCt?G1C1t?V最大

[kJ/?m3?h?]

式中 G——发酵液重量（kg）

C——发酵液的比热容[kJ/（kg·K）] t——1h内发酵液温度升高数（K） G1——设备筒体的重量（kg）

C1——设备筒体的比热容[kJ/（kg·K）] V——发酵液体积（m3）

以上四种方法，以（3）（4）比较简单实。根据部分味精工厂的实测和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约3.0×104[kJ/（kg·K）]

200m3发酵罐，装料量140m3，使用新鲜水，冷却水进口温度10℃，出口温度20℃，冷却水用量（W）：

W=

3.0?104?140?20?10??4.18 =100500kg/h=100（t/h）

日运转3.3台，高峰用水量：100×3.3=330（t/h） 日用水量：330×0.8×24=6336（t/d）

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平均水量：

633624=264（t/h）

式中 0.8——各罐发热状况均衡系数

考虑到冷却水可循环使用，因此，按1%的耗用率计算，则冷却水的总用量为：

W

年冷却

=6336×300×1%=19008 t

4.2发酵车间的用水估算

4.2.1 培养基用水

2448每个200m3发酵罐装液量为70%，共6个发酵罐，每年共有300×=150

个发酵周期，用水量为：W

故W

发酵罐

=230×70%×6×150=144900 t

同理，二级种子罐和一级种子罐的用水量分别为1449t和34t

培养基

=144900+1449+34=146383 t

4.2.2 发酵罐清洗用水

发酵罐的清洗一般是在放料结束后进行，每次清洗时间为1h，故每次清洗用水量为：

WW

清洗

=S

截面积

×V×t=0.0007×1×3600×1=2.52 t

年清洗

=每次清洗用水量×发酵罐数×发酵周期数=2.5×6×150=2268 t

4.2.3 其他用水

包括冲洗地面、管道冲刷、洗滤布及其他设备的定期清洗。按每天用水15t算，则总用水量为：

G

其他

= 每天用水量×300 = 15×300 = 4500 t

故全年用水量为：

（W液化+W糖化+D培养液灭菌+D发酵空罐灭菌+W培养基+W清洗）×生产天数

=（28.8+319.3+35.9+488+2.5）×300 =262339 t=2.62×105 t

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