1、年产2万吨谷氨酸发酵工厂的初步设计年产2万吨谷氨酸发酵工厂初步设计第一章 总论一、 设计项目：（1） 设计课题：年产2万吨谷氨酸发酵工厂的初步设计（2） 厂址：某市（3） 重点工段：糖化（4） 重点设备：糖化罐 二、 设计范围：（1） 厂址选择及全厂概况介绍（地貌、资源、建设规模、人员）；（2） 产品的生产方案、生产方法、工艺流程及技术条件的制定；（3） 重点车间详细工艺设计、工艺论证、设备选型及计算；（4） 全厂的物料衡算；（5） 全厂的水、电、热、冷、气的衡算；（6） 车间的布置和说明；（7） 重点设备的设计计算；（8） 对锅炉、电站、空压站等提出要求及选型；（9） 对生产和环境措施提出可
2、行方案。三、要完成的设计图纸：（1） 全厂工艺流程图一张；（2） 重点车间工艺流程图一张；（3） 重点车间设备布置立面图一张；（4） 重点车间设备布置平面图一张；（5） 重点设备装配图一张。 四、 设计依据：（1） 批准的设计任务书和附件可行性报告，以及可靠的设计基础资料。（2） 我国现行的有关设计和安装的设计规范和标准（3） 广东轻工职业技术学院食品系下达的毕业设计任务书五、 设计原则：（1） 设计工作要围绕现代化建设这个中心，为这个中心服务。首先要有加速社会主义四个现代化早日实现的明确指导思想，做到精心设计，投资省，技术新，质量好，收效快，收回期短，使设计工作符合社会主义经济建设的总原则。
3、（2） 要学会查阅文献，收集设计必要的技术基础资料，要善于从实际出发去分析研究问题，加强技术经济的分析工作。（3） 要解放思想，积极采用技术，力求设计上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性，尽可能做到能提高生产率，实现机械化和自动化，同时兼顾社会和环境的效益。（4） 设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相结合，工厂生产规模、产品品种的确定，要适应国民经济的需求，要考虑资金的来源，建厂的地点、时间、三废综合利用等条件，并适当留有余地。（5） 要注意到周围环境的清洁卫生，又要注意到工厂内车间之间的卫生、无菌、防火等条件的相互影响。要贯彻国家食品卫生法有关规定，充分体现卫生、优美、
4、流畅，并能让参观者放心的原则。（6） 设计过程中必须加强计划性，各阶段工作都要明确的进度，使毕业设计工作能如期完成，通过毕业设计提高自身的分析解决的能力。六、 厂址的选择要求：（1） 符合国家方针政策，厂址要求满足生产需要，尽量不占用良田，节约用地，又有发展余地。（2） 工厂周围应清洁卫生，厂区应居民下风侧，河流上游，远离有毒工厂和有机废料、化学废料堆放地区及感染中心地点。（3） 在厂址范围内不应有地下矿藏、流沙、淤泥和古墓。一般要求厂址的相对标高应该在最高洪水位的0.5M以上。同时还应该注意当地的气象资料和一些地震等自然灾害。（4） 所选厂址应尽量接近原料产地，交通方便。保证异地原料的供应和
5、减少成本。必须有充足的电源和水源，满足生产和生活的用电用水的要求。如厂址远离热电源，则应自建锅炉房为最好，但要掌握燃料的来源，燃料的发热值及数量，以求降低气耗和燃耗。七、 建厂的规模和产品方案：（1） 建厂规模：年产2万吨，生产天数330天，3班连续生产（2） 生产方案：以淀粉为主要原料； 产品为80的谷氨酸； 质量指标及技术指标；糖化率109%提取率95%糖酸转化率60%发酵周期40h糖化罐糖化周期30h产品含量80%八、 公用工程：（1） 供热：由电热厂供给蒸汽，自备锅炉（2） 供电：由电厂供给，自备发电机（3） 供水：由本厂附近水源和水厂共同供给（4） 压缩空气和制冷：由本厂工务（动力）
6、车间制备（空气压缩机和制冷设备）九、 环保处理：（1）废气的处理 烟尘排放主要通过加高烟囱高度和采用静电或喷淋碱液除尘器等干式机械除尘。 生产中使用的和工艺流程中生产的SO2、HCL、H2S、NH3、HCHO、H2SO4等气体通过设备密封，使用液体石蜡与空气隔离等措施防止其溢出，对于泄露的少量废水通过机械排气和风筒高空排气等方式，做到不超标。（2）低浓度废水废液的处理 1）物理法：利用离心机、滤池、筛网等设备分离废液中的悬浮的物质，一般在废液预处理时采用，有时也可作为处理的主体。 2）化学法：主要通过添加化学物质使废液中的污染物质转化为无害物质， 3）生物法：是我国普遍采用处理废液的方法，主要
7、是利用微生物的生理生化作用，使废液中溶解性和胶体态的有机污染物质转化为简单稳定的物质，将有害物质转化为无害物质。 随着社会的发展环保越来越重要，一个企业的生存与环保直接挂钩。所以我们现在设计工厂时一定要重点考虑。十、劳动保护发酵工段要佩戴耳塞、安全帽；提取要佩戴防护眼镜和耳塞；糖化车间要有防暑降温的设备和空调室以及防尘口罩；倒粉处要有防压皮鞋和防尘口罩；压力设备要注意定期检查，规范操作。对于事故隐患和严重职业危害应当建档查备，发放隐患通知，并跟踪督促企业整改。发动职工群众对事故隐患进行举报，设立举报箱，公布举报电话，为广大职工举报安全健康重大隐患提供便利。十一、工作制度及车间定员根据谷氨酸发酵
8、的特点，一般按照23个班次/天来安排工人上班，一般糖化、发酵、提取都是安排3个班/天，即每人每天上8小时，实行4班3倒制。包装车间可以视实际情况安排12个班/天；机修车间基本安排日班，中夜班各安排12名；电房要三班安排人员上班；行政人员安排全日班。十二、生产方法发酵采用中初糖流加高浓度糖液的生物素“超亚适量”工艺，发酵液采用带菌体真空浓缩，提取采用连续浓缩等电点工艺、，采用双酶法并糖化采用连续喷射液化器形式。十三、能源循环考虑液化降温和糖化终料升温的热量互换；蒸发器水用于调粉浆；闪蒸罐排汽料用于清糖或发酵培养基料加热；发酵培养基灭菌生熟料热量互换；提取分离母液用于发酵罐出炉降温；发酵空消排水用
9、于蒸发器入料升温或配料等；发酵过程取样回放于连消培养基。第二章 工艺设计及工艺论证一、谷氨酸生产方法选择及论证谷氨酸的制造方法有发酵、水解和合成法，从生产设备运作及产品的安全和清洁生产的合理性比较来看，采用发酵法最优越。首先原料选择来源广阔、工艺比较稳定、设备腐蚀性低、容易实行工业化、综合效益好。其次，提取工艺本文选择连续浓缩三级等电点工艺，而未采用传统的离子交换工艺。因为离子交换工艺不但要消耗大量的酸碱、更重要的是会产生大量的废水，环保治理非常困难，难于实现清洁生产。淀粉糖化采用目前比较先进的连续喷射液化器工艺，淀粉酶和糖化酶都应用进口诺维信酶，确保糖液质量。二、谷氨酸总生产工艺流程图为：工
10、艺循环水淀粉酶硫酸氯化钙淀粉 闪蒸罐 糖化罐 调浆罐 维持罐 糖化喷射液化 灭酶 灭酶 高温维持 降温、调pH 降温、调pH 活性剂助滤剂 脱色过滤消泡剂水无机盐糖蜜玉米浆纯维生素 葡萄糖液 配料罐 定容罐 定容罐 配料罐 液氨 二级种子罐 蒸汽混合器 实消 维持罐 消泡剂高浓度糖液液氨 降温 换热器 斜面 一级种子 培养 发酵罐 硫酸 调酸 起晶 晶种 停酸育晶上离子交换柱 缓慢调酸 盐酸或硫酸 水洗及疏松树脂 等电点 热水预热 搅拌育晶碱液 洗脱 再生 母液 离心分离 后流分 高流分 前流分 湿谷氨酸用酸调pH1.5 上离子交换柱 图示：谷氨酸生产工艺流程示意图三、生产过程的总物料衡算 物
11、料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的。物料衡算是进入系统的全部物料衡算重量等于离开该系统的全部物料重量，即F=DW式中：F进入系统的物料重量（Kg） D离开系统物料重量（Kg） W损失的物料重量（Kg）（一） 生产能力生产规模：2万吨/年（产品含量以80%计）生产天数：330天生产能力：20000330=60.61t/d1、淀粉水解为葡萄糖的总反应式：（C6H10O5 ) n + H2O C6H12O6 162 180淀粉水解为葡萄糖理论糖化率为：180 162 100% = 111%2、葡萄糖转化成谷氨酸的的总反应式：C6H12O6 + NH3 + 3/2O2 C5H904N+CO2+3H2
12、O 180 147葡萄糖转化成谷氨酸的理论转化率为：147 180 100%= 81.7%3、生产过程的总物料衡算物料衡算是根据质量守恒定律而建立起来的。物料衡算是进入系统的全部物料衡算重量等于离开该系统的全部物料重量，即F=DW式中：F：进入系统的物料重量（kg） D：离开系统物料重量（kg） W：损失的物料重量（kg）（二） 总物料平衡计算各工序收率指标淀粉含量85糖酸转化率60.0糖化收率109清糖液含量300g/L产酸率110g/L发酵液的相对密度1.113kg/m3提取收率95分离后氨酸含量80理论糖化率111%理论糖酸转化率81.7%1、一份纯淀粉（1000kg）理论上可以制得10
13、0%谷氨酸量： 1000111%（理论糖化率） 81.7%（理论糖转化率）=906.87 kg2、一份纯淀粉实际上可以制得100谷氨酸量： 1000 109%（糖化率） 60.0 %(糖酸转化率) 95% =621.3kg3、一份工业淀粉（含量85）实际上可以制得100谷氨酸量： 621.3 85%=528.105 kg4、淀粉单耗（计算生产1t谷氨酸量需要的淀粉量）生产1t纯谷氨酸实际消耗工业淀粉量1t 100% 谷氨酸 1t 工业淀粉实际产100%谷氨酸量 1000 528.105 =1893.356kg=1.8934t生产1t谷氨酸消耗纯淀粉量1t 100% 谷氨酸 1t 纯淀粉实际产1
14、00%谷氨酸量 1000 621.3 = 1609.528kg1t100%谷氨酸理论消耗工业淀粉1t 100%谷氨酸1t 纯淀粉理论产100%谷氨酸量1000 906.87=1.1027t1t100%谷氨酸理论消耗纯淀粉1t 100%谷氨酸淀粉含量1.1027 85%=0.937t5、总收率（淀粉到谷氨酸的总率） 1t纯淀粉实际产100谷氨酸量 1t纯淀粉理论上产100%谷氨酸量：621.3 906.87 100% = 68.51 %6、生产过程损失率淀粉的利用率：1t谷氨酸理论上消耗工业淀粉量 1t谷氨酸实际消耗工业淀粉量 1.10271.8934100%=58.24%淀粉的损失率：100%
15、-58.247% =41.76%7、原料及中间品计算（按每天量计算） 日产谷氨酸纯产品量：20000330=60.61t折算成含量为80的谷氨酸量：60.6180%=75.76 t/d发酵车间日产谷氨酸量：60.6195%=63.80t日投工业淀粉（含量85%）量： 60.6195%60%109%85%98%=117.10t日交给提取的发酵液体积：68.30106110=5.8105L日交给提取的发酵液的量：5.81051.05=609000kg日发酵液的量：609000（1-0.2%-0.8%）=615151.52kg每天需纯糖量：60.6195%60%=106333.33kg补加纯糖量：1
16、06333.3340%=42533.33kg补加450g/L糖液量：42533.331034501.20=113422.21kg日耗氨量：63.80250=15950kg日耗消泡剂量：63.806.00=382.8kg糖化液产量（300g/L）：100085%109%3001.113117.10=402510.17kg8、提取谷氨酸量（按每天量计算）：100%谷氨酸量：63.895%=60.61t80%谷氨酸量：60.6185%=75.76t9、母液中残留谷氨酸量：（63800-60610）0.59%=545196.37L分离母液数量： 545196.371.05=519234.63L 620
17、956.37-75760=545196.37kg (三)总物料衡算结果以表格形式表示项目数量工业淀粉t117.10清糖液300g/L402510.17谷氨酸8075.76含GA0.59%分离母液量m3545196.37各工序相关参数指标：1、葡萄糖液浓度为300 g/L，其密度为1.113葡萄糖液浓度为450 g/L，其密度为1.200淀粉酶用量为0.25%，糖化酶用量为0.25%，氯化钙用量为0.25%，硫酸用量为0.25%，助滤剂和活性炭用量为0.15%，滤渣含水70%。2、初始发酵液的纯糖量占60%，补加的纯糖量占40%， 配制的种子培养基密度为1.02，种子液密度为1.05，发酵的接种
18、量为10%，配制的发酵培养基密度为1.05，发酵液的密度为1.053、耗氨量：1吨谷氨酸耗氨量为250 kg，其中：种子培养阶段的耗氨量为25 kg，发酵阶段的耗氨量为225 kg。4、消泡剂量：1吨谷氨酸加消泡剂量为6 kg，其中：种子培养阶段用量为0.05 kg，发酵阶段的耗氨量为5.95 kg。5、种子培养基 初糖浓度为50 g/L， 糖蜜用量为15 g/L， 玉米浆用量为25 g/L， 硫酸镁用量为0.75 g/L， 磷酸二氢钾用量为1.5 g/L， 空气带走水分量占种子液的0.3%，取样、残留等损失量占种子液的0.1%6、发酵基础培养基 糖蜜用量为 2 g/L，玉米浆用量为 5 g/
19、L， 硫酸镁用量为1.4 g/L，氯化钾用量为2 g/L， 磷酸用量为1.2 g/L蒸汽冷凝水量为培养基的12%空气带走水分量占发酵液的0.8%，取样、残留等损失量占发酵液的0.2% 第三章 糖化车间1、糖化工艺的选择一般选择双酶法，双酶法糖化工艺，是以作用专一的（耐高温淀粉酶和糖化酶作为催化剂，反应条件温和，复合分解反应较少，因此采用双酶法生产葡萄糖，提高了淀粉或大米等原料的转化率及糖液浓度，改善了糖液质量，是目前最为理想的制糖方法。酸法和酶法优缺点：特点方法优点缺点 酶法反应条件温和，不需耐高温或耐高压及耐腐朽的设备；副反应少，水解糖液纯度高，淀粉转化率高；制得糖液质量好，有利于糖液的充分
20、利用。反应时间长，设备要求较高，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。 酸法适合原料广泛，得到糖化液过滤性好。发生葡萄糖复分解反应，生成的有色物及复合糖类，降低了淀粉的转化率及糖液质量。对设备要求高，对环境影响大活性剂助滤剂2、工艺流程糖化酶淀粉 灭酶 过滤脱色调浆罐 降温、调pH 清糖液喷射液化 糖化罐 去发酵高温维持 糖化 闪蒸罐 灭酶维持罐 降温、调pH 3、 设备流程（液化部分）+硫酸+氯化钙1、调浆罐 2、泵 3、喷射器 4、维持罐 5、闪蒸罐 6、泵 7、卧式隔板层流管4、工艺参数a、调浆水使用工艺循环水：50-55b、调浆：30-35%c、液化：pH：6.0-6.4，温度：105-1
21、10 0c，高温维持时间：37min,液化维持罐时间60-120 mind、灭液化酶：115-120，从6.0降到4.4e、糖化：糖化酶量：0.25%糖化pH：4.2-4.5，温度：58-620c，时间：16-40hf、灭糖化酶：温度：850c左右，时间：5-10ming、脱色：pH：4.5-4.8，温度：55-600c，时间：0.51h工艺流程简述：在配料罐内，用工艺循环水（温度5055）把淀粉调到1218Be，pH用硫酸或磷酸调至5.0-6.0，并加入0.15-0.30% 氯化钙，作为淀粉酶的保护剂和激活剂，加入耐高温-淀粉酶，料液搅拌均匀后用泵把粉浆打入液化喷射器，在喷射器中粉浆和蒸汽瞬
22、间接触，温度自动控制105-110，从喷射器中出来的液料，经过35min的高温维持后进入闪蒸罐，温度降到95100，然后进入层流罐保温60120min，DE值达到1218后，与糖化终了料液进行热交换进入糖化罐温度降低至5862，并用酸调节pH至4.4，加入糖化酶保温30h，用无水酒精检测无糊精存在时，将料液pH调至4.8-5.0，同时将料液加热或与液化料进行热交换至80，然后降温至60，添加0.15助滤剂，视料液情况添加活性炭，搅拌1小时开始过滤。结果汇总如下表液化工艺调浆浓度30-35%耐高温淀粉酶量0.25%PH6.06.4温度1051100C时间60-120 min灭酶温度1151200
23、C灭酶时间510min液化DE1218%糖化工艺糖化酶量0.25%PH4.24.5温度58620C时间25h灭酶温度850C左右时间510min糖化DE96%98%脱色脱色PH4.85.2脱色时间0.51h脱色温度55600C糖化车间物料衡算（以1000kg工业淀粉计算）本车间物料平衡图为：1、淀粉及加水量：淀粉：水=1：1.8 1000kg工业淀粉产淀粉浆：1000（1+1.8）=2800kg 加水量为10001.8=1800kg2、粉浆浓度：100085% 2800100%=30.36%3、糖化液产量（300g/L）：100085%（工业淀粉）109%（糖化率）3001.113=3437.
24、32kg4、液化酶量：28000.25%=7kg5、氯化钙量：28000.25%=7kg6、硫酸用量：28000.25%=7kg7、糖化酶量：28000.25%=7kg8、添加活性炭和珍珠岩助滤剂量：3437.320.15% =5.16kg9、滤渣产量（含水按照70计算）：5.16 （1-70%）=17.20kg10、生产过程中进入系统的蒸汽：3437.3212.4%=426.23kg11、洗水量：3437.32+17.20-426.23-47-5.16-2800=195.13kg 衡算结果用表格表示：进入系统量离开系统量项目物料比例kg日产量kg项目物料比例kg日产量kg工业淀粉100011
25、7100糖液3437.32402510.17配料水1800210780滤渣17.202014.12液化酶7819.7硫酸用量7819.7氯化钙量7819.7糖化酶7819.7珍珠岩量5.16604.24洗水量195.1322849.72蒸汽量426.2349911.53累计3454.52404524.29累计3454.52404524.29糖化车间热量衡算（一）喷射液化器加热耗蒸汽量 加热蒸汽消耗量（D）可按下式计算：D=GC（T1-T2） （-）式中：淀粉浆量（kg/h) ：淀粉浆比热容 kJ/(kgK) T1：浆料初温（50+273=323K） T2：液化温度（105+273=378K）
26、I：加热蒸汽焓，2738KJ/kg(0.3Mpa,表压) ：加热蒸汽结水的焓，在378K时为442KJ/kg.1、淀粉浆量G（根据物料衡算，日投工业淀粉117.10t/d，连续液化）：117.10 242800 = 13661.67kg/h,2、粉浆干物质浓度：117.10 24100085% 13661.67100%=30.36%3、粉浆比热C可按下式计算： C=C0X 100 + C水（100-X） 100式中 C0：淀粉质比热容，取1.55kJ/(kgK) X：粉浆干物质含量，30.36% C水 ：水的比热容4.19 kJ/(kgK)得: 粉浆比热C=1.55 30.36 100+4.1
27、9 (100-30.36) 100= 3.62 kJ/(kgK)4、每小时蒸汽用量：由公式：D=GC（T1-T2） （）得D=13661.67 3.62（105-50） （2738 - 442）= 1184.69 kg/h5、灭酶时将液化液由105加热至115，在115时，为485KJ/kg； 由公式D=GC（T1-T2） （），得：D灭 = 13661.67 3.62 （115-105） （2738-485）=219.51kg/h要求在10min内使液化液由105加热至115，则蒸汽高峰量为：219.516010=1317.06 kg/h6、以上两项合计，平均量为：1184.69+219.5
28、1=1404.2kg/h高峰用量：1317.06+1184.69=2501.75kg/h每日用量：1404.224=33700.8kg/h（糖化液灭酶通过板式换热器在液化液降温时实现，无需蒸汽）7、实际工业化生产中可以充分考虑循环经济而用不同料液的热交换达到不用蒸汽的目的。交换器流程设计为：图中1#、2#为螺旋式热交换器上图中的工艺可以实现如下结果：经过闪蒸后的液化料液温度为95100，糖化终了料液温度为5560。一方面液化料进入糖化罐需要降温（从95100降到5560）。另一方面糖化终了料液需要升温灭酶（温度从5560升到8085）。所以可以用一台交换器实现热的交换，而不需要外加能源。（二）水平衡计算1、配料用水量：日投淀粉117.10t，加水比1:1.8117.101.8=210.78t2、液化液冷却用水（使用二次水）液化液灭酶后，温度达115，用糖化液降至85（糖化液灭酶），然后用水降温，有85降至60。冷却水进水温度为20，出水温度为58，需冷却水量：W=（13661.67+1404.2）3.62（85-60）（58-20）4.19）=8563.38kg/h=205.52t/d3、糖化工序热量衡算日产300g/L糖液402.51t，即402.511.113=361.64m3糖化操作周期为30h，其中糖化时间为25
