年产50万吨制糖厂初步设计毕业设计 精品.docx
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年产50万吨制糖厂初步设计毕业设计精品
第一章厂址选择论证
对厂址的选择:
厂址选择得当与否,直接关系到投资费用和投资后的生产成本等,还直接影响工农关系,城乡关系并影响基建速度等.对于职工的劳动环境,厂区卫生条件,产品质量也都有影响,所以选择厂址时应全面考虑,慎重仔细.厂址选择应在当地建委和城建规划部门的统筹安排下,由建设单位负责并组织力量进行;也必须严格遵守党和国家的基本建设方针政策,服从全国的工业布局.应考虑以下几点;
(1)建厂尽量靠近原料产地和交通方便的地方,厂址选择应积极利用坡地,瘠地,不占或尽量少占良田,同时要留有厂区进行扩建的余地.
(2)根据味精厂的生产特点,厂址应选在周边的自然环境良好,大气的含尘量低的地区,同时尽可能选在城市主导风向的上风侧.
(3)厂址尽量靠近电厂或电线输送网,以保证生产用电.
(4)要有充足的水源,水质必须符合生产饮水标准.
(5)要有合理的"三废"处理设施.
(6)除生产协作外,一般应考虑以下协作项目;
修理,动力,给排水,运输,施工,消防,公共仓库,公共福利,场地工程准备,设施,费料的堆存和处理设施.
第二章工艺论证
一.制糖是本设计的重点,后面详叙
二.发酵工段
1.菌种
FM—415,备用菌种:
7338
现有谷氨酸产生菌主要有以下特征:
(1)形态:
呈球形,棒状或短杆状,无芽孢,无鞭毛,不运动;
(2)G-,需氧微生物;
(3)生物素缺陷型,具有一定的谷氨酸发酵能力;
(4)α—酮戊二算氧化能力微弱;
(5)谷氨算脱氢酶活力大,DADPH氧化能力弱;
(6)CO2固定反应强,不分解利用谷氨算;
(7)细胞膜渗透谷氨算性好。
本设计所利用的菌种FM—415是天津短杆菌T613的诱变菌种,其优点:
(1)产酸较高,糖酸转换率高;
(2)耐高温;
(3)脲酶活力高;
(4)发酵周期短;
(5)需生物素作为生长因子;
(6)后劲补角强等。
根据石家庄的气候条件及工艺要求,本设计采用的菌种是FM—415,所配用的军种是7338,这两种菌种感染噬菌体的类型不同,如果感染则可以互换使用,从而不影响生产。
2.工艺流程
目前较为先进的工艺主要有:
(1)高糖发酵工艺;
(2)谷氨酸后期流加糖工艺;
(3)添加青霉素流加糖工艺;
(4)低糖流加等等。
本设计采用的是高生物素添加青霉素流加糖发酵工艺,该工艺已在国内一些味精厂得以推广和利用,提高了产酸与转化率及提高了设备利用率,经济效益猛增。
该发酵工艺条件:
(1)菌种FM—415,备用7338;
(2)生产斜面与一级种子,为促进菌种生长,此“亚适量法”增加0.5%酵母膏;
(3)二级种子培养基:
糖液,尿素,Na2HPO4,KCl,MgSO4,玉米浆,糖蜜,消泡油。
PH:
6.7-7.0,温度:
33-34℃,培养时间:
7-8小时;
(4)发酵培养基:
糖液,玉米浆,糖蜜,纯生物素,维生素B1,Na2HPO4,MgSO4,消泡油,PH:
7.0-7.2;
(5)接种量:
10%;
(6)流加糖浓度:
30%;
(7)PH值控制:
发酵过程用液氨调节PH值;
(8)发酵控制剂:
发酵3.5-4.5小时添加青霉素,3-5国际单位/ml。
发酵液采用液氨代替尿素的好处:
(1)发酵过程PH值控制稳定,有利于提高产酸率和转化率;
(2)发酵液中含氨量比较低,有利于提取;
(3)提高了发酵液的装量,提高了设备利用率,相应的产量也提高;
(4)节约氨流成本;
(5)节省了尿素,灭菌所需的蒸汽和冷却。
3.连消系统
谷氨酸发酵工业要求纯种培养,纯种发酵,培养基的彻底无菌是防止污染,确保生产的正常化,连续化的关键。
处理大量的培养基时,采用蒸汽加热并且高温短时间的连续蠛军方法,连消与实消相比较好处是:
营养物质受热时间短,破坏性小,受热均衡,可采用自身控制,劳动强度低,物料利用率低等。
采用蛇管冷却。
连消工艺流程如下:
配料→喷射塔→维持罐→冷却→发酵液进发酵罐
三.提取工段
谷氨酸是发酵的目的产物,它溶解在发酵液中。
在发酵液中还存在着菌体,残糖,色素,胶体物质等,而这些必须采取适当的方法将其除去。
本设计采用的是等电离交工艺。
新鲜的发酵液→经过离心机除菌(蝶式)→进入等电罐进行等电提取,用高流分或老母液处理液或硫酸调PH,控制好速度,最后至3.0左右,温度为2-5℃。
在此期间有加晶种的时间段等等一系列过程。
最后将上清液打入贮罐后进入离交柱,得高流分,调PH为1.5,进入等电罐,另外将其中的沉淀利用离心机分离得到半成品和甩出液,甩出液再打回离交柱处理浓缩后再打入等电罐使用,从而使提取收率提高。
本工艺采用低温等电提取。
四.精制工段
从提取过来的半成品是湿的谷氨酸钠,它与纯碱进行反应,生成谷氨酸钠盐,具有鲜味,但由于粗谷氨酸中含有色素,铁等杂质,如不除去,将会影响到味精的质量,因而采用混合离交柱进行脱色除铁,真空浓缩结晶,离心分离,流化床干燥,过筛分目等一系列操作,才得到纯净味精成品,最后是包装等。
1.脱色除铁
采用工艺:
粉末炭脱色→板框过滤→树脂除铁→颗粒炭脱色
其中树脂采用通用1号树脂,颗粒炭采用K15。
粉末炭脱色时,加炭量为0.2-0.5%(w/v),PH控制在6.6-6.8,温度控制在55-60℃,时间≥30分,浓度在21-23Be°,采用板框压滤,透光度达60%以上。
采用树脂除铁,离交柱需要预热,其温度为40-50℃,这有利于避免谷氨酸钠析出,注意控制好流速,一般为树脂体积的-2倍,检查除铁的情况,取流出液,滴加硫化钠溶液,有黑色出现,证明有铁存在。
操作过程中,不要使用干柱,本工艺采用的是混合柱,即除铁和脱色一体化。
脱色液的质量要求:
透光率:
90%以上,谷氨酸钠:
38-428g/dl,波美:
18-20°Be‘/35℃,PH:
6.6-6.8,Fe2+:
1-2mg/L。
此柱的再生:
正反水洗→碱洗→正水洗(PH:
8-10)→酸洗→反水洗(PH:
5-6)→备用
2.味精溶液的浓缩结晶
由于味精水溶液长时间受热会部分失水生成焦谷氨酸,即从此失去鲜味,温度越高,时间越长,失水越多,因此为了保证味精产品的质量要求,采取真空蒸发浓缩。
本设计采用的是机械搅拌内热式真空结晶罐,当溶液蒸发至饱和时,二次蒸汽通过分离液后进入冷凝器,后接真空系统,加入晶种长大后所形成的假晶种通过同温度的蒸馏水进行洗晶,杂晶控制,结晶结束后,唷底阀排出到育晶槽中,育晶槽中由保温夹套然后进行离心分离→流化床干燥→筛分过目→包装→成品。
3.味精的干燥分离
分离时采用三足式离心机,根据结晶颗粒的大小,控制分离的时间以及含水量,故一般情况下,99%的味精分离30分钟,离心后的含水量为:
0.2-0.4%。
根据味精产品的性质,味精结晶含有一个结晶水,晶体在120℃就失去结晶水,故采用流化床干燥时的温度严格控制在80℃以下,干燥后的成品含水在0。
2%左右,再通过不同的筛分过目,把不同的颗粒的结晶分开。
一般成品在10-20目之间,这时的成品为99%的味精。
第三章制糖工段工艺计算
一.制糖的作用
到目前为止,所发现的谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉,也基本上不能利用糊精作为碳源。
因此,当以淀粉为原料盛产味精时,必须预先将淀粉转化为葡萄糖,才能提供将来发酵使用。
本设计工艺都是采用双酶法将淀粉转化为葡萄糖,其中的葡萄糖为谷氨酸发酵最基本的碳源,是谷氨酸产生菌生长和繁殖的能量和碳素来源。
也是组成谷氨酸分子结构的碳架成分。
在工业生产上将淀粉转化为葡萄糖的过程被称为糖化,所制得糖液被称为双酶糖液。
此糖液中最重要得成分是葡萄糖。
此外,由于生产时控制条件的不同,含有少量的麦芽糖及二糖,低聚糖等复合糖类。
所以说,淀粉糖或双酶糖液的质量高低与发酵结果密切相关。
因此,在生产中要力求糖液的质量好,而且转化率也要高。
同时,原料本身中的其他成分,例如:
蛋白质,脂肪等以及其他副产物也存在于糖液中。
所有这些,除了葡萄糖能被谷氨酸产生菌很好利用外,其他的都很困难,它们的存在,不仅降低了淀粉的转化率,增加糖耗,而且常常影响糖液的质量,降低了糖液的可发酵性营养成分。
在谷氨酸发酵中,淀粉水解糖液质量的高低,直接关系到谷氨酸菌的生长繁殖,及谷氨酸的大量积累。
在味精生产中,如何保证水解糖液的质量,以满足发酵产酸的要求,是一个不可忽视的重要环节,就好比一座大楼拨地而起,这座楼是否牢固耐用,要看它的地基打的如何,同时,也应配合其他工段的努力。
二.制糖的方法
1.截止到目前为止,制糖水解的方法主要有四钟:
(1)酸法;
(2)酸酶法;
(3)酶酸法;
(4)双酶法。
其基本原理是:
在加酸高温水解或受酶的作用下,淀粉的颗粒结构被破坏,α-1,4,α-1,6糖苷键被破坏,切断,分子量逐渐变小,由糊精→麦芽糖→葡萄糖。
现将几种方法分别介绍如下:
(1)酸法
是传统的水解方法,它用无机酸作为催化剂,在高温高压的条件下,将淀粉水解为葡萄糖的过程。
优点:
工艺简单,水解生产周期短,设备周转快。
缺点:
副产物多,糖液纯度低,淀粉转化率低,糖液的色泽太混,且对原料要求比较严格,不能用粗淀粉,应用纯度高,精制淀粉,况且DE值低,对设备腐蚀的厉害。
(2)酸酶法
先将淀粉乳用酸水解为糊精,低聚糖,然后再用糖化酶将其转化为普通同的过程。
优点:
液化快,并且糖化段用酶法来完成,因而可采用较高的淀粉乳浓度,提高生产效率。
缺点:
时间长,设备腐蚀严重。
(3)酶酸法
首先,淀粉乳早酶(α-淀粉酶)的作用下液化,然后再用酶将其转化为葡萄糖的过程。
优点:
适用于大米的粗制原料,省去了精制的步骤,可提高原料的利用率。
缺点:
对设备的腐蚀还很严重。
(4)双酶法
它是通过淀粉乳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,是淀粉的可溶性增加。
第二步是糖化,利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解,转变为葡萄糖。
优点:
①由于酶具有很高的专一性,淀粉的水解副产物少,因而水解糖液的纯度高,DE值可达98%以上,是糖液得到充分利用;
②可以在较高的浓度下水解,水解糖液的还原糖含量可达30%左右,这便于后期发酵的流加糖工艺;
③由于酶解反应条件温和,没有高温高压,水解副产物少,因此,淀粉转化率高;
④双酶法制取的糖液营养物质丰富,可以简化发酵培养基,有利于发酵的稳定性,有利于提高糖酸转化率,也有利于后面的提取;
⑤双酶法可以避免淀粉在加工过程中的大量流失,减少粮耗。
缺点:
生产周期长,夏天糖液容易变质。
本设计工艺制糖采用的是双酶法制糖,由下表可知双酶法制糖的优越性。
项目糖化方法
双酶法
酶酸法
酸法
糖液DE值
98
95
90
葡萄糖含量(%干基)
97
93
86
灰分(%)
0.1
0.4
1.6
蛋白质(%)
0.1
0.08
0.08
羟甲基糠醛(%)
0.03
0.08
0.3
颜色(在2°Be‘浓度下)
0.2
0.3
10.0
淀粉对糖转化率(%)
98
95
90
工艺条件/能耗
温和/少
加压高温/多
加压高温/多
副产物
少
中
多
生产周期
长
中
短
设备规模/防腐要求
大/一般
中/中
小/较高
原料适应情况
各种淀粉,大米
大米
淀粉
是否有利于发酵和提取
有利
中
差
2.双酶法制糖工艺流程
α-淀粉酶
↓
淀粉乳→调浆罐→一次喷射→层流罐→二次喷射→缓冲罐→气液分离器→
糖化罐→压力罐→板框过滤机→糖液贮池→糖液贮罐→发酵车间
↑↑
液化淀粉酶糖化酶
3.工艺条件控制
(1)调浆
将淀粉乳的浓度调至17°Be‘左右,用NH4HCO3或是用HCl调其PH值为5.1-5.5,后加入耐高温α-淀粉酶,用量为10μ/g淀粉,搅拌均匀,室温下操作即可,酶法:
20000μ/g淀粉。
(2)第一次喷射液化
P气:
2。
5-3Kg,P料:
4Kg;T气:
105℃,T料:
103-104℃,在层流罐中的时间为60分钟;
(3)第二次喷射液化
P气:
3Kg,P料:
4Kg;T气:
130℃,T料:
120-125℃。
经维持罐进入气液分离器,大约为100℃,加如液化型淀粉酶,用量为10μ/g淀粉。
酶活:
40000μ/g淀粉,大约维持1。
5小时左右(用碘液进行检测,现棕红色即可),继续降温至60℃,用硫酸调其PH值至4.1-4.4,加入中温糖化酶150μ/g淀粉,其酶活为100000μ/g淀粉,大约糖化时间为2-3小时,用无水乙醇进行检验,无白色沉淀即可。
用蒸汽加热至80℃,进行灭酶30分钟,然后将糖液用NH4HCO3调节PH至4.6-4.8,在这个PH下,蛋白质与氨基酸的溶解度最小,容易凝聚析出,经过滤除去。
与此同时,还应该注意:
糖液中和的温度不易过高,80℃即可,否则易产生焦糖,增加色素(同时,如果温度高,则使蛋白质等胶体物质沉淀不完全)。
然后打入压力罐中,开始利用位差进入板框过滤,大约6-7小时后,利用风压进入板框,板框过滤的时间大约为10小时,滤液进入糖液贮池中,滤渣进入滤渣稀释池中加水稀释,搅拌,预热后,打入滤渣贮罐中,进行二次过滤。
滤液进入糖液贮罐,滤渣去作饲料,所滤得的糖液进入外面的糖液贮罐中。
质量要求:
色泽:
淡黄色透明液体;
无糊精反应;
还原糖含量:
31%;
DE值:
98%;
透光率:
80%以上;
PH:
4.6-4.8;
转化率:
96%。
第四章物料衡算
由质量守恒定律而来,即进入系统的全部物料重量等于离开系统的全部重量。
∑F=∑D+W
式中:
F——进入系统物料量(Kg)
D——离开系统物料量(Kg)
W——损失的物料量(Kg)
一.生产过程中的总物料衡算
(一)。
生产能力
年产5万吨的MSG,99%的占80%,80%的占20%,工作日为320天。
1.折合成100%的MSG:
47600t/年;
2.日产商品MSG:
50000/320=156。
25(t/d)
(其中99%的MSG125t,80%的MSG31。
25t)
3.日产100%的MSG:
47600/320=148。
75(t/d)
(二)。
总物料衡算(以淀粉质原料为实例)
1.1000Kg纯淀粉理论上产100%MSG的量
1000*1。
11*81。
7%*1。
272=1153。
5(Kg)
2.1000Kg纯淀粉实际产100%的MSG
参数确定:
糖酸转化率60%粉糖转化率99%
提取收率95%精制收率96%
1000*1。
11*98%*60%*95%*127。
2%*96%=764.88(Kg)
3.1000Kg工业淀粉(含量86%的玉米淀粉)产100%的MSG
764.88*86%=657.80(Kg)
4.淀粉单耗
(1)1000Kg100%的MSG实际消耗的纯淀粉量
1000/764.88=1.307t
(2)1000Kg100%的MSG实际消耗的工业淀粉量
1000/657.80=1.520t
(3)1000Kg100%的MSG理论上消耗的纯淀粉量
1000/115305=0.8669t
(4)1000Kg100%的MSG理论上消耗的工业淀粉量
0.8669/86%=1.008t
5.总收率
实际产量(Kg)/理论产量(Kg)*100%=764.88/1153.5*100%=66.31%
6.淀粉利用率
1.008/1.520*100%=66.31%
7.生产过程总损失
100%—66.31%=33.69%
物料在生产过程中损失的原因
(1)糖转化率偏低;
(2)发酵过程中部分糖消耗于长菌体及呼吸代谢,残糖高,灭菌损失产生其他产物;
(3)提取收率低,母液中Glu含量高;
(4)精制加工过程损耗及产生焦谷氨酸钠等。
8.原料及中间品计算
(1)淀粉用量
148.75*1.520=226.1(t/d)
(2)糖化液量
纯糖:
226.1*86%*1.11*99%=213.68(t/d)
折算成31%的糖液213.68/31%=689.29(t/d)
(3)发酵液量
纯Glu量:
213.68*60%=128.21(t/d)
折算成10。
5g/dl的发酵液128.21/10。
5%=1221.05(m3)
相对密度:
ρ=1.0661221.05*1.066=1301.64(t)
(4)提取Glu量
纯Glu量:
128.21*95%=121.80(t/d)
折算成90%的Glu量121.80/90%=135.33(t/d)
(5)GAA废母液量(采用等电点离子交换法排出的废母液含GAA0.6%)
(128.21—121.80)/0.6%=1068.33(m3/d)
(三)。
总物料衡算结果
原料
项目
淀粉质原料(玉米)
生产1t100%MSG
t/d
工业原料(t)
1.520
226.1
糖液(t)
4.63
689.29
Glu90%(t)
0.91
135.33
MSG100%(t)
1.0
148.75
排出含0.6%Glu废母液
7.18
1068.33(m3/d)
二.制糖工序的物料衡算
1.淀粉浆量及加水量(淀粉加水比例为1:
1.87)
1000Kg工业淀粉产浆:
1000*(1+1.87)=2.87(t),加水量为:
1870Kg
2.粉浆干物质浓度
(1000*86%)/2870*100%=30.0%
3.
(1)液化酶量:
10μ/g,活力20000μ/g(耐高温淀粉酶)
(1*106*0.86*10)/20000=0.43(Kg)
(2)液化型淀粉酶:
10μ/g,活力4000μ/g
(1*106*0.86*10)/4000=2.15(Kg)
4.糖化酶用量:
150μ/g,活力100000μ/g
(1*106*0.86*150)/100000=1.29(Kg)
5.糖化液用量:
31%的糖液,密度ρ=1.1166
(1.1166*1*0.86*1.11*98%*1000)/31%=3.37(t)
(纯糖:
1000*86%*1.11*99%=945.1(Kg);理论出糖:
954.6(Kg))
6.生产过程中,进入蒸汽和洗水量
3.404*1000—2.87*1000—0.43—2.15—1.29=530.13(Kg)
7.纯碱用量
按1.6Kg/t纯糖计:
1.6*945.1*10-3=1.512(Kg)
8.CaCl2用量
按0.6Kg/t纯糖计:
0.6*945.1*10-3=0.567(Kg)
9.滤渣量(以干物质计)
1000+0.43+1.29+1.512+0.567—954.6=49.199(Kg)
10.物料衡算表
进入系统
离开系统
项目
物料比例(Kg)
日投料量(Kg)
项目
物料比例(Kg)
日投料量(Kg)
工业淀粉
1000
226100
糖液
3404
769644.4
配料水
1870
422807
耐高温α-淀粉酶
0.43
97.223
液化型淀粉酶
2.15
486.115
糖化酶
1.29
291.669
洗水和蒸汽
530.13
119862.393
累计
3404
769644.4
累计
3404
769644.4
三.连续灭菌和发酵工艺的物料衡算(采用高生物素添加青霉素流加糖工艺)
1.设一吨玉米淀粉能得到的最终发酵液的体积为VH,其中,设开始培养基为V1升,流加糖液量为V2升。
已知:
糖液浓度的百分含量(w/v)与密度的关系如下
10%:
1.03812%:
1.046
16.7%:
1.066730%:
1.113
31%:
1.1166
由于产酸率为10。
5%。
糖酸转化率为60%,所以最终糖液浓度为10。
5%/60%=17。
5%
一吨玉米淀粉得纯糖:
1*1000*0.86*1.11*99%=945.054(Kg)
转化为31%的(w/v)糖液质量为:
(945.054/31%)*1.1166=3404.0(Kg)
∵17。
5%(w/v)*V=945.054
∴V=5400.31(L)
其质量为:
5400.31*1.0667=5760.5(Kg)
2.发酵过程从排风带走的水分
进风:
25℃相对湿度:
φ=70%水蒸气合压:
18mmHg(其中1mmHg=133.322Pa)
排风:
32℃相对湿度:
φ=100%水蒸气合压:
27mmHg
进罐的空气压力(表压)15个大气压(其中一个大气压:
101325Pa)
排风:
0。
5(表压)大气压
进出空湿含量差:
X出—X进=0.622*27*100%/(1.5*760—27*100%)—0.622*18*70%/(2.5*760—18*70%)
=0.01(Kg水/Kg干空气)
通风比1:
0.45
故带走的空气量为:
5400.31*0.45*60*34*1.157*0.001*0.01=57.36(Kg)
过程分析:
放罐残留量及其他损失为:
52Kg
3.接种量10%(w/v)
5400.31*10%=540.031(Kg)
4.流加NH3的量2。
8%(w/v)
5400.31*2.8%=151.209(Kg)
5.消泡剂0.05%(w/v)
5400.31*0.05%=2.700(Kg)
6.配料
甘蔗糖蜜:
5400.31*0.3%=16.201(Kg)
无机盐:
(P,Mg,K)
5400.31*0.2%=10.801(Kg)
纯生物素及VB1:
5400.31*100*10-9=5.4*10-4
7.用于发酵培养基各糖液量
由题意可得:
10%(w/v)V1+30%(w/v)V2=945.054
1.038V1+1.113V2=5400.31*1.0667+57.36+540.031+151.209-2.7
由上两式可得
V1=2425.458(L)
V2=2341.694(L)
各液质量
(作为培养基):
2425.458*1.038=2517.63(kg)
(作为流加糖):
2341.694*1.113=2606.31(kg)
总发酵液:
5400.31*1.0667=5760.51(kg)
所以各糖液中含纯糖量
(作为培养基的糖液)2517.625*10%(w/v)=251.76(kg)
(作为流加糖的糖液)2606.31*30%(w/v)=781.89(kg)
(发酵液体积)5760.51*17。
5%(w/v)=1008.09(kg)
8.配料水
配料时培养基中总含糖量V小于12%
向31%的(w/v)的糖液中含补水量
(251.763/12%)*1.046-(251.763/31%)*1.1166=1287.700(kg)
9.发酵0小时数量验算
(251.763/31%)*1。
1166+16.201+10.801+1287.700=2221.536(kg)
其体积:
2221.
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