年产2万吨味精工艺设计.docx

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年产2万吨味精工艺设计

年产2万吨味精工艺设计

XXX

（陕西理工学院化学学院化工专业061班，陕西汉中723001）

指导教师：

XXX

[摘要]：

本设计是年产2万吨味精工艺设计；以玉米淀粉为原料水解生成葡萄糖、利用谷氨酸生产菌进行碳代谢、生物合成谷氨酸、谷氨酸与碱作用生成谷氨酸一钠即味精为主体工艺，进行工艺计算、物料衡算、热量衡算、设备选型，并绘制了等电罐结构图，发酵工序带控制点图，糖化工序图，工厂平面布置图。

[关键词]：

味精；发酵；工艺设计

Annualproductioncapacityof20000tons

ofmonosodiumglutamateprocessdesign

WANGXiao-fei

（Grade06,Class1,MajorofChemicalEngineeringandTechniqueCollegeofChemicalandenvironmentscienceofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,Shaanxi）

Tutor:

LIZhi-zhou

Abstract：

Thedesignisanannualoutputof20,000tonsofmonosodiumglutamateprocessdesign;Tohydrolysisofcornstarchasrawmaterialstogenerateglucose,glutamicacidproducingbacteriatousecarbonmetabolism,biosynthesisofglutamicacid,glutamicacidandalkalitoformasodiumglutamateorMSGisthemainprocess,*forprocesscalculation,materialbalancecalculation,heatbalancecalculation,equipmentselection,andmappedthestructureofisoelectrictank,fermentationprocesseswithcontrolpointmap,thefactoryfloorplan,saccharificationprocessmap.

KeyWords：

MSG,Fermentation,ProcessDesign

1.总论

1.1项目依据

1.1.1课题背景及味精概述

（1）味精生产方法概述

味精生产方法一般有水解法、合成法、从甜菜废糖蜜中提取及发酵法等。

最早的生产方法是蛋白质水解法。

此方法要耗用大量的含蛋白质的粮食，而且原料来源少，价格高，收率较低，生产周期长，浓盐酸耗最大，设备腐蚀严重，劳动强度大，劳动条件差，成本高；但质量好，收率较稳定。

甜菜废糖蜜系综合利用，但原料来源有地区局限性，同时设备庞大，生产工艺复杂，产品是L—型。

目前绝大部分生产方法已用发酵法代替。

合成法优点不用粮食，采用石油废气，但生产过程中需用高压（200大气压）、高温（120℃以上）、有毒（氯氰酸）、易燃（溶剂）。

设备投资大（比发酵法高1倍以上），生产工艺复杂、危险等。

半成品消旋谷氨酸还要进行分割，年产量少于5000t者不经济。

故生产上很少使用。

当今味精生产的主要方法为发酵法，此方法不仅原料来源广阔，可利用各种淀粉或野生物淀粉、甘蔗、糖蜜、甜菜糖蜜、石油化工产品醋酸、乙醇等。

而且设备一般，腐蚀性低，劳动强度小，可自动化、连续化生产、收率高、成本比水解法低30～50％等优点。

因此，发酵法是目前生产味精的主要方法[1]。

（2）味精的性质：

味精即谷氨酸钠，是L-谷氨酸的单钠盐，又称味素，学名α-氨基戊二酸钠，含有一分子的结晶水，分子式为NaC5H8O4N·H2O，分子量为187.13。

分子结构如下：

味精和谷氨酸都有旋光性，有D-型及L-型二种光学异构体。

当D-型与L-型相等时，发生消旋，称为DL-型。

在动植物体中存在的谷氨酸都是L-型，用蛋白质水解法及发酵法生产的谷氨酸钠也都是L-型，而用化学合成法生产的谷氨酸为DL-型。

味精的主要物理性质：

（1）性状味精是无色至白色的柱状晶体或白色的结晶性粉末；

（2）结晶系斜方晶系，柱状八面体。

轴角α=β=γ=90o，轴长a≠b≠c；

（3）密度粒子相对密度1.635，视相对密度0.80～0.83；

（4）溶解度及其他不溶于酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂，易溶干水，比重为1.65；熔点为195℃；在120℃以上逐渐失去分子中的结晶水；pH为7.0。

味精的主要化学性质是：

（1）与酸作用，生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐；

（2）与碱作用，生成谷氨酸二钠盐，加酸后又生成单钠盐；

（3）长时间受热会引起分子内失去水生成焦谷氨酸钠；

（4）水溶液中解离。

1.1.2味精产业概况

我国味精生产开始于1923年，至今已有80多年历史。

它经历了创建、转换和发展三个阶段。

上海天厨味精厂最先用水解法生产味精。

之后，1932年沈阳又开始用脱脂豆粕水解生产味精。

但在解放前，我国味精工业像其它工业一样，与国外技术与世隔绝，生产长期落后，濒临破产的状态。

直到1939年我国味精厂才有沈阳、天津和青岛味精厂三大味精生产家。

这些生产家大都以豆粕为原料，工艺采用水解法生产。

以上为创建期。

新中国成立后，味精生产如雨后春笋般的成长。

1958年有关科研单位、院校和企业合作，进行发酵法制谷氨酸的试验研究工作。

1964年上海味精厂和有关科学研究单位协作，开始采用发酵法生产味精。

特别是经过无产阶级文化大革命，味精生产迅速发展。

目前全国大部分省（市）都有了味精生产，1967年全国味精产量为1965年产量的5倍。

在发酵法生产得到了普遍应用后，在生产用菌种、原材料、发酵工艺、回收提取、以及设备和自动控制等技术方面也都有不少改进和发展。

但发展是很不平衡的，距离先进水平还有差距，需要不断地努力。

1970～1980年期间，北京等厂用醋酸原料生产味精，后因设备腐蚀等原因而停产；福建、广东、广西等省部分企业用甘蔗糖蜜生产味精。

此阶段为转换阶段。

我国味精生产自80年代开始进入高速发展阶段。

从量变发展到质变，产量上获得历史性突破。

1992年成为世界味精生产的第一大国，产量达34万t。

2000年我国味精年产量将近100万t，占世界味精年产量的47﹪。

我国味精产量不断增加的同时，生产技术水平也不断得到提高。

据了解，现今我国味精生产的各项技术指标比90年代初有了较大的进步。

味精生产企业实现了集约化经营。

90年代初，我国味精生产企业130家，年产量约30万t。

目前仅50家生产企业的年产量就达100多万t。

河北梅花味精集团年产味精40万t。

河南莲花味精集团有限公司一家企业年产量就达30万t，堪与国际上同类大企业比肩。

1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。

1936年美国从甜菜废液（司蒂芬废液）中提取谷氨酸。

日本1956年开始用糖质原料发酵法，1962年用合成法，1966年以醋酸为原料用发酵法生产味精。

1977年，又改用糖蜜为原料发酵法生产谷氨酸。

国外味精生产主要分布在日本、东南亚和非洲等地区，其它欧美国家和地区的产量很小，大多依靠外部供给。

1.1.3味精需求现状

1987年，联合国粮农组织和世界卫生组织宣布，取消对味精的食用限量，作为一种增加食品风味的调味料。

味精不再需要评价其每日容许摄入量[2]。

消费者可以放心食用味精。

（1）国际味精需求市场分析

在国际市场上，味精的消费主要集中在日本、东南亚、非洲等地，最近几年欧洲和南美洲等地的味精需求量也开始出现增长势头，国际市场对味精的需求也不断增加，味精行业的发展平稳向上。

日本、韩国、东南亚等国家和地区人均味精消费较高，如日本2007年人均年消费味精1.53kg，香港为1.3kg，而我国仅为0.96kg。

（2）国内味精需求市场的分析

随着我国人民生活水平的提高和膳食结构的改变，以及对味精产品认识的普遍提高，味精的需求量不断增大，人均消费水平逐年提高，华东、中南、东南、 西南、华南地区人均年消费量已上升为1.0kg左右。

就国内市场来讲，味精的主要消费群体在城市，城市居民年消费量占到总产量的70%以上，农村市场的发展潜力巨大。

随着农村人口收入的增加，农民生活水平逐步提高。

膳食结构进一步改善，农村市场对味精的需求量会逐步增加。

（3）西北地区味精需求市场的分析

过去由于西北地区人们的饮食习惯，人均年消费水平不足0.1kg克,，随着西部地区经济的不断发展，东西部经济、文化的交流，饮食结构日趋多样化，人均年消费也已增长到现在的人均0.5kg克左右。

总的来看，我国及全世界的味精消费量都在逐年增加。

味精行业在食品工业中将占据重要的地位。

1.2设计原则

（1）遵守国家法则，贯彻党的基本建设方针，实事求是，因地制宜；

（2）合理利用国家资源和财产，最大限度的发挥硬件设施的内在潜力，节约土地，减少投资，降低成本，以获得最大的经济效益；

（3）采用成熟的，先进的工艺流程、设备，学习先进的生产技术，努力实现自动化、现代化，提高产品的科技含量，提高产品的国际竞争力；

（4）轻化工业产品批量小、品种多的特点，努力做到“一钱多用，一钱多能”，是本厂的宗旨；尽可能创造出良好的劳动环境，以利于劳动工人的身心健康。

1.3设计任务

味精厂的设计范围：

生产工艺及装置的设计；各车间、辅助生产车间、生活服务、办公设施等的建筑、结构设计；总平面设计；三废治理设计；热能动力、供电照明、给排水、采暖通风等设计。

其中，味精生产的工艺流程布置及设计，主要设备的计算和选型为本次设计的主要内容。

此外，还根据实际要求画出等电罐结构图，发酵工序带控制点图，工厂总平面布置图，糖化工序图等。

1.4厂制概况

1.4.1工厂组织

本厂职工按工作性质分为：

生产性人员和非生产性人员。

生产人员占全长职工的70％左右，非生产人员占全厂人员的30％左右。

在非生产性人员中：

50％为科研人员（兼职行政人员），6％为保安人员，10％为勤杂人员，其他的为34%。

1.4.2工作制度

法定假日和星期假日采用轮换倒班制度，连续工作制：

工作日=365－设备维修日

=365－45

=320（天）

1.4.3人员配备

根据工厂不同部门的工作性质要求，本工厂的人员配置见表1.1。

表1.1劳动定员表

序号

部门

管理

人员

技术

人员

生产

人员

辅助生

产人员

服务

人员

合计

比例

/%

1

主要生产部门

10

15

600

—

—

625

69.4

2

辅助生产部门

3

3

—

140

—

146

16.2

3

管理及服务部门

50

55

—

—

24

130

14.4

3.1

管理部门

50

55

—

—

3

108

12

3.2

服务部门

—

—

—

—

21

22

2.4

4

合计

63

73

600

140

24

900

—

5

各类人员所占比例/%

7

8.1

66.7

15.5

2.7

—

100

1.5厂址选择

1.5.1建厂依据

工厂选址和生产规模决策是企业长期战略决策的重要内容，它关系到企业的近期投资和未来的生产运作成本。

根据各行业发展的需求，以及国际市场的需求，经省政府及市政府有关部门的批准，新建厂的厂址拟选在陕西省榆林市。

新建厂的主要原料，经上级主管部门的批准，直接榆林市及其附近省市取原料，节省经费，并且能够做到产品统一规格。

1.5.2指导方针

（1）遵守国家的政策规定；

（2）符合城市规划和工业布局；

（3）利于生产，便于生活；

（4）对环境不会造成威胁；

（5）合理利用资源；

（6）带动当地经济发展；

（7）节约投资，留有余地。

1.5.3选厂经过

厂址选择是味精厂建设中的一个重要环节[3]，是一项政策性、技术性很强，牵涉范围很广，关系到工厂投产后生存与发展的综合性工作。

因此新建味精厂必须重视厂址选择工作。

选择味精厂厂址的基本原则：

（1）厂址选择必须符合国家工业布局和城市规划的要求，遵守国家有关法律、法规。

所选厂址要满足生产需要，尽量不占或少占良田，节约用地，但要留有发展余地。

（2）厂址应靠近水量充足、水质良好的水源地。

水质应符合《生活饮用水卫生标准》和味精生产的要求。

（3）厂址应尽可能靠近热电供应地，要有可靠的供应保证。

对于中小型味精厂应尽可能利用社会热电站的蒸汽热电站，以减少新建工厂在热力方面的投资，对于较大型味精厂应考虑热电联产，建自备热电站，合理利用能源，降低生产成本。

（4）厂址周围应有良好的卫生环境，周边空气质量良好，无污染源，以保证味精生产，尤其是发酵工序对空气的质量要求。

应远离居民密集区、文物风景区、机场以及散发大量粉尘和有害空气的工厂、仓储、堆场等区域。

如不能远离有严重空气污染区时，则应位于其最大频率风向上风侧，或全年最小频率风向的下风侧。

（5）厂址应具满足建设工程需要的过程地质条件和水文地质条件。

建厂厂址的基地应该有较高的承载力和稳定性，应避免在地震断层地区基本烈度为9度以上地区，易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的地区建厂。

（6）厂址应有便利的交通运输条件，味精生产用原料、燃料及成品等物质吞吐量较大，应尽可能靠近原有的交通运输线路，如铁路、公路、码头，以减少建设投资。

（7）厂址宜靠近原料、燃料基地及产品主要销售地区，尽量缩短运距。

并靠近储运、机修、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。

（8）厂址附近应有生产污水、生活污水、废渣等排放的可靠排除地，并应保证新建工厂不给当地环境造成不良影响和危害。

1.6环境保护剂废物处理

现代工业的发展虽然创造了巨大的财富，使人类的环境又为它付出了巨大的代价。

随着世界特别是我国环境的明显恶化，国民的环境保护意识逐步提高，人类从严酷的事实中提高了对人类活动与环境之间关系的认识。

为了防止环境质量的进一步恶化，为了我们自己，为了我们的子孙后代，必须保护环境。

味精工厂主要产生的“三废”及处理措施[4-5]：

（1）废气

现有味精企业除少数由热电站供给蒸汽外，多数企业自备锅炉，其烟尘排放基本上可以达标。

主要通过加高烟囱高度和采用旋风除尘器、电除尘和布袋除尘等干式除尘和麻石水膜湿式除尘的办法来解决。

生产中使用的工艺过程中产生HCl、H2S、NH3、H2SO3等气体通过使设备密闭、脱硫措施及使用液体石蜡与空气隔离等措施防止其逸出。

（2）废渣

味精企业的废渣即锅炉灰渣和回收的粉煤灰随生产运出厂外，其炉渣和粉煤灰可用于铺路和作建筑保温材料。

有些工厂的大米渣、糖渣售出作饲料，灰渣可回收利用。

（3）噪声

味精生产主要噪声来源于发酵罐、空压机、鼓风机、引风机以及设有大功率的搅拌设备等，以发酵罐的噪声最大。

100m3发酵罐的噪声达到70~80Db。

（4）废水

味精企业的废水可分为高低浓度的有机废水。

其中，刷罐水、生活污水、蒸发冷水等是低浓度废水。

味精生产的主要污染物为高浓度有机废水，为谷氨酸母液。

20世纪80年代后，各厂采取多种措施解决污染问题，已取得诸如废液生产复混合肥料、饲料酵母，通过浓缩—喷浆—干燥—造粒-包装，变废为宝，厌氧、曝气处理废水等成果。

但就全国味精行业来看，问题相当严重。

进入21世纪，很多味精企业已采取浓缩制肥的办法，使高浓度废水得到彻底根治，但还有部分企业没有解决。

此外每年还向环境排出大约400万吨的低浓度废水，可见排放的污染物负载量是十分惊人的。

在国家环保法公布和味精工业污染物排放标准公布之后，企业今后通过清洁生产地管理和综合治理，坚决实行节能排放，坚决使废水达到排放标准，改善环境，促进生产。

味精行业对废水治理展开较早并做了大量研发工作，提出不少治理方案。

其中主要有：

高浓度废液浓缩制生物发酵肥法；废液制取饲料酵母（SCP）法；厌氧—好氧二段生化法；生物转盘法；氧化塘（沟）法等。

很多方法已经在生产中应用并取得很好的效果。

对污染源、废水、废气、废渣、噪音粉尘烟等的具体防止和处理方法主要依据《环境保护法》及相应的可行性研究、环保报告和初审意见来确定。

2.工艺设计

2.1工艺流程设计

2.1.1工艺流程设计的重要性

（1）生产工艺流程设计是工艺设计的基础，所涉及面很广，是味精工厂设计的核心和重要部分。

在设计中必须做到技术先进、经济合理、成熟可靠；在保证产品质量条件下，力求工艺流程简化，生产管理方便；把各个生产过程按一定顺序、要求组合起来，编制成工艺流程图等来完成工艺流程设计。

因为工艺流程设计的质量直接决定车间的生产产品质量、生产能力、操作条件、安全生产、三废治理、经济效益等一系列根本性问题。

（2）工艺流程设计图是物料衡算、设备选型的基础。

从其他角度来说，工艺流程设计是定性分析工作阶段，物料衡算是定量计算阶段。

一般来说，先定性后定量，所以，工艺流程设计是物料衡算的前提和基础。

2.1.2工艺流程设计的原则

（1）先进性

工艺流程的先进性从两个方面考虑：

一方面是技术的先进；一方面是经济上的合理。

两方面同等重要，缺一不可。

（2）可靠性

所设计的工艺流程必须可靠即经过实验室、工业小试、中试，证明技术是成熟的，生产安全可靠，才可以设计选用。

（3）结合国情，因地制宜

工艺流程的选择从技术角度来说，应尽量采用新工艺、新技术，单从具体情况考虑，并不必选择国外的先进的技术。

因为国外的技术往往价格较高，技术保密性强，实用价值不大。

所以，结合实际，选择自己易于掌握和改进的技术要方便、实用。

2.1.3工艺流程设计

味精工艺流程图2.1如下。

图2.1味精生产工艺流程图

2.2玉米制备淀粉工艺

2.2.1湿法玉米淀粉制备工艺过程

玉米在我国广泛种植，产量高，与其他淀粉原料相比，具有易于储存、工厂可以全年生产、不受季节限制、淀粉质量高等优点。

因此玉米成为我国制造淀粉最重要的原料，玉米淀粉占我国淀粉总产量的90%以上，卫生发酵行业需要的糖源大都来自玉米。

玉米淀粉的制备分干法和湿法两种[6]。

所谓干法是指靠磨碎筛分风选的方法，分出胚芽和纤维，而得到低脂肪的玉米粉。

湿法是指“一浸二磨三分”，即将玉米温水浸泡、粗磨、细磨，分离胚芽、纤维素和蛋白质，而得到高纯度的淀粉。

一般为获得高纯度的玉米淀粉都采用封闭式湿法工艺进行。

封闭式流程只在最后的淀粉洗涤时用新水，其他用水工序都用工艺水，因此新水用量少，干物质损失少，污染大为减轻。

本设计采用湿法制备淀粉。

湿法玉米淀粉生产工艺流程如图3.1所示。

图2.2湿法玉米淀粉生产工艺流程图

1.玉米储存

玉米的储存一般采取立筒仓或平仓。

储存玉米应备有相应的输送设备，装设测温仪表，同时注意通风、发热、发霉、虫害、防爆等问题，保证玉米质量。

2.玉米净化

玉米粒中混有砂石、铁片、木片、尘土等杂物，在加工之前要先将其去除，常采用带有吸尘（风力）的振动筛、比重除石器、除尘器等去除大小杂质，电磁分离机去除铁片，然后将玉米采用水力输送到浸泡罐，同时将灰分除去。

水力输送的速度为0.9~1.2m/s，玉米和输送水的比例为1：

（2.5~3.0），水温35~40℃。

3.玉米浸泡

玉米浸泡时亚硫酸浓度为0.15%~0.35%，浸泡温度48~50℃，浸泡时间40~50h。

浸泡过程要严格控制亚硫酸浓度，过高过低对玉米浸泡都不利。

4.破碎与胚芽分离

浸泡的玉米经齿轮磨破碎后，用泵送至一次旋液分离器，底流物经曲筛虑去浆料，筛上物进入二道齿轮磨。

经二次破碎的浆料泵入二次旋液分离器，分离出的浆料经二次曲筛得到粗淀粉乳与一次曲筛分离出的淀粉乳混合。

两次旋液分离器分离的胚芽料液进入胚芽分离器分离出胚芽，得到的稀浆料进入细磨工序。

进入一次和二次旋液分离器的淀粉悬乳液浓度为7~9°Bé，压力为0.45~0.55MPa，胚芽分离过程的物料温度不低于35℃。

5.细磨

二次旋流分离出的筛上物进入冲击磨（针磨）进行细磨，最大限度地使与纤维素联结的淀粉分离出来，细磨后的浆料进入纤维素槽洗涤。

6.纤维分离

细磨后的浆料与洗涤纤维素水依次泵入六级压力曲筛进行逆流洗涤，纤维素从最后一级曲筛筛面排出，第一级曲筛筛下物为粗淀粉乳进入淀粉分离工序。

细磨后的浆料浓度为5~7°Bé，压力曲筛进料压力为0.25~0.30MPa,洗涤用水温度45℃，可溶物不超过1.5%，纤维素洗涤用水量（210~230L）/100kg干玉米。

7.淀粉蛋白质分离

粗淀粉乳经除砂器、回转过滤器，进入分离麸质和淀粉的主离心机，第一级旋流分离器顶流的澄清液作为主离心机的洗涤水。

顶流分离出麸质水，浓度为1%~2%，送浓缩分离机，底流为淀粉乳，浓度为19~20°Bé，送十二级旋流分离器进行逆流洗涤。

洗涤用新鲜水，水温为40℃。

经十二级旋流分离器洗涤后的淀粉含水60%，蛋白质含量低于0.35%。

8.淀粉的脱水干燥

洗涤后的淀粉乳可以用来直接制备淀粉糖，也可以经自动刮刀离心机等进行脱水，得到含水34%~38%的湿淀粉，再用气流干燥机干燥后得到成品淀粉。

2.2.2湿法玉米淀粉生产的主要设备

湿法生产玉米淀粉的主要设备如表2.1所示。

表2.1湿法生产玉米淀粉的主要设备

工序

主要设备

玉米浸泡

浸泡罐

玉米破碎

凸齿磨

胚芽分离

旋流分离器

胚芽洗涤

曲筛

细磨

针磨

纤维分离

压力曲筛货锥型离心筛

淀粉与蛋白质分离

碟片分离机

淀粉洗涤

12级旋流分离器

麸质浓缩

碟片分离机

麸质回收

转股式真空吸虑机或板框式压滤机

淀粉脱水

卧式刮刀离心机

淀粉干燥

一级负压或正压二级气流干燥机

湿纤维胚芽干燥

管束干燥机

麸质干燥

气流干燥机或管束干燥机

2.2.3玉米淀粉生产工艺技术指标

（1）计算依据

a.年产2万吨味精需商品淀粉3万t，以年产商品淀粉（含水）3万t为基准进行计算。

b.玉米质量含淀粉≥70%，碎玉米及杂质≤3%，蛋白质8%～11%，脂肪4%～6%，含水14%。

（2）主副产品产量。

a.年产商品淀粉（含水14%）：

3万t。

b.副产品（年产量）。

蛋白粉（含蛋白质60%，含水10%）：

2680t；

麸质饲料（含蛋白质21%，含水12%）：

7430t；

麸质饲料由玉米浆2000t+玉米纤维4000t+胚芽油饼1430t组成；

玉米米油：

1248t。

c.原料

年耗用原料玉米（含水14%）：

46722t；

年耗用净化玉米（含水14%）：

45357t；

年耗用干玉米：

39007t。

（3）生产及辅助用水

生产用水比列：

玉米：

输送水=1：

3；

亚硫酸：

玉米=（1.20～1.25）：

1；

胚芽洗涤水：

玉米=1.2：

1；

纤维洗涤水：

玉米=2.0：

1；

淀粉洗涤水（软水）：

玉米（干物）=2.5：

1。

由此可以看出，如全部用新水生产1t淀粉需用水10t以上，耗水量很大，年产1万t淀粉，用水十几万t，排放污水也有近10万t，环保压力很大。

2.3淀粉糖化工艺

2.3.1概述

将淀粉质原料（如玉米、大米、小麦、木薯等淀粉）转化为葡萄糖的过程称作糖化工艺，其糖化液称淀粉糖或淀粉水解糖。

淀粉是由葡萄糖单元通过α-1，4和α-1，6糖苷键连接而成的多糖，α-1，4和α-1，6糖苷键在酸或酶的作用下会断裂，形成葡萄糖单元。

淀粉糖化按使用催化剂的不同可以分为酸解法、酶酸法和双酶法三种。

双酶法生产的糖液产品质