年产N吨味精糖化工段工艺设计.docx

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年产N吨味精糖化工段工艺设计

年产4.5万吨味精糖化工

段工艺设计

系（学院）：

班级（学号）：

学生姓名：

组员：

2012年月日

摘要

味精，又名“味之素”，学名“谷氨酸钠”。

成品为白色柱状结晶体或结晶性粉末，是目前国内外广泛使用的增鲜调味品之一，其主要成分为谷氨酸钠。

具有增强肉鲜味的功能。

人体中谷氨酸以游离态和结合态两种形态存在。

蛋白质在体内中占14%--17%。

谷氨酸占其中的20%，味精经胃酸作用转化为谷氨酸，被吸收构成蛋白质，并参与体内各器官代谢，他是一种非必需氨基酸，在脱氨基、脱羧、解氨等反应中起着重要的作用。

味精对人体没有直接的营养价值，但它能增加食品的鲜味，引起人们食欲，有助于提高人体对食物的消化率；味精中的主要成分谷氨酸钠还具有治疗慢性肝炎、肝昏迷、神经衰弱、癫痫病、胃酸缺乏等病的作用。

1.2.1法的选择论证4

引言

味精的整个生产流程为：

淀粉、水→调浆（加NaCO3、和淀粉酶）→喷射液化→保温灭菌→过滤→层流罐→贮罐→冷却→糖化（先调pH再加糖化酶）→灭酶→离心过滤→得葡萄糖液→冷却→发酵罐发酵→冷却→等电点中和→谷氨酸晶体→加水溶解→二次中和→得谷氨酸钠溶液→活性炭脱色→过滤→离子交换脱金属离子→浓缩→蒸发结晶→分离出湿味精→干燥→得晶体味精→筛选→分装

第一章糖化工段工艺

1.1味精简介

味精化学名称为Lˉ谷氨酸单钠—水化合物。

味精的物理性质：

1.性状：

味精是无色至白色的柱状结晶或白色的结晶性粉末。

2.分子式和结构式：

HOOC-CH2-CH2-CH-COONa·H2O

︱

NH2

相对分子质量：

187.133.结晶

3.结晶系：

晶体的形状属斜方晶系，柱状八面体

4.密度：

粒子相对密度1.635，视相对密度0.80～0.83

5.味精具有旋光性，有D—型和L—型两种光学异构体。

6.溶解度：

味精易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，难溶于纯酒精。

7.ph为7.0（10%水溶液）。

8.全氮：

7.48%  

9.熔点：

195OC（在125OC以上易失去结晶水）

10.味精的热稳定性：

常温～100OC脱湿；100～120OC稳定；120～130OC失去结晶水；130～170OC稳定；170～250OC分子内脱水；240～280OC热分解；280OC炭化。

味精的化学性质：

1.与盐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，加酸后又生成谷氨酸一钠盐。

3.在水溶液中长时间加热，可部分脱水生程吡咯烷酮羧酸钠，它在酸或碱的作用下仍可水解成谷氨酸钠或谷氨酸。

1.2设计方案的确定

1.2.1糖化方法的选择论证

目前国内正在采用的糖化方法主要有酸解法、酶酸法、双酶法这三种。

此三种糖化方法各有优缺点，在选择时应该根据具体情况来决定，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，不能片面的追求某项指标。

其三种工艺方法具体如下：

1.酸解法：

淀粉→调浆→过筛→加酸→进料→糖化→放料→冷却→中和→脱色→过滤→唐液→消毒→发酵

2.酶酸法：

大米→浸泡→粉碎→调浆→液化→灭酶→过滤→液虑加酸→糖化→中和→脱色→过滤∣

α-淀粉酶

→糖液→发酵

3.双酶法：

玉米淀粉→液化→→糖化→过滤→糖化液→连续灭菌→发酵

∣∣∣

α-淀粉酶糖化酶补糖尿素消泡剂

各种方法的优缺点对比如图：

特点

方法

优点

缺点

酸解法

适合原料广泛，得到糖化液过滤性好

1．发生葡萄糖复分解反应，生产有色物及复合糖类，降低了淀粉的转化率及糖液质量。

2．需要耐酸、耐压、耐热设备，因而技术要求高，设备投资大，对环境影响大。

酶酸法

水解有效率高，速度快，时间短，过滤容易

酸水解选择性差，杂质分解多，颜色深，精制费高

双酶法

1．反应条件较温和，不需要耐高温高压或而酸腐蚀的设备；2．专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高；

3．可在较高的淀粉乳浓度下水解。

4．糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液的充分利用。

酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。

当然，随着酶制剂生产及应用技术的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法制糖。

采用不同的水解制糖工艺中，各有其优缺点及存在问题，但从水解糖液的质量及降低粮耗，提高原料利用率方面来考虑，则是以双酶法最好，其次是酶酸法，酸水解最差。

采用双酶法水解制葡萄糖与酸解法制糖对比，具有较高的优越性。

双酶法制糖工艺可根据升温方式的不同分为升温液化法、喷射液化法。

喷射液化法又依所用加热设备的不同分为一次喷射液化法和二次喷射液化法。

一次喷射液化法由于能耗低，设备少，糖液质量好而获得广泛的应用。

所以本次设计采用一次喷射双酶法。

1.2.2液化工艺条件的论证

液化的原理：

α-淀粉酶是内切型淀粉酶，可从淀粉分子的内部任意切开α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6糖苷键，液化产物除了麦芽糖和葡萄糖外，还含有一系列带有α-1，6糖苷键的寡糖。

淀粉在糊化之前，α-淀粉酶是难以直接进入淀粉颗粒内部与淀粉分子发生作用的。

所以淀粉一定要经过糊化阶段，酶才能开始发生作用。

液化是利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖等，使粘度大为降低，流动性增高。

（1）淀粉液化条件

淀粉是以颗粒状态存在的，具有一定的结晶性结构，不容易与酶充分反应,酶水解颗粒淀粉和水解糊化淀粉的速度比约为1：

20000。

所以淀粉酶作用于淀粉前要先加热淀粉乳，从而使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化、破坏其晶体结构。

由于不同原料来源的淀粉颗粒结构不同，液化程度也不同，薯类淀粉比谷类淀粉易液化。

淀粉酶的液化能力与温度和pH值有直接关系。

每种酶都有最适的作用温度和pH值范围，而且pH和温度是互相依赖的，一定温度下有较适宜的pH值。

在37℃时，酶活力在pH值5.0～7.0范围内较高，在pH值6.0时最高，过酸过碱都会降低酶的活性。

α-淀粉酶一般在pH值6.0～7.0较稳定。

酶活力的稳定性还与保护剂有关，生产中可通过调节加入的CaCl2的浓度，提高酶活力的稳定性。

一般控制钙离子浓度0.01mol/L。

钠离子对酶活力稳定性也有作用，其适量浓度为0.01mol/L左右。

现在研究发现当物料pH大于5.7后，在最终糖液中即有可能生成麦芽酮糖。

研究还发现，随着液化pH的不断升高，麦芽酮糖的含量也在同步增长。

在液化pH低于5.6时，即可避免在糖化过程中产生麦芽酮糖。

工业生产上，为了加速淀粉液化速度，多采用较高温度液化，例如85～90℃或者更高温度，以保证糊化完全加速酶反应速度。

但是温度升高时，酶活力损失加快。

因此，在工业上加入Ca2+或Na+,使酶活力稳定性提高。

（2）液化程度的控制

若液化程度太低，液化产物分子数少，糖化酶与底物接触的机会也少，影响糖化的速度；且液化程度低，液化液容易老化（分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新氢键的复结晶过程），糖化酶很难进入老化产物的结晶区作用，影响糖化的程度，最终糖化液粘度大，过滤困难。

如果液化程度过高，液化液分子较小，不利于络合结构生成，从而影响糖化酶的催化效率，导致糖化液的最终DE值低。

根据生产经验，一般以DE值来衡量液化程度，在DE值在10~15时结束液化过程比较合适，液化终点可用碘显色来判断。

达到终点后，需对液化液进行灭酶，升温至120℃保持10min可完成。

灭酶后，冷却至糖化酶的作用温度，待糖化。

液化程度与糖化终点葡萄糖值的关系为:

淀粉液化程度与糖化程度的关系图

在液化工艺中，可通过调节淀粉酶的用量、喷射温度、维持温度、液化时间等条件来控制液化程度。

1.3糖化工艺流程

酶调PHNa2CO3糖液

↓↓↑

淀粉乳→调浆→喷射液化→高温维持→闪蒸→层流液化→降温→糖化→升温灭酶→过滤

↑↓

调PH（盐酸或石灰水/Na2CO3）酶饲料←糖渣

图1-1一次喷射双酶法制糖工艺流程图

1.4糖化工艺技术要点

1.4.1调浆配料

根据需要，将淀粉乳调成15-20oBe。

盐酸或石灰水/Na2CO3水溶液pH5.5-5.6，以减少不可发酵糖的产生（α-淀粉酶pH范围为5.5-7.0）。

加适量的α-淀粉酶（20000U/ml，密度为1.2）CaCl2用量为干淀粉的0.15%，如果水中Ca2+超过50mg/L，可以不加CaCl2。

粉浆温度一般控制在50-58℃之间.

1.4.2喷射液化

工作蒸汽压0.4MPa,淀粉乳供料泵压力为0.2-0.4MPa，温度一般控制在105-109℃,温度高于110℃,会影响蛋白质的结构,从而影响酶的活力;温度低于105℃,则淀粉与脂质体形成的复合物不能被破坏,而这个复合物不能被酶所分解，液化温度控制在90℃，液化时间60min,碘色反应呈棕色即可。

然后130-140℃灭酶5-10min。

液化液结束后要迅速降温至60－65℃，进入糖化罐。

1.4.3糖化

液化液加酸调至pH4.2-4.4，糖化温度60±1℃，加入糖化酶糖化（按120u/g干淀粉计算），糖化时间24-32h。

要求每两小时或四小时检查一次糖化液的糊精状况，直至无明显糊精为糖化结束，即以无水乙醇滴定检查无白色沉淀为终点。

终点DE值为95%-98%。

注意控制监测及时判断终点以防糖化过度产生异麦芽糖。

将料液PH调至4.8-5.0，同时加热到85-90℃，保温30分钟，然后将料液温度降低到60-65℃.

1.4.4过滤

糖液先用NaCO3水溶液调pH4.8-5.0，加少量助滤剂，滤去蛋白质，残渣，糖液透光率达90%以上。

1.4.5贮存

为防止糖液贮存中发酵变质，应保证糖液温度不低于60℃。

供发酵使用。

第二章糖化工段物料衡算

2.1生产能力

商品味精年产量：

45kt/a，则纯谷氨酸钠年产量为：

44550t/a。

（商品味精为99%纯谷氨酸钠）

商品味精日产量：

45000/330=136.36t/d，纯谷氨酸钠日产量：

135t/d。

2.2计算指标

表2-1计算指标

项目

数值

淀粉糖化转化率

96.8%

发酵产酸率（浓度）

12%

发酵对糖转化率

62%

倒罐率

2%

谷氨酸提取收率

96%

精制收率

95%

味精对谷氨酸的产率

112%

商品淀粉中淀粉含量

85.5%

全年工作日

330d

2.3总物料衡算

物料衡算是根据质量守衡定律而建立起来的。

物料衡算是进入系统的全部物料质量等于离开系统的全部物料质量，即

式中F－进入系统物料量，㎏

D—离开系统的物料量，㎏

W—损失的物料量，㎏

图2-1味精生产工艺总物料衡算流程图

2.3.1商品淀粉用量

1000kg纯淀粉实际产100%MSG量:

1000×1.111×96.8%×62%×（100%－2%）×96%×95%×1.272=758.03kg

其中：

1.111淀粉转化为葡萄糖的理论产率（C6H10O5（分子量162）→C6H12O6（分子量180），180/162=1.111）；96.8%淀粉糖化转化率；62%发酵对糖的转化率；2%倒罐率；96%谷氨酸提取收率；95%精制收率；1.272谷氨酸转化为味精的理论产率（C5H9NO4（分子量147）→C5H10NO5Na（分子量187），187/147=1.272）。

1000kg商品淀粉产100%MSG量：

758.03×85.5%=648.12kg（85.5%—商品淀粉中淀粉含量）

1吨100%MSG实耗商品淀粉量：

日产100%味精135t，单耗商品淀粉1.54t，日耗商品淀粉量：

135×1.54=207.90t/d

2.3.2糖化液量

日产纯糖量：

207.90×85.5%×96.8%×1.111=191.17t/d

（85.5%—商品淀粉中淀粉含量；96.8%—淀粉糖化转化率；1.111—淀粉转化为葡萄糖的理论产率）

折算为30%的糖液：

（发酵时糖液浓度为30%）

191.17/30%=637.22t

即日产30%糖液637.22t。

2.3.3产谷氨酸量

日产纯谷氨酸量:

191.17×62%×（100%-2%）×96%×95%=105.93t/d

2.3.4衡算结果汇总

表2-2总物料衡算结果汇总表

原料

规格

日产（耗）量（t/d）

商品淀粉/t

85.5%

207.90

糖液/t

30%

637.22

谷氨酸/t

100%

105.93

味精/t

100%

135

2.4糖化工段物料衡算

图2-2糖化工段物料衡算图

2.4.1淀粉浆量及加水量

淀粉加水比例为1:

2，1000kg商业淀粉产淀粉浆：

1000×（1+2）=3000kg

加水量：

2000kg。

2.4.2液化酶量

使用耐高温α-淀粉酶（20000U/ml）,加酶量10U/g干淀粉。

1000kg干淀粉加酶量：

0.5L液化酶质量：

0.5×1.2=0.6kg。

2.4.3CaCl2量

此次加量为干淀粉的0.15%，即1000kg干淀粉加CaCl2：

1000×0.15%=1.5kg

2.4.4糖化酶量

一般加糖化酶量为120U/g干淀粉，本课程使用的液体糖化酶为100000U/ml，密度1.25。

则每1000kg干淀粉加糖化酶量:

1.2L糖化酶质量：

1.2×1.25=1.5kg。

2.4.5糖液产量

1000kg商品淀粉产30%糖液质量：

（由日产30%糖液与日投入商品淀粉的关系可得）

2.4.6过滤糖渣量

液化后的湿糖渣约为淀粉原料的1%。

湿渣（含水70%）,折干渣量:

1000×1%×（1-70%）=3kg

2.4.7生产过程进入的蒸汽冷凝水及洗水量

3065.03+10-（1.5+1.5+0.6）-3000=71.43kg

2.4.8衡算结果汇总

以商品淀粉的日投料量与物料的比值，填写下表各项的日投料量。

表2-3糖化工段的物料衡算汇总表

进入系统

离开系统

项目

物料比例/kg

日投料量/t

项目

物料比例/kg

日产料量/t

商品淀粉

1000.00

207.90

30%糖液

3065.03

637.22

配料水

2000.00

415.80

滤渣

10.00

2.08

液化酶

0.60

0.12

CaCl2

1.50

0.31

糖化酶

1.50

0.31

蒸汽冷凝水及洗水量

71.43

14.86

累计

3075.03

639.30

3075.03

639.30

第三章糖化工段设备选型

3.1糖化罐的选型计算

日产30%糖液637.22t，即

637.22/1.1321=562.87m3

糖化周期48h，一个糖化周期产糖液体积：

562.87×（48/24）=1125.74m3

糖化罐取260m3，装料系数85%，实际装料体积为：

260×85%=221m3

一个糖化周期需要的糖化罐数：

1125.74/221=5.09，取5台

取H=2D罐下部使用圆锥形，取圆锥高度为D/4，由

解得D=8.01，取D=8.01m，H=15.84m，则V=243.36m3。

装液量，243.36/260×100%=93.60%，装液量合适。

根据物料衡算的数据计算出需要1个调浆罐、1个储浆罐、1个维持罐、1个层流罐、5个糖化罐和1个储糖罐以及它们的具体参数，其中调浆罐和储浆罐所用的搅拌电机均为ZDT2-560-2型，糖化罐的搅拌电机要大不少，为ZDT2-560-2型。

3.2设备选型汇总

设备名称

型号规格

数量

参数

备注

糖化暂贮槽

TLB2000

1台

槽内宽B=2000mm座距10m，倾角45°

储存糖液

过滤器2

THX2.6

2台

过滤面积：

2.6m2筛面宽：

1650mm

用于颗粒过滤

过滤器8

THX2.6

2台

过滤面积：

2.6m2筛面宽：

1650mm

用于颗粒过滤

泵3

ZDT2-560-2

1台

额定功率80kW转速600/1100r/min

提供动力

泵9

Y255M-4

1台

额定功率55kW转速1470r/min

提供动力

泵14

ZDT2-560-2

1台

额定功率800kW转速600/1100r/min

提供动力

泵17

ZDT2-560-2

1台

额定功率800kW转速600/1100r/min

提供动力

喷射加热器

TLG200-42

1台

加热面积为200m2

为混合汁加热

喷射加热器

TLG300-42

1台

加热面积为300m2

为液化糖浆加热

缓冲器

TDJ430

1台

有效容积约为35m3

使加热后的原料液冷却

压滤机

G85/3.7

1台

9.35×4.82×4.2m；转鼓直径3.7m；转鼓转速0~0.4r/min；电机功率5.5kW

将糖化液压滤到糖化暂贮槽

糖化罐

TYL1600

1台

260m3；D:

8m；H:

12m材料：

碳钢

进行糖化

灭酶罐

TWX4000

1台

3.7m3；D:

2m；H:

1.6m材料：

碳钢

进行酶的灭活

平衡水箱

TPH1600

3个

有效容量300m3材料：

补胶铸铁

用于注水

液化层流罐

TYL1200

1台

10.7（m3）D:

1.5mH:

6.9m材料：

碳钢

进行液化

调浆配料槽

1台

12.7m3；D:

2.5m；H:

1.9m材料：

碳钢300m3

原料调配

板式换热器

TDP20

1台

换热面积为150m2

配末效蒸发罐

贮糖槽

Ф1000×18000

1台

有效容积110.7（m3）;D:

5m;H:

10m材料：

补胶铸铁

储存糖化后的糖液

结论及感想

经过这次年产4.5万吨味精工厂糖化工段的设计，使我深刻了解了味精发酵糖化工段的专业知识及相关技术，