年产22万吨味精生产工艺流程设计.docx
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年产22万吨味精生产工艺流程设计
年产22万吨味精生产工艺流程设计
化学工程与工艺专业
化工工艺课程设计
说明书
题目:
年产2.2万吨味精生产工艺流程设计
学号:
姓名:
年级:
指导教师:
完成日期:
2020年11月20日
摘要
本设计是年产2.2万吨味精工艺设计;以玉米淀粉为原料水解生成葡萄糖、利用谷氨酸生产细菌进行碳代谢、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,进行物料衡算、热量衡算、水衡算和发酵罐选型运算,并绘制了发酵罐结构图,发酵流程图,全厂平面布置图糖化流程图,提取与精制流程图.
设计的结果和目的要紧是通过工艺流程及相关设备进行运算,设计出一个具有高产量,低能耗,污染小的现代化味精生产工厂。
本次设计是通过对味精生产的四个工艺流程的物料、热量和水进行了衡算和发酵罐选型运算,得到可行的数据,同时据此选取了合适的发酵生产设备以及合理的工艺流程进行味精的工厂生产,从而提高味精生产的质量和产量,降低了生产的成本,既为味精的工厂化生产的进步提供合理的理论依据,又为环境爱护和可连续进展提供重要的数据支持,因此此次味精工厂初步工艺设计是较为必要的.
通过一系列运算,我们得出了此次毕业设计所需的重要数据:
玉米淀粉为原料日产100%MSG68.75吨,每日消耗的86%的玉米淀粉质量为102.12吨,日运转糖化罐2罐,投放料2罐次。
本次设计采纳7台公称容积为200立方米的机械搅拌式发酵罐进行发酵,日运转6台。
该发酵罐的具体技术参数为:
高度为9.54m,罐体总高14.41m,罐身厚度14mm,封头壁厚16mm,选用六平叶涡轮式搅拌器,搅拌器转数140r/min,搅拌轴功率2156kw,罐内工作压力0.15MPa。
总蒸汽量330.4t/d,平均量13.8t/h,高峰时用量36.9t/h。
日供给新奇水12766.1t,二次水15413t/d,凝聚水131.01t/d,每日排水15256t。
从而完成了年产2.2万吨味精工厂初步工艺设计。
由于此次味精工厂设计仅限于理论运算和模拟的运行数据,关于现实的生产只存在指导和借鉴意义,事实上用性有待在生活生产中进行进一步可行性测试和研究.
关键词:
味精;发酵;工艺设计;发酵罐;
Annualproductioncapacityof22000tons
ofmonosodiumglutamatefactorypreliminaryprocessdesign
Abstract
Thedesignisanannualoutputof22,000tonsofmonosodiumglutamateformaterialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,processdesign;Tohydrolysisofcornstarchasrawmaterialstogenerateglucose,glutamicacidproducingbacteriatousecarbonmetabolism,biosynthesisofglutamicacid,glutamicacidandalkalitoformasodiumglutamateorMSGisthemainprocess,formaterialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,andmappedthestructureoffermentationtank,fermentationprocesswithcontrolpointmap,thefactoryfloorplan,saccharificationprocessmapandtheprocessmapofextractionandpurification.
Theresultofthedesignandthedestinationoftheprocessistoconceiveahighyield,lowenergyconsumptionandtheproductionofsmallpollutionMSGplantmodernization.
Thisdesignistogetthefeasibledatathroughthefourphasecalculation,includingthematerialbalancecalculation,heatbalancecalculation,waterbalancecalculationandtheselectioncalculationoffermentor,basedonwhichwechosethefactoryofsuitablefermentationproductionequipmentandthereasonabletechnologicalprocessestoproduce,inordertoimprovethequalityandoutputandtolowthecostatthesametime,bothgivingthereasonabletheorybasetotheprogressoffactoryproductionofmonosodiumglutamateandprovidingthedatasupporttotheenvironmentprotectionandsustainabledevelopment.So,thefactorypreliminaryprocessdesigniscomparativenecessary.
Afteraseriesofcalculation,wegainthefollowingimportantdatarequiredforthisdesign:
themassofthe100%MSGwithcornstarchasrawmaterialis68.75t,themassof86%cornstarchis102.12t,thenumberoftankneededtoworkis2,whichdemandsof2timesoffilling.
Thisdesignadopts7mechanicalagitatedfermentorwiththenominalof200m³toferment,with6operatingaday.Thiskindoffermentortechnicalparametersisasfollow:
Theheightis9.54mm,themainheightofcanbodyis14.41mm,thethicknessis14mm,thethicknessofendsocketis16mm,therevolvingspeedis140r/min,theshaftpoweris2156kw,theworkingpressureinsidethetankis0.15MPa.Thetotalquantityofsteamis330.4t/d,theaverageis13.8t/h,peakconsumptionis36.9t/h.thefreshwateris2766.1t/d,secondarywateris15413t/d,condensedwater130.1ist/d,drainingwateradayis15256t.Then,weaccomplishthedesign.
Becauseofbeingcurbedbythetheorycalculationandtheprocessdata,thisdesignisonlytoguidetheactualproduction,itspracticalapplicabilityiswaitedtobeingfurthertestandresearch.
KeyWords:
MSG;Fermentation;ProcessDesign;Fermentor;
化工工艺课程设计任务书
专业:
化工学工程与工艺班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
时刻:
2020年11月20日
一、设计题目
年产2.2万吨味精生产工艺流程设计
二、目的意义
通过化工工艺课程设计,使学生把握化工工艺设计的要紧程序、差不多内容与设计方法,巩固、深化所学知识,提高分析问题、解决问题的能力,同时培养学生综合运用所学基础理论与专业知识独立完成某一化工产品生产工艺设计,并通过设计说明书的编写、绘制工艺流程图和设备工艺条件图,为毕业设计打下坚实的专业基础。
三、要求
年生产时长:
300d;生产方法:
发酵法;转化率:
99%
要求学生树立既要考虑技术上的先进性与可行性,又要考虑经济上的合理性并注意到操作时的劳动条件和环境爱护的正确的设计思想,在这种设计思想的指导下,培养分析和解决实际工程问题的能力,具备相关工程设计和工程运算的能力,具备学会用简洁的文字、规范的图表来表达自己的设计结果的能力。
四、设计内容
1.生产方案选择
2.工艺流程设计与论证
3.工艺原理、操作条件说明
4.工艺运算
5.设备选型与配置
6.生产车间设备布置
五、进度安排和工作内容
序
工作内容
打算时刻
1
了解设计任务内容,查阅文献资料
1天
2
确定生产方案
1天
3
进行生产工艺流程设计并绘制相关工艺流程图
2天
4
工艺运算
2天
5
设备设计运算与选型、设备配置
2天
6
车间设备布置、绘制车间设备布置图
1天
7
编制课程设计说明书
1天
六、要紧参考文献资料
[1]王静康主编,化工过程设计(第二版),化学工业出版社,2010
[2]米镇涛主编,化工工艺学(第二版),化学工业出版社,2010
[3]上海医药设计院,化工工艺设计手册,化学工业出版社,2005
[4]柴诚敬主编,化工原理(上、下—第二版),化学工业出版社,2010
[5]梁红涛主编,化工生产工艺设计(上、下),银生音像出版社,2004
课程设计完成起止时刻:
2020年月日—2020年月日
指导教师(签名):
2020年月日
审核意见:
选题符合要求,同意按任务书设计要求依据该题目进行工艺流程设计。
课程设计教研组长(签名):
2020年月日
1总论
1.1概述
尽管味精广泛存在于日常食品中,但谷氨酸以及其它胺基酸关于增强食物鲜味的作用,在20世纪早期,才被人们科学地认识到。
1907年,日本东京帝国大学的研究员池田菊苗发觉了一种,昆布汤蒸发后留下的棕色晶体,即谷氨酸。
这些晶体,尝起来有一种难以描述但专门不错的味道。
这种味道,田在许多食物中都能找到踪迹,专门是在海带中。
池田教授将这种味道称为“鲜味”,为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利[1]。
味精,学名谷氨酸钠。
其进展大致有三个时期:
第一时期:
1866年德国人里德豪森博士从面筋中分离到氨基酸,他们称谷氨酸,依照原料定名为麸酸或谷氨酸(因为面筋是从小麦里提取出来的)。
1908年,池田菊苗试验,从海带中分离到L—谷氨酸结晶体,那个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质,而且差不多上有鲜味的。
第二时期:
以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精,在1965年往常是用这种方法生产的。
那个方法消耗大,成本高,劳动强度大,对设备要求高,需耐酸设备。
第三时期:
随着科学的进步以及生物技术的进展,使味精生产发生了革命性的变化。
自1965年以后我国味精厂都采纳以粮食为原料(大米、甘薯淀粉)、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠,为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品用了它以后使菜肴更加鲜美可口[2]。
1.1.1味精的性质
(1)性质
要紧成分为谷氨酸钠。
要注意的是假如在100°C以上的高温中使用味精,鲜味剂谷氨酸钠会转变为焦谷氨酸钠,焦谷氨酸钠尽管对人体无害,然而焦谷氨酸钠没有鲜味,会使味精鲜味丧失。
还有假如在碱性环境中,味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。
因此要适当地使用和存放[3]。
谷氨酸钠是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。
是一种无嗅无色的晶体,在232°C时解体熔化。
谷氨酸钠的水溶性专门好,溶解度为74克谷氨酸钠。
化学式为C5H8O4NNa·H2O
摩尔质量187.13gmol-1
(2)多食味精的危害
味精的要紧成分为谷氨酸钠,味精除了是调味的好助手外,它在消化过程中能分解出谷氨酸,后者在脑组织中经酶催化,可转变成一种抑制性神经递质。
当味精摄入过多时,这种抑制性神经递质就会使人体中各种神经功能处于抑制状态,从而显现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状;有人还会显现焦躁、心慌意乱;部分体质较敏锐的人甚至会觉得骨头酸痛、肌肉无力。
另外,过多的抑制性神经递质还会抑制人体的下丘脑分泌促甲状腺开释激素,阻碍骨骼发育,对儿童的阻碍尤为显著。
当食用味精过多,超过机体的代谢能力时,还会导致血液中谷氨酸含量增高,限制人体对钙、镁、铜等必需矿物质的利用。
专门是谷氨酸能够与血液中的锌结合,生成不能被利用的谷氨酸锌被排出体外,导致人体缺锌。
锌是婴幼儿躯体和智力发育的重要营养素。
因此,婴幼儿和正在哺乳期的母亲应禁食或少食味精。
另外,日本研究人员认为,长期过量食用味精可能导致视网膜变薄、视力下降,甚至失明。
大量谷氨酸令心脏操作减缓,令心脏收缩幅度增加,令冠状脉管受压缩。
专门大量的谷氨酸会令心脏停止活动。
1.1.2产品用途
食品工业:
增鲜味调料。
每年我过的味精出口量不足年产量的1%,绝大部分都在国内市场上消化。
随着人们生活水平的提高,味精的需求量会越来越大。
医药工业:
辅助治疗肝病,增强经历,安定情绪等。
制造工业:
化妆品,高级人造革等。
1.2设计的目的和意义
(3)意义
基于味精需求量之大、前景之好,本工艺设计选题为年产2.2万吨味精生产工艺初步设计。
工艺是要不断创新、不断寻求更高效合理的生产途径及更环保的生产方法的,而原有味精生产工艺在某些方面不够理想,因此在那个地点加以改进,并在原有味精生产工艺基础上开发结合新工艺、新技术,使味精的生产在某些方面达到一个突破,使整个流程更加完善[12]。
(4)目标
通过对上述研究内容的探究与研究,达到对味精工厂初步工艺设计关于如下方面的了解:
a.原料粉碎、液化、糖化、扩培、发酵、提取、精制、污水处理。
b.与上述工序配套的设备、自控、电气、土建、给排水管道等[13]。
1.3项目设计依据和原则
1.3.1设计依据
海南大学2020年化工工艺课程设计课题《年产2.2万吨味精生产工艺流程设计》任务书,见附件。
1.3.2设计原则
(5)按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证,以确定最佳方案;
(6)尽可能采纳节能工艺和高效设备,充分发挥规模效应,降低能耗、物耗和生产成本,提高项目的经济效益和社会效益;
(7)主体工程与环境爱护、劳动安全和工业卫生同时考虑,以减少“三废”排放,加强废渣治理,确保安全生产,排除并尽可能减小工厂生产对化境的不良阻碍和对工厂职工以及周边地区居民健康的危害。
1.4设计范畴
本设计的要紧内容:
(8)生产方案选择
(9)工艺流程设计与论证
(10)工艺原理与操作条件说明
(11)工艺运算——物料衡算与热量衡算
(12)生产要紧设备设计运算与选型
(13)生产车间设备配置与布置设计
(14)编写项目设计说明书
(15)工程设计绘图
a.带操纵点的工艺流程图
b.车间布置平面、立面图、工厂总体平面布置图(可略)
设计重点:
工艺流程设计与论证、工艺原理说明和工艺运算
1.5味精生产能力及产品质量标准
1.5.1生产能力
年产2.2万吨味精,年工作日300天,全天候连续生产。
1.5.2产品质量标准
(16)外观和感观要求
味精为无色~白色柱状晶体或白色结晶性粉末,有光泽,无肉眼可见杂质,具有专门鲜味,无异味[12]。
(17)理化要求
味精理化要求
项目
指标
含量(%)
≥99.0
透光率(%)
≥98
比旋光度[α]D20
+24.8°~+25.3°
氯化物(以Cl计)
≤0.1
PH
6.7~7.2
干燥失重(%)
≤0.5
砷(As)(mg/kg)
≤0.5
重金属(以Pb计)(mg/kg)
≤10
铁(Fe)(mg/kg)
≤5
锌(Zn)(mg/kg)
≤5
硫酸盐(以SO4计)(%)
≤0.03
(18)产品规格
味精按种类可分为:
含盐味精和特鲜(力)味精。
味精按大小可分为:
80目、50目、30目。
(19)味精工厂设计的要紧技术参数
2.2万吨商品味精产品中,纯度为99%味精占80%纯度为80%味精占20%
味精工厂设计的要紧技术参数
序号
生产工序
参数名称
指标
1
制糖(双酶法)
淀粉糖化转化率%
96
2
发酵
产酸率g/dl
11.0
3
发酵
糖酸转化率%
65.0
4
谷氨酸提取
提取收率%
94
5
精制
收率%
95
6
发酵
操作周期h
42-48
7
发酵
倒灌(发酵失败)率%
0.5
2生产方案选择
2.1生产方法
2.1.1蛋白质水解法
以蛋白质水解法为例:
以植物蛋白,如面筋等为原料,加入酸后进行水解,使原料中的植物蛋白水解成多种氨基酸,然后分离出谷氨酸,再制成味精,此法为传统工艺。
2.1.2合成法
要紧包括以糠醛,丙烯晴和环戊二烯为原料的合成法等。
该法的优点是不用粮食,采纳石油废气,但生产过程中需用高压(200大气压)、高温(120°C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。
故生产上专门少使用。
2.1.3发酵法
该原料来源宽敞,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。
而且设备一样,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要紧方法。
2.2生产方案确定
上述各生产方法已列出其优缺点,综合考虑并按照任务书的要求,选择第三种,即发酵法生产味精。
3生产工艺流程设计及说明
3.1发酵法生产工艺流程设计
本课题选用的发酵法生产方案,其工艺流程见图1
3.2生产工艺流程说明
3.2.1原料的预处理及淀粉水解糖的制备
(20)原料的预处理
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。
用于除杂的设备为选择机,常用的是振动筛和转筒筛,其中振动筛结构较为简单,使用方便。
用于原料粉碎的设备除盘磨机外,还有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,辊式粉碎机要紧用于粒状物料的中碎和细碎。
(21)淀粉水解制备
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,所制得的糖液称为淀粉水解糖。
由于谷氨酸生产菌不能直截了当利用淀粉或糊精作碳源,因而必须将淀粉水解为葡萄糖,才能供发酵使用。
目前国内许多味精厂采纳双酶法制糖工艺。
3.2.2种子扩大培养及谷氨酸发酵
种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子,发酵车间内设置有种子站,完成生产菌种的扩大培养任务。
从试管斜面动身,经活化培养,摇瓶培养,扩大至一级乃至二级种子罐培养,最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。
谷氨酸发酵开始前,第一必须配制发酵培养基,并对其作高温短时灭菌处理。
用于灭菌的工艺除采纳连消塔—坚持罐一喷淋冷却系统外,还可采纳喷射加热器—坚持管—真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。
但由于糖液粘度较大,流淌性差,容易将坚持管堵塞,同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高,因而应用较少。
发酵设备,国内味精厂大多采纳机械搅拌通风通用式发酵罐,罐体大小在50m3到200m3之间。
关于发酵过程采纳人工操纵,检测外表不能及时反映罐内参数变化,因而发酵进程表现出波动性,产酸率不稳固。
由于谷氨酸发酵为通风发酵过程,需供给无菌空气,因此发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。
第一由高空采气塔采集高空洁净空气,经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理,再送入贮气罐,进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后,送至发酵罐使用。
在北方地区由于空气湿度小、温度低,还可采纳空气压缩、冷却过滤流程,省去一级冷却设备。
3.2.3谷氨酸的提取
谷氨酸的提取一样采纳等电点—离子交换法,国内有些味精厂还采纳等电点—锌盐法、盐酸水解—等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。
但存在废水污染大,生产成本高,技术难度大等问题,应用上受到限制。
3.2.4谷氨酸制取味精及味精成品加工
精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠,即味精。
粗品经提纯、加工、包装,得到成品。
味精中和液的脱色过程,除使用碳柱外,还可使用离子交换柱,利用离子交换树脂的吸附色素。
味精的干燥过程,国内许多厂家还采纳箱式烘房干燥,设备简单,投资低,但操作条件差,生产效率低,不适应大规模生产的要求。
也有的厂家使用气流干燥技术,生产量大,干燥速度快,干燥时刻短,但干燥过程对味精光泽和外形有阻碍,同时厂房建筑要求较高,如此均不如振动式干燥床应用成效好。
4工艺运算
4.1工艺技术指标及基础数据
生产规模:
2.2万吨/年
生产规格:
纯度为99%的味精
生产方法:
以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵,低温浓缩、等电提取
生产天数:
300天/年
倒罐率:
0.5%
发酵周期:
40-42小时
生产周期:
48-50小时
种子发酵周期:
8-10小时
种子生产周期:
12-16小时
发酵醪初糖浓度:
15%(W/V)
流加糖浓度:
45%(W/V)
发酵谷氨酸产率:
10%
糖酸转化率:
56%
淀粉糖转化率:
98%
谷氨酸提取收率:
92%
味精对谷氨酸
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