味精提取模板.docx

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味精提取模板

诚信申明

本人申明：

我所呈交的本科毕业设计（论文）是我个人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。

尽我所知，除了中文特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。

与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名：

日期：

年月日

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：

年产5000吨味精提取车间工艺的设计

学院：

理工学院专业：

制药工程班级：

制药0501班

学号：

050102019学生：

吴海英

指导教师：

教研室主任（负责人）：

林贝

1．设计（论文）的主要任务及目标

本设计的任务是年产5000吨味精提取车间工艺的设计，包括对总工艺的物料衡算、热量衡算，对五效蒸发浓缩系统各效的热量衡算，对提取工段罐体的计算，设计出年产5000吨味精提取工段所需的设备规模和数量来进行车间设计。

2．设计（论文）的基本要求和内容

1根据设计目标，通过新老工艺的对比选择最佳的工艺过程；

2根据选择的工艺过程，进行详细的物料衡算和热量衡算；

3绘制主要的设备图、工艺流程图和车间布置图；

4完成设计说明书，文献综述，翻译等。

3．进度安排

设计（论文）各阶段名称

起止日期

1

查阅文献，撰写开题报告

2008年10月10日至10月24日

2

计算总的物料衡算

2008.10.24-11月初

3

提取工段的有关工艺计算

200年11月初-2009年1月中旬

4

主要设备图、工艺流程图和车间布置图的绘制

2009年1月中旬-3月初

5

撰写毕业设计及准备毕业答辩

3月初-3月底

年产5000吨味精提取车间工艺的设计

摘要：

本次设计通过新老工艺的对比而采用的是连续等电提取工艺对味精进行粗提取，其工艺流程大致为首先将发酵液通过五效蒸发浓缩使发酵液脱除一半的水分，然后在结晶罐中采用等电结晶的原理析出晶体，经拉冷后依次经过分离和析晶，然后进行转晶，经过带式分离后进入中和罐加入碳酸钠进行中和。

本工艺车间的设计采用的是升降膜蒸发器主要是对五效蒸发浓缩系统进行详细的物料衡算和能量衡算，对发酵工序进行物料衡算和热量衡算，对发酵罐、连续等电结晶罐、拉冷罐、析晶罐、转晶罐、中和罐及储罐等进行物料衡算来确定设备的规模大小。

根据结论来进行设备选型和车间设计，设计出符合要求的安全、环保、高效的车间。

关键词：

谷氨酸钠、连续等电提取、五效蒸发

THEDESIGNARTOFTHEPLANTISABLETOEXTRAT5000TONESOFMONOSODIUMGLUTAMATEEVERYYEAR

Abstract：

Thedesignisacontinuousextractionprocess.firstofall,thefive-effectevaporationenrichmentbrothsothathalfofthewaterremovalbycentrifugalpumpintothetankusingthecrystallizationofthecrystallizationoftheprincipleofisoelectricprecipitationofα-crystal,liquid,aftercolddrawingfollowed,andthanseparationandcrystallization,andthentransferredtocrystal,aftertheseparationbeltandcansintotheMediumandMedium.Theprocessplantdesignandcalculationarethefivemain-effectevaporationsystemtoconductadetailedmaterialbalanceandenergybalance,suchaselectricityforcontinuouscrystallizationofcans,pullingcoldcans,crystallizationcans,turncrystalcans,andcansandtanksmaterialbalancetodeterminetheequipmentsizeandquantity.Accordingtotheconclusionsforequipmentselectionandplantdesign,designedtherequirementsofsafety,environmentalprotection,efficientplant.

Keywords:

sodiumglutamate、isoelectricconsecutiveextraction、thefive-effectevaporation

目录

前言1

第1章绪论2

第1.1节味精概述2

第1.2节味精简介2

第1.3节味精提取工艺的研究历史和现状5

第1.4节设计方案的确定6

第2章设计目标9

第2.1节连续等电提取工艺流程9

第2.2节工艺原理9

第3章工艺计算14

第3.1节基础数据14

第3.2节发酵车间物料衡算14

第3.3节设备选型计算15

第3.4节五效蒸发浓缩系统17

第3.5节设备尺寸的计算22

第3.6节离心泵的选型计算23

第3.7节罐体计算24

第4章车间布置28

第4.1节车间布置的有关参数28

第4.2节车间布置的依据和要求28

结论32

参考文献33

致谢35

附录36

1、工艺流程图36

2、车间布置图36

3、五效蒸发浓缩设备图36

前言

味精，是一种重要的调味剂，可以增加食品的鲜味。

味精不仅应用于食品行业，还被广泛应用于医药、工业、农业等方面。

味精2004年的全球市场约为170万吨，预计2010年将增长到210万吨。

我国是味精生产大国，2003年中国味精产量118.9万吨，占世界53%，2006年产量136万吨，居世界第一。

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对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现了一种，昆布（海带）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很不错的味道。

这种味道，池田在许多食物中都能找到踪迹，尤其是在海带中。

池田教授将这种味道称为“鲜味”，继而，他为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利。

味精的主要成分为谷氨酸钠，要注意的是如果在100℃以上的高温中使用味精，鲜味剂谷氨酸钠会转变为对人体有致癌性的焦谷氨酸钠。

还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质，所以要适当地使用和存放。

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。

目前，企业生产味精都是以发酵法生产，但每生产1吨味精要排放20～25吨母液，其属于高浓度有机酸性废水，需对母液进行回收，发展高效提取工艺，提高谷氨酸提取率和降低工艺用水，减少废水排放量，实现味精的清洁生产，在发展工业经济的同时走上可持续发展的文明道路，这样，我国的味精工业不但真正收到经济效益和环境效益的共同丰收，而且也会减轻政府对行业的管理负担，形成多种因素和谐统一，走上良性运行可持续发展的健康道路。

第1章绪论

第1.1节味精概述

味精，是一种重要的调味剂，可以增加食品的鲜味。

味精不仅应用于食品行业，还被广泛应用于医药、工业、农业等方面。

味精2004年的全球市场约为170万吨，预计2010年将增长到210万吨。

我国是味精生产大国，2003年中国味精产量118.9万吨，占世界53%，2006年产量136万吨，居世界第一[1]。

目前，企业生产味精都是以发酵法生产，但每生产1吨味精要排放20～25吨母液，其属于高浓度有机酸性废水，需对母液进行回收，发展高效提取工艺，提高谷氨酸提取率和降低工艺用水，减少废水排放量，实现味精的清洁生产，在发展工业经济的同时走上可持续发展的文明道路，这样，我国的味精工业不但真正收到经济效益和环境效益的共同丰收，而且也会减轻政府对行业的管理负担，形成多种因素和谐统一，走上良性运行可持续发展的健康道路[2]。

第1.2节味精简介

学名：

L-谷氨酸单钠盐-水化合物

商品名：

味精、味素、谷氨酸钠，因味精起源于小麦，俗称麸酸钠

英文名：

MonosodiumL-Glutamate，简写MSG

结构式：

HOOC-CH2-CH2-CH-COONa·H2O

︱

NH2

分子式：

NaC5H8O4N·H2O

分子量：

187.13

外观和感官要求：

无色至白色柱状结晶或白色结晶性粉末，有光泽，无肉眼

可见的杂质，具有特殊的鲜味，无异味。

理化要求：

理化标准

项目标准

含量/%≥99.0

透光率/%≥98

比旋光度[α]+24.8。

～+25.3。

氯化物（以CL计）/%≤0.1

PH值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SO42-计）/%≤0.03

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对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现了一种，昆布（海带）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很不错的味道。

这种味道，池田在许多食物中都能找到踪迹，尤其是在海带中。

池田教授将这种味道称为“鲜味”，继而，他为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利。

之后，味之素公司成立，致力于味精的生产与产品在日本市场的销售。

「味之素」意味着「味觉的元素」。

1947年，味精登陆美国市场，命名为:

Ac'centflavorenhancer。

　　现代的味精商业化生产是通过淀粉、甜菜、甘蔗或糖蜜培养基发酵生产的。

2001年，味精的销售量达到大约有150万吨，比上年增长了4%。

味精主要用作食物调味剂。

在欧美国家老一套的看法中，味精总是与中餐馆的食物联系到一起。

而事实上，现在在美国销售的许多种普通食品中都能找到味精的踪迹：

（1）大多数美国产罐装汤，如美国汤品生产商金宝汤公司的汤类产品（部分低

钠产品除外）

（2）大多数美国产肉鸡肉牛产品，如史云生（部分低钠产品除外）

（3）大多数美国产薯条薯片产品，如LauraScudders

（4）其它的许多零食产品

（5）众多的冷冻食物

（6）快餐产品，如各种调味方便面等

味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。

要注意的是如果在100℃以上的高温中使用味精，鲜味剂谷氨酸钠会转变为对人体有致癌性的焦谷氨酸钠。

还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质，所以要适当地使用和存放。

　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。

其

俗名：

味素

性味：

性平，味酸

功效：

滋补，开胃，助消化

宜食：

适宜神经衰弱、大脑发育不全、精神分裂症患者食用；适宜肝昏迷恢复期、严重肝机能不全者食用；适宜胃溃疡及胃液缺乏者食用；适宜智力不足及脑出血后遗的记忆障碍者食用；适宜癫痫小发作及精神运动性发作者食用；适宜胃纳欠佳，食欲不振者食用；适宜在菜或汤将熟时加入食用。

忌食：

加入味精后忌高热久煮。

2007年10月7日CCTV-新闻频道《每周质量报告》，营养专家吴晓松说：

味精主要成份都是谷氨酸钠，澄清“味精对人体健康绝对没有任何损害”。

按语：

味精的化学名称谷氨酸钠，又叫麸氨酸钠，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。

在强碱溶液中，能生成谷氨酸二钠，鲜味就没有了。

如果将水溶液加热到120℃，能使部分谷氨酸钠失水而生成焦谷氨酸钠，就更没有鲜味了。

据研究；味精可以增进人们的食欲，提高人体对其他各种食物的吸收能力，对人体有一定的滋补作用。

因为味精里含有大量的谷氨酸，是人体所需要的一种氨基酸，96％能被人体吸收，形成人体组织中的蛋白质。

它还能与血氨结合，形成对机体无害的谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用。

又能参与脑蛋白质代谢和糖代谢，促进氧化过程，对中枢神经系统的正常活动起良好的作用。

正因如此，有报道用以防止肝昏迷，每服味精3克，1日3次；防治癫痫小发作，成人每日2克，小儿每岁每日服1克，1日3次分服；大脑发育不全，每岁每日服l～1．5克，1日3次分服。

味精是一种广泛应用的调味品，其摄人体内后可分解成谷氨酸、酪氨酸，对人体健康有益[3]。

第1.3节味精提取工艺的研究历史和现状

中国早在1923年就有民族味精工业，解放后尤其在六十年代开始发酵法生产味精。

从七十年代起二十年中是大发展时期，大小企业二百余家，味精年产量二三十万吨左右。

九十年代起改革开放步伐加快，味精工业开始结构性的调整，优胜劣汰，企业个数减少半数以上，而产量却保持快速增长，1999年达到63万吨以上。

年产万吨以上的企业二十家，技术水平大幅度提高，不少企业淀粉转化率98%以上，谷氨酸产酸率10%，糖转谷氨酸率58%以上，谷氨酸提取率80%以上，谷氨酸精制收率90%以上，100%单耗味精100%淀粉仅需1.6吨左右。

每吨味精综合能耗折标煤在1.7吨左右，99%味精制造单位成本在6300～7900元之间，特别是以淀粉为原料的生产工艺在世界领先，以淀粉为原料的产品质量也优于糖蜜原料生产的产品质量[4]。

目前，从谷氨酸发酵液中提取谷氨酸的方法有：

盐酸盐法、全离子交换法、锌盐法、渗透膜分离法、等电点—离子交换法、一次冷冻等电点法等。

不同的提取工艺都有可能使谷氨酸结晶晶型多变，出现α型或β型结晶。

1995年从进阳等测定了在纯水、含1%NH4+水溶液及实际工业发酵液三种体系内谷氨酸的溶解度和超溶解度曲线，将这些曲线用数学表达式拟合，计算出谷氨酸等电点结晶的介稳区宽度。

谷氨酸变晶工艺最初起源于日本味之素公司，谷氨酸晶体在一定工艺条件下，经过从α晶型到β晶型的转变，可以最大程度的释放杂质，达到提纯的目的。

1997年，彭达洲等研究了搅拌强度对L-谷氨酸结晶的α晶型和β晶型的比例有明显的影响：

在不太大的搅拌强度下，提高搅拌强度能明显提高α晶型的相对含量。

1999年，占宇等对不同工段谷氨酸发酵液及多次结晶母液的氨基酸含量进行了测定，并探讨了谷氨酸浓度和调酸速率对谷氨酸结晶的影响。

2005年，魏光禄等开始摸索味精行业尾母液谷氨酸回收生产新工艺，经过多次小试和生产性试验并借鉴其他氨基酸和有机酸的提取方法，充分利用了谷氨酸等电点的原理，将部分尾母液酸化后冷却，利用未酸化的尾母液PH值高的特性将尾母液均匀流加，使其达到谷氨酸的等电点让谷氨酸沉淀析出，探索出一条适应于生产的尾母液提取谷氨酸新工艺。

今后谷氨酸分离纯化技术发展的主要特征就是不同分离技术的交叉与融合以及提取分离精制技术的耦合。

谷氨酸分离提取日益增加的操作使得工艺路线延长，而且连续自动化设备逐渐增多，对于谷氨酸分离提取系统的可靠性、稳定性的要求越来越高，这就要从工艺、设备、自动控制操作等各方面统一协调，实现谷氨酸的连续稳定高质量分离提取。

第1.4节设计方案的确定

谷氨酸提取是味精生产企业的重要课题。

由糖质原料转化为谷氨酸的发酵过程，是一个复杂的生物化学反应过程，发酵结束后，发酵液中不仅有发酵目的产物谷氨酸，而且还有菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物。

想要从发酵液中将目的产物提出来，必需了解谷氨酸和发酵液的性质特征，利用谷氨酸和杂质之间的物理、化学性质的差异，采用适当的提取方法和工艺，出去杂质，分离提纯谷氨酸。

我就目前企业用的较多的老工艺‘离交工艺’和新工艺‘连续等电工艺’进行对比，

1、离交工艺（老工艺）

①提取收率问题：

一般92%～96%，实际平均94%～96%；

②关联的原辅料消耗：

硫酸：

0.8t/tGA，液氨：

0.46t/tGA，树脂：

20元/tGA；

③提取工艺条件问题：

拉冷温度要求低于5。

C；

④废水及环保问题：

高浓度废水13～15m3/tGA,cod:

25000-40000;可浓缩生产复合肥；低浓度废水4～6m3/tGA;cod:

25000-40000;不好处理；浓缩冷凝水13～15m3/tGA,cod:

400～600;好氧厌氧好处理；高浓度废水环保处理成本高；低浓度废水不好处理；环保不过关。

⑤汽耗：

提取工段相对低一些；环保工段相对高一些

⑥电耗：

提取工段相对低一些；环保工段相对高一些

⑦精制收率问题：

一般96%～98%；最高99%；平均98%

⑧谷氨酸与味精质量：

合格、不稳、一般。

味精硫酸根含量高，大不到国际质量

标准。

⑨从技术进步的角度：

从环保角度考虑是必然淘汰工艺；生产效益低；产品质量低；设备生产率低；操作稳定性差，劳动强度高；已发挥了“权宜之计”、具有历史意义的作用。

2、连续等电工艺（新工艺）

①提取收率问题：

目前90%～92%；可靠水平90%以上

②关联的原辅料消耗：

硫酸：

0.45t/tGA；液氨：

0.32t/tGA；树脂：

0

③提取工艺条件问题：

拉冷温度低于10。

C

④废水及环保问题：

高浓度废水4.4-5.5m3/tGA,cod:

50000-60000;可浓缩生产复合肥；低浓度废水为0，无环保难题；浓缩冷凝水5～6m3/tGA,cod:

300～500;好氧厌氧好处理；高浓度废水环保处理成本低；无低浓度废水；环保过关

⑤汽耗：

提取工段相对高一些，环保工段相对低一些

⑥电耗：

提取工段相对高一些；环保工段相对低一些

⑦精制收率问题：

平均99%

⑧谷氨酸与味精质量：

优质、稳定。

味精硫酸根含量低，完全达到国际质量标准。

⑨从技术进步的角度：

从环保角度考虑是必然推广工艺；生产效益高；产品质量高；设备生产率高；操作稳定性强，劳动强度低；是国内外味精工业几十年技术进步的发展结晶，目前国外普遍采用[5]。

3、分析

每吨理论麸酸纯提取新工艺比老工艺收率低约6%，损失效率约480元；每吨理论夫酸提取生产原辅料消耗，新工艺比老工艺节约590元；每吨理论夫酸新工艺比老工艺节能30元；新工艺最大的优点是：

①环保问题过关；②生产吨复合肥成本（汽、电耗）低130元；③多生产复合肥20%；④吨理论GA与老工艺的环保产品效益比多收入250元；每吨理论GA纯提取生产汽耗，新工艺比老工艺高出约60元；每吨理论GA纯提取生产电耗，新工艺比老工艺高出约50元；每吨理论GA纯精制味精新工艺比老工艺高出2%收率，价值160元；新工艺生产谷氨酸及味精只质量明显高于老工艺；新工艺是国外普遍采用的先进工艺，代表着技术进步的发展方向；老工艺是国外全面淘汰的工艺，我国也必然要淘汰。

4、总结

从可持续发展的角度:

发展工艺要保护环境，搞经济应格外注重与环境的协调，与自然界的和谐。

味精生产是一个高污染项目，无论发展的热情有多么高，成就大业的心情多么迫切，一定要先把与自然界协调发展的关系摆布好，要把环境保护、资源利用、优势保护联系在一起，做大做强才有后劲，才会顺应自然规律被市场所认可。

因此，对解决污染问题一定要主动科学、坚决彻底、遵法守法、不留隐患、不存侥幸、不搞投机。

总效益分析结果:

综合生产效益分析：

谷氨酸“浓缩连续等电”提取工艺比“一步冷冻”+“二步离交”提取工艺生产吨味精效益高出500元以上。

即（-480+590+30+250-60-50+160+150）=590元；

环保效益：

新工艺远大于老工艺，是体现新工艺技术进步的真正含义之所在[3]。

诚然，从上面的的比较分析结果中可以看出，从味精收率、环保、耗能经费等个方面因素综合起来比较，可以明显的看出老工艺必然会被新工艺所替代，所以我的设计采用的是连续等电提取新工艺。

第2章设计目标

第2.1节连续等电提取工艺流程

图2·1连续等电提取工艺流程图

第2.2节工艺原理

1、一级种子培养

菌种按自然分纯法，每两个月进行一次分纯工作，如生产不正常时要及时进行分纯，提供生产用的分纯菌种二十天左右调换一支。

一级种子培养基配制时应一人称，一人复称一人复称,玉米麸用纱布过滤去杂质,磷酸二氢钾单独称好用蒸馏水溶解好最后定容。

2、二级种子培养[5]

①配料：

配料前先搅拌取样,化验糖液含量，按需要准确打糖,并准确计算各用量。

②灭菌：

通内层蒸汽到0.2MPa时，打开各路管路，充分排气，注意各排气口蒸汽不要排的过大，以喷上管子的水能及时汽化为准，即软排气，保持40分钟。

空罐灭菌的同时，把油罐、流加糖罐、种子管道同步灭菌，并利用罐内压力排污，根据需要可分多次或连续排污。

空罐灭菌结束后，排尽污水，并迅速通入无菌空气保压，准备进料。

待各管路干燥后，关好各管路口。

二级种子实罐灭菌，115～120℃保持10分钟。

流加糖灭菌，100～105℃保持10分钟。

降温开始前应先通入无菌空气，保持罐压不低于0.2MPa，防湿压引起染菌。

种子罐用空气过滤器灭菌。

③接种：

接种前先检查管路阀门是否完好。

然后通蒸气对管道进行消毒，要求在接种前半小时开始消毒，进行时间为15～20分钟，然后用大罐空气保压并吹冷风，尽快排尽管道冷凝水。

接种时注意两面的压力，发酵罐压力不得低于0.05MPa，接种完毕种子罐及管道均应用蒸汽冲洗数分钟，并用碱水浸泡种子罐。

④看罐：

二级种子看罐:

种后及时调节风量（1:

0.25）及罐温（应根据不同菌种调节控制温度在32～34℃）。

3、五效浓缩

发酵液由储料罐进入五效浓缩。

所谓五效浓缩，就是料液经过五次加热蒸发后，脱除一半的水分使其中谷氨酸的浓度由最初的15g/dL上升到30g/dL的过程。

每一效由一个加热器、一个蒸发器、一个气体分离器、一台离心泵组成，其中蒸发器与加热器上方都有抽真空装置。

除一效用高压水蒸气加热外，其他四效使用前一效的物料蒸汽加热。

在加热室中，物料走管程，蒸汽走壳程经加热后的料液进入蒸发室蒸发，蒸发出的蒸汽供给下一效加热。

进入每一效加热的蒸汽，需先通过气体分离器，蒸汽进入加热室加热物料，冷凝下来的液体全用离心泵打给五效。

经浓缩的料液直接进入下一工段；高压水蒸气冷凝下来的液体称为冷凝水，用于后续带式分离的洗液；由料液废蒸汽冷凝下来的液体称为冷却水，直接进入环保车间处理。

4、等电结晶

经五效浓缩后的料液用离心泵打入等电结晶罐，使用水解液（二次母液的一部分）和硫酸调节PH至3.22，即谷氨酸的等电点。

由于谷氨酸在等电点呈内盐状态，氨基带正电，羧基带负电，对外显电中性，溶解度最低，故呈α型晶体结晶析出。

PH处于3.22可以使谷氨酸突然成为过饱和状态，此时，可以大量形