生化工厂设计概论课程设计
题目：年产3万吨味精工厂发酵车间设计
学院：生命科学学院
专业：生物工程
年级：06 级
姓名：XXX
学号：XXX
指导教师：XXX
时间：2009年12月9日
前言
课程设计是普通高校本科教育中非常重要的一个环节，同时也是理论知识与实际应用相结合的重要环节。本设计为年产3万吨味精厂的生产车间设计，通过双酶法谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。
谷氨酸单钠（monosodium glutamate）,呈强烈鲜味，商品名为味精。因味精具有肉类鲜味，现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。随着人们对味精的认识不断深入提高，对它的营养价值、安全性及如何正确使用都有了普遍的了解。味精具有很强的鲜味（值为0.03%），现已成为人们普遍采用的鲜味剂，其消费量在国内外均呈上升趋势。1987年3月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂。
味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以完全电离变成谷氨酸离子（GA︱+︱）和钠离子。味精进入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人体吸收后，参与体内许多代谢反应，并于其他许多氨基酸一起共同构成人体组织的蛋白质。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。因此，谷氨酸能用来预防和治疗肝昏迷。由于谷氨酸参与脑组织的蛋白质代谢和糖代谢，故而能促进中枢神经系统的正常活动，对治疗脑震荡和脑神经损伤有一定疗效。
从总体上说，味精行业的发展前景是比较广阔的，我国是世界上人口最多的国家，而我国的味精出口不足年产量的1%，绝大部分味精都在国内市场上消化了，随着人民生活水平的提高，人们对味精的需求会越来越大，况且国内外市场上对味精的消费不仅仅限于调味，而是广泛的作为一种原材料或香料表面活性剂应用于医药和化妆品生产行业。由此可见，味精的消费市场开拓是很有前景的。
本文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。
设计内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。
整个设计内容大体分成三部分，第一部分主要是味精生产的工艺和设备选择；第二部分包括发酵罐、种子罐及空气分过滤器的设计与选型；第三部分是工艺流程和平面布置图。
在本次设计过程中，自始至终得到王能强老师的悉心指导和同学的热心帮助，在此表示衷心感谢！
虽然作者在编写和修改过程中已做了很大努力，但由于水平有限以及经验不足，其中还是有许多错误和不当之处，敬请各位老师批评指点，以利于作者认识
自己的不足，不断修改和完善。
设计人：XXX
2009年12月9日
绪论
味精是人们熟悉的鲜味剂，又称谷氨酸钠，是L—谷氨酸单纳盐（Mono sodium glutamate）的一水化合物（HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O）,或命名为u-氨基戊二酸单钠一水化合物。它含有一分子结晶水，其分子式为
HOOC-CH2CH(NH2)-COONa H2O，分子量187.13。具有旋光性，有D-型和L-
型两种光学异构体。谷氨酸跟碱作用生成谷氨酸一钠，如果碱过量，则生成不具有鲜味的谷氨酸二钠。
味精为八面柱状晶体，不溶于纯酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂，易溶于水，相对密度为1.65，熔点195℃，在120℃以上逐渐失去分子中的结晶水。
味精的比旋光度[ ]=+25.16（C=10，2NHCl）。0.2%味精溶液的pH为0.7。
味精生产大致经历了三个大的阶段：
第一阶段：最早的味精制造方法就是从天然的食物材料中抽取，例如：将海带以热水煮过，取其汤液浓缩后即可得到含有味精的浓缩液或调味粉。第二阶段：最早商业化制造味精的原料是面筋。面筋即是面粉中的蛋白质，采用的方法是蛋白质水解法，因为面筋的来源丰富，且含有高达23%的麸胺酸，最适合做为制造味精的原料。
第三阶段：1958年利用微生物生产味精的发酵技术开发成功，主要是利用葡萄糖、果糖或蔗糖为糖源，经特别筛选的味精生产菌种吸收代谢后，合成大量的麸胺酸，是属于生物合成的天然胺基酸。这些特别筛选的微生物会将糖蜜中的糖转变成麸胺酸。每消耗一公斤的糖，约可产生0.5公斤的麸胺酸，生产效率非常高。
受经济危机影响，全球经济大幅缩水，国外的餐饮业大幅受到影响，味精工业的发展自然受到冲击，我国味精产业由于主要以内销为主，影响不大，又由于国家大幅扩大内需，是以发展前景乐观。
目录
前言 0
绪论...................................................................错误!未定义书签。
一.味精生产工艺 (4)
1.1 味精生产工艺概述 (4)
1.2 原料的预处理及淀粉水解制备 (5)
1.2.1 原料的预处理 (5)
1.2.2 淀粉水解制备 (5)
1.3 种子扩大培养及谷氨酸发酵 (5)
1.4 谷氨酸的提取 (5)
1.5 谷氨酸制取味精及味精成品加工 (5)
二.发酵罐及种子罐的设计与选型 (6)
2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算 (6)
2.1.1 工艺技术指标及基础数据 (6)
2.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算 (6)
2.1.3 30000t/a味精厂发酵车间的物料衡结果 (8)
2.2 热量衡算 (9)
2.2.1 液化工序热量衡算 (9)
2.2.2 连续灭菌和发酵工序热量衡算 (9)
2.2.3 谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算 (10)
2.2.4 干燥过程的热量衡算 (11)
2.2.5 生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果 (11)
2.3 无菌空气耗量计算 (12)
2.4设备设计与选型 (12)
2.4.1 发酵罐 (12)
2.4.2 种子罐 (21)
2.4.3 空气分过滤器 (27)
2.4.4 味精厂发酵车间设备一览表 (28)
致谢 (28)
主要参考文献 (29)
一.味精生产工艺
1.1.味精生产工艺概述
味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备；（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。
与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。
味精发酵法生产的总工艺流程见图1。
1.2.原料的预处理及淀粉水解制备
1.2.1.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。用于除杂的设备为筛选机，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，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎［3］。
1.2.2.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接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用双酶法制糖工艺。
1.3.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。从试管斜面出发，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，首先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用连消塔—维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器—维持管—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，流动性差，容易将维持管堵塞，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，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪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，产酸率不稳定。
由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先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，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备［4］。
1.4.谷氨酸的提取
谷氨酸的提取一般采用等电点—离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点—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［1］。
1.5.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，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，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，干燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这样均不如振动式干燥床应用效果好[4]。