年产9000吨味精工厂以液氨为氮源的生产工艺设计

武汉工程大学化工与制药学院课程设计任务书年产9000吨味精工厂（以液氨为氮源）的生产工艺设计专业 班级 学生姓名 学号 日期 年 月 日书面整顿与设计：物料计算： 绘图部分：目录摘要：4Abstract:5前言 ：6设计根据与重要工业设计参数71设计根据71.1设计任务71.2工艺流程71.3基本数据71.4原（辅）料及动力单耗82.物料衡算82.1生产过程的总物料衡算82.1.1生产能力82.1.2总物料衡算92.1.3淀粉的单耗：92.1.4原料及中间体的计算102.1.5总物料衡算成果102.2制糖工序物料衡算112.2.1淀粉浆量及加水量112.2.2液化酶用量112.2.3CaCl2的加入量112.2.4糖化酶用量112.2.5糖化液量112.2.6加珍珠岩量和滤渣量112.2.7生产过程进入的蒸汽和洗水量122.2.8衡算成果122.2.9糖化过程衡算图122.3持续灭菌和发酵过程物料衡算132.3.1发酵培养的糖液量132.3.2配料132.3.3衡算成果汇总142.3.4发酵过程衡算图152.4谷氨酸提取工序的物料衡算152.4.1发酵液数量152.4.2加98%硫酸量152.4.3谷氨酸产量152.4.4母液数量152.4.5谷氨酸分离洗水量162.4.6母液回收过程中用水以及酸、碱等数量162.4.7物料衡算成果162.5精制工序的物料衡算16物料衡算汇总表173热量衡算183.1液化工序的热量衡算183.1.2灭酶蒸汽用量193.1.3液化液冷却用水量193.2糖化工序热量衡算193.3持续灭菌和发酵工序热量衡算203.3.1培养液持续灭菌用蒸汽量203.3.2培养冷却水用量213.3.3发酵罐空罐灭菌蒸汽用量223.4谷氨酸提取工序冷量衡算233.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算233.5.1热平衡与计算加热蒸汽量233.5.2冷却二次蒸汽所消耗冷却水量243.6干燥过程的热量衡算253.7生产过程耗用蒸汽量成果汇总26设备的设计与选型261基本参数262发酵罐272.1发酵罐生产能力272.2发酵罐台数272.3设备容积272.4校核282.5冷却管283种子罐313.1种子罐容积313.2种子罐台数313.3冷却面积的计算314种子罐空气过滤器324.1过滤层直径324.2过滤器直径334.3过滤器高度334.4分过滤器强度的计算334.5分过滤器强数量334.6过滤层厚度335连消塔335.1连消塔的重要参数335.2连消塔长度345.3进料管直径345.4连消蒸汽耗量345.5进气管直径355.6出料管直径355.7连消塔外圆尺寸355.8外筒有效长度的校核355.9设备构造的工艺设计366 维持罐366.1维持罐的选型36总结：37参照文献40摘要：谷氨酸钠俗称味精是一种重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其他氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。平常生活中诸多食品都具有味精。谷氨酸钠（C5H8NO4Na），化学名-氨基戊二酸一钠，是一种由钠离子与谷氨酸根离子形成的盐。其中谷氨酸是一种氨基酸，而钠是一种金属元素。生活中常用的调味料味精的重要成分就是谷氨酸钠。过去生产味精重要用小麦面筋水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。而谷氨酸的通气发酵，是国内目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的生产方式,该生产工艺和设备具有很强的典型性。本次设计为年产9000吨谷氨酸钠生产工艺设计，经指引教师的指引和本小组各成员的努力完毕。核心词 ：味精 发酵 工艺流程图 Abstract:MSGismonosodium glutamateis an importantflavor agent,has enhanced the roleoffragrance.Glutamateis widely used in foodflavoring agent,can be used alone,can alsowith otheramino acidsand other use.For food,aflavoringeffect.Many foodscontain MSGin daily life.Monosodium glutamate(C5H8NO4Na),chemical nameof alphaaminoglutaric acidsodium,is composed of asodium ionandglutamate ionicsalts formed.Theglutamic acidis an amino acid,andsodium is ametal element.The main component ofMSGseasoningusedin life issodium glutamate.The pastproduction of monosodium glutamatevital wheat glutenhydrolysis method,is to usetomake large-scale productionby microbial fermentation.Theventilationandglutamic acidfermentation,is currently Chinaslargestventilationfermentationindustry,productyield,the largestmanufacturer ofmode of production,the production technology and equipment hasa strong typical.The design for theannual production capacity of9000 tons ofmonosodium glutamateproduction process design,by the guidance ofthe teachers guidance andtheteammembersto finish.Keywords: MSG Fermentation Process chart 前言 ：本设计重要内容为，理解味精生产中的原料预解决、发酵、提取部分的生产措施和生产流程，根据实际状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、管道管径的拟定。最后，画出工艺管道流程图和车间布置图。味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：（1） 原料的预解决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相应味精生产厂家一般都设立了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为重要生产车间。此外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同步还设立了动力车间，运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，还要设立供水站。所供的水经消毒、过滤系统解决，通过供水管路输送到各个生产需求部位。 本设计运用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取来生产味精，总工艺流程图如下：玉米淀粉液化、糖化酶制剂葡萄糖液糖浆压滤菌种NH3发酵谷氨酸发酵液育晶冷冻H2SO4纯碱中和、脱色、除铁谷氨酸钠水溶液浓缩流加浓缩粉体谷氨酸钠球磨烘干分离晶体谷氨酸钠分离分筛烘干成晶粉体味精成晶晶体味精 浓缩流加晶体谷氨酸钠分筛烘干分离成晶晶体味精浓缩粉体谷氨酸钠分离烘干球磨成晶粉体味精设计根据与重要工业设计参数1设计根据1.1设计任务年产MSG的量：9000t(含7000吨98%MSG，吨83%MSG)生产周期48h，每年生产日=300天，1.2工艺流程味精生产工艺为运用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取生产味精的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。1.3基本数据工艺技术指标和基本参数如下：发酵法生产谷氨酸的工艺技术指标序号生产工序参数名称技术指标1234567制糖(双酶法)发酵发酵谷氨酸提取精制发酵倒灌率淀粉糖化转化率产酸率g/100mL糖酸转化率%提取收率%精制收率%操作周期h%98%8.0508090430.3 m3,可满足需要。2.5冷却管按发酵生成热高峰、一年中最热的半个月的气温、冷却水也许到最高温的条件下，设计冷却面积。采用竖式列管式换热器，取经验值)，换热温度发酵液保持32 oC，冷却水，进口20oC，出口27oC，t1=32-20=12oC，t2=32-27=5oC对数平均温差 每天装1罐，每罐实际装液量为 150.6/1=150.6m3换热面积 F=Q/Ktm=4.18*6000*150.6/(4.18*500*8)=229.5 m22.51冷却管布置最高热负荷下的耗水量W=Q/Cp(t2-t1)=4.18*6000*150.6/ 4.18*(27-20) = 35.82kg/s则冷却水体积流量为W=0.0358m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为，冷却管总截面积S总=W/=0.0358/1=0.0358m2进水总管直径 d总=(S总/0.785)0.5=0.214 m冷却管组数和管径设冷却管径为d0，组数为n则：=0.0358 m2，根据本罐状况，取n=15，求管径： 管径d0=(S总/0.785n)0.5=0.055 m查味精工业手册表：10-25 633.5无缝钢管，d内=56mm，d内d0，可满足规定，d平均=60 mm。取竖蛇管端部U型弯管曲率半径为250 mm，则两直管距离为500 mm，两端弯管总长度l0=D=3.14*500=1570 mm冷却管总长度L已知冷却总面积F=230 m2，无缝钢管633.5每米冷却面积为：F0=3.14*0.06*1=0.19 m2，则冷却管总长度：L= F/F0=230/0.19=1210.5 m冷却管体积V=0.785*0.0632*1210.5=3.77(m3)每组管长L0和管组高度每组管长L0 =L/n=1210.5/15=80.7 m 另需连接管8m：L实=1210.5+8=1218.5m 可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250mm。设发酵罐内附件占体积为0.5 m3，则：V总=V液+V管+V附件=150.6+3.77+0.5=154.87m3筒体部分液深（V总-V封）/ S截=（154.87-16.4）/0.78552=6.81 m竖直蛇管总高H =6.81+0.25=7.06 m 又两端弯管总长，两端弯管总高为500mm则直管部分高度h=H-500=7060-500=6560 mm则一圈管长l=2h+l0=26560+1570=14690mm每组管子圈数n0n0=L0/l=80.7/15=6圈管间距为2.5d外=2.5*0.063=0.16m，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，可算出与搅拌器的距离为0.375m0.25m，在容许范畴内。作图表白，各组冷却管互相无影响。如发现无法排下这样多冷却管，可考虑增大管径，或增长冷却管组数。校核冷却管传热面积F实=d平均L实=3.140.061218.5=229.6m2FF实F，可满足规定。设备材料的选择优先考虑满足工艺规定，另一方面是经济性。本例选A3钢，以减少设备费用。 管直径的大小和有无保温层，一般取100-200mm。接管直径的拟定按排料管为例计算管径发酵罐装料150.6m3，1.5小时内排空，体积流量Q=150.6/(36001.5)=0.0279m3/s, 发酵液流速为=1m/s，排料管截面积S料=Q /=0.0279/1=0.0279m2排料管d=(S料/0.785)0.5=0.189m，取无缝钢管2199.5，内径200mm189mm，合用。按通风管为例计算管径通风比0.1-0.18vvm(0.1MPa，20oC)，通风量Q=137.60.18=24.77m3/min=0.4128m3/s折算到工作状态下(0.45MPa，30oC)风量Qf=0.41280.1/0.45(273+30)/(273+20)=0.088m3/s取风速=25m/s，则通风管截面积Sf=Qf/=0.088/25=0.00354m3通风管径df=(Sf/0.785)0.5=(0.00354/0.785)0.5=0.0694m,取无缝钢管2199.5也合用。排料时间复核 物料流量Q=150.6/(36002)=0.0209m3/s，流速为=1m/s管道截面积S=0.7850.22=0.0314 m2相应流量比P=Q/S=0.0209/(0.03141)=0.67排料时间t=20.67=1.34h1.5h支座选择裙式支座3种子罐3.1种子罐容积种子罐容积=发酵罐计量体积接种比（1+液体损失率）/种子罐装料系数故:种子罐容积V种=2181%/0.7=3.11m33.2种子罐台数种子罐台数=发酵罐台数种子罐周期（天）/发酵罐周期（天）故:种子罐台数n种=6*18/48=2.25（个）圆整取3个3.3冷却面积的计算每罐实际装液量为150.6m3，则接种量=150.61%=1.506m3发酵产生的热量Q=4.1860001.506=3.78104kJ/(m3.h)取K=4.18220kJ/(m3.h.oC)，换热温度发酵液保持32 oC，冷却水，进口20oC，出口27oC，t1=32-20=12oC，t2=32-27=5oC平均温差t=（t1+t2）/2=（12+5）/2=8.5oC需要的换热面积F=Q/(Kt)=3.78104/(4.182208.5)=5m2核算夹套冷却面积：按静止液深拟定夹套高度 静止液体浸没筒体高度（V罐-V封）/ S罐=（1.4-0.48）/0.7851.52=0.52m 液深H=H封+H0=0.4+0.52=0.92m夹套可实现的冷却面积S实=S罐+S封=d平均H0+S封=3.141.50.52+2.5568=5.006 m2 需要的换热面积F=4.415m2, S实F,可满足工艺规定。4.3.4设备材料选择不锈钢材料罐4.3.5壁厚计算4.3.6设备构造的工艺计算4.3.7.1挡板4.3.7.2搅拌器4.3.7.3进风管（进出料管），管底距罐30mm，向下单管按通风管计算管径通风比0.1-0.18vvm(0.1MPa，20oC)，通风量Q=1.40.18=0.252m3/min=0.0042m3/s折算到工作状态下(0.45MPa，32oC)下的风量风量Qf=0.00420.1/0.45(273+32)/(273+20)=8.9710-4m3/s取风速=20m/s，通风管径df=(8.9710-4/0.78520)0.5=0.0076m=7.6mm按排料管计算管径种子罐装料1.506m3，20min内排空，体积流量Q=1.506/(6020)=0.00126m3/s, 物料流速为=0.5m/s，排料管截面积S料=Q /=0.00126/0.5=0.0025m2排料管d=(0.0025/0.785)0.5=0.056m=56mm取df、d中的较大者作为进气管，取管径D=56mm，查表知取765.5无缝钢管冷却水管管径的计算需冷却热量Q=3.78104kJ/(m3.h)，冷却水温变化23oC-27oC耗水量W=Q/Cp(t2-t1)= 3.51104/4.18(27-23)=2100kg/h=0.000628m3/s水的流速为=1m/s，冷却管管径d=(0.000628/0.785)0.5=0.0282m查金属材料表取焊接管Dg=32mm可满足规定取冷却水接管长度h=100mm4.3.8支座选择支撑式支座，将种子罐置于楼板上4种子罐空气过滤器4.1过滤层直径通风比0.1-0.18vvm(0.1MPa，20oC)，折算到工作状态下(0.45MPa，32oC)下的风量风量: 1.40.180.1/0.45305/293/60=0.00097m3/s，流速为=0.2m/s则D滤层=(V/0.785)0.5=(0.00097/0.7850.2)0.5=0.078m=78mm，取D滤层=80mm4.2过滤器直径D过滤器=1.11.3D滤层，取D过滤器=1.3D滤层，则D过滤器=1.3*80=104mm，圆整后D过滤器=110mm4.3过滤器高度筒体高度h=1.5D滤层=1.580=120mm锥体部分高度h锥=1.5D过滤器=1.5110=165mm4.4分过滤器强度的计算进出气管，与种子罐配合，取765.5无缝钢管4.5分过滤器强数量 与种子罐相配合，种子罐数量为3台，配3台空气分过滤器4.6过滤层厚度5-6层超细玻璃纤维滤纸5连消塔5.1连消塔的重要参数类型：喷孔型生产能力：8h解决334m315%的糖液，其重度为1.06t/m3数量：一套灭菌时间10min，在连消塔中的停留时间10-30s，培养基流速0.3-0.6m/s5.2连消塔长度取培养基流速v=0.3m/s，在连消塔中的停留时间t=10s，连消塔长度：5.3进料管直径进料体积流量V=334/8=41.75m3/h物料流速范畴0.3-0.6m/s，取=0.42m/s进料管截面积S进料=V /=41.75/（36000.42）=0.028m3进料管直径 直径d料=(S进料/0.785)0.5=(0.028/0.785)0.5=0.188m 查材料手册取2193的无缝钢管，=213mm，可满足规定。5.4连消蒸汽耗量8h解决334m315%的糖液，其重度为1.06t/m3质量流量G=3341.06/8=44.26t/h=44260kg/h15%的糖液比热容为Cp=0.3715/100+(100-15)/1004.18=0.914.18 kJ/(kg.oC)连消初温t1=70 oC，终温t2=115oC，加热蒸汽的表压为0.42Mpa，温度为145oC，热焓值=654.34.18kJ/kg，比容=0.45m3/kg,115oC加热蒸汽的热焓I=115.24.18kJ/kg,蒸汽的消耗量计算如下 D=GCp(t2-t1)/(-I)=442600.914.18(115-70)/4.18/(654.3-115.2)=3362kg/h蒸汽的体积流量V=D=33620.45=1513m3/h因热损失蒸汽消耗量增长10% 蒸汽的质量流量D=33621.1=3698kg/h 蒸汽的体积流量V=15131.1=1664m3/h5.5进气管直径蒸汽压力为0.42Mpa下，气速范畴为20-50m/s，取气速为42m/s 进气管截面积S进=V /=1664/（360042）=0.011m3进气管直径d料=(S进/0.785)0.5=(0.011/0.785)0.5=0.12m 查材料手册，取无缝钢管1333，=127mm，可满足规定。5.6出料管直径出料量G出=G+D=44.26+3.69=47.95t/h 换算为体积流量V出=G出/=47.95/1.06=45m3/h取气速为42m/s S出=V出/=45/0.42/3600=0.03m3 出料管管径d出=(S出/0.785)0.5=(0.03/0.785)0.5=0.195m 查材料手册，取无缝钢管2193，=213mm，可满足规定。5.7连消塔外圆尺寸已知出料的体积流量V出=45m3/h，物料在连消塔内移动速度取0.1m/s 连消塔S环=V出/=45/0.1/3600=0.125m3S环=0.785（d外内2-d内外2)，联立两式外圆直径d外内=(S环/0.785+d内外2)0.5=(0.125/0.785+0.1332)0.5=0.42m查表，取D=0.45m5.8外筒有效长度的校核由于连消