七万吨谷氨酸工厂设计修改.doc

1 前言谷氨酸，是一种酸性氨基酸分子内含两个羧基，化学名称为 α-氨基戊二酸谷氨酸是里索逊 1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点 3.22大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育食品工业上，味精是常用的食品增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产 谷 氨 酸 (2—氨 基 戊 二 酸 )有 左 旋 体 、 右 旋 体 和 外 消 旋 体 左 旋 体 ， 即 L-谷 氨酸 L-谷 氨 酸 是 一 种 鳞 片 状 或 粉 末 状 晶 体 ， 呈 微 酸 性 ， 无 毒 微 溶 于 冷 水 ， 易 溶 于热 水 ， 几 乎 不 溶 于 乙 醚 、 丙 酮 及 冷 醋 酸 中 ， 也 不 溶 于 乙 醇 和 甲 醇 在 200℃ 时 升华 ， 247℃ － 249℃ 分 解 ， 密 度 1.538g/cm3， 旋 光 度 +37－ +38.9(25℃ )。

L-谷 氨 酸的 用 途 广 泛 ， 它 本 身 作 为 药 品 ， 能 治 疗 肝 昏 迷 症 ， 也 可 用 来 生 产 味 精 、 食 品 添 加 剂 、香 料 和 用 于 生 物 化 学 的 研 究 谷 氨 酸 的 解 离 常 数 ： pK'1(COOH)为 2.19， pK'2(N+H3)为 4.25（ γ -COOH） ，pK'3 为 9.67（ NH3+）任 何 食 品 的 食 用 都 要 适 量 ， 味 精 也 一 样 ， 并 非 多 多 益 善 ， 过 量 的 食 用 ， 自 然 于健 康 无 益 1987 年 2 月 16 日 至 25 日 ， 在 荷 兰 海 牙 的 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 19 次 会 议 上 ， 根 据 对 味 精 各 种 毒 理 性 实 验 的 综合 评 价 结 果 作 出 了 结 论 ， 即 味 精 作 为 风 味 增 强 剂 ， 食 用 是 安 全 的 ， 宣 布 取 消 对 味 精的 食 用 限 量 ， 确 认 了 味 精 是 一 种 安 全 可 靠 的 食 品 添 加 剂 。

就 营 养 价 值 而 言 ， 味 精 是谷 氨 酸 的 单 钠 盐 ， 谷 氨 酸 是 构 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 之 一 ， 是 人 体 和 动 物 的 重 要 营 养 物质 ， 具 有 特 殊 的 生 理 作 用 1975 年 美 国 营 养 和 食 品 工 艺 学 词 典 记 载 ， 在 空 腹 时 食用 味 精 25 毫 克 /公 斤 体 重 ， 25-35 分 钟 后 就 发 生 头 痛 、 出 汗 、 恶 心 、 体 软 、 口 渴 、面 颊 潮 红 、 腹 部 疼 痛 等 症 状 ， 但 这 些 症 状 一 般 在 数 小 时 之 内 就 会 消 失 ， 所 以 在 空 腹时 不 要 吃 味 精 谷 氨 酸 及 谷 氨 酸 钠 的 分 解 物 质 中 含 有 很 强 的 变 异 原 物 质 ， 如 果 将 植物 油 与 味 精 混 在 一 起 ， 加 热 约 20 分 钟 ， 变 异 原 物 质 会 进 一 步 增 加 因 此 在 烹 调 时味 精 不 宜 在 高 温 的 炒 菜 过 程 中 添 加 ， 而 应 在 烹 调 终 了 时 加 入 作 调 味 用 。

谷氨酸的生物合成途径大致是：葡萄糖经糖酵解(EMP 途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶 A(乙酰 COA)，然后进入三羧酸循环，生成 α-酮戊二酸α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有 NH4+存在的条件下，生成谷氨酸当生物素缺乏时，菌种生长十分缓慢；当生物素过量时，则转为乳酸发酵因此，一般将生物素控制在亚适量条件下，才能得到高产量的谷氨酸我国谷氨酸工业发展迅猛,产销两旺, 2007年味精总产量已达191万t，占世界总产量的70%以上,在国际微生物发酵产业中已占有一定竞争优势我国味谷氨酸生产已经有 80多年的生产历史，1923 年从我国面筋水解法生产谷氨 酸 到 1958 年利用淀粉糖发酵法生产谷 氨 酸 研究开始，我国利用发酵法生产谷 氨 酸 ，已经走过了 50 年的历程，使发酵产酸发生了很大变化，谷 氨 酸 发酵生产技术也在不断变革，80 年代以前， 我国大部分谷 氨 酸 厂采用淀粉糖发酵法，一般发酵工艺采用生物素亚适量进行发酵控制，发酵产酸一般在 5%~6％左右，糖酸转化率在 50％左右，70 年代开始新疆石河子味精厂首先利用甜菜甜蜜，采用高生物素、大种量、高通风的发酵技术进行发酵生产，使发酵产酸达到 8.5％左右，糖酸转化率在 60%~65％，90 年代后期，我国部分谷 氨 酸 厂在淀粉味精发酵行业开始进行以适量高生物素、大种量、高通风的发酵技术实验，加上我国大专院校、科研机构对淀粉制糖工艺、发酵菌种以及工艺控制方法及装备水平进行大量研究和改进，发酵产酸率和糖酸转化率都发生了巨大变化，发酵产酸一般 12%～14%左右，糖酸转化率在 56%～60%，逐步缩小了与国际的差距。

我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相比还存在一定差距主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等尽管我国谷 氨 酸 发酵工艺技术指标水平进步很快，但与国际先进水平仍有较大差距，国外优势主要表现在以下几个方面：（1）原料：粗原料糖蜜、少数淀粉，具有成本优势2）生产方式：提取、精制生产单元连续生产方式，效率高、劳动强度低3）装备水平：自动化程度高，广泛采用计算机，机器装备先进，运行稳定，生产环境好4）生产率：设备产能高，生产能力比我们高 50%，人员劳动生产率高，相同规 本 科 毕 业 设 计 第 3 页 共 53 页模但人员仅是我们的 1/105）生产技术水平较高：发酵产酸 14%～16%，转化率 62%～67%6）生产工艺方法：谷氨酸发酵：高生物素水平、添加青霉素或采用温度敏感型菌株，低糖连续流加方式，发酵强度高，谷氨酸热量高，利于精制收率提高及产品质量的提高，并且利于环保治理本设计是河北科技大学理工学院生物工程专业的毕业设计，是对大学四年学习的总结，是在校期间最后一次大型作业，是教学的基本环节之一，对于学生生涯具有举足轻重的作用。

通过毕业设计，使我对所学理论知识融会贯通，使专业知识系统化，培养学生独立解决问题的能力，使我进一步锻炼查阅文献、收集资料、设计计算、工程制图、统筹安排等综合能力，为我走上工作岗位奠定了基础在设计前期通过查阅大量资料，首先完成相关专业的外文翻译，并且初步确定设计方案在崔建东老师的带领下我们在味精厂进行了实习，进一步加深了我们对谷氨酸生产工艺的认识，并获得了大量可参照数据本设计是根据多方面情况的考虑及研究，创造性的结合个人所学的理论知识设计而成，做到了理论与实践相结合2 设计总论2.1 设计目的通过本设计，学习并掌握独立检索文献的方法、发酵工厂设计中衡算及设备选型的计算方法；具备独立制定设计工艺方案的能力以及工程制图能力，并由此形成初步的发酵工厂设计能力；能够运用本专业知识独立解决一般的发酵工程技术问题；提高综合素质，培养创新能力和实践能力2.2 设计任务以玉米为原料年产七万吨谷氨酸工厂设计，生产天数为 320天，连续生产2.3 设计要求2.3.1 衡算进行全厂物料衡算、热量衡算、水衡算和设备选型的计算，其中对重点车间重点设备的选型计算要详细2.3.2 绘图根据设备选型的情况绘制图纸。

要求采用计算机绘图，图纸大小为一号，共五张，其中工艺流程图二张（发酵车间工艺流程图、提取车间工艺流程图） 、平面布置图二张（全厂平面布置图、发酵车间平面布置图） ，发酵罐剖面图一张图纸尺寸标注应符合国家标准2.3.3 说明书的编写编写设计说明书，其中应包括厂址选择、工艺选择、物料衡算、热量衡算、水衡算、设备计算选型、设备列表、三废处理等内容3 厂址选择厂址选择是建设前期必须作的一项政策性很强的综合性工作它关系到工厂投产后的生存和发展因此新建味精厂必须认真做好厂址选择工作3.1 厂址选择的原则1） 符合国家的方针政策建厂靠近原料地或交通方便的地方，厂址选择既要努力提高经济技术效果，又要符合工农业合理布局的要求所选厂址要满足生产需要，但尽量不占良田，节约用地，又留有发展余地；2） 要有充足水源，水质应符合《生活饮用水卫生标准》和谷氨酸生产的需要；3） 要有可靠的供电保证谷氨酸工厂用电量大，在供电距离、容量和保安电方面需要得到供电部门的保证，尽可能靠近电厂或电线输送网；4） 所选厂址周围应有良好的卫生环境根据谷氨酸厂的生产特点，厂址选择在空气质量要好，大气含尘量低的地区，同时尽可能选在地方主导风向的上侧，不受其他单位的烟尘和污染源影响，以满足发酵谷氨酸生产的需要；5） 要有合理的“三废”处理设施；6） 施工简单，需要有闲置的空地；7) 除生产协作外，一般应考虑以下协作项目：修理、动力、给排水、运输、施工、消防、公用仓库、公共福利、场地工程设施、废料的堆存和处理设施；8) 注意专业化协作，靠近动力供应中心。

3.2 厂址的确定石家庄位于石黄高速公路和石太高速公路交叉处，而且是铁路枢纽，原料运输方便；石家庄是河北省的省会，正在处于发展阶段，有广阔的销售市场；石家庄有充足 本 科 毕 业 设 计 第 5 页 共 53 页的地下水资源，也有充足的电力供应周边可提供大量玉米，原材料丰富综合上述因素，厂址选定于石家庄市新乐县开发区4 工艺论证4.1 生产规模年产七万吨谷氨酸工厂4.2 产品规格99%谷氨酸质量符合 GB8967-88；80%谷氨酸质量符合 QB1500-924.3 生产方法以玉米淀粉为原料、北京棒杆菌为生产菌种生产谷氨酸，分为以下三个车间：4.3.1 制糖车间：是双酶法制糖工艺4.3.2 发酵车间：亚适量生物素流加糖发酵工艺4.3.3 提取车间：等电点提取工艺4.4 工作组成4.4.1 糖化车间A．液化 B．糖化 C．过滤4.4.2 发酵车间A．种子 B．连消 C．发酵 D．空气净化4.4.3 提取车间A．等电提取 B．离心分离4.4.4 辅助车间修理车间、泵房、化验室、净化系统、动力车间、水源4.4.5 包装形式现采用塑料袋装，塑料袋的材料有 BOPP复膜聚乙烯、聚乙烯符合 GB4456-84规定。

现选用机械包装，包装规格：10g，20g，50g，100g，250g，500g，1kg，10kg，25kg，允许偏差符合 GB8967-88和QB1500-92规定4.5 工作制度全年生产 320天，2～3 班作业，连续生产4.6 全厂各工段工艺流程1) 糖化流程调浆→配料→喷射液化→保温维持→层流液化→灭酶→糖化罐→糖化→灭酶→过滤→糖储罐→发酵车间2) 发酵流程生产用菌种：北京棒状杆菌 本 科 毕 业 设 计 第 7 页 共 53 页斜 面 培 养 摇 瓶 扩 大 培 养 菌 种 种 子 罐 扩 大 培 养 原 料 预 处 理 水 解 过 滤 淀 粉 水 解 糖 空 气 空 气 压 缩 机 冷 却 气 液 分 离 过 滤 除 菌 粗 谷 氨 酸 母 液 配 料 发 酵 等 电 点 调 节 沉 淀 离 心 图 1 发酵流程4.7 工艺参数玉米淀粉含淀粉 86%,淀粉糖转化率 97%，糖酸。