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1、中文摘要Abstract(英文摘要).目 录.第一章 绪论11.1 谷氨酸的产品性质11.2 国内外谷氨酸的生产进展21.3 可行性分析31.4 指导思想及设计规则41.5 本设计的主要内容4第二章谷氨酸生产工艺设计及论证52.1 原料选择52.2 生产工艺设计及论证52.2.1 工艺流程62.2.2 工艺论证7第三章 物料以及能量平衡计算.193.1 物料平衡计算193.1.1 液化工序193.1.2 糖化工序203.1.3 过滤工序213.1.4 精制工序233.1.7 发酵工序263.1.8 浓缩工序28第四章 主要设备选型304.1 发酵工序304.2 真空浓缩工序304.3 调浆工序
2、314.4 糊化工序314.5 液化工序324.6 糖化工序404.7 脱色工序414.8 过滤工序414.9离子交换工序.41设备清单一览表41第五章 劳动力组织及辅助设施515.1 劳动力组织515.1.1 企业组织原则515.1.2 生产制度515.1.3 人员编制525.2 工厂建筑、卫生及防火525.2.1 厂址选择525.2.2 工厂平面布置525.2.3 主生产车间建筑要求525.3 污水处理525.4 公共系统525.4.1 耗水量525.4.2 耗汽量525.4.3 耗电量525.4.4 耗煤量52第六章 环境工程536.1 环境污染防治工程536.1.1 大气污染防治工程5
3、36.1.2 水污染防治工程536.1.3 固体废物处理工程536.1.4 噪声振动控制546.2 环境绿化工程54第七章 技术经济核算.557.1 产品成本547.2 成品收入547.3 全厂投资及回收期估算547.3.1 设备投资估算547.3.2 建设投资估算547.3.3 新建车间总投资547.3.4 回收期计算54参考文献56致 谢57摘要本设计主要是以玉米淀粉为原料采用双酶法制糖的方式经过浸洗、糊化、液化、糖化、脱色、过滤、精制等工序生产水解葡萄糖。并以水解葡萄糖作为原料使用双酶法水解发酵生产谷氨酸最后采用提高蒸汽利用率的双效真空浓缩的方式浓缩提取谷氨酸，双酶法不仅可以提高糖液转化
4、率还可以大大改善糖液的质量是目前最理想的水解葡萄糖的制取方法。本设计进行了可行性分析及论证、厂址的选择以及工厂的建设需要满足的各项指标，整个生产工艺的选择和论证以及从原料到成品的物料平衡和能量平衡还有主要设备的计算选型以及辅助设备的选择。还有生产过程所产生废弃物的处理以及食品工厂建设的各项环境指标，前期的各项投入、后续运转所需的人工成本和后期的回报。关键字: 谷氨酸 设计 工艺选择 物料平衡 双效真空浓缩 AbstractThe glutamate production capacity is 900000 tons per year,the growing speed was 5% per
5、year which has great market potential in our country.This design mainly contain the feasibility of the design and the choice of the factorys address and the the whole process of selection and demonstration include mass balance、energy balance and the choice of the main equipment .In this design we us
6、e corn starch and adopt the double enzymatic method to produce glucose syrup.In this way not only can improve the hydrolyzation of starch also greatly improved the quality of syrup which is the most ideal method to produce glucose syrup. We use the most suitable for the cultivation to production of
7、strain preservation and glutamic acid on training.In the fermentation process of air purification equipment on the air to purify the fermentation tank so as to meet requirements for use after fermentation sterile. Using the method of double-effect vacuum concentrating on fermented liquid concentrati
8、on.Key words: bienzyme method slant culture Double-effect vacuum concentration glumatic第一章 绪论1.1 谷氨酸的产品性质谷氨酸，酸性氨基酸的一种。它的分子内含有两个羧基，化学名称叫做-氨基戊二酸。谷氨酸是德国的Ritthausen在1856年发现的，呈无色晶体状，具有鲜味，在水中的溶解度很低，但是溶于盐酸溶液，等电点为3.22。谷氨酸大量存在于谷类的蛋白质中，在动物脑中含量也比较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有非常重要地位，它参与了动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。在医学上谷氨酸不仅可以用
9、于治疗肝性昏迷，还可以用来改善儿童的智力发育。在食品工业里，谷氨酸钠即俗称的味精是最常用的增鲜剂，对香味具有很强的增加作用，其主要成分即是谷氨酸的钠盐。谷氨酸钠也被广泛的应用于食品的调味剂中，它既可以单独使用，也可以与其它氨基酸等并用。应用于食品中时，浓度一般为0.2%-0.5%，每人每天允许最大摄入量(Adl值)为0-120微克/千克(以谷氨酸计)。在进行食品加工时一般用量为0.2到1.5克/公斤。谷氨酸也被广泛的应用于化妆品行业中，作为世界上氨基酸产量最大的品种，谷氨酸可以作为营养药物作用于皮肤和毛发。作为生发剂，它可以被头皮吸收，不仅可以预防脱发还能使头发新生，对毛乳头、毛母细胞具有很好
10、的营养功能，还可以扩张血管，增强血液循环，具有生发、防脱的功效。作用在皮肤上时，对治疗皱纹有明显的疗效。农业工程上，谷氨酸可以与某些激素搭配使用，制成柑桔的增甜剂，还可作为微肥的载体使用，在氮、磷、钾基本满足的条件下，谷氨酸作为叶面喷洒的微肥具有投入少、效益高的特点。谷氨酸钠不仅是西红柿保护性杀菌剂，还可以用来作为防治果树腐烂病的特效杀菌剂。氨基酸铜还是目前最良好的杀菌剂，有机铜的应用效果比无机铜要好很多。1.2谷氨酸的生产进展1.2.1国内谷氨酸生产现状我国的氨基酸生产起步较晚最早是在1922年用酸水解面筋的方法生产谷氨酸钠（即味精），在1965年使用发酵法生产味精的成功，很好的带动了其它氨
11、基酸的研究与开发。1991年，张克旭、陈宁等利用原生质体融合技术，在不对亲株作任何诱变的前提下，成功地使天津短杆菌TG-866和钝齿棒杆菌B9的原生质体进行融合，获得兼有两亲株遗传性状-细胞个体大、产酸高的融合子F263和F288。1992年，张蓓等以T6-13为出发菌株，经NTG诱变处理，分别获得了具有目的遗传标记寡霉素抗性(Omr)和氟乙酸抗性(FEAr)的突变株TN63和TNU5。然后，以TN63和IN115为亲株，通过原生质体融合，获得了同时具有OmR+FEAR标记的融合子FrN9108，其原生质体融合率为2.610-3。在确定了FrN9108摇瓶发酵最佳条件后，其产酸率可达8.74经
12、连续摇瓶传代10次，发现该融合子是稳定的，具有一定的使用价值。但是在最先进的在基因工程菌生产谷氨酸方面，国内还处于空白阶段。目前，我国的味精相关产品发展迅速，产量高居世界首位，年需求量为119 万t。1.2.2国外谷氨酸生产现状氨基酸的制造始于1820，1850年世界上首次在实验室内用化学法合成了氨基酸。1866年来自德国的化学家Ritthausen使用硫酸对小麦面筋进行水解，从来分离得到一酸性氨基酸，根据原料的来源，顾将此氨基酸命名为谷氨酸。日本的池田教授在研究了来自海带汁的鲜味剂后。提取了谷氨酸，并于1908年开始了商品味之素的生产，1910年日本的味之素公司开始利用水解法生产谷氨酸。首次
13、利用微生物发酵法制造氨基酸得到的最初产品是L-谷氨酸。在第二次世界大战后不久，美国的农业部研究所发表了一份名为利用好气性培养荧光杆菌积累的-酮戊二酸生产L-谷氨酸的研究报告。从1948年开始，日本对此进行了非常积极的研究，发现了以水解糖为原料的转化率可以到达50%60的-酮戊二酸生产菌，此举暗示了利用发酵法生产L-谷氨酸的时代已经来临。1912 年，日本味之素公司首先投产了以水解法生产味精的发酵工艺。即以蛋白质为原料经过盐酸水解生产氨基酸，由于谷氨酸在盐酸中的溶解度最小，可以根据溶解度的不同分离提取谷氨酸，再经过碱中和生产味精。1958 年，日本协和发酵公司，又以糖质原料通过细菌进行发酵生产味
14、精。1962 年，日本味之素公司以丙烯为原料，通过化学合成生产味精，年产量达 12000 吨，生产工艺从最初的一次糖质发酵、糖流加发酵、醋酸流加发酵、醋酸和糖混合发酵、乙醇流加发酵、石油发酵到甘油缺陷型、青霉素抗性石油发酵，生产菌种不断改进，产量也不断提高。现在国外的生产技术集中于构建基因工程菌，控制菌种的代谢途径，使菌种生产向着有利于积累发酵产物的方向上发展。1目前关于提取谷氨酸最新的方法为电渗析从谷氨酸发酵液中提取谷氨酸，电渗析法主要是指在直流电场的作用下是不同的离子透过选择性离子交换膜从而发生迁移，而让电离子从水溶液以及其他不带电的组份中分离出来的一种电膜分离过程。2而且随着生物技术和科
15、技的进步利用谷氨酸提取产生的废液生产聚谷氨酸也逐渐进入人们的视野。此方法主要是通过微生物的生物聚合作用生产聚谷氨酸。而聚谷氨酸是一种高分子量的聚合物，聚谷氨酸的分子链上存在大量游离的羧基，从而使其具有了一般聚羧酸的性质，比如强吸水能力、能与金属螯合的能力等。除此之外，大量活性位点的存在也便于材料的功能化，比如可以使其部分交联后变成高吸水树脂，因此它的用途十分广泛。3目前世界各大谷氨酸生产国的厂商都在积极的发展生产谷氨酸的新技术，国内外谷氨酸产业的发展促使生产技术和手段方面有了巨大的进步，谷氨酸的深层次加工和用基因工程培育新的更好的产谷氨酸菌株以及新产品开发将是今后发展方向。1.3可行性分析谷氨
16、酸是一种薄利产品，只有具备一定的生产规模，才能实现真正盈利，而规模在年产2万吨以下的谷氨酸生产工厂是很难实现盈利的。所以目前产出的谷氨酸主要用来生产味精。而在2002年以前，全国共有大大小小的谷氨酸发酵工厂140多家，而且其中大多数企业的谷氨酸年发酵生产能力在2万吨以下。经过这几年的市场的竞争和技术的革新大批的谷氨酸发酵企业被淘汰，如今全国范围内的谷氨酸生产企业已经锐减至不到50家，其中12家规模化的大公司的谷氨酸年产量合计占国内谷氨酸年发酵能力的89。目前，我国谷氨酸的年总产量早已突破170万吨，而且出口的数量也首次突破10万吨并成为我国出口数量第一个达到10万吨级别的氨基酸产品。我国味精生
17、产历史可以说是比较悠久的，我国最早使用的生产工艺是谷蛋白水解法，但是这种方法会产生大量废水并会极大地污染环境。我国直到1965年才这正实现用发酵法生产谷氨酸。最为世界上粮食的第一大生产国，发酵法生产谷氨酸的原料在国内不仅价格低廉而且能确保足量的供应，而且用淀粉作为生产谷氨酸的原料，它的价格是远远低于谷脘粉的，因此，发酵法生产谷氨酸在我国的普及具有非常大的优势。几年之后，使用“短谷氨酸棒状杆菌”为工业微生物菌种和淀粉为原料的发酵法生产谷氨酸的新工艺在全国得到迅速的推广。引述国内发酵协会专家的话，在过去的40年里，我国味精（主要成分为谷氨酸钠）工业的年平均增长率竟高达17。从全国的味精产量来看，在
18、1965年前我国味精的总产量不过也才只有区区的几千吨，而截止到2005年我国味精总产量就已经达到惊人的118万吨，短短的40年间整整增长了近300倍还多。放眼全世界即使在世界味精发祥地的日本也没有出现过这样高的增长速度。根据国内有关部门估计，截止2005年，我国味精产量及谷氨酸发酵能力均占全球同类产品产量的3/4的份额。虽然从目前的国际市场情况来看，日本仍在谷氨酸市场占有垄断地位。但是我国谷氨酸已经高于日本，而且外销已经出现起色，我相信中谷氨酸将在世界上占有更高的份额。而且我国最大的味精生产企业河南莲花集团已与日本方面达成合作意向计划引进日本玉米淀粉发酵谷氨酸的最新技术来提高谷氨酸的收率，可以
19、降低自己的生产成本，增强产品在国际竞争力。目前，国家对谷氨酸行业也有较大的政策扶持，为了促进国内品牌走出国门，我国政府已经将谷氨酸钠出口税率降至零以及采取其他措施来鼓励出口。因此，谷氨酸项目具有广阔的市场前景。1.4本设计的指导思想及原则国家为了鼓励谷氨酸生产行业的发展对出口的谷氨酸采取零关税的鼓励政策，这对谷氨酸行业的发展来说是一巨大的助力。设计建成后具有年产10万吨谷氨酸的产能，具有良好的经济效益同时也可以为当地带来很大的经济收益。建成后可以利用当地的原料和人力资源可以帮助农民增收和帮助当地居民就业。本厂设计建造于原料丰富的河北承德地区，有利于充分利用低廉的原料和人工等资源。本设计工厂建厂
20、规模为占地81亩，可达到年产量10万吨谷氨酸。而且本厂采用斜面培养使用二级种子作为发酵菌种可以保证菌种的活力和产品的质量和产量，玉米淀粉糖的生产过程、发酵过程经过严格论证工艺成熟先进可以保证发酵原料的供应，本设计还采用了利用率高的双效真空浓缩系统可以大大提高蒸汽利用率减少资源的消耗符合国家倡导的低碳绿色环保的宗旨。此外本设计采用国际先进的CIP自动清洗系统全自动化清洗减少水、电、人力等资源的消耗。厂区绿化面积达30%，绿化程度高环境好适宜人类工作居住。本设计工厂采用优质的生产原料、先进的生产工艺技术和设备及良好的工厂清洁卫生环境和快速精确的分析检测手段相配合确保产品的质量安全。厂外设置围墙，其
21、距离地面至少30公分以下部分应采用密闭性材料构筑。符合国家GMP认证工厂厂区的环境要求。本厂设计主体主要包括：办公楼、停车场、化验室、食堂、宿舍、浴室、机修间、供水室、供电室、污水处理系统、锅炉房、煤场、地磅房、操场等。1.5本设计的主要内容本设计主要包括年产10万吨谷氨酸工厂的布局规划、生产车间的布置、工艺流程的选择和论证还有双效真空浓缩设备的装配图一份。第二章 谷氨酸生产工艺设计及论证2.1原料选择目前常用于谷氨酸发酵的主要原料有：甘蔗糖蜜、谷物淀粉、甜菜糖蜜、醋酸、正烷烃(液体石蜡)、乙醇等。目前我国的大多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，当然也存在少数厂家是以糖蜜为原料进行谷
22、氨酸生产的，所有的原料在使用前必须进行预处理。本项设计选择玉米淀粉为原料进行生产。谷氨酸的生产菌种，主要是谷氨酸棒状杆菌，它属于温度敏感性、生物素缺陷性，属于G+菌，多为短棒、球、棒状，没有鞭毛不可以运动，需要生长素作为它的生长因子，在通氧气的条件下可产生谷氨酸。生产工艺流程图如图2-1所示： 菌种 空气 玉米淀粉 斜面培养 空压机 调浆 一级种子 空气净化系统 消泡剂 糊化 二级种子 总过滤器 液化 灭菌 分过滤器 糖化 发酵罐 培养基 过滤 灭菌 精制 真空浓缩 玉米浆 水解葡萄糖 尿素 结晶图2-1工艺流程2.2 利用玉米淀粉的双酶法制糖的工艺论证2.2.1双酶法水解玉米淀粉双酶法具有：
23、复分解反应较少，可以提高糖液浓度及原料的转化率，反应条件温和，改善糖液质量等优点。是目前最先进和最理想的淀粉糖水解的制备方法。在水溶液当中，-淀粉酶可以使淀粉分子迅速液化，产生较小分子的糊精，所以又称糊精化酶或是液化酶。-淀粉酶是一种内切酶它可以随意切开-1，4糖苷键从而使淀粉迅速降解。影响-淀粉酶水解淀粉速度的因素主要有底物分子结构和大小两方面。相对分子质量越小的底物反而越难被水解，所以说底物分子的葡萄糖聚合度越低越难水解。不同来源的-淀粉酶具有不同的最适作用温度和热稳定性。地衣芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌产生的-淀粉酶就属于耐热型的-淀粉酶，而霉菌产生的-淀粉酶则属于非耐热型淀粉酶。这里需要指
24、出的是：Ca2+及高浓度底物对-淀粉酶的耐热型有很大的促进作用。糖化酶又名淀粉葡萄糖苷酶：是外切型淀粉酶的一种，它从底物的非还原型末端依次水解-1,4糖苷键，切下葡萄糖单位，而产生-葡萄糖。糖化酶也可以水解支链淀粉和麦芽糖分支点的-1,6糖苷键，在水解水解-1,4糖苷键时其速率比-1,6糖苷键快10倍。2.2.2糊化淀粉颗粒具有结晶结构，这种特殊的结晶结构对酶的催化作用的抵抗能力非常强。-淀粉酶几乎不可以水解淀粉颗粒，所以必须先将淀粉糊化，将这种晶体结构破坏掉，-淀粉酶水解糊化淀粉和水解淀粉颗粒的速度比约为20000:1总体来说糊化可以分为：预糊化、糊化、溶解等三个阶段。2.2.3液化在进行液
25、化的时候需要尽量选择相对高一些的温度。淀粉在彻底糊化时需要较高的温度，高温可以提高液化酶的活力，从而减少不溶性微粒的产生，减少小分子前体物质的生成，使蛋白质絮凝状况良好。在液化时我们采用我们采用一次加酶法，和液化效果好设备体积小自动化程度高的喷射液化器。因为糖化酶对底物分子大小有一定的要求，聚合度偏大或者偏小的底物分子都不易与酶结合，而聚合度1020的糊精最易于酶结合，所以液化的程度应为：在碘试本色的前提下，液化液DE值越低越好。2.2.4糖化糖化的pH和温度决定于所用糖化酶的性质。生产中，必须根据酶的特性，选择适合的温度和pH进行糖化。这样可以既可以保证较快的糖化速率，又能减少杂菌污染，而且
26、便于脱色。通常，在糖化时，为了加快糖化速率，可以增加糖化酶的用量。但是这里要注意的是：糖化酶用量过度将导致复合反应严重，糖液的DE反而会下降，而且由于酶本身是蛋白质，糖化酶用量过多还将导致糖液过滤时出现困难。我们根据实际的生产经验一般认为当淀粉比例为30%时，酶用量按80100ug。糖化时应做尽量完全糖化，在到达终点后一般加热到80C保温20min进行灭酶，阻止糖化酶进一步作用，使反应达到终点。糖化工艺可以简单表示为：液化糖化-灭酶-过滤-成品糖液。糖化结束时需要迅速的用酸将料液pH调到4.2-4.5，同时迅速降温至60C，然后加入糖化酶进行糖化。在60C需要保温3260小时，检测是否达到终点
27、，到达终点后将料液温度降低到60-70C进行过滤。2.2.5过滤过滤是要除去糖化液中不溶的杂质。板框过滤机以：结构简单并且制造容易、设备紧凑、过滤面积大而占地面积小、滤饼含水量少以及对各种物料的适用能力强等优点而被广泛的应用在食品工业化生产中。在此设计中我们结合多方面考虑采用板框压滤机作为过滤设备。本设计使用最常见板框式压滤机进行过滤，浑浊的糖化也经过滤框的导孔流入滤室中，经过滤布，由滤板的出口栓流出。2.2.6脱色糖液的脱色主要用活性炭或者是骨炭。利用它们的吸附作用，将有色物质等吸附在碳粒的表面，从糖液中除掉。2.2.7精制离子交换树脂具有交换和吸附作用，淀粉水解后的糖化液经过离子交换树脂的
28、精制后，几乎可以除去全部的有机杂质和灰分等。离子交换树脂主要是合成的高分子树脂，分阴离子交换树脂和阳离子交换树脂两种。阳离子交换树脂一般为酚醛树脂或者聚苯乙烯，具有交换酸基如羧酸基、磺酸基等。阴离子交换树脂为芳香族化合物聚合树脂或脂肪族，具有碱性强弱不同的胺基，比如：-NH(CH3)、-NH2、-N(CH3)2等。阳离子交换树脂再生：R-Na+H+Cl-1R*H+Na+Cl-1阴离子交换树脂再生：RNHCl+Na+OH-1RN+Na+ Cl-1+H2O离子交换树脂的精制过程包括：交换、排出糖液、倒洗、再生、水洗。2.3无菌空气的制备由于发酵过程所使用的微生物种类不同，它们的生长周期、生长能力也
29、不相同，因此对灭菌空气的要求和程度也是不一样的。但一般我们按照10-3的染菌概率（即在1000次培养过程中，只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成的染菌导致培养过程的失败）的标准无菌空气的指标为99.99%。空气过滤主要依靠间隙大于细胞颗粒的介质，基于纤维层的层层阻碍迫使空气在流动过程中无数次改变速度和方向进行绕行运动，从而导致滤层纤维与微生物颗粒间产生撞击、布朗运动、拦截、静电引力及重力等作用从而把微生物截留，实现过滤的目的。空气除菌的过程可以简单的表示为：吸入空气-过滤-空压机-冷却压缩空气至适当温度-分离除去水和油-加热，保持相对湿度为50%60%-空气过滤器-无菌空气。2.4消泡剂在发酵
30、的过程中必不可少的会产生一定数量的泡沫。过多且持久的泡沫必然会给发酵带来种种不便，如果控制不当还可能会造成排气管大量逃液造成损失。泡沫主要是气体被分散在少量液体中的胶体体系。各个泡沫之间主要由一层层液膜隔开从而导致彼此不相通。为了除掉泡沫的影响我们采用工厂中最常使用的化学消泡剂来去除泡沫。食品级消泡剂的主要成分：山梨糖醇酐脂肪酸酯/碳酸钙、食用防腐/硅油等。2.5培养基的制备谷氨酸的发酵培养基主要成分有氮源、碳源、生长因子和无机盐等。生产谷氨酸的菌种不可以直接利用淀粉，而只能用葡萄糖、果糖等。在一定的范围内，谷氨酸产量是与葡萄糖的浓度成正比的，但是如果葡萄糖的浓度过高则会导致渗透压增大，这将不
31、利于菌体的生长。目前国内一般采用流加糖工艺使其浓度保持在125-150g/L。常用的无机氮源有碳酸氢铵、液氨、尿素等。有机氮源有糖蜜、玉米浆、豆浆等。生长因子是指一种属于VB族的维生素，叫做维生素H或辅酶R，在整个发酵过程中都要严格控制其浓度。2.6种子的扩大培养扩大培养是指将处于休眠状态的生产菌种接入到固体试管斜面进行活化后再经过摇瓶或静置培养而获得生产能力稳定、发酵产量高、数量充足、噬菌体和杂菌污染的生产菌种的纯种的制备过程。在此用我们采用斜面培养法对生产菌种进行扩大培养：将谷氨酸生产菌种置于32C恒温箱中培养1824小时。一级种子经过振荡培养后，培养基每1000ml装液200250ml进
32、行振荡，32C恒温箱中，培养12h。二级种子用种子罐进行培养，装液量约为发酵罐体积的1%左右，用水解葡萄糖于32C恒温下通气搅拌7-10h。在二级种子的培养过程中，pH会呈现出一定规律的变化，将从 6.8上升到8左右，然后经历一个逐步下降的过程。二级种子培养结束时，菌体大小应基本一致，呈八字型或者单个排列，活菌数要达到108-109/ml，要求活力旺盛处于对数生长期。各条件均逐步接近发酵所需条件。2.7谷氨酸发酵发酵主要可以分为适应期，对数生长期以及菌体生长期三个时期。在适应期由于尿素的分解从而使pH上升，此时期不分解糖。24小时后进入进入对数生长期，糖的分解速度很快，尿素也大量分解从而导致p
33、H迅速上升。此过程，约为12小时。本设计将采用流加尿素的方法不断的补充氮源并调节pH保持7.58并将温度维持在3032C。菌体停止生长期主要进行的是谷氨酸的合成糖和尿素分解，产生的-酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸。采用流加尿素的方法不断补充氮源并维持pH在7.27.4之间，通入空气并维持温度在3437C。低糖（10%12%）发酵，其发酵时间约为3638h，中糖（14%）发酵，其发酵时间约为45h。在发酵后期菌体衰老,糖耗减慢。当营养物耗尽并且酸浓度不再增加时，应及时放罐。从发酵液中提取谷氨酸的方法，主要有等金属盐沉淀法、电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法。2.8双效真空浓缩本设计
34、采用的是双效真空浓缩的方法来得到谷氨酸并进行下一步的结晶。双效浓缩是指采用二效同时蒸发，二次蒸汽得到充分的利用不仅节省了锅炉的投资，还节约能耗，双效的能耗与单效相比降低50%左右。而且双效浓缩器采用了外加热自然循环与真空负压的方式，使蒸发速度更快，浓缩比重大。液料在全密封中无泡沫浓缩，更便于设备的养护和清洗。 2.9结晶结晶指的是溶质呈晶态从液相或者气相中析出的过程。结晶的实质就是新相从旧相中形成的过程，在此也就是指从液体中产生固体。结晶过程主要取决于固体和其溶液之间的平衡关系。通常用溶质的溶解度来度量该溶质的饱和浓度。结晶的过程可简单表达为：产生晶核-晶核良好的生长。4 第三章 物料衡算和热
35、量衡算3.1总的物料衡算年产10万吨谷氨酸，全年365天扣除假日25天，其中包括设备维护检查等10天全年生产340天。采用三班倒的连续生产模式。日生产能力为100000t340d=294.2td。表3-1 各项生产指标指标名称单位指标数生产规模t100000（谷氨酸）年生产天数d340日产量t294.2纯度%100发酵周期h48发酵初糖Kg/m3150玉米淀粉淀粉含量%80淀粉糖化转化率（双酶法）%98糖酸转化率%50谷氨酸提取率%80表3-2 种子扩大培养的培养基成分以及含量成分含量g/L成分含量g/L水解糖25硫酸镁0.002糖蜜20硫酸亚铁0.002尿素3.5硫酸镁0.6磷酸氢二钾1.0
36、发酵用消泡剂0.6表3-3 发酵培养基的成分以及含量成分含量g/L成分含量g/L水解糖150硫酸亚铁0.002糖蜜4硫酸锰0.002硫酸镁0.6尿素（总）40氯化钾0.8植物油1.0磷酸氢二钠0.2发酵用消泡剂0.6谷氨酸发酵物料衡算：每吨谷氨酸消耗其他原辅料的质量1t谷氨酸发酵液的量：V=1000/（15050%80%）=16.7 m3上式中：150：发酵培养基初糖浓度kg/m350%：糖酸转化率80%：谷氨酸提取率配置16.7 m3所需的水解糖的量：M=15016.7=2505kg二级种液量 V2：V2=2%16.7=0.334 m3（2%为二级种子接种量）培养二级种子所需要的水解糖量：M
37、=25 V2=8.35 kg（25为二级接种液含糖量）综上每生产1000t谷氨酸所需要的糖液的含量为2505+8.35=2513.35kg生产1000t谷氨酸需要淀粉的含量：理论上淀粉对葡萄糖的转化率为1.11，所以理论上生产1000t谷氨酸所需要的淀粉的量为：M=2513.35/(80%98%1.11)=2888.11kg尿素用量：M=3.5V2+40V=669.169kg糖蜜用量：M=20V2+4V=73.45kg氯化钾用量：M=0.8V=13.36kg磷酸氢二钠用量：M=0.2V=3.34kg硫酸镁的量：M=0.6（V2+V）=10.22kg消泡剂用量：M=0.6V=10.02kg；植物
38、油用量：M=1.5V=25.05kg；谷氨酸用量：M=250550%=1252.5kg；实际生产谷氨酸的量：M=1252.580%=1002kg综上所述年产100000t谷氨酸车间总的物料衡算结果如下图：表3-4总的物料用量物料名称生产1t谷氨酸所需要的物料量100000t谷氨酸每日物料量发酵液m316.6716670004903二级种液m30.3343340098发酵水解用糖kg2505250500000736765二级种培养用糖kg8.358.31052456水解糖总量kg2513.35251335000739221淀粉kg2888.11288811000849444尿素或液氨kg669.
39、16966916900196814糖蜜kg73.45734500021603氯化钾kg13.3613360003929磷酸氢二钠kg3.34334000982硫酸镁kg10.2210220003006消泡剂kg10.0210020002947植物油t25.05 25050007368谷氨酸t1.00210020029.43.2热量衡算根据能量守恒得到的公式为：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5Q1：随着物料进入的热量（J） Q2：随蒸汽进入的热量（J） Q3：各种效应热，如溶解热、发酵热、稀释热等（J）Q4：随物料带走热量（J） Q5：在设备上散失的热量（J） 3.2.1液化工序热量衡算根据公式：Q
40、=cmt在上式中：D：消耗加热蒸汽消耗量 G：淀粉浆量（kg/h） C：淀粉浆的比热容（kJ/（kgK）t1：浆料初始温（20+273=293K） t2：液化温度（90+273=363K）I：加热蒸汽焓，2738kJ/kg（0.3Mpa，表压） ：加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg淀粉浆量G：由物料衡算可知，24h消耗的工业淀粉的量为849.444t，连续液化849.444/24=35.4t/h加水为1：2.5，粉浆量为：35.43.5=123.9t/h粉浆干物质浓度：（35.486%）/123.9=24.6%粉浆比热C可按下式计算：C=C0+C水C0：淀粉质比热容，取1.55
41、kJ/（kgK）X：粉浆干物质含量，24.6%C水：水的比热容，4.18kJ/（kgK）代入上式所以C=3.53kJ/（kgK）蒸汽用量：D=123.93.53（90-20）/（2738-377）=13t/h灭菌用蒸汽量：D灭 =123.9 3.53（100-90）/（2738-419）=1.9t/h要求在20min内使液化液由90升至100，则蒸汽高峰量为：1.9=5.7t/h以上两项合计为：13+1.9=14.9t/h 3.2.2 糖化工序热量衡算日产24%的糖液849.44498%1.1180%/24%=3080t，即987.39/1.09=2826（m3）。糖化操作周期30h，其中糖化
42、时间24h。糖化罐体积为：500m3，装料体积为：400m3，需糖化罐个数为：（282630）/（40024）=8.8，所以需要糖化罐的数量为：9个。使用板式换热器在灭菌后将糖化液由85C冷却至60C，使用二次水对其进行冷却，进口冷却水的温度为20C，出口水的温度为45C，可以得出平均用水量为：138.81.65（85-60）/（45-20）4.18）=54t/h（式中138.8t为糖化液量=123.9+14.9）根据要求在2h内把400m3糖液冷却至40，可以计算其高峰用水量为：（544000001.09）/（138.82）=85t/h每日需要同时工作的糖化罐数量为：8.824/30=7每次
43、投料的需要的罐数为：905.9/400=7由此可得每日冷却用水量为：285=170t/d3.2.3 连续灭菌和发酵工序的热量衡算：每罐初始体积400m3，糖浓度16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其数量：(40016.410-3)/0.19=34t灭菌加热过程中用0.4Mpa蒸汽（表压）I=2743kJ/kg，使用板式换热器将物料由20预热至75，再加热至120。冷却水由20升至45。每罐灭菌时间3h，输料流量：34/3=11t/h灭菌所用蒸汽量： D=(110003.97)(120-75)/（2743-1204.18）=0.8t/h（3.91为糖液的比热容单位为：kJ/（kgK）每日所需蒸汽量为：0.812=28.8t/d3.2.4发酵罐空罐灭菌蒸汽用量：发酵罐体加热体积为：500m3，发酵罐体重40t，冷却排管重6t，其比热为0.5kJ/（kgK），用0.2Mpa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15 Mpa（表压）下，由20升至127460000.5（127-20）/（2718-1274.18）=1125kg发酵罐内空间所需的蒸汽量：因500m3发酵罐的全容积接近500m3，考虑到罐内之排管、搅拌器等所占之空间，罐之自由空间仍按500m3计算。填充空间需蒸汽量：D空=V=5001.622=811（kg）式中 V：发酵罐自由空间即全容积（m3） ：加热蒸汽的密度（
