工艺计算生产方法:以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵,低温浓缩、等电提取。
主要技术指标:淀粉液化工艺参数:糖化工艺参数:培养基配方:灭菌各参数:一、谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg 纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。
(一)、发酵液量设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为180kg/,则发酵液量为:)(0.8%124%99%95%60180100031m V =⨯⨯⨯⨯=式中180——发酵培养基终糖浓度(kg/)60%——糖酸转化率 95%——谷氨酸转化率99%——除去倒罐率1%后的发酵成功率 124%——味精对谷氨酸的精制产率(二)、发酵液配制需水解糖量,以纯糖计算:)(136017011kg V G =⨯=(三)、二级种液量:)(4.0%5312m V V ==(四)、二级种子培养液所需水解糖量:)(164022kg V G ==式中 40——二级种液含糖量(kg/)(五)、生产1000kg 味精需水解糖总量:)(137616136021kg G G G =+=+=(六)、耗用淀粉原料量:理论上,100kg 淀粉转化生成葡萄糖量为111kg ,故耗用淀粉量为:)(6.1572%)111%5.98%80(G kg G =⨯⨯÷=淀粉式中 80%—淀粉原料含纯淀粉量 98.5%—淀粉糖化转化率(七)、液氨耗用量: 二级种液耗液氨量:2.4V 2=0.96(kg ) 发酵培养基耗液氨量:20V 1=160(kg )共耗液氨量:160+0.96=161.0(kg )(八)、磷酸氢二钾耗量:G(K2HPO4)=1.5V1+1V2=12+0.4=12.4(kg)(九)、硫酸镁用量:0.4V2+0.6V1=0.16+4.8=4.96(kg)(十)、消泡剂耗用量:0.4V1=3.2(kg)(十一)、玉米浆耗用量:15V2=6(kg)(十二)、硫酸锰耗用量:0.002V2=0.8(g)(十三)、谷氨酸量:发酵液谷氨酸含量为:G1×60%(1-1%)=1360×0.6×0.99=807.84(kg)实际生产的谷氨酸(提取率95%)为:807.84×95%=767.45(kg)45000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表物料名称生产1t味精(100%)的物料量生产45000t/a味精的物料量每日物料量发酵液量/8 360000 1091二级种液量/0.4 18000 54.55 发酵水解用糖量/kg1360 61200000 1885454.5 二级种培养用糖量/kg16 720000 2181.8 水解糖总量/kg 1376 61920000 187636.4 淀粉用量/kg 1572.6 707670 214445.5 液氨用量/kg 161 72450 21954.55 磷酸二氢钾用量/kg12.4 558000 1691二、谷氨酸发酵的热量衡算热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的,热平衡方程表示如下:∑Q入=∑Q出+∑Q损————————(2-1)式中∑Q入─输入的热量总和(kJ)∑Q出─输出的热量总和(kJ)∑Q损─损失的热量总和(kJ)通常,∑Q入=Q1+Q2+Q3————————(2-2)∑Q出=Q4+Q5+Q6+Q7————————(2-3)∑Q损=Q8————————(2-4)式中Q1—物料带入的热量(kJ)Q2—由加热剂(或冷却剂)传给设备和所处理的物料的热量(kJ)Q3—过程的热效应,包括生物反应热、搅拌热等(kJ)Q4—物料带出的热量(kJ)Q5—加热设备需要的热量(kJ)Q6—加热物料需要的热量(kJ)Q7—气体或蒸汽带出的热量(kJ)把(2-2)~(2-4)式代入(2-1)式,得Q 1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8值得注意的是,对具体的单元设备,上述的Q1~Q8各项热量不一定都存在,故进行热量衡算时,必须根据具体情况进行具体分析。
连续灭菌和发酵工序热量衡算计算指标(以淀粉质为原料)计算指标见表2.1。
表2.1 计算指标(一)培养液连续灭菌用蒸汽量:经工艺物料衡算结果,发酵采用发酵罐体积为200m 3。
发酵罐装料系数85%,每罐产100%味精的量:200×0.85×10%×95%×124%×1.272=25.47(t/d )式中1.272——纯味精相对分子质量纯谷氨酸相对分子质量=272.1147187= 年产商品味精4.5万吨,日产100%味精136.4吨.发酵周期为40h ,需发酵罐台数:9.8402447.254.136=⨯⨯取9台由于装罐率,所以每罐初始体积160m 3糖浓度18.0g/dl ,灭菌前培养基含糖20.0g/dl ,其数量:)(t 1441820160=⨯ 每日投料罐次4.547.254.136= 取6罐次。
灭菌加热过程中用0.4MPa ,I=2743 KJ/kg ,使用板式换热器将物料由20°C 预热至75°C,再加热至120°C,冷却水由20°C 升到45°C。
消毒灭菌用蒸汽量(D ):D=3212 (kg/h )≈3.2 (t/h )式中:3.97为糖液的比热容, [KJ/(kg·°C)]每天用蒸汽量:3.2×3×3=28.8 (t/d )高峰用蒸汽量: 3.2×4=12.8 (t/h ) 平均用蒸汽量: 28.8/24=1.2(t/h )(二)发酵罐空罐灭菌蒸汽量: 1、发酵罐体加热:200m 3的发酵罐重34.3t ,冷却排管重6t ,比热容0.5 KJ/(kg·°C),用0.2MPa (表压)蒸汽灭菌,使发酵罐在0.15 MPa (表压)下由20°C 升至127°C,其蒸汽量为:(kg)98620-12718.4127-17435.01000)63.34(=⨯⨯⨯⨯+)(2、填充发酵罐空间的蒸汽量:因200 m 3发酵罐的全容积大于200 m 3,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200 m 3计算,填充空间需蒸汽量:D 空=Vρ=200×1.39=278 (kg/h )式中:V —发酵罐全容积(m 3)ρ—加热蒸汽的密度(kg/ m 3)0.15mPa (表压)时为1.39(kg/m 3)3、灭菌过程的热功当量损失:200m 3发酵罐的表面积为201㎡,耗用蒸汽量:D 损=(kg)19920-7018.4127-274394.25201=⨯⨯⨯)(4、罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗:(kg)4120-12718.4127-274318.41000001.0201=⨯⨯⨯⨯⨯)(式中:0.001——附壁水平均厚度(1mm ) 1000——水密度 (kg/m 3)5、灭菌过程蒸汽渗漏,取总汽消耗量的30%,空罐灭菌蒸汽消耗量;(kg/h)6.21483.0141199278986=-+++每空罐灭菌1.5 h ,用蒸汽量:2148.6×1.5=3222.9(kg/罐)每日用蒸汽量:3222.9=9668.6(kg/d )=9.7(t/d )平均用蒸汽量:9668.6/24=402.9(kg/h )=0.4(t/h ) 高峰用蒸汽量:2148.64=8594.4(kg/h )=8.6(t/h )(三)液化工艺热量衡算 1、液化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量D可按下式计算D=G ×C ×(T 2-T 1)÷[(h-i )η]式中:G ——淀粉浆量(kg/h ) C ——淀粉浆比热容kJ/(kg*K ) T 2——浆料初温(20+273=293K ) T 1——液化温度(95+273=368K )h ——加热蒸汽焓2738kJ/kg (0.3Mpa,表压) i ——加热蒸汽凝结水焓,在363K 时为377kJ/kg淀粉浆量G :根据物料衡算,日投工业淀粉214.4t ;连续液化214.4/24=8.93(t/h )。
加水量为1:2.5,分浆量为10600×3.5=37100(kg/h )粉浆比热C 可按下式计算:C=C 0+C 水C=1.55+4.18=5.73 kJ/(kg*K )式中:C 0——淀粉质比热容,取1.55kJ/(kg*K ) C 水——水的比热容,取4.18 kJ/(kg*K )蒸汽用量D=4.7108293-368%95377-273873.537100=⨯⨯)()((kg/h )=7.1(t/h )2、灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液由90℃加热至120℃,在100℃时的i 为419kJ/kgD 灭=289530%95419-273873.537100=⨯⨯)((kg/h )=2.9(t/h )要求在20min 内使液化液由90℃升至120℃,则蒸汽高峰值为:2.9×4=11.6(t/h )以上两项合计,平均量:(7.1+2.9)/2=5(t/h ); 每日用量:5×24=120(t/d )(四)糖化工艺热量衡算 1、糖化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量D可按下式计算D 2=G ×C ×(T 2-T 1)÷[(h-i )η]式中:G ——淀粉浆量(kg/h ) C ——淀粉浆比热容kJ/(kg*K ) T 2——浆料初温(20+273=293K ) T 1——糖化温度(60+273=333K )h ——加热蒸汽焓2738kJ/kg (0.3Mpa,表压) i ——加热蒸汽凝结水焓,在363K 时为377kJ/kg淀粉浆量G :根据物料衡算,日投工业淀粉214.4t ;连续糖化214.4/25=8.58(t/h )。
加酶量为1.6L/T 淀粉。
蒸汽用量 D=3791293-333%95377-273873.537100=⨯⨯)()((kg/h )=3.8(t/h )2、灭酶用蒸汽量灭酶时将糖化液由60℃加热至80℃,在80℃时的i 为419kJ/kgD 灭=193020%95419-273873.537100=⨯⨯)((kg/h )=1.9(t/h )要求在20min 内使糖化液由60℃升至80℃,则蒸汽高峰值为:1.9×4=7.7(t/h )以上两项合计,平均量:(1.9+3.8)/2=2.85(t/h ); 每日用量:2.85×24=68.4(t/d )三、谷氨酸发酵的水平衡计算培养基冷却用水量:由120°C 热料通过与生料热交换,降至80°C,再用水冷却至35°C,冷却水由20°C 升至45°C,计算冷却水量(W ):W=40280 3.97(8035)(4520) 4.18⨯⨯--⨯=68896(kg/h )=69(t/h )全天用水量: 69×3×4=828(t/d )发酵过程产生的热量及冷却用水量。