【正文】 6000 噸 /年 味精 中和車間 工藝 設(shè)計(jì) 發(fā)酵工業(yè)，是生物工程的一個(gè)分支，而味精是三大發(fā)酵產(chǎn)品之一，味精是我國新興的發(fā)酵工業(yè)中規(guī)模最大的產(chǎn)品，在食品的生物技術(shù)領(lǐng)域中有重要地位。味精在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)上都有廣泛應(yīng)用。我國的味精生產(chǎn)和消費(fèi)居世界第一，具有較大的生產(chǎn)潛力。目前國內(nèi)外味精生產(chǎn)一般都采用發(fā)酵生產(chǎn)，味精發(fā)酵生產(chǎn)法的生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，但由于味精在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，故味精生產(chǎn)的工藝仍需不斷更新以降低成本，提高質(zhì)量，適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求。 本說明書敘述了味精的發(fā)展 ， 概括了味精生產(chǎn)的整個(gè)工藝流 程及“三廢”治理。并詳細(xì)而突出的介紹了中和車間的工藝流程及操作原理，控制要點(diǎn)等。對(duì)年產(chǎn)量 6000 噸的中和車間進(jìn)行了物料衡算 、熱量衡算和設(shè)備選型。 2 概述 2． 1 產(chǎn)品用途及發(fā)展?fàn)顩r 2． 1． 1 產(chǎn)品用途 （一）在食品方面的應(yīng)用 1 烹飪調(diào)味 吃中國菜給人最重要和最直接的感覺是“味道”，而味精是決定味道好壞的重要因素因而成為家庭和餐館不可缺少的增新調(diào)味品。 2 改善和加強(qiáng)食品的自然風(fēng)味 味精和強(qiáng)力味精使食品原味更濃郁、協(xié)調(diào)、圓潤(rùn)并可抑制異味。 3 食品加工 味精在罐頭、冷藏食品、熟食品加工、小食品 和快餐調(diào)料等方面的應(yīng)用日益廣泛。隨著食品加工業(yè)的不斷壯大，對(duì)味精的要求扶搖直上。 （二） 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 1 谷氨酸鈉、谷氨酸鉀注射液和谷氨酸片可用來防止肝昏迷、解氨毒、保護(hù)肝臟。 2 谷氨酸可被腦細(xì)胞氧化，能作為腦組織的“能源”。故用來作為神經(jīng)病和神經(jīng)衰弱者的中樞神經(jīng)及大腦皮層的補(bǔ)劑，有改善神經(jīng)系統(tǒng)之功能。 3 谷氨酸鹽酸鹽可用于胃酸之不足。谷氨酰胺可治療綜合性胃潰瘍、十二指腸潰瘍、神經(jīng)衰弱等。 4 通常將谷氨酸鈉、維生素 B 與葡萄糖注射液混合靜脈點(diǎn)滴注射。此外，谷氨酸鈣可與維生素 P 合用以增強(qiáng)吸收。 （三） 在工業(yè)方面的應(yīng) 用 1 人造革的制造 用 D— 谷氨酸聚谷氨酸，其接近天然皮革，強(qiáng)度、抗水性、耐老化性和透氣性方面都較好。 2 潤(rùn)膚劑 焦谷氨酸（ PCA— Na）具有極強(qiáng)的吸濕性，能保持皮膚濕潤(rùn)，防止干裂，并增強(qiáng)皮膚和毛發(fā)的柔軟和彈力。由于 PCA— Na 的吸濕性和無毒性。其廣泛的用于化妝品和醫(yī)藥品的增濕劑，潤(rùn)膚劑。 3 洗滌劑 用月桂酰氯與谷氨酸可制成 N— 月桂?；劝彼徕c（ AGS）肥皂。其洗凈、起泡、乳化、分散等性能較好，對(duì)皮膚及粘膜無刺激，可用于洗滌劑及化妝品。 （四） 在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用 1 用于制農(nóng)藥（殺菌劑）氨基酸銅是目前生產(chǎn)上良好 的殺菌劑，既是西紅柿保護(hù)性殺菌劑又是防治果樹腐爛病的特效殺菌劑。 2 用于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。谷氨酸、脯氨酸與某些激素配合?？芍瞥筛探墼鎏饎?，谷氨酸可增加柑桔果實(shí)的含糖量，降低酸度。谷氨酰胺在植物的新陳代謝中起著重要作用。 3 用作微肥載體。在 N、 P、 K 基本滿足的條件下，作為葉面噴灑的微肥具有投入少、效益高的特點(diǎn)。用氨基酸作微肥載體，如有機(jī)螯合劑、緩沖劑等。增加了農(nóng)作物對(duì)微量元素的吸收。 2． 1． 2 發(fā)展?fàn)顩r （一）中國味精工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 中國味精生產(chǎn)始于 1923 年，至今已有 76 年歷史，經(jīng)歷了創(chuàng)建、轉(zhuǎn)換、發(fā)展 三個(gè)歷史階段。 1 創(chuàng)建時(shí)期（ 1923~1939）在這一時(shí)期，我國的工業(yè)方法是水解法。 1923 年，吳蘊(yùn)初先生創(chuàng)辦的上海天廚味精廠成為我國味精工業(yè)的開端，而后又在重慶、香港等地設(shè)立分廠。 1925 年，上海天一等味精廠相繼興起。到 1939 年沈陽、天津、青島味精廠也紛紛建立。此期間生產(chǎn)味精的主要原料為面筋、大豆粉。一般以手工作業(yè)為主，少量使用機(jī)械設(shè)備。 2 轉(zhuǎn)換期（ 1958~70 年代）這一時(shí)期生產(chǎn)味精的工藝方法為先進(jìn)的發(fā)酵法。 1958年有關(guān)科研單位、院校和企業(yè)合作進(jìn)行發(fā)酵法制谷氨酸的實(shí)驗(yàn)研究工作并以糖質(zhì)為原料。 1964 年成功。上海味精廠以淀粉為原料采用發(fā)酵的新工藝正式投入生產(chǎn)。 1965 年沈陽、天津、杭州等廠家也相繼完成了原料（淀粉和大米）和工藝的轉(zhuǎn)換，并采用優(yōu)質(zhì)的 和 菌種投入發(fā)酵生產(chǎn)。到了 70 年代，北京等廠試用醋酸生產(chǎn)味精沒能成功。新疆、黑龍江等省、區(qū)部分廠采用甜菜、糖蜜生產(chǎn)成功。此期間生產(chǎn)開始用計(jì)算機(jī)控制。 3 發(fā)展期（ 80 年代 ~90 年代初） 80 年代以來，我國的味精工業(yè)發(fā)展相當(dāng)迅猛，就產(chǎn)量而言 1992 年高達(dá) 34 萬噸躍居世界首位。目前，我國有味精生產(chǎn)廠家 200多個(gè)，成為世界味精主要產(chǎn)區(qū)之一。 （二）世界味精工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 世界味精工業(yè)始于 1909 年。其發(fā)展同樣經(jīng)歷了起源期、轉(zhuǎn)換期、發(fā)展期三個(gè)歷史時(shí)期。 1 起源期 1908 年日本東京大學(xué)教授池田菊苗從呈味成分的海帶煮出的汁中提取到谷氨酸鈉，創(chuàng)造了新的人工調(diào)味料獲得專利。 1909 年池田和柃木三郎合作工業(yè)化生產(chǎn)，使味之素公司的商品味精問世。從此誕生了味精工業(yè)。 2 轉(zhuǎn)換期（ 1936~1968）在這一時(shí)期，生產(chǎn)工業(yè)由水解法、抽出法轉(zhuǎn)為發(fā)酵法生產(chǎn)味精。其中在 1958 年日本的木下祝郎等以發(fā)酵法制谷氨酸研究成功。協(xié)和發(fā)酵公司在防府工廠最先以淀粉、糖蜜為 原料用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。 3 發(fā)展期（ 60 年代 ~現(xiàn)代） 60 年代至今，由于發(fā)酵法制味精在日本研究成功。世界上許多國家包括韓國、法國、中國、朝鮮、印尼、美國、泰國、意大利、巴西、馬來西亞等國的味精工業(yè)也逐步興起而且均采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。由于計(jì)算機(jī)的普及，機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)使味精的產(chǎn)量與質(zhì)量均有較大幅度的提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1992年的世界味精產(chǎn)量均為 萬噸，重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)集中在亞洲，占總產(chǎn)量的 92%左右。 （三）國內(nèi)、外味精生產(chǎn)技術(shù)水平的比較與分析 雖然目前我國的味精產(chǎn)量已躍居世界首位，但與世界先進(jìn)水平相比仍有很大差 距。 1 規(guī)模小 日本味之素和韓國的味元年產(chǎn)味精 6 萬噸，而國內(nèi)除河南周口味精產(chǎn)達(dá) 4 萬噸外，大多數(shù)為 1 萬噸或數(shù)千噸。發(fā)酵罐的規(guī)模為 600 立方米罐。國內(nèi)最大為 200 立方米，大多數(shù)為 60 立方米 ~150 立方米操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)高。 2 技術(shù)水平低 盡管我國的發(fā)酵技術(shù)水平已有了較大的提高但與世界先進(jìn)技術(shù)水平相比仍有一定差距。 3 生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。 4 主要原材料價(jià)格高，使生產(chǎn)成本高。 5 經(jīng)營管理機(jī)制不適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)，影響技術(shù)水平的發(fā)揮和生產(chǎn)穩(wěn)定。 2． 1． 3 發(fā)展對(duì)策 鑒于當(dāng)前我國味精工業(yè)發(fā)展水平， 為了提高行業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)力及經(jīng)濟(jì)效益可采用以下發(fā)展對(duì)策 1 合理利用原材料 2 采用新工藝、新技術(shù)提高技術(shù)水平，包括： （ 1） 改進(jìn)發(fā)酵技術(shù)，提高發(fā)酵水平。如采用高生物素添加青霉素流加糖工藝。種量大，生物素豐富，菌體生長(zhǎng)快，添加青霉素后產(chǎn)酸快、高、周期短。 （ 2） 改進(jìn)提取工藝，提高提取收率。目前國內(nèi)多采用一次低溫等電點(diǎn)提取工藝和等電 — 離交工藝。應(yīng)繼續(xù)研究突破絮凝除菌，并研制新型沉降式離心機(jī)分離菌體，結(jié)合膜濃縮的研究會(huì)大大提高提取收率。 3 生產(chǎn)設(shè)備大型化，發(fā)酵過程的自動(dòng)控制使關(guān)鍵設(shè)備先進(jìn)化，自動(dòng)化。 （ 1） 實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐大型化 （ 2） 改造傳 統(tǒng)的空氣凈化系統(tǒng) （ 3） 選用板式換熱器為培養(yǎng)基滅菌，節(jié)約蒸汽、水 4 加強(qiáng)廢水處理及綜合利用，提高環(huán)境效益。 5 深化改革，降低成本，參與國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 6 跳出單一產(chǎn)品模式，開發(fā)多品種，提高企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。 7 發(fā)展高科技，如用重組 DNA 技術(shù)選育更高優(yōu)良菌種。采用電子計(jì)算機(jī)及各種傳感器控制發(fā)酵生產(chǎn)過程。利用固定化微生物生產(chǎn)谷氨酸，以二氧化碳和氮?dú)鉃樵厦阜ê铣晒劝彼岬取? 2． 2 中和車間概括及特點(diǎn) 2． 2． 1 車間設(shè)計(jì)規(guī)格 本車間布置設(shè)計(jì)是以工藝為主導(dǎo)，并在其他專業(yè)如繪圖、土建、設(shè)備安裝、電力、暖風(fēng)、外觀等密 切配合下完成的。 廠房平面布置采用長(zhǎng)方形，由工藝流程決定，便于總平面圖布置，節(jié)約用地，利于設(shè)備排列，縮短管線，易于安排交通入口，有較多可供自然采風(fēng)和通風(fēng)的墻面。 2． 2． 2 車間設(shè)備布置原則 本次設(shè)計(jì)設(shè)備布置基本按流程順序排列依次為中和罐、中和脫色罐、過濾機(jī)、貯罐、 K15 炭柱。過濾機(jī)布置在二樓，有利于利用位差將過濾液送入貯罐，節(jié)約用泵。 車間設(shè)備布置總原則： （ 1） 滿足生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備布置的要求 （ 2） 滿足安全技術(shù)對(duì)設(shè)備布置的要求 （ 3） 滿足操作條件對(duì)設(shè)備的要求，為操作人員創(chuàng)造一個(gè)良好的操作條件 （ 4） 滿足設(shè)備安裝、檢修對(duì)設(shè)備布置 的要求 （ 5） 滿足廠房建筑對(duì)設(shè)備的要求 （ 6） 合理安排車間輔助室及生活室的布置 （ 7） 車間布置整齊美觀 詳細(xì)的車間布置見中和車間平、立面布置圖。 2． 2． 3 設(shè)計(jì)方案的選擇及論證 中和罐設(shè)計(jì)在一角與維修室平齊，利于送料，減少車間長(zhǎng)度。合理有效的利用土地面積，并臨近脫色罐可節(jié)約管路，減少投資。 過濾機(jī)在二樓可利用位差輸送過濾液，節(jié)約用泵。 K15 炭柱較高，將其布置在廠房一邊，既是工藝流程的需要，同時(shí)與二樓相對(duì)立，廠房建筑比較美觀。廠房高度為 6 米。一方面因?yàn)樵O(shè)備高大，另一方面是采光性好，避免光線太暗。 2． 2． 4 生產(chǎn)方法 本車間利用氫氧化鈉中和谷氨酸生產(chǎn)谷氨酸一鈉，其中氫氧化鈉的制取采用離子膜法，降低鐵離子含量。氫氧化鈉與谷氨酸反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生氣泡，反應(yīng)迅速，設(shè)備利用率高。此反應(yīng)為強(qiáng)堿弱酸反應(yīng)，反應(yīng)放熱可減少蒸氣用量。 2． 2． 5 其他說明 中和罐及中和脫色罐采用粉狀活性炭，而 K15 炭柱利用顆粒炭脫色。這是它們自身特點(diǎn)決定的。其對(duì)比如下表： 表 2— 1 粉狀活性炭和顆粒活性炭特色對(duì)比 粉狀活性炭 顆粒狀活性炭 顆粒小、表面積大、單位重量吸附量高 在過濾除炭渣的同時(shí)除去料液中不溶性雜質(zhì) 顆粒大、表面積小、單位重量吸附量低，且不能除去料液中不溶性雜質(zhì) 操作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、存在加炭 卸炭 洗炭等煩瑣的勞動(dòng) 操作環(huán)境好、勞動(dòng)強(qiáng)度小、操作過程只需調(diào)節(jié)閥門即可 間歇操作，設(shè)備一次性投資低 連續(xù)操作，適合于大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備一次性投資高 活性炭一次性使用，操作費(fèi)用高，但不耗用鹽酸、燒堿 活性炭經(jīng)再生處理可以反復(fù)使用、操作費(fèi)用低、但再生時(shí)需耗用一定量鹽酸、燒堿、水 中和脫色罐中加硫化鈉，其作用有兩方面：一方面硫化鈉是弱堿可調(diào)節(jié) PH值，另一方面 Na2S + Fe2+ → FeS↓ + 2Na+， FeS 在中性或弱堿性溶液中呈難溶性，幾乎 不溶于水，經(jīng)過濾除去可達(dá)到除鐵目的。 過濾采用板框過濾機(jī)，其過濾速度適中，濾渣含量低，夾帶物料少，工藝損失相對(duì)少。 K15 炭柱裝添顆粒炭和通用 1 號(hào)樹脂。 通用 1 號(hào)樹脂有以下優(yōu)點(diǎn)：螯合型樹脂表面具有較強(qiáng)的配位基團(tuán)與鐵絡(luò)合能力比谷氨酸與鐵強(qiáng)，可形成更穩(wěn)定絡(luò)合物，從而達(dá)到除鐵的目的，同時(shí)具有脫色作用。脫鐵液透光率高，產(chǎn)物無異味。 表 2— 2 除鐵的兩種方法對(duì)比 方法 項(xiàng)目 硫化堿除鐵 樹脂除鐵 原 理 硫化鈉與鐵離子反應(yīng)，生成硫化亞鐵沉淀： Fe2+ +Na2S→ FeS↓ +2Na+， FeS 在中性或堿性溶液 中呈難溶鹽，幾乎不溶于水（ 18℃時(shí)水中的溶解度為 179。1019）經(jīng)過濾除去，達(dá)到除鐵的目的 中和液中的鐵是以與谷氨酸螯合形成絡(luò)合物而存在，螯合型樹脂表面具有較強(qiáng)的配位基團(tuán)，與鐵絡(luò)合能力比谷氨酸更強(qiáng)，能形成更穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而達(dá)到除鐵的目的 特 點(diǎn) （ 1） 操作環(huán)境差，空氣中有 H2S臭味，濃度高時(shí)導(dǎo)致中毒 （ 2） 間歇操作 （ 3） 除鐵效果較樹脂差，脫色液中鐵的殘留量一般為 1～ 2mg/L （ 4） 操作費(fèi)用低 （ 5） 產(chǎn)品中 Na2S 殘留時(shí)有異味，對(duì)質(zhì)量有一定影響 （ 1） 操作環(huán)境好 （ 2） 連續(xù)操作 （ 3） 除鐵完全，同時(shí)有脫色作用，脫鐵液透光率高 （ 4） 設(shè)備一次性投資大， 且操作過程耗用酸、堿、水費(fèi)用高，排放廢水對(duì)環(huán)境有一定的影響 （ 5） 產(chǎn)品中無 Na2S 殘留，無異味 2． 3 車間內(nèi)三廢處理及環(huán)境保護(hù)措施 味精企業(yè)是使用微生物的發(fā)酵工廠。環(huán)境質(zhì)量好壞不但影響周圍人群的生活與健康，而且與生產(chǎn)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。 中和車間三廢問題主要包括：沖洗、洗滌的中濃度有機(jī)廢水，中和脫色所產(chǎn)生的廢活性炭。 目前味精行業(yè)尚未有一套完整的處理技術(shù)。下面就中和車間的有關(guān)“三廢”情況及治理措施加以介紹： 1 廢活性炭 當(dāng)活性炭中谷氨酸 鈉的含量小于 。因?yàn)榛钚蕴刻幚沓杀靖撸浔?身價(jià)格便宜。而且其吸收脫色效果已經(jīng)變差。當(dāng)谷氨酸 鈉含量大于或等于 時(shí)，為了回收谷氨酸一鈉將其加入中和脫色罐，并可節(jié)約活性炭。 2 廢液、貯罐殘液及洗罐水、稀份水等作為水加入中和罐中。既有利于谷氨酸 鈉回收又節(jié)約水。 3 K15 炭柱再生時(shí)用到的大量酸、堿、水。堿回收再利用。酸濃度很低與大量水混和稀釋后排放，污染程度很低。 3 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 3． 1 谷氨酸 中和車間采用 L 型谷氨酸，分子式 C5H9O4N，分子量： ，其質(zhì)量要求如下表所示 表 3— 1 谷氨酸質(zhì)量要求 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 備注 1 LGlu % 88~90 濕純、三足式分離機(jī)