年产10万吨味精工厂设计.doc

年产10万吨味精设计
一.文献综述
1.1味精的性质[1]
味精是谷氨酸的一种钠盐，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，亦称味素。化学名α-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，是一种无嗅无色的晶体，对光和热稳定，无吸湿性，在232℃时解体熔化。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主要成分就是谷氨酸钠。
摩尔质量169.111gmol-1 ，白色或近白色结晶性粉末 ， 熔点225 ℃，易溶于水，谷氨酸钠的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸钠。微溶于乙醇。
1.2味精的作用与功能[2]
味精是一种增鲜味的调料，炒菜、做馅、拌凉菜、做汤等都可使用。一般用量为0.2%～0.5%。也可用作生化试剂。中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。
味精对人体没有直接的营养价值，但它能增加食品的鲜味，引起人们食欲，有助于提高人体对食物的消化率。另外,味精中的主要成分谷氨酸钠还具有治疗慢性肝炎、肝昏迷、神经衰弱、癫痫病、胃酸缺乏等病的作用。
味精虽能提鲜，但如使用方法不当，就会产生相反的效果，会对人体有害。它在消化过程中能分解出谷氨酸，后者在脑组织中经酶催化，可转变成一种抑制性神经递质。当味精摄入过多时，这种抑制性神经递质就会使人体中各种神经功能处于抑制状态，从而出现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状；有人还会出现焦躁、心慌意乱；部分体质较敏感的人甚至会觉得骨头酸痛、肌肉无力。长期过量食用味精可能导致视网膜变薄、视力下降，甚至失明。另外，过多的抑制性神经递质还会抑制人体的下丘脑分泌促甲状腺释放激素，妨碍骨骼发育，对儿童的影响尤为显著。
1.3味精行业发展史[3]
1.3.1味精的发现
尽管味精广泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸对于增强食物鲜味的作用，在20世纪早期，才被人们科学地认识到 。1907 年 ，日本东京帝国大学的研究员池田菊苗发现了一种，昆布（海带）汤蒸发后留下的棕色晶体，即谷氨酸。这些晶体，尝起来有一种难以描述但很不错的味道。这种味道，池田在许多食物中都能找到踪迹，尤其是在海带中。池田教授将这种味道称为“鲜味”。继而，他为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利。
1.3.2世界味精的发展
第一阶段：1866年德国人H·Ritthasen(里德豪森)博士从面筋中分离到氨基酸 ，他们 称谷氨酸 ，根据 原料定名 2 东北电力大学生物工程课程设计为麸酸或谷氨酸（因为面筋是从小麦里提取出来的）。1908年日本东京大学池田菊苗 试验，从海带中分离到L—谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的。
第二阶段：以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方 法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的。这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。
第三阶段：随着科学的进步及生物技术的发展，使味精生产发生了革命性的变化。1965年以后我国味精厂都自采用以粮食为原料（玉米淀粉 、大米、小麦 淀粉、甘薯淀粉）通过微生物发酵、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品，用了它以后使菜肴更加鲜美可口。
1.3.3我国味精工业发展史
1925年，吴蕴初将自己的生产工艺公开，以做好向欧美行销的 准备。1926～1927年吴蕴初还将“佛手牌”味精的配方、生产技术等，向美、法等化学工业发达国家申请专利，并获批准。这也是中国历史上，中国的化学产品第一次在国外申请专利 。
1926年，佛手牌味精获得美国费城世界博览会金奖。1930年，1933年，吴蕴初的味精继续在世界博览会上连续获得奖项，佛手牌味精打入了欧洲等海外市场。日本“味之素”在 东南亚的市场也被中国产品取代。按照北洋政府的专利法，吴蕴初的味精专利可以享有5年的专利保护。1926年，吴蕴初宣布，放弃味精的国内的专利，希望全国各地大量仿造生产。此后，国内各地先后出现了 十几个味精品牌 ，国货味精市场极大繁荣，日本3东北电力大学生物工程课程设计的“味之素”除了在日本关东军占领的我国东北地区外，在中国的其他地区再也难见踪影。
1926年佛手牌味精参加在西班牙举办的国际博览会上，获得金奖。1930年，“佛手”味精赴比利时列日产业科学世界博览会，又获大奖。1933年，美国芝加哥世博会，主题为“一个世界进步”。吴蕴初紧扣主题制作了“百年中国调味品也之进步”的宣传手册，以及红木的展示台。由于产品品质优异，加上宣传到位，“佛手”味精再获大奖。 之后，味之素公司成立，致力于味精的生产与产品在日本市场的销售。「味之素」意味着「味觉的元素」。1947年，味精登陆美国市场，命名为:Ac'cent flavor enhancer。
　　现代的味精商业化生产是通过淀粉，甜菜，甘蔗培养基发酵生产的。2001年，味精的销售量达到大约有150万吨，比上年增长了4%。在欧美国家老一套的看法中，味精总是与中餐馆的食物联系到一起。而事实上，现在在美国销售的许多种普通食品中都能找到味精的踪迹： 大多数美国产罐装汤，如美国汤品生产商金宝汤公司的汤类产品（部分低钠产品除外） ,大多数美国产肉鸡肉牛产品，如史云生（部分低钠产品除外） ,大多数美国产薯条产品，其它的许多零食产品，众多的冷冻食物，快餐产品，如各种调味品。
二．味精生产工艺概述[4]
2.1味精的加工工艺发展
其实味精的历史不长，从发现至今还不到百年，和源远流长的油、盐、酱、醋、酒等调味品相比，味精只能算是个蹒跚学步的幼儿。 味精早期生产是利用蛋白质水解法制取。将面粉制成含蛋白质较多的面筋，或用豆饼加盐酸溶液加热，使蛋白质完全水解生成含谷氨酸的溶液，再浓缩使之结晶。
五十年代起人们采用糖和氮肥（硫铵、氨水、尿素等）为原料，利用细菌发酵法制谷氨酸。该法卫生又经济, 每百斤糖可制谷氦酸五十多斤，因而迅速推广成为目前生产味精的主要方法。
2.2味精生产全过程可划分为糖化、发酵、提取谷氨酸晶体、精制得谷氨酸钠晶体四个工艺阶段:
2.2.1调浆→糖化工艺
淀粉、水 → 调浆（加Na2CO3和淀粉酶）→ 喷射液化 → 保温灭菌 → 过滤 → 层流罐 → 贮罐 → 冷却 → 糖化
2.2.2发酵→提取谷氨酸晶体工艺
冷却 → 发酵罐发酵 → 冷却 → 等电点中和 → 谷氨酸晶体→ 加水溶解 → 二次中和 → 得谷氨酸钠溶液
2.2.3精制得谷氨酸钠晶体工艺
活性炭脱色 → 过滤 → 离子交换脱金属离子 → 浓缩 → 蒸发结晶 → 分离出湿味精 → 干燥 → 得晶体味精 → 筛选 → 分装
三．总物料衡算
年产10万吨（99%占80%，80%占20%），原料为24%葡萄糖液，产酸率为10.2g/dl，糖酸转化率54%，谷氨酸提取率93%，谷氨酸钠收率94%，发酵周期40-44h。
3.1生产过程的总物料衡算
3.1.1生产能力
此次设计的味精精制车间工艺设计的生产能力为年产量10万吨，99%规格的味精占80%，即80000（t/d）；80%的味精占20%，即20000（t/d）。
（1）折算为100%味精为：80000*99%+20000*80%=95200（t/d）
（2）全年生产日为320天，则日产商品味精：100000/320=312.5（t/d）
（3）日产100%MSG的量：95200/320=297.5（t/d）
3.1.2总物料衡算
本设计以24%葡萄糖液为原料，以1000kg葡萄糖液为例计算。
（1）1000kg葡萄糖理论产100%MSG的含量：
1000*81.7%*1.272=1039.22（kg）
式中：81.7%——糖酸理论转化率；
1.272——精制理论收率。
（2）依照本设计的生产指标，1000kg24%葡萄糖液实际产100%MSG：
1000*93%*54%*94%*1.272*24%=144.11（kg）
式中：54%——发酵时糖酸转化率；
93%——谷氨酸提取率；
94%——谷氨酸钠收率。
（3）生产味精时葡萄糖单耗
1t100%MSG消耗葡萄糖量：1000/144.11=6.94(t)
24%葡萄糖液的密度为1.09kg/L，则实际消耗24%葡萄糖液体积：
6.94/1.09=6.37（m3）
3.1.3生产过程中所用的工业原料及中间品计算
（1）葡萄糖液用量
297.5*6.49=2064.65t/d）
100%葡萄糖量：297.5*6.94*24%=495.45（t/d）
（2）发酵液量
495.45*54%=267.55（t/d）
折算为10.2g/dl的发酵液为：267.55/10.2%=2623.00（m3），2623.00*1.05=2754.15（t） （1.05为发酵液的相对密度）
（3）提取谷氨酸的量
纯谷氨酸量：267.55*93%=248.82（t/d）
折算为90%的谷氨酸量为：248.82/90%=276.47（t/d）
（4）谷氨酸废母液量（采等点—离回收法，以排出之废母液含谷氨酸0.3g/dl 计算）
（267.55-248.82）/0.3% =6243.33（m3）
3.1.4总物料衡算结果表
表3-1 年产10万吨味精总物料衡算结果列汇总
原料项目
24%葡萄糖液原料
日投料量
糖液（24%）t
6.94
2064.65
谷氨酸（90%）t
0.93
276.47
MSG（100%）t
1.00
297.5
0.3%谷氨酸废母液（m3）
20.99
6243.33
3.2连续灭菌和发酵工序的物料衡算
3.2.1发酵培养基
（1）1000kg 24%葡萄糖液，得到24%的糖化液1895.08kg。发酵初始糖浓度16.4g/dl ，其数量为：
1895.08*24%/16.4%=2773.28 (L)
16.4g/dl的糖相对密度为1.06，所以2773.28*1.06=2939.68 (kg)
（2）发酵培养基的配料要求
按放罐发酵液的体积计算：2773.28*16.4%*54%/10.2%=2407.86（L）
玉米浆：2407.86*0.2%=4.82 (kg)
甘蔗糖蜜：2407.86*0.3%=7.22 (kg)
无机盐（P，Mg，K等）：2407.86*0.2%=4.82(kg)
配料用水：向24%的糖液中加水量为（配料时培养基的含糖量不低于19%）：1895.08*24%/19%-1895.08=498.71 (kg)
（3）灭菌过程中加入蒸汽量及补水量
2939.68-1895.08-498.71-4.82*2-7.22=529.03 (kg)
（4）发酵零小时数量验算：
1895.08+7.22+4.82*2+498.71+529.03=2939.68(kg)
其体积为：2939.68/1.06=2773.28（L）
与以上结果计算一致。
3.2.2接种量
接种量为发酵液体积的1%，则为：
2773.28*1%=27.73（L）
2773.28*1.06=29.38 (kg)
3.2.3发液氨的量
发酵过程加液氨数量，为发酵液体积的2.8%，则液氨的量为：
2773.28*2.8%=77.65 (kg)
液氨比重为0.62kg/L，则液氨的体积为：77.65/0.62=125.24 (L)
3.2.4消泡剂的量
加消泡剂量为发酵液的0.05%，则为：2773.28*0.05%=1.39 (kg)
消泡剂的相对密度为0.8，其体积为：1.39/0.8=1.73 (L)
3.2.5发酵过程从排风带走的水分
进风25℃ 相对湿度为70% ，水蒸汽分压18mmHg ,排风32℃，相对湿度为100%，水蒸汽分压 27mmHg。进罐空气的压力为1.5 大气压（表压），排风0.5大气压(表压)。进出空气的湿含量差为：
X出-X进=
=0.0149-0.0042=0.01 (kg水/kg干空气)
通风比: 1：0.2， 则带走水量：
2773.28*0.2*60*36*1.157*0.001*0.01=12.32 (kg)
式中：1.157——32℃时干空气密度(kg/m3)
过程分析：放残留及其他损失52kg
3.2.6发酵终止时的数量
2939.68+29.38+77.65+1.39-12.32- 52=2983.78（kg）
3.2.7年产10万吨商品味精厂得连续灭菌和发酵工序的物料衡算
表3-2 连续灭菌和发酵工序的物料衡算
进入系统
离开系统
项目
1t24%葡萄糖液之匹配物料（kg）
t/d
项目
1t24%葡萄糖液之匹配物料（kg）
t/d
24%糖液
1895.08
2064.65
发酵液
2983.78
3250.75
玉米浆
4.82
5.25
空气带走水量
12.32
13.42
甘蔗糖蜜
7.22
7.87
过程分析﹑放罐残留及其他损失
52
56.65
无机盐
4.82
5.25

配料水
498.71
543.33

灭菌过程进汽﹑水
529.03
576.36

接种量
29.38
32.01

液氨
77.65
84.60

消泡剂
1.39
1.51

累计
3047.1
3048.1
累计
3047.1
3048.1
3.3谷氨酸提取工序的物料衡算
3.3.1按1000 kg24%葡萄糖液计算
发酵液的体积为2773.28L，总质量为2983.78kg
3.3.2消耗硫酸质量
用98%硫酸来调节pH，用量为发酵液的3.6%（W/V），质量为：2773.28
*3.6%=99.84（kg）
98%硫酸的相对密度为1.84，故其体积为：99.84/1.84=54.26（L）
3.3.3谷氨酸的产量
（1）分离前，发酵液中100%谷氨酸量：
2773.28*10.2%（W/V）=282.87 (kg)
（2）分离后谷氨酸量：
100%纯谷氨酸量: 282.87*93%=263.07(kg)
90%谷氨酸: 263.07/90%=292.30 (kg)
式中：93%——谷氨酸提取率
3.3.4母液含谷氨酸0.3g/dl ，则母液的体积为：
（282.87-263.07）/0.3%=6600（L），因其基本是水，故母液质量近似为6600kg
3.3.5谷氨酸分离洗水量
292.30*20%=58.46（L），顾分离洗水量为58.46kg
3.3.6母液回收过程中用水以及酸碱等数量
6600+292.30-2983.78-99.84-58.46=3750.22（kg），因其基本是水，故可看成用水量为3750.22L
3.3.7物料衡算结果
根据以上计算，再乘以2064.65（日投24%葡萄糖量）即得出每日之物料量，汇总列入表中
表3-3 谷氨酸提取工序物料衡算汇总表
进入系统
离开系统
项目
1t24%葡萄糖液之匹配物料(kg)
t/d
项目
1t24%葡萄糖液之匹配物料(kg)
t/d
发酵液
2983.78
6160.46
90%谷氨酸
292.30
603.50
硫酸
99.84
206.13
母液
6600
13626.69
分离用洗水
58.46
120.70

回收加水等
3750.22
7742.89

累计
6892.3
6892.3
累计
6892.3
6892.3
3.4精制工序物料衡算
3.4.1提取出来谷氨酸的数量
100%谷氨酸：263.07 kg， 90%谷氨酸：292.30kg
3.4.2利用Na2CO3进行中和
所用量：292.30*36.6%=106.98 （kg）
3.4.3加活性炭量
292.30*0.3%=0.88(kg)
3.4.4中和液数量
263.07*1.272/40%=836.56（L）
836.56*1.16=970.41 (L)
式中：1.16——含40%（W/V）MSG溶液的相对密度（20℃）
3.4.5中和加水量
970.41-292.30-0.88-106.98=570.25 (kg)
3.4.6产100%谷氨酸钠量（精制收率为94%）
263.07*1.272*94%=314.55（kg）
3.4.7产母液量
母液平均含谷氨酸钠量25%（W/V），则
263.07*1.272*（1-0.94）/25%=80.31（L）
母液的相对密度为1.11，则其质量为：80.31*1.11=89.14
3.4.8废湿活性炭数量（湿炭含水75%）
0.88/（1-0.75）=3.52（kg）
3.4.9MSG分离调水洗水量
314.55*5%=15.73（kg）
3.4.10中和脱色液在结晶蒸发过程中蒸发出的水量
970.41+15.73-314.55-89.14-3.52=578.93（kg）
3.4.11物料衡算汇总
年产10万吨商品味精日投24%葡萄糖2064.65吨，精制工序的物料衡算汇总
表3-4 精制工序物料衡算汇总表
进入系统
离开系统
项目
1t24%葡萄糖液及匹配物料（kg）
t /d
项目
1t24%葡萄糖液及匹配物料（kg）
t /d
90%Glu
292.30
603.50
100%MSG
314.55
649.44
Na2CO3
106.98
220.88
母液
89.14
180.04
活性炭
0.88
1.82
废炭
3.52
7.28
中和加水
570.25
1177.37
蒸发水量
578.93
1195.29
分离洗水
15.73
32.48

累计
986.14
986.14
累计
986.14
986.14
四．生产加工流程图（见图）

参考文献
[1]
[2] 梅淑君，李继泽，浅析味精行业的现状及前景[J]，发酵通讯科技，1997,12（1）：15-18。
[3] 高淑芹，味精的实用价值与生产加工[J]，安徽农学通报，2004,10（2）：78-79。
[4]

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