年产9000吨味精工厂(以液氨为氮源)的生产工艺设计-毕业论文.doc

武汉工程大学
化工与制药学院

课程设计任务书

年产9000吨味精工厂（以液氨为氮源）的生产工艺设计

专业
班级
学生姓名
学号
日期 年 月 日

书面整理与设计：
物料计算：
绘图部分：
目录
摘要： 4
Abstract: 5
前言 ： 6
设计依据与主要工业设计参数 7
1设计依据 7
1.1设计任务 7
1.2工艺流程 7
1.3基础数据 7
1.4原（辅）料及动力单耗 8
2.物料衡算 8
2.1生产过程的总物料衡算 8
2.1.1生产能力 8
2.1.2总物料衡算 9
2.1.3淀粉的单耗： 9
2.1.4原料及中间体的计算 10
2.1.5总物料衡算结果 10
2.2制糖工序物料衡算 11
2.2.1淀粉浆量及加水量 11
2.2.2液化酶用量 11
2.2.3CaCl2的加入量 11
2.2.4糖化酶用量 11
2.2.5糖化液量 11
2.2.6加珍珠岩量和滤渣量 11
2.2.7生产过程进入的蒸汽和洗水量 12
2.2.8衡算结果 12
2.2.9糖化过程衡算图 12
2.3连续灭菌和发酵过程物料衡算 13
2.3.1发酵培养的糖液量 13
2.3.2配料 13
2.3.3衡算结果汇总 14
2.3.4发酵过程衡算图 15
2.4谷氨酸提取工序的物料衡算 15
2.4.1发酵液数量 15
2.4.2加98%硫酸量 15
2.4.3谷氨酸产量 15
2.4.4母液数量 15
2.4.5谷氨酸分离洗水量 16
2.4.6母液回收过程中用水以及酸、碱等数量 16
2.4.7物料衡算结果 16
2.5精制工序的物料衡算 16
物料衡算汇总表 17
3热量衡算 18
3.1液化工序的热量衡算 18
3.1.2灭酶蒸汽用量 19
3.1.3液化液冷却用水量 19
3.2糖化工序热量衡算 19
3.3连续灭菌和发酵工序热量衡算 20
3.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量 20
3.3.2培养冷却水用量 21
3.3.3发酵罐空罐灭菌蒸汽用量 22
3.4谷氨酸提取工序冷量衡算 23
3.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算 23
3.5.1热平衡与计算加热蒸汽量 23
3.5.2冷却二次蒸汽所消耗冷却水量 24
3.6干燥过程的热量衡算 25
3.7生产过程耗用蒸汽量结果汇总 26
设备的设计与选型 26
1基本参数 26
2发酵罐 27
2.1发酵罐生产能力 27
2.2发酵罐台数 27
2.3设备容积 27
2.4校核 28
2.5冷却管 28
3种子罐 31
3.1种子罐容积 31
3.2种子罐台数 31
3.3冷却面积的计算 31
4种子罐空气过滤器 32
4.1过滤层直径 32
4.2过滤器直径 33
4.3过滤器高度 33
4.4分过滤器强度的计算 33
4.5分过滤器强数量 33
4.6过滤层厚度 33
5连消塔 33
5.1连消塔的主要参数 33
5.2连消塔长度 34
5.3进料管直径 34
5.4连消蒸汽耗量 34
5.5进气管直径 35
5.6出料管直径 35
5.7连消塔外圆尺寸 35
5.8外筒有效长度的校核 35
5.9设备结构的工艺设计 36
6 维持罐 36
6.1维持罐的选型 36
总结： 37
参考文献 40

摘要：
谷氨酸钠俗称味精是一种重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。日常生活中很多食品都含有味精。
谷氨酸钠（C5H8NO4Na），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。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。
过去生产味精主要用小麦面筋水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。而谷氨酸的通气发酵，是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的生产方式,该生产工艺和设备具有很强的典型性。
本次设计为年产9000吨谷氨酸钠生产工艺设计，经指导老师的指导和本小组各组员的努力完成。

关键词 ：味精 发酵 工艺流程图

Abstract:
MSG is monosodium glutamate is an important flavor agent, has enhanced the role of fragrance. Glutamate is widely used in food flavoring agent, can be used alone, can also with other amino acids and other use. For food, a flavoring effect.Many foods contain MSG in daily life.
Monosodium glutamate (C5H8NO4Na), chemical name of alpha amino glutaric acid sodium, is composed of a sodium ion and glutamate ionic salts formed. Theglutamic acid is an amino acid, and sodium is a metal element. The main component of MSG seasoning used in life is sodium glutamate.
The past production of monosodium glutamate vital wheat gluten hydrolysis method, is to use to make large-scale production by microbial fermentation. Theventilation and glutamic acid fermentation, is currently China's largest ventilationfermentation industry, product yield, the largest manufacturer of mode of production, the production technology and equipment has a strong typical.
The design for the annual production capacity of 9000 tons of monosodium glutamate production process design, by the guidance of the teacher's guidance and the team members to finish.

Keywords: MSG Fermentation Process chart

前言 ：
本设计主要内容为，了解味精生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择、管道管径的确定。最后，画出工艺管道流程图和车间布置图。
味精生产全过程可划分为四个工艺阶段：
（1） 原料的预处理及淀粉水解糖的制备
（2） 种子扩大培养及谷氨酸发酵
（3） 谷氨酸的提取
（4） 谷氨酸制取味精及味精成品加工。
与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。

本设计利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取来生产味精，总工艺流程图如下：

玉米淀粉
液化、糖化
酶制剂

葡萄糖液
糖浆
压滤
菌种
NH3
发酵
谷氨酸
发酵液
育晶
冷冻
H2SO4
纯碱
中和、脱色、除铁
谷氨酸钠水溶液
浓缩
流加
浓缩
粉体
谷氨酸钠
球磨
烘干
分离
晶体
谷氨酸钠
分离
分筛
烘干
成晶
粉体味精
成晶
晶体味精

浓缩
流加
晶体
谷氨酸钠
分筛
烘干
分离
成晶
晶体味精
浓缩
粉体
谷氨酸钠
分离
烘干
球磨
成晶
粉体味精

设计依据与主要工业设计参数
1设计依据
1.1设计任务
年产MSG的量：9000t(含7000吨98%MSG，2000吨83%MSG)生产周期＜48h，每年生产日=300天，
1.2工艺流程
味精生产工艺为利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取生产味精的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。
1.3基础数据
工艺技术指标和基础参数如下：
发酵法生产谷氨酸的工艺技术指标
序号
生产工序
参数名称
技术指标
1
2
3
4
5
6
7
制糖(双酶法)
发酵
发酵
谷氨酸提取
精制
发酵
倒灌率
淀粉糖化转化率
产酸率g/100mL
糖酸转化率%
提取收率%
精制收率%
操作周期h
%
≥98%
≥8.0
50
80
90
<48
1
1.4原（辅）料及动力单耗
味精生产过程的原辅材料及动力单耗（1t99%MSG计算）
物料名称
规格
单耗（t/d）
玉米淀粉
含淀粉86%
2.029
硫酸
98%
0.45
液氨
99%
0.35
纯碱
98%
0.34
活性炭

0.03
水

309
电

2000kwh/t
蒸汽

11.4
2.物料衡算
2.1生产过程的总物料衡算
2.1.1生产能力
年产9000吨MSG，设纯度为100%，按每年生产天数300计，日产100%的MSG为30吨。
2.1.2总物料衡算
1000kg纯淀粉理论上能生产100% MSG的量为：

1000kg纯淀粉实际上能生产100% MSG的量为：

1000kg工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）生产100% MSG的量为：

2.1.3淀粉的单耗：
生产1000kg100%MSG理论上消耗纯淀粉量为：
1000/1153.5=0.8669 (t)
生产1000kg100%MSG理论上消耗工业淀粉量为：
0.8669/86%=1.008 (t)
生产1000kg99%MSG实际消耗纯淀粉量为：
1000/498.1= 2.008(t)
生产1000kg1000%MSG实际消耗工业淀粉量为：
1000/428.4=2.334 (t)
总收率：
淀粉利用率：
生产过程的总损失：
物料在生产过程中损失的原因：
①糖化转化率稍低
②发酵过程中部分糖消耗于长菌体及呼吸代谢；残糖高；灭菌损失；产生其他产物
③提取收率低，母液中Glu含量高
④精制加工过程损耗及产生焦谷氨酸钠等

2.1.4原料及中间体的计算
淀粉用量为：
糖化液纯糖量为：
换算成含量24%的糖液量为：
发酵液量的计算——纯Glu的量：（t/d）;折算为8g/dl的发酵液：（m3）;(t)(1.05为发酵液的相对密度)
提取Glu量——纯Glu量：（t/d），折算为90%的Glu量：（t/d）
Glu废母液量（采用等点—新离子回收法，以排出之废母液含Glu0.7g/dl计算）：（m3/d）
2.1.5总物料衡算结果
年产9000吨味精生产工艺的总物料衡算结果2-1
项目
以玉米淀粉为原料（t/d）
原料淀粉（t）
66.2856
24%糖液量（t）
258.375
90%谷氨酸量（t）
25.115
混合MSG量（t）
30
排除含0.7%谷氨酸废液量（m3）
442.93
2.2制糖工序物料衡算
2.2.1淀粉浆量及加水量
味精生产过程中，淀粉加水比例为：1：2.5，即1000kg工业淀粉调浆时加水量为2500kg，由此制得的淀粉浆量为3500kg。
淀粉浆中干物质（纯淀粉）浓度：
2.2.2液化酶用量
α-淀粉酶用量为淀粉浆的0.017%，则α-淀粉酶用量为3500×0.017%=0.6(kg)
2.2.3CaCl2的加入量
Ca2+能使α-淀粉酶的活性大为提高，CaCl2的加入量是淀粉浆量的0.043%，则CaCl2的加入量为3500×0.043%=1.5(kg)
2.2.4糖化酶用量
糖化酶用量是淀粉浆量的0.043%，则糖化酶用量 3500×0.043%=1.5(kg)
2.2.5糖化液量
淀粉经液化、糖化后，制得24%糖化液量为（kg）
24%糖化液的相对密度为1.09，那么糖化液的体积为：3897.95÷1.09=3576.1(L)
2.2.6加珍珠岩量和滤渣量
淀粉经糖化、液化后的糖化液过滤比较困难，需加珍珠岩进行助滤，其加入量为糖化液的0.15%，即：3897.95×0.15%=5.847(kg)
过滤后滤渣是含水70%废珍珠岩，则滤渣量为
2.2.7生产过程进入的蒸汽和洗水量
（kg）
2.2.8衡算结果
（年产9000吨味精）：根据总物料衡算，日投入工业淀粉66.3t，物料衡算汇入下表
制糖工序物料衡算汇总表2-2
进入糖化过程的物料
离开糖化过程的物料
项目
物料比例（kg）
日投料量（kg）
项目
物料比例（kg）
日投料量（kg）
工业淀粉
1000
663000
糖化液
3897.95
258434.09
配料水
2500
165750
滤渣
19．49
1292.187
液化酶
0.6
39.78

CaCl2
1.5
99.45
糖化酶
1.5
99.45
珍珠岩
5．85
385.66
洗水和蒸汽
407.993
27049.94
累计
3917.44
259726.27
累计
3917.44
259726.28

2.2.9糖化过程衡算图
以1000kg工业淀粉为基准（下面同理）
86%工业淀粉
液体液化酶0.6kg
CaCl2 1.5gk
液体糖化酶1.5kg

2.3连续灭菌和发酵过程物料衡算
2.3.1发酵培养的糖液量
1000kg的工业淀粉经水解后，得到24%的糖液3897.95kg，发酵培养基的初糖浓度为16.4g/dL，则接种前发酵培养基的糖液量为
发酵培养的糖液量质量为：5704.3×1.06=6046.6(kg)，
（16.4g/dL糖液的相对密度为1.06）
2.3.2配料
发酵培养基的组成为：水解糖16.4%，糖蜜0.30%，硫酸镁0.06%，氯化钾0.08%，尿素4.0%，磷酸氢二钠0.02%，玉米浆0.20%，泡敌0.05%，硫酸锰0.2mg/100mL，硫酸亚铁0.2mg/100mL，植物油0.10%，接种量1%。
按放罐发酵液体积计算：
玉米浆：(kg)
甘蔗糖蜜：(kg)
无机盐（P, Mg, K）:
配料时培养基中的含糖量不低于19%，向24%的糖液中加水量：
灭菌过程加入蒸汽量及补水：
发酵零小时数量验算：
其体积为：6046.6/1.06=5704.3(L)，与以上计算一致。
接种量：(L)
发酵过程加液氨数量，为发酵液体积的2.8%：（kg），
液氨容重为0.62kg/L,165.4/0.62=264.05(L) 加消泡剂量，为发酵液的0.05%：（kg）,消泡剂的相对密度为0.8，2.95/0.8=3.65（L）
发酵过程从排风带走的水分：进风25℃，相对湿度φ=70%，水蒸气分压18mmHg (1mmHg= 133.322Pa)，排风32℃，相对湿度φ=100%，水蒸气分压27mmHg。进罐空气的压力为1.5atm（表压），排风0.5atm（表压），则出进空气的湿含量差：

通风比1:0.2，则带走水量（其中1.157为32℃时干空气密度（kg/m3））
过程分析、放罐残留及其他损失：52kg
发酵终点时发酵液质量：
2.3.3衡算结果汇总：年产9000吨商品味精日投工业淀粉66.3t连续灭菌和发酵工序的物料衡算汇总如下
连续灭菌和发酵工序物料衡算2-3
进入系统
离开系统
项目
1t工业淀粉之匹配物料(kg)
日投料量(t/d)
项目
1t工业淀粉之匹配物料(kg)
日投料量(t/d)
24%糖液
3897.95
258.434
发酵液
6194.0
410.662
玉米浆
11.69
0.775
空气带走水量
29.2
1.936
甘蔗糖蜜
17.54
1.163
过程分析、放罐残留及其他损失
52
3.448
无机盐
11.69
0.775

配料水
1025.78
68.009
灭菌过程进蒸汽及水
1081.95
71.730
接种量
61.98
4.109
液氨
163.71
10.854
消泡剂
2.92
0.194
总计
6275.2
415.506
总计
6275. 2
415.506
2.3.4发酵过程衡算图
24%3937.7kg糖液3937.7kg
8g/dl谷氨酸发酵液6194.0kg

2.4谷氨酸提取工序的物料衡算
采用冷冻等点及其新离交回收工艺（按1000kg工业淀粉之匹配量计）
2.4.1发酵液数量：5846.9L，6194.0kg
2.4.2加98%硫酸量：为发酵液的3.6%（W/V）
(kg)
98%H2SO4的相对密度1.84.，故210.5/1.84=114.4（L)
2.4.3谷氨酸产量
分离前谷氨酸量——Glu量：（kg）
分离后谷氨酸量——纯Glu：（kg）(80%为Glu提取收率)
　　90%的Glu沉淀：（kg）
2.4.4母液数量：母液含Glu0.7%g/dl
（kg）
2.4.5谷氨酸分离洗水量
（L）
2.4.6母液回收过程中用水以及酸、碱等数量

2.4.7物料衡算结果
根据以上计算，再乘以66.3t（日投工业淀粉数）即得出每日之物料量
谷氨酸提取工序物料衡算汇总表2-4
进入系统
离开系统
项目
1t工业淀粉及匹配物料（kg）
t/d
项目
1t工业淀粉及匹配物料（kg）
t/d
发酵液
6194.0
410.662
90%谷氨酸
415.8
13.3
H2SO4
210.5
13.956
母液
13371.4
401.1
分离用洗水
83.2
5.516

回收加水等
7326.5
485.773
累计
13787.2
821.271

13787.2
821.271

2.5精制工序的物料衡算
2.5.1谷氨酸数量
99%Glu 374.2kg ；90%Glu 415.8kg
2.5.2Na2CO3量
(kg)
2.5.3加活性炭量
(kg)
2.5.4中和液数量
（L）
（kg）(1.16为含40%（W/V）MSG溶液的相对密度
2.5.5中和加水量
（kg）
2.5.6产MSG量
产MSG量——精制收率90%，
产量为 (kg)
2.5.7产母液量：母液平均含MSG量25%（W/V）
(L)，母液的相对密度1.1，则：
　　（kg）
2.5.8废湿活性炭数量：湿炭含水75%
（kg）
2.5.9 MSG分离调水洗水量
（kg）
2.5.10中和脱色液在洁净蒸发过程中蒸发出的水量
(kg)
物料衡算汇总表
精制工序物料衡算汇总表2-5
进入系统
离开系统
项目
1t工业淀粉及匹配物料(kg)
t/d
项目
1t工业淀粉及匹配物料(kg)
t/d
90%Glu
415.8
27.57
99%MSG
471.2
31.24
Na2CO3
152.2
10.09
母液
186.2
12.35
活性炭
12.9
0.86
废炭
51.6
3.42
中和加水
952.9
63.18
蒸发水量
894.6
59.31
分离洗水
23.6
1.57

累计
1603.6
136.32
累计
1603.6
136.32
2.5.12谷氨酸精制过程衡算图
90%谷氨酸415.8kg
Na2CO3152.2kg
活性炭12.9kg
废炭58.4kg
40g/dl中和液1568.8kg
100%谷氨酸492.7kg
25g/dl母液190kg

3热量衡算
3.1液化工序的热量衡算
3.1.1液化加热蒸气量
加热蒸气消耗量，式中：G-淀粉浆量(kg/h),C-淀粉浆比热荣[kJ/(kg.K)],t1-浆料初温(293K)，t2-液化温度(363K)，I—加热蒸气焓2738kJ/kg(0.3MPa，表压)，-加热蒸汽凝结水的焓，363K时为377kJ/kg
1) 淀粉浆量G：
根据物料衡算，日投工业淀粉30t；连续液化，30 t/24=1.25t/h
加水量1：2.5，淀粉浆量为（kg）
2) 粉浆干物质浓度

3) 淀粉浆比热C

C0-淀粉质比热容，1.55kJ/(kg.K)，X-粉浆干物质含量，24.6%，C水-水的比热容，4.18 kJ/(kg.K)
[KJ/(kg·K)]
4) 蒸汽用量
(kg/h)
3.1.2灭酶蒸汽用量
灭酶时将液化液由90℃加热至100℃，在100℃是的为419 kJ/kg
(kg/h)
要求在20min内是液化液从90℃升至100℃，则蒸汽高峰量为(kg/h)
以上两项合计：
平均量：457.9+66.6=524.5(kg/h)
(t/h)
高峰量：457.9.3+199.8=657.7(kg/h)
3.1.3液化液冷却用水量
使用板式患热器，将物料由100℃降至65℃,使用二次水，冷却水进口温度20℃，出水温度58.7℃，需冷却水量W
(kg/h) 即86.10(t/d)
3.2糖化工序热量衡算
日产24%糖液116.94t，即116.94/1.09=107.3m3
糖化操作周期30h，其中，糖化时间为25h。装料系数75%(100m3糖化罐装料75m3)，则需糖化罐 （台），取2台。
使用板式换热器，使糖化液(经灭酶后)由85℃降至60℃，用二次水冷却，冷却水今口温度20℃，出口温度45℃，平均水量为：
(kg/h)
要求在2h内把75m3糖液冷却至40℃，高峰用水量为
(kg/h)
每日糖化罐同时运转：（罐）
每日投料罐次,需2罐次
每日冷却水用量： (t/d)
3.3连续灭菌和发酵工序热量衡算
3.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量
选罐问题：若选100m³的罐，发酵罐公称容积为100m3，装料系数0.7，每罐产MSG量：(t)
年产9000t商品味精，日产MSG 28.4t
发酵操作时间48h，其中发酵时间38h，需发酵罐台数:（台），取11台。
每日投料罐次 取6罐
日运转：（罐） 取8罐
每罐初始体积70m3，唐浓度为16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其含量为(t)
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℃升至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:(t/h)
消毒灭菌蒸汽用量(kg/h)=3.2(t/h)
其中糖液比热容为3.7kJ/(kg.K)
每天用蒸汽量：(t/h)，高峰量3.2t/h，平均量:(t/h)
与下面200m³相比，每天平均耗费的蒸汽量增大，罐的个数也增大。另一方面，因又为200的罐比100的罐难于维修，所以，综合考虑，选200的发酵罐。
发酵罐公称容积为200m3，装料系数0.7，每罐产100%MSG量：
(t)
年产9000t商品味精，日产100%MSG 28.4t
发酵操作时间48h，其中发酵时间38h，需发酵罐台数:（台），取6台。
每日投料罐次
日运转：
每罐初始体积140m3，唐浓度为16.4g/dl，灭菌前培养基含糖19%，其含量为(t)
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℃升至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:(t/h)
消毒灭菌蒸汽用量(kg/h)=3.2(t/h)
其中糖液比热容为3.7kJ/(kg.K)
每天用蒸汽量：(t/d)，高峰量3.2t/h，平均量:(t/h)
3.3.2培养冷却水用量
120℃热料通过与生料热交换，降至80℃，再用冷却水冷至35℃，冷却水由20℃升至45℃，计算冷却水用量(W)
　　　(kg/h)=69(t/h)
全天用水量:(t/h)
3.3.3发酵罐空罐灭菌蒸汽用量
1) 发酵罐体加热
设所用罐体为1Cr18Ni19材质的发酵罐，罐体重34.3t，冷却排管重有6t，不锈钢的比热容是0.5[kJ/(kg•K)]，用0.2Mpa(表压)蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15Mpa(表压)下，由20℃升温至127℃, 0.15Mpa蒸汽(表压)I=2718kJ/kg，蒸汽的用量为：

2) 充满发酵罐空间需要的蒸汽量
因为200 m3的发酵罐的容积实际上大于200 m3,考虑到罐内有排管、搅拌器等配件所占有的空间，罐的自由体积仍按200 m3计算，充满罐空间需要的蒸汽量为：

式中，V发酵罐自由空间，即全容积(m3)；ρ-加热蒸汽的密度(kg/ m3)，0.2Mpa(表压)蒸汽密度为1.622kg/ m3。
3) 灭菌过程中的热损失
设发酵罐的外壁温度为70℃，此时辐射与对流的联合给热系数α为
　　　　　　α=33.9+0.19×(70-20)=43.4[kJ/(m2•h•K)]
　　200 m3的发酵罐的表面积为201 m2,耗用蒸汽量为：

4) 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗

0.01— 附壁水平均壁厚(mm)
5) 灭菌过程中的蒸汽渗漏可取总蒸汽消耗量的5%。
空罐灭菌时蒸汽消耗量为：

每次空罐灭菌的时间是1.5h， 用蒸汽量:（kg/罐）
则每日蒸汽耗用量为：(kg/d)
平均耗汽量：2448/24=102(kg/h)
3.3.4发酵过程冷却水用量
根据实测数据，谷氨酸的发酵热约为3.0×104(kJ/m3h),200 m3谷氨酸发酵罐，装料量140 m3，使用新鲜的冷却水冷却，冷却水的进口温度是10℃，出口温度为20℃，冷却水的用量就可按下式进行计算：

因为每天运转的发酵罐是4.14罐次，高峰用水量为100×4.14=414(t/h)
日用水量为(t/d)，0.8--各罐发热状况均衡系数
平均用水量：(t/h)
3.4谷氨酸提取工序冷量衡算
等电罐200m3，装液量146m3,相对密度1.06，由30°C降至5°C，降温速度2°C/h。其冷量为：（kJ/h）,发酵比热容为3.97[kJ/(kg·K)]
中和时，H2SO4对水的溶解热为92kJ/mol,6h加98%H2SO45100kg，其溶解热为：(kJ/h)
每天运转4.14罐。总制冷量：(kw)
3.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算
年产9000吨商品味精，日产100%MSG28.4t，选用25m3强制内循环结晶罐，浓缩结晶操作周期24h，其中辅助时间4h。每罐产100%MSG10t，需结晶罐台数：
，取4台 1.6为每罐投入的晶种量
3.5.1热平衡与计算加热蒸汽量
每罐投入40g/dl的中和脱色液（俗称原液）23m³，流加30g/dl母液32m³，过程中加水6m³，在70℃下真空蒸发结晶，浓缩3h，育晶17h。放料数量20m³。
1） 热量衡算
来料带入热量：(kJ)
加水代入热量：(kJ)
晶种带入热量：(kJ)，1.67[kJ/(kg·K)]为MSG比热容
结晶放热：(kJ) MSG结晶热为12.7kJ/mol
母液带走量：分离母液12m³，折算为相对密度1.26时，15t比热容为2.83[kJ/(kg·K)]
(kJ)
随二次蒸汽带走热量：（kJ）
结晶罐放罐时的结晶液量为20m³
随结晶MSG带走热量：（kJ）
需外界供给热量：=
=
（kJ）
2) 计算蒸汽用量
每罐次用汽量：热损按5%计算
(kg/罐)
每罐浓缩结晶时间20h，每小时耗蒸汽高风量：45830/20=2292(kg/h)
4.14台罐同时运转，高峰用蒸汽量：（kg/h）
每日用蒸汽量：（kg/d）=189.7(t/d)
每小时平均用蒸汽量：189.7/24=7.9(t/h)
3.5.2冷却二次蒸汽所消耗冷却水量
1）二次蒸汽数量，即水蒸发速度(m³水/h)
2）冷却水用量：使用循环水，进口温度30℃，出口温度45℃，70℃水蒸气焓2626.8(kJ/kg)，需冷却水量（W）
(kg/h)=80(t/h)
2台罐，高峰用水量：(t/h)
全日用水量：(t/d)
平均用水量：6624/24=276(t/h)
3.6干燥过程的热量衡算
分离后之湿MSG含水2%，干燥后达到0.2%，进加热之空气为18℃，相对湿度ψ=70%，通过加热器使空气升至80℃，从干燥器出来的空气为60℃。
年产9000吨商品味精，日产湿味精30t，二班生产，即30/16=1.88(t/h)
干燥水分量：(kg/h)
18℃空气湿含量φ=70%，X0=0.009kg/kg干空气，I0=41.8kg/kg干空气；加热89℃，I1=104.5kJ/kg干空气
(kJ/kg水)
(kJ/kg水)
(kJ/kJ水)
设X2=0.0108
(kJ/kg空气)
空气耗量为：（kg/h）
80℃时空气的比容0.83m³/kg
实际消耗空气量为：(m³/h)
耗用蒸汽量（D）：使用0.1MP（表压）蒸汽加热，热损失按15%计：
（kg/h）
每日用蒸汽量：（kg/d）
平均每小时用蒸汽量：1532.9/24=63.9（kg/h）
3.7生产过程耗用蒸汽量结果汇总
生产过程耗用蒸汽量表
生产工序
日用量t/d
平均量t/h
高峰量t/h
液化糖化
12.59
0.52
0.66
联消
9.6
0.4
3.2
发酵罐空消
2.45
0.1
1.6
精制
81.42
3.4
4.2
干燥
0.51
0.021
0.03
中和脱色
略
略
略
空气净化及其他
略
略
略
累计
106.57
4.441
9.69

设备的设计与选型
1基本参数
年产9000吨味精（7000t98%和2000t83%）厂
设备设计与选型4-1
名称
单位
数量
生产规模
t/a
9000
生产方法
发酵
年生产天数
d/a
300
产品日产量
t/d
30
倒灌率
%
1.0
发酵周期
h
48
发酵培养基初糖浓度
%
15
发酵转化率
%
50
谷氨酸提取率
%
80
产品纯度
%

2发酵罐
2.1发酵罐生产能力
选用公称容积为200 m3的发酵罐，其总容积为230m3，装料系数为0.7,那么该罐生产100%味精的能力为:
每罐生产100%MSG的量=200×0.7×8%×86%×90%×1.25=10.84

2.2发酵罐台数
由前面的物料衡算中已知年产9000吨商品味精的工厂,日产28.4t100%味精。发酵的操作时间需要48h(其中发酵时间38h),这样生产需要的发酵罐应为：

(28.4/10.84)*(48/24)=5.24台
取整后需6台。每日投（放）罐次为28.4/10.84=2.62罐。
2.3设备容积
由前面的物料衡算中已知年产9000吨商品味精的工厂,日产纯28.4t，所需发酵液：
V0=10.84/(1.25×90%×80%×8%)=150.6m3/d
所需设备总容积： 150.6*48/(24*0.7)=430.3 m3
主要尺寸的计算及搅拌轴功率（查表）4-2
公称容 积VN/m3

罐内径
D/mm

圆筒高
H0/mm

封头高
h0/mm
罐体总高
H/mm

不计上封头容积/ m3

全容积
/ m3

搅拌器直径 D1/mm
搅拌转速n
r/min

电动机功率 N/kW
200
4600
11500
1200
13900
204.6
218
1100
142
215

2.4校核
查表公称容积为200 m3的发酵罐，总容积为218 m3。则2台发酵罐的总容积为：218*3=436 m3>430.3 m3,可满足需要。
2.5冷却管
按发酵生成热高峰、一年中最热的半个月的气温、冷却水可能到最高温的条件下，设计冷却面积。

采用竖式列管式换热器，取经验值℃)，换热温度发酵液保持32 oC，冷却水，进口20oC，出口27oC，△t1=32-20=12oC，△t2=32-27=5oC
对数平均温差 ℃
每天装1罐，每罐实际装液量为 150.6/1=150.6m3
换热面积 F=Q/K△tm=4.18*6000*150.6/(4.18*500*8)=229.5 m2

2.51冷却管布置