第一章 物料衡算
1.1 年产 12500吨味精的发酵罐设计
1. L-Glu 化学名称为L型谷氨酸，分子式为C5H9O4N，相对分子质量为147.13 MSG 一水谷氨酸钠，相对分子质量为188.13
2、设计所需技术参数
生产周期＜48 h，每年生产日为300 天，年产MSG的量：12500 吨(含10000吨 98%MSG，2500 吨81%MSG)
第一部分 物料衡算 1. 总物料衡算
年产12500吨MSG，折算为100%MSG（纯度98%占75%，纯度81%占25%）后得年产和日产量为：
年产量：10000×98%+2500×81%=11825吨 日产量：11825/300=39.42吨
⑴．葡萄糖生成谷氨酸的总反应式：
2C6H12O6+(H2N)2CO+3O2----2C5H9O4N+3CO2+5H2O 180 147.13 谷氨酸对糖的理论转化率： 147.13/180=81.74%
MSG对谷氨酸的产率： （146.13+24+18）/147.13=1.28 ⑵．淀粉水解为葡萄糖的总反应式为：
（C6H10O5)n+nH2O-----nC6H12O6
葡萄糖对淀粉的理论转化率为：180/162=1.11 氨基酸的总收率为：（98%×50%×80%×90%）/81.74%=43.16% 以1t淀粉为基准，进行物料衡算：
1t纯淀粉理论上能产生100%MSG的量为： 1000×1.11×81.74%×1.28=1162.41 kg 1t纯淀粉实际上能生产100%MSG的量为：
1000×98P??%×1.28=451.59 kg
1t工业淀粉（含86%玉米淀粉）实际上能生产100%MSG的量为：
1000×98%×50%×80%×90%×86%×1.28=388.37 kg 因此，相对于1t纯MSG的淀粉消耗量为：
1000/（98%×50%×80%×90%×86%×1.28）=2574.92 kg 生产1t 100%MSG理论上消耗纯淀粉的量为：
1000/（1.28×81.74%×1.11）=861.06 kg 生产1t 100%MSG实际上消耗纯淀粉的量为：
1000/（1.28×98%×50%×80%×90%）=2214.43 kg 生产1t 100%MSG理论上消耗工业淀粉的量为：
861.06/86%=1001.23 kg
生产1t 100%MSG实际上消耗工业淀粉的量为：
2214.43/86%=2574.92 kg
淀粉利用率：
1001.23/2574.92=38.88% 各单元操作的总量为： ⑴．工业淀粉日耗量：
11825/（1.28×90%×50%×80%×98%×86%×300）=101.49t ⑵每日淀粉转化为糖的总量：
101.49×86%×98%=85.54 t 若终糖液浓度为24%（密度1.09），总糖液量的体积为： 85.54/（24%×1.09）=326.99m3
⑶.由工艺指标产酸率8.0g/100mL，则发酵液量的体积为： 85.54×50%/0.08=534.63 m3
若发酵液密度为1.05，发酵液的总量为： 85.54/(16.4%×1.05)=496.75 m3
⑷.经等点点沉淀和离子交换后，一般母液含谷氨酸1-3%的量，取1g/100mL，剩余谷氨酸母液的量为：
11825/1.28=9238.28kg
（300×85.54×50%-9238.28）/0.01=580449 m3 汇总如下：
年产12500吨味精工厂生产工艺物料衡算总表： 项目 原料淀粉t 24%糖液量t 90%的谷氨酸量t 100%MSG量t 排出含0.7%Glu的废液量t 以玉米淀粉为例 生产10000吨100%MSG t/d
2.各单元操作物料衡算：
A.双酶法制糖工段的物料衡算。
双酶法制糖液化过程中加入纯碱调节pH，加入氯化钙稳定酶的活性，糖化过程中加入草酸调节pH，下面根据缓冲液体系达到糖化pH来计算所需的纯碱、草酸、氯化钙的量： （1）.100g淀粉制得的糖为： 终24%糖液的体积为：
100g干淀粉中和至pH=7.0时需0.1mol/L的NaOH 15.7mL。
加入糖化酶0.017%（对淀粉浆的w/w），加入液化酶0.043%（对淀粉浆的w/w），加入氯化钙0.043%（对淀粉浆的w/w），珍珠岩0.15%（对淀粉浆的w/w）。
制糖工艺物料衡算表：
进入糖化过程的物料 项目 工业淀粉 配料水 液化酶 氯化钙 离开糖化过程的物料 项目 糖化酶 糖化液 珍珠岩 滤渣 物料比例kg 日投料量kg 物料比例日投料量 kg kg
B.连续灭菌过程及发酵工段物料衡算： （1）.蒸汽带入的冷凝水量：
（2）.长菌过程中水量的增加：
糖的消耗用于呼吸的约占20%（其中50%用于菌体合成），用于发酵的约占80%。 长菌过程：4C6H12O6+(H2N)2CO→2C8H18O4N+9CO2+3H2O
3?18?25662?20%?50%?192.465t
4?180
呼吸代谢：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
6?18?25662?20%?50%?1539.72t 180 .产酸过程中水量增加：
产酸：2C6H12O6+(H2N)2CO+3O2→2C5H9O4N+3CO2+5H2O
5?18?25662?80%?5132.4.40t
2?180 .空气带走的冷凝水：
设定发酵过程空气进口的温度为25℃，相对湿度Ψ=70%，水蒸气分压为2399.796Pa；出口温度为32℃，相对湿度Ψ=70%，水蒸气分压为3599.694Pa。空气进罐的压力为1.5atm（表压），出罐压力为0.5atm（表压）。这是空气出口与进口的湿含量差为：
（3599.6942399.796-）?0.622=0.03761t
0.5?1.013?105-3599.6941.5?1.013?105-2399.796（5）.加入的尿素量（年需量）： 长菌过程：
60?25662?20%?50%?213.85t
4?18060 产酸过程：?25662?80%?3421.6t
2?180每年的尿素总需求量为：213.85+3421.6=3635.45t （6）.取样等损失的量：
发酵工艺的物料衡算表： 物料名称 24%的糖液 玉米浆 无机盐 接种量 配料水 尿素 消泡剂 生产1t100%MSG的物料量kg
进出连续灭菌和发酵工序的物料衡算表： 进出连续灭菌和发酵系统 项目 离开连续灭菌和发酵系统 项目 与1t工业淀粉匹配的物料kg t/d
与1t工业淀粉匹配t/d 的物料kg 24%水解糖液
C.提取工段物料衡算
加硫酸调节pH，加入量约为发酵液的3.3%（w/v）,98%的硫酸的相对密度为1.84。加洗涤用水的量为粗产物的20%（w/w）；初提沉淀含90%的Glu。
Glu提取分离过程的物料衡算表： 进入提取分离系统 离开提取分离系统 与1t工业淀粉与1t工业淀粉项目 t/d 项目 t/d 匹配的物料kg 匹配的物料kg 发酵液 90%的Glu母液 硫酸 洗涤水 回收加水 合计 合计 D.精制过程物料衡算：
中和时加入的纯碱的量为粗 Glu的36.6%；脱色用的活性炭的量为粗 Glu的3.1%；中和时含40%（w/v）MSG溶液的相对密度为1.16；废湿活性炭数量为25%；MSG分离洗涤用水量为MSG的5%。
精制过程物料衡算表 进入提取分离系统 离开提取分离系统 与1t工业淀粉与1t工业淀粉项目 t/d 项目 t/d 匹配的物料kg 匹配的物料kg 90%的Glu 100%MSG 纯碱 母液 活性炭 废炭 中和加水量 蒸发水量 分离洗涤水 合计 合计
第二部分 能量衡算 1、淀粉液化工段的能量衡算
工艺过程：淀粉乳加热到105℃并维持60min进行液化，然后升温到120℃，并维持5min热处理（灭酶），之后冷却到60℃。每天连续液化24h，以水与淀粉2.5:1调淀粉乳，蒸汽控制在0.3MP加热，常温以20℃计，液化液冷却时出水口的温度为55℃。淀粉的比热容C0=1.22kJ/(kg．℃)。在直接蒸汽保温时，蒸汽的消耗量按直接蒸汽加热升温时的蒸汽消耗量的40%进行计算。对于蒸汽的热焓i值，查表得，0.3MP时，i=2738KJ/kg．K; 0.2MP时，i=2718KJ/kg．K;0.4MP时，i=2743KJ/kg．K。水的比热容为4.18KJ/kg．K。 液化过程的计算： A. 计算蒸汽的消耗量
由水与干淀粉的比例2.5：1可得，每日生产的淀粉乳质量G为： G=10.15×104×3.5=3.553×105 kg 淀粉乳的比热容C为：
1.60?14.18?2 C???2.85KJ/kg．K
3.53.5淀粉乳从20℃加热到105℃的过程中消耗的蒸汽量D1为：
3.553?1052.85?（105-20）×（1×5%）=37513kg/d 2738-105?2.85 =1563.04kg/h
淀粉乳在105℃保温60min进行液化，该过程的蒸汽用量D2为： D2=40?=40%×1563.04=625.217kg/h
淀粉乳从105℃升温到120℃过程中的蒸汽消耗量D3为：
年产 12500吨味精的发酵罐设计
