年产5000吨味精工厂糖化车间设计

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　 湘潭大学化工学院 专业课程设计说明书

　题

　目：

　年产 5 50 000 吨味精工厂糖化车间设计

　 专

　业：

　生

　物

　工

　程

　学

　号：

　2008651201

　 姓

　名：

　罗

　开

　花

　 指导教师：

　张

　小

　云

　完成日期：

　2012. .2 2. . 24

　湘潭大学化工学院

　专业课程设计任务书

　设计题目：

　年产 5000 吨味精工厂糖化车间设计

　 学号：

　2008651201

　姓名：

　罗开花

　专业：

　 生物工程

　 指导教师：

　张

　小

　云

　 系主任：

　陶

　能

　国

　 一、主要内容及基本要求

　 主要内容 ：拟设计 年产 5000 吨味精工厂， 以糖化工序为主体做初步设计，完成糖化车间工艺流程选择、物料衡算、设备选型的相关计算，绘制车间平面和立面布置图、车间设备布置图、带控制点的生产工艺流程图及主要单件设备图等；按相关要求编写设计说明书 1 份

　基本要求：生产方案和平面布局合理，工艺流程设计和设备选择及生产技术经济指标具有先进性与合理性，工艺计算正确，绘图规范

　 二、进度安排

　序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 文献查阅、收集资料

　第 1 周 2 工艺流程选择、物料衡算 第 2 周 3 设备选型及绘制图纸 第 3 周 4 编写设计说明书 第 4 周 三、应收集的资料及主要参考文献 味精生产工艺和设备相关的文献；味精工厂设计相关文献；工厂设计所需各类工具书等。

　6 6 参考文献 [1] 吴思方．发酵工厂工艺设计概论 [M]．北京：中国轻工业出版社，2006.7．

　[2] 陈宁．氨基酸工艺学 [M]．北京：中国轻工业出版社，2007.1．

　 [3] 梁世中．生物工程设备 [M]．北京：中国轻工业出版社，2006.9．

　 [4] 刘振宇．发酵工程技术与实践 [M]．上海：华东理工大学出版社，2007.1

　 [5] 王志魁．化工原理 [M] ．北京：化学工业出版社，2004.10．

　[6] 李功样，陈兰英，崔英德．常用化工单元设备设计 [M]．广州：华南理工大学

　出版社，2003.4．

　 [7] 俞俊堂，唐孝宣．生物工艺学（上册）[M]．上海：华东理工大学出版社，2003.1．

　[8] 张克旭．氨基酸发酵工艺学 [M]．北京：中国轻工业出版社，2006.2．

　 [9] 蒋迪清, 唐伟强. 食品通用机械与设备 [M]．广州：华南理工大学出版社,2003.7

　 [10]刘玉德. 食品加工设备选用手册 [M]．北京：化学工业出版社，2006，8

　[11] 于信令主编. 味精工业手册 [M].北京：中国轻工业出版社，2005

　 目

　录

　前言

　................................ ................................ ....

　5 1.味精的主要理化性质 .................................................... 5 2.主要介绍任务内容、工厂特点、产品等 .................................... 6 第 第 1 1 章

　味精工厂糖化工艺

　................................ ................

　8 1.1 淀粉质原料蒸煮糖化的目的 ............................................ 8 1.2

　设计方案的确定 ...................................................... 8 1.2.1 糖化方法的选择论证 .............................................. 8 1.3

　糖化工艺流程 ....................................................... 10 1.3.1 淀粉的液化（糊化）

　............................................. 10 1.3.2 糊化和糖化的控制 ............................................... 12 第 第 2 2 章

　工艺计算

　................................ .......................

　13 2.1 味精生产糖化阶段工艺流程 ........................................... 13 2.2 糖化的主要工艺参数如下表 2-1 ........................................ 13 2.3

　物料的计算 ......................................................... 13 2.3.1 味精厂的总物料衡算 ............................................. 13 2.3.2 主要工艺参数及经济指标 ......................................... 14 2.3.3 原料消耗的计算 ................................................. 14 2.3.4 蒸煮醪量的计算 ................................................. 15 第 第 3 3 章

　相关设备的计算与选型

　................................ ...........

　16 3.1 蒸煮设备 ........................................................... 16 3.2 糊化设备 ........................................................... 16 3.3 糖化设备 ........................................................... 17 3.4 车间设备数量 ....................................................... 18 设计体会

　................................ ................................

　19 参考文献

　................................ ................................

　19

　前

　言

　味精是利用微生物发酵生产的一个具有代表性的产品，生产工艺涉及种子培养、发酵、提取、脱色、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。通过对谷氨酸车间的工艺设计，可以加强对自己对所学知识的综合利能力。通过本毕业设计训练，可以提高自己理论联系实际的能力和工程设计方面的能力。

　1.

　味精的主要 理化性质 味精又名麸氨酸钠，化学名称为 L-谷氨酸一钠（C 5 H 8 NO 4 Na·H 2 O）[1] ，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最终分解产物。现多采用微生物发酵的方法由粮食制成。从发酵液中提取得到的谷氨酸仅仅是味精生产中的半成品。谷氨酸盐与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离，得到较纯的谷氨酸一钠的晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味（阈植为 0.3 %）。

　① 味精的物理性质 味精是无色至白色的柱状结晶或白色的结晶性粉末。晶系结构为斜方柱状八面体。味精易容易水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，难溶于纯酒精。谷氨酸钠在水中的溶解度随温度的变化而改变（表 1）。其相对密度为 1.635[1] ，视相对密度为 0.80～0.83。比旋光度[a]20D =+24.8°～+25.3°，氮含量为 7.48 %，熔点为 195 ℃（在 125 ℃以上易失去结晶水），常温易脱湿，100～120 ℃稳定；120～130 ℃失去结晶水；130～170 ℃稳定；170～250 ℃分子内脱水；240～280 ℃热分解；280 ℃炭化。

　表 1-1 谷氨酸钠在水中的溶解度

　② 味精的化学性质 温度/℃

　谷氨酸钠/（g/100mlH 2 O）

　温度/℃

　 谷氨酸钠/（g/100mlH 2 O）

　0 62.73 10 66.84 20 70.47 30 75.71 40

　 82.08

　50

　89.75

　60

　 99.0

　70

　110.30

　 80

　124.11

　味精的相对分子质量为 187.13g/mol，易溶于水。与酸盐反应生成谷氨酸盐，与碱反应生成谷氨酸二钠盐，主要的反应式如下：

　C 5 H 8 NO 4 Na+HCl→C 5 H 9 O 4 N+NaCl

　(1) C 5 H 8 NO 4 Na+NaOH→C 5 H 7 O 4 NNa 2 +H 2 O

　(2) 纯的味精外观为一种白色晶体状粉末。当味精溶于水（或唾液）时，它会迅速电离为自由的钠离子和谷氨酸盐离子（谷氨酸盐离子是谷氨酸的阴离子，谷氨酸则是一种天然氨基酸）。要注意的是如果在 100 ℃以上的高温中使用味精，经科学家证明，味精在 100 ℃时加热半小时，只有 0.3％[2] 的谷氨酸钠生成焦谷氨酸钠，对人体影响甚微。还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。所以要适当地使用和存放。

　2.

　主要介绍任务内容、工厂特点、产品等 本设计是以精制淀粉（纯度为 86%）为原料进行设计，使用一次喷射双酶法为糖化工艺，以实际工作日 30 天计算，日产味精 60 吨。对全厂物料、热量就行衡算，对糖化工段的罐体如调浆罐、储浆罐、维持罐、层流罐、糖化罐、储糖罐以及一些标准设备如液化喷射器、板框过滤机、板式换热器和泵等进行了详细计算，以确定它们的参数，便于设备布置图的绘制。下面详细表述：

　1．任务内容：5000 吨味精厂的设计。设计的内容主要包括设计方案，工艺计算，设备选型，成本预算，厂的总平面设计，各车间设备布置图及说明书。

　2．工厂特点：味精是人们的日常用品，由于味精生产没有季节限制，所以工厂可以实现全年生产，但考虑到设备要进行维修，所以基本选定年生产天数为 30 天。工厂生产受环境和原料的限制比较大，所以选址要严格按照标准来进行。

　3．味精特点：味精是谷氨酸的一种钠盐 C 5 H 8 NO 4 Na ，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，又叫麸氨酸钠，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。有固体味精和液体味精两种。液体味精是未经炼成颗粒的味精原液，饮食业中以用固体味精为常见。味精是鲜味调味品类烹饪原料，以小麦、大豆等含蛋白质较多的原料经水解法制得或以淀粉为原料经发酵法加工而成的一种粉末状或结晶状的调味品，也可用甜菜、蜂蜜等通过化学合成制作。除含有谷氨酸钠外还含有少量的食盐，以含谷氨酸钠的多少(99%、95%、90%、80%)，分成各种规格。全国各地均有生产。据研究，味精可以增进人们的食欲，

　提高人体对其他各种食物的吸收能力，对人体有一定的滋补作用。因为味精里含有大量的谷氨酸，是人体所需要的一种氨基酸，96％能被人体吸收，形成人体组织中的蛋白质。它还能与血氨结合，形成对机体无害的谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用。又能参与脑蛋白质代谢和糖代谢，促进氧化过程，对中枢神经系统的正常活动起良好的作用。

　4．我国味精生产发展状况：我国的味精生产，近十年来得到很大的发展。1992 年我国全国产味精 34 万吨[3] ，2001 年味精产量达 71.4 万吨，味精产量以每年 10%速度递增。目前，我国的味精总产量居世界第一位，但人均消费水平仍然较低，随着我国人民生活水平的提高，味精消费量将会持续增长。按年人均消费 600 克计算，估计每年需求72 万吨。随着糖蜜味精生产技术的日益成熟，生产成本进一步下降。至本世纪八十年代，糖蜜味精已成为世界味精生产发展的主趋势，并占领和垄断了世界味精市场。

　第 第 1 1 章

　味精工厂糖化工艺

　1 11 .1 淀粉质原料蒸煮糖化的目的 薯类和谷类以及野生植物原料经过加压蒸煮，淀粉糊化成为溶解状态，但是还不能直接被酵母菌利用进行发酵。因此，经过蒸煮以后的糊化醪，在发酵前必须加入一定量的糖化剂，使溶解状态的淀粉，变为酵母能够发酵的糖类，这一个由淀粉转变为糖的过程，称为糖化。糖化过程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化变成可发酵性糖。

　将淀粉质原料进行蒸煮的第一个目的就是；原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。这个过程叫糊化，采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。蒸煮的第二个目的是借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。

　1 1 .2

　设计方案的确定 1 1 .2.1

　糖化方法的选择论证

　糖化工段主要有酸解法、酶酸法、双酶法这三种方法。酸解法是传统的制糖方法，它是利用无机酸为催化剂，在高温高压条件下，将淀粉转化为葡萄糖。酶酸法是将淀粉乳先用 α-淀粉酶液化[4] ，然后用酸水解成葡萄糖。双酶法是通过淀粉酶液化和糖化酶糖化将淀粉转化为葡萄糖。三种糖化工艺，各有其优缺点。从糖液质量、收得率、耗能以及对粗淀粉原料的适应情况看，双酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。但双酶法生产周期长，糖化设备较庞大。从糖浆的黏度来看，双酶法最低、酸解法最高。双酶法制糖工艺可根据升温方式的不同分为升温液化法、喷射液化法。喷射液化法又依所用加热设备的不同分为一次喷射液化法和二次喷射液化法。一次喷射液化法由于能耗低，设备少，糖液质量好而获得广泛的应用[5] 。所以本次设计采用一次喷射双酶法。2.2 液化工艺条件的论证

　α-淀粉酶能能水解淀粉及其产物内部的 α-1，4 糖苷键，不能水解 α-1，6 糖苷键，

　但能越过 α-1，6 糖苷键继续水解 α-1，4 糖苷键，而将 α-1，6 糖苷键[3] 留在水解产物中。

　（1）淀粉液化条件 淀粉是以颗粒状态存在的，具有一定的结晶性结构，不容易与酶充分反应,如淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的比例为 1﹕20000[2] 。因此必须先加热淀粉乳，使淀粉颗粒吸水膨胀，使原来排列整齐的淀粉层结晶结构被破坏，变成错综复杂的网状结构。这种网状会随温度的升高而断裂，加之淀粉酶的水解作用，淀粉链结构很快被水解为糊精和低聚糖分子，这些分子的葡萄糖单位末端具有还原性，便于糖化酶的作用。由于不同原料来源的淀粉颗粒结构不同，液化程度也不同，薯类淀粉比谷类淀粉易液化。

　淀粉酶的液化能力与温度和 pH 值有直接关系。每种酶都有最适的作用温度和 pH 值范围，而且 pH 和温度是互相依赖的，一定温度下有较适宜的 pH 值。在 37℃时，酶活力在 pH 值 5.0～7.0 范围内较高，在 pH 值 6.0 时最高，过酸过碱都会降低酶的活性。α-淀粉酶一般在 pH 值 6.0～7.0 较稳定。

　酶活力的稳定性还与保护剂有关，生产中可通过调节加入的 CaCl 2 的浓度，提高酶活力的稳定性。一般控制钙离子浓度 0.01mol / L。钠离子对酶活力稳定性也有作用，其适量浓度为 0.01mol / L 左右。

　现在研究发现当物料 pH 大于 5.7 后，在最终糖液中即有可能生成麦芽酮糖。研究还发现，随着液化 pH 的不断升高，麦芽酮糖的含量也在同步增长。在液化 pH 低于 5.6 时，即可避免在糖化过程中产生麦芽酮糖。

　工业生产上，为了加速淀粉液化速度，多采用较高温度液化，例如 85～90℃或者更高温度，以保证糊化完全加速酶反应速度。但是温度升高时，酶活力损失加快。因此，在工业上加入 Ca2+ 或 Na + ,使酶活力稳定性提高。

　（2）液化程度的控制 淀粉经液化后，分子量逐渐减少，黏度下降，流动性增强，给糖化酶的作用提供了条件。但是，如果让液化继续下去，虽然最终水解物也是葡萄糖和麦芽糖等，但这样所得糖液葡萄糖 DE 值低；而且淀粉的液化是在较高温度下进行的，液化时间加长，一部分已经液化的淀粉又会重新结合成硬束状态，使糖化酶难以作用，影响葡萄糖的产率，因此必须控制液化进行程度。

　淀粉液化的目的是为了给糖化酶的作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分

　子时，需先与底物分子生成络合结构。这就要求被作用的底物分子有一定的大小范围，才有利于糖化酶生成这种结构，底物分子过大或过小都会妨碍酶的结合和水解速度。根据发酵工厂的生产经验，在正常液化条件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值为 10～20之间为好（即此时保持较多量的糊精及低聚糖，较少量的葡萄糖）。而且，液化温度较低时，液化程度可偏高些，这样经糖化酶糖化后糖化液的 DE 值较高。淀粉酶液化终点常可以典液显色来控制。

　1 1 .3 糖化工艺流程 糖化工艺流程图如下图 1.1 所示。

　 图 1.1

　一次喷射双酶法制糖工艺流程图

　1 1. .1 3.1 淀粉的液化（糊化）

　 1．淀粉液化的目的 是为了给糖化酶的作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分子时，需先与底物分子生成络合结构，然后才发生水解作用，使葡萄糖单位逐个从糖苷键中裂解出来，这就要求被作用的底物分子有一定的大小范围，才有利于糖化酶生成这种结构，底物分子过大或过小都会妨酶的结合和水解作用速度。液化达到终点后，酶活力逐渐丧失，为避免液化酶对糖化酶的影响，需对液化液进行灭酶处理，一般液化结束，升温至 100 ℃保持 10 min 即可完成，然后降低温度，供糖化用。

　淀粉乳 调浆 喷射液化 高温维持 闪蒸 层流液化 酶、调 PH 调 PH（盐酸或石灰水、碳酸钠）、酶 降温 糖化 升温灭酶 NaCO 3

　过滤 过滤 过滤 过滤

　2．淀粉液化的方法 （1）水解动力的不同：酸法、酶法、酸酶法、机械液化法 （2）工艺的不同：间歇式、半连续式、连续式 （3）设备的不同：管式、罐式、喷射式 （4）加酶方式的不同：一次加酶、两次加酶、三次加酶 （5）原料的精粗不同：淀粉质原料直接液化、精制淀粉液化 本设计糖化工段的主要工艺是连续操作，双酶法。

　3．酶法液化 （1）连续操作 连续操作是指从淀粉进入蒸煮罐，经过整个糖化阶段，到糖化醪出车间，液体在罐体中或者在管道中都是保持流动的状态。

　连续液化的优点是液化操作连续进行，产量大，料液与蒸汽混合均匀，液化质量有保证。特别是喷射式液化，料液与蒸汽的接触、混合是在喷射器内瞬间完成的，并通过在高温下短时间的停留达到彻底糊化的目的。连续液化的另一个优点是液化温度高，所以溶液中蛋白质凝聚好，结团好，料液过滤速度快，糖液透光率高。

　连续糖化工艺与间歇糖化工艺不同，前者的糖化过程中，进料、加曲、降温是同时在不同的设备中进行，且不断地从上面加料，不断地从下面出料，整个过程连续化。连续糖化时间会缩短。

　（2）双酶法[6]

　双酶法生产葡萄糖工艺，是以作用专一的酶制剂作为催化剂，反应条件温和，复合分解反应较少，因此采用双酶法生产葡萄糖，提高了淀粉等原料的转化率和糖液浓度，改善了糖液的质量，是目前最为理想的制糖方法。

　双酶法具有很多优点：双酶法是在酶的作用下进行的，反应条件较温和，不需要耐高温高压或而酸腐蚀的设备；酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高； 可在较高的淀粉乳浓度下水解。用双酶法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液的充分利用。但双酶法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。当然，随着酶制剂生产及应用技术的提高，双酶法制糖将逐渐取代酸解法制糖。

　酶解法液化、糖化淀粉常用的酶是 α-淀粉酶，其作用是将淀粉迅速水解为糊精及

　少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内切淀粉酶。淀粉受到 α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现：

　蓝→紫→红→浅红→不显色(即碘原色)[8]

　淀粉在糊化之前，α-淀粉酶是难以直接进入淀粉颗粒内部与淀粉分子发生作用的。淀粉原料的预处理，例如原料的粉碎细度、配水比例等都将影响淀粉的糊化效果酶制剂的种类、酶制剂的使用量、液化温度、液化 pH 等又将最终影响淀粉的液化质量。

　糖化酶：作用于淀粉的 l，4-糖苷键相结合，能从葡萄糖键的非还原性末端起将葡萄糖单位一个一个的切断，因为是从链的一端逐渐地一个个地切断为葡萄糖，所以称为外切淀粉酶。使用糖化酶的优点：糖化酶对设备没有腐蚀性，使用安全。工艺简单、性能稳定、有利于各厂的稳定生产。对淀粉水银比较安全，可提高出酒率，麸曲法能减少杂菌感染，节约粮食可降低劳动强度，改善劳动条件。有利于生产机械化，有利于实现文明生产。

　1 1. .2 3.2 糊化和糖化的控制 本设计采用自动化设备对液化糖化过程进行控制，主要控制回路有调浆罐温度及 pH值控制、一次喷射温度控制、糖化温度控制。调浆罐定容可采用流量或液位测量方式;调浆罐温度用进入盘管的蒸汽量控制在 30 ℃；pH 值用纯碱溶液控制在 4.2。这些系统均采用单回路 PID 控制，只要控制器参数调整适宜，都能满足控制要求。制糖过程的另一个重要控制系统是糖化罐的温度控制，要在整个糖化时间内保持稳定的温度，以利于液化淀粉转换成葡萄糖。因为糊化及糖化属于原料处理阶段，所以卫生及自动化要求可以相对低一些。

　第 第 2 2 章

　工艺计算

　2 21 .1 味精生产糖化阶段工艺流程 淀粉浆—预蒸—糊化—气液分离—真空冷却—糖化—压虑 2 22 .2 糖化的主要工艺参数 糖化的主要工艺参数如下表 2-1 所示[4] 。。

　表 2-1 糖化的主要工艺参数 液化来料 DE 值：

　15～19 % 糖化前 pH 值：

　4.2±0.1 加酶量：

　100-300 u/g 淀粉 糖化温度：

　58-60 ℃ 糖化时间：

　60min 糖化结束 pH 值：

　4.8～5.0 灭酶温度：

　75-80 ℃后 灭酶保温时间：

　30 min 2 2. . 3 物料的计算 糖化工段物料衡算如图 2.1 所示。

　图 2.1 制糖工序物料衡算图 2.3.1 味精厂的总物料衡算 味精厂的总物料衡算如下表 2-2 所示。

　表 2-2

　味精厂的总物料衡算 原料消耗的计算：

　主要原料为淀粉，其他原料有 α－淀粉酶、糖化酶、尿素 中间产品：

　蒸煮醪、糖化醪、发酵醪量等。

　配料水 商品淀粉 液化酶 CaCl 2

　糖化酶 蒸汽冷凝水及洗水量 30%糖液 滤渣 糖化工段

　成品、副产品以及废气、废水、废渣等 生产工艺采用双酶法糖化、间接发酵和等电点结晶、流化床干燥。

　2 22 .3.2 主要工艺参数及经济指标 味精主要工艺参数及经济指标如下表 2-3。

　表 2-3

　味精主要工艺参数及经济指标 生产规模（t/a）

　80000 t/a 味精 生产方法 双酶法糖化

　 间接发酵

　等电点结晶 生产天数 每年 30 天

　 味精日产量 60t 产品质量 味精纯度 99％ 原料

　淀粉 80％，水份 12％ α－淀粉酶

　 8u/g 原料， 糖化酶

　150u/g 原料 尿素 204.59kg/t 味精

　2 2 .3.3 原料消耗的计算 1．淀粉原料生产味精的总化学反应式为：

　糖化：（C 6 H 10 O 5 ）

　n

　+ n H 2 O→ n C 6 H 12 O 6

　发酵：C 6 H 12 O 6 ＋NH 3 ＋1.5O 2 → C 5 H 9 NO 4 ＋CO 2 + 3H 2 O 2．生产 1 吨味精的理论淀粉消耗量 1.6096 t 3．α-淀粉酶消耗量：应用酶活力为 2000 u/g 的 α－淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗。α-淀粉酶的用量按 8 u/g 原料计算。

　用酶量为：31.6096 10 86.4384( )2000kg 

　4．糖化酶消耗量：若所用糖化酶的活力为 20000 u/g，使用量为 150 u/g 原料，则糖化酶消耗量为：31.6096 10 15012.072( )20000kg 

　5．尿素的用量：204.59 kg/t 味精

　2 2 .3.4 蒸煮醪量的计算 生产 5000 吨味精大米原料消耗量：根据基础数据给出，大米原料含淀粉 80%[11] ，故5000 吨味精耗大米量为：

　5000×1.6096×103 /80%=1.006×10 7 kg/a 根据生产实践，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为 1：3，故粉浆量为：

　1.006×107 ×（1+3）＝4.024×10 7 kg/a 蒸煮过程使用直接蒸汽加热，在后熟器和汽液分离汽减压蒸发、冷却降温。在蒸煮过程中，蒸煮醪量将发生变化，故蒸煮醪的精确计算必须与热量衡算同时进行，因而十分复杂。为简便计算，可近似求解。

　已知蒸煮醪比热容为 3.62 [kJ/(㎏·K)],水的比热容为 4.18 [kJ/(㎏·K)],假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程维持不变。

　1.经蒸煮柱加热后蒸煮醪量为：

　4.024× 107

　×3.62 ×(88 − 50)/（2748.9 − 88 × 4.18）+ 4.024×10 7 = 4.256×107

　kg/a

　式中 2748.9——蒸煮柱和后熟器加热蒸汽的焓（kJ/K) 2.后熟器出来的蒸煮醪量为：

　 4.024×107

　+ 4.024×10 7 × 3.62 × (84 − 50)/2288.3 = 4.24 ×10 7

　kg/a 式中 2288.3——后熟器的温度为 84℃下饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/K) 3.经后熟器后的蒸煮醪为：

　4.24 ×107

　+ 4.24 ×10 7

　× 3.62 × (115 − 84) / (2748.9 − 115 × 4.18)= 4.45×107

　kg/a 式中

　115——灭酶温度（℃）

　 2748.9——饱和蒸汽的焓（kJ/K) 4.经汽液分离器后的蒸煮醪量：

　4.45×107

　+ 4.45×10 7

　× 3.62 × (115 − 104.3) / 2245=4.53×10 7

　kg/a 式中

　2245——104.3℃下饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/K) 5.经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为：

　4.53×107 +4.53×10 7 × 3.62 × (104.3 − 63) / 2351=4.82×10 7

　kg/a 式中

　2351——真空冷却温度为 63℃下的饱和蒸汽的汽化潜热（kJ/K)

　 第 第 3 3 章

　相关 设备的 计算 与选型

　1 3.1 蒸煮设备 在我国发酵厂，将喷射加热器与后熟器、糖化罐组成了连续蒸煮糖化流程，提高了生产能力和出酒率，降低了煤耗，改善了劳动条件。后来又实现了蒸煮醪液的真空混合，蒸煮糖化使用了仪表自动控制。

　本设计采用罐式连续蒸煮糖化。其特点为：

　a) 采用喷射加热器连续加热，节省能耗； b) 操作容易控制； c) 设备结构简单，为大中型工厂广泛采用； d) 采用真空冷却器冷却，提高效率，降低费用 本设计的煮沸锅的型号为 A411-003[10] 。

　3.2 2 糊化设备 糊化锅是用于加热煮沸大米或其他辅料粉，使淀粉糊化和液化的设备。我国行业标准 ZBY99030。锅体型式：由圆柱形锅身，球形底或圆锥形底，和弧形顶盖或锥形顶盖组成。锅身直径与高度之比 1.5:1~2:1，有效容量系数 58%~60%，锥底角度以 α＜120°为宜。

　加热方式：夹套间接蒸汽加热，夹套蒸汽压力为 0.3~0.6MPa[9] 。

　升温速度：不低于 1.5 ℃/min。

　搅拌装置：为了防止物料沾锅和提高传热效果，在靠近锅底处设有桨式搅拌器。搅拌器的转速一般在 20~50r/min，圆周速度 3~4m/s。

　材质：锅身、锥底和顶盖宜采用不锈钢。球底宜采用紫铜。

　净空高度：不小于 500mm。

　排气管截面积与锅身截面积之比：1/30~1/50[5] 。

　需设附件：人孔门，照明灯，液位、温度测量装置，清洗装置，安全装置，排气管蝶阀。

　表面要求：锅盖、锅身和锅底内表面焊缝应磨平抛光，应作耐腐蚀的酸性钝化处理。外露表面抛光，不应有碰伤、划伤痕迹。

　本设计采用 10 立方米的糊化锅：

　310 0 6   有效 总 = = . =6 m V V

　设圆柱高 H=2D，圆锥角α= 60°，则：

　锥高：

　 h=2tan2D 2 22 2331= h4 3 4

　= 24 12 2tan30

　=2 24tan30V D H DDD D DDD       总 由于

　 V 总 =10 m3 ， 所以

　 33

　10=2 24tan30DD  得：

　D=1.8 m

　本设计的糊化锅选型如下表 3-1[9] 。

　表 3-1

　糊化锅选型表 型号 JA7005-0Z 有效容积  3m

　6 直径   mm

　1800 总高   mm

　3600 加热面积  2m

　7 工作压力 锅内常压，夹层0.3Mpa 主要材料 1Cr 18 Ni 9 Ti、T2 主电动机功率   kW

　7 重量   kg

　7000 用途 年产 5 千吨圆形味精糖化设备

　3.3 3 糖化设备[11]

　本设计采用的糖化设备具有搅拌器和冷却器，底呈弧形，是一个矮而肥的圆柱形。上面有轻便的盖子。一般糖化锅的容积有 9、12/和 19 立方米的，但是要根据工厂的生产规模来决定，一般以不小于 3 立方米为宜，因为容积太小，不易保持糖化的温度，太大则后冷却较慢，容易引起杂菌污染。

　本设计采用 9 立方米的糖化锅：

　39 0 87   = = . =7.83m V V 有效 总

　设圆柱高 H=2D，则：

　223=4

　= 24

　=2V D HD DD总 由于

　V= 9m3 ， 所以

　3

　9=2D 得：

　D=1.79 m

　本设计的糖化锅选型如下表 3-2[7] 。

　表 3-2

　糖化锅选型表 设备名称 糖化锅 设备型号 J47101-0Z 主要技术参数 有效容积：7.83 立方米，直径：1790 mm，总高：3580 mm，加热面积：6 平方米，主要材料：Cr 18 Ni 9 Ti 配套动力（kW）

　7 设备重量(kg) 3500

　（4）全自动快开式压滤机 型号 DR  A1500，过滤面积 1.70  (N-1)，滤板厚度 75mm，铝板数量 N，滤室容积32  (N-1)，滤板尺寸 1500  1500 mm，整体外观尺寸 2nx +1985+2050+2840 mm/LWH，油压泵浦 10 HP，功率 1.5 KW。

　3.4 4 车间设备数量 糖化一天所生产的味精质量：

　m=5000310=16.13 t 取糖化液的密度为 1.01 t/m3 ,并忽略糖化液与蒸煮醪液的密度差，可得一天糖化的糖化液总体积：

　V 糖 =16.11.01=15.9 m3

　糖化锅的数量：

　 1/ 15.9 7.83 2.03 n V V    有效 糖个

　因此需糖化锅 3 台。

　一天所需糊化的淀粉为410 2452 . 3  kg=32.45 t 淀粉的密度为 1.5 g/cm3 =1.5 t/m 3

　V 糊 =32.451.5=21.6 m3

　糊化锅的数量：

　 1/ 21.6/6 3.6 n V V   糊 有效个

　因此需糊化锅 4 台。

　设计体会

　 我的设计任务是《年产 5000 吨味精糖化车间设计》，对于该设计书，我从前期是查找资料然后开始着手设计。该任务书主要分为总论、糖化工段、工艺计算、设备选型等几部分，刚开始设计的时候我有点不知道怎么下手，但是随着看书以及在网上查找资料，我开始对工厂车间设计有了自己的理解，并进行了认真的设计。在这个过程中让我学会了，做任何事情都不要被自己想象出来的困难吓倒，拿到题目要用心的去分析、思考，相信任何问题都有解决的办法，其实我对工厂设计没有全面的了解很充分，因为我主要设计的内容是糖化车间，因此我对糖化车间进行了相对仔细的学习与了解。而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。由于本人所学的还相对较浅，难免有所错误和纰漏，还望老师批评指正。

　参考文献

　[1] 吴思方．发酵工厂工艺设计概论[M]．北京：中国轻工业出版社，2006.7． [2] 陈宁．氨基酸工艺学[M]．北京：中国轻工业出版社，2007.1． [3] 梁世中．生物工程设备[M]．北京：中国轻工业出版社，2006.9． [4] 刘振宇．发酵工程技术与实践[M].上海：华东理工大学出版社，2007.1 [5] 王志魁．化工原理[M]. 北京：化学工业出版社，2004.10． [6] 李功样，陈兰英，崔英德．常用化工单元设备设计[M]．广州：华南理工大学出版社，2003.4．

　[7] 俞俊堂，唐孝宣．生物工艺学（上册）[M]．上海：华东理工大学出版社，2003.1． [8] 张克旭．氨基酸发酵工艺学[M]．北京：中国轻工业出版社，2006.2． [9] 蒋迪清,唐伟强. 食品通用机械与设备[M]. 广州：华南理工大学出版社,2003.7. [10] 刘玉德.食品加工设备选用手册[M]. 北京：化学工业出版社，2006，8. [11] 于信令主编.味精工业手册[M]. 北京：中国轻工业出版社，2005.