味精工艺设计(2)

1.总 论

1.1项目依据

1.1.1课题背景及味精概述

（1）味精生产方法概述

味精生产方法一般有水解法、合成法、从甜菜废糖蜜中提取及发酵法等。

最早的生产方法是蛋白质水解法。此方法要耗用大量的含蛋白质的粮食，而且原料来源少，价格高，收率较低，生产周期长，浓盐酸耗最大，设备腐蚀严重，劳动强度大，劳动条件差，成本高；但质量好，收率较稳定。甜菜废糖蜜系综合利用，但原料来源有地区局限性，同时设备庞大，生产工艺复杂，产品是L—型。目前绝大部分生产方法已用发酵法代替。

合成法优点不用粮食，采用石油废气，但生产过程中需用高压(200大气压)、高温(120℃以上)、有毒(氯氰酸)、易燃(溶剂)。设备投资大(比发酵法高1倍以上），生产工艺复杂、危险等。半成品消旋谷氨酸还要进行分割，年产量少于5000t者不经济。故生产上很少使用。

当今味精生产的主要方法为发酵法，此方法不仅原料来源广阔，可利用各种淀粉或野生物淀粉、甘蔗、糖蜜、甜菜糖蜜、石油化工产品醋酸、乙醇等。而且设备一般，腐蚀性低，劳动强度小，可自动化、连续化生产、收率高、成本比水解法低30～50％等优点。因此，发酵法是目前生产味精的主要方法[1]。

（2）味精的性质：

味精即谷氨酸钠，是L-谷氨酸的单钠盐，又称味素，学名α-氨基戊二酸钠，含有一分子的结晶水，分子式为NaC5H8O4N·H2O，分子量为187.13。

分子结构如下：

味精和谷氨酸都有旋光性，有D-型及L-型二种光学异构体。当D-型与L-型相等时，发生消旋，称为DL-型。在动植物体中存在的谷氨酸都是L-型，用蛋白质水解法及发酵法生产的谷氨酸钠也都是L-型，而用化学合成法生产的谷氨酸为DL-型。

味精的主要物理性质：

（1）性状 味精是无色至白色的柱状晶体或白色的结晶性粉末；

（2）结晶系 斜方晶系，柱状八面体。轴角α=β=γ=90o，轴长a≠b≠c； （3）密度 粒子相对密度1.635，视相对密度0.80～0.83； （4）溶解度及其他 不溶于酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂，易溶干水，比重为1.65；熔点为195℃；在120℃以上逐渐失去分子中的结晶水；pH为7.0。

味精的主要化学性质是：

（1）与酸作用，生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐；

（2）与碱作用，生成谷氨酸二钠盐，加酸后又生成单钠盐； （3）长时间受热会引起分子内失去水生成焦谷氨酸钠； （4）水溶液中解离。 1.1.2味精产业概况

我国味精生产开始于1923年，至今已有80多年历史。它经历了创建、转换和发展三个阶段。 上海天厨味精厂最先用水解法生产味精。之后，1932年沈阳又开始用脱脂豆粕水解生产味精。但在解放前，我国味精工业像其它工业一样，与国外技术与世隔绝，生产长期落后，濒临破产的状态。直到1939年我国味精厂才有沈阳、天津和青岛味精厂三大味精生产家。这些生产家大都以豆粕为原料，工艺采用水解法生产。以上为创建期。

新中国成立后，味精生产如雨后春笋般的成长。1958年有关科研单位、院校和企业合作，进行发酵法制谷氨酸的试验研究工作。1964年上海味精厂和有关科学研究单位协作，开始采用发酵法生

产味精。特别是经过无产阶级文化大革命，味精生产迅速发展。目前全国大部分省(市)都有了味精生产，1967年全国味精产量为1965年产量的5倍。在发酵法生产得到了普遍应用后，在生产用菌种、原材料、发酵工艺、回收提取、以及设备和自动控制等技术方面也都有不少改进和发展。但发展是很不平衡的，距离先进水平还有差距，需要不断地努力。1970～1980年期间，北京等厂用醋酸原料生产味精，后因设备腐蚀等原因而停产；福建、广东、广西等省部分企业用甘蔗糖蜜生产味精。此阶段为转换阶段。

我国味精生产自80年代开始进入高速发展阶段。从量变发展到质变，产量上获得历史性突破。1992年成为世界味精生产的第一大国，产量达34万t。2000年我国味精年产量将近100万t，占世界味精年产量的47﹪。我国味精产量不断增加的同时，生产技术水平也不断得到提高。据了解，现今我国味精生产的各项技术指标比90年代初有了较大的进步。味精生产企业实现了集约化经营。90年代初，我国味精生产企业130家，年产量约30万t。目前仅50家生产企业的年产量就达100多万t。河北梅花味精集团年产味精40万t。河南莲花味精集团有限公司一家企业年产量就达30万t，堪与国际上同类大企业比肩。

1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。日本1956年开始用糖质原料发酵法，1962年用合成法，1966年以醋酸为原料用发酵法生产味精。1977年，又改用糖蜜为原料发酵法生产谷氨酸。国外味精生产主要分布在日本、东南亚和非洲等地区，其它欧美国家和地区的产量很小，大多依靠外部供给。 1.1.3味精需求现状

1987年，联合国粮农组织和世界卫生组织宣布，取消对味精的食用限量，作为一种增加食品风味的调味料。味精不再需要评价其每日容许摄入量[2]。消费者可以放心食用味精。 （1）国际味精需求市场分析

在国际市场上，味精的消费主要集中在日本、东南亚、非洲等地，最近几年欧洲和南美洲等地的味精需求量也开始出现增长势头，国际市场对味精的需求也不断增加，味精行业的发展平稳向上。日本、韩国、东南亚等国家和地区人均味精消费较高，如日本2007年人均年消费味精1.53kg，香港为1.3kg，而我国仅为0.96kg。 （2）国内味精需求市场的分析

随着我国人民生活水平的提高和膳食结构的改变，以及对味精产品认识的普遍提高，味精的需求量不断增大，人均消费水平逐年提高，华东、中南、东南、 西南、华南地区人均年消费量已上升为1.0kg左右。就国内市场来讲，味精的主要消费群体在城市，城市居民年消费量占到总产量的70%以上，农村市场的发展潜力巨大。随着农村人口收入的增加，农民生活水平逐步提高。膳食结构进一步改善，农村市场对味精的需求量会逐步增加。 （3）西北地区味精需求市场的分析

过去由于西北地区人们的饮食习惯，人均年消费水平不足0.1kg克,，随着西部地区经济的不断发展，东西部经济、文化的交流，饮食结构日趋多样化，人均年消费也已增长到现在的人均0.5kg克左右。

总的来看，我国及全世界的味精消费量都在逐年增加。味精行业在食品工业中将占据重要的地位。

1.2设计原则

（1）遵守国家法则，贯彻党的基本建设方针，实事求是，因地制宜；

（2）合理利用国家资源和财产，最大限度的发挥硬件设施的内在潜力，节约土地，减少投资，降低成本，以获得最大的经济效益；

（3）采用成熟的，先进的工艺流程、设备，学习先进的生产技术，努力实现自动化、现代化，提高产品的科技含量，提高产品的国际竞争力；

（4）轻化工业产品批量小、品种多的特点，努力做到“一钱多用，一钱多能”，是本厂的宗旨； 尽可能创造出良好的劳动环境，以利于劳动工人的身心健康。

1.3设计任务

味精厂的设计范围：生产工艺及装置的设计；各车间、辅助生产车间、生活服务、办公设施等的建筑、结构设计；总平面设计；三废治理设计；热能动力、供电照明、给排水、采暖通风等设计。其中，味精生产的工艺流程布置及设计，主要设备的计算和选型为本次设计的主要内容。此外，还根据实际要求画出等电罐结构图，发酵工序带控制点图，工厂总平面布置图，糖化工序图等。 1.4厂制概况 1.4.1工厂组织

本厂职工按工作性质分为：生产性人员和非生产性人员。生产人员占全长职工的70％左右，非生产人员占全厂人员的30％左右。在非生产性人员中：50％为科研人员（兼职行政人员），6％为保安人员，10％为勤杂人员，其他的为34%。 1.4.2工作制度

法定假日和星期假日采用轮换倒班制度，连续工作制： 工作日=365－设备维修日

=365－45 =320(天)

1.4.3人员配备

根据工厂不同部门的工作性质要求，本工厂的人员配置见表1.1。

表1.1 劳动定员表

序号 1 2 3 3.1 3.2 4 5

部门 主要生产部门 辅助生产部门 管理及服务部门 管理部门 服务部门 合计

各类人员所占比例/%

管理 人员 10 3 50 50 — 63 7

技术 人员 15 3 55 55 — 73 8.1

生产 人员 600 — — — — 600 66.7

辅助生 产人员 — 140 — — — 140 15.5

服务 人员 — — 24 3 21 24 2.7

合计 625 146 130 108 22 900 —

比例 /% 69.4 16.2 14.4 12 2.4 — 100

1.5厂址选择 1.5.1 建厂依据

工厂选址和生产规模决策是企业长期战略决策的重要内容，它关系到企业的近期投资和未来的生产运作成本。根据各行业发展的需求，以及国际市场的需求，经省政府及市政府有关部门的批准，新建厂的厂址拟选在陕西省榆林市。 新建厂的主要原料，经上级主管部门的批准，直接榆林市及其附近省市取原料，节省经费，并且能够做到产品统一规格。 1.5.2 指导方针

（1）遵守国家的政策规定； （2）符合城市规划和工业布局； （3）利于生产，便于生活； （4）对环境不会造成威胁； （5）合理利用资源； （6）带动当地经济发展； （7）节约投资，留有余地。

1.5.3 选厂经过

厂址选择是味精厂建设中的一个重要环节[3]，是一项政策性、技术性很强，牵涉范围很广，关系到工厂投产后生存与发展的综合性工作。因此新建味精厂必须重视厂址选择工作。

选择味精厂厂址的基本原则：

（1）厂址选择必须符合国家工业布局和城市规划的要求，遵守国家有关法律、法规。所选厂址要满足生产需要，尽量不占或少占良田，节约用地，但要留有发展余地。

（2）厂址应靠近水量充足、水质良好的水源地。水质应符合《生活饮用水卫生标准》和味精生产的要求。

（3）厂址应尽可能靠近热电供应地，要有可靠的供应保证。对于中小型味精厂应尽可能利用社会热电站的蒸汽热电站，以减少新建工厂在热力方面的投资，对于较大型味精厂应考虑热电联产，建自备热电站，合理利用能源，降低生产成本。

（4）厂址周围应有良好的卫生环境，周边空气质量良好，无污染源，以保证味精生产，尤其是发酵工序对空气的质量要求。应远离居民密集区、文物风景区、机场以及散发大量粉尘和有害空气的工厂、仓储、堆场等区域。如不能远离有严重空气污染区时，则应位于其最大频率风向上风侧，或全年最小频率风向的下风侧。

（5）厂址应具满足建设工程需要的过程地质条件和水文地质条件。建厂厂址的基地应该有较高的承载力和稳定性，应避免在地震断层地区基本烈度为9度以上地区，易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的地区建厂。

（6）厂址应有便利的交通运输条件，味精生产用原料、燃料及成品等物质吞吐量较大，应尽可能靠近原有的交通运输线路，如铁路、公路、码头，以减少建设投资。

（7）厂址宜靠近原料、燃料基地及产品主要销售地区，尽量缩短运距。并靠近储运、机修、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。

（8）厂址附近应有生产污水、生活污水、废渣等排放的可靠排除地，并应保证新建工厂不给当地环境造成不良影响和危害。 1.6 环境保护剂废物处理

现代工业的发展虽然创造了巨大的财富，使人类的环境又为它付出了巨大的代价。随着世界特别是我国环境的明显恶化，国民的环境保护意识逐步提高，人类从严酷的事实中提高了对人类活动与环境之间关系的认识。为了防止环境质量的进一步恶化，为了我们自己，为了我们的子孙后代，必须保护环境。

味精工厂主要产生的“三废”及处理措施 [4-5]： （1）废气

现有味精企业除少数由热电站供给蒸汽外，多数企业自备锅炉，其烟尘排放基本上可以达标。主要通过加高烟囱高度和采用旋风除尘器、电除尘和布袋除尘等干式除尘和麻石水膜湿式除尘的办法来解决。

生产中使用的工艺过程中产生HCl、H2S、NH3、H2SO3等气体通过使设备密闭、脱硫措施及使用液体石蜡与空气隔离等措施防止其逸出。

（2）废渣

味精企业的废渣即锅炉灰渣和回收的粉煤灰随生产运出厂外，其炉渣和粉煤灰可用于铺路和作建筑保温材料。有些工厂的大米渣、糖渣售出作饲料，灰渣可回收利用。

（3）噪声

味精生产主要噪声来源于发酵罐、空压机、鼓风机、引风机以及设有大功率的搅拌设备等，以发酵罐的噪声最大。100 m3发酵罐的噪声达到70~80Db。

（4）废水

味精企业的废水可分为高低浓度的有机废水。其中，刷罐水、生活污水、蒸发冷水等是低浓度废水。味精生产的主要污染物为高浓度有机废水，为谷氨酸母液。20世纪80年代后，各厂采取多种措施解决污染问题，已取得诸如废液生产复混合肥料、饲料酵母，通过浓缩—喷浆—干燥—造粒-

包装，变废为宝，厌氧、曝气处理废水等成果。但就全国味精行业来看，问题相当严重。进入21世纪，很多味精企业已采取浓缩制肥的办法，使高浓度废水得到彻底根治，但还有部分企业没有解决。此外每年还向环境排出大约400万吨的低浓度废水，可见排放的污染物负载量是十分惊人的。在国家环保法公布和味精工业污染物排放标准公布之后，企业今后通过清洁生产地管理和综合治理，坚决实行节能排放，坚决使废水达到排放标准，改善环境，促进生产。味精行业对废水治理展开较早并做了大量研发工作，提出不少治理方案。其中主要有：高浓度废液浓缩制生物发酵肥法；废液制取饲料酵母（SCP）法；厌氧—好氧二段生化法；生物转盘法；氧化塘（沟）法等。很多方法已经在生产中应用并取得很好的效果。对污染源、废水、废气、废渣、噪音粉尘烟等的具体防止和处理方法主要依据《环境保护法》及相应的可行性研究、环保报告和初审意见来确定。

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