味精工艺设计(6)

86%商品淀粉1000kg（折纯淀粉量860kg）液化酶0.6kgCaCl20.5kg糖化酶1.5kg滤渣10kg30%糖液3134kg玉米浆2.8kg糖蜜3.5kg无机盐15.7kg种子391kg液氨160kg消泡剂2.7kg糖蜜3.4kg无机盐0.7kg玉米浆5.2kg11g/dLGlu发酵液5404kg92.5%H2SO4480kg含0.29g/dLGlu废液7808kg90%谷氨酸593kg99%液氨64kg30%碱液484kg活性炭13kg废炭53kg40g/dL中和脱色液1967kg25g/dL母液150kg100%MSG644.4kg图3.1 味精生产过程物料衡算图（以1000kg商品淀粉为基准）

86%商品淀粉96.17t/d液化酶0.0576tCaCl20.144t糖化酶0.144t滤渣0.96t30%糖液300.86t玉米浆0.27t糖蜜0.34t无机盐1.51t种子36.4t液氨15.4t消泡剂0.26t糖蜜0.68t无机盐0.14t玉米浆1.04t11g/dLGlu发酵液519.6t92.5%H2SO446.2t含0.29g/dLGlu废液751t99%液氨6.2t90%谷氨酸57t30%碱液46.5t活性炭1.28t废炭5.01t40g/dL中和脱色液189.2t25g/dL母液14.4t100%MSG62t/d图3.2 味精生产过程物料衡算图（年产2万吨味精，以t/d为基准）

4.热量衡算

4.1液化工序热量衡算 4.1.1液化加热用蒸汽量

（1）淀粉浆量（G） 根据物料衡算，日投商品淀粉96.17t/d，配30.7%的淀粉浆

96.17/30.7＝313 t/d，平均313/24＝13t/h

（2）淀粉浆比热容（c）可按下式计算

X100－X c＝c0＋c水100100式中 c——淀粉浆比热容，kJ/（kg·℃） c0——淀粉质比热容，取1.55 kJ/（kg·℃） X——淀粉质干物质含量，（30.7）% c水——水的比热容，取4.186 kJ/（kg·℃）

30.7100－30.7 c＝1.55?＋4.186?＝3.38kJ（/kg·K）100100（3）蒸汽用量（D）

G（cT2－T1） D＝h1－h2式中：G——淀粉浆量，kg/h

c——淀粉浆比热容，kJ/（kg·℃）

T1——淀粉浆初温，（20＋273＝293K） T2——液化温度，（110＋273＝383K）

h1——加热蒸汽热焓，2748.5kJ/kg（0.4MPa，表压） h2——加热蒸汽凝结水热焓，在383K时为461 kJ/kg

13?103?3.38?（383－293）D＝＝1729kg/h≈1.7t/h

2748.5－461高峰量： 1.7×1.15＝1.96t/h≈2 t/h 每日用蒸汽量： 1.7×24＝40.8 t/d 4.1.2液化液冷却用水量

使用螺旋板换热器，物料由95℃降为61℃。

使用循环水降温，进口温度28℃，出口温度52℃，需冷却水量（W）：

（13＋1.7）?103?3.38?（[95＋273）－（61＋273）]W＝＝16815kg/h≈16.8t/h

（[52＋273）－（28＋273）]×4.186每日用冷却水量： 16.8×24＝403.2t/d

需补充新鲜水量： 16.8×3%＝0.5 t/h 4.2糖化工序热平衡说明

液化液61℃进入糖化罐，在60℃下维持32~36h，因糖化罐外保温，绝热较好，糖化过程中不需补充热量，不消耗蒸汽。糖化终止时，糖化液调节pH至4.8~5.0，酶即失活，也可不加热灭菌，以节约蒸汽。

4.3连续灭菌和发酵工序热量衡算 4.3.1培养液连续灭菌用蒸汽量

发酵罐公称容积720m3，装料系数0.8，每罐产MSG量

720×0.8×0.11×0.96×0.95×1.272＝73.5t

年产味精2万吨，日产味精（100%）62t，发酵生产周期40h（发酵32h，辅助8h），需发酵罐台数

6273.524每日投放罐次：2×24/40＝1.2罐次 日运转：2×32/24＝1.6台

每罐发酵初始体积：720×55%＝396m3≈400 m3 糖浓度13g/dL，灭菌前含糖20g/dL，其数量：

13400?＝260m3

203

密度1.05t/ m，260×1.05＝273t

灭菌加热过程中用0.4MPa蒸汽（表压），h1＝2748.5kJ/kg，使用螺旋板式换热器将物料由20℃预热至70℃，再加热至120℃；冷却水由20℃升至45℃。

每罐灭菌时间2h，物料流量：

400?1.05＝210t/h 2灭菌用蒸汽量：

210?1000?3.7?（[120＋273）－（70＋273）]D＝＝17296kg/h≈17.3t/h

2748.5－120?4.186式中 3.7——糖液的比热容，kJ/（kg·℃）

每日用蒸汽量：17.3×2×1.2＝41.52t/d，平均用蒸汽量：41.52/24＝1.73t/h；最大用汽量为3t/h。 4.3.2培养液冷却用水量

120℃热料通过与冷料热交换，由120℃降至75℃，再用水冷却至35℃；冷却水由30℃升至45℃。计算冷却用水量（W）。

210?1000?3.7?（[75＋273）－（35＋273）]W＝＝494983kg/h≈495t/h

（[45＋273）－（30＋273）]?4.186每日用水量：495×2×1.2＝1188t/d，平均用水量：1188/24＝49.5t/h；最大用水量为150 t/h。使

用发酵冷却循环水。

4.3.3发酵罐空罐灭菌用蒸汽量

（1）发酵罐体加热用蒸汽量 发酵罐公称容积720 m3，材质为SS304，发酵罐罐体重118t，比热容0.5 kJ/（kg·℃），使用0.4 MPa蒸汽（表压）灭菌，发酵罐罐压保持在0.15MPa（表压）下，由20℃升至127℃，维持1h。其蒸汽用量为：

118?1000?0.5?（[127＋273）－（20＋273）]D＝＝2853kg/h≈2.9t/h

2748.5－535.4式中 2748.5——0.4 MPa（表压）蒸汽热焓，kJ/kg

535.4——0.15MPa，127℃时蒸汽凝结水热焓，kJ/kg

每日用蒸汽量：2.9×1.2＝3.48 t/d，平均用蒸汽量：3.48/24＝0.145 t/h。

（2）填充发酵罐空间所需蒸汽量 公称容积720 m3发酵罐的全容积为793 m3，其蒸汽用量为：

D＝Vρ＝793×1.39＝1102.3kg/h＝1.1t/h

式中ρ——加热蒸汽的密度（kg/ m3），1.39 kg/ m3

发酵罐灭菌（0.15 MPa，表压）1h。

每日用蒸汽量：1.1×1.2＝1.32 t/d，平均用蒸汽量：1.32/24＝0.055 t/h。 （3）灭菌过程的热损失 辐射与对流联合给热系数α，罐外壁温度60℃。

α＝33.9＋0.19×[（60＋273）－（20＋273）]＝41.5 kJ/（m2·h·℃）

720 m3发酵罐的表面积为475 m2，消耗蒸汽量：

475?41.5?（[60＋273）－（20＋273）]D＝＝356kg/h

2748.5－535.4（4）罐壁附着洗涤水升温所需蒸汽量

?40＝1.4台，取2台

D＝475?0.001?1000?（[127＋273）－（20＋273）]?4.182748.5－535.4＝96kg

式中 0.001——附壁水平均厚度，m

（5）灭菌过程蒸汽排汽及渗漏量 取总耗汽量的10%，空罐灭菌蒸汽消耗量为：

（2.9＋1.1）?1000＋356＋96＝4947kg/h≈5t/h

1－10%每个空罐灭菌1h，蒸汽消耗量为5t/罐。

发酵罐每日投料罐次：1.2罐，每日用蒸汽量：5×1.2＝6 t/d；平均用蒸汽量：6/24＝0.25 t/h。 4.3.4发酵过程产生的热量及冷却用水量

通过计算生化反应热来计算总发酵热Q总。

Q总＝生物合成热＋搅拌热－汽化热

生物合成热可通过下列方程计算：

C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O＋2813kJ

C6H12O6＋NH3＋1.5O2→C5H9O4N＋CO2＋3H2O＋890 kJ

搅拌热＝860×4.18×p（p——搅拌功率，kW） 汽化热＝空气流量（m3/h）×（h出－h进）ρ

式中 h进、h出——进出的空气热焓，kJ/kg干空气 ρ——空气密度，kg/ m3

此外，液氨在流加过程中因汽化而吸热，有利于发酵降温。

根据部分味精厂的实测和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约4.5×104kJ/（m3·h）。 公称容积720 m3发酵罐，装液量为576 m3，其发酵热为：

576×4.5×104＝2.592×107kJ/h

日运转发酵罐1.6台，总发酵热：

Q总＝1.6×2.592×107＝4.15×107 kJ/h＝11527 kW

选用2台NG84M溴化锂制冷机。每台制冷量7033 kW，使用0.8 MPa蒸汽，耗汽量8.8 t/h，冷媒水用量1008 m3/ h，冷却水用量1706 m3/ h。

2台溴化锂制冷机按1台运转计算，需蒸汽8.8 t/h，需用循环冷却水1706 m3/ h。再加上培养基灭菌后用冷却水49.5 t/h，合计用冷却水为1755.5 m3/ h。

循环冷却水采用无填料喷雾冷却塔进行降温，选用800 m3/ h冷却塔3台。冷却水在循环使用中约损失4%（掺入部分生产过程用水），需补充新鲜水量：

1755.5×4%＝70.22 m3/ h

4.4谷氨酸提取工序冷量衡算

等电罐540 m3，装液量432 m3，相对密度1.07，由30℃降至10℃，降温速度为2℃/h，每台罐需冷量为：432×103×1.07×2×3.97＝3.67×106kJ/h 式中 3.97——等电液比热容，kJ/（kg·K）

等电罐每天运转台数为发酵罐每台放罐数×2，即1.2×2＝2.4台，每日总冷量为：3.67×106×2.4/3600＝2447 kW。

选用1台NG72M溴化锂制冷机，制冷量4220 kW，使用0.8 MPa压力蒸汽5.16 t/h，冷媒水量726 m3/ h，冷却水量1200 m3/ h。选用800 m3/ h无填料喷雾冷却塔1台。

冷却水在循环使用中约损失4%（掺入部分生产过程用水），需补充新鲜水量：1200×4%＝48m3/ h。

关于硫酸对水溶解热问题，因硫酸总量的2/3用于上柱母液调pH，另1/3用于高流调酸，一般不直接用于发酵液中和，其溶解热可不计算。 4.5谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算

年产2万吨商品味精，日产100%MSG62t，选用30 m3强制内循环结晶罐，浓缩结晶操作周期12h，每罐产100%MSG18 t，需结晶罐台数：

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