武汉工程大学本科毕业设计（论文）
三 工艺计算
3.1 发酵工艺技术指标及基本数据
（1）查《生物工程工程设计概论》P70表4-8谷氨酸发酵工艺技术指标，选用主要指标如表1
指标名称 生产规模 生产方法 年生产天数 产品日产量 产品质量 倒灌率 发酵周期 发酵初糖 淀粉糖化转化率 糖酸转化率 麸酸谷氨酸含量 谷氨酸提取率 味精对谷氨酸产率
表1 谷氨酸发酵工艺技术指标
单位 t/a
指标数 100000（味精）
中糖发酵，一次等电点提取 d/a t/a 纯度(%) % h kg/m3 % % % % %
320 312.5 99 0.2 50 150 108 60 95 93 122
（2）主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为85%，含水13%。
（3）二级种子培养基（g/L） 水解糖50，糖蜜20，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，
玉米浆5~10，泡敌0.6，生物素0.02mg，硫酸镁2mg，硫 硫酸亚铁2mg/L。 （4）发酵培养基（g/L） 水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸 0.2，泡敌0.6。
（5）接种量为8% 。 3.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算
首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。 （1）发酵液量
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V1?1000??220?60%?93%?99.8%?122%??6.69m??3
式中 220——发酵培养基终糖浓度（kg/m3）
60%——糖酸转化率
93%——谷氨酸提取率
99.8%——除去倒灌率0.2%后的发酵成功率 122%——味精对谷氨酸的精制产率 （2）发酵液配制需水解糖量G1 以纯糖算，
G1?V1?220?1471.8(kg)
（3）二级种液量 V2
V2?8%V1?0.535m3
??（4）二级种子培养液所需水解糖量 G2
G2?50V2?26.75?kg?
式中 50——二级种液含糖量（kg/m3） （5）生产1000kg味精需水解糖总量G为：
G?G1?G2?1498.55?kg?
（6）耗用淀粉原料量
理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用的淀粉量G淀
粉
为：
G淀粉?2356.8??80%?95%?111%??2793.7?kg?
式中 80%——淀粉原料含纯淀粉量 95%——淀粉糖转化率 （7）甘蔗糖蜜耗用量 二级种液耗用糖蜜量V5
V5?20V2?10.7?kg?
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发酵培养基耗糖蜜量V6
V6?4V1?26.76?kg?
合计耗糖蜜37.46kg （8）氯化钾耗量GKCl
GKCl?0.8V1?5.35?kg?
（9）磷酸耗量G3
G3?0.2V1?1.34?kg?
（10）硫酸镁（MgSO4·7H2O）用量G4
G4?0.6?V1?V2??4.34?kg?
（11）消泡剂（泡敌）耗用量G5
G5?0.6V1?4.01?kg?
（12）谷氨酸（麸酸）量 发酵液谷氨酸含量为：
G1?60%?1?0.2%??881.31?kg?
实际生产的谷氨酸（提取率80%）为：
1116.2?93%?819.62?kg?
3.2.1 物料衡算结果
由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可求得100000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。
具体计算结果如下表
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3.3发酵过程中的热量衡算
物料名称
生产
1t
味精
100000t/a味精生产
每日物料量
（100%）的物料量 的物料量
发酵液（m3） 种液（m3） 发酵水解用糖（kg） 培养用糖（kg） 水解糖总量（kg） 淀粉(kg) 糖蜜（kg） 氯化钾（kg） 磷酸
硫酸镁（kg） 泡敌（kg） 谷氨酸（kg）
6.69 0.535 1471.8 26.75 1498.55 2793.7 37.46 5.35 1.34 4.34 4.01 820
6.69×105 53500 1.47×108 2.675×106 1.49855×108 2.7937×108 3.746×106 5.35×105 1.34×105 4.34×105 4.01×105 8.2×107
2.091×103 167.188 4.594×105 8.359×103 4.683×105 8.73×105 1.171×104 1671.88 418.75 1356.25 1253.13 2.563×105
3.3.1发酵热的计算
Q?Qb?Qst?Qe (KJ/h)
式中, Qb为生物合成热, 每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积,即:
Qb=4.18×6000×2091=5.244×107(KJ/h)
而机械搅拌产生的热量Qst为: Qst = 3600ηPst (KJ/h)
式中, η---搅拌功热转换系数, 为0.92
Pst ---搅拌轴功率,为304.5kw 即计算得:
Qst?3600?Pst?3600?0.92?304.5?1008504?kJ/h? 而Qe为排气使发酵液水分汽化带出的热焓,根据经验,可取:
Qe=0.2Qb=1.05×107(KJ/h)
故发酵热为:
Q=Qb+Qst－Qe=5.244×107＋1008504－1.05×107=4.294×107(KJ/h)
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3.3.2培养液冷却水用量
由培养液板式换热器灭菌流程可知，120℃的热料先通过与生料进行交换，降温至80℃后，再用冷却水冷却至35℃。在此过程中冷却水由20℃升温至45℃，由此计算出冷却水的用量：
W冷却?174.7?3.97?(80?35)?3.649?102kg/h
(45?20)?4.18式中：4.186为水的平均比热， kj?kg?0C? 全天冷却水用量为
3.649?102?24?8.758?103kg/d?8.758吨/天 3.3.3 发酵过程空气基本数据
根据100 000 t/a味精厂发酵工艺技术指标及物料平衡计算结果，列出与空气消耗有关的基本数据有：
每天生产312.5t味精的发酵液量为2.091×103 m3；
种液：1.67×102 m3； 发酵时间：32h；
发酵周期（含清洗、灭菌等）：40h； 发酵罐公称容积：500 m3（9个）； 发酵罐装罐系数：85％。
3.3.4发酵过程无菌空气用量计算
发酵车间无菌空气消耗量主要用于谷氨酸发酵过程通风供氧，其次为种子培养的通气以及培养基压料输送也需要压缩空气。此外，因设备和管路、管件等的消毒吹干以及其他损耗构成无菌空气的耗用量。
1、单罐发酵无菌空气耗用量
根据资料可知，500m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.18～0.35vvm，取最高值0.35 vvm进行计算。
（1） 单罐发酵过程用气量（常压空气）
V＝550×85%×0.35×60＝9817.5（m3/h）
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