年產(chǎn)10萬噸12°啤酒發(fā)酵車間（工廠）設(shè)計(jì)

1、巢 湖 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 年產(chǎn)10萬噸12啤酒發(fā)酵車間（工廠）設(shè)計(jì) annual output of 100000 tons of 12 beer fermentation plant (plant) design學(xué) 院 化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 生物工程 班 級(jí) 10生物工程 姓 名 楊國樑 學(xué) 號(hào) 10008054 指導(dǎo)老師 陳小舉 2013年11月14日課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名： 楊國樑 學(xué)號(hào)： 10008054 專業(yè)班級(jí)： 10級(jí)生物工程 課程設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn)10萬噸12啤酒發(fā)酵車間（工廠）設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)語：課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績 指導(dǎo)老師（簽字）： 年 月 日課程設(shè)計(jì)

2、任務(wù)書 2013-2014 學(xué)年 第 一 學(xué)期 化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院 學(xué)院 10生物工程 專業(yè) 設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn)10萬噸12啤酒發(fā)酵車間（工廠）設(shè)計(jì) 完成期限：自 2013年10月14日至 2013 年11月14日 共 四 周一.設(shè)計(jì)依據(jù)參照啤酒的原料及輔料等的國家標(biāo)準(zhǔn)，以及食品企業(yè)通用衛(wèi)生規(guī)范，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)等。二.設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次生產(chǎn)主要是進(jìn)行年產(chǎn)100000t啤酒發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要進(jìn)行： 1、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為100000t。 2、生產(chǎn)方法 本設(shè)計(jì)采用好氣液體深層發(fā)酵技術(shù)。 生產(chǎn)工藝如下：斜面菌種 孢子懸浮液種子罐 發(fā)酵罐發(fā)酵液中和新鮮空氣空氣過濾器無菌空氣 過濾酸解脫色過濾蒸發(fā)結(jié)晶

3、離心分離干燥篩選成品檸檬酸3.原料和動(dòng)力（水、電、氣）的供應(yīng)情況 (1).原料原料從當(dāng)?shù)刂苯邮召?，?dāng)原料不足時(shí)可以從周邊地區(qū)收購，是達(dá)到生產(chǎn)用量。 （2）.動(dòng)力 1）.用電：計(jì)劃在廠區(qū)附近新建710kva變電站一座以保證該工廠生產(chǎn)用電。 2）.用煤：燃煤主要用作鍋爐生產(chǎn)用煤和冬季取暖用煤，可在附近煤礦選購。 3）.供水：由工業(yè)園區(qū)供水系統(tǒng)供應(yīng)，可滿足工廠生產(chǎn)及生活用水，供水有保障。 4.生產(chǎn)成本估算本設(shè)計(jì)需要將相關(guān)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行簡單的估算，通過生產(chǎn)成本的估算將設(shè)計(jì)中的具體數(shù)值轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)方面再次修正相關(guān)設(shè)計(jì)。 5.三廢治理本設(shè)計(jì)采用完全混合活性污泥法特別適用于有機(jī)物含量高的污水處理，

4、在合適的濃度范圍內(nèi)對(duì)與微生物毒性物質(zhì)可以有優(yōu)良的去除效果。三.設(shè)計(jì)成果形式 完成設(shè)計(jì)說明書： 1張cad平面設(shè)計(jì)圖紙：圖1-1生產(chǎn)工藝流程示意圖 1張cad平面設(shè)計(jì)圖紙：圖1-2廠區(qū)總平面四.工作計(jì)劃和進(jìn)度 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排（1）2011年12月1-2日 完成開題報(bào)告。（2）2011年12月3-5日 查閱相關(guān)資料。（3）2011年12月8-25日 完成設(shè)計(jì)的撰寫和圖紙的繪制 （4）2011年12月25-30日 修改設(shè)計(jì)目 錄第一章 緒論 11 1.1 檸檬酸的性質(zhì)和用途11 1.2 檸檬酸的來源和發(fā)展情況11第二章 生產(chǎn)工藝 12 2.1 生產(chǎn)方法12 2.2 工藝流程13 2.3 操作工藝13

5、2.3.1 原料的處理13 2.3.2 發(fā)酵工序13 2.3.3 醪液處理工序14 2.3.4 提取工序14 2.3.5 精制工序14第三章 工藝計(jì)算 15 3.1 物料衡算15 3.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)16 3.1.2 原料消耗計(jì)算16 3.1.3 發(fā)酵醪量的計(jì)算16 3.1.4 接種量的計(jì)算17 3.1.5 液化醪量的計(jì)算17 3.1.6 成品檸檬酸18 3.1.7 年產(chǎn)5000噸一水檸檬酸總物料衡算18 3.2 熱量衡算19 3.2.1 液化熱平衡計(jì)算19 3.2.2 發(fā)酵過程中蒸汽耗量的計(jì)算20 3.2.3 發(fā)酵過程中冷卻水耗量的計(jì)算21 3.2.4 發(fā)酵過程中無菌空氣耗量的

6、計(jì)算223.2.5生產(chǎn)成本及利潤估算 23第四章 設(shè)備選型24 4.1主要設(shè)備的選型24 4.1.1 發(fā)酵罐的選型24 4.1.2 種子罐的選型27 4.2 輔助設(shè)備選型28 4.2.1 調(diào)漿桶的選型28 4.2.2 噴射加熱器的選型31 4.2.3 其它輔助設(shè)備31第五章 全廠車間布置概況32 5.1 廠址選擇32 5.1.1 廠址選擇的一般性原則32 5.1.2 本設(shè)計(jì)的廠址選擇32 5.2 車間布置33 5.2.1 車間布置的基本原則和要求33 5.2.2 本設(shè)計(jì)的車間布置34 5.3 發(fā)酵廠衛(wèi)生問題35第六章 廢物處理35 6.1 發(fā)酵工廠污染概況35 6.2 檸檬酸工廠的“三廢”處理

7、36 6.2.1 檸檬酸發(fā)酵有機(jī)廢水的處理37 6.2.2 檸檬酸發(fā)酵廢氣的處理38 6.2.3 檸檬酸發(fā)酵廢渣的處理39第七章 結(jié)束語39致謝40 參考文獻(xiàn)41附圖42摘 要本次設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行年產(chǎn)5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)針對(duì)5000噸檸檬酸項(xiàng)目的需要，進(jìn)行了廠區(qū)平面設(shè)計(jì)、產(chǎn)品方案及工藝的確定、物料衡算等工作。在生產(chǎn)流程中，采用液體深層發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行檸檬酸發(fā)酵的生產(chǎn)，全年產(chǎn)量為5000噸，每年生產(chǎn)300天，每日生產(chǎn)152.71噸。為了保障生產(chǎn)順利進(jìn)行，還進(jìn)行了水、電、氣的衡算和三廢的治理。關(guān)鍵字：檸檬酸 工廠設(shè)計(jì) 效益分析 生產(chǎn)工藝 abstractthis is designed

8、for an annual output of 50000 tons of citric acid fermentation plant design. this design according to the needs of project 50000 tons of citric acid, the factory graphic design, product scheme and define the technology of material balance calculations, etc. in the production process, the liquid ferm

9、entation technology deep citric acid fermented production, annual output is 5000 tons, annual production 300 days, the daily production of 152.71 tons. in order to ensure production running smoothly, but also for the water, electricity, gas calculation and three wastes management.keywirds: citric ac

10、id plant design efficiency analysis of production process第一章 緒論本設(shè)計(jì)采用薯干原料發(fā)酵，只需將薯干磨成粉，加水調(diào)漿，直接加入少量淀粉酶液化后滅菌、冷卻即可接種發(fā)酵。制備檸檬酸一般采用曬干的薯干作為原料。其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白質(zhì)6%左右。薯干原料中的蛋白質(zhì)可作為氮源供菌體生長。薯干原料中含有鐵、鎂、鉀、鈣等的無機(jī)鹽，選用的黑曲霉c0527對(duì)這些成分不敏感,故不必對(duì)原料做這方面的預(yù)處理。本設(shè)計(jì)采用液體深層好氧發(fā)酵、鈣鹽法提取技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸。這兩種方法都是國內(nèi)比較流行的生產(chǎn)方法，有著大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，易于操作，風(fēng)險(xiǎn)

11、小。 由于本設(shè)計(jì)為發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)，著重于車間的工藝計(jì)算、設(shè)備選型。通過全廠物料衡算、車間熱量衡算，確定發(fā)酵車間主要設(shè)備發(fā)酵罐、種子罐的設(shè)計(jì)和選型以及全廠及車間布置。 本設(shè)計(jì)還包括發(fā)酵罐圖，車間平面布置圖，工藝流程圖。1.1 檸檬酸的性質(zhì)和用途檸檬酸（citric acid），學(xué)名為2-羥基-丙烷三羧酸，結(jié)構(gòu)為 分子量：192.14 ，是一種重要的有機(jī)酸。無色晶體，常含一分子結(jié)晶水，無臭，有很強(qiáng)的酸味，易溶于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質(zhì)常用來鑒定和分離檸檬酸。結(jié)晶時(shí)控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。檸檬酸在自然界分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘、菠蘿等。檸檬酸具有宜人風(fēng)味、高的水溶性和強(qiáng)

12、的金屬螯合力，長期以來占據(jù)食用酸味劑70%左右的市場(chǎng)份額，除可口可樂和純果汁以外，幾乎所有的飲料都使用檸檬酸作為酸味劑，通常的添加量為0.25%-0.4%（m/m）。檸檬酸在化學(xué)技術(shù)上可作化學(xué)分析用試劑，用作實(shí)驗(yàn)試劑、色譜分析試劑及生化試劑；用作絡(luò)合劑，掩蔽劑；用以配制緩沖溶液。此外，食品加工和奶制品也添加檸檬酸和檸檬酸鹽。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，使用檸檬酸的食品或藥品約有上千種之多。檸檬酸除用于食品和醫(yī)藥工業(yè)以外，最大的用途是代替三聚磷酸鈉作為洗滌劑的助洗劑，20世紀(jì)90年代初，國外還有人發(fā)現(xiàn)檸檬酸加入混凝土中可作為一種“減水劑”，并能提高混凝土的凝固強(qiáng)度。可以認(rèn)為，檸檬酸早已成為現(xiàn)代食品、醫(yī)藥業(yè)、日

13、化行業(yè)及其他行業(yè)的通用原料。1.2 檸檬酸的來源和發(fā)展情況1784年c.w.舍勒首先從柑橘中提取檸檬酸。1860年意大利開始用添加石灰乳的方法從果汁中得到檸檬酸，從而進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。直到20世紀(jì)初，檸檬酸仍然主要是從檸檬中提取，產(chǎn)量還很低。1893年c.韋默爾發(fā)現(xiàn)青霉（屬）菌能積累檸檬酸，但未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1917年，柯里發(fā)現(xiàn)了一株產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉，并通過美國的輝瑞公司于1923年采用淺盤發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。1952年美國邁爾斯公司首先成功采用液體深層發(fā)酵工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸。這種新工藝具有很多優(yōu)越性，因而推動(dòng)世界檸檬酸工業(yè)的迅速發(fā)展，也成為了檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的主要工藝。

14、我國的檸檬酸發(fā)酵工業(yè)：1969年上海酵母廠成功利用薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸。20世紀(jì)80年代，由于出口的需要，我國的檸檬酸生產(chǎn)發(fā)展迅速，已成為世界上檸檬酸生產(chǎn)量最大的國家。我國開發(fā)的以薯干為原料的產(chǎn)酸菌種具有其獨(dú)到的特點(diǎn)，生產(chǎn)成本較低，在國際市場(chǎng)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭力。中國不僅是檸檬酸生產(chǎn)大國，也是出口大國，目前出口量已占總產(chǎn)量的70%-80%。近10年來，由于受出口刺激，中國檸檬酸生產(chǎn)能力和產(chǎn)量都增長很快。1985年，中國檸檬酸產(chǎn)量只有3.7萬噸，2002年已達(dá)到約40.0萬噸。目前全國有近90家檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力近50萬噸，占世界總量的40%多。第二章 生產(chǎn)工藝2.1 生產(chǎn)方法本次生產(chǎn)工藝設(shè)

15、計(jì)以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進(jìn)行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、干燥得到檸檬酸。2.2 工藝流程基本過程為：在接收糖漿后，根據(jù)糖漿組成作適當(dāng)?shù)奶幚砘蚺渲?，配成發(fā)酵原料，進(jìn)行連續(xù)殺菌并冷卻后，進(jìn)入發(fā)酵罐，加入菌種和凈化壓縮空氣后進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵液經(jīng)升溫、過濾處理后，進(jìn)入中和罐，用中和處理；再經(jīng)過過濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再添加酸解，并加入活性炭進(jìn)行脫色；然后，通過帶式過濾機(jī)過濾、酸解過濾，除去及廢炭；酸解過濾液經(jīng)離子交換處理后，進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，再進(jìn)行結(jié)晶；結(jié)晶后，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，對(duì)得到的濕檸檬酸晶體進(jìn)行干燥與篩選，最后得到成品檸檬酸。(見附圖1)2.3操作

16、工藝2.3.1 原料的處理根據(jù)發(fā)酵的要求，對(duì)薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調(diào)漿、液化、連續(xù)滅菌的處理方法；以薯干原料生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)我國薯干粗料的特征，發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉運(yùn)至備料車間，經(jīng)過磁選裝置除去原料中含鐵雜質(zhì)，以保護(hù)設(shè)備。然后進(jìn)入粗粉碎機(jī)，將薯干先軋成1-3cm大小的小塊，以提高磨粉機(jī)的效率，便于物料的輸送。粗碎后，由斗式提升機(jī)提送至中間粉倉，由粉倉落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后進(jìn)入粉倉再經(jīng)計(jì)量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時(shí)加入淀粉酶升溫液化。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間。2.3.2 發(fā)酵工序由備料車間提供的經(jīng)連續(xù)滅菌并冷卻的料液，通過滅菌管道泵入已空消滅菌待料的發(fā)酵罐，

17、通過差壓法或零磅火焰倒種法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風(fēng)、攪拌情況下，進(jìn)行發(fā)酵或培養(yǎng)。在發(fā)酵培養(yǎng)過程中，對(duì)罐溫、罐壓、通風(fēng)量、攪拌轉(zhuǎn)速等實(shí)行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測(cè)原糖消耗情況、菌種生長狀態(tài)、ph值、泡沫等變化情況。根據(jù)發(fā)酵的工藝特性要求，及時(shí)調(diào)整控制發(fā)酵工藝過程，以獲得最佳工藝產(chǎn)酸率或種罐菌活力，一般經(jīng)66小時(shí)（種罐約25小時(shí)）培養(yǎng)，大罐在殘?zhí)侵笜?biāo)、產(chǎn)酸情況達(dá)到放罐條件即可放罐；種罐菌活力及菌群數(shù)量達(dá)標(biāo)后，即可移種。在發(fā)酵或陪種過程的定期檢測(cè)中，若發(fā)現(xiàn)異常情況，如染菌等，應(yīng)針對(duì)具體情況及時(shí)處理，對(duì)中、前期染菌，可加大種量形成主菌群生長優(yōu)勢(shì)，或及時(shí)罐實(shí)消，補(bǔ)入適當(dāng)營養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時(shí)

18、可加強(qiáng)監(jiān)控，提前放罐；對(duì)倒罐等應(yīng)予滅菌排放處理，并認(rèn)真查找原因，進(jìn)一步強(qiáng)化滅菌操作中的各個(gè)環(huán)節(jié)。2.3.3 醪液處理工序檸檬酸發(fā)酵完成后，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設(shè)備利用率，增設(shè)醪液貯罐，通過熱交換器，及時(shí)將醪液加熱至80后進(jìn)入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過濾機(jī)，除掉固形物及菌體殘?jiān)?，將清醪液泵入下道工序?.3.4 提取工序由壓濾工段送來的檸檬酸清醪液泵入中和罐，在80下進(jìn)行中和。碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機(jī)送入車間，經(jīng)無級(jí)調(diào)速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反應(yīng)均勻，經(jīng)終點(diǎn)檢測(cè)合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過濾機(jī)中，將固體檸檬酸鈣從懸浮液中分離出來

19、，為滿足玉米原料及薯干原料生產(chǎn)工藝的雙重要求，中和帶式過濾機(jī)用特定的加長、強(qiáng)洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時(shí)的中和洗糖要求及成品的指標(biāo)控制，又熱水或酸解液調(diào)漿，濃硫酸由酸堿站泵入，再計(jì)量到酸堿桶中與檸檬酸鈣在80下生成硫酸鈣與檸檬酸的懸濁液送入酸解帶式過濾機(jī)進(jìn)行過濾，清洗液即酸解液收集用于調(diào)漿，硫酸鈣運(yùn)至渣場(chǎng)綜合利用，檸檬酸酸解送至精制工段。2.3.5 精制工序離子交換與脫色 檸檬酸液從暫貯罐中泵送離交純化工序，經(jīng)由陽離子交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色出去色澤及影響成品質(zhì)量加速設(shè)備腐蝕的陰陽離子，陰陽樹脂需經(jīng)過酸洗、堿洗再生處理，離交后的檸檬酸精制母液送入蒸發(fā)工序。蒸發(fā)

20、與結(jié)晶 在提純?nèi)芤哼M(jìn)入蒸發(fā)部分前，通過精過濾出去清液中的微小樹脂顆粒。精濾后的溶液經(jīng)熱交換器預(yù)熱后送至雙效真空濃縮器經(jīng)濃縮至特定濃度后，轉(zhuǎn)入真空結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)晶。以確定產(chǎn)品（一水成品或無水產(chǎn)品），再經(jīng)分離將檸檬酸晶粒從液相中分離出來，液相在分離后分別放至各級(jí)母液貯罐，根據(jù)其雜質(zhì)離交濃度情況，送往重新蒸發(fā)式回流到前工序處理提純，晶體送往干燥機(jī)。干燥與包裝 從離心機(jī)分離出來的濕檸檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根據(jù)生產(chǎn)品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進(jìn)行干燥，排空經(jīng)濕式旋風(fēng)分離器處理排放，干燥后的檸檬酸晶粒通過傳送裝置運(yùn)到篩選機(jī)，不合格顆粒被篩選分出來，溶解后返回到結(jié)晶系統(tǒng)，檸檬酸成品

21、進(jìn)行定量、包裝，存放。第三章 工藝計(jì)算3.1 物料衡算3.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模: 5000t/a99.5%一水檸檬酸折合4581.272t/a99.5%無水檸檬酸；生產(chǎn)天數(shù)：每年300天；無水檸檬酸日產(chǎn)量：4581.272/300=15.271t/d產(chǎn)品質(zhì)量：國際食用檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5%，實(shí)際產(chǎn)率98%，副產(chǎn)品約2%；薯干粉成分：含淀粉量70%，水分13%;-淀粉酶用量：8u/g原料；操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率98.5%，糖轉(zhuǎn)化率95%，提取階段分離回收率95%，精制階段收率98%，得率99%（倒罐率1%），產(chǎn)酸率（即糖發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率）13%，發(fā)酵周期75h，發(fā)酵溫度（351）

22、，發(fā)酵通風(fēng)量10v/（v發(fā)酵液 h）3.1.2 原料消耗計(jì)算(以一頓成品檸檬酸為基準(zhǔn))年產(chǎn)5000噸一水檸檬酸，折合成無水檸檬酸，按中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會(huì)檸檬酸分會(huì)制定的“檸檬酸行業(yè)統(tǒng)計(jì)辦法”，無水檸檬酸為：5000/1.0914=4581.272t/a生產(chǎn)無水檸檬酸的總化學(xué)反應(yīng)式： (c6h10o5)n + nh2o +3n/2 o2 = n c6h8o7 +2nh2o 162 192 x 1000生產(chǎn)100099.5%無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量：x=100016219299.5%=839.53生產(chǎn)100099.5%無水檸檬酸所需實(shí)際淀粉消耗量：x98.5%95%95%98%99%=973.4

23、生產(chǎn)100099.5%無水檸檬酸所需實(shí)際薯干粉原料消耗量：973.470%=1390.57-淀粉酶消耗量：使用酶活力為20000u/g的-淀粉酶使淀粉液化-淀粉酶按 8u/g原料計(jì)算 1390.571000820000=0.563.1.3 發(fā)酵醪量的計(jì)算根據(jù)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率為13%：100099.5%（95%98%13%= 8221.13.1.4 接種量的計(jì)算接種量為發(fā)酵醪量的10%，則：8221.1（10%+100%）10%=747.373.1.5 液化醪量的計(jì)算因?yàn)槌墒煺糁篚擦繛椋?221.1-747.37-0.56=7473.17則調(diào)漿濃度為：1390.577473.17100%=18.6%

24、粉漿的干物質(zhì)濃度為：973.47473.17100%=13.03%蒸煮直接蒸汽加熱，采用連續(xù)液化工藝：操作流程：混合后粉漿溫度為50，應(yīng)用噴射液化器迅速使粉漿升溫至100。升溫后進(jìn)入維持罐，使料液保溫2030min以完成液化，進(jìn)蒸汽壓力保持在0.30.4mpa表壓。液化完成的醪液由板式換熱器降溫至（351）備用。調(diào)漿及液化滅菌時(shí)產(chǎn)生泡沫可用少量炮敵消泡。工藝計(jì)算： 干物質(zhì)含量b0=70%的薯干原料比熱容為：c0=4.18(1-0.7b0)=2.13kj/(kg)粉漿的干物質(zhì)濃度為b1=13.03%液化醪的比熱容為：c1=b1c0+(1.0-b1)cw=13.03%2.13+(1.0-13.03

25、%)4.18=3.91kj/(kg)cw水的比熱容取 4.18kj/(kg)為簡化計(jì)算，定液化醪的比熱容在整個(gè)過程中維持不變。經(jīng)噴射液化器前的液化醪量為x：x+x3.91(100-50)(2731.2-1004.18)=7473.17 得出 x=6887.7 其中 2731.2是噴射液化器加熱蒸汽0.3mpa的焓。3.1.6 成品檸檬酸日產(chǎn)檸檬酸量為：15.271t/d即結(jié)晶液中檸檬酸的含量為：15.271t/d需精制液只能夠檸檬酸含量為：15.27198%=15.583t/d需分離液中檸檬酸的含量為：15.271（95%98%)=16.403t/d3.1.7年產(chǎn)5000噸一水檸檬酸總物料衡算

26、（即對(duì)生產(chǎn)4581.272t/a99.5%無水檸檬酸的薯干原料檸檬酸廠進(jìn)行計(jì)算）檸檬酸成品日產(chǎn)無水檸檬酸量：15.271t日產(chǎn)副產(chǎn)品量：15.271/98%2%=0.312t日產(chǎn)總量：15.583t年產(chǎn)無水檸檬酸量：581.272t年產(chǎn)副產(chǎn)品量：0.312300=93.6t年產(chǎn)總量：4674.872t原料薯干用量日耗量：1390.5715.583（日產(chǎn)總量）1000=21.669t年耗量：21.669300=6500.7t根據(jù)以上計(jì)算，將物料衡算結(jié)果列表如下物料名稱每噸產(chǎn)品耗物量年產(chǎn)5000噸耗物量（kg)(t/d)(t/a)檸檬酸98015.2714581.3副產(chǎn)品200.31293.6薯干

27、原料1390.5721.6696500.7淀粉973.415.16834550.49-淀粉酶0.560.00872.61發(fā)酵醪8221.1128.10938432.7接種量747.3711.6463493.8成熟蒸煮醪7473.17116.45434936.2薯干漿量19806.17308.63892591.4表3-1 5000t/a 檸檬酸廠物料衡算表3.2 熱量衡算3.2.1 液化熱平衡計(jì)算噴射加熱器耗熱由工藝可知：經(jīng)過噴射加熱器溫度由50升溫至100q=3.91 kj/(kg)19806.17kg(100-50)=3872106.2kj3.2.2 發(fā)酵過程中蒸汽耗量的計(jì)算計(jì)算公式整個(gè)生產(chǎn)

28、過程采用蒸汽加熱，蒸汽耗用量計(jì)算公式為： 式中：為蒸汽的熱效率，取=95%；i汽化潛熱?；A(chǔ)數(shù)據(jù)在28下，查的：淀粉的比熱容為 1.55 kj/(kg)；水的比熱容為4.174kj/(kg)；加熱蒸汽的熱焓為2549.5 kj/(kg)；加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為1250.60 kj/(kg)由物料衡算可知，日耗薯干粉量為 21.669t 日耗淀粉量為15.1683t 日耗薯干漿量為308.638t則日耗調(diào)漿用水量為：308.638-21.669=286.969t日耗淀粉漿量為：15.1683+286.969=302.1373t淀粉漿中含水量為：286.969302.1373100%=95.0%

29、淀粉濃度為5.0%由此可算出淀粉漿的比熱容為：c=1.555.0%+4.17495.0%=4.04 kj/(kg)生產(chǎn)過程中蒸汽耗量的計(jì)算培養(yǎng)基滅菌及管道滅菌：培養(yǎng)基采取連消塔連續(xù)滅菌，進(jìn)塔溫90，滅菌130每罐的初始體積180m，除糖濃度是13g/100ml,滅菌前培養(yǎng)基含糖量為19%，其數(shù)量為18013%19%=123.16t滅菌過程中用0.3mpa，蒸汽i=2725.3 kj/kg,由維持罐（90），進(jìn)入連消塔加熱至130，糖液比熱容4.04 kj/(kg)。每罐滅菌時(shí)間3h,輸料流量123.163=41.05t/h消毒滅菌用蒸汽量為d=3200/h=3.2t/h；每天培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量

30、：3.234=38.4t；所有用罐滅菌及相關(guān)管道滅菌用蒸汽量，據(jù)經(jīng)驗(yàn)取培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量的10%，則d1=3.84t加熱發(fā)酵醪所用的蒸汽量d6：檸檬酸水溶液的比熱容可按下式近似計(jì)算：c=(0.99-0.66+0.0010t)4.19式中：0.99比熱容kj/kg 檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，=15.583128.109100%=12.2% t溫度， 帶入上式，得：c=(0.99-0.6612.2%+0.001035)4.19=3.96 kj/kg因此可得 d6=20.556t/d=6166.8t/a將發(fā)酵段蒸汽衡量列表如下生產(chǎn)工序日用蒸汽量（t/d)（t/d）平均蒸汽用量（t/h)年用蒸汽量（t/a）培養(yǎng)

31、基滅菌3.843.21152加熱發(fā)酵醪20.5568.5656166.8空罐滅菌0.3840.16115.2合計(jì)24.7811.9257434表3-1 發(fā)酵車間蒸汽衡算表3.2.3 發(fā)酵過程中冷卻水耗量的計(jì)算已知發(fā)酵過程中的發(fā)酵熱為4.186000kj/mh,200m的發(fā)酵罐一般裝料量為180m（填充系數(shù)為0.9），則=83077/h=1993.848t/d=598154.4t/a已知25m的種子罐（填充系數(shù)0.7），裝料量為17.5m=8077kg/h=193.85t/d=58155t/a將發(fā)酵段冷卻水衡算列表如下：生產(chǎn)工序平均耗水量（kg/h）日耗水量（t/d）年耗水量（t/a）發(fā)酵罐用水

32、830771993.848598154.4種子罐用水8077193.8558155合計(jì)911542187.698656309.4表3-3 發(fā)酵車間冷卻水衡算表3.2.4發(fā)酵過程中無菌空氣耗量的計(jì)算單個(gè)發(fā)酵罐耗用無菌空氣量計(jì)算公式：v=發(fā)酵罐體積通氣速率填充系數(shù)已知：發(fā)酵罐體積為200m；通氣速率為0.18vvm；填充系數(shù)為60%則v=2000.1860%=21.6m/h單個(gè)種子罐耗用無菌空氣量取種子罐的無菌空氣耗量為發(fā)酵過程無菌空氣耗量的25%則v=25%v=0.2521.6=5.4m/h 將發(fā)酵車間蒸汽衡算列表如下：設(shè)備名稱單罐每小時(shí)通氣量（m/h)單罐每日用氣量（m/d)單罐每年用氣量（m

33、/a）年總用量（m/a）發(fā)酵罐21.6518.4155520311040種子罐5.4129.63888077760總用量27648194400388800表3-4 發(fā)酵車間無菌空氣耗用量衡算表3.2.5生產(chǎn)成本 利潤估算 檸檬酸的成本估算（每噸）名稱單價(jià)（元/kg）用量（kg）金額（元）薯干2.614003640糖漿7.632243.2碳酸鈣0.83628.8硫酸1.14852.8活性炭（脫色）3.292294.2a-淀粉酶700.5639.2紙箱42501000包裝（瓶）0.122000240合計(jì)5538.4以下均以年為單位，原料情況，銷售情況見表生產(chǎn)總費(fèi)用：以下安全年計(jì)算 （1） 用水：年

34、耗水量（t）x水費(fèi)（元/噸） = 656309.4x2.5=164.07萬元（2） 用電：年耗電量x電費(fèi)（元）=8190000x1=819萬元（3） 用汽：年耗氣量x汽費(fèi)（元/噸）=388800（立方米）x 0.159=6.2134萬元合計(jì)生產(chǎn)總費(fèi)用：989.2834萬元利潤估算表品名 產(chǎn)品量 原產(chǎn)量 成本費(fèi)用 銷售價(jià)格 銷售收入 利潤 （噸） （噸） （元/噸） （元/噸） （萬元） （萬元）檸檬酸 5000 5310 3758.48 15000 7500 3741.51 第四章 設(shè)備選型4.1主要設(shè)備的選型4.1.1 發(fā)酵罐的選型發(fā)酵罐是整個(gè)工藝流程中最重要的一個(gè)設(shè)備。當(dāng)前，我國檸檬酸發(fā)酵

35、占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，即通常所說的通用罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要是：歷史悠久，資料齊全，技術(shù)成熟可靠，成功率較高。生物反應(yīng)發(fā)酵罐一般有20m、30m、50m、60m、75m、150m、200m等，國內(nèi)一般為100-500m，而國外則都在400-500m，最大可能為1000m以上。結(jié)合目前本行業(yè)發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀，目前國內(nèi)行業(yè)成熟技術(shù)水平、加工技術(shù)水平，企業(yè)可能達(dá)到的發(fā)酵控制管理水平等，從生產(chǎn)的可靠性、可實(shí)施性等方面考慮，本設(shè)計(jì)擬采用放罐容積約200m的新型通風(fēng)發(fā)酵罐?，F(xiàn)以此類發(fā)酵罐進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。4.1.1.1 發(fā)酵罐容積和臺(tái)數(shù)的確定發(fā)酵初糖濃度：由物料衡算可知，發(fā)酵液中檸

36、檬酸的含量為16.403t/d，則根據(jù)：c6h12o6 c6h8o7180 192可算出葡萄糖量為：16.403180192=15.378t/d則發(fā)酵初糖濃度為：15.378128.109100%=12%生產(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99.5%純度的檸檬酸15.271t，檸檬酸發(fā)酵周期為75h（包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間）。則每天需糖液體積為v糖。每天產(chǎn)純度為99.5%的檸檬酸15.271t，每噸100%的檸檬酸液需糖液7.58m。v糖=7.5815.271=115.754m設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)=90%，則每天需要發(fā)酵罐的總體積為v0（發(fā)酵周期為48h）。v0=v=115.7540

37、.9=128.62m發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定： 現(xiàn)選擇公稱容積為200m的六彎葉機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐為例，則需要發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為n1。查資料知公稱容積為200m的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為230m，則：每臺(tái)罐的產(chǎn)量為：2000.913%1.1195%98%=24.2t發(fā)酵罐所需個(gè)數(shù)=1.972。取整為2。即需要公稱容積為200m的發(fā)酵罐2個(gè)，可保證生產(chǎn)質(zhì)量。每日投放罐次：15.271/24.2=0.63,取整到1次，日運(yùn)轉(zhuǎn)1.9726675=1.935其中發(fā)酵時(shí)間為66h，發(fā)酵操作時(shí)間為75h。4.1.1.2 發(fā)酵罐主要尺寸計(jì)算現(xiàn)按公稱容積200m的發(fā)酵罐計(jì)算v=v桶+2v封=230m,封頭（上封口）折邊忽略不計(jì)，

38、則v=0.785d2 2d+/12d=230解方程得：d=5.009（m） 取d=5m，h=10m；根據(jù)發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論通用發(fā)酵罐系數(shù)表查得封頭高h(yuǎn)=300mm從而定容積 v=v桶+2v封 = =0.78525+3.145/12 =229 m 230m 從而滿足設(shè)計(jì)4.1.1.3 發(fā)酵罐冷卻面積計(jì)算對(duì)于檸檬酸發(fā)酵，每立方米發(fā)酵液，每小時(shí)傳給冷卻器得最大熱量約為4.186000 kj/（mh），取經(jīng)驗(yàn)值 k=4.18500 kj/（mh）。 3535 1528 20 7帶入得即平均溫差為12.4對(duì)公稱體積200m的發(fā)酵罐，每次放2罐，每罐實(shí)際裝液量為：115.754/2=57.877m換熱面積a

39、=q/（ktm）=（4.18600057.877）/（4.1850012.4）=56.01m4.1.1.4 發(fā)酵罐攪拌器的計(jì)算采用六彎葉渦輪攪拌器攪拌器尺寸 攪拌器葉徑 d=d/3=1.67m，取d=1.7m 葉寬 b=0.2d=0.34m 弧長 i=0.375d=0.64m 底距 c=d/3=1.67m，取c=1.7m 盤徑 d1=0.75d=1.28m 葉弦長 l=0.25d=0.43m 葉距 y=d=5m 彎葉板厚 =12mm轉(zhuǎn)速 取四檔攪拌，攪拌速度n可根據(jù)50m罐，攪拌器直徑1.05m，轉(zhuǎn)速n=110r/min,以等p1/n為放大標(biāo)準(zhǔn)放大求得 n2=n1(d1/d2)2/3=80(r

40、/min)計(jì)算攪拌軸功率雷諾數(shù)試中：d- 攪拌器直徑，為1.7m n- 攪拌器轉(zhuǎn)速，為80/60=1.33 r/s -醪液密度，為1050 kg/m -醪液粘度，為1.310-3ns/m代人數(shù)據(jù) =1.71.331050/1.310-3=3.1106 104則為湍流，查閱發(fā)酵設(shè)備知攪拌功率準(zhǔn)數(shù)np=4.7不通氣時(shí)的攪拌軸功率 p1p1=npn3d5=4.71.333 1.75 1050=168.849 kw四檔功率則為p=4p1=675.396 kw通氣時(shí)的攪拌軸功率 p2 式中：p1 =4.56105；d=4.913106；q為通風(fēng)量（ml/min），通風(fēng)比取0.11，則q=2000.90.

41、11106=1.98107 q0.08=3.835p2=2.2510-3 (4.56105 804.913106/3.835)0.39=482.326 kw 4.1.2 種子罐的選型 種子罐采用的也是機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。一般種子罐有5m、20m、50m等。4.1.2.1 種子罐容積和臺(tái)數(shù)的確定種子罐容積的確定:接種量按10%計(jì)算，則種子罐容積為 v種子=v發(fā)酵 10%=2300.1=23m種子罐個(gè)數(shù)的確定：種子罐作為二級(jí)發(fā)酵設(shè)備是負(fù)責(zé)將一級(jí)種子進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)并隨后接入三級(jí)發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，故一般為便于生產(chǎn)一個(gè)三級(jí)發(fā)酵罐配套一個(gè)二級(jí)發(fā)酵罐，由前面運(yùn)算知應(yīng)需要2個(gè)三級(jí)發(fā)酵罐，故種子罐則也需要2個(gè)。4

42、.1.2.2 種子罐主要尺寸計(jì)算計(jì)算與發(fā)酵罐的尺寸計(jì)算類似v=v桶+2v封=23m v=0.785d2 2d+/12d=23 解出 d=2.325m，取d=2.4m=2400mm則h=2d=4.8m實(shí)際容積為v=0.78522.43+3.142.43/12=25.3m23m可以滿足工藝設(shè)計(jì)要求。4.1.2.3 種子罐型號(hào)的確定由上述計(jì)算可知，應(yīng)選用容積為30m的機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐作為種子罐。 4.2 輔助設(shè)備選型以薯干為原料生產(chǎn)檸檬酸是我國特有的檸檬酸粗料發(fā)酵工藝，原料預(yù)處理設(shè)備可全部采用國產(chǎn)定型的糧食及飼料處理機(jī)械，生產(chǎn)過程簡單、處理成本低、設(shè)備投資少。4.2.1 調(diào)漿桶的選型薯干漿的流量

43、為g=26.9kg/h,即v=g=26.91.66=16.20m/h。設(shè)料液滯留時(shí)間為30min。v有效=v=16.2030/60=8.1m設(shè)備數(shù)量的計(jì)算 n=v有效/(v單) 為填充系數(shù)，=70%；v單為單臺(tái)設(shè)備容積（m），v單=6m n=8.1/（670%）=1.93臺(tái)，取2臺(tái)根據(jù)以上計(jì)算，應(yīng)選用2個(gè)容積為6m的調(diào)漿罐。4.2.2 噴射加熱器的選型為保證營養(yǎng)不被破壞取停留時(shí)間為10s，物料流速取0.4m/s加熱器長度l l=vt=4 m蒸汽耗量流量g=26.9kg/h cp=3.92 kj/(kg) 溫度由50加熱到100，加熱蒸汽p=0.42mpa飽和蒸汽溫度145，干飽和蒸汽熱焓為65

44、4.34.18 kj/kg，比容v=0.45m/kg，100飽和蒸汽熱焓量為1004.18 kj/kg=2275.55 kg/h=5056.78（m/h）計(jì)損耗為10%則=5056.781.1=5562.46（m/h）進(jìn)氣管直徑計(jì)算：在此壓力下取氣速為45m/s，則進(jìn)氣管截面積a= 則 d=取無縫鋼管231mm3，則=219mm，可以滿足要求。進(jìn)料管直徑計(jì)算：同上面的計(jì)算方法=16.23m/h，物料流速取0.5m/s則截面積a=0.0090（m），d=0.107m取無縫鋼管129mm3，則=117mm，可以滿足要求。出料管直徑計(jì)算：=17.59m/h，物料流速取0.42m/s則a=0.012（m，d=0.122m取無縫鋼管144mm3，則=132mm，可以滿足要求。4.2.3 其它輔助設(shè)備磁力除鐵器 選用永磁滾筒,由進(jìn)料裝置、滾筒、磁芯、機(jī)殼和傳動(dòng)裝置等部分組成。磁芯由鍶鈣鐵氧體永久磁鐵和鐵隔板按一定順序排列成圓弧形并安裝在固定的軸上，形成多極頭開放磁路。磁芯圓弧表面與滾筒內(nèi)表面間隙小而均勻（一般小于2mm），滾筒由非磁性材料制成，外表面敷有無毒且耐磨的聚氨酯涂料作保護(hù)層，以延長使用壽命。滾筒通過蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，磁芯固定不動(dòng)。滾筒質(zhì)量小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。永磁滾筒能自動(dòng)地排除磁性雜質(zhì)，除雜效率高（98%以上），特別適合于除去粒狀物料中的磁性物質(zhì)。原料的粉碎裝置 選用