年產(chǎn)15000噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計

1、第一章 綜述1.1檸檬酸鈉簡介檸檬酸鈉，別名為枸櫞酸鈉，學(xué)名為2-羥基丙三羧酸三鈉，分子式：C6H5O7Na3·2H2O，相對分子質(zhì)量：29410，含有兩個分子的結(jié)晶水，白色立方系結(jié)晶或者粉末，無嗅清涼味咸；易溶于水，不溶于乙醇，常溫下狀態(tài)穩(wěn)定，在潮濕空氣中微有潮解性，屬無毒品，加熱至150失去結(jié)晶水。水溶液為弱堿性。聯(lián)合國糧農(nóng)與世界衛(wèi)組織對其每日允許攝入量不作任何限制，被認(rèn)為無毒品。目前，檸檬酸鈉的根據(jù)原料和工藝的不同大致有如下幾種生產(chǎn)工藝：檸檬酸-純堿法、鈣鹽一步法（復(fù)分解法）、中和法、檸檬酸-小蘇打法、發(fā)酵法。工業(yè)上生產(chǎn)檸檬酸鈉的傳統(tǒng)工藝過程是：先用硫酸對檸檬酸鈣進(jìn)行酸解，通過

2、雙管法判斷酸解終點(diǎn)，再進(jìn)行過濾、脫色及離子交換，得到檸檬酸。將檸檬酸與碳酸鈉進(jìn)行中和反應(yīng)，即得到檸檬酸鈉。該生產(chǎn)工藝生產(chǎn)成本高、周期長、副產(chǎn)品硫酸鈣及二氧化碳不能有效利用，造成環(huán)境污染。檸檬酸鈉是目前工業(yè)上最重要的一種檸檬酸鹽，用途極其廣泛，可用于食品、醫(yī)藥、環(huán)保、電鍍和釀造等行業(yè)，安全無毒、金屬離子絡(luò)合能力強(qiáng)、易降解等。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)有十幾家企業(yè)生產(chǎn)，年產(chǎn)量約1O萬t；市場需求量逐年增加，1999年出口254萬t；2 0 0 0年出口32 8萬t，同比出口量年增長225%，2001年出口量達(dá)37萬t1。1874年首次從檸檬汁中提出檸檬酸并結(jié)晶成固體；1913年首次實(shí)現(xiàn)利用黑曲霉發(fā)酵生

3、成檸檬酸。由于社會的環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng)，有學(xué)者利用發(fā)酵原理進(jìn)行檸檬酸鈉的生產(chǎn)，該工藝無污染，成本低，生產(chǎn)周期視發(fā)酵時間而定。其基本原理為：由淀粉水解液或糖質(zhì)原料在適宜的條件下由酶的作用得到混合發(fā)酵清液，將發(fā)酵清液經(jīng)過離子樹脂交換，再用氫氧化鈉溶液洗脫吸附的檸檬酸，所得清液經(jīng)濃縮結(jié)晶而獲得檸檬酸鈉。隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，檸檬酸鈉工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,全世界檸檬酸鈉產(chǎn)量已達(dá)3×105噸。在檸檬酸發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，由于高產(chǎn)菌株的應(yīng)用和新技術(shù)的不斷開拓，檸檬酸發(fā)酵和提取收率都有明顯提高，每生產(chǎn)1t檸檬酸分別消耗2.52.8t糖蜜,2.22.3t薯干粉或1.21.3t蔗糖。人們正在大力開發(fā)固定化細(xì)

4、胞循環(huán)生物反應(yīng)器發(fā)酵技術(shù)。1.2 檸檬酸鈉的性質(zhì)及用途檸檬酸鈉的性質(zhì)檸檬酸鈉是目前最重要的檸檬酸鹽，它不僅大量用于糖果、飲料、化妝品、抗凝血劑等的制造生產(chǎn)，目前檸檬酸鈉的生產(chǎn)工藝主要由淀粉等糖類物質(zhì)經(jīng)發(fā)酵生成檸檬酸，再跟堿類物質(zhì)中和而產(chǎn)生，具有多種獨(dú)特的優(yōu)良性能，且無污染2。（1）安全無毒的性能。由于制備檸檬酸鈉的原料基本來源于糧食，因而絕對安全可靠，對人類健康不會產(chǎn)生危害。聯(lián)合國糧農(nóng)與世界衛(wèi)生組織對其每日攝人量不作任何限制，可認(rèn)為該品屬于無毒品。（2）金屬離子絡(luò)合能力強(qiáng)。檸檬酸鈉對Ca2+、Mg2+等金屬離子具有良好的絡(luò)合能力，對其他金屬離子，如Fe2+等離子也有很好的絡(luò)合能力。（3）良好的

5、緩沖性能。檸檬酸鈉是一種弱酸強(qiáng)堿鹽，與檸檬酸配伍可組成較強(qiáng)的pH緩沖劑，因此在某些不適宜pH大范圍變化的場合有其重要用處。另外，檸檬酸鈉還具有優(yōu)良的穩(wěn)定性能。（4）溶解性大，并且其溶解性隨水溫升高而增加。（5）生物降解性。檸檬酸鈉經(jīng)自然界大量的水稀釋后，部分變成檸檬酸，兩者共存于同一體系中。檸檬酸在水中經(jīng)氧、熱、光、細(xì)菌以及微生物的作用，很容易發(fā)生生物降解。檸檬酸鈉的用途檬酸鈉具有上述多種優(yōu)良的性能，使得其具有十分廣泛的用途。在食品方面檸檬酸鈉用作食品添加劑，需求量最大，主要用作調(diào)味劑、緩沖劑、乳化劑、膨脹劑、穩(wěn)定劑（使用量0.2-0.3）和防腐劑等；檸檬酸鈉常與檸檬酸配伍，用作各種果醬、果凍

6、、果汁、飲料、冷飲、奶制品、糕點(diǎn)、乳酪和熟火腿等的營養(yǎng)增補(bǔ)劑，膠凝劑及風(fēng)味劑，用量約2g/Kg。在用于食品加工時，應(yīng)正確調(diào)節(jié)其pH值。在醫(yī)藥方面，檸檬酸鈉的用途也很廣泛。利用檸檬酸根與鈣離子能形成可溶性絡(luò)合物的特性，可用作抗凝血劑和輸血劑，保存和加工血制品。檸檬酸鈉作為防腐劑，用于保存糖漿等藥物。檸檬酸鈉注射時和甲鹽一樣，用于矯正血液、體液及尿液的酸度，作為化痰劑、利尿劑化痰劑等3。檸檬酸鈉作為防腐劑，用于保存糖漿等藥物。檸檬酸鈉與別的試劑配伍，可用于提取、純化動物肝臟核糖核酸4。檸檬酸鈉的水溶性好，分散污垢能力和抗再沉積能力強(qiáng)，軟化水質(zhì)效果好等特點(diǎn)，被選作磷酸三鈉替代品，生產(chǎn)無磷洗衣粉。尤其

7、適用于制造液體洗滌助劑。隨著環(huán)保工業(yè)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)無磷洗衣劑的大量使用，無疑促進(jìn)檸檬酸鈉的生產(chǎn)和發(fā)展。檸檬酸鈉在水中經(jīng)氧、熱、光、細(xì)菌和微生物作用很容易發(fā)生生物降解 ，其分解途徑一般是經(jīng)烏頭酸 、衣康酸、檸康酸酐，轉(zhuǎn)化為CO和水，因此含檸檬酸鈉的洗滌廢水可直接排放 ，而不會在環(huán)境中積累 ，造成污染。檸檬酸鈉-檸檬酸緩沖液用于煙氣脫硫5。我國煤炭資源豐富，是構(gòu)成能源的主要部分，然而一直缺乏有效的煙氣脫硫工藝，導(dǎo)致大氣SO2污染嚴(yán)重。目前，我國SO2年排放量已近4000萬噸，研究有效的脫硫工藝，實(shí)為當(dāng)務(wù)之急。檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液由于其蒸氣壓低、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對SO2吸收率高等原因，是

8、極具開發(fā)價值的脫硫吸收劑。含檸檬酸鈉的液體洗滌劑還具有其他的優(yōu)良性能，如有的含檸檬酸鈉專用清洗劑對某些金屬器具無腐蝕性，因而可專門用于清洗貴重的精密儀器等；有的含檸檬酸鈉專用洗滌劑清洗器具后，金屬表面光亮如新，而且，清洗后的廢液經(jīng)過處理能再生重復(fù)利用，降低了洗滌成本6。此外，檸檬酸鈉還應(yīng)用于電鍍、攝影藥品、鍋爐水處理等行業(yè)，檸檬酸鈉可作為緩凝劑加入混凝土中，以提高水泥制品的抗拉、抗壓及抗凍性能，在陶瓷工業(yè)上，檸檬酸鈉作為助磨添加劑7。今年又開發(fā)出釀造、照相行業(yè)等新用途，進(jìn)一步拓展了檸檬酸鈉的應(yīng)用領(lǐng)域。檸檬酸鹽市場令人樂觀，尤其是洗滌助劑等新用途的開發(fā)，使得檸檬酸鈉產(chǎn)品市場年需求量以8%-12%

9、速度遞增。1.3 檸檬酸鈉的生產(chǎn)方法由于以檸檬酸為原料生產(chǎn)檸檬酸鈉的工藝技術(shù)仍屬傳統(tǒng)的間歇反應(yīng)工藝；結(jié)合我國年產(chǎn)40萬噸檸檬酸的大國地位，探討出從檸檬酸發(fā)酵清液出發(fā)，采用電子計算機(jī)程序控制，將原料處理、提純等加工工序連續(xù)化的新型生產(chǎn)工藝，以進(jìn)一步提高檸檬酸鈉的產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，擴(kuò)大出口創(chuàng)匯，是檸檬酸鈉生產(chǎn)企業(yè)今后研究的方向。依據(jù)生產(chǎn)原料和工藝的不同，檸檬酸鈉的生產(chǎn)方法主要有以下幾種8：（1）檸檬酸-純堿法。該工藝是將純堿在加熱攪拌下溶于水中，加入檸檬酸繼續(xù)升溫至85-90，pH控制在6.8左右。中和反應(yīng)完成后加入適量的活性炭，煮沸脫色后過濾，濃縮所得濾液即可得到檸檬酸鈉

10、,是目前各工業(yè)企業(yè)普遍采用的生產(chǎn)方法。該生產(chǎn)工藝顯著降低生產(chǎn)成本，但是反應(yīng)過程中的pH值要隨時用酸或堿調(diào)節(jié)，防止二氧化碳大量的產(chǎn)生，應(yīng)該按照工藝要求嚴(yán)格控制。（2）鈣鹽一步法。在G-2活化劑存在下，將碳酸鈉溶液加熱至80，再加入檸檬酸鈣，反應(yīng)30分鐘，利用檸檬酸鈣與純堿混合發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而獲取檸檬酸鈉，最佳工藝條下檸檬酸鈣的轉(zhuǎn)化率在99.7，檸檬酸鈉的產(chǎn)率達(dá)到98.6。該生產(chǎn)工藝簡化了生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)成本，消除大量硫酸鈣對環(huán)境的污染；但是反應(yīng)溫度應(yīng)控制好，必須使用G-2活化劑。（3）中和法。該生產(chǎn)工藝是最早研究開發(fā)的生產(chǎn)工藝。將檸檬酸溶于水，加入氫氧化鈉溶液中，發(fā)生中和反應(yīng)并產(chǎn)生大量的熱，

11、經(jīng)過濾濃縮結(jié)晶干燥等工序處理得到成品。本生產(chǎn)方法工藝簡單，產(chǎn)品純度好；但生產(chǎn)成品高，限于用于燒堿資源來源豐富的地區(qū)。（4）檸檬酸-小蘇打法。本法是采用高品質(zhì)的小蘇打溶于水后與檸檬酸中和，經(jīng)過榮所結(jié)晶等工序處理得檸檬酸鈉。其特點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)品質(zhì)量好，二氧化碳的產(chǎn)生緩和，中間過程容易控制，工藝操作性好。（5）發(fā)酵法。由淀粉或糖質(zhì)原料在適宜的條件下由酶的發(fā)酵作用得到混合發(fā)酵清液，將發(fā)酵清液經(jīng)過離子樹脂交換，再用氫氧化鈉溶液洗脫吸附的檸檬酸，所得清液經(jīng)濃縮結(jié)晶而獲得檸檬酸鈉。此工藝無污染，成本低，生產(chǎn)周期視發(fā)酵時間而定。1.4 本設(shè)計所采用的生產(chǎn)工藝本設(shè)計介紹以黑曲霉深層發(fā)酵生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)、薯干

12、為原料生產(chǎn)檸檬酸鈉的生產(chǎn)工藝,并結(jié)合目前較為先進(jìn)的提純技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)量的檸檬酸鈉產(chǎn)品?；竟に嚍椋河墒砀芍瞥傻牡矸鬯庖涸谶m宜的溫度、pH等條件下由黑曲霉的深層發(fā)酵作用得到混合發(fā)酵清液，發(fā)酵清液主要是檸檬酸，將發(fā)酵清液經(jīng)過濾、離子樹脂交換后，再用氫氧化鈉溶液中和，所得清液經(jīng)真空濃縮、結(jié)晶而獲得檸檬酸鈉。 發(fā)酵機(jī)理淀粉水解液或糖質(zhì)原料生成檸檬酸的生化過程中，由糖變成丙酮酸的過程與酒精發(fā)酵相同,亦即通過E-M途徑（雙磷酸己糖途徑）進(jìn)行酵解，然后丙酮酸進(jìn)一步氧化脫羧生成乙酰輔酶A，乙酰輔酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸縮合成為檸檬酸并進(jìn)入三羧酸循環(huán)途徑。 檸檬酸是代謝過程中的中間產(chǎn)

13、物。在發(fā)酵過程中,當(dāng)微生物的烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶活性很低，而檸檬酸合成酶活性很高時，才有利于檸檬酸的大量積累。 生產(chǎn)工藝 本設(shè)計以薯干為原料，將薯干制成淀粉水解液，在溫度2830、pH 24及一定的通風(fēng)量等條件下，由黑曲霉D353在密閉發(fā)酵罐中深層發(fā)酵60小時，發(fā)酵液經(jīng)過濾濾除大顆粒未發(fā)酵的原料和菌絲體，再經(jīng)精濾去除較大徑粒的雜質(zhì)及沉淀物，活性炭脫色后直接將發(fā)酵清液進(jìn)入弱堿性陰離子交換柱吸附和交換檸檬酸，再用檸檬酸檸檬酸銨緩沖溶液洗脫易碳化合物9，并用稀鹽酸解析10，11，得到的檸檬酸稀溶液分別用732型陽離子交換樹脂和315型陰離子交換樹脂去除帶正、負(fù)電荷的雜質(zhì)離子，得到高純度的檸檬

14、酸溶液9，用氫氧化鈉溶液中和檸檬酸，所得清液經(jīng)真空濃縮、提純后獲得高質(zhì)量檸檬酸鈉12。生產(chǎn)工藝流程如下圖1.1所示：原料（薯干）預(yù)處理 （淀粉水解液） 發(fā)酵種子 空氣 配料 種子培養(yǎng)基 空氣進(jìn)化系統(tǒng) 種子培養(yǎng)基 種子罐 分過濾器 發(fā)酵培養(yǎng)基 深層發(fā)酵罐 分過濾器 發(fā)酵液 過濾、精濾活性炭 脫色 弱陰離子交換樹脂（吸附、交換）檸檬酸檸檬酸銨緩沖溶液 洗脫易碳化合物 稀鹽酸 洗脫 732型陽離子交換樹脂、315型陰離子交換樹脂氫氧化鈉溶液 中和真空濃縮、結(jié)晶成品檸檬酸鈉圖1.1 檸檬酸鈉生產(chǎn)工藝圖因此檸檬酸鈉的生產(chǎn)過程分為檸檬酸的生產(chǎn)發(fā)酵和提取兩部分。檸檬酸發(fā)酵有固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵3

15、種方法13。本設(shè)計采用黑曲霉深層發(fā)酵，深層發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的主體設(shè)備是發(fā)酵罐。微生物在這個密閉容器內(nèi)繁殖與發(fā)酵，現(xiàn)多采用通用發(fā)酵罐。它的主要部件包括罐體、攪拌器、冷卻裝置、空氣分布裝置、消泡器，軸封及其他附屬裝置。發(fā)酵罐徑高比例一般是1:2.5，應(yīng)能承受一定的壓力,并有良好的密封性。除通用式發(fā)酵罐外，還可采用帶升式發(fā)酵罐、塔式發(fā)酵罐和噴射自吸式發(fā)酵罐等。本設(shè)計采用噴環(huán)式好氧發(fā)酵罐充分利用0.0050015MPa壓縮空氣，可以解決發(fā)酵通氣裝置中氣泡直徑隨通氣增加而增大的難題利用混合攪拌乳化裝置使深層發(fā)酵液中的氧得以有效利用。雖然黑曲霉菌對原料要求不高發(fā)酵前原料不需經(jīng)過離子交換因而簡化了發(fā)酵前的處理

16、設(shè)備；但是由于大量纖維等雜質(zhì)存在，造成設(shè)備龐大，提取后處理過程中固體物料多，操作條件不好，物料損失大。因此就有個原料精細(xì)化的問題，即應(yīng)先將薯干（發(fā)酵原料）制成淀粉后，作為檸檬酸的發(fā)酵原料，一方面可減少固體物料處理量，使之易于操作，另一方面還可綜合利用這些作物中的其他組分。本設(shè)計在溫度為2830、pH 為24及一定的通風(fēng)條件下生產(chǎn)檸檬酸。檸檬酸的發(fā)酵因菌種、工藝、原料而異，但在發(fā)酵過程中還需要掌握一定的溫度、通風(fēng)量及pH值等條件。黑曲霉適合在2830時產(chǎn)酸。溫度過高會導(dǎo)致菌體大量繁殖，糖被大量消耗以致產(chǎn)酸降低，同時還生成較多的草酸和葡萄糖酸；溫度過低則發(fā)酵時間延長。黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸要求低pH

17、，最適pH為24，這不僅有利于生成檸檬酸，減少草酸等雜酸的形成，同時可避免雜菌的污染。檸檬酸發(fā)酵要求較強(qiáng)的通風(fēng)條件，有利于在發(fā)酵液中維持一定的溶解氧量。通風(fēng)和攪拌是增加培養(yǎng)基內(nèi)溶解氧的主要方法。隨著菌體生成，發(fā)酵液中的溶解氧會逐漸降低，從而抑制了檸檬酸的合成。采用增加空氣流速及攪拌速度的方法，使培養(yǎng)液中溶解氧達(dá)到60飽和度對產(chǎn)酸有利。在發(fā)酵過程中，發(fā)酵條件控制都是非常重要的，檸檬酸生成和菌體形態(tài)有密切關(guān)系，若發(fā)酵后期形成正常的菌球體，有利于降低發(fā)酵液粘度而增加溶解氧，因而產(chǎn)酸就高；若出現(xiàn)異狀菌絲體，而且菌體大量繁殖，造成溶解氧降低，使產(chǎn)酸迅速下降。發(fā)酵液中金屬離子的含量對檸檬酸的合成有非常重要

18、的作用,過量的金屬離子引起產(chǎn)酸率的降低, 由于鐵離子能刺激烏頭酸水合酶的活性，從而影響檸檬酸的積累。因此，在發(fā)酵生產(chǎn)過程中應(yīng)該按照生產(chǎn)的要求，嚴(yán)格控制好生產(chǎn)條件，防止有毒、有害、副產(chǎn)物等的產(chǎn)生，促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物檸檬酸的生成。本設(shè)計采用離子交換樹脂法提純檸檬酸，生物工業(yè)中最常用的交換劑為離子交換樹脂，廣泛用于提取氨基酸、有機(jī)酸、抗生素等小分子生物制品。在提取過程中，生物制品從發(fā)酵液中吸附在離子交換樹脂上，然后在適宜的條件下用洗脫劑將吸附物從樹脂上洗脫下來，達(dá)到分離、濃縮、提純的目的。檸檬酸發(fā)酵所用原料為薯干經(jīng)原料預(yù)處理的淀粉水解液，因含有大量金屬離子，必須應(yīng)用離子交換樹脂脫鐵、鈣后方能使用。然而微量

19、的鋅、銅離子又可以促進(jìn)產(chǎn)酸。發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸后其發(fā)酵液中尚含有各種雜質(zhì)，必須采取一系列物理及化學(xué)方法進(jìn)行提純處理，目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中采用的提純工藝大都是鈣鹽沉淀法。發(fā)酵液經(jīng)菌絲過濾后，通過活性炭吸附14后再經(jīng)過離子交換樹脂吸附和交換檸檬酸，再用氫氧化鈉溶液中和，所得清液在真空下濃縮、結(jié)晶。第二章 工藝計算2.1物料衡算本設(shè)計以薯干為原料，將薯干制成淀粉水解液，在溫度2830、pH 24及一定的通風(fēng)量等條件下，由黑曲霉D353在密閉發(fā)酵罐中深層發(fā)酵60小時，發(fā)酵液經(jīng)過濾濾除大顆粒未發(fā)酵的原料和菌絲體，再經(jīng)精濾去除較大徑粒的雜質(zhì)及沉淀物，活性炭脫色后直接將發(fā)酵清液進(jìn)入弱堿陰離子交換柱吸附，并用稀鹽

20、酸解析，得到的檸檬酸稀溶液分別用陰、陽離子交換樹脂離子交換樹脂去除帶正、負(fù)電荷的雜質(zhì)離子，用氫氧化鈉溶液中和檸檬酸，所得清液經(jīng)真空濃縮、提純后獲得高質(zhì)量檸檬酸鈉。依據(jù)該生產(chǎn)工藝，本設(shè)計中檸檬酸鈉的生產(chǎn)流程如下：原料預(yù)處理(糖化)發(fā)酵過濾離子交換樹脂中和濃縮、結(jié)晶成品。各生產(chǎn)工序生產(chǎn)條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下： 原料：薯干年產(chǎn)量：100000t/a檸檬酸鈉發(fā)酵周期：60小時年生產(chǎn)天數(shù)：300天薯干粉含淀粉：72%淀粉糖化轉(zhuǎn)化率：95%產(chǎn)酸率：14%板框過濾收率：97%真空抽濾收率：95%結(jié)晶收率：90%離子交換樹脂吸附率：90%(86%99%)檸檬酸鈉轉(zhuǎn)化率：98%工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)

21、模：100000t/a檸檬酸折鈉（2）生產(chǎn)方法：外加耐高溫-淀粉酶液化，深層液體發(fā)酵，（3）生產(chǎn)天數(shù)：每年300天；（4）食用99.5%無水檸檬酸日產(chǎn)量：91625.44÷300=305.42t，取整數(shù)為306t；（5）食用99.5%無水檸檬酸年產(chǎn)量：306×300=91800t；（6）產(chǎn)品質(zhì)量：國際食用檸檬酸99.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），實(shí)際產(chǎn)率98%，副產(chǎn)品約占2%；（7）薯干粉成分：含淀粉量 70%，水分13%；（8）-淀粉酶用量：8U/g原料；（9）操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率98.5%，糖酸轉(zhuǎn)化率95%，提取階段分離收率95%，精制階段收率98%，倒罐率1%則其得率為；產(chǎn)酸率

22、（即糖發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率）13%；發(fā)酵周期75h，發(fā)酵溫度（351），發(fā)酵通風(fēng)量10V/(V發(fā)酵液h)。總物料衡算以天作為計算基準(zhǔn)：檸檬酸鈉每天產(chǎn)量：100000/300=333.33(噸)（取335噸）檸檬酸每天提純量：335×192/(90%×98%×294.1)=247.96(噸)檸檬酸每天產(chǎn)量：247.96/(90%×97%×95%)=298.98(噸)發(fā)酵液每天消耗量：298.98/14%=2135.58(噸)淀粉經(jīng)調(diào)漿后進(jìn)行糖化，將糖化后的糖液稀釋至20%(糖含量)，則薯干每天消耗量為：2135.58×20%×162/

23、(95%×72%×180)=562(噸)每克干物質(zhì)添加酶活力為2000U/g的酶制劑，每克干物質(zhì)添加量8U,則-淀粉酶每天耗量：562×8/2000=2.248(噸)糖化酶活力為2000U/g,使用量為150g/g原料，糖化酶每天消耗量：562×150/2000=42.15(噸)每噸產(chǎn)品薯干耗量：562/50=11.24（噸/噸產(chǎn)品)年產(chǎn)15000噸檸檬酸鈉物料衡算表（表2.1）：表2.1 年產(chǎn)15000噸檸檬酸鈉物料衡算表物料名稱每日耗量（噸）每月(25天)耗量（噸）每年耗量（噸）薯干56214050168600每噸產(chǎn)品薯干耗量11.24（噸）發(fā)酵液2

24、135.5853389.5640674檸檬酸鈉335(日產(chǎn)量)8375(月產(chǎn)量)100500(年產(chǎn)量)續(xù)表2.1檸檬酸29898(日產(chǎn)量)7398.75(月產(chǎn)量)88785(年產(chǎn)量)-淀粉酶2.24856.2674.4糖化酶42.151053.7512645發(fā)酵車間物料衡算發(fā)酵車間物料流向如圖所示(以天作為計算基準(zhǔn))：發(fā)酵 發(fā)酵液 發(fā)酵醪液 接種每天發(fā)酵液消耗量318.7噸，接種量按10%接種，每天接種量為：318.710%=31.87(噸)假設(shè)發(fā)酵罐清洗水用量為發(fā)酵液量的5%，發(fā)酵醪液量為：318.7×(1+10%)×(1+5%)=368.1(噸)清洗水用量：318.7&

25、#215;(1+10%)×5%=17.5(噸)發(fā)酵液中干物質(zhì)含量為：93.2/318.7=29.24%由發(fā)酵工廠設(shè)計概論附錄中查得，發(fā)酵液密度約為1.125g/cm3,則每日消耗發(fā)酵液體積為：318.7/1.125=283.3(m3)設(shè)發(fā)酵罐的裝料系數(shù)為0.8，則所需發(fā)酵罐的總體積為：283.3/0.8=254.125(m3)取公稱容積為100m3的發(fā)酵罐，每組安裝4個同型號發(fā)酵罐，公稱容積為100m3的發(fā)酵罐的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭容積為9.02 m3，發(fā)酵罐實(shí)際容積為：100+2×9.02=118 m3。實(shí)際發(fā)酵年產(chǎn)量為：富余量： 發(fā)酵罐臺套數(shù)：N=取3組套發(fā)酵罐（一套備用），每

26、日清洗發(fā)酵罐4個。發(fā)酵車間物料衡算表（表2.2）：表2.2 發(fā)酵車間物料衡算表物料名稱每天耗量（噸）每月（25天）耗量（噸）每年耗量（噸）發(fā)酵液318.77967.595610接種量31.87796.759561清洗水用量17.5437.55250發(fā)酵醪液368.19202.51104302.1.3 過濾工段物料衡算過濾工段物料流向如圖所示(以天作為計算基準(zhǔn))： 清洗水 過濾 發(fā)酵醪液 濾液 濾渣過濾工段包含板框過濾過程和真空抽濾過程，根據(jù)本設(shè)計的生產(chǎn)工藝，兩次過濾發(fā)酵醪液，將大分子物質(zhì)和未發(fā)酵雜質(zhì)除去。根據(jù)板框過濾機(jī)的原理，過濾時洗滌板進(jìn)水口關(guān)閉，洗滌時進(jìn)料口關(guān)閉，因而清洗水不會進(jìn)入濾液。假

27、設(shè)濾渣的清洗水為發(fā)酵醪液的40%，發(fā)酵醪液中大分子等濾渣耗量為10%，則濾渣清洗水量：368.1×40%=147.24(噸)濾渣量：368.1×10%=36.81(噸)根據(jù)物料守恒，濾液量為：368.1-36.81=331.3(噸)過濾后，濾液中檸檬酸含量：44.61×97%×95%=41.11(噸)過濾工段檸檬酸損失量：44.61-41.11=3.5(噸)過濾工段物料衡算表（表2.3）：表2.3 過濾工段物料衡算表物料名稱每日消耗（噸）每月（25天）消耗（噸）每年消耗（噸）發(fā)酵醪液368.19202.5110430濾渣清洗水147.2436814417

28、2濾渣量36.81920.2511043續(xù)表2.3（產(chǎn)生）濾液331.38282.599390檸檬酸（損失）3.587.510502.1.4 離子交換吸附及解析工段物料衡算過濾工段物料流向如圖下所示(以天作為計算基準(zhǔn))：離子交換 濾液 清液 稀鹽酸 解析 濾渣本設(shè)計采用弱堿性陰離子交換樹脂對檸檬酸進(jìn)行吸附提純，并用檸檬酸-檸檬酸銨除去易碳化合物，較純凈的檸檬酸直接用稀鹽酸進(jìn)行解析，不再需要用離子交換樹脂進(jìn)行轉(zhuǎn)型，解析后的溶液分別用732型陽離子交換樹脂和315型陰離子交換樹脂去除帶正、負(fù)電荷的雜質(zhì)離子，得到高純度的檸檬酸溶液。濾液中檸檬酸含量：44.61×97%×95%=4

29、1.11(噸)離子交換樹脂吸附率為90%，吸附檸檬酸的質(zhì)量為：41.11×90%=37(噸)假設(shè)吸附用1：3的稀鹽酸進(jìn)行解析，解析過程無檸檬酸損失，則解析后解析液中檸檬酸的含量為37噸，稀鹽酸的消耗量為：37×3=111(噸)吸附過程檸檬酸損失量為：41.11-37=4.11(噸)解析后的含檸檬酸清液經(jīng)732型陽離子交換樹脂和315型陰離子交換樹脂去除帶正、負(fù)電荷的雜質(zhì)離子，清液質(zhì)量為：37+111（1-10%）=136.9(噸)離子交換樹脂吸附及解析工段物料衡算表（表2.4）：表2.4 離子交換樹脂吸附及解析工段物料衡算表物料名稱每日消耗（噸）每月（25天）消耗（噸）每年

30、消耗（噸）濾液331.38282.599390檸檬酸（提純量）3792511100檸檬酸（損失量）4.11102.751233稀鹽酸111277533300（除雜后）清液量136.93422.541070 中和工段物料衡算中和工段物料流向如圖所示： 氫氧化鈉溶液 中和 清液 中和液檸檬酸與氫氧化鈉溶液中和過程桉1：3比例進(jìn)行中和反應(yīng)(以天作為計算基準(zhǔn))：C6H8O7+3NaOHC6H5O7Na3+3H2O中和用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的稀氫氧化鈉，氫氧化鈉的消耗量為： 37×120/（192×20%）=115.63(噸)產(chǎn)水量：37×54/192=10.41(噸)中和轉(zhuǎn)化

31、過程產(chǎn)率為98%，無水檸檬酸鈉的產(chǎn)生量為：37×258.1×98%/192=48.74(噸)檸檬酸損失量：37×（1-98%）=0.74（噸）根據(jù)物料衡算，中和液總量為：136.9+115.63=252.53(噸)中和工段物料衡算表（表2.5）：表2.5 中和工段物料衡算表物料名稱每日耗量（噸）每月（25天）耗量（噸）每年耗量（噸）清液136.93422.541070氫氧化鈉稀溶液115.632890.7534689無水檸檬酸（產(chǎn)量）48.741218.514622檸檬酸（損失）0.7418.5222產(chǎn)水量10.41260.253123中和液252.536313.

32、2575759 濃縮工段物料衡算濃縮工段物料流向如圖下圖所示(以天作為計算基準(zhǔn))：濃縮 中和液 濃縮液 水假定濃縮過程無檸檬酸鈉損失，濃縮液中檸檬酸鈉的含量為48.74噸，為能提高濃縮效率，減少熱量損失，本設(shè)計采用逆流三效濃縮設(shè)備對溶液進(jìn)行濃縮，假設(shè)濃縮液中檸檬酸鈉的濃度為70%，則濃縮液質(zhì)量為：48.74/70%=69.65(噸)濃縮蒸發(fā)水量為：252.53-69.65=182.88(噸)濃縮工段物料衡算表（表2.6）：表2.6 濃縮工段物料衡算表物料名稱每日耗量（噸）每月（25天）耗量（噸）每年耗量（噸）中和液252.536313.2575759濃縮液69.651741.2520895蒸發(fā)

33、水量182.88457254864 結(jié)晶工段物料衡算結(jié)晶工段物料流向如圖下圖所示：結(jié)晶 濃縮液 濕晶體 母液（含檸檬酸鈉）以天作為計算基準(zhǔn)，濕晶體中二水檸檬酸鈉的含量為50噸，設(shè)濕晶體含水量為10%，則濕晶體的總質(zhì)量為：50×(1+10%)=55(噸)根據(jù)物料衡算，結(jié)晶母液總質(zhì)量為：69.65-55=14.65(噸)母液中檸檬酸鈉的含量為：48.76×（1-90%）=4.876(噸)假定干燥過程使用噴霧干燥系統(tǒng)，無晶體損失，則成品二水檸檬酸鈉生產(chǎn)量為50噸，蒸發(fā)水量為5噸。結(jié)晶及干燥工段物料衡算表（表2.7）表2.7 結(jié)晶及干燥工段物料衡算表物料名稱每日（噸）每月（25天）

34、（噸）每年（噸）濃縮液耗量69.656313.2575759續(xù)表2.7母液14.65366.254395檸檬酸鈉（損失）4.876121.91462.8二水檸檬酸鈉（產(chǎn)量）50125015000（干燥）去水量512515002.2 熱量衡算本設(shè)計中原料液的糊化、糖化，發(fā)酵罐的滅菌及原料液的滅菌，濃縮過程需要外接進(jìn)行供熱，對于規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)采用直接蒸汽進(jìn)行供熱，本設(shè)計中各需供熱過程才用直接蒸汽進(jìn)行加熱。2.2.1糖化車間熱量衡算 本設(shè)計采用罐式連續(xù)蒸煮工藝，混合后漿液應(yīng)用噴射液化器使?jié){液迅速由20升高至90進(jìn)行糊化和糖化，一級噴射和二級噴射處理，再經(jīng)噴射121 高溫滅菌，進(jìn)入發(fā)酵罐進(jìn)入發(fā)酵階段，以

35、天作為計算基準(zhǔn)。原料漿液中淀粉含量：617.64×0.72/2135.58=20.8%原料漿液的平均熱容為：C=C淀粉x+C水（1-x） 式中：x漿液中淀粉含量；C淀粉 純淀粉在平均溫度下的熱容 C淀粉=1.55KJ/(Kg·)； C水 純水在平均溫度下的熱容 C淀粉=4.181KJ/(Kg·)；原料液的平均熱容為：C=1.55×0.208+4.181×（1-0.208）=3.66 KJ/(Kg·)采用壓力為0.4MPa 、121飽和水蒸氣加熱，排出蒸汽為121，水蒸氣汽化潛熱為2205 KJ/Kg，糊化及糖化過程耗熱量：WD=3.6

36、6×2135.58×103×（90-20）=5.47×108（KJ）加熱蒸汽耗量：mD=5.47×108/2205=2.48×105（Kg）=248(噸)一般蒸汽滲漏量為總蒸汽5%，蒸汽實(shí)際耗量為：248/（1-5%）=261.05（噸）一級噴射過程:一級噴射溫度一般在98-100之間（取100），噴射總物料量2135.58噸，一級噴射耗熱量：W14=3.66×2135.58×103×（100-20）=6.25×108（KJ）經(jīng)一級噴射處理的料液流經(jīng)層流罐（溫度為80），進(jìn)行二次噴射處理。二次噴

37、射處理溫度一般為120-128（取120），則，二次噴射耗熱量：W24=3.66×2135.58×103×（120-80）=3.13×108（KJ）噴射過程總耗熱量：W= W14+ W24=6.25×108+3.13×108=9.38×108（KJ）一般蒸汽滲漏量為總蒸汽5%，噴射過程蒸汽實(shí)際耗量為：9.38×108/（1-5%）×2205=447.79（噸）滅菌過程熱量衡算1.空罐滅菌過程： 查得20的水的比熱容Cp=4.181 kJ/(kg ),=998.2 kg/m3 滅菌過程用121飽和水蒸氣 排

38、出蒸汽為121，水蒸氣汽化熱為2205 kJ/kg發(fā)酵罐罐體體積為200m3，設(shè)發(fā)酵罐所選材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，罐體重量為17.15 t,冷排管重3 t，不銹鋼1Cr18Ni9Ti的比熱容為0.5 kJ/(kg )，滅菌用0.1Mpa（表壓）水蒸氣滅菌，罐體由20升溫至121，水蒸汽用量為：W11=（17150+3000）×0.5×（121-20）/2205=461.4 Kg/罐滅菌過程熱損失：發(fā)酵罐罐外壁溫度為70，其輻射與對流系數(shù)為： =33.9+0.19×（70-20）=43.4 kJ/(h·m2·K)設(shè)空罐滅菌時間為1.5小

39、時，公稱直徑為100 m3的發(fā)酵罐表面積為100.48 m2，耗用水蒸氣用量為：W21=1.5×100.48×43.4×（70-20）/2205=148.3 Kg/罐罐壁附著水升溫至121，設(shè)壁附著洗滌水的平均厚度為1mm,水升溫所消耗水蒸氣量：W31=100.48×0.001×1000×（121-20）×4.181/2205=19.23 Kg/罐一般蒸汽滲漏量為總蒸汽消耗量的5%，空罐滅菌時蒸汽消耗量： W01=（461.4+148.3+19.23）/0.95=661.6 Kg/罐空罐滅菌過程產(chǎn)熱量 Q0=661.6

40、15;2205=1.46×106 KJ/罐冷卻水進(jìn)口溫度為10，出口溫度為20，冷卻水消耗量為： L01=1.46×106/(20-10)×4.181=34.9 噸/罐每天空罐滅菌加熱蒸汽耗量: W1=4 W01=4×661.6=2646.4（Kg/天）每日空罐滅菌加熱蒸汽產(chǎn)熱量：Q0=4×1.46×106=5.84×106 （KJ/天）每日空罐滅菌冷卻水耗量：L1=34.9×4=139.6（噸/天）2.實(shí)際滅菌過程設(shè)每次滅菌時間為3h,每日需要的輸送物料流量為 318.7 噸物料滅菌所用蒸汽為：W12=318.7

41、×1000×3.627×（121-20）/2205=1.17×108（KJ）一般蒸汽滲漏量為總蒸汽消耗量的5%，物料滅菌時蒸汽消耗量： W02=1.17×108/（0.95×2205）=55.85(噸 )實(shí)際物料滅菌蒸汽產(chǎn)生熱量為：Q2=55.85×1000×2205=1.23×108 （KJ） 冷卻水進(jìn)口溫度為10，出口溫度為50，冷卻水消耗量為：L2=1.23×108/（50-10）×4.181=735.5（噸/天）實(shí)際滅菌消耗加熱水蒸氣量：W= W01+ W02=55.85+2.

42、6464=58.5（噸/天）實(shí)際滅菌消耗水蒸氣用量：L=L1+L2=139.6+735.5=875.1（噸/天）濃縮過程熱量衡算濃縮過程水分蒸發(fā)量為182.88噸，濃縮液中檸檬酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%，濃縮過程中和液溫度由室溫20升至100，濃縮液比熱容近似取為水的比熱4.181 kJ/(kg )，則濃縮過程產(chǎn)熱量：Q3=252.53×1000×（100-20）+182.88×1000×2258.77=4.98×108 （kJ）濃縮過程蒸汽消耗量：4.98×108 /2205=225.85（噸）濃縮過程蒸汽損失量一般為5%，實(shí)際蒸汽耗量為

43、：225.85/（1-5%）=237.74（噸）各工段加熱蒸汽及冷卻水耗量衡算表（表2.8）：表2.8 各工段熱量及耗冷量衡算表名稱每日（噸）每月（25天）（噸）每年（噸）糊化、糖化蒸汽耗量38.63965.7511589噴射過程蒸汽耗量66.36165919908滅菌過程蒸汽耗量58.51462.517550物料滅菌過程蒸汽耗量55.851396.2516755空罐滅菌蒸汽耗量2.646466.16793.92滅菌過程冷卻水耗量875.121877.5262530濃縮過程蒸汽耗量237.745943.5713222.3 無菌空氣耗量計算發(fā)酵過程無菌空氣耗量設(shè)發(fā)酵罐深層發(fā)酵平均通氣量為0.18

44、vvm，發(fā)酵周期60小時，每年每罐發(fā)酵120個周期，則：單罐發(fā)酵無菌空氣耗氣量：V1=100×0.8×0.18×60= 864（m3/h）單個發(fā)酵罐無菌空氣年耗量: V2=864×120×60=6.25×106 (m3/年)單批發(fā)酵無菌空氣年耗量: V2=4×864×120×60=2.5×107 (m3/年)發(fā)酵過程無菌空氣年耗量：Va=2.5×107 ×2=5.0×107 （m3/年） 種子罐無菌空氣耗量種子罐通氣量為0.9vvm，培養(yǎng)時間60h,接種量為10%

45、種子培養(yǎng)基裝料系數(shù)為80%，選取種子罐容積為10 m3，查發(fā)酵工廠設(shè)計概論，種子罐內(nèi)徑為1800mm,罐柱高3600mm.根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選取適合的攪拌器及冷卻裝置（采用夾套冷卻系統(tǒng)），設(shè)備材料依據(jù)發(fā)酵罐材質(zhì)選擇合金鋼，各部件依據(jù)發(fā)酵罐設(shè)計選型進(jìn)行選擇，壁厚去8mm。為滿足生產(chǎn)需求，取種子罐套數(shù)與發(fā)酵罐套數(shù)相同（3套，一套備用），每套4個種子罐。每日種子罐使用量為4個，單個種子罐無菌空氣耗量： 10×0.8×0.9×60=432（m3/h）單個種子罐年用氣量：432×60×120=3.11×106（m3/年）種子罐年用氣量為：3.11

46、×106 ×4×2=2.5×107 （m3/年）發(fā)酵車間無菌空氣單耗總用氣量：V=5.0×107+2.5×107=5.25×107 （m3/年）根據(jù)設(shè)計計算，實(shí)際發(fā)酵年產(chǎn)量為：發(fā)酵車間無菌空氣單耗：5.25×107/19993=2.63×103（m3/噸產(chǎn)品）發(fā)酵車間無菌空氣消耗衡算（表2.9）：表2.9 發(fā)酵車間無菌空氣消耗衡算表名稱每日用氣（m3）每月（25天）用氣（m3）每年用氣（m3）單個發(fā)酵罐2.08×1045.2×1066.25×106發(fā)酵車間8.4×1

47、042.1×1065.25×107單個種子罐1.04×1042.6×1053.11×106無菌空氣單耗2.63×103（m3/噸產(chǎn)品）第三章 設(shè)備工藝計算3.1糖化車間設(shè)備工藝計算調(diào)漿罐工藝計算（1）材質(zhì)選擇發(fā)酵液常溫下無腐蝕性，可采用碳鋼制作，可降低投資成本。(2)幾何尺寸計算調(diào)漿罐兼有攪拌溶解的作用，取平蓋，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭封底，帶攪拌器。假定每個發(fā)酵罐配置一個調(diào)漿罐，則漿液體積283.3/4=70.83（m3）取筒高為H=2D，則0.785D2×2D+（/24）D3=70.83 D=3.47（m）圓整后取D=3.6（m）封

48、頭高度為0.9米，封頭容積為：/（24×3.63）=6.1（m3）實(shí)際體積為：0.785×3.6×3.6×7.2+6.1=79.35（m3）調(diào)漿罐高度：3.6×2+0.9=8.1（m）實(shí)際體積大于70.83，能滿足生產(chǎn)需要。（3）攪拌功率計算糖化罐攪拌器軸功率可用下式進(jìn)行計算：P=3.5d5n3a/102攪拌速度：n=1.5r/min攪拌器直徑：d=3.6/3=1.2m溶液比重：=1000Kgf/m3=102.1N/ m3攪拌器檔數(shù)：a=2轉(zhuǎn)換系數(shù)：102攪拌器功率：P=3.5×1.25×1.53×102.1

49、15;2/102=58.8（KW）電機(jī)附加消耗系數(shù)為1.5，傳動率取0.9，電動機(jī)軸功率： 58.8×1.5/0.9=98（KW）查機(jī)械手冊選擇合適的電動機(jī)4臺。調(diào)漿罐設(shè)備配置（表3.1）：表3.1 調(diào)漿罐設(shè)備參數(shù)表調(diào)漿罐材質(zhì)碳鋼攪拌器軸功率58.8KW調(diào)漿罐直徑3.6m電動機(jī)功率98KW調(diào)漿罐高度8.1m調(diào)漿罐數(shù)4個 3.2發(fā)酵車間設(shè)備工藝計算發(fā)酵罐主要尺寸計算發(fā)酵罐公稱容積為100 m3，則 V全=V筒+2V封，封頭折邊忽略不計，則有 V全=0.785D2×2D+D3/24×2=118 H=2D 得 直徑D=4.009m 取整 D=4m 由發(fā)酵工廠設(shè)計概論附錄

50、一表15中查得：封頭高度 H封=1000+50=1050mm驗(yàn)算全容積：V=0.785×16×8+×64/12+0.785×16×0.05×2=118.44 m3V全= V 驗(yàn)算合格 攪拌器主要尺寸計算機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種型式，根據(jù)發(fā)酵特點(diǎn)及菌體特征選用六彎葉渦輪攪拌器15。該攪拌器的各部尺寸與罐徑D有一定的比例關(guān)系，主要尺寸計算如下：攪拌器葉徑Di=D/3=4/3=1.33m (取d=1.3m)葉寬 B=0.2d=0.2×1.3=0.26m弧長l=0.375d=0.375×1.3=0.49m底距 C

51、= D/3=4/3=1.3m盤徑di=0.75Di=0.75×1.3=0.98m葉弦長L=0.25d=0.25×1.3=0.33m葉距 Y=D=4m彎葉板厚=12mm取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50 m3罐，攪拌器直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min，以等P0/V為基準(zhǔn)放大求得 N2= N1 (D1/D2)2/3= 110 (1.05/1.3)2/3=95r/min=1.58r/s 攪拌器軸功率計算淀粉水解糖液為低濃度溶液可視為牛頓流體，Rem=1.3×1.3×1.58×1000/(1.004×10-3)=2.66×

52、106>10000 視為湍流則攪拌基準(zhǔn)數(shù)Np=4.7不通氣是攪拌器功率P0： P01=NpN3d5= 4.7×1.583×1.35×1000=68.83（KW）兩檔攪拌 P=2 P01=2×68.83=137.7（KW）通氣時軸功率：Pg=2.25×10-3×( P2Nd3/Q0.08)0.39 通氣量Q=0.18×100×0.8=16m3/min=1.44×107ml/min Q0.08=3.74Pg=2.25×10-3×( 137.72×95×1303/3

53、.74)0.39=110.1（KW） 電動機(jī)功率計算電機(jī)采用三角皮帶傳動1=0.92，滾動軸承2=0.99，滑動軸承3=0.98，端面密封增加的功率為1%，則電機(jī)功率： P電=1.01Pg/(123)= 1.01×110.1/(0.92×0.99×0.98)=124.6（KW）查相關(guān)機(jī)械手冊，選擇合適的電動機(jī)8臺。發(fā)酵罐冷卻面積計算為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按照發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的季節(jié)設(shè)計計算冷卻面積。實(shí)發(fā)酵液中每立方米發(fā)酵液每小時傳給冷卻管的最大熱量為4.18×6000KJ/（m3·

54、h）。發(fā)酵采用恒溫發(fā)酵，發(fā)酵溫度30，采用豎式列管換熱器進(jìn)行冷卻，冷卻水進(jìn)口溫度20，冷卻水出口溫度25，每罐發(fā)酵量81.8立方米，豎式列管換熱器傳熱系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值：K=4.18×500 KJ/（m3·h·）平均溫差：tm=（10-5）/ln2=7.2()換熱面積：S=4.18×6000×81.8/（4.18×500×7.2）=136.4（m2）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計（1）空氣分布器：對于通風(fēng)較小的發(fā)酵罐，應(yīng)加環(huán)型或直管型空氣分布器，對通風(fēng)較大的發(fā)酵設(shè)備，則使用單管通風(fēng)，由于進(jìn)風(fēng)速度高，又有渦輪板阻擋。本設(shè)計發(fā)酵罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)

55、管設(shè)計見后續(xù)計算。進(jìn)化無菌空氣壓力0.4MPa，空氣流量為864 m3/h，通風(fēng)量Q=864/3600=0.24（m3/s）現(xiàn)通風(fēng)狀態(tài)為常溫下20，利用氣態(tài)方程換算至工作狀態(tài)下的風(fēng)量：q=0.24×0.1（273+30）/（0.4×293）=0.062（m3/s）取風(fēng)速為20m/s,通風(fēng)截面積：F氣=0.062/20=0.0031（m2）進(jìn)氣管直徑：d氣=（m）設(shè)發(fā)酵醪液流速為1 m/s，每罐排料時間為2小時，發(fā)酵醪液體積81.8立方米，則物料體積流量：81.8/(3600×2)=0.0114（m3/s）排料管截面積：F料=0.0114/1=0.0114（m2）排料管直徑：d料=（m）因通風(fēng)管也是排料管，故兩者去大值。取d=133×4mm的無縫管，可滿足本設(shè)計的生產(chǎn)工藝要求。排料時間復(fù)核，管道截面積：F=0.785×0.125×0.125=0.0123（m2）排料時間：t=（0.0114×2）/（0.123×1）=1.85（小時）（2）擋板：擋板的作用是加強(qiáng)攪拌作用，促進(jìn)流體上下翻動和控制流型，防止產(chǎn)生漩渦而降低混合與溶氧效果。本設(shè)計罐內(nèi)有豎式冷卻蛇管和扶梯，故不設(shè)擋板。（3）密封方式：本設(shè)計發(fā)酵罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。（4）冷卻管布