年產(chǎn)10萬噸12°啤酒發(fā)酵車間（工廠）設計1

巢湖學院課程設計報告題目：年產(chǎn)10萬噸12°啤酒發(fā)酵車間〔工廠〕設計Annualoutputof100000tonsof12°beerfermentationplant(plant)design 學院化學化工與生命科學學院專業(yè)生物工程

課程設計成績評定表學生姓名：學號：10008054專業(yè)班級：10級生物工程課程設計題目：年產(chǎn)10萬噸12°啤酒發(fā)酵車間〔工廠〕設計課程設計報告評語：課程設計總評成績指導老師〔簽字〕：年月日課程設計任務書2021-----2021學年第一學期化學化工與生命科學學院學院10生物工程專業(yè)設計題目：年產(chǎn)10萬噸12°啤酒發(fā)酵車間〔工廠〕設計完成期限：自2021年10月14日至2021年11月14日共四周參照啤酒的原料及輔料等的國家標準，以及食品企業(yè)通用衛(wèi)生標準，污水綜合排放標準等。本次生產(chǎn)主要是進行年產(chǎn)100000t啤酒發(fā)酵工廠設計。設計的主要進行：1、設計生產(chǎn)能力為100000t。2、生產(chǎn)方法本設計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→離心別離→枯燥→篩選→→成品檸檬酸3.原料和動力〔水、電、氣〕的供給情況(1).原料原料從當?shù)刂苯邮召?，當原料缺乏時可以從周邊地區(qū)收購，是到達生產(chǎn)用量?！?〕.動力1〕.用電：方案在廠區(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)供給，可滿足工廠生產(chǎn)及生活用水，供水有保障。本設計需要將相關(guān)的經(jīng)濟指標進行簡單的估算，通過生產(chǎn)本錢的估算將設計中的具體數(shù)值轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟指標，從經(jīng)濟方面再次修正相關(guān)設計。本設計采用完全混合活性污泥法特別適用于有機物含量高的污水處理，在適宜的濃度范圍內(nèi)對與微生物毒性物質(zhì)可以有優(yōu)良的去除效果。完成設計說明書：1張CAD平面設計圖紙：圖1-1生產(chǎn)工藝流程示意圖1張CAD平面設計圖紙：圖1-2廠區(qū)總平面設計進度安排〔1〕2021年12月1-2日完成開題報告?！?〕2021年12月3-5日查閱相關(guān)資料?！?〕2021年12月8-25日完成設計的撰寫和圖紙的繪制〔4〕2021年12月25-30日修改設計目錄第一章緒論·············································111.1檸檬酸的性質(zhì)和用途·································111.2檸檬酸的來源和開展情況·····························11第二章生產(chǎn)工藝········································122.1生產(chǎn)方法···········································122.2工藝流程···········································132.3操作工藝···········································13原料的處理···································13發(fā)酵工序·····································13醪液處理工序·································14提取工序·····································14精制工序·····································14第三章工藝計算·········································153.1物料衡算···········································15工藝技術(shù)指標及根底數(shù)據(jù)·······················16原料消耗計算·································16發(fā)酵醪量的計算·······························16接種量的計算·································17液化醪量的計算·······························17成品檸檬酸···································18年產(chǎn)5000噸一水檸檬酸總物料衡算··············183.2熱量衡算···········································19液化熱平衡計算·······························19發(fā)酵過程中蒸汽耗量的計算·····················20發(fā)酵過程中冷卻水耗量的計算···················21發(fā)酵過程中無菌空氣耗量的計算·················22生產(chǎn)本錢及利潤估算···························23第四章設備選型··········································24······································24發(fā)酵罐的選型·································24種子罐的選型·································274.2輔助設備選型·······································28調(diào)漿桶的選型·································28噴射加熱器的選型·····························31其它輔助設備·································31第五章全廠車間布置概況··································325.1廠址選擇···········································32廠址選擇的一般性原那么·························32本設計的廠址選擇·····························325.2車間布置···········································33車間布置的根本原那么和要求·····················33本設計的車間布置·····························345.3發(fā)酵廠衛(wèi)生問題·····································35第六章廢物處理··········································356.1發(fā)酵工廠污染概況···································356.2檸檬酸工廠的“三廢〞處理····························36檸檬酸發(fā)酵有機廢水的處理·····················37檸檬酸發(fā)酵廢氣的處理·························38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··········································41附圖··············································42摘要本次設計主要是進行年產(chǎn)5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠設計。本設計針對5000噸檸檬酸工程的需要，進行了廠區(qū)平面設計、產(chǎn)品方案及工藝確實定、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)噸。為了保障生產(chǎn)順利進行，還進行了水、電、氣的衡算和三廢的治理。關(guān)鍵字：檸檬酸工廠設計效益分析生產(chǎn)工藝AbstractThisisdesignedforanannualoutputof50000tonsofcitricacidfermentationplantdesign.Thisdesignaccordingtotheneedsofproject50000tonsofcitricacid,thefactorygraphicdesign,productschemeanddefinethetechnologyofmaterialbalancecalculations,etc.Intheproductionprocess,theliquidfermentationtechnologydeepcitricacidfermentedproduction,annualoutputis5000tons,annualproduction300days,thedailyproductionof152.71tons.Inordertoensureproductionrunningsmoothly,butalsoforthewater,electricity,gascalculationand"threewastes"management.Keywirds:Citricacidplantdesignefficiencyanalysisofproductionprocess第一章緒論本設計采用薯干原料發(fā)酵，只需將薯干磨成粉，加水調(diào)漿，直接參加少量α－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、鈣等的無機鹽，選用的黑曲霉C0527對這些成分不敏感,故不必對原料做這方面的預處理。本設計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)比擬流行的生產(chǎn)方法，有著大量的實際經(jīng)驗，易于操作，風險小。

由于本設計為發(fā)酵車間的設計，著重于車間的工藝計算、設備選型。通過全廠物料衡算、車間熱量衡算，確定發(fā)酵車間主要設備發(fā)酵罐、種子罐的設計和選型以及全廠及車間布置。

本設計還包括發(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〔citricacid〕，學名為2-羥基-丙烷三羧酸，結(jié)構(gòu)為分子量：192.14，是一種重要的有機酸。無色晶體，常含一分子結(jié)晶水，無臭，有很強的酸味，易溶于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質(zhì)常用來鑒定和別離檸檬酸。結(jié)晶時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。檸檬酸具有宜人風味、高的水溶性和強的金屬螯合力，長期以來占據(jù)食用酸味劑70%左右的市場份額，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〕。檸檬酸在化學技術(shù)上可作化學分析用試劑，用作實驗試劑、色譜分析試劑及生化試劑；用作絡合劑，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，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90年代初，國外還有人發(fā)現(xiàn)檸檬酸參加混凝土中可作為一種“減水劑〞，并能提高混凝土的凝固強度?？梢哉J為，檸檬酸早已成為現(xiàn)代食品、醫(yī)藥業(yè)、日化行業(yè)及其他行業(yè)的通用原料。1.2檸檬酸的來源和開展情況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，從而進行了工業(yè)化生產(chǎn)。直到20世紀初，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，因而推動世界檸檬酸工業(yè)的迅速開展，也成為了檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的主要工藝。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80年代，由于出口的需要，我國的檸檬酸生產(chǎn)開展迅速，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)酸菌種具有其獨到的特點，生產(chǎn)本錢較低，在國際市場具有較強的競爭力。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年已到達約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)工藝設計以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、枯燥得到檸檬酸。2.2工藝流程根本過程為：在接收糖漿后，根據(jù)糖漿組成作適當?shù)奶幚砘蚺渲疲涑砂l(fā)酵原料，進行連續(xù)殺菌并冷卻后，進入發(fā)酵罐，參加菌種和凈化壓縮空氣后進行發(fā)酵；發(fā)酵液經(jīng)升溫、過濾處理后，進入中和罐，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，并參加活性炭進行脫色；然后，通過帶式過濾機過濾、酸解過濾，除去及廢炭；酸解過濾液經(jīng)離子交換處理后，進行蒸發(fā)、濃縮，再進行結(jié)晶；結(jié)晶后，用離心機進行固液別離，對得到的濕檸檬酸晶體進行枯燥與篩選，最后得到成品檸檬酸。(見附圖1)原料的處理根據(jù)發(fā)酵的要求，對薯干原料，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，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)，以保護設備。然后進入粗粉碎機，將薯干先軋成1-3cm大小的小塊，以提高磨粉機的效率，便于物料的輸送。粗碎后，由斗式提升機提送至中間粉倉，由粉倉落入磨粉機粉碎，粉碎后進入粉倉再經(jīng)計量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時參加淀粉酶升溫液化。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間。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，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、攪拌情況下，進行發(fā)酵或培養(yǎng)。在發(fā)酵培養(yǎng)過程中，對罐溫、罐壓、通風量、攪拌轉(zhuǎn)速等實行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測原糖消耗情況、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，及時調(diào)整控制發(fā)酵工藝過程，以獲得最正確工藝產(chǎn)酸率或種罐菌活力，一般經(jīng)66小時〔種罐約25小時〕培養(yǎng)，大罐在殘?zhí)侵笜?、產(chǎn)酸情況到達放罐條件即可放罐；種罐菌活力及菌群數(shù)量達標后，即可移種。在發(fā)酵或陪種過程的定期檢測中，假設發(fā)現(xiàn)異常情況，如染菌等，應針對具體情況及時處理，對中、前期染菌，可加大種量形成主菌群生長優(yōu)勢，或及時罐實消，補入適當營養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時可加強監(jiān)控，提前放罐；對倒罐等應予滅菌排放處理，并認真查找原因，進一步強化滅菌操作中的各個環(huán)節(jié)。醪液處理工序檸檬酸發(fā)酵完成后，應即時進行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設備利用率，增設醪液貯罐，通過熱交換器，及時將醪液加熱至80℃后進入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過濾機，除掉固形物及菌體殘渣，將清醪液泵入下道工序。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℃下進行中和。碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機送入車間，經(jīng)無級調(diào)速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反響均勻，經(jīng)終點檢測合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過濾機中，將固體檸檬酸鈣從懸浮液中別離出來，為滿足玉米原料及薯干原料生產(chǎn)工藝的雙重要求，中和帶式過濾機用特定的加長、強洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時的中和洗糖要求及成品的指標控制，又熱水或酸解液調(diào)漿，濃硫酸由酸堿站泵入，再計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進行過濾，清洗液即酸解液收集用于調(diào)漿，硫酸鈣運至渣場綜合利用，檸檬酸酸解送至精制工段。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)與結(jié)晶在提純?nèi)芤哼M入蒸發(fā)局部前，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)晶器進行結(jié)晶。以確定產(chǎn)品〔一水成品或無水產(chǎn)品〕，再經(jīng)別離將檸檬酸晶粒從液相中別離出來，液相在別離后分別放至各級母液貯罐，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，晶體送往枯燥機。枯燥與包裝從離心機別離出來的濕檸檬酸晶粒被送到流化床枯燥器，根據(jù)生產(chǎn)品種控制枯燥空氣、溫度及冷卻空氣量進行枯燥，排空經(jīng)濕式旋風別離器處理排放，枯燥后的檸檬酸晶粒通過傳送裝置運到篩選機，不合格顆粒被篩選分出來，溶解后返回到結(jié)晶系統(tǒng)，檸檬酸成品進行定量、包裝，存放。第三章工藝計算3.1物料衡算工藝技術(shù)指標及根底數(shù)據(jù)①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；②生產(chǎn)天數(shù)：每年300天；③④產(chǎn)品質(zhì)量：國際食用檸檬酸質(zhì)量分數(shù)99.5%，實際產(chǎn)率98%，副產(chǎn)品約2%；⑤薯干粉成分：含淀粉量70%，水分13%;⑥α-淀粉酶用量：8U/g原料；⑦操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率98.5%，糖轉(zhuǎn)化率95%，提取階段別離回收率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〔35±1〕℃，發(fā)酵通風量10V/〔V發(fā)酵液·h〕原料消耗計算(以一頓成品檸檬酸為基準)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)會檸檬酸分會制定的“檸檬酸行業(yè)統(tǒng)計方法〞①生產(chǎn)無水檸檬酸的總化學反響式：(C6H10O5)n+nH2O+3n/2O2=nC6H8O7+2nH2O162192X1000②生產(chǎn)1000㎏99.5%無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量：X=1000×162÷192×99.5%=839.53㎏③生產(chǎn)1000㎏99.5%無水檸檬酸所需實際淀粉消耗量：X÷﹙98.5%×95%×95%×98%×99%﹚=973.4㎏④生產(chǎn)1000㎏99.5%無水檸檬酸所需實際薯干粉原料消耗量：÷70%=1390.57㎏⑤α-淀粉酶消耗量：使用酶活力為20000U/g的α-淀粉酶使淀粉液化α×1000×8÷20000=0.56㎏發(fā)酵醪量的計算根據(jù)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率為13%：1000×99.5%÷〔95%×98%×13%﹚=8221.1㎏接種量的計算接種量為發(fā)酵醪量的10%，那么：÷〔10%+100%〕×10%=747.37㎏液化醪量的計算因為成熟蒸煮醪量為：8221.1-747.37-0.56=7473.17㎏÷×100%=18.6%÷×100%=13.03%蒸煮直接蒸汽加熱，采用連續(xù)液化工藝：操作流程：①混合后粉漿溫度為50℃，應用噴射液化器迅速使粉漿升溫至100℃。升溫后進入維持罐，使料液保溫20~30min以完成液化，進蒸汽壓力保持在0.3~0.4MPa表壓。②液化完成的醪液由板式換熱器降溫至〔35±1〕℃?zhèn)溆?。③調(diào)漿及液化滅菌時產(chǎn)生泡沫可用少量炮敵消泡。工藝計算：干物質(zhì)含量B0=70%的薯干原料比熱容為：C0×0)=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=B1C01)CW=13.03%×2.13+(1.0-13.03%)×4.18=3.91kJ/(kg?℃)CW—水的比熱容取4.18kJ/(kg?℃)為簡化計算，定液化醪的比熱容在整個過程中維持不變。經(jīng)噴射液化器前的液化醪量為X：X+X××(100-50)÷×4.18)=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。成品檸檬酸÷÷〔95%×d年產(chǎn)5000噸一水檸檬酸總物料衡算〔即對生產(chǎn)4581.272t/a99.5%無水檸檬酸的薯干原料檸檬酸廠進行計算〕①檸檬酸成品××②原料薯干用量×15.583〔日產(chǎn)總量〕÷×根據(jù)以上計算，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980副產(chǎn)品20薯干原料淀粉α-淀粉酶發(fā)酵醪接種量成熟蒸煮醪116.454薯干漿量表3-15000t/a檸檬酸廠物料衡算表3.2熱量衡算液化熱平衡計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100℃Q=3.91kJ/(kg·℃)××(100-50)℃發(fā)酵過程中蒸汽耗量的計算①計算公式整個生產(chǎn)過程采用蒸汽加熱，蒸汽耗用量計算公式為：式中：η————為蒸汽的熱效率，取η=95%；I————汽化潛熱。②根底數(shù)據(jù)在28℃下，查的：淀粉的比熱容為1.55kJ/(kg·℃)；水的比熱容為4.174kJ/(kg·℃)；加熱蒸汽的熱焓為2549.5kJ/(kg·℃)；加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為1250.60kJ/(kg·℃)那么日耗調(diào)漿用水量為：3÷×100%=95.0%淀粉濃度為5.0%××95.0%=4.04kJ/(kg·℃)③生產(chǎn)過程中蒸汽耗量的計算⑴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，進塔溫90℃，滅菌130℃每罐的初始體積180m3，除糖濃度是13g/100ml,滅菌前培養(yǎng)基含糖量為19%，其數(shù)量為180×13%÷滅菌過程中用0.3MPa，蒸汽I=2725.3kJ/kg,由維持罐〔90℃〕，進入連消塔加熱至130℃，糖液比熱容4.04kJ/(kg·℃)。÷消毒滅菌用蒸汽量為D==3200㎏/h=3.2t/h；×3×4=38.4t；所有用罐滅菌及相關(guān)管道滅菌用蒸汽量，據(jù)經(jīng)驗取培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量的10%，那么D1⑵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算：ω+0.0010t)×——比熱容kJ/kg·℃ω——檸檬酸質(zhì)量分數(shù)，ω=÷×100%=12.2%t——溫度，℃帶入上式，得：××35)×4.19=3.96kJ/kg·℃因此可得D6==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)基滅菌1152加熱發(fā)酵醪空罐滅菌合計=sum(B2:B4)=sum(C2:C4)=sum(D2:D4)7434表3-1發(fā)酵車間蒸汽衡算表發(fā)酵過程中冷卻水耗量的計算×6000kJ/m3·h,200m3的發(fā)酵罐一般裝料量為180m3〔填充系數(shù)為0.9〕，那么25m33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83077種子罐用水807758155合計=sum(B2:B3)91154=sum(C2:C3)=sum(D2:D3)表3-3發(fā)酵車間冷卻水衡算表發(fā)酵過程中無菌空氣耗量的計算①單個發(fā)酵罐耗用無菌空氣量計算公式：V=發(fā)酵罐體積×通氣速率×填充系數(shù)：發(fā)酵罐體積為200m3；通氣速率為0.18vvm；填充系數(shù)為60%那么V=200××3/h②單個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%那么V×3/h將發(fā)酵車間蒸汽衡算列表如下：設備名稱單罐每小時通氣量〔m3/h)單罐每日用氣量〔m3/d)單罐每年用氣量〔m3/a〕年總用量〔m3/a〕發(fā)酵罐155520311040種子罐3888077760總用量27648194400388800表3-4發(fā)酵車間無菌空氣耗用量衡算表生產(chǎn)本錢利潤估算檸檬酸的本錢估算〔每噸〕名稱單價〔元/kg〕用量〔kg〕金額〔元〕薯干14003640糖漿32碳酸鈣36硫酸48活性炭〔脫色〕92a-淀粉酶70紙箱42501000包裝〔瓶〕2000240合計以下均以年為單位，原料情況，銷售情況見表生產(chǎn)總費用：以下平安年計算用電：年耗電量x電費〔元〕=8190000x1=819萬元利潤估算表品名產(chǎn)品量原產(chǎn)量本錢費用銷售價格銷售收入利潤〔噸〕〔噸〕〔元/噸〕〔元/噸〕〔萬元〕〔萬元〕第四章設備選型發(fā)酵罐的選型發(fā)酵罐是整個工藝流程中最重要的一個設備。當前，我國檸檬酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機械渦輪攪拌通風發(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。生物反響發(fā)酵罐一般有20m3、30m3、50m3、60m3、75m3、150m3、200m3等，國內(nèi)一般為100-500m3，而國外那么都在400-500m3，最大可能為1000m3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)可能到達的發(fā)酵控制管理水平等，從生產(chǎn)的可靠性、可實施性等方面考慮，本設計擬采用放罐容積約200m3的新型通風發(fā)酵罐?，F(xiàn)以此類發(fā)酵罐進行設計選型。.1發(fā)酵罐容積和臺數(shù)確實定①發(fā)酵初糖濃度：由物料衡算可知，發(fā)酵液中檸檬酸的含量為16.403t/d，那么根據(jù)：C6H12O6→C6H8O7180192×180÷÷×100%=12%②生產(chǎn)能力的計算：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、進出物料等輔助操作時間〕。那么每天需糖液體積為V糖3。V糖×3設發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ=90%，那么每天需要發(fā)酵罐的總體積為V0〔發(fā)酵周期為48h〕。V0=V÷Φ÷3③發(fā)酵罐個數(shù)確實定：

現(xiàn)選擇公稱容積為200m3的六彎葉機械攪拌通風發(fā)酵罐為例，那么需要發(fā)酵罐的個數(shù)為N1。查資料知公稱容積為200m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為230m3，那么：每臺罐的產(chǎn)量為：200××13%××95%×發(fā)酵罐所需個數(shù)===1.972。取整為2。即需要公稱容積為200m3的發(fā)酵罐2個，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，日運轉(zhuǎn)×66÷其中發(fā)酵時間為66h，發(fā)酵操作時間為75h。.2發(fā)酵罐主要尺寸計算現(xiàn)按公稱容積200m3的發(fā)酵罐計算V=V桶+2V封=230m3,封頭〔上封口〕折邊忽略不計，那么V=2×2D+π/12×D3=230解方程得：D=5.009〔m〕取D=5m，H=10m；根據(jù)?發(fā)酵工廠設計概論?通用發(fā)酵罐系數(shù)表查得封頭高H=300mm從而定容積V=V桶+2V封=×2×53×53/12=229m3≈230m3從而滿足設計.3發(fā)酵罐冷卻面積計算×6000kJ/〔m3·×500kJ/〔m3·h·℃〕。35℃→35℃15℃→28℃207帶入得℃℃對公稱體積200m3的發(fā)酵罐，每次放2罐，每罐實際裝液量為：2換熱面積A=Q/〔K·Δtm×6000××500×2.4發(fā)酵罐攪拌器的計算采用六彎葉渦輪攪拌器①攪拌器尺寸盤徑d1葉距Y=D=5m彎葉板厚δ=12mm②轉(zhuǎn)速取四檔攪拌，攪拌速度N可根據(jù)50m3罐，攪拌器直徑1.05m，轉(zhuǎn)速n=110r/min,以等P1/N為放大標準放大求得N2=N1(D1/D2)2/3=80(r/min)③計算攪拌軸功率⑴雷諾數(shù)N--攪拌器轉(zhuǎn)速，為80/60=1.33r/sρ--醪液密度，為1050kg/m3μ×10-3N·s/m2代人數(shù)據(jù)2×××10-3×106＞104⑵不通氣時的攪拌軸功率P1P1=NpN3D5ρ×3×5×1050=168.849kW四檔功率那么為P=4P1=675.396kW⑶通氣時的攪拌軸功率P2式中：P12×105；D3×106；Q為通風量〔ml/min〕，通風比取0.11，那么Q=200×××106×107QP2×10-3××105×80××106/3.835)=482.326kW種子罐的選型種子罐采用的也是機械攪拌通風發(fā)酵罐。一般種子罐有5m3、20m3、50m3等。.1種子罐容積和臺數(shù)確實定①種子罐容積確實定:接種量按10%計算，那么種子罐容積為V種子=V發(fā)酵×10%=230×0.1=23m3②種子罐個數(shù)確實定：種子罐作為二級發(fā)酵設備是負責將一級種子進行擴大培養(yǎng)并隨后接入三級發(fā)酵罐中進行發(fā)酵，故一般為便于生產(chǎn)一個三級發(fā)酵罐配套一個二級發(fā)酵罐，由前面運算知應需要2個三級發(fā)酵罐，故種子罐那么也需要2個。.2種子罐主要尺寸計算計算與發(fā)酵罐的尺寸計算類似V=V桶+2V封=23m3V=2×2D+π/12×D3=23解出D=2.325m，取D=2.4m=2400mm實際容積為×2××3＞23m3可以滿足工藝設計要求。.3種子罐型號確實定由上述計算可知，應選用容積為30m3的機械攪拌通風式發(fā)酵罐作為種子罐。4.2輔助設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，原料預處理設備可全部采用國產(chǎn)定型的糧食及飼料處理機械，生產(chǎn)過程簡單、處理本錢低、設備投資少。調(diào)漿桶的選型①薯干漿的流量為G=26.9kg/h,即V=G÷ρ÷3/h。設料液滯留時間為30min。V有效=Vτ×3②設備數(shù)量的計算N=V有效/(φV單)φ為填充系數(shù)，φ=70%；V單為單臺設備容積〔m3〕，V單=6m3N=8.1/〔6×70%〕=1.93臺，取2臺根據(jù)以上計算，應選用2個容積為6m3的調(diào)漿罐。噴射加熱器的選型①加熱器長度LL=vt=4m②蒸汽耗量流量G=26.9kg/hCp=3.92kJ/(kg·℃)溫度由50℃加熱到100℃℃×4.18kJ/kg，比容v‘’3/kg，100℃飽和蒸汽熱焓量為100×4.18kJ/kg==2275.55kg/h=5056.78〔m3/h〕計損耗為10%那么×1.1=5562.46〔m3/h〕③進氣管直徑計算：在此壓力下取氣速為45m/s，那么進氣管截面積A=那么d=取無縫鋼管φ231mm×3，那么=219mm，可以滿足要求。④進料管直徑計算：同上面的計算方法3/h，物料流速取0.5m/s那么截面積A=0.0090〔m2取無縫鋼管φ129mm×3，那么=117mm，可以滿足要求。⑤出料管直徑計算：=3那么A=0.012〔m2﹚取無縫鋼管φ144mm×3，那么=132mm，可以滿足要求。其它輔助設備①磁力除鐵器選用永磁滾筒,由進料裝置、滾筒、磁芯、機殼和傳動裝置等局部組成。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。磁芯圓弧外表與滾筒內(nèi)外表間隙小而均勻〔一般小于2mm〕，滾筒由非磁性材料制成，外外表敷有無毒且耐磨的聚氨酯涂料作保護層，以延長使用壽命。滾筒通過蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，磁芯固定不動。滾筒質(zhì)量小，轉(zhuǎn)動慣量小。永磁滾筒能自動地排除磁性雜質(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)。②原料的粉碎裝置選用濕式粉碎機，主要包括：加料器、粉碎機和加熱器等幾局部。粉碎可采用一級或二級粉碎〔兩臺粉碎機串聯(lián)使用〕。濕式粉碎過程主要是分散微?；倪^程，可分為把顆粒團破碎、解集、潤濕、分散和穩(wěn)定等步驟。③帶式過濾機產(chǎn)品提取工序中采用過濾的方法除去發(fā)酵液中的及廢炭。帶式過濾機，又稱帶式壓榨過濾機，是由兩條無端濾帶纏繞在一系列順序排列、大小不等的輥輪上，利用濾帶間的擠壓和剪切作用脫除料漿中水分的一種過濾設備。具有結(jié)構(gòu)簡單，脫水效率高，處理量大，能耗少，噪聲低，自動化程度高，可以連續(xù)作業(yè)，易于維護等優(yōu)點，其本錢和運行費用比板框壓濾機降低30%以上。帶式過濾機的工作原理大體分為4個階段：⑴預處理階段。原始料漿的含固量一般很低，必須利用重力沉降或其他方式提高料漿濃度，以降低處理本錢。常用的預處理方式是：將濃縮后的污泥與高分子絮凝劑混合，物料在絮凝劑作用下，微細顆粒凝聚團狀，并初步沉淀，這是污泥上機脫水的準備條件。⑵重力脫水階段。將絮凝預處理后的污泥加到濾帶上，在重力的作用下，絮團之外的自由水便穿過濾帶濾出，降低了污泥的含水量。⑶楔形預壓脫水階段。污泥在重力脫水后開始進入楔形壓榨區(qū)段，濾帶間隙逐漸縮小，開始對污泥施加擠壓和剪切作用，使污泥再次脫水。經(jīng)過此階段后污泥流動性幾乎完全喪失，從而保證了在正常情況下污泥在壓榨脫水段不會被擠出。⑷壓榨脫水階段。污泥經(jīng)過精心設計的壓榨輥系的反復擠壓與剪切作用，脫去大量毛細作用水，使污泥水分逐漸減少，形成污泥濾餅，在重選濾帶分開處，濾餅被卸料刮刀刮下。卸料后濾布經(jīng)清洗進入下一下循環(huán)。④降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)是將料液自降膜蒸發(fā)器加熱室上管箱參加，經(jīng)液體分布及成膜裝置，均勻分配到各換熱管內(nèi)，在重力和真空誘導及氣流作用下，成均勻膜狀自上而下流動。流動過程中，被殼程加熱介質(zhì)加熱汽化，產(chǎn)生的蒸汽與液相共同進入蒸發(fā)器的別離室，汽液經(jīng)充分別離，蒸汽進入冷凝器冷凝〔單效操作〕或進入下一效蒸發(fā)器作為加熱介質(zhì)，從而實現(xiàn)多效操作，液相那么由別離室排出。設備主體由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效加熱器、別離器、熱壓泵、冷凝器、殺菌器、保溫管、料泵、水泵及儀表柜組成。本設備凡和物料接觸均用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作。序號設備名稱規(guī)格與型號臺數(shù)材料1發(fā)酵罐公稱容積200m3，φ5000mm21Gr18Ni9Ti鋼2種子罐公稱容積30m3，φ2400mm2A3鋼3預過濾器JLS-Yu-0452金屬鎳4蒸汽過濾器JLS-F-0352金屬鎳5金屬過濾器JLS-0452金屬鎳6液化醪泵IS80-50-2001機體鑄鐵7種子液輸送泵IS80-50-2002機體鑄鐵8發(fā)酵醪液輸送泵IS80-50-2002機體鑄鐵9自來水輸送泵IS80-50-2001機體鑄鐵10發(fā)酵醪貯罐311Gr18Ni9Ti鋼11調(diào)漿桶V=6m321Gr18Ni9Ti鋼12液化維持罐V=12m311Gr18Ni9Ti鋼表4-1年產(chǎn)5000t檸檬酸發(fā)酵車間設備一覽表第五章全廠車間布置概況5.1廠址選擇廠址選擇的一般性原那么①要符合所在地區(qū)工業(yè)布局以及產(chǎn)品供需安排的要求，符合城市規(guī)劃或工業(yè)區(qū)域規(guī)劃，按照國家有關(guān)法律、法規(guī)及建設前期工作的規(guī)定進行。②盡可能節(jié)約占地面積，少占或不占良田、耕地，充分利用所在地區(qū)的有利條件，避開或克服不利條件，充分利用當?shù)厝肆?、財力和自然資源，保護環(huán)境。③交通運輸條件比擬方便、經(jīng)濟，使企業(yè)接近原料、能源產(chǎn)地和產(chǎn)品消費區(qū)，消除不合理運輸，總體經(jīng)濟效益好，有利于加快國民經(jīng)濟開展和人民生活的提高。本設計的廠址選擇本設計“檸檬酸發(fā)酵車間〞只是個最初理論的設計，具有許多的局限性，具體廠址選擇還要結(jié)合檸檬酸行業(yè)特點和建廠方的自身經(jīng)濟條件，在此還無法給出具體的選址地址。5.2車間布置車間布置是工藝設計中的重要組成局部，它關(guān)系著整個車間的命運。即使有了先進的生產(chǎn)工藝流程及正確的設備選型和設計，而沒有合理的車間布置相配合，生產(chǎn)也難以正常、順利地進行，從而影響整個生產(chǎn)管理。車間布置的根本原那么和要求總平面布置必須貫徹國家的各項方針，政策，在符合放火，衛(wèi)生標準的前提下，盡可能節(jié)約用地，不占，少占農(nóng)田；減少勞動強度，節(jié)約建筑材料，使所建工廠形成布局合理，協(xié)調(diào)一致，生產(chǎn)井然有序，并與四周建筑群相互協(xié)調(diào)的有機整體。具體的原那么和要求包括以下幾點：①車間布置必須符合國家及行業(yè)的有關(guān)標準和規(guī)定，滿足衛(wèi)生、平安、GMP要求。如?工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準?、?工業(yè)“三廢〞排放試行標準規(guī)定?、?工業(yè)與民用通用設備電力裝備設計標準?等，以及廠址所在地區(qū)的開展規(guī)劃。②車間布置必須按設計任務書和選擇廠址報告進行設計，按不同的規(guī)模和類別結(jié)合周圍環(huán)境，布置上力求緊湊，節(jié)約用地。③車間布置必須符合生產(chǎn)流程的要求，原料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應順直、短捷，防止作業(yè)線的交叉和返回。因此，建、構(gòu)筑物廠房布置要做到功能分區(qū)明確，合理用地，結(jié)合廠址的地形合理選擇標高，順應等高線布置。如果地形坡度較大時，應采用階梯式布置，以減少平整場地土石方量和縮短車間之間距離。④車間布置應當將占地面積較大的生產(chǎn)主廠房布置在廠區(qū)中心地帶，以使其他部門為其提供配合效勞。在地形地質(zhì)受限制的條件下，應采取施工措施加以解決，既不能勉強追求方正，又不能遷就施工簡便，以免留有后患，長期影響生產(chǎn)經(jīng)營。⑤車間布置應充分考慮地區(qū)主風向的影響，以此合理布置各建、構(gòu)筑廠房及廠區(qū)位置，主風向由各地風玫瑰圖決定。生物工程工廠菌種各異，應防止環(huán)境染菌。廠內(nèi)生產(chǎn)區(qū)總有廢氣、廢水排出。為確保生活區(qū)、行政區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，衛(wèi)生區(qū)應處在生活區(qū)的下風向，而生產(chǎn)要求高的車間應處于上風向。⑥車間布置應遵從城市規(guī)劃的要求。面向城市交通干道方向做工廠的正面布置。正面的工廠建筑物應直線性布置，與城市建筑保持協(xié)調(diào)，以利于市容美觀整齊。本設計的車間布置車間布置設計的目的是對廠房的配置和設備的排列作出合理的安排，并決定車間，工段的長度，高度和建筑結(jié)構(gòu)形式，以及各車間之間與工段之間的相互關(guān)系。車間布置必須在充分調(diào)查的根底上，掌握必要的資料作為設計的依據(jù)或參考。這些資料包括：生產(chǎn)工藝流程圖〔見附圖1〕，物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)，設備資料，公用系統(tǒng)耗用量，土建資料和勞動平安，防火，防爆資料，車間組織及定員資料，有關(guān)廠區(qū)總平面布置的標準資料。在本設計中，檸檬酸全廠的布局參考了某公司車間的布局，在此根底上又做了一定的修補〔見附圖2〕。主要工序包括液化醪→發(fā)酵醪→發(fā)酵成熟醪→提取5.3發(fā)酵廠衛(wèi)生問題本設計的產(chǎn)品檸檬酸的一個重要用途就是用作食品添加劑，也就是相當于一種食品，因此在生產(chǎn)過程中的環(huán)境衛(wèi)生問題非常重要。衛(wèi)生設施的要求①食品工廠的車間備有通風設備，吸入空氣必須清潔新鮮，沒有通風設備要有氣窗，風帽自然通風。北方乳品車間有采曖設備，成品包裝應空闊，保持室溫22~24℃左右。②車間有充足照明，照明器不應安裝在原料或半成品及成品無蓋設備上。③車間內(nèi)有為設備、管道、工器具進行消毒的必要設備、工具。④生產(chǎn)車間入口應有洗滌去除身上、鞋上臟物的設施，車間內(nèi)有男女更衣室，浴室；成品包裝前應設消毒間，北方地區(qū)車間內(nèi)應設有廁所。第六章廢物處理6.1發(fā)酵工廠污染概況發(fā)酵工廠的污染物主要是廢水、廢渣、廢氣。也就是所謂的“工業(yè)三廢〞×108m3×108m3。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國藥廠每年排放的廢氣量〔標準狀態(tài)〕約10×108m3，其中含有害物質(zhì)約10萬噸；每天排放的廢水量約50萬噸；每年排放的廢渣量約為10萬噸，對環(huán)境的危害十分嚴重。近年來，通過工藝改革、回收和綜合利用等方法，在消除或減少危害性較大的污染物方面已經(jīng)做出了大量工作。用于治理污染的投資也逐年增加，各種治理污染的裝置相繼投入運行。然而，從總體上看，生物工程行業(yè)的污染仍然十分嚴重，治理的形勢相當嚴峻。發(fā)酵工廠是以糧食和農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料的加工工業(yè)，其主要廢渣、廢水來自于原料處理后剩下的廢渣，別離與提取主要產(chǎn)品后的廢母液、廢糟，以及生產(chǎn)過程中各種沖洗水、冷卻水。該類廢水成分復雜，處理起來相對難度較大。6.2檸檬酸工廠的“三廢〞處理2010年4月7日，國務院發(fā)布通知指出，將淘汰環(huán)保不達標的檸檬酸生產(chǎn)裝置。資料顯示，淘汰環(huán)保不達標的檸檬酸企業(yè)已不是什么新鮮的事情了，因為檸檬酸工業(yè)是環(huán)境污染的“大戶〞，在媒體報導也經(jīng)常會看到檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)被停產(chǎn)整頓的消息，環(huán)保問題也一直困擾著整個行業(yè)。我國檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)眾多，廠家遍布全國各地，2001年之前，檸檬酸企業(yè)的數(shù)量到達了最頂峰，多達120多家，其中不乏產(chǎn)能低下、污染嚴重的小型企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，目前檸檬酸生產(chǎn)中治理“三廢〞所需的費用約占生產(chǎn)本錢的1／3，因此“三廢〞治理好壞成為我國檸檬酸行業(yè)健康穩(wěn)定開展的關(guān)鍵因素。檸檬酸生產(chǎn)的“三廢〞治理主要有三大途徑：一是對“三廢〞采取合理有效的治理方法；二是改良合成工藝，將污染消滅在生產(chǎn)工藝過程中；三是對“三廢〞合理利用，變廢為寶。檸檬酸發(fā)酵有機廢水的處理在技術(shù)上已經(jīng)不存在問題，在裝置上已經(jīng)大部國產(chǎn)化。新型的厭氧反響器以其大容量、高負荷、耐沖擊、運行穩(wěn)定而被廣泛采用。而且，環(huán)保產(chǎn)業(yè)已從單純提供技術(shù)或承接工程，逐漸轉(zhuǎn)向全方位的效勞。從水樣分析、做可行性研究報告開始，到工程設計和總承包、調(diào)試、編寫文件、人員培訓和運行期間的效勞，給用戶帶來很大的便利。在檸檬酸行業(yè)中，荷蘭帕克公司、蘇州科技學院環(huán)保技術(shù)研究所、濟南十方公司等，都對檸檬酸有機廢水的處理作了大量深入的研究，完成了多項優(yōu)良的工程，獲得行業(yè)廣泛的好評。檸檬酸廢水處理技術(shù)按其作用原理和去除對象可分為物理法、化學法和生物法。物理法就是利用物理作用，別離廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理過程中不改變