年產(chǎn)15萬(wàn)噸檸檬酸提取車間設(shè)計(jì)

摘要檸檬酸是一種重要的醫(yī)藥化工產(chǎn)品，世界年消耗量已達(dá)130萬(wàn)噸。最近幾年由于中國(guó)檸檬酸生產(chǎn)工藝不斷改良，產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提高，在國(guó)際上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為全球最大的檸檬酸生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，目前中國(guó)檸檬酸產(chǎn)能已達(dá)120多萬(wàn)噸，約占全球的60%。隨著檸檬酸產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力增大，檸檬酸生產(chǎn)工藝的不斷改良,生產(chǎn)檸檬酸的企業(yè)數(shù)量開(kāi)始減少，企業(yè)的生產(chǎn)能力迅速擴(kuò)大。小型的企業(yè)由于沒(méi)有技術(shù)支撐，無(wú)法同大型企業(yè)相抗衡，在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。因此，對(duì)于較小的企業(yè)來(lái)說(shuō)，改良生產(chǎn)工藝已經(jīng)迫在眉睫。本設(shè)計(jì)采用玉米原料通過(guò)液體深層好氧發(fā)酵，得到檸檬酸發(fā)酵液，再通過(guò)鈣鹽離子提取法提取檸檬酸，再經(jīng)過(guò)精制工序得到無(wú)水檸檬酸。其中玉米的淀粉含量為65%，含水量在15%，蛋白質(zhì)含量在8%左右，選用的菌種為黑曲霉Co827，國(guó)內(nèi)比擬流行用此種生產(chǎn)方法。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)量15萬(wàn)噸的檸檬酸提取車間設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，重點(diǎn)論證液化、發(fā)酵、提取、精制等工段的設(shè)計(jì)理論及技術(shù)要求，著重于各個(gè)車間的工藝計(jì)算及設(shè)備的選型。通過(guò)物料衡算、熱量衡算，確定糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間的主要的糖化罐、發(fā)酵罐、種子罐、中和罐、脫色柱、離交柱、蒸發(fā)器、結(jié)晶罐、離心機(jī)的型號(hào)，以及提取車間的車間布局。關(guān)鍵詞：檸檬酸提取車間布局ABSTRACTCitricacidisakindofimportantpharmaceuticalchemicalproducts,theworldhasreached1.3milliontonsinconsumption.InrecentyearsasChinacitricacidproductionprocessimprovement,tocontinuetoimproveproductquality,haveintheworldofstrongcompetitionforce,hasbecometheworld'slargestcitricacidproducerandexporter,China'scurrentcitricacidcapacityhasamountedtomorethan120tons,accountsforabout60%oftheworld.Withcitricacidindustrycompetitivepressure,citricacidproductionprocessimprovement,citricacidproductionenterprisenumberstarttoreduce,enterprise'sproductioncapacityrapidlyexpanding.Smallenterprisewithnotechnicalsupport,can'tcompetewithlargeenterprise,atacompetitivedisadvantage.So,forsmallenterprisethat,improvingproductiontechnologyisimminent.ThisdesignUSESthecornrawmaterialsthroughtheliquidoxygendeepgoodfermentation,getcitricacidfermentedliquid,againthroughthecalciumsaltionextractioncitricacid,andthenafterrefiningprocessgetnowatercitricacid.Oneofthecornstarchcontentis65%,thewatercontentat15%,proteincontentof8%orso,chooseforCo827aspergillusspecies,comparedwiththepopulardomesticproductionmethods.Thisdesignforanannualproductioncapacityof150000tonsofcitricacidextractionworkshopdesign,inthedesignprocess,thentheauthorliquefaction,fermentation,extraction,refined,thedesignofthesectionintheoreticalandtechnicalrequirements,withafocusoneachoftheworkshopprocesscalculationandtheequipmentselection.Throughthematerialbalancecalculations,heatbalancecalculations,determinethesaccharificationandfermentationworkshop,extractionworkshopsmainlyoftheworkshopsaccharifyingcans,fermentationtank,seedcans,andcans,decoloringcolumn,columns,evaporator,from/crystallizationcans,centrifugemodel,andtheextractionoftheplantoftheworkshoplayout.Keywords:citricacid；extract；workshoplayout第一章緒論1.1檸檬酸的理化性質(zhì)檸檬酸是一種重要的有機(jī)酸，又名枸櫞酸，學(xué)名2—羥基丙烷三羧酸或2—羥基丙烷—1，2，3—三羧酸。無(wú)色晶體，商品檸檬酸主要是無(wú)水檸檬酸(C6H8O7)和異檸檬酸(C6H8O7·H2O)。異檸檬酸為無(wú)色透明，有光澤的含有一個(gè)結(jié)晶水的晶體，而無(wú)水檸檬酸那么是無(wú)色半透明全對(duì)稱晶體。異檸檬酸由低溫(低于36.6℃)的水溶液中結(jié)晶析出，經(jīng)別離枯燥后的產(chǎn)品，分子量210.14，熔點(diǎn)70—75℃，密度1.542。放置在枯燥的空氣中，異檸檬酸中的結(jié)晶水會(huì)逸出風(fēng)化。無(wú)水檸檬酸是在高于36.6℃的水溶液中結(jié)晶析出的，分子量192.12，密度1.665。異檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水檸檬酸的臨界溫度為36.6士0.15℃。檸檬酸因?yàn)闊o(wú)毒、水溶性好、酸味適度、易被吸收和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、化裝品、清洗、建筑等工業(yè)部門。檸檬酸的分子式為：1.2檸檬酸的開(kāi)展史：1893年前，人們主要從柑桔、菠蘿和檸檬等果實(shí)中制取檸檬酸。1893年后發(fā)現(xiàn)微生物可以產(chǎn)生檸檬酸，1951年美國(guó)Miles公司首先采用深層發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸。我國(guó)在上世紀(jì)40年代初期開(kāi)始淺盤發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，60年代采用薯干粉直接深層發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸。能夠生產(chǎn)檸檬酸的微生物很多，青霉、毛霉、木霉、曲霉、葡萄泡菌及酵母中的一些菌株都能夠利用淀粉質(zhì)原料或者烴類來(lái)大量積累檸檬酸。至今世界上消費(fèi)的檸檬酸主要采用發(fā)酵法，而最具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的是采用黑曲霉、文氏曲霉和解脂假絲酵母等菌種的深層液體發(fā)酵。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用黑曲霉利用糖質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。1.3檸檬酸國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀：目前，世界上檸檬酸行業(yè)的集約化程度非常高，生產(chǎn)重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了中國(guó)，我國(guó)檸檬酸產(chǎn)量和出口量已經(jīng)連續(xù)多年居世界第一。目前，全球的年產(chǎn)檸檬酸量大約為150萬(wàn)噸，中國(guó)的檸檬酸產(chǎn)量大約100萬(wàn)噸，占世界的65%。目前，國(guó)內(nèi)的檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)主要集中在山東、安徽、江蘇。其中，生產(chǎn)規(guī)模最大的是濰坊英軒實(shí)業(yè)，其年產(chǎn)量已達(dá)50萬(wàn)噸，出口多個(gè)國(guó)家。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)革新，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的檸檬酸品質(zhì)大為改變，生產(chǎn)技術(shù)水準(zhǔn)、原料、能耗和水耗指標(biāo)都取得了巨大的進(jìn)步，但是與興旺國(guó)家相比，我國(guó)的檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)化程度還不是很高，勞動(dòng)生產(chǎn)率不高，廢棄物排放高、資源綜合利用和清潔生產(chǎn)水品不夠，這些問(wèn)題也都制約著檸檬酸行業(yè)的可持續(xù)開(kāi)展。1.4設(shè)計(jì)的原那么⑴設(shè)計(jì)工作必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真的調(diào)查研究，通過(guò)查找相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)所必須的根底數(shù)據(jù)信息，加強(qiáng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析工作。設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以到達(dá)或者超過(guò)國(guó)內(nèi)同類型功成生產(chǎn)實(shí)際平均先進(jìn)水平為宜。⑵要積極引進(jìn)新技術(shù)，力求設(shè)計(jì)在技術(shù)上具有現(xiàn)實(shí)性、先進(jìn)性，節(jié)約本錢，提高資源的利用率，鞏固社會(huì)和環(huán)境效益。⑶根據(jù)生產(chǎn)工藝的流程，設(shè)計(jì)好各個(gè)車間的分布位置，使車間的管道布置以及占地面積等到達(dá)最正確效果，充分節(jié)約本錢。⑷根據(jù)工藝計(jì)算，安裝各個(gè)車間的設(shè)備，做到設(shè)備排列簡(jiǎn)潔、緊湊、整齊、平安。⑸發(fā)酵工廠的設(shè)計(jì)還應(yīng)該采用微生物發(fā)酵的獨(dú)特要求，注意環(huán)境衛(wèi)生和工廠車間對(duì)衛(wèi)生、無(wú)菌、防火的要求。另外，還應(yīng)該貫徹國(guó)家衛(wèi)生法的有關(guān)規(guī)定。⑹設(shè)計(jì)工作要表達(dá)國(guó)家的有關(guān)方針、政策，切合實(shí)際，平安使用，技術(shù)先進(jìn)，做到精心設(shè)計(jì)，千方百計(jì)把工廠設(shè)計(jì)的合理，使得技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量好、企業(yè)收益快，使得設(shè)計(jì)工作符合社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的總原那么。1.5設(shè)計(jì)的依據(jù)⑴利用山東英軒實(shí)業(yè)的實(shí)習(xí)報(bào)告。⑵依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)設(shè)計(jì)和安裝的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)。⑶結(jié)合原材料的特性與產(chǎn)品的質(zhì)量要求以及廠址的選擇，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)工藝條件設(shè)備的制造、供給水平，采用先進(jìn)的工藝與設(shè)備。⑷參考的資料：依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求設(shè)計(jì)。利用實(shí)習(xí)期間收集到的原始數(shù)據(jù)資料參考文獻(xiàn)資料第二章工藝條件的選擇和論證2.1檸檬酸生產(chǎn)方法的選擇2.1.1檸檬酸的生產(chǎn)方法我們國(guó)內(nèi)主要是采用生物發(fā)酵法。檸檬目前生產(chǎn)檸檬酸的主要方法有水果提取法、化學(xué)合成法以及生物發(fā)酵法三酸的生物發(fā)酵法有多種發(fā)酵工藝，有固體外表發(fā)酵法，外表發(fā)酵法，深層發(fā)酵法，石油烴(正構(gòu)烷烴)發(fā)酵法等等，目前生物發(fā)酵法主要采用前三種方法為主。使用的主要原料有薯干，木薯，馬鈴薯，蜜糖、玉米的淀粉水解液以及小麥淀粉的水解液可生產(chǎn)檸檬酸。我國(guó)的大型企業(yè)采用的為深層發(fā)酵法。深層發(fā)酵的發(fā)酵過(guò)程是發(fā)生在密閉的大型發(fā)酵罐內(nèi)，菌體的生長(zhǎng)分散在整個(gè)液體介質(zhì)內(nèi)。深層發(fā)酵的關(guān)鍵設(shè)備是發(fā)酵罐。發(fā)酵罐通常由罐體、攪拌、冷卻裝置和空氣分布器等組成。配制好的發(fā)酵原料經(jīng)滅菌、冷卻后，將培養(yǎng)的優(yōu)育菌種先接種于種子罐，再轉(zhuǎn)移至發(fā)酵罐。發(fā)酵期間罐內(nèi)始終通入無(wú)菌空氣，以增加培養(yǎng)基內(nèi)的溶解氧，注意控制發(fā)酵溫度、pH、通氣量及攪拌速度，維持菌體的生長(zhǎng)。2.1.2檸檬酸發(fā)酵液的提取檸檬酸發(fā)酵液中粗了含有大量的檸檬酸外，還含有大量的菌體以及少量沒(méi)有被黑曲霉利用的殘?zhí)?、蛋白質(zhì)、脂肪、膠體化合物以及無(wú)機(jī)鹽等。檸檬酸提取就是從成分復(fù)雜的發(fā)酵液中別離提純并獲得符合英國(guó)藥典標(biāo)準(zhǔn)的檸檬酸。從檸檬酸發(fā)酵液中提取檸檬酸的方法主要是：鈣鹽—離子交換法、溶劑萃取法，“吸交〞法、離子色譜法等。目前國(guó)外生產(chǎn)主要采用溶劑萃取法和鈣鹽—離子交換法，而國(guó)內(nèi)主要采用鈣鹽—離子交換法。2.2檸檬酸生產(chǎn)的原理2.2.1檸檬酸發(fā)酵的原理用黑曲霉發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸的代謝途徑為：黑曲霉生長(zhǎng)繁殖時(shí)產(chǎn)生的淀粉酶、糖化酶首先將玉米粉中的淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，葡萄糖?jīng)過(guò)酵解途徑〔EMP)和HMP途徑轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔嵊杀嵫趸秆趸梢宜岷投趸?，繼而經(jīng)乙酰磷酸形成乙酰輔酶A，然后在檸檬酸合成酶的作用下產(chǎn)生檸檬酸。黑曲霉在限制氮源和錳等金屬離子的條件下，同時(shí)在高濃度的葡萄糖和充分供氧的條件下，TCA循環(huán)中的α—酮戊二酸脫氫酶受到阻遏，TCA循環(huán)變成“馬蹄形〞，代謝流聚集于檸檬酸處，使檸檬酸大量積累并且排出菌體外。反響方程式為：C6H12O6+1.5O2→C6H8O7+2H2O2.2.2鈣鹽—離子交換法提取檸檬酸的原理鈣鹽—離子交換法首先采用過(guò)濾或者超濾出去菌體等不溶殘?jiān)?，然后在澄清過(guò)濾液中參加碳酸鈣中和，生成難溶性的檸檬酸鈣沉淀，利用在80—90℃下檸檬酸鈣的溶解度最低的特性，通過(guò)過(guò)濾將它與可溶性的糖、蛋白、氨基酸、其他有機(jī)酸、無(wú)機(jī)離子等雜質(zhì)別離開(kāi)。為了獲得較凈的檸檬酸鈣，需要用80—90℃熱水反復(fù)洗滌檸檬酸鈣，以除去殘?zhí)呛推渌扇苄噪s質(zhì)。經(jīng)過(guò)濾獲得純潔的檸檬酸鈣，然后在洗凈的檸檬酸鈣中參加濃硫酸進(jìn)行酸解，生成檸檬酸和硫酸鈣沉淀，經(jīng)過(guò)過(guò)濾(或者離心〕出去硫酸鈣沉淀，獲得粗制的檸檬酸。其反響方程式為：2C6H8O7+CaCO3+2H2O→Ca3〔C6H5O7〕·4H2O↓+3CO2+H2OCa3〔C6H5O7〕·4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7·H2O+3CaSO4·2H2O↓2.3檸檬酸生產(chǎn)的原料、輔料2.3.1檸檬酸生產(chǎn)原料的選擇1、原料中可利用成分高，無(wú)抑制檸檬酸生產(chǎn)菌生長(zhǎng)和產(chǎn)酸的物質(zhì)極少?；蛉菀壮?，能滿足工藝要求。能就近取材，原料來(lái)源豐富，便于采購(gòu)、運(yùn)輸、適于大量?jī)?chǔ)存，保證生產(chǎn)上的供給。3、原料成分對(duì)產(chǎn)品的提取、精制無(wú)影響。4、價(jià)格廉價(jià)。所以我們按實(shí)際需要，本次設(shè)計(jì)主要以優(yōu)質(zhì)玉米為原料，其質(zhì)量要求為：淀粉含量：65%，含水量：15%蛋白質(zhì)含量：8%外觀：色澤鮮艷、顆粒飽滿完整，均勻一致、質(zhì)地緊密、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)異味2.3.2檸檬酸生產(chǎn)的輔料1、耐高溫液體細(xì)菌α—淀粉酶耐高溫α-淀粉酶采用地衣芽孢桿菌經(jīng)過(guò)深層培養(yǎng)、提取等工序精制而成，能隨機(jī)水解淀粉、糖原及降解物質(zhì)內(nèi)部的α—1，4糖苷鍵，使得膠狀淀粉溶液的粘度迅速下降，產(chǎn)生可溶性糊精和寡聚糖，過(guò)度的水解可產(chǎn)生葡萄糖和麥芽糖。該酶具有極高的耐熱性能，廣泛用于酒精、味精、淀粉糖、啤酒釀造等行業(yè)。外觀：棕褐色液體溶解性：易溶于水酶活力單位：40000U/mlPH范圍：最適PH：5.8—6.5容重：<1.25g/ml溫度范圍：90-95℃，在噴射液化工藝中瞬間溫度達(dá)105-110℃，仍能有效水解淀粉。用量：該酶的添加量一般取決于生產(chǎn)工藝條件，一般是每噸原料中0.25L的淀粉酶。貯藏：在密閉容器內(nèi)，置于陰涼、枯燥的環(huán)境下保存一年，其活性減少低于10%，如冷藏在5℃的條件下，保存期可以更長(zhǎng)。

2、98%的濃硫酸,密度為1820kg/m33、輕質(zhì)CaCO3≥98.4，相對(duì)分子質(zhì)量：100.094、采用Co827發(fā)酵菌種5、鹽酸：以電解質(zhì)最好HCl≥31%，SO42-≤0.007%6、732#陽(yáng)離子樹(shù)脂外觀：淡黃色或褐色，球狀顆粒交換當(dāng)量：≥4.5粒度：16～50目占95%以上真空比：0.75～0.85g/㎏水分：40～52%7、GH-15(GH-11)顆粒活性炭脫色力≥11；pH=5～7；總鐵量≤0.1%；顆粒度200目；強(qiáng)度≥90%；填充比重0.3～0.45g/㎝2；灰分≤4.0%；鐵鹽≤0.02%8、D301大孔弱堿陰外觀：乳白色不透明球狀顆粒含水量：40～50%全交換量：≥4.8mmol/g〔干〕粒度：〔0.315～1.25mm〕≥95%,(0.45～1.25mm)≥95%，〔0.315～0.63〕≥95%滲磨圓球率：大于等于90%(NH4)2SO4≥99.0%10、消泡劑：玉米油2.4產(chǎn)品質(zhì)量要求中國(guó)檸檬酸標(biāo)準(zhǔn)表1-1中國(guó)食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)檸檬酸含量≥99%砷含量≤0.0001%硫酸鹽含量≤0.05鐵含量≤0.001%草酸鹽合格灼燒殘?jiān)?.1%重金屬含量≤0.001%鈣鹽合格表1-2中國(guó)化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)〔檸檬酸〕指標(biāo)〔%〕優(yōu)級(jí)純分析純化學(xué)純檸檬酸含量≥99.899.899溶解度試驗(yàn)合格合格合格水不容物≤0.0020.0050.01灼燒殘?jiān)?.010.020.07SO42-≤0.0020.0050.02PO42-≤0.0010.0010.005Ca≤0.0020.0050.02Fe≤0.00010.00050.001重金屬含量0.00050.0050.001檸檬酸國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(2005)(1) 檸檬酸含量≥99.5%(2) 性狀：無(wú)色晶體或白色晶體粉狀(3) 溶解度：溶于一份水或一點(diǎn)五份乙醇中(4) 微溶于醚(5) 鑒別試驗(yàn)：符合檸檬酸鹽特性反響(6) 溶液透明度：色澤澄清(7) 色澤不透明(8) 深于參比液Y6、BY6、GY6的等體積19g/L鹽酸稀釋液(9) 鋇：符合實(shí)驗(yàn)(10)鈣：≤200mg/L(11)重金屬≤5mg/L(12)鐵≤10mg/L(10)氯化物≤50mg/L(11)草酸鹽≤100mg/L(12)硫酸鹽≤150mg/L(13)易碳化物：符合實(shí)驗(yàn)(14)水分≤0.5%〔W/W〕(15)硫酸鹽灰分≤0.1%(16)白度≥72%(17)粒度：符合實(shí)驗(yàn)2.5生產(chǎn)工藝2.5.1本設(shè)計(jì)的檸檬酸生產(chǎn)大體流程：玉米原料→粉碎調(diào)漿→噴射液化→壓濾清液→檸檬酸發(fā)酵→發(fā)酵液→過(guò)濾清液→中和反響淀粉酶黑曲霉↓包裝←烘干篩分←離心洗滌←結(jié)晶←濃縮←離子交換←脫色←酸分←帶式過(guò)濾本工藝流程的優(yōu)點(diǎn)：⑴使用玉米原料，價(jià)格廉價(jià)，并且我國(guó)玉米的產(chǎn)量為世界第一，來(lái)源廣泛。⑵采用液化發(fā)酵工藝，基質(zhì)中雜質(zhì)較少，粘度減少，發(fā)酵過(guò)程易于控制，所以生產(chǎn)本錢大大降低。⑶采用液體深層發(fā)酵法：發(fā)酵體系為均一的液體，傳熱傳質(zhì)良好；設(shè)備占地面積小，生產(chǎn)規(guī)模大；發(fā)酵速率高，時(shí)間短；產(chǎn)酸率高，菌體生成量小，原材料消耗低；便于機(jī)械化操作；發(fā)酵副產(chǎn)物少，產(chǎn)品得率高，產(chǎn)品質(zhì)量高等，從而使其成為當(dāng)今世界生產(chǎn)檸檬酸的最主要的方法。⑷過(guò)濾后的得到的玉米殘?jiān)梢灾苯幼鳛轱暳匣蛘呓?jīng)過(guò)固體發(fā)酵制得高蛋白飼料，是原來(lái)的生產(chǎn)本錢大大降低。⑸采用鈣鹽—離子交換法提取檸檬酸。方法比擬簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉；沒(méi)有使用先進(jìn)的工藝設(shè)備，節(jié)約生產(chǎn)本錢；同時(shí)這種方法對(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)沒(méi)有污染，生產(chǎn)的檸檬酸可以正常使用。提取率大約為70%—80%2.5.2各段工藝流程及工藝參數(shù)確實(shí)定與論證2.5.2.1液化車間工藝流程淀粉酶淀粉酶渣子用于生產(chǎn)高蛋白飼料玉米原料→粉碎調(diào)漿→噴射液化→濁液→板框過(guò)濾→糖液發(fā)酵液化工段的相關(guān)工藝參數(shù)：粉碎機(jī)使用的是錘片式粉碎機(jī)，采用錘式粉碎機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地少，生產(chǎn)能力大，操作彈性大,玉米顆粒的粉碎粒度為1mm。粉碎過(guò)程：首先經(jīng)刮板、提升等設(shè)備輸入至粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，加工成60目以上的細(xì)顆粒，通過(guò)引風(fēng)機(jī)引風(fēng)將粉碎過(guò)的玉米提升至玉米粉刮板機(jī)，然后進(jìn)入調(diào)漿槽。粉碎機(jī)采用布袋除塵器配料的料水比為1：3.10參加的水的溫度是60℃④液化結(jié)束后，DE值要到達(dá)16.8，此時(shí)碘檢反響呈棕色⑤α—淀粉酶：9.6U/g(淀粉〕液化過(guò)程的具體操作流程配料罐→一次噴射泵→一次噴射器→一次保壓罐→一次閃蒸罐→一次維持罐↓二次維持罐←二次閃蒸罐←螺旋板換熱器←二次保壓罐←二次噴射器←二次噴射泵↓中和罐液化過(guò)程具體的工藝參數(shù)：①在原料進(jìn)入噴射器之前，需要用配料池來(lái)調(diào)節(jié)工藝條件，用離子膜堿即30%NaOH溶液來(lái)調(diào)劑，用PH試紙測(cè)，PH一般為6.3—6.5。開(kāi)啟一次噴射泵進(jìn)料溫度為98—100℃,二次噴射器內(nèi)溫度到達(dá)105℃，流速為55m3/h,液化時(shí)間是35—45min②噴射器的作用：物料和蒸汽在噴射器內(nèi)迅速升溫，由糊化狀態(tài)進(jìn)入液化狀態(tài)。③在配料池中每噸料液中參加0.24L淀粉酶，其中1ml的酶活力為40000單位。④一次噴射器內(nèi)料壓為0.02—0.1MPa,氣壓為0.2—0.4MPa;一次保壓罐0.05MPa—0.1MPa;一次閃蒸罐98℃,不超過(guò)10min;二次噴射器內(nèi)料壓0.1—0.2MPa氣壓0.2—0.4MPa;二次保壓罐0.1—0.2MPa⑤在一次閃蒸罐中不參加淀粉酶，二次閃蒸罐中參加上述淀粉酶⑥液化罐的體積大約為60m3液化罐電機(jī)功率為7.5KW⑦中和罐是硫酸罐，作用是調(diào)節(jié)PH，調(diào)節(jié)PH到5.62.5.2.2發(fā)酵車間工藝流程及論證發(fā)酵大體流程：黑曲霉?jié)嵋号c清液↓↓液化濁液種子罐發(fā)酵罐發(fā)酵液提取工藝具體的操作流程：種子罐培養(yǎng)：刷罐→檢查罐→進(jìn)料→實(shí)消→接種→培養(yǎng)→轉(zhuǎn)種↑玉米漿→濁液→清液↓發(fā)酵罐：刷罐→查罐→進(jìn)料→實(shí)消→接種→培養(yǎng)→壓料發(fā)酵流程的相關(guān)工藝參數(shù)：①板框過(guò)濾機(jī)壓力0.6MPa,113個(gè)板框，過(guò)濾面積300㎡,過(guò)濾總?cè)莘e4564L,活塞最大行程750mm。②采用Co827發(fā)酵菌種；種子罐的進(jìn)料口內(nèi)徑125mm，外徑140mm；種子罐的體積為50m3；種子罐電機(jī)功率為45KW，攪拌轉(zhuǎn)速120r/min；將25L×3=75L的菌種參加種子罐在37±0.5℃的條件下，培養(yǎng)30h,一個(gè)種子罐供給2個(gè)發(fā)酵罐，接種到發(fā)酵罐中的種子為40m3，在轉(zhuǎn)入糖后要滅菌0.5—1.0h③發(fā)酵罐的電機(jī)功率180KW，攪拌速率90r/min,PH最低為2.0，發(fā)酵周期60h，總糖含量17%—18%，發(fā)酵溫度38—39℃，罐壓0.06MPa±0.02MPa,發(fā)酵罐的高為18m,直徑為6m,發(fā)酵罐的體積為500m3,一般是參加到發(fā)酵罐中種子液是參加的發(fā)酵罐中的濁液與清液總量的10%④消泡劑使用的是玉米油。⑤參加硫酸銨來(lái)調(diào)節(jié)種子罐中的氮源。2.5.2.3提取流程濾渣作低蛋白飼料參加碳酸鈣得到廢糖水加熱發(fā)酵液轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)過(guò)濾清液中和反響帶式濾機(jī)精制工序檸檬酸分解液帶式過(guò)濾機(jī)分解反響檸檬酸鈣參加硫酸相關(guān)工藝介紹⑴發(fā)酵液的預(yù)處理將發(fā)酵液加熱至80～90℃，其作用：殺死菌絲體和雜菌，終止發(fā)酵，防止檸檬酸代謝分解；使蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)變性凝固，降低發(fā)酵液的粘度，有利于過(guò)濾；使菌體中的檸檬酸釋放，提高收率。⑵過(guò)濾真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)有一水平轉(zhuǎn)鼓，鼓壁開(kāi)孔，鼓面上鋪以支承板和濾布，構(gòu)成過(guò)濾面。過(guò)濾面下的空間分成假設(shè)干隔開(kāi)的扇形濾室。各濾室有導(dǎo)管與分配閥相通。轉(zhuǎn)鼓每旋轉(zhuǎn)一周，各濾室通過(guò)分配閥輪流接通真空系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，順序完成過(guò)濾、洗渣、吸干、卸渣和濾布再生等操作。在轉(zhuǎn)鼓的整個(gè)過(guò)濾面上，過(guò)濾區(qū)約占圓周的1/3,洗渣和吸干區(qū)占1/2,卸渣區(qū)占1/6,各區(qū)之間有過(guò)渡段。過(guò)濾時(shí)轉(zhuǎn)鼓下部沉浸在懸浮液中緩慢旋轉(zhuǎn)。漂浮在懸浮液內(nèi)的濾室與真空系統(tǒng)連通，濾液被吸出過(guò)濾機(jī)，固體顆粒那么被吸附在過(guò)濾面上形成濾渣。濾室隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)離開(kāi)懸浮液后，繼續(xù)吸去濾渣中飽含的液體。當(dāng)需要除去濾渣中殘留的濾液時(shí)，可在濾室旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)鼓上部時(shí)噴灑洗滌水。這時(shí)濾室與另一真空系統(tǒng)接通，洗滌水透過(guò)濾渣層置換顆粒之間殘存的濾液。濾液被吸入濾室，并單獨(dú)排出，然后卸除已經(jīng)吸干的濾渣。這時(shí)濾室與壓縮空氣系統(tǒng)連通，反吹濾布松動(dòng)濾渣，再由刮刀刮下濾渣。壓縮空氣〔或蒸汽〕繼續(xù)反吹濾布，可疏通孔隙，使之再生⑶中和①中和方程式：2C6H8O7+CaCO3+2H2O→Ca3〔C6H5O7〕·4H2O↓+3CO2+H2O另外發(fā)酵液中還存在雜酸和葡萄糖酸，他們中和時(shí)可能形成鈣鹽：草酸C2H2O4+Ca2+→Ca2C2O4葡萄糖2C6H12O7+Ca2+→Ca(C6H11O7)2在熱的中和液中，草酸鈣可以在pH3以下沉淀析出，從而先得到別離，葡萄糖鈣的溶解度很大，一直處于溶解狀態(tài)，不混合到檸檬酸鈣沉淀中。②工藝條件及論證①中和劑：碳酸鈣②pH=6～6.8，中和操作pH很大程度地影響著檸檬酸鈣的質(zhì)量表2-1殘留酸度對(duì)檸檬酸鈣的影響殘留酸度檸檬酸鈣沉淀率〔%〕鈣鹽沉淀中的檸檬酸4.044.564.03.353.057.42.478.047.61.682.843.81.385.238.30.892.129.0堿性反響95.111.2由表可見(jiàn)，pH在酸度高時(shí)沉淀純度高，沉淀率較低，綜合考慮，pH確定在6～6.8之間。③溫度pH6.1的條件下，60～90℃范圍內(nèi)，檸檬酸鈣的溶解度相差不大，所以，本工藝操作初溫為70℃，加完中和劑后，于85～90℃保溫20～30min，使沉淀成熟。雖然在50℃下完成的鈣鹽沉淀需要20min，沉淀細(xì)粒對(duì)酸解有利，但考慮到檸檬酸的溶解度，工業(yè)上一般采用70℃的初溫表2-2pH5.0時(shí)溫度對(duì)檸檬酸鈣沉淀的影響碳酸鈣參加時(shí)的溫度沉淀時(shí)間〔min〕檸檬酸沉淀率〔%〕20120704040905020～100702100800.51001000.5～100⑷酸解①酸解方程式：Ca3〔C6H5O7〕·4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7·H2O+3CaSO4·2H2O↓硫酸用量為酸解過(guò)程的關(guān)鍵，一般硫酸不能過(guò)量0.2%，否那么草酸鈣溶解而轉(zhuǎn)入溶液中。(2)工藝參數(shù)確實(shí)定與論證①硫酸添加量：980gH2SO4/1000gCaCO3②酸解溫度：85℃③攪拌速度：60r/min④終點(diǎn)檢測(cè)：pH=2時(shí)，采用雙管法檢測(cè)終點(diǎn)。酸解時(shí)形成硫酸鈣有三種：CaSO4·2H2O，CaSO4·1/2H2O，無(wú)水CaSO4這三種形式取決于溶液的過(guò)飽和度和溫度，過(guò)飽和度過(guò)高，易形成無(wú)水物，在80℃以下，形成CaSO4·2H2O，在80～90℃范圍內(nèi)CaSO4·2H2O和CaSO4·1/2H2O可以共存，90～100℃形成CaSO4·1/2H2O，140℃以上形成無(wú)水CaSO4。酸濃度升高和溫度升高，都使溶解度降低，減少無(wú)水CaSO4的溶存量。2.5.2.4凈化酸解夜中含有色素和膠體物質(zhì)，還有多種金屬陰離子和陽(yáng)離子。凈化的目的就是要除去這些雜質(zhì)，使最終成品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。本工藝采用先經(jīng)活性炭吸附脫色，然后再離交處理，以到達(dá)凈化的目的。(1)離子交換脫鹽的原理：陽(yáng)離子交換：RSO3－·H++M+＝RSO32－·M++H+陰離子交換：RN(CH3)3+OH－+Cl－＝RN(CH3)3+Cl－+OH－(2)工藝條件的選擇與論證：①脫色柱：采用GH-15活性C，再生流程如下：脫色柱→用至失效→水洗滌→NaOH洗脫色素↑↓水洗至pH5～6←HCl處理←水洗至pH=8其中NaOH：1.0mol/L，HCL：1.0mol/L②離交柱：采用國(guó)產(chǎn)732型強(qiáng)酸型離交樹(shù)脂，再生流程如下：離交柱→用至失效→水洗滌↑↓水洗至pH4～4.5←HCl再生新樹(shù)脂使用前采用2mol/L鹽酸轉(zhuǎn)型，再生時(shí)仍用2mol/L鹽酸濃縮(1)酸解凈化后的檸檬酸液的濃度只有20～25%〔W/W〕，濃縮至70%以上才能進(jìn)行結(jié)晶。其真空度為650mmHg，溫度不超過(guò)60℃(2)工藝條件的論證：①檸檬酸濃縮時(shí)溫度不能過(guò)高，否那么檸檬酸會(huì)發(fā)生分解。②為使?jié)饪s過(guò)程中溫度不能過(guò)高，需維持較高的真空度。蒸發(fā)壓力不能超過(guò)0.014MPa〔110mmHg〕，加熱蒸汽不能超過(guò)0.1MPa〔表壓〕。結(jié)晶(1)工藝條件的選取：①溫度：36.6℃以下②時(shí)間：約10h③攪拌速度：25～30r/min(2)條件論證根據(jù)檸檬酸結(jié)晶特性可知，在55℃時(shí)檸檬酸的飽和濃度為73％〔質(zhì)量〕，而在生產(chǎn)上將檸檬酸凈制液在55℃時(shí)濃縮到近81％〔質(zhì)量〕的濃度，沒(méi)有結(jié)晶析出。再將過(guò)飽和溶液快速冷卻到40℃〔1～2h〕C點(diǎn)，還是沒(méi)有結(jié)晶析出。再慢慢降溫〔每小時(shí)降溫2～3℃〕，當(dāng)冷卻到D時(shí)，溶就立即自發(fā)生成大量晶核，同時(shí)濃度隨之降低，一直降到E點(diǎn)，使溶液到達(dá)飽和濃度為止。從起晶到育晶結(jié)束是在折點(diǎn)溫度36.6℃以下進(jìn)行，故所得的晶體是帶有一個(gè)結(jié)晶水的檸檬酸水化物結(jié)晶。粘度與結(jié)晶速度成正比，因而要使粘度小些枯燥和包裝(1)參數(shù)：枯燥溫度控制在36.6℃以下；適當(dāng)?shù)靥岣呖菰锼俣?2)條件論證：經(jīng)過(guò)離心洗滌與母液別離后檸檬酸晶體外表附有少量水分〔2～3%〕，為除去這局部水〔4%以下〕需枯燥。第三章工藝計(jì)算設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)150000噸一水檸檬酸，含量≥99%。條件：公稱體積500m3發(fā)酵罐,全容積530m3，填充系數(shù)80%，倒罐率1%，發(fā)酵周期60h，使用周期75h,年生產(chǎn)320d，發(fā)酵醪的加水比為1:3.6。原料：玉米，含淀粉65%，水分15%，可發(fā)酵性糖96%，糖酸轉(zhuǎn)化率95%，提取收率86.6%,精制收率98%。年生產(chǎn)批次：320×24/75=102.4〔次〕所以取整數(shù)為103次設(shè)總發(fā)酵醪液為Xm3，產(chǎn)酸率為14%〔即產(chǎn)酸濃度為140kg/m3〕那么140=150000×103×99%/1.0914/98%/86.6%/X/〔1-1%〕解得X=1.157×106所需發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為：1.157×106/〔500×80%×103〕=28.08取整為29個(gè)發(fā)酵罐。3.1液化工序由相對(duì)密度和干物質(zhì)濃度對(duì)照表驗(yàn)算發(fā)酵醪加水比為1:3.60。由于液化和滅菌會(huì)帶進(jìn)局部冷凝水，物料的加水比推算為1:3.10。液化滅菌后玉米粉濃度：140/65%/95%/96%=219.30㎏/m3設(shè)全年玉米原料需求量為w，那么w=150000×99%/1.0914/98%/86.6%/95%/96%/65%/〔1-1%〕=273183.929(t)單罐批料量：273183.929/(29×103)=91.46t根據(jù)發(fā)酵液的接種量為1/10，所以投料量為:發(fā)酵罐83.14t，種子罐8.314t。耐高溫α-淀粉酶〔10單位/g淀粉，規(guī)格40000u/g淀粉〕的量為：273183.929×65%×10/40000=44.39t一、液化熱量衡算玉米粉比熱：Cs＝4.18×〔1-0.7B0〕=4.18×(1-0.7×85%)=1.6929KJ/(kg.℃)玉米粉加水比1：3.10，那么粉漿干物質(zhì)濃度B%=(1-15%)/(1+3.10)=20.73%液化醪比熱：CW＝Cs×B/100＋Cw〔100－B〕/100＝1.6929×20.73/100＋4.18×〔100－20.73〕/100＝3.664KJ/(kg.℃)玉米粉初溫為20℃，加60℃水混合調(diào)料后的漿溫為t。那么：Cs×〔t－20〕＝3.10×Cw×〔60－t〕1.6929×〔t－20〕＝3.10×4.18×〔60－t〕t＝55.38℃液化罐單罐批次升溫段需熱：〔105℃為液化溫度〕Q1＝91.46×(3.10+1)×103×3.664×(105-55.38)＝6.812×KJ/罐單罐批次恒溫段需熱Q2〔取升溫段的1/10〕：Q2=6.812×KJ/罐總需熱量Q=Q1+Q2＝7.499×KJ/罐二、蒸汽衡算蒸汽性質(zhì)：0.2MPa，汽化熱：2203.51KJ/kg液化蒸汽耗量：G=Q/2203.51＝7.499×/2203.51=34.033t/罐三、冷凝水衡算飽和水蒸氣的性質(zhì)：0.2MPa，液化熱2203.51KJ/kg那么液化滅菌后的冷凝水量為:W=Q/2203.51=7.13×/2203.51=34.033t/罐3.2菌種培育工序3.2.1一級(jí)培養(yǎng)一、物料衡算一級(jí)斜面培養(yǎng)所用試管為18×180mm，裝液量為1/4管長(zhǎng)。π/4×d2l×(1/4)=3.14/4×182×180×(1/4)=15700㎜3=11.45L二、熱量衡算一級(jí)培養(yǎng)采用隔水式電熱恒溫培養(yǎng)，直接按額定功率計(jì)算，p=660w；滅菌采用電熱鼓風(fēng)枯燥箱滅菌30min，p=2.5KW。培養(yǎng)耗熱〔按5d計(jì)〕：660×5d×24h/d×3600s/h=2.85×105KJ滅菌耗熱：2.5KW×30min×60s/min=4500KJ二級(jí)培養(yǎng)一、物料衡算500ml茄子瓶，裝液量50ml。二、熱量衡算二級(jí)培養(yǎng)采用隔水式電熱恒溫培養(yǎng)，直接按額定功率計(jì)算，p=660w；滅菌采用電熱鼓風(fēng)枯燥箱滅菌30min，p=2.5KW。培養(yǎng)耗熱〔按7天計(jì)〕：660×7d×24h/d×3600s/h=3.99×105KJ滅菌耗熱：2.5KW×30min×60s/min=4500KJ三級(jí)培養(yǎng)一、物料衡算1000mL三角瓶，裝麩皮50g。二、熱量衡算采用6m2培養(yǎng)室，溫調(diào)電耗p=20，按5天計(jì)算，滅菌30min。培養(yǎng)耗熱〔按5d計(jì)〕：20KW×5d×24h/d×3600s/h=8.64×106KJ滅菌耗熱：20KW×30min×60s/min=3.6×104KJ3.3發(fā)酵工序3.3.1滅菌階段一、滅菌熱量衡算液化后的實(shí)際配水比：91.46/(91.46×3.10＋34.033)=1:3.472那么粉漿干物質(zhì)濃度B%=(1-15%)/(1+3.472)=19.01%液化后液化醪的比熱容：CW＝Cs×B/100＋Cw〔100－B〕/100＝1.6929×19.01/100＋4.18×〔100－19.01〕/100＝3.707KJ/(kg.℃)單罐批次升溫段需熱：〔121℃為滅菌溫度〕Q1＝91.46×〔1＋3.472〕×103×3.707×(121-105)＝2.426×107KJ/罐單罐批次恒溫段需熱Q2〔取升溫段的2‰〕：Q2=4.852×KJ/罐總需熱量Q=Q1＋Q2＝2.431×107KJ/罐二、蒸汽衡算蒸汽性質(zhì)：0.2MPa，汽化熱：2203.51KJ/kg液化蒸汽耗量：G=Q/2203.51＝2.431×107/2203.51=11.032t/罐三、冷凝水衡算飽和水蒸氣的性質(zhì)：0.2MPa，液化熱2203.51KJ/kg那么液化滅菌后的冷凝水量為：W=Q/2203.51=2.313×107/2203.51=10.032t/罐驗(yàn)算滅菌后的實(shí)際配水比：91.46/(91.46×3.472＋11.032)=1:3.593滅菌后液化醪的性質(zhì)：1、干物質(zhì)含量：B%=1×〔1－15%〕/(1+3.593)=18.51%查表知液化醪的密度為：ρ=1075Kg/m32、液化滅菌后醪液的比熱：C=1.6929×18.52/100+4.18×(100-18.48)/100=3.72KJ/(Kg.℃)3.3.2發(fā)酵工序物料衡算1、(NH4)2SO4需量玉米粉與(NH4)2SO4的質(zhì)量比為401，即參加1kg玉米粉需(NH4)2SO4的質(zhì)量為0.025kg，那么單個(gè)種子罐需(NH4)2SO4的質(zhì)量為：8.314×/40=207.85kg2、消泡劑需量(發(fā)酵醪的密度按1075kg/m3計(jì)算,每升發(fā)發(fā)酵醪中參加0.0115L的消泡劑)單罐批次需量：91.46×103/1075×0.0115%=9.31L年需消泡劑的量為:9.31L×29×103=27.809m33、無(wú)菌風(fēng)需量(根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算)(1)種子罐取種齡24h,0～6h，36～40m3/h；7～11h，漸增至72m3/h；12～15h，漸增至144m3/h；16～19h，180m3/h；20～24h，280～288m3/h,單罐批次需量:38×6+56×5+108×4+180×4+284×5=3080m3(2)發(fā)酵罐(發(fā)酵時(shí)間60h計(jì)算)單罐批次需量(14×0.08+9×0.1+37×0.12)×60×500×0.80=155040m3年需無(wú)菌風(fēng)量(3080+155040)×29×103=4.723×108m33.3.3換熱面積根底數(shù)據(jù)：發(fā)酵頂峰發(fā)熱量4.186×6000KJ/(m3·h)1、種子罐：采用立式蛇管換熱器，換熱系數(shù)為K＝4.186×400KJ/(m3·h·℃)冷卻水的入口溫度為20℃，出口溫度為24℃，種子罐溫度控制在35℃。平均溫度差：△tm=[(35-24)-(35-20)]/{ln[(35-24)/(35-20)]}=12.9℃換熱面積：F=Q/〔K·Δtm〕=[4.186×6000×8.314×(1+3.593)×103/1075]/(4.186×400×12.9)=41.305m22、發(fā)酵罐：采用立式蛇管換熱器，換熱系數(shù)為K＝4.186×400KJ/(m3·h·℃)冷卻水的入口溫度為20℃，出口溫度為24℃，種子罐溫度控制在35℃。平均溫度差：△tm=[(35-24)-(35-20)]/{ln[(35-24)/(35-20)]}=12.9℃換熱面積：F=Q/〔K·Δtm〕=[4.186×6000×83.14×(1+3.593)×103/1075]/(4.186×400×12.9)}=413.047m23.3.4水耗1、洗水用量〔取罐容積的5%〕每個(gè)生產(chǎn)周期共需：〔500×29＋50×15＋250×58〕×5%=1087.5m3全年共需：1087.5×103=153212.5m32、冷卻水用量(1)種子罐：培養(yǎng)時(shí)間按24h計(jì)Ｃ水＝4.18KJ/(kg·℃)單罐需水量{4.186×6000×8.314×(1+3.593)×103/1075]×30}/[4.18×〔24-20〕]=1600.787t全年需冷卻水量1600.787×29×103＝4.782×106t(2)發(fā)酵罐：發(fā)酵周期按60h計(jì)單罐需水量{4.186×6000×83.14×(1+3.593)×103/1075]×60}/[4.18×〔24-20〕]=3.202×104t全年需冷卻水量3.202×104×29×103＝9.563×107t3.4提取工序發(fā)酵液過(guò)濾采用板框式壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，損失較大為8%，中和時(shí)有少量損失1%，洗滌時(shí)鈣鹽溶解損失1%，酸解過(guò)濾損失1%，凈化操作時(shí)，先吸附脫色再離交處理，造成損失3%，1-〔1-8%〕(1-1%)(1-1%)(1-1%)(1-3%)=13.41%3.4.1預(yù)處理1、熱量核算發(fā)酵醪的比熱C=3.72KJ/kg℃,發(fā)酵醪的溫度設(shè)為25℃，需將發(fā)酵醪溫度提升至85℃。單罐批次需熱：91.46×〔1+3.593〕×103×3.72×〔85-25〕=9.376×107KJ/罐全年需熱：9.376×107×29×103=2.801×1011KJ2、蒸汽耗量采用0.1MPa的飽和蒸汽，其汽化熱為2258.77KJ/kg全年蒸汽需量：2.801×1011/2258.77=1.240×KJ3.4.2過(guò)濾醪液固形物含量167kg/m3,查表知醪液密度ρ=1075kg/m3每罐濾液量：91.46×〔1+3.593〕-91.46×(1+3.593)/1075×167=354.812t全年濾液量：354.812×29×103=1059839.9t由于過(guò)濾損失8%，那么實(shí)際全年濾液量為：1059839.9×〔1-8%〕=975052.7t中和一、物料衡算1、2C6H8O7--------------3CaCO3384300年需CaCO3的量：975052.7×14%×300/384=106646.4t2、檸檬酸鈣產(chǎn)量(1)中和3CaCO3----------------Ca3(C6H5O7)2?4H2O300570年產(chǎn)檸檬酸鈣的量為：106646.4×570/300=202628.1t由于中和損失1%，實(shí)際年產(chǎn)檸檬酸量為：202628.1×〔1-1%〕=200601.9t(2)洗滌洗滌損失1%，實(shí)際年產(chǎn)檸檬酸鈣的量為：200601.9×〔1-1%〕=198595.8t二、熱量衡算比熱：C=(0.99-0.66x+0.001t)×4.19KJ/kg℃X:重量百分比濃度，t:溫度℃1、濾液的初溫為20℃，中和結(jié)束時(shí)溫度為70℃C20℃=(0.99-0.66×13%+0.001×20)×4.19=3.872KJ/kg℃C70℃=(0.99-0.66×13%+0.001×70)×4.19=4.054KJ/kg℃C平均=3.963KJ/kg℃中和結(jié)束時(shí)需熱：3.963×(70-20)=198.15KJ/kg,，考慮到熱損失10%，那么需：198.15×〔1+10%〕=217.97KJ/kg2、85時(shí)的比熱為C85℃=(0.99-0.66×13%+0.001×85)×4.19=4.145KJ/kg℃C平均=〔C70℃+C85〕/2=4.099KJ/kg℃中和結(jié)束后升溫需熱：4.099×〔85-70〕=61.49KJ/kg考慮到升溫時(shí)熱損失10%，恒溫段需升溫段熱量的10%，61.49×〔1+10%〕×〔1+10%〕=74.404KJ/kg3、中和年需熱為：〔217.97+74.404〕×975052.7×103=2.851×1011KJ三、蒸汽耗量使用0.1MPa的蒸汽，其汽化熱為2259.5KJ/kg那么年需蒸汽的量為：2.851×1011/2259.5=1.262×108KJ四、水耗(1)洗滌水量：設(shè)洗滌1t鈣鹽需1m3的水，那么洗滌用水為202628.1m3(2)考慮到CaCO4調(diào)漿用水：取洗滌水的10%為20262.81m3(3)年需水的耗量為：202628.1+20262.81=222890.9m33.4.4酸解一、物料衡算1、H2SO4需量Ca3(C6H5O7)24H2O------3H2SO4570294年需：198595.8×294/(570×98%)=104524.1t/年2、CaSO4產(chǎn)量：H2SO4-------------CaSO42H2O年產(chǎn)石膏：104524.1×98%×172/98=179781.5t/年3、酸解抽濾的檸檬酸量：Ca3(C6H5O3)24H2O----------2C6H5O7H2O570420考慮損失1%，年產(chǎn)檸檬酸量：198595.8×420/570×(1-1%)=144870.4t/年二、熱量衡算因酸解過(guò)程中物料變化較大，故漿液的比熱按經(jīng)驗(yàn)值：C=3.5KJ/kg℃物料初溫為20℃，需到達(dá)的溫度為85℃年需熱量：3.5×198595.8×(85-20)×103=4.527×1010KJ/年三、蒸汽耗量0.1MPa的飽和蒸汽汽化熱2259.5KJ/kg年耗蒸汽量：4.527×1010/2259.5=2.004×107kg/年四、水耗量此水耗量主要是調(diào)漿罐用水，取800m3/天，那么年需800×320=256000m3/年洗滌時(shí)設(shè)1t檸檬酸需1m3的水，那么洗滌需水131145.8m3年需水量為：256000+144870.4=400870.4m33.4.5凈化一、物料衡算1、活性炭用量取檸檬酸量的3%年需：144870.4×3%=4346.1t2、732樹(shù)脂用量交換當(dāng)量≥4.5mgN/g干樹(shù)脂4.5×50%×0.8=1.8mgN/mol溫樹(shù)脂根據(jù)實(shí)際工作交換容量1.1～1.3mgN/mol取酸濃度20%，ρ=1.0805×103kg/m3上柱液量：144870.4×103/20%/(1.0805×103)/320=2095.0m3樹(shù)脂用量：2095.0×20/192.14=218.1m33、NaOH用量(1)脫色柱用量：兩倍活性炭體積的4%NaOH，取活性炭的密度為ρ=400kg/m3那么NaOH〔100%〕用量：4346.1×103×2×4%×103/400=8.692×105kg/年(2)離交柱用量：144870.4×103/192.12×4×40=1.206×108kg/年4、鹽酸用量(1)脫色柱用量：〔31%的鹽酸〕兩倍活性炭體積的3.5%的鹽酸〔4346.1×103/400)×2×3.5%×103/(31%)=2.453×106kg(2)離交柱用量：每千克樹(shù)脂需1mol/L的鹽酸1.27L218.1×1.25×103×1.27×10-3×36.6=12672.2kg二、水耗1、配NaOH需水7.312×107/40×〔100-40〕=1.1×108kg2、配鹽酸需水因31%的鹽酸為1mol/L，故不需配，但實(shí)際中樹(shù)脂處理需用鹽酸，此處用31%的鹽酸粗略計(jì)算。3、洗水(1)脫色柱用水量：〔取4活性炭體積〕4346.1×103/400×4=43464kg(2)離交柱用水量：每kg樹(shù)脂需1mol/L的鹽酸1.27L218.1×1.27×103=276987kg三、凈化后檸檬酸的產(chǎn)量：〔損失3%〕144870.4×0.97=140524.3t/年3.5精制工序3.5.1濃縮取檸檬酸液的濃度為22%，濃縮至82%，60℃水的汽化潛熱為2448.6KJ/kg那么需熱量：〔140524.3/22%-140524.3/82%〕×103×2448.6=1.144×1012KJ/年用0.2MPa的飽和水蒸氣加熱，汽化熱為：2203.51KJ/kg蒸汽耗量：1.144×1012/2203.51=5.194×108kg考慮損失10%，那么需5.194×108×1.1=5.713×108kg3.5.2結(jié)晶放料入結(jié)晶罐溫度為35℃，冷卻至8℃C35℃=(0.99-0.66×13%+0.001×35)×4.19=3.935KJ/kg℃C8℃=(0.99-0.66×13%+0.001×8)×4.19=3.822KJ/kg℃C平均=(C35℃+C8℃)/2=3.879KJ/kg℃那么制冷換熱量：140524.3×103×3.879×〔35-8〕=1.472×1010KJ3.5.3枯燥1、物料衡算晶體水含量：2-3%，取2.5%枯燥至1%。除去的水分為：140524.3/(1-2.5%)-140524.3/(1-1%)=2183.7t/年2、熱量衡算取空氣初溫20℃，加熱至35℃，V風(fēng)=35m/s,風(fēng)管φ800mm,C空氣=1.059KJ/kg℃那么年耗熱量〔每天工作8h〕：Q=1.059×(35-20)×3.14/4×0.82×35×8×3600×320=2.57×109KJ考慮熱損失20%，實(shí)際需熱：Q=2.57×109×(1+20%)=3.08×109KJ精制率為98%，那么精制后得無(wú)水檸檬酸：140524.3×98%=137713.8t/年所以所得99%一水檸檬酸的含量為：137713.8×1.0914/0.99=151819.0t第四章提取設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型4.3.1預(yù)處理1、加熱桶的設(shè)計(jì)D=4.0m,H0=8m,ha=0.9m,封頭容積V1=9.02m3實(shí)際容積V1=π/4×D2×H0+V1=3.14/4×42×7.2+9.02=109.5m3利用夾套換熱K=4.186×200KJ/(m2h℃),查表知橢圓封頭外表積約為17.9m217.9+3.14×4×8=118.38m2,醪液由25℃升至85℃，Δtm=37.3℃Q=KAΔtm=4.186×200×118.38×37.3=3.69×106KJ/h單位質(zhì)量的醪液需熱量：3.72×〔85-25〕=223.2KJ/kg取操作周期6h，每桶日處理量為：109.5×24/6=438m3/〔日·桶〕取加熱筒的個(gè)數(shù)為：[91.46×103×(1+3.593)/1075]×24/479.22/6=3.57取整為4個(gè)桶，再加一個(gè)備用桶，總計(jì)5個(gè)加熱桶2、泵的選取采用2Qs-1300/117型蒸汽活塞泵參數(shù)900～1300m3/h,壓力1.0MPa,往復(fù)泵30～50次/分4.3.2過(guò)濾采用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)，型號(hào)G5-1075,參數(shù)：過(guò)濾面積5m3，直徑1.75m，長(zhǎng)0.98m，浸入角130°，吸濾角104°，枯燥與洗滌角160°，吹氣角12°，轉(zhuǎn)速0.13～0.26r/min，機(jī)器座400t，生產(chǎn)力1.8t/h。假設(shè)一天工作15h,那么每臺(tái)過(guò)濾機(jī)每天能處理：20×1.8=27t那么一共應(yīng)該有91.46/27=4臺(tái)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)4.3.3中和1、中和罐設(shè)計(jì)(1)罐體將中和操作與洗滌放于一班處理，每班處理一次，根據(jù)工藝計(jì)算得濾液量為：354.812×103×29/〔1.0552×103〕=9503.93m3/周期設(shè)每天三班，一周期4天，每班需要處理:9503.93/4/3=792.0m3擬用中和罐5個(gè)，填充系數(shù)80%，材料1Cr8Ni9Ti,每罐容積V=792.0/5/80%=198m3取H=2D,封頭折邊忽略不計(jì)，取D=4.9那么V全=0.785×D2×2D+π/24×D3+0.785×D2×0.05=0.785×2×4.93+π/24×4.93+0.785×4.92×0.05=201.06m3＞198符合要求。(2)攪拌槳設(shè)計(jì)：采用螺旋槳攪拌器Di=3800mm相應(yīng)減速器與電機(jī)構(gòu)造：LTC-500-6型減速器，轉(zhuǎn)速60r/min，JO2型電機(jī)，功率75KW，轉(zhuǎn)速1450r/min。2、帶式過(guò)濾機(jī)擬用4臺(tái)，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機(jī)。3、泵的選擇(1)料泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,壓力17.5kgf/cm2。(2)調(diào)漿池打漿泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,壓力17.5kgf/cm2。4.3.4酸解罐的設(shè)計(jì)1、罐體的設(shè)計(jì)(1)外型：D=4.9m，H=9.8m，Vg=201.06m3，壁厚S0=(PD)/[(2[σ]Ф)-P]+C(cm)〔公式4-5〕其中：P—設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的0.98倍，現(xiàn)取1.4MPaD—罐徑，單位cmФ—焊縫系數(shù)，0.5～1之間，取Ф=0.8[Ф]—許用應(yīng)力，1050MPaC—壁厚附加余量，此處取C=0.2cm那么S0=(1.4×490)/(2×1050×0.8-1.4)+0.2=0.61cm，即罐體厚為7mm。(2)攪拌器設(shè)計(jì)采用六彎葉攪拌器，可設(shè)2檔攪拌。Di=D/3=1600mm，Di:di:L:B:C=20:15:5:4:2，R=0.5B，那么di=1200mm，L=400mm，B=320mm，C=160mm，R=160mm，S=3Di=4800mm攪拌轉(zhuǎn)數(shù)：n=30r/m=0.5r/s六彎葉攪拌功率準(zhǔn)數(shù)：Np=4.7，μ=1.2×103N·S/m2，ρ=1500kg/m3那么攪拌軸功率：P=2Np×Di5×n3×ρ=2×4.7×1.65×0.53×1500=18.481KW(3)攪拌軸計(jì)算a：材料：1Cr18Ni9Ti不銹鋼b：按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算：d≥12.4×[(18481×103/735)/30]1/3=11.69cmc：按彎曲強(qiáng)度計(jì)算：d≥10×[(18481×103/735)/30]1/3=5.38cm故按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，考慮到軸上開(kāi)鍵槽周徑增加10%，即11.69×1.1=12.86cm，所以取整為13cm。2、相應(yīng)減速器的電機(jī)選型三角皮帶傳動(dòng)效率0.92，滾動(dòng)軸承效率0.99，滑動(dòng)軸承效率0.98，端軸封口增加1.0%那么電機(jī)功率P=18.481/〔0.99×0.92×0.98)×〔1+1.0%〕=20.91KW(1)酸解罐個(gè)數(shù)：數(shù)量對(duì)應(yīng)于5個(gè)中和桶。帶式過(guò)濾機(jī)擬用4臺(tái)，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機(jī)。(2)抽濾罐計(jì)：擬用10個(gè)抽濾罐。Dg=5000mm，H=4000mm，Vg=π/4D2×H=78.5m3。相應(yīng)真空泵選擇S2-1型，抽氣量24m3/min，極限真空120mmHg，配用JO2-41型，P=6.5KW。3、泵的選擇(1)H2SO4輸送泵選用50F-16A耐酸腐蝕泵Q=31.4m3/h,揚(yáng)程12m，配Y90L-2型電機(jī)，P=26KW,V=8240r/min。(2)濃酸液輸出泵選用50F-16A型耐酸泵：Q=31.4m3/h，揚(yáng)程：12m，配Y90L-2型電機(jī)，P=5.3KW,V=2930r/min。4、H2SO4貯液設(shè)計(jì)：擬可用一生產(chǎn)周期取4個(gè)罐周期需酸量：104524.1×103/(103×1.82×103)=557.58m3那么每個(gè)罐每周期大約貯存139.40m3那么外形尺寸如下：D=5000mm，H=8000mm，那么Vg=π/4×D2×H=157m3取P=0.2MPaD—罐徑，單位cmФ—焊縫系數(shù)，0.5～1之間，取Ф=0.9[Ф]—許用應(yīng)力，140MPaC—壁厚附加余量，此處取C=0.2cm壁厚：S=(PD)/[(2[σ]Ф)-P]+C(cm)=0.2×500/(2×140×0.9-0.2)+0.05=0.85cm取整為0.9cm第四章提取設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型4.3.1預(yù)處理1、加熱桶的設(shè)計(jì)D=4.0m,H0=8m,ha=0.9m,封頭容積V1=9.02m3實(shí)際容積V1=π/4×D2×H0+V1=3.14/4×42×7.2+9.02=109.5m3利用夾套換熱K=4.186×200KJ/(m2h℃),查表知橢圓封頭外表積約為17.9m217.9+3.14×4×8=118.38m2,醪液由25℃升至85℃，Δtm=37.3℃Q=KAΔtm=4.186×200×118.38×37.3=3.69×106KJ/h單位質(zhì)量的醪液需熱量：3.72×〔85-25〕=223.2KJ/kg取操作周期6h，每桶日處理量為：109.5×24/6=438m3/〔日·桶〕取加熱筒的個(gè)數(shù)為：[91.46×103×(1+3.593)/1075]×24/479.22/6=3.57取整為4個(gè)桶，再加一個(gè)備用桶，總計(jì)5個(gè)加熱桶2、泵的選取采用2Qs-1300/117型蒸汽活塞泵參數(shù)900～1300m3/h,壓力1.0MPa,往復(fù)泵30～50次/分4.3.2過(guò)濾采用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)，型號(hào)GF5/1.6-N,參數(shù)：過(guò)濾面積10m2，直徑1.6m，長(zhǎng)1.02m，機(jī)器座400t，生產(chǎn)力1.8t/h。假設(shè)一天工作15h,那么每臺(tái)過(guò)濾機(jī)每天能處理：20×1.8=27t那么一共應(yīng)該有91.46/27=4臺(tái)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)4.3.3中和1、中和罐設(shè)計(jì)(1)罐體將中和操作與洗滌放于一班處理，每班處理一次，根據(jù)工藝計(jì)算得濾液量為：354.812×103×29/〔1.0552×103〕=9503.93m3/周期設(shè)每天三班，一周期4天，每班需要處理:9503.93/4/3=792.0m3擬用中和罐5個(gè)，填充系數(shù)80%，材料1Cr8Ni9Ti,每罐容積V=792.0/5/80%=198m3取H=2D,封頭折邊忽略不計(jì)，取D=4.9那么V全=0.785×D2×2D+π/24×D3+0.785×D2×0.05=0.785×2×4.93+π/24×4.93+0.785×4.92×0.05=201.06m3＞198符合要求。(2)攪拌槳設(shè)計(jì)：采用螺旋槳攪拌器Di=3800mm相應(yīng)減速器與電機(jī)構(gòu)造：LTC-500-6型減速器，轉(zhuǎn)速60r/min，JO2型電機(jī)，功率75KW，轉(zhuǎn)速1450r/min。2、帶式過(guò)濾機(jī)擬用LDD3000S8W型號(hào)4臺(tái)，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機(jī)。大小為：5700*3850*1750mm3、泵的選擇(1)料泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,壓力17.5kgf/cm2。(2)調(diào)漿池打漿泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,壓力17.5kgf/cm2。4.3.4酸解罐的設(shè)計(jì)1、罐體的設(shè)計(jì)(1)外型：D=4.9m，H=9.8m，Vg=201.06m3，壁厚S0=(PD)/[(2[σ]Ф)-P]+C(cm)〔公式4-5〕其中：P—設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的0.98倍，現(xiàn)取1.4MPaD—罐徑，單位cmФ—焊縫系數(shù)，0.5～1之間，取Ф=0.8[Ф]—許用應(yīng)力，1050MPaC—壁厚附加余量，此處取C=0.2cm那么S0=(1.4×490)/(2×1050×0.8-1.4)+0.2=0.61cm，即罐體厚為7mm。(2)攪拌器設(shè)計(jì)采用六彎葉攪拌器，可設(shè)2檔攪拌。Di=D/3=1600mm，Di:di:L:B:C=20:15:5:4:2，R=0.5B，那么di=1200mm，L=400mm，B=320mm，C=160mm，R=160mm，S=3Di=4800mm攪拌轉(zhuǎn)數(shù)：n=30r/m=0.5r/s六彎葉攪拌功率準(zhǔn)數(shù)：Np=4.7，μ=1.2×103N·S/m2，ρ=1500kg/m3那么攪拌軸功率：P=2Np×Di5×n3×ρ=2×4.7×1.65×0.53×1500=18.481KW(3)攪拌軸計(jì)算a：材料：1Cr18Ni9Ti不銹鋼b：按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算：d≥12.4×[(18481×103/735)/30]1/3=11.69cmc：按彎曲強(qiáng)度計(jì)算：d≥10×[(18481×103/735)/30]1/3=5.38cm故按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，考慮到軸上開(kāi)鍵槽周徑增加10%，即11.69×1.1=12.86cm，所以取整為13cm。2、相應(yīng)減速器的電機(jī)選型三角皮帶傳動(dòng)效率0.92，滾動(dòng)軸承效率0.99，滑動(dòng)軸承效率0.98，端軸封口增加1.0%那么電機(jī)功率P=18.481/〔0.99×0.92×0.98)×〔1+1.0%〕=20.91KW(1)酸解罐個(gè)數(shù)：數(shù)量對(duì)應(yīng)于5個(gè)中和桶。帶式過(guò)濾機(jī)擬用4臺(tái)，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機(jī)。(2)抽濾罐計(jì)：擬用10個(gè)抽濾罐。Dg=5000mm，H=4000mm，Vg=π/4D2×H=78.5m3。相應(yīng)真空泵選擇S2-1型，抽氣量24m3/min，極限真空120mmHg，配用JO2-41型，P=6.5KW。3、泵的選擇(1)H2SO4輸送泵選用50F-16A耐酸腐蝕泵Q=31.4m3/h,揚(yáng)程12m，配Y90L-2型電機(jī)，P=26KW,V=8240r/min。(2)濃酸液輸出泵選用50F-16A型耐酸泵：Q=31.4m3/h，揚(yáng)程：12m，配Y90L-2型電機(jī)，P=5.3KW,V=2930r/min。4、H2SO4貯液設(shè)計(jì)：擬可用一生產(chǎn)周期取4個(gè)罐周期需酸量：104524.1×103/(103×1.82×103)=557.58m3那么