年產15萬噸檸檬酸提取車間設計

摘要檸檬酸是一種重要的醫(yī)藥化工產品，世界年消耗量已達130萬噸。最近幾年由于中國檸檬酸生產工藝不斷改良，產品質量持續(xù)提高，在國際上有很強的競爭力，已經成為全球最大的檸檬酸生產國和出口國，目前中國檸檬酸產能已達120多萬噸，約占全球的60%。隨著檸檬酸產業(yè)競爭壓力增大，檸檬酸生產工藝的不斷改良,生產檸檬酸的企業(yè)數量開始減少，企業(yè)的生產能力迅速擴大。小型的企業(yè)由于沒有技術支撐，無法同大型企業(yè)相抗衡，在競爭中處于劣勢。因此，對于較小的企業(yè)來說，改良生產工藝已經迫在眉睫。本設計采用玉米原料通過液體深層好氧發(fā)酵，得到檸檬酸發(fā)酵液，再通過鈣鹽離子提取法提取檸檬酸，再經過精制工序得到無水檸檬酸。其中玉米的淀粉含量為65%，含水量在15%，蛋白質含量在8%左右，選用的菌種為黑曲霉Co827，國內比擬流行用此種生產方法。本設計為年產量15萬噸的檸檬酸提取車間設計，在設計過程中，重點論證液化、發(fā)酵、提取、精制等工段的設計理論及技術要求，著重于各個車間的工藝計算及設備的選型。通過物料衡算、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、結晶罐、離心機的型號，以及提取車間的車間布局。關鍵詞：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檸檬酸的理化性質檸檬酸是一種重要的有機酸，又名枸櫞酸，學名2—羥基丙烷三羧酸或2—羥基丙烷—1，2，3—三羧酸。無色晶體，商品檸檬酸主要是無水檸檬酸(C6H8O7)和異檸檬酸(C6H8O7·H2O)。異檸檬酸為無色透明，有光澤的含有一個結晶水的晶體，而無水檸檬酸那么是無色半透明全對稱晶體。異檸檬酸由低溫(低于36.6℃)的水溶液中結晶析出，經別離枯燥后的產品，分子量210.14，熔點70—75℃，密度1.542。放置在枯燥的空氣中，異檸檬酸中的結晶水會逸出風化。無水檸檬酸是在高于36.6℃的水溶液中結晶析出的，分子量192.12，密度1.665。異檸檬酸轉變?yōu)闊o水檸檬酸的臨界溫度為36.6士0.15℃。檸檬酸因為無毒、水溶性好、酸味適度、易被吸收和價格低廉等優(yōu)點，被廣泛應用于食品、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檸檬酸的開展史：1893年前，人們主要從柑桔、菠蘿和檸檬等果實中制取檸檬酸。1893年后發(fā)現(xiàn)微生物可以產生檸檬酸，1951年美國Miles公司首先采用深層發(fā)酵法生產檸檬酸。我國在上世紀40年代初期開始淺盤發(fā)酵生產檸檬酸，60年代采用薯干粉直接深層發(fā)酵法生產檸檬酸。能夠生產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原料或者烴類來大量積累檸檬酸。至今世界上消費的檸檬酸主要采用發(fā)酵法，而最具有商業(yè)競爭優(yōu)勢的是采用黑曲霉、文氏曲霉和解脂假絲酵母等菌種的深層液體發(fā)酵。目前國內外普遍采用黑曲霉利用糖質原料發(fā)酵生產檸檬酸。1.3檸檬酸國內的現(xiàn)狀：目前，世界上檸檬酸行業(yè)的集約化程度非常高，生產重心已經轉移到了中國，我國檸檬酸產量和出口量已經連續(xù)多年居世界第一。目前，全球的年產檸檬酸量大約為150萬噸，中國的檸檬酸產量大約100萬噸，占世界的65%。目前，國內的檸檬酸生產企業(yè)主要集中在山東、安徽、江蘇。其中，生產規(guī)模最大的是濰坊英軒實業(yè)，其年產量已達50萬噸，出口多個國家。經過多年的技術革新，國內生產的檸檬酸品質大為改變，生產技術水準、原料、能耗和水耗指標都取得了巨大的進步，但是與興旺國家相比，我國的檸檬酸生產企業(yè)自動化程度還不是很高，勞動生產率不高，廢棄物排放高、資源綜合利用和清潔生產水品不夠，這些問題也都制約著檸檬酸行業(yè)的可持續(xù)開展。1.4設計的原那么⑴設計工作必須經過認真的調查研究，通過查找相關文獻，設計所必須的根底數據信息，加強技術經濟的分析工作。設計的技術經濟指標以到達或者超過國內同類型功成生產實際平均先進水平為宜。⑵要積極引進新技術，力求設計在技術上具有現(xiàn)實性、先進性，節(jié)約本錢，提高資源的利用率，鞏固社會和環(huán)境效益。⑶根據生產工藝的流程，設計好各個車間的分布位置，使車間的管道布置以及占地面積等到達最正確效果，充分節(jié)約本錢。⑷根據工藝計算，安裝各個車間的設備，做到設備排列簡潔、緊湊、整齊、平安。⑸發(fā)酵工廠的設計還應該采用微生物發(fā)酵的獨特要求，注意環(huán)境衛(wèi)生和工廠車間對衛(wèi)生、無菌、防火的要求。另外，還應該貫徹國家衛(wèi)生法的有關規(guī)定。⑹設計工作要表達國家的有關方針、政策，切合實際，平安使用，技術先進，做到精心設計，千方百計把工廠設計的合理，使得技術先進、生產產品質量好、企業(yè)收益快，使得設計工作符合社會市場經濟建設的總原那么。1.5設計的依據⑴利用山東英軒實業(yè)的實習報告。⑵依據我國現(xiàn)行的有關設計和安裝的技術標準和標準。⑶結合原材料的特性與產品的質量要求以及廠址的選擇，結合國內外的先進工藝條件設備的制造、供給水平，采用先進的工藝與設備。⑷參考的資料：依據設計任務書的要求設計。利用實習期間收集到的原始數據資料參考文獻資料第二章工藝條件的選擇和論證2.1檸檬酸生產方法的選擇2.1.1檸檬酸的生產方法我們國內主要是采用生物發(fā)酵法。檸檬目前生產檸檬酸的主要方法有水果提取法、化學合成法以及生物發(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檸檬酸。我國的大型企業(yè)采用的為深層發(fā)酵法。深層發(fā)酵的發(fā)酵過程是發(fā)生在密閉的大型發(fā)酵罐內，菌體的生長分散在整個液體介質內。深層發(fā)酵的關鍵設備是發(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)酵原料經滅菌、冷卻后，將培養(yǎng)的優(yōu)育菌種先接種于種子罐，再轉移至發(fā)酵罐。發(fā)酵期間罐內始終通入無菌空氣，以增加培養(yǎng)基內的溶解氧，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。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有被黑曲霉利用的殘?zhí)?、蛋白質、脂肪、膠體化合物以及無機鹽等。檸檬酸提取就是從成分復雜的發(fā)酵液中別離提純并獲得符合英國藥典標準的檸檬酸。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。目前國外生產主要采用溶劑萃取法和鈣鹽—離子交換法，而國內主要采用鈣鹽—離子交換法。2.2檸檬酸生產的原理2.2.1檸檬酸發(fā)酵的原理用黑曲霉發(fā)酵法生產檸檬酸的代謝途徑為：黑曲霉生長繁殖時產生的淀粉酶、糖化酶首先將玉米粉中的淀粉轉變?yōu)槠咸烟?，葡萄糖經過酵解途徑〔EMP)和HMP途徑轉變?yōu)楸?，丙酮酸由丙酮酸氧化酶氧化生成乙酸和二氧化碳，繼而經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濾或者超濾出去菌體等不溶殘渣，然后在澄清過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，通過過濾將它與可溶性的糖、蛋白、氨基酸、其他有機酸、無機離子等雜質別離開。為了獲得較凈的檸檬酸鈣，需要用80—90℃熱水反復洗滌檸檬酸鈣，以除去殘?zhí)呛推渌扇苄噪s質。經過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行酸解，生成檸檬酸和硫酸鈣沉淀，經過過濾(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檸檬酸生產的原料、輔料2.3.1檸檬酸生產原料的選擇1、原料中可利用成分高，無抑制檸檬酸生產菌生長和產酸的物質極少?；蛉菀壮?，能滿足工藝要求。能就近取材，原料來源豐富，便于采購、運輸、適于大量儲存，保證生產上的供給。3、原料成分對產品的提取、精制無影響。4、價格廉價。所以我們按實際需要，本次設計主要以優(yōu)質玉米為原料，其質量要求為：淀粉含量：65%，含水量：15%蛋白質含量：8%外觀：色澤鮮艷、顆粒飽滿完整，均勻一致、質地緊密、無雜質、無異味2.3.2檸檬酸生產的輔料1、耐高溫液體細菌α—淀粉酶耐高溫α-淀粉酶采用地衣芽孢桿菌經過深層培養(yǎng)、提取等工序精制而成，能隨機水解淀粉、糖原及降解物質內部的α—1，4糖苷鍵，使得膠狀淀粉溶液的粘度迅速下降，產生可溶性糊精和寡聚糖，過度的水解可產生葡萄糖和麥芽糖。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，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。

2、98%的濃硫酸,密度為1820kg/m33、輕質CaCO3≥98.4，相對分子質量：100.094、采用Co827發(fā)酵菌種5、鹽酸：以電解質最好HCl≥31%，SO42-≤0.007%6、732#陽離子樹脂外觀：淡黃色或褐色，球狀顆粒交換當量：≥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?；钚蕴棵撋Α?1；pH=5～7；總鐵量≤0.1%；顆粒度200目；強度≥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產品質量要求中國檸檬酸標準表1-1中國食品添加劑標準檸檬酸含量≥99%砷含量≤0.0001%硫酸鹽含量≤0.05鐵含量≤0.001%草酸鹽合格灼燒殘渣≤0.1%重金屬含量≤0.001%鈣鹽合格表1-2中國化學試劑標準〔檸檬酸〕指標〔%〕優(yōu)級純分析純化學純檸檬酸含量≥99.899.899溶解度試驗合格合格合格水不容物≤0.0020.0050.01灼燒殘渣≤0.010.020.07SO42-≤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檸檬酸國際標準(2005)(1) 檸檬酸含量≥99.5%(2) 性狀：無色晶體或白色晶體粉狀(3) 溶解度：溶于一份水或一點五份乙醇中(4) 微溶于醚(5) 鑒別試驗：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：符合實驗(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：符合實驗(14)水分≤0.5%〔W/W〕(15)硫酸鹽灰分≤0.1%(16)白度≥72%(17)粒度：符合實驗2.5生產工藝2.5.1本設計的檸檬酸生產大體流程：玉米原料→粉碎調漿→噴射液化→壓濾清液→檸檬酸發(fā)酵→發(fā)酵液→過濾清液→中和反響淀粉酶黑曲霉↓包裝←烘干篩分←離心洗滌←結晶←濃縮←離子交換←脫色←酸分←帶式過濾本工藝流程的優(yōu)點：⑴使用玉米原料，價格廉價，并且我國玉米的產量為世界第一，來源廣泛。⑵采用液化發(fā)酵工藝，基質中雜質較少，粘度減少，發(fā)酵過程易于控制，所以生產本錢大大降低。⑶采用液體深層發(fā)酵法：發(fā)酵體系為均一的液體，傳熱傳質良好；設備占地面積小，生產規(guī)模大；發(fā)酵速率高，時間短；產酸率高，菌體生成量小，原材料消耗低；便于機械化操作；發(fā)酵副產物少，產品得率高，產品質量高等，從而使其成為當今世界生產檸檬酸的最主要的方法。⑷過濾后的得到的玉米殘渣可以直接作為飼料或者經過固體發(fā)酵制得高蛋白飼料，是原來的生產本錢大大降低。⑸采用鈣鹽—離子交換法提取檸檬酸。方法比擬簡單，原料價格低廉；沒有使用先進的工藝設備，節(jié)約生產本錢；同時這種方法對于產品的生產沒有污染，生產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確實定與論證2.5.2.1液化車間工藝流程淀粉酶淀粉酶渣子用于生產高蛋白飼料玉米原料→粉碎調漿→噴射液化→濁液→板框過濾→糖液發(fā)酵液化工段的相關工藝參數：粉碎機使用的是錘片式粉碎機，采用錘式粉碎機，其結構簡單，占地少，生產能力大，操作彈性大,玉米顆粒的粉碎粒度為1mm。粉碎過程：首先經刮板、提升等設備輸入至粉碎機進行粉碎，加工成60目以上的細顆粒，通過引風機引風將粉碎過的玉米提升至玉米粉刮板機，然后進入調漿槽。粉碎機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液化結束后，DE值要到達16.8，此時碘檢反響呈棕色⑤α—淀粉酶：9.6U/g(淀粉〕液化過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↓中和罐液化過程具體的工藝參數：①在原料進入噴射器之前，需要用配料池來調節(jié)工藝條件，用離子膜堿即30%NaOH溶液來調劑，用PH試紙測，PH一般為6.3—6.5。開啟一次噴射泵進料溫度為98—100℃,二次噴射器內溫度到達105℃，流速為55m3/h,液化時間是35—45min②噴射器的作用：物料和蒸汽在噴射器內迅速升溫，由糊化狀態(tài)進入液化狀態(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10min;二次噴射器內料壓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液化罐電機功率為7.5KW⑦中和罐是硫酸罐，作用是調節(jié)PH，調節(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→進料→實消→接種→培養(yǎng)→轉種↑玉米漿→濁液→清液↓發(fā)酵罐：刷罐→查罐→進料→實消→接種→培養(yǎng)→壓料發(fā)酵流程的相關工藝參數：①板框過濾機壓力0.6MPa,113個板框，過濾面積300㎡,過濾總容積4564L,活塞最大行程750mm。②采用Co827發(fā)酵菌種；種子罐的進料口內徑125mm，外徑140mm；種子罐的體積為50m3；種子罐電機功率為45KW，攪拌轉速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,一個種子罐供給2個發(fā)酵罐，接種到發(fā)酵罐中的種子為40m3，在轉入糖后要滅菌0.5—1.0h③發(fā)酵罐的電機功率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。⑤參加硫酸銨來調節(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)酵液轉鼓過濾機過濾清液中和反響帶式濾機精制工序檸檬酸分解液帶式過濾機分解反響檸檬酸鈣參加硫酸相關工藝介紹⑴發(fā)酵液的預處理將發(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；使蛋白質等膠體物質變性凝固，降低發(fā)酵液的粘度，有利于過濾；使菌體中的檸檬酸釋放，提高收率。⑵過濾真空轉鼓過濾機有一水平轉鼓，鼓壁開孔，鼓面上鋪以支承板和濾布，構成過濾面。過濾面下的空間分成假設干隔開的扇形濾室。各濾室有導管與分配閥相通。轉鼓每旋轉一周，各濾室通過分配閥輪流接通真空系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，順序完成過濾、洗渣、吸干、卸渣和濾布再生等操作。在轉鼓的整個過濾面上，過濾區(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)之間有過渡段。過濾時轉鼓下部沉浸在懸浮液中緩慢旋轉。漂浮在懸浮液內的濾室與真空系統(tǒng)連通，濾液被吸出過濾機，固體顆粒那么被吸附在過濾面上形成濾渣。濾室隨轉鼓旋轉離開懸浮液后，繼續(xù)吸去濾渣中飽含的液體。當需要除去濾渣中殘留的濾液時，可在濾室旋轉到轉鼓上部時噴灑洗滌水。這時濾室與另一真空系統(tǒng)接通，洗滌水透過濾渣層置換顆粒之間殘存的濾液。濾液被吸入濾室，并單獨排出，然后卸除已經吸干的濾渣。這時濾室與壓縮空氣系統(tǒng)連通，反吹濾布松動濾渣，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量表2-1殘留酸度對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，pH在酸度高時沉淀純度高，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，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，沉淀細粒對酸解有利，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時溫度對檸檬酸鈣沉淀的影響碳酸鈣參加時的溫度沉淀時間〔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↓硫酸用量為酸解過程的關鍵，一般硫酸不能過量0.2%，否那么草酸鈣溶解而轉入溶液中。(2)工藝參數確實定與論證①硫酸添加量：980gH2SO4/1000gCaCO3②酸解溫度：85℃③攪拌速度：60r/min④終點檢測：pH=2時，采用雙管法檢測終點。酸解時形成硫酸鈣有三種：CaSO4·2H2O，CaSO4·1/2H2O，無水CaSO4這三種形式取決于溶液的過飽和度和溫度，過飽和度過高，易形成無水物，在80℃以下，形成CaSO4·2H2O，在80～90℃范圍內CaSO4·2H2O和CaSO4·1/2H2O可以共存，90～100℃形成CaSO4·1/2H2O，140℃以上形成無水CaSO4。酸濃度升高和溫度升高，都使溶解度降低，減少無水CaSO4的溶存量。2.5.2.4凈化酸解夜中含有色素和膠體物質，還有多種金屬陰離子和陽離子。凈化的目的就是要除去這些雜質，使最終成品的質量符合標準。本工藝采用先經活性炭吸附脫色，然后再離交處理，以到達凈化的目的。(1)離子交換脫鹽的原理：陽離子交換：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：采用國產732型強酸型離交樹脂，再生流程如下：離交柱→用至失效→水洗滌↑↓水洗至pH4～4.5←HCl再生新樹脂使用前采用2mol/L鹽酸轉型，再生時仍用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%以上才能進行結晶。其真空度為650mmHg，溫度不超過60℃(2)工藝條件的論證：①檸檬酸濃縮時溫度不能過高，否那么檸檬酸會發(fā)生分解。②為使?jié)饪s過程中溫度不能過高，需維持較高的真空度。蒸發(fā)壓力不能超過0.014MPa〔110mmHg〕，加熱蒸汽不能超過0.1MPa〔表壓〕。結晶(1)工藝條件的選?。孩贉囟龋?6.6℃以下②時間：約10h③攪拌速度：25～30r/min(2)條件論證根據檸檬酸結晶特性可知，在55℃時檸檬酸的飽和濃度為73％〔質量〕，而在生產上將檸檬酸凈制液在55℃時濃縮到近81％〔質量〕的濃度，沒有結晶析出。再將過飽和溶液快速冷卻到40℃〔1～2h〕C點，還是沒有結晶析出。再慢慢降溫〔每小時降溫2～3℃〕，當冷卻到D時，溶就立即自發(fā)生成大量晶核，同時濃度隨之降低，一直降到E點，使溶液到達飽和濃度為止。從起晶到育晶結束是在折點溫度36.6℃以下進行，故所得的晶體是帶有一個結晶水的檸檬酸水化物結晶。粘度與結晶速度成正比，因而要使粘度小些枯燥和包裝(1)參數：枯燥溫度控制在36.6℃以下；適當地提高枯燥速度(2)條件論證：經過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。第三章工藝計算設計任務：年產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80%，倒罐率1%，發(fā)酵周期60h，使用周期75h,年生產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%，糖酸轉化率95%，提取收率86.6%,精制收率98%。年生產批次：320×24/75=102.4〔次〕所以取整數為103次設總發(fā)酵醪液為Xm3，產酸率為14%〔即產酸濃度為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)酵罐的個數為：1.157×106/〔500×80%×103〕=28.08取整為29個發(fā)酵罐。3.1液化工序由相對密度和干物質濃度對照表驗算發(fā)酵醪加水比為1:3.60。由于液化和滅菌會帶進局部冷凝水，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：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：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3.2.1一級培養(yǎng)一、物料衡算一級斜面培養(yǎng)所用試管為18×180mm，裝液量為1/4管長。π/4×d2l×(1/4)=3.14/4×182×180×(1/4)=15700㎜3=11.45L二、熱量衡算一級培養(yǎng)采用隔水式電熱恒溫培養(yǎng)，直接按額定功率計算，p=660w；滅菌采用電熱鼓風枯燥箱滅菌30min，p=2.5KW。培養(yǎng)耗熱〔按5d計〕：660×5d×24h/d×3600s/h=2.85×105KJ滅菌耗熱：2.5KW×30min×60s/min=4500KJ二級培養(yǎng)一、物料衡算500ml茄子瓶，裝液量50ml。二、熱量衡算二級培養(yǎng)采用隔水式電熱恒溫培養(yǎng)，直接按額定功率計算，p=660w；滅菌采用電熱鼓風枯燥箱滅菌30min，p=2.5KW。培養(yǎng)耗熱〔按7天計〕：660×7d×24h/d×3600s/h=3.99×105KJ滅菌耗熱：2.5KW×30min×60s/min=4500KJ三級培養(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，溫調電耗p=20，按5天計算，滅菌30min。培養(yǎng)耗熱〔按5d計〕：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際配水比：91.46/(91.46×3.10＋34.033)=1:3.472那么粉漿干物質濃度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：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：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/罐驗算滅菌后的實際配水比：91.46/(91.46×3.472＋11.032)=1:3.593滅菌后液化醪的性質：1、干物質含量：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的質量比為401，即參加1kg玉米粉需(NH4)2SO4的質量為0.025kg，那么單個種子罐需(NH4)2SO4的質量為：8.314×/40=207.85kg2、消泡劑需量(發(fā)酵醪的密度按1075kg/m3計算,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、無菌風需量(根據工藝參數計算)(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)酵時間60h計算)單罐批次需量(14×0.08+9×0.1+37×0.12)×60×500×0.80=155040m3年需無菌風量(3080+155040)×29×103=4.723×108m33.3.3換熱面積根底數據：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%〕每個生產周期共需：〔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)時間按24h計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)酵液過濾采用板框式壓濾機進行過濾，損失較大為8%，中和時有少量損失1%，洗滌時鈣鹽溶解損失1%，酸解過濾損失1%，凈化操作時，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由于過濾損失8%，那么實際全年濾液量為：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、檸檬酸鈣產量(1)中和3CaCO3----------------Ca3(C6H5O7)2?4H2O300570年產檸檬酸鈣的量為：106646.4×570/300=202628.1t由于中和損失1%，實際年產檸檬酸量為：202628.1×〔1-1%〕=200601.9t(2)洗滌洗滌損失1%，實際年產檸檬酸鈣的量為：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℃，中和結束時溫度為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℃中和結束時需熱：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℃中和結束后升溫需熱：4.099×〔85-70〕=61.49KJ/kg考慮到升溫時熱損失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：設洗滌1t鈣鹽需1m3的水，那么洗滌用水為202628.1m3(2)考慮到CaCO4調漿用水：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產量：H2SO4-------------CaSO42H2O年產石膏：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%，年產檸檬酸量：198595.8×420/570×(1-1%)=144870.4t/年二、熱量衡算因酸解過程中物料變化較大，故漿液的比熱按經驗值：C=3.5KJ/kg℃物料初溫為20℃，需到達的溫度為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漿罐用水，取800m3/天，那么年需800×320=256000m3/年洗滌時設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樹脂用量交換當量≥4.5mgN/g干樹脂4.5×50%×0.8=1.8mgN/mol溫樹脂根據實際工作交換容量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，但實際中樹脂處理需用鹽酸，此處用31%的鹽酸粗略計算。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樹脂需1mol/L的鹽酸1.27L218.1×1.27×103=276987kg三、凈化后檸檬酸的產量：〔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結晶放料入結晶罐溫度為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=35m/s,風管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%，實際需熱：Q=2.57×109×(1+20%)=3.08×109KJ精制率為98%，那么精制后得無水檸檬酸：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第四章提取設備的設計與選型4.3.1預處理1、加熱桶的設計D=4.0m,H0=8m,ha=0.9m,封頭容積V1=9.02m3實際容積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〕取加熱筒的個數為：[91.46×103×(1+3.593)/1075]×24/479.22/6=3.57取整為4個桶，再加一個備用桶，總計5個加熱桶2、泵的選取采用2Qs-1300/117型蒸汽活塞泵參數900～1300m3/h,壓力1.0MPa,往復泵30～50次/分4.3.2過濾采用真空轉鼓過濾機，型號G5-1075,參數：過濾面積5m3，直徑1.75m，長0.98m，浸入角130°，吸濾角104°，枯燥與洗滌角160°，吹氣角12°，轉速0.13～0.26r/min，機器座400t，生產力1.8t/h。假設一天工作15h,那么每臺過濾機每天能處理：20×1.8=27t那么一共應該有91.46/27=4臺真空轉鼓過濾機4.3.3中和1、中和罐設計(1)罐體將中和操作與洗滌放于一班處理，每班處理一次，根據工藝計算得濾液量為：354.812×103×29/〔1.0552×103〕=9503.93m3/周期設每天三班，一周期4天，每班需要處理:9503.93/4/3=792.0m3擬用中和罐5個，填充系數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，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)攪拌槳設計：采用螺旋槳攪拌器Di=3800mm相應減速器與電機構造：LTC-500-6型減速器，轉速60r/min，JO2型電機，功率75KW，轉速1450r/min。2、帶式過濾機擬用4臺，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機。3、泵的選擇(1)料泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,壓力17.5kgf/cm2。(2)調漿池打漿泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,壓力17.5kgf/cm2。4.3.4酸解罐的設計1、罐體的設計(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—設計壓力，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，0.5～1之間，取Ф=0.8[Ф]—許用應力，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)攪拌器設計采用六彎葉攪拌器，可設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攪拌轉數：n=30r/m=0.5r/s六彎葉攪拌功率準數：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)攪拌軸計算a：材料：1Cr18Ni9Ti不銹鋼b：按鈕轉強度計算：d≥12.4×[(18481×103/735)/30]1/3=11.69cmc：按彎曲強度計算：d≥10×[(18481×103/735)/30]1/3=5.38cm故按扭轉強度計算，考慮到軸上開鍵槽周徑增加10%，即11.69×1.1=12.86cm，所以取整為13cm。2、相應減速器的電機選型三角皮帶傳動效率0.92，滾動軸承效率0.99，滑動軸承效率0.98，端軸封口增加1.0%那么電機功率P=18.481/〔0.99×0.92×0.98)×〔1+1.0%〕=20.91KW(1)酸解罐個數：數量對應于5個中和桶。帶式過濾機擬用4臺，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機。(2)抽濾罐計：擬用10個抽濾罐。Dg=5000mm，H=4000mm，Vg=π/4D2×H=78.5m3。相應真空泵選擇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,揚程12m，配Y90L-2型電機，P=26KW,V=8240r/min。(2)濃酸液輸出泵選用50F-16A型耐酸泵：Q=31.4m3/h，揚程：12m，配Y90L-2型電機，P=5.3KW,V=2930r/min。4、H2SO4貯液設計：擬可用一生產周期取4個罐周期需酸量：104524.1×103/(103×1.82×103)=557.58m3那么每個罐每周期大約貯存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，0.5～1之間，取Ф=0.9[Ф]—許用應力，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第四章提取設備的設計與選型4.3.1預處理1、加熱桶的設計D=4.0m,H0=8m,ha=0.9m,封頭容積V1=9.02m3實際容積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〕取加熱筒的個數為：[91.46×103×(1+3.593)/1075]×24/479.22/6=3.57取整為4個桶，再加一個備用桶，總計5個加熱桶2、泵的選取采用2Qs-1300/117型蒸汽活塞泵參數900～1300m3/h,壓力1.0MPa,往復泵30～50次/分4.3.2過濾采用真空轉鼓過濾機，型號GF5/1.6-N,參數：過濾面積10m2，直徑1.6m，長1.02m，機器座400t，生產力1.8t/h。假設一天工作15h,那么每臺過濾機每天能處理：20×1.8=27t那么一共應該有91.46/27=4臺真空轉鼓過濾機4.3.3中和1、中和罐設計(1)罐體將中和操作與洗滌放于一班處理，每班處理一次，根據工藝計算得濾液量為：354.812×103×29/〔1.0552×103〕=9503.93m3/周期設每天三班，一周期4天，每班需要處理:9503.93/4/3=792.0m3擬用中和罐5個，填充系數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，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)攪拌槳設計：采用螺旋槳攪拌器Di=3800mm相應減速器與電機構造：LTC-500-6型減速器，轉速60r/min，JO2型電機，功率75KW，轉速1450r/min。2、帶式過濾機擬用LDD3000S8W型號4臺，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機。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酸解罐的設計1、罐體的設計(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—設計壓力，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，0.5～1之間，取Ф=0.8[Ф]—許用應力，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)攪拌器設計采用六彎葉攪拌器，可設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攪拌轉數：n=30r/m=0.5r/s六彎葉攪拌功率準數：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)攪拌軸計算a：材料：1Cr18Ni9Ti不銹鋼b：按鈕轉強度計算：d≥12.4×[(18481×103/735)/30]1/3=11.69cmc：按彎曲強度計算：d≥10×[(18481×103/735)/30]1/3=5.38cm故按扭轉強度計算，考慮到軸上開鍵槽周徑增加10%，即11.69×1.1=12.86cm，所以取整為13cm。2、相應減速器的電機選型三角皮帶傳動效率0.92，滾動軸承效率0.99，滑動軸承效率0.98，端軸封口增加1.0%那么電機功率P=18.481/〔0.99×0.92×0.98)×〔1+1.0%〕=20.91KW(1)酸解罐個數：數量對應于5個中和桶。帶式過濾機擬用4臺，帶速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型電機。(2)抽濾罐計：擬用10個抽濾罐。Dg=5000mm，H=4000mm，Vg=π/4D2×H=78.5m3。相應真空泵選擇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,揚程12m，配Y90L-2型電機，P=26KW,V=8240r/min。(2)濃酸液輸出泵選用50F-16A型耐酸泵：Q=31.4m3/h，揚程：12m，配Y90L-2型電機，P=5.3KW,V=2930r/min。4、H2SO4貯液設計：擬可用一生產周期取4個罐周期需酸量：104524.1×103/(103×1.82×103)=557.58m3那么