高銳—201207724—L-乳酸發(fā)酵車間工藝設(shè)備設(shè)計

1、蘭州交通大學(xué)生物工程課程設(shè)計題目：L-乳酸發(fā)酵車間工藝設(shè)計 院(系)別 化學(xué)與生物工程學(xué)院 專 業(yè) 生物工程 班 級 生工1201班 學(xué) 號 姓 名 高銳 指導(dǎo)教師 蔡亞東 二一四年七月摘 要 L-乳酸是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ木?xì)化學(xué)品，具有廣泛的用途。本設(shè)計是以發(fā)酵法生產(chǎn)L-乳酸發(fā)酵車間的工藝設(shè)計，以薯干為原料，對其進(jìn)行直接粉碎、調(diào)漿、液化，然后進(jìn)行液體深層發(fā)酵，以鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、干燥得到L-乳酸。其中發(fā)酵培養(yǎng)接種量為5%，發(fā)酵時間為14h，每升發(fā)酵液可以純化得到L-乳酸產(chǎn)品120g。年操作日300天。發(fā)酵罐高4m，直徑2m，通氣攪拌功率為20.51kW；種子罐高1.4m，直徑0.7m，軸

2、功率為3.36kW。本設(shè)計總計投資1860萬元，預(yù)計年銷售額5832萬元，生產(chǎn)總費(fèi)用4228.9萬元，固定成本217.2萬元，最后所得年利潤為1385.9萬元。本設(shè)計以工藝設(shè)計為主線，以工藝流程為順序，畫出流程圖與設(shè)計圖，最終設(shè)計出年產(chǎn)10000噸的L-乳酸發(fā)酵車間。關(guān)鍵詞： L-乳酸 發(fā)酵車間 工藝設(shè)計 工藝計算Abstract L-lactic acid is a kind of fine chemicals with great potential for development, which have extensive uses. The design focuses on the

3、fermentation workshop process design of producing L-lactic with fermentation method. In this design, raw material are sweet potatoes, and the production processes is direct smashing, conditioning and liquefying, using the gas-liquid submerged fermentation, extracting with the method of precipitation

4、 by calcium salt, and finally producing L-lactic acid through crystallizing and desiccating. The fermentation inoculum is 5%, fermentation time is 14 hours, per liter of fermentation liquid can be purified and produce 120g L-lactic acid, yearly operation time is 300 days. Fermentation tank is 4 mete

5、rs high, diameter is 2 meters, aeration and agitation power is 20.51kW; and seed tank is 1.4meters high, diameter is 0.7 meters, shaft power is 3.36kW. The design has a total investment of 18.6 million yuan, expected annual sales is 58.32 million yuan, the total cost is 42.289 million yuan, fixed co

6、sts is 2.172 million yuan, and the annual profit is 13.859 million yuan. The design introduces the design and calculation process of the entire production process and equipment in detail, and introduces the properties, uses and the production situation at home and abroad of L- lactic acid at the sam

7、e time. Taking process design as the main line, taking process flow as the order, drawing a process flow diagram and design charts, and finally designing a L-lactic fermentation workshop with an annual output of 10000 tons.Keywords: L-lactic acid； The fermentation workshop； Process design； Process c

8、alculation目 錄0. 前言11. 概述21.1 產(chǎn)品概述21.1.1 乳酸的理化性質(zhì)21.1.2 乳酸的用途及功能21.1.3 國內(nèi)外生產(chǎn)情況31.2 設(shè)計概述31.2.1 設(shè)計依據(jù)31.2.2 設(shè)計范圍41.2.3 指導(dǎo)思想42. 設(shè)計42.1 設(shè)計任務(wù)42.2 工藝設(shè)計52.2.1 原材料及產(chǎn)品52.2.2 生產(chǎn)流程52.3 工藝計算6 2.3.1 物料衡算6 2.3.2 能量衡算72.4 設(shè)備設(shè)計及選型92.4.1 發(fā)酵罐的設(shè)計92.4.2 種子罐的設(shè)計112.4.3 發(fā)酵液貯罐的設(shè)計122.4.4 發(fā)酵罐配料罐的設(shè)計122.4.5 種子罐配料罐的設(shè)計122.5 廢渣處理132

9、.6 人員組織管理132.7 財務(wù)分析13 2.7.1 投資分析13 2.7.2 效益分析142.8 工廠設(shè)計14 2.8.1 工廠選址14 2.8.2 工廠總平面設(shè)計15 2.8.3 車間總布局設(shè)計163. 參考文獻(xiàn)174. 附錄185. 致謝200.前言 乳酸（IUPAC學(xué)名：2-羥基丙酸）是一種化合物，它在多種生物化學(xué)過程中起作用。它是一種羧酸，分子式是C3H6O3。它是一個含有羥基的羧酸，因此是一個-羥酸（AHA）。在水溶液中它的羧基釋放出一個質(zhì)子，而產(chǎn)生乳酸根離子CH3CHOHCOO。其純品為無色液體，工業(yè)品為無色到淺黃色液體。無氣味，具有吸濕性與毒性。能與水、乙醇、甘油混溶，水溶液

10、呈酸性，PKa=3.85。不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。在常壓下加熱分解，濃縮至50%時，部分變成乳酸酐，因此產(chǎn)品中常含有10%15%的乳酸酐。由于具有羥基和羧基，一定條件下，可以發(fā)生酯化反應(yīng)，產(chǎn)物有三種1。乳酸作為世界公認(rèn)的三大有機(jī)酸之一，自從1780年Scheele發(fā)現(xiàn)乳酸以來，乳酸的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)得到大規(guī)模的提高。L-乳酸、L-乳酸鹽及其聚合物廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域。此外，以L-乳酸聚合的聚乳酸(PLA)，憑借其可生物降解，生物相容等特性，越來越受到廣泛的研究和關(guān)注。L-乳酸是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ木?xì)化學(xué)品，具有廣泛地用途。在食品行業(yè)可作為仿佛保鮮劑、調(diào)味料等，在醫(yī)藥方

11、面可作為蒸汽消毒、藥物制劑、載體劑和助溶劑等，在農(nóng)業(yè)畜業(yè)可用于生產(chǎn)緩釋農(nóng)藥，農(nóng)用薄膜以及牧草成熟劑等。目前全世界的產(chǎn)量為10 萬噸。我國占世界產(chǎn)量的10 %。由于聚乳酸產(chǎn)品的研究和開發(fā),L-乳酸將有可能代替目前困擾世界各國的白色熱塑污染產(chǎn)品,成為名副其實(shí)的“綠色”環(huán)保制品。L-乳酸可通過生物發(fā)酵法和化學(xué)合成法生產(chǎn)制造得到。采用生物發(fā)酵法制得的L-乳酸是目前乳酸生產(chǎn)的重點(diǎn),發(fā)酵法的原料一般是玉米、大米、甘薯等淀粉質(zhì)原料（也有以苜蓿、纖維素等作原料，有研究提出廚房垃圾及魚體廢料循環(huán)利用生產(chǎn)乳酸的）2。L-乳酸發(fā)酵階段能夠產(chǎn)酸的乳酸菌很多，但產(chǎn)酸質(zhì)量較高的卻不多，主要是根霉菌和乳酸桿菌等菌系。不同菌

12、系其發(fā)酵途徑不同，可分同型發(fā)酵和異型發(fā)酵，實(shí)際由于存在微生物其它生理活動，可能不是單純某一種發(fā)酵途徑。若要同熱塑產(chǎn)品在價格上形成競爭,L-乳酸發(fā)酵生產(chǎn)的成本必須大幅度下降,生產(chǎn)規(guī)模要擴(kuò)大。此次課程設(shè)計就是以此為目標(biāo)的對L-乳酸工業(yè)生產(chǎn)發(fā)酵罐級車間布局的設(shè)計。1.概述1.1 產(chǎn)品概述 1.1.1 乳酸的理化性質(zhì) 乳酸，學(xué)名為-羥基丙酸，分子式為C3H6O3，結(jié)構(gòu)式為CH3CHOHCOOH，相對分子質(zhì)量90.08，是一種常見的天然有機(jī)酸。乳酸分子內(nèi)含有一個不對稱碳原子，具有光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象，有D型和L型兩種構(gòu)型，其中L-乳酸為右旋，D-乳酸為左旋3。表1 乳酸的理化性質(zhì)構(gòu)型熔點(diǎn)/比旋光度D20解離常數(shù)

13、（25）熔化熱/（KJ/mol）L25-263.31.3710-416.87D25-263.31.3710-416.87LD1801.3710-411.35 1.1.2 乳酸的用途及功能 乳酸及其衍生物廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、皮革、紡織等領(lǐng)域2,8。（1）食品行業(yè)：主要用于糖果，飲料(如啤酒、葡萄酒及乳酸類飲料)等食品加工業(yè)中，作為酸味劑及口味調(diào)節(jié)劑，被稱為安全的食品添加劑。另外還可用于清涼飲料、蔬菜的加工和保藏；（2）醫(yī)藥行業(yè)：在醫(yī)藥方面廣泛用作防腐劑、載體劑、助溶劑、藥物制劑、pH調(diào)節(jié)劑等。L-乳酸是一種重要的醫(yī)藥中間體，可用作生產(chǎn)L-乳酸鈣、L-乳酸鈉、L-乳酸鋅、L-乳酸亞鐵等藥物

14、，還可用作手術(shù)室、病房、實(shí)驗(yàn)室等場所的消毒劑；（3）化妝品行業(yè)：可用作滋潤劑、保濕劑、皮膚更新劑、pH調(diào)節(jié)劑、去粉刺劑、去齒垢劑；（4）農(nóng)藥行業(yè)：L-乳酸具有很高的生物活性，對農(nóng)作物和土壤無毒無害，可用作生產(chǎn)新型環(huán)保農(nóng)藥，在日、美等發(fā)達(dá)國家已得到大力的推廣；（5）紡織、皮革、煙草行業(yè)：乳酸可用來處理纖維，可使之易著色，增加光澤和觸感柔軟；可使皮革柔軟細(xì)膩，從而提高皮革的品質(zhì)；適量加入L-乳酸，可提高煙草的品質(zhì)，并保持煙草的濕度； 除上述用途外，L-乳酸最主要的用途是聚合生成聚乳酸，它具有良好的相容性和可生物降解性，已廣泛應(yīng)用于包裝業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)和紡織業(yè)4。 1.1.3 國內(nèi)外生產(chǎn)情況 我國乳酸工

15、業(yè)始建于20世紀(jì)40年代，起步發(fā)展于20世紀(jì)80年代中期至90年代初期，目前，我國正常生產(chǎn)的乳酸生產(chǎn)廠家有20余家，總生產(chǎn)能力約為2萬噸，實(shí)際產(chǎn)量約為1.5萬噸。我國乳酸生產(chǎn)與國外先進(jìn)水平仍有較大差距，乳酸生產(chǎn)規(guī)模較小，發(fā)酵罐僅30噸/臺-60噸/臺，產(chǎn)酸率較低；產(chǎn)品品種仍以DL-乳酸為主，占80，產(chǎn)品色度質(zhì)量不高5：另外在后提取方面更有較大差距，總體上生產(chǎn)成本較商。某些規(guī)劃中要上的L-乳酸項(xiàng)目基本徘徊在年產(chǎn)30005000噸的規(guī)模，規(guī)模效應(yīng)遠(yuǎn)不如國外。 我國乳酸的最大消費(fèi)領(lǐng)域是香料和香精行業(yè)，其用量約占乳酸總消費(fèi)量的40，主要用于生產(chǎn)乳酸乙酯用于調(diào)制各種酒類6。在啤酒工業(yè)中，調(diào)節(jié)麥芽汁pH，

16、目前全國約有25的啤酒生產(chǎn)廠在使用乳酸，年消費(fèi)量約為3000t。我國的L-乳酸只占乳酸產(chǎn)量的2-5，且每年需要進(jìn)口數(shù)萬噸優(yōu)質(zhì)的L-乳酸，據(jù)專家預(yù)測，PLA在未來10年中，可達(dá)10億磅年的市場規(guī)模，可見其對L-乳酸消費(fèi)增長和市場成長將具有極大推動作用。 正因?yàn)長-乳酸有著廣泛的用途和良好的市場前景，所以自L-乳酸問世以來，就在國際市場上頗受追捧，需求增長迅速，其市場價格為維持在2萬噸左右。作為一種重要的食用有機(jī)酸，L-乳酸的需求量僅次于檸檬酸，其市場需求正以每年超過10的速度在增長。目前，國內(nèi)市場需求量在5萬噸以上，國際市場需求量約在30萬噸，而我國雖然是有機(jī)酸出口的大國，但高品質(zhì)的L-乳酸的生

17、產(chǎn)和供應(yīng)卻很少，目前我國L-乳酸的年產(chǎn)量不足3萬噸，可見該產(chǎn)品的市場發(fā)展前景廣闊，頗具開發(fā)潛力7。我國生產(chǎn)的乳酸產(chǎn)品除滿足國內(nèi)需求外，每年都有一定量的出口，出口國家和地區(qū)主要是日本、韓國以及其它一些東南亞國家和地區(qū)。1.2 設(shè)計概述 本設(shè)計是關(guān)于L-乳酸發(fā)酵車間的工藝設(shè)計，包括確定工藝流程和工藝參數(shù)，物料衡算和能量衡算，確定各種設(shè)備的體積、數(shù)目和規(guī)格等參數(shù)，帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、主要設(shè)備圖，撰寫設(shè)計說明書。 1.2.1 設(shè)計依據(jù)（1）依據(jù)與工廠設(shè)計和生產(chǎn)工藝相關(guān)的各種資料，如化工工藝設(shè)計手冊。（2）GB/T 501032001 總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)。（3）GB5018793 工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范。（

18、4）化工原理。（5）生物工藝原理。（6）生物工程設(shè)備。 1.2.2 設(shè)計范圍（1）針對產(chǎn)品的要求進(jìn)行工藝流程的設(shè)計；（2）主要設(shè)備的計算和選型；（3）帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；（4）主要設(shè)備圖。 1.2.3 指導(dǎo)思想 發(fā)酵工程是用來解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問題的學(xué)科。發(fā)酵工程從工程學(xué)的角度把實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的發(fā)酵工業(yè)過程分為菌種、發(fā)酵和提煉（包括廢水處理）等三個階段，這三個階段都有各自的工程學(xué)問題，一般分別把它們稱為發(fā)酵工程的上游、中游和下游工程。發(fā)酵工程的三個階段均分別有它們各自的工藝原理和設(shè)備及過程控制原理，它們一起構(gòu)成發(fā)酵工程原理8。 千百年，特別是最近幾十年的發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)踐證明

19、：微生物是發(fā)酵工程的靈魂。近年來，對于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識愈益明朗化，發(fā)酵工程正在走近科學(xué)。 從生物科學(xué)的角度重新審視發(fā)酵工程，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵工程最基本的原理是其生物學(xué)原理，而前述的發(fā)酵工程原理均必須建立在發(fā)酵工程的生物學(xué)原理的基礎(chǔ)上。因此，發(fā)酵工程的生物學(xué)原理是發(fā)酵工程最基本的原理，并且可以把它簡稱為“發(fā)酵原理”9。2 設(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)本課程是生物工程專業(yè)的一門實(shí)用性和技術(shù)性很強(qiáng)的專業(yè)課程。學(xué)習(xí)本課程的日的是使學(xué)生在完成相關(guān)專業(yè)課程后，尤其是在完成生物工程設(shè)備這門課程后，綜合運(yùn)用3年所學(xué)的知識，進(jìn)行工廠的初步設(shè)計。通過專業(yè)課程設(shè)計使學(xué)生掌握應(yīng)具備的基本設(shè)計技能。使學(xué)生走上工作崗位后既能擔(dān)

20、負(fù)起工廠技術(shù)改造的任務(wù)，又能進(jìn)行車間或全廠的工藝設(shè)計。本課程任務(wù)是:1.撰寫簡要設(shè)計說明書，內(nèi)容包括前言、工藝選擇及論證、關(guān)鍵設(shè)備計算等2.繪制產(chǎn)品工藝方案流程圖（若不會CAD制圖可手繪）。2.2 工藝設(shè)計 2.2.1 原材料及產(chǎn)品 菌種：米根霉，購自中國工業(yè)微生物菌種保藏中心(CICC)。 發(fā)酵原料：1.種子培養(yǎng)基 葡萄糖 5g 硫酸銨 0.2g KH2PO4 0.06g MgSO47H2O 0.01g FeSO47H2O 0.02g CaCO3 1.0g (碳酸鈣分開滅菌)。 2.發(fā)酵培養(yǎng)基 葡萄糖 10g 硫酸銨 2g KH2PO4 0.6g MgSO47H2O 0.1g FeSO47H

21、2O 0.3g CaCO3 7.0g (碳酸鈣分開滅菌)。 2.2.2 生產(chǎn)流程 本次生產(chǎn)工藝設(shè)計以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進(jìn)行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、干燥得到L-乳酸10。 本次生產(chǎn)工藝的基本過程是：在接收糖漿后，根據(jù)糖漿組成作適當(dāng)?shù)奶幚砘蚺渲?，配成發(fā)酵原料，進(jìn)行連續(xù)殺菌并冷卻后，進(jìn)入發(fā)酵罐，加入菌種和凈化壓縮空氣后進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵液經(jīng)升溫、過濾處理后，進(jìn)入中和罐，用CaCO3中和處理；再經(jīng)過過濾洗滌，得到L-乳酸鈣固體，送入酸解罐，再添加H2SO4酸解，并加入活性炭進(jìn)行脫色；然后，通過帶式過濾機(jī)過濾、酸解過濾，除去CaSO4及廢炭；酸解過濾液經(jīng)離子交換處理后，進(jìn)

22、行蒸發(fā)、濃縮，再進(jìn)行結(jié)晶；結(jié)晶后，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，對得到的濕L-乳酸晶體進(jìn)行干燥與篩選，最后得到成品L-乳酸，見附錄1圖1。2.3 工藝計算 生產(chǎn)條件：已知發(fā)酵培養(yǎng)接種量為5%，發(fā)酵時間為14h，發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為180rpm，通氣量為0.8VVM，發(fā)酵液密度為1050kg/m3,粘度為0.1Pas。每升發(fā)酵液可以純化得到L-乳酸產(chǎn)品120g。年操作日300天，共需生產(chǎn)300/4=75個周期。水蒸氣138，冷卻水進(jìn)出口溫度根據(jù)實(shí)際情況確定。 以生產(chǎn)1個周期為計算L-乳酸需要的輔料及其他物質(zhì)的依據(jù)11。 2.3.1物料衡算 已知發(fā)酵培養(yǎng)基的成分：葡萄糖10g，硫酸銨2g，KH2PO4 0.

23、6g，MgSO47H2O 0.1g，F(xiàn)eSO47H2O 0.3g，CaCO3 7.0g，水1000ml（密度為1050kg/m3） 發(fā)酵罐L=16.7m3裝料系數(shù) 取=0.7=16.7/0.7=23.86 m3 選用兩個12 m3的發(fā)酵罐，另選一個作為備用罐。 每個發(fā)酵罐的物料計算：發(fā)酵液 G=10508.35= 8768kg葡萄糖 G1=8768kg硫酸銨 G2=8768kgKH2PO4 G3=8768kgMgSO47H2O G3=8768kgFeSO47H2O G3=8768kgCaCO3 G3=8768kg水 G水=8768kg= 8.6L 種子罐 因?yàn)榻臃N量為5%，故V種=m3 裝料系

24、數(shù) 取=0.7 =0.42/0.7=0.6 m3 應(yīng)取兩個0.7 m3的種子罐，一個備用 每個種子罐的物料計算：發(fā)酵液 G=87685%=438.4 kg葡萄糖 G1=438.4kg硫酸銨 G2=438.4kgKH2PO4 G3=438.4kgMgSO47H2O G3=438.4kgFeSO47H2O G3=438.4kgCaCO3 G3=438.4kg水 G水=438.4kg= 4.3105ml 2.3.2 能量衡算 發(fā)酵罐 用138水蒸氣先進(jìn)行間接加熱（不銹鋼蛇管傳熱），使培養(yǎng)基從25升至90，再用蒸汽直接加熱，使培養(yǎng)基從90升至121，然后用冷卻水使之冷卻到37。能量衡算如下12： （1

25、）間接加熱過程的蒸汽量（培養(yǎng)基溫度從25升到90）已知G=1050kg， t1=25 ，t2=90 c=4.18kJ/(kg) =138 查表得r=2155.6 kJ/kgK=1250-1900 kJ/(m2h) 取K=1674 kJ/(m2h)=5%-10%，取10%=1215.7 kg 式中S為蒸汽耗量，kg；G為培養(yǎng)基質(zhì)量，kg；c為培養(yǎng)基的比熱容，kJ/(kg)；t1為開始加熱時培養(yǎng)基的溫度，；t2為加熱結(jié)束時培養(yǎng)基的溫度，； r為蒸汽的汽化熱，kJ/kg；為加熱過程中的熱損失可取5%-10%13。已知=1-1.5h 取=1h=1F=18.7 m2 式中為間接加熱所需時間，G為培養(yǎng)基質(zhì)

26、量，kg；c為培養(yǎng)基的比熱容，kJ/(kg)；為加熱蒸汽溫度，；t1為開始加熱時培養(yǎng)基的溫度，；t2為加熱結(jié)束時培養(yǎng)基的溫度，；K為加熱過程中平均傳熱系數(shù)，kJ/(m2h)；（2）直接加熱過程的蒸汽量（培養(yǎng)基溫度從90升到121）t1=90 ，t2=121查表得138下=2735.2 kJ/kg， =4.18 kJ/(kg)=5%-10%，取10% kg 式中S為蒸汽耗量，kg；i為蒸汽的熱焓，kJ/kg ；G為培養(yǎng)基質(zhì)量，kg；為冷凝水的蒸汽比熱容，kJ/(kg)；c為培養(yǎng)基的比熱容，kJ/(kg)；t1為開始加熱時培養(yǎng)基的溫度，；t2為加熱結(jié)束時培養(yǎng)基的溫度，； 為加熱過程中的熱損失可取5

27、%-10%14。 （3）冷卻階段的冷卻水用量 =10 （實(shí)測當(dāng)培養(yǎng)基溫度t1為80時，此時冷卻水出口溫度t2為30）K=1674 kJ/(m2h)kJ/(kg)（Ac2）=1674(1.4=22257.3kg/h=22.2573t/h 式中，W為冷卻水用量，kg/h；c2為冷卻水的比熱容, kJ/(kg)；t2s為冷卻水進(jìn)口溫度，；t1為培養(yǎng)基冷卻過程中某時刻的溫度，；t2為對應(yīng)培養(yǎng)基t1溫度是冷卻水出口溫度，；K為平均傳熱系數(shù)，kJ/(m2h)；F為傳熱面積，15。 種子罐 體積小于5 m3采用夾套加熱（1）間接加熱過程的蒸汽量 已知V種=8.35 m3kgt1=25 ，t2=121 ，r=

28、2155.6kJ/kg=5%-10%，取10% =90.30kg 取=0.5h 式中S為蒸汽耗量，kg；G為培養(yǎng)基質(zhì)量，kg；c為培養(yǎng)基的比熱容，kJ/(kg)；t1為開始加熱時培養(yǎng)基的溫度，；t2為加熱結(jié)束時培養(yǎng)基的溫度，； r為蒸汽的汽化熱，kJ/kg；為加熱過程中的熱損失可取5%-10%。K=830-1250kJ/(m2h) 取K=1000kJ/(m2h)=0.5 F=6.9 m2 式中為間接加熱所需時間，G為培養(yǎng)基質(zhì)量，kg；c為培養(yǎng)基的比熱容，kJ/(kg)；為加熱蒸汽溫度，；t1為開始加熱時培養(yǎng)基的溫度，；t2為加熱結(jié)束時培養(yǎng)基的溫度，；K為加熱過程中平均傳熱系數(shù)，kJ/(m2h)

29、；（2）冷卻階段的冷卻水用量 =10 （實(shí)測當(dāng)培養(yǎng)基溫度t1為80時，此時冷卻水出口溫度t2為30） K=1000 kJ/(m2h) kJ/(kg) （Ac2）=1000(1.4=4906kg/h=4.906t/h 式中，W為冷卻水用量，kg/h；c2為冷卻水的比熱容, kJ/(kg)；t2s為冷卻水進(jìn)口溫度，；t1為培養(yǎng)基冷卻過程中某時刻的溫度，；t2為對應(yīng)培養(yǎng)基t1溫度是冷卻水出口溫度，；K為平均傳熱系數(shù)，kJ/(m2h)；F為傳熱面積，m216。2.4 設(shè)備設(shè)計及選型（設(shè)備圖見附錄圖2） 2.4.1發(fā)酵罐的設(shè)計 發(fā)酵罐的尺寸設(shè)計H/D=1.7-3，取H/D=2.0式中，H/D為高徑比，即

30、罐筒身高與內(nèi)徑之比；V0為公稱容積，即筒身容積Vc加上底封頭容積Vb之和。=12D=1.91m， 圓整D=2m， H=2D=4m已知，取d=0.4D=0.8m已知，取W=D=0.2m已知，取B=0.9d=0.72m 圓整B=0.8m已知，取S=1.5d=1.2m（取25mm）式中為封頭的直邊高度，m；Vb為底封頭容積，m3。D為內(nèi)徑，m；W為擋板寬度，m；d為攪拌器直徑，m；S為兩攪拌器間距；B為下攪拌器距底間距；S1為上攪拌器至液面間距。m3發(fā)酵液的圓柱體積V柱=16.7/21.12=7.23 m3發(fā)酵液的柱體高h(yuǎn)=假設(shè)用兩層攪拌器，所以Sl=2.31.2=1.1m檢驗(yàn)：Sl/d=1.1/0

31、.8=1.375在1-2范圍內(nèi)17。 發(fā)酵罐攪拌器軸功率計算已知d=0.8m，D=2m 液位高 HL=2.3+0.8=3.1mn=180rpm=3r/s =1050kg/ m3 =0.1Pas =104 （屬湍流狀態(tài)）P=kn 3d 5=4.8 33 kW校正系數(shù)f= =實(shí)際P*=f P=1.04kW因?yàn)橛袃蓪訑嚢杵鱌2= P*(0.4+0.62)=46.37 (0.4+0.62)=74.20標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量Q0=VLVVM=0.816.7/2=6.68 m3/min= () = 6.68() =4.42 m3/minNa= Pg=46.37 kW式中，Qg為工況通氣量，m3/min；d為攪

32、拌器直徑，m；n為攪拌器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，r/s；Pg為通氣攪拌功率，kW ；P為不通氣攪拌功率，kW；Q0為標(biāo)準(zhǔn)狀況通氣量，m3/min；Na為通氣準(zhǔn)數(shù)，代表發(fā)酵罐內(nèi)空氣的表現(xiàn)流速與攪拌器葉端速度之比。 2.4.2 種子罐的設(shè)計 種子罐的尺寸計算H/D=1.7-3，取H/D=2.0=0.6D=0.7m, H=2D=1.4m已知 取d=0.4D=0.28m 圓整d=0.3已知,取W=D=0.07m 圓整W=0.1m已知，取B=1.0d=0.3m 已知, 取S=1.5d=0.45m 圓整S=0.5m（取25mm）m3發(fā)酵液的圓柱體積V柱=0.420.0542=0.37 m3發(fā)酵液的柱體高h(yuǎn)= 圓整h=1

33、m式中為封頭的直邊高度，m； Vb為底封頭容積，m3。D為內(nèi)徑，m；W為擋板寬度，m；d為攪拌器直徑，m；S為兩攪拌器間距；B為下攪拌器距底間距；S1為上攪拌器至液面間距。 假設(shè)用一層攪拌器，所以S1=h=1m，檢驗(yàn)：S1/d=1/0.3=3.3不在1-2范圍內(nèi)。假設(shè)用兩層攪拌器，則S1=h/2=0.5m，S1/d=0.5/0.3=1.7，在1-2范圍內(nèi)。所以采用兩層攪拌器。 種子罐軸功率計算種子罐單位體積軸功率P=7-8kW/ m3 取P=8kW/ m3P種子=0.42kW 2.4.3 發(fā)酵液貯罐的設(shè)計V=16.7/2=8.35 m3取=0.75=8.35/0.75=11.13m3查化工手冊

34、取兩個12 m3的貯罐公稱直徑DN=1800mm，L1=3400mm 2.4.4 發(fā)酵罐配料罐的設(shè)計V=16.7/2=8.35 m3取=0.8=8.35/0.8=10.44m3查化工手冊取1個12 m3的配料罐,型號為JB1423-74。公稱直徑DN=2200mm，H=3200mm，D=2240mm 2.4.5 種子罐配料罐的設(shè)計V種=m3取=0.8=0.42/0.8=0.52m3查化工手冊取1個0.5m3的配料罐，型號為JB1425-74。2.5 廢渣出理 以乳酸廠的主要副產(chǎn)物乳酸渣為主要原料,添加其它輔料,采用多菌種混合固態(tài)發(fā)酵，可生產(chǎn)出高蛋白飼料18。因此，本發(fā)酵車間所產(chǎn)生的乳酸渣可積存

35、下來批量賣給飼料廠，也可在車間生產(chǎn)流程中添加相關(guān)工序，將高蛋白飼料的生產(chǎn)與L-乳酸的生產(chǎn)結(jié)合起來。既不污染周圍環(huán)境，又可提高車間收益。2.6 人員組織管理表2 發(fā)酵工廠人員安排序號部門或崗位人員編制/人備注1管理人員262生產(chǎn)技術(shù)部323供銷部564質(zhì)控部185辦公室66財務(wù)部67工程部208生產(chǎn)車間98人員不足部分可采取臨時招聘9項(xiàng)目開發(fā)部1510人力資源部811運(yùn)輸隊2012合計305 2.7 財務(wù)分析2.7.1 投資分析投資估算（1）用于建筑工程的各項(xiàng)費(fèi)用700萬； （2）用于購置各種設(shè)備、工具和器具的總費(fèi)用為1100萬； （3）不可預(yù)見費(fèi)用30萬元（按建筑工程費(fèi)用的20%）； （4）其

36、他費(fèi)用30萬元。 總計投資：700+1100+30+30=1860萬元 資金籌措： （1）銀行貸款：1000萬元 （2）債權(quán)人投資：700萬元 （3）自身投資：500萬元 總計：2200萬元 2.7.2 效益分析年經(jīng)營費(fèi)用的計算 （1）土建折舊費(fèi)：土建投資：700萬元，折舊時間以12年計，不計殘值。 則每年 700/1258.3 萬 （2）設(shè)備投資折舊費(fèi)： 設(shè)備投資：1100萬元，折舊時間以8年計，不計殘值。 則每年（1100-1100x5%）/8130.6萬 （3）總折舊費(fèi)： 58.3+130.6188.9萬， 維修費(fèi)以折舊費(fèi)的15： 188.91528.3萬 （4）全年折舊費(fèi)、維修費(fèi)為：

37、188.9+28.3217.2萬 年產(chǎn)10000t費(fèi)用包括：以全年計算 (1) 原料： 銷售收入粗利潤=58323655.32176.7萬元 (2) 包裝等： 年產(chǎn)量（紙箱費(fèi)+包裝袋+輔助材料+封口膠帶） =10000（469.20+241.20+18+12）=740.4萬元 (3) 用水： 年產(chǎn)量耗水量（t/t產(chǎn)品）水費(fèi)（元/t）10000201.530萬元 (4) 用電：年產(chǎn)量耗電費(fèi)（元/t產(chǎn)品）10000170.40170. 4萬元 (5) 用汽： 年產(chǎn)量蒸汽費(fèi)（元/t產(chǎn)品）/100001000060/1000060.00萬元 (6) 工資： （12500+1581200+141000+

38、771200）12=358.2萬元 (7) 稅收： 年銷售額稅率58328466.56萬元 (8) 銷售費(fèi)： 按銷售額的1.5計算 58321.587.48萬元 (9) 商檢費(fèi)： 按銷售額的0.5計算 58320.529.16萬元 (10)貸款利息： 年貸款利率1000萬元880萬元 (11)管理費(fèi)用： 30萬元 生產(chǎn)總費(fèi)用： 4228.9萬元 綜上所述，年利潤為：年銷售額生產(chǎn)總費(fèi)用固定成本 = 58324228.9217.2 = 1385.9 萬元 2.8 工廠設(shè)計2.8.1 工廠選址項(xiàng)目廠址選擇在武漢西湖區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，東西湖區(qū)地處長江左岸，武漢市的西北近郊，漢江、漢北河及府環(huán)河匯合之處。位

39、于北緯3034-3047，東經(jīng)11353-11430之間，是古云夢澤的一部分。境域自姑嫂樹向西沿張公堤至舵落口接漢江干堤至新溝，再接舊府河堤至辛安渡，東北沿淪河、府河（又名捷涇河）經(jīng)北涇嘴、黃花澇、大李家墩至戴家山，全境東西長38公里，南北寬22.5公里，總面積499.71平方公里。該區(qū)環(huán)繞城區(qū),城郊相連.距市中心商業(yè)區(qū)10公里,距漢口火車站7公里,距武漢天河國際機(jī)場18公里,距長江外貿(mào)碼頭15公里.開發(fā)園所在的武漢市位于京廣鐵路與長江黃金水道十字交匯點(diǎn),東去上海,南京,西抵重慶,成都,南至廣州,香港,澳門,北上北京,天津,距離均在1000公里左右.開發(fā)園與八大交通要道相連,即107國道,31

40、6國道,京珠高速公路,漢渝鐵路,漢江水運(yùn)航線,武漢市中環(huán)線,武漢繞城公路,天河機(jī)場高速公路,各交通要道在此相互匯通,縱橫交錯交通極為便利。此外示范區(qū)地勢平坦，工程基礎(chǔ)條件良好，周圍沒有污染源等不利于建廠的環(huán)境因素。廠址與原料基地之間均為高級公路相通，保證了原料采收期對運(yùn)輸時間的限制。而銷售地區(qū)也在上述中心城市，便于冷鏈運(yùn)輸和分銷，適于建酸奶加工廠19。2.8.2 工廠總平面設(shè)計項(xiàng)目占地15000m2，其中生產(chǎn)區(qū)占地6000 m2，位于廠區(qū)中心；生活區(qū)占地1500m2，位于廠區(qū)東北角。工廠坐北朝南，從南大門進(jìn)廠，豁然呈現(xiàn)在眼前的是一個橢圓形的花壇，花壇中心設(shè)置有噴泉、假山，這種色彩鮮明、動靜結(jié)合

41、的搭配，給人一種清新潔凈、生機(jī)盎然的感覺，烘托出項(xiàng)目產(chǎn)品新鮮、方便、衛(wèi)生的底蘊(yùn)。花壇往北便是占地1440m2 的主生產(chǎn)車間，寬敞明亮，布置有現(xiàn)代化的生產(chǎn)線20。洗手間、空氣凈化設(shè)備、衛(wèi)生隔墻等設(shè)施一應(yīng)俱全，全面適應(yīng)生產(chǎn)的需要。廠區(qū)東側(cè)是機(jī)修間和鍋爐房。廠區(qū)西側(cè)布置的是原料庫、成品庫和辦公樓、實(shí)驗(yàn)室。工廠的道路均按照工廠設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布置，主干道路寬6m，兩側(cè)布置有綠化帶，環(huán)繞整個廠區(qū)。并設(shè)有人行道和緩沖區(qū)，充分做到人車分離、安全生產(chǎn)。廠區(qū)的綠化帶布置合理，栽種常綠樹木和草類，使整個廠區(qū)四季如春，顯得生機(jī)盎然21?，F(xiàn)在食品工廠大多采用輕鋼結(jié)構(gòu)的廠房，輕鋼建筑材料重量輕、建設(shè)周期短，相對建筑成本比

42、較低，同時，輕鋼結(jié)構(gòu)廠房相對跨度大，對設(shè)備在廠房中的布置影響小，框架結(jié)構(gòu)對于不同功能分隔和以后的變更都非常的方便，因此，本設(shè)計也將采用輕鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計22。我國夏季多為東南風(fēng)，冬季多為西北風(fēng)，因此本設(shè)計將動力系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)放置在整個廠區(qū)的東側(cè)，避免因?yàn)轱L(fēng)向的問題影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時根據(jù)乳制品GMP要求，本設(shè)計的廠房具有通排風(fēng)系統(tǒng)，避免外界的污染進(jìn)入到車間內(nèi)部。主車間物流為南北走向，人流為東西走向，因此，在主廠房北側(cè)設(shè)置原輔料倉庫和容器整理中心，對原、輔料進(jìn)行儲存和瓶、箱等包裝容器的初步滔滔和整理.原料經(jīng)過加工處理，生產(chǎn)出的成品由主廠房南側(cè)經(jīng)過冷庫儲存和恒溫月臺分配后由物流配送系統(tǒng)運(yùn)送出廠

43、。恒溫月臺能夠避免成品在分配過程中處于高溫環(huán)境，從而造成對產(chǎn)品質(zhì)量的影響23。主場房人流方向?yàn)闁|西走向，人流經(jīng)過主廠房一次換鞋、更衣、二次換鞋、消毒池以及風(fēng)淋間后通過人流通道進(jìn)入各個生產(chǎn)崗位進(jìn)行生產(chǎn)。設(shè)計中人流路線與物流路線沒有交叉，因此能夠避免事故和操作失誤。2.8.3 車間總布局設(shè)計主生產(chǎn)車間的墻壁采用24 墻，間隔6m 均勻布置0.5m 0.5m 的方形柱網(wǎng)，柱網(wǎng)中間布置2m寬的窗戶，便于通風(fēng)和采光。通風(fēng)窗戶設(shè)置空氣凈化設(shè)施，此外還設(shè)有吸音孔，以減少噪聲污染24。車間人員入口門為2m 2.7m，物流出口的門為2.2m3.0m。管架布置標(biāo)高3.2m，車間地坪采用防滑瓷磚鋪面，設(shè)有地溝，便于

44、沖洗和排污25。車間南門入口處設(shè)消毒間，其左右兩側(cè)分別是男女更衣室及浴室，主要供工人進(jìn)出，再往里是走廊通往生產(chǎn)線，主車間內(nèi)兩條生產(chǎn)線分布在車間縱向?qū)ΨQ軸線兩側(cè)，原料由冷庫通過鏟車通過北門消毒室運(yùn)輸?shù)街魃a(chǎn)車間兩側(cè)進(jìn)入到車間內(nèi)，兩條生產(chǎn)線在車間內(nèi)呈S 型走向，成品由靠近成品冷庫的車間一端送出，從而可以避免交叉污染，使人流物流在車間內(nèi)線路流暢26，主車間設(shè)備平面布置圖見附錄圖3。3. 參考文獻(xiàn)1 金其榮，張繼民，徐勤.有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)M.北京：中國輕工業(yè)出版社，1989.2 王博彥，金其榮.發(fā)酵有機(jī)酸生產(chǎn)與應(yīng)用手冊M.北京：中國輕工業(yè)出版社2000.3 凌關(guān)庭.食品添加劑手冊M.化學(xué)工業(yè)出版社，2000.4 徐忠，汪群慧，姜兆華.L-乳酸的制備及其應(yīng)用的研究進(jìn)展J.化學(xué)與粘合，2004.5 佟明友，