武漢東西湖興建年產10萬噸檸檬酸廠的工藝設計畢業(yè)設計

1、武漢東西湖興建年產10萬噸檸檬酸廠的工藝設計目 錄摘 要.1關鍵詞.1abstract.1key words.11.緒論21.1項目建設背景21.1.1項目提出依據21.1.2項目投資必要性21.1.3研究范圍及過程21.2市場需求預測21.2.1國際市場分析21.2.3市場銷售與價格21.3廠區(qū)的選擇31.3.1廠址的地理位置31.3.2氣候條件31.3.3交通狀況32.廠區(qū)平面設計32.1總平面設計32.2設計說明書42.2.1設計依據42.2.2總平面設計說明42.3主要設計指標4表2-3 主要設計指標一覽表43. 產品方案及工藝流程43.1產品方案43.2工藝流程43.3操作工藝53.

2、3.1 原料的處理53.3.2 發(fā)酵工序53.3.3 醪液處理工序53.3.4 提取工段53.3.5 精制工段64.工藝計算64.1物料衡算64.1.1工藝技術指標及基礎數據64.1.2原料消耗計算（基準：一噸成品檸檬酸）64.1.3發(fā)酵醪量的計算74.1.4 接種量74.1.5 液化醪量計算74.1.6 成品檸檬酸74.1.7淀粉質原料年產10萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算8（1）檸檬酸成品84.2熱量衡算84.2.1液化熱平衡計算84.2.2發(fā)酵過程中的蒸汽耗量的計算84.2.3發(fā)酵過程中的冷卻水耗量計算104.2.4發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計算105.糖化車間設備設計與選型115.1調漿

3、桶的選型115.2噴射加熱器的選型115.3液化維持罐的選型125.4板式換熱器的選型126.發(fā)酵車間設備設計與選型136.1發(fā)酵罐的選型136.1.1發(fā)酵罐容積和臺數的確定136.1.2主要尺寸的計算146.1.3發(fā)酵罐冷卻面積的計算146.1.4發(fā)酵罐攪拌器的設計156.1.5發(fā)酵罐設備結構的工藝設計166.1.6發(fā)酵罐設備材料的選擇176.1.7發(fā)酵罐壁厚的計算186.1.8發(fā)酵罐接管設計186.1.9發(fā)酵罐支座的選擇196.2種子罐的選型196.2.1種子罐容積和數量的確定196.2.2種子罐主要尺寸確定196.2.3種子罐型號確定196.2.4 等電點罐型號的確定196.3貯罐選型2

4、16.3.1發(fā)酵成熟醪貯罐216.3.2硫酸銨貯罐217.水電平衡227.1全年用水量計算227.1.1生產用水227.1.2鍋爐用水237.1.3生活用水237.2全年用電量計算237.2.1生產用電237.2.2照明用電237.2.3生活用電248.公用工程和輔助設施248.1 工廠運輸248.1.1貨物運輸量及運輸方式的確定248.1.2貨物運輸方案的確定248.2貯運設施248.2.1各種物料貯存天數及貯存量根據以下原則確定248.2.2各種物料貯存天數、貯存量的確定248.2.3 物料貯存方案的確定258.3 給水排水258.3.1給水258.3.2循環(huán)水系統258.3.3排水258

5、.4采暖通氣系統258.5 供電及電訊258.5.1 供電258.5.2電訊258.6供熱269.結 論26致 謝29參考文獻30武漢東西湖興建年產10萬噸檸檬酸廠的工藝設計 摘 要：本設計采用薯干原料發(fā)酵，只需將薯干磨成粉，加水調漿，直接加入少量淀粉酶液化后滅菌、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6%左右。薯干原料中的蛋白質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、鈣鹽法提取技術生產檸檬酸。這兩種方法都是

6、國內比較流行的生產方法，有著大量的實際經驗，易于操作，風險小。 由于本設計為糖化、發(fā)酵車間的設計，著重于這兩個車間的工藝計算、設備選型。通過全廠物料衡算、車間熱量衡算，確定糖化、發(fā)酵車間主要設備發(fā)酵罐、種子罐、車間管道的設計和選型以及全廠及車間布置。 關鍵詞：薯干 深層好氧發(fā)酵 黑曲霉 檸檬酸 設備設計和選型dongxihu district of wuhan city district has superior building annual output of 100000 tons of citric acid plant process designabstract：the desig

7、n of raw materials used potato fermentation, simply potato mills, water-paste, adding a small amount of direct -amylase liquefaction, sterilization, cooling, fermentation can be vaccinated. preparation of citric acid normally used as raw materials dried potato. potato moisture content of 10% to 15%,

8、 about 70 percent of starch, protein about 6 percent. potato raw materials in the protein can be used as source of nitrogen for cell growth. potato raw materials containing iron, magnesium, potassium, calcium of inorganic salt, optional black aspergillus niger c0527 is not sensitive to these ingredi

9、ents, it need not do any pretreatment of the raw materials. the design of a good gas liquids deep fermentation, dry calcium citrate extraction technology production. the two methods are more popular domestic production methods, has a great deal of practical experience, easy to operate, the risk smal

10、l. as the design for the saccharification and fermentation workshop the design, the two workshops focused on the process, the selection of equipment. through the whole plant material balance, energy balance workshop, identified glycosylation, fermentation workshop major equipment fermenter, seed tan

11、ks, pipelines and workshops in the design and selection. and the whole plant and facility layout. key words: potato deep-seated aerobic fermentation aspergillus niger citric acid equipment design and selection1.緒論1.1項目建設背景1.1.1項目提出依據 近年來，國民經濟持續(xù)高速的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，檸檬酸在飲料、食品和飼料工業(yè)中用量都將不斷提高；另外，對檸檬酸深加工產品開發(fā)

12、以及應用推廣工作力度的加大，其應用范圍將進一步擴展，并且在其他行業(yè)中的使用量也將不斷增加。1.1.2項目投資必要性 1.檸檬酸的用途廣泛，市場的容量大，前景好。 3.檸檬酸一直是我國原料藥出口量最多的品種之一。 5.檸檬酸在醫(yī)藥等其它工業(yè)領域的需求量也會逐年遞增。1.1.3研究范圍及過程 本次設計針對年產10萬噸檸檬酸的工藝計算選型方案、投資估算、全廠概況等進行全面分析論證。1.2市場需求預測1.2.1國際市場分析 檸檬酸的應用范圍越來越廣，不僅適用于化工、印染，而且在食品加工、醫(yī)藥等行業(yè)也廣泛應用。在世界市場上，該產品的年需求量超過萬噸。據國際檸檬酸生產商協會統計，當前該市場的結構為：飲料用

13、檸檬酸占；其它食品用檸檬酸占；工業(yè)及民用洗滌用檸檬酸占；藥品與化妝品用檸檬酸占；其他工業(yè)用檸檬酸占。1.2.2國內市場分析我國的檸檬酸發(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，我國的檸檬酸生產發(fā)展迅速，已成為世界上檸檬酸生產量最大的國家。我國開發(fā)的以薯干為原料的產酸菌種具有其獨到的特點，生產成本較低，在國際市場具有較強的競爭力。中國不僅是檸檬酸生產大國，也是出口大國，目前出口量已占總產量的70%-80%。近10年來，由于受出口刺激，中國檸檬酸生產能力和產量都增長很快。1985年，中國檸檬酸產量只有3.7萬噸，2002年已達到約40.0萬噸。目

14、前全國有近90家檸檬酸生產企業(yè)，年生產能力近50萬噸，占世界總量的40%多。1.2.3市場銷售與價格 總體來看，國內銷售占總量30%，外貿公司20%，自營出口50%。國內市場主要客戶有喜之郎、麗珠集團、大地集團等。自營出口地區(qū)主要為歐盟、韓國、臺灣、土耳其、新加坡等。 預測近兩年的價格為usd610/mt左右。根據企業(yè)的發(fā)展，逐步將銷售結構調整為國內銷售占總量20%，外貿公司5%，自營出口75%。 國內一水檸檬酸2012年10月報價已達6600元/噸以上，較9月份增長了1000元/噸，一家無水檸檬酸生產商報價7400元/噸。檸檬酸鈉黨的報價7000元/噸，和前期相比，均有大幅上漲。1.3廠區(qū)的

15、選擇1.3.1廠址的地理位置 本廠擬選定在武漢東西湖區(qū)。該區(qū)東經1135311430，北緯30343047之間。她的地圖酷似一只金龜，翹首東望武漢，擺尾西牽孝感。漢江、漢北河、淪河、府河如玉帶瓊邊輕輕托起這片近500平方公里的土地。1.3.2氣候條件 東西湖區(qū)地處北半球中緯度地帶，屬北亞熱帶季風氣候區(qū)。光照充足，熱量豐富，年均實際日照1 918.0小時。雨量充沛，年均降雨量1 572.2毫米（124天），春夏之交梅雨季節(jié)，雨量占全年的45%。四季分明，冬季多偏北風，嚴寒低溫，夏季多偏南風，酷暑高溫，春雨連綿，秋高氣爽。年均氣溫1719。7月月均氣溫28.9，1月月均氣溫3.5；日極端高溫39.

16、4（1951年8月8日），極端低氣溫為18.1（1977年1月31日）。年均冰凍期43天，無霜期240天。1.3.3交通狀況 東西湖區(qū)內交通路網絡已發(fā)展到 “五橫五縱”。截至2008年9月，全區(qū)通車公路總里程達1126.09公里，路網密度達2.27公里/平方公里。沿南部邊境，漢江航道綿延43公里，港區(qū)5個，500噸級船舶可常年通江達海。漢渝鐵路橫貫區(qū)境，東連京廣鐵路，西通川陜。區(qū)機關駐地吳家山距市中心、武漢港、飛機場均15公里左右。已形成公路鐵路水上聯運的運輸網絡。綜上所述，本項目的外部交通運輸條件較好。2.廠區(qū)平面設計2.1總平面設計表2-1 總平面設計一覽表序號建筑物建筑面積（m2）占地面

17、積（m2）1動力站2010 = 2002002原料庫3035 = 105010503成品庫1850 =9009004粉碎配料車間1020 = 4004005發(fā)酵車間36763 = 820882086提取車間 30503 = 4500 45007鍋爐房1016 = 160 1608包裝車間 1833 = 5945949半成品車間2733= 891 89110污水處理站3050= 1500150011活動中心20303 =180060012機修車間1540 = 60060013職工餐廳20152 = 60030014科研化驗中心20253 = 150050015辦公樓15504 = 3000750

18、16門衛(wèi)258 = 404017門衛(wèi)158 = 40402.2設計說明書2.2.1設計依據 在本設計中，檸檬酸全廠的布局在參考了其他公司的各個車間的布局基礎上，又做了一定的補充，作為一個面向現代化的檸檬酸工廠，在設計中廠區(qū)的交通，衛(wèi)生，環(huán)境要求都比較高，各車間的布局要合理，便于生產的順利進行，將生產區(qū)和辦公大樓分開建設，一個完善而先進的污水處理站也是必需的。同時，還應該有職工活動中心等。2.2.2總平面設計說明 （1）廠區(qū)主要建筑物：原料庫、成品庫、辦公樓、科研化驗樓（兼菌種保藏中心）、餐廳、車庫、門衛(wèi)、鍋爐房、機修車間、生產車間、成品車間、粉碎配料車間、污水處理池等。按照生產流程布置，并盡量

19、縮短距離，避免物料的往返運輸。對廠房的布置符合生產工藝的要求，既保證了生產過程的連續(xù)性，又使得整個廠區(qū)緊湊合理。（2）辦公樓在人流出口附近，距離車間較近，方便管理，又與物流避免交叉。（3）綠化情況：廠區(qū)綠化以普通綠化與重點綠化相結合，沿廠區(qū)主入口的主要道路進行重點綠化，種植有觀賞價值的喬、灌木與草皮結合，并且綠化部分遍植草皮，并適當點綴冬青灌木，以創(chuàng)造出一個美麗、怡人的廠區(qū)環(huán)境。（4）廠區(qū)道路：廠區(qū)主干道為10m寬，非主要道路為8m寬，兩旁種植懸鈴木、榆葉梅等。（5）廠區(qū)考慮到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均設有消防水龍頭和滅火器。2.3主要設計指標表2-3 主要設計指標一覽表項目數據1全

20、廠占地面積600000m32全廠建筑物占地面積21233 m33建筑系數35%4綠化面積159248 m35綠化率15%6土地利用系數50%3. 產品方案及工藝流程3.1產品方案 本設計采用薯干原料發(fā)酵，將薯干磨成粉，加水調漿，再加入少量-淀粉酶液化后滅菌、冷卻即可接種發(fā)酵。其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白質6%左右，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、鈣鹽法提取技術生產檸檬酸。3.2工藝流程基本過程為：在接收糖漿后，根據糖漿組成作適當的處理或配制，配成發(fā)酵原料，進行連續(xù)殺菌并冷卻后，進

21、入發(fā)酵罐，加入菌種和凈化壓縮空氣后進行發(fā)酵；發(fā)酵液經升溫、過濾處理后，進入中和罐，用碳酸鈣中和處理；再經過過濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再添加稀硫酸酸解，并加入活性炭進行脫色；然后，通過帶式過濾機過濾、酸解過濾，除去硫酸鈣及廢炭；酸解過濾液經離子交換處理后，進行蒸發(fā)、濃縮，再進行結晶；結晶后，用離心機進行固液分離，對得到的濕檸檬酸晶體進行干燥與篩選，最后得到成品檸檬酸。成品檸檬酸淀粉糖凈化空氣菌種種子發(fā)酵消泡劑過濾廢渣處理中和鈣鹽干燥濕檸檬酸純水分離次品回溶蒸發(fā)結品過濾廢渣處理酸解酸液活性炭酸解液離子交換處理滅菌配料篩選圖3 - 1 檸檬酸生產工藝流程示意圖3.3操作工藝3.3.1

22、原料的處理 對薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調漿、液化、連續(xù)滅菌的處理方法。發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉運至備料車間，經過磁選裝置除去原料中含鐵雜質，以保護設備。然后進行粗粉碎，將薯干先軋成1-3cm 大小的小塊，以提高磨粉機的效率。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計量送至配料罐。配料罐內加水調漿，同時加入淀粉酶升溫液化。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間。3.3.2 發(fā)酵工序 由備料車間提供的經連續(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(或種子罐)，通過零磅火焰倒種法或差壓法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風、攪拌情況下，

23、進行發(fā)酵或培養(yǎng)。3.3.3 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。3.3.4 提取工段 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。碳酸鈣經密閉的輸送機送入車間，經無級調速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反應均勻。經終點檢測合格后，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分離出來。分離后的檸檬酸鈣經卸料螺旋送至酸解桶中，由熱水或酸解液調漿，濃硫酸由酸堿站

24、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，清洗液即稀酸解液收集用于調漿，檸檬酸酸解送精制工段。 3.3.5 精制工段 離子交換與脫色 檸檬酸液從暫貯灌中泵送離交純化工序，經由陽離于交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色除去色澤及影響成品質量加速設備腐蝕的陰陽離子，陰陽樹脂需經過酸洗、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)與結晶 在提純溶液進入蒸發(fā)部分前，通過精過濾器除去清液中的微小樹脂顆粒。精濾后的溶液經熱交換器預熱后送至雙效真空濃縮器經濃縮至特定濃度后，轉入真空結晶器，或者低溫結晶器進行結晶，以確定產品，再經分離將檸

25、檬酸晶粒從液相中分離出來，液相(母液)在分離后分別放至各級母液貯罐，根據其雜質離交濃度情況，送往重新蒸發(fā)式回流到前工序處理提純，晶體送往干燥機。 干燥與包裝 從離心機分離出來的濕檸檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根據生產品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進行干燥，排空經濕式旋風分離器處理排放，干燥后的檸檬酸晶粒通過傳送裝置運到篩選機，不合格顆粒被篩分出來，溶解后返回到結晶系統，檸檬酸成品進行定量、包裝，存放。4.工藝計算4.1物料衡算4.1.1工藝技術指標及基礎數據（1）生產規(guī)模：100000t/a99.5%一水檸檬酸折合成91625.44t/a99.5%無水檸檬酸；（2）生產方法：外加耐高溫-淀

26、粉酶液化，深層液體發(fā)酵，鈣鹽干法提取；（3）生產天數：每年300天；（4）食用99.5%無水檸檬酸日產量：91625.44300=305.42t，取整數為306t；（5）食用99.5%無水檸檬酸年產量：306300=91800t；（6）產品質量：國際食用檸檬酸99.5%（質量分數），實際產率98%，副產品約占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：淀粉糖轉化率98.5%，糖酸轉化率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；產酸率（即糖發(fā)酵液轉化率）13%；發(fā)酵周期75h，發(fā)酵溫度（351），發(fā)酵通風

27、量10v/(v發(fā)酵液h)。4.1.2原料消耗計算（基準：一噸成品檸檬酸） 年產10萬噸一水檸檬酸，折合無水檸檬酸，按1995年5月，中國發(fā)酵工業(yè)協會檸檬酸分會制定的“檸檬酸行業(yè)統計辦法”：無水檸檬酸需要量為：1000001.0914=91625.44t/a（1）生產無水檸檬酸的總化學反應式： 162 192 x 1000（2）生產1000kg99.5%無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量：x=1000（162192）99.5%=839.53 kg（3）生產1000kg99.5%無水檸檬酸所需實際淀粉消耗量：x(98.5%95%95%98%99%)=973.4kg（4）生產1000kg99.5%無水檸

28、檬酸所需實際薯干粉原料消耗量：973.470%=1390.57kg（5）-淀粉酶的消耗量：應用酶活力為20000u/g的-淀粉酶使淀粉液化。-淀粉酶用量按8u/g原料計算；有：1390.57103820000=0.56kg4.1.3發(fā)酵醪量的計算根據發(fā)酵液轉化率為13%：100099.5%（95%98%13%）=8221.1kg4.1.4 接種量接種量為發(fā)酵醪的10%，則：8221.110%110%=747.37 kg4.1.5 液化醪量計算因為成熟蒸煮醪為：8221.1-747.37-0.56=7473.17kg則調漿濃度為：1390.57100%7473.17=18.6%粉漿的干物質濃度為

29、：973.4100%7473.17=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2030min以完成液化，進蒸汽壓力保持在0.30.4mpa表壓。2.液化完成的醪液由板式換熱器降溫至35+1備用。3.調漿及液化滅菌時產生的泡沫可用少量泡敵消泡。工藝計算:干物質含量b0=70%的薯干原料比熱容為: c0=4.18(1-0.7 b0)=2.13kj/(kgk)粉漿的干物質濃度為 b1=13.03%液化醪的比熱容為：c1 =b1c0+(1.0- b1)cw =13.03%2.13+(1.0-13

30、.03%)4.18 =3.91kj/(kgk)cw-水的比熱容取4.18kj/(kgk)為簡化計算，定液化醪的比熱容在整個過程中維持不變.經噴射液化器前的液化醪量為x:x+x3.92(100-50)(2731.2-1004.18)=7473.17(kg) x=6887.7（kg） 其中2731.2-噴射液化器加熱蒸汽0.3mpa的焓4.1.6 成品檸檬酸日產檸檬酸量為：91625.44300=305.42 t/d即結晶液中檸檬酸的含量為：305.42 t/d需精制液中檸檬酸含量為：305.4298%=311.7t/d需分離液中檸檬酸的含量為：305.42（95%98%）=328.06t/d4.

31、1.7淀粉質原料年產10萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算即對生產91625.44t/a99.5%無水檸檬酸的薯干原料檸檬酸廠進行計算。（1）檸檬酸成品日產食用99.5% 無水檸檬酸量為305.42t，取整數為306t日產副產品為：306298=6.24t則日產總量為：312.24t食用檸檬酸量為：306300=91800t/a 副產物為：6.24300=1872 t/a 總產量為：93672 t/a（2）主要原料薯干用量 日耗量：1390.57103312.24=434.19t 年耗量：434.19300=130257t（3） 根據以上計算，將物料衡算結果列于表4-1表4- 100000t/a料檸檬

32、酸廠物料衡算表物料名稱每噸產品耗物量（kg）年產10萬噸耗物量每天（t/a）每年（t/a）食用檸檬酸98030691800副產品206.241872薯干原料1390.57434.19130257淀粉973.4303.9391179-淀粉酶0.560.1751發(fā)酵醪8221.12566.96770087接種量747.37233.3670008成熟蒸煮醪7473.172333.42700026 薯干漿量6887.72150.62645184.64.2熱量衡算4.2.1液化熱平衡計算噴射加熱器耗熱噴射加熱初溫t1=50加熱后t2=100醪液的比熱容為c1 =3.91kj/(kg)由工藝可知:經過噴射

33、加熱器溫度由t1=50升溫至t2=100 q= c1g醪液(100-50) =3.916887.7(100-50) =1336213.8kj4.2.2發(fā)酵過程中的蒸汽耗量的計算（1）蒸汽用量的計算公式整個生產過程采用蒸汽加熱，蒸汽耗用量計算公式為：式中：為蒸汽的熱效率，??；i汽化潛熱。（2）基礎數據在28下，查得：淀粉的比熱容為1.55 kj/kgk 水的比熱容為4.174 kj/kgk 加熱蒸汽的熱焓為2549.5 kj/kgk 加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為1250.60 kj/kgk由前面的計算可知，日耗薯干粉量為434.19t/d 日耗淀粉量為303.93t/d 日耗薯干漿量為2333.42

34、t/d則日耗調漿用水量為：2333.42-434.19=1899.23 t/d日耗淀粉漿量為：303.93+1899.23=2203.16 t/d淀粉漿中含水量為：（1899.232203.16）100%=86.2%淀粉濃度為：（303.932203.16）100%=13.8%由此可算得淀粉漿的比熱容為： c=c淀粉x+c水y=1.5513.8%+4.17486.2%=3.8 kj/kgk式中：x淀粉濃度，13.8% y水濃度，86.2%（3）生產過程中蒸汽耗量的計算培養(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則滅菌用蒸汽量：每罐的初始體積為180 m3，初糖濃度是1

35、3g/100ml，滅菌前培養(yǎng)基含糖量19%。其數量為：18013%19%=123.16t滅菌加熱過程中用0.3mpa，蒸汽（表壓）i=2725.3kj/kg，由維持罐（90），進入連消塔加熱至130，糖液比熱容3.69 kj/kgk每罐滅菌時間3h，輸料流量123.163=41.05 t/h，消毒滅菌用蒸汽量：d=410503.69(130-90)(2725.3-1304.18) 95%=2923kg/h=2.92t/h；每天培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量：2.9234=35.04 t/d；所有用罐空罐滅菌及相關管道滅菌用蒸汽量，據經驗取培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量的10%，則：d1=35.0410%=3.5t/d

36、。.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：c=(0.99-0.66+0.0010t) 4.16式中：0.99 - 比熱容kj/kg - 檸檬酸質量分數，=（312.242566.96）100%=12.2% t - 溫度，代入上式，得：c=（0.99-0.6612.2%+0.001035）4.19=3.96 kj/kgk那么由此可得d6為：d6=gc(t1-t2)/(i-)=2566.963.96（85-35）（2549.5-1250.60）95% =411.89t/d=123567t/a（4） 將發(fā)酵段蒸汽衡算列于表4-2。表4-2 發(fā)酵車間蒸汽衡算生產工序日用蒸汽

37、量(t/d)平均蒸汽用量(t/h)年用蒸汽量（t/a）培養(yǎng)基滅菌35.042.9210512加熱發(fā)酵醪411.8917.16123567空罐滅菌3.500.151050合計450.4320.231351294.2.3發(fā)酵過程中的冷卻水耗量計算已知發(fā)酵過程中的發(fā)酵熱為4.186000 kj/m3h，200 m3的發(fā)酵罐一般裝料量為180 m3（填充系數為0.9），則 =83077kg/h=1993.848t/d=598154.4t/a已知25 m3的種子罐（填充系數0.7），裝料量為17.5 m3w種子=4.18600017.54.18(28-15)=8077kg/h=193.85t/d=581

38、55t/d將發(fā)酵段水衡算列入表4-3表4-3 發(fā)酵車間冷卻水衡算表生產工序平均耗水量(t/h)日耗水量(t/d)年耗水量(t/a)發(fā)酵罐用水83.0771993.848598154.4種子罐用水8.077193.8558155.4合計91.1542187.7656309.84.2.4發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計算（1）單罐發(fā)酵罐用無菌空氣量：根據無菌空氣用量的計算公式：v=發(fā)酵罐體積通氣速率填充系數已知：發(fā)酵罐體積為200 m3 通氣速率為0.18vvm 填充系數為60%則：v=2000.1860%=21.6 m3/h（2）單個種子罐用無菌空氣量：取種子罐的空氣消耗量為發(fā)酵過程空氣耗量的25

39、%,則: v=25%v=25%21.6=5.4 m3/h（3）將發(fā)酵車間蒸汽衡算列入表4 - 4。表4 - 4 發(fā)酵車間無菌空氣用量衡算表設備 名稱單罐每小時用氣量(m3/h)單罐每日用氣量(m3/d)每罐每年用氣量(m3/a)年總用氣量m3/a發(fā)酵罐21.6518.41555206220800種子罐 5.4129.6 38880 1555200總用量2764819440077760005.糖化車間設備設計與選型 以薯干為原料生產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定型的糧食及飼料處理機械，生產過程簡單、處理成本低、設備投資省。5.1調漿桶的選型(1)已知薯干漿的

40、流量為g=26.9kg/h,即v=g=26.91.66=16.20m3/h。設料液滯留時間為30min。 v有效=v(m3) v有效-設備有效容積 v-流量 -滯留時間 v有效=(16.2060)30=8.1m3(2)設備數量的計算 n=v有效(v單) v單-單臺設備容積(m3) -填充系數(%) 其中v單=6m3 =70% n=8.1(670%)=1.93(臺)，取2臺。（3）根據以上計算，選用2個容積為6m3的調漿罐5.2噴射加熱器的選型為保證營養(yǎng)不被破壞取停留時間為10s，物料流速取0.4m/s（1）加熱器的長度l l=vt=4(m)（2）蒸汽消耗：流量為g=646.7824=26.9k

41、g/h 固形物含量為x=12.54%，比熱容為cp=3.92kj/(kg) 溫度由t1=50加熱到t2=100，加熱蒸汽p=0.42mpa飽和蒸汽溫度145，干飽和蒸汽熱焓=654.34.18kj/kg比容=0.45m3/kg，100飽和蒸汽熱焓量i=1004.18kj/kg則蒸汽耗量d； d=gc(t2-t1)/(-1) =269003.92(100-50)4.18(654.3-100) =2275.55 kg/hv蒸汽=5056.78(m3/h)計損耗為10%則v蒸汽=5056.781.1=5562.46(m3/h)（3） 進氣管直徑計算:在此壓力下取氣速為45m/s，則進氣管截面積為 f

42、=5562.47（453600）=3.4310-2m2 直徑d=0.209m 取無逢鋼管231mm3則內徑=219mm，可以滿足要求（4）進料管直徑計算: v料=16.23m3/h，物料流速取0.5m/s則截面積f=0.0090(m2)d=0.107m 取無逢鋼管129mm3，則內徑=117mm可以滿足要求。（5）出料管徑計算: v出=g出=29.21.66=17.59m3/h流速取0.42m/s f出=0.012(m2)取 d出=0.122(m) 無逢鋼管144mm3則內徑=132mm可以滿足要求。5.3液化維持罐的選型(1)生產能力，數量和容積的確定 g出=29.2kg/h 體積流量v出=

43、17.59m3/h(2)數量取1個(3)容積：根據工藝，滯留時間=0.5h，填充系數取=80%，則維持罐總容量 v維=v出=17.590.580%=10.99 m3每個維持罐的容量為v維=10.994=2.75 m3，取為12 m3(4)設備主要尺寸的確定，現取h=3d采用橢圓封頭。 v維=2v封+v筒=2d324+2d0.785d2=12 m3解方程d=1.87m；取d=1.9m；則h=3d=5.7m，封頭高度h=h1+h2=475+25=500(mm); v封=0.97m3；總高h總=h+2h=5.7+20.5=6.7(m)核算總容量：v總=v筒+2v封=0.7851.932+20.97=

44、12.71 (m3) v總v維=12(m3)，可以滿足要求。(5)根據以上計算，選用1個容積為12 m3的維持罐。5.4板式換熱器的選型螺旋板式換熱器投資小，效果好，可以回收熱量，經濟實用。(1)換熱面積計算 醪液溫度從100降到35醪液放熱 q1=g1cw(t2-t1)= 7473.173.92(100-35)=1.90106kj/h設熱損失為4%則實際傳熱為q1=q196%=1.83106kj/h 用冷水冷卻，設可能被加熱到的溫度t2=50，水初溫為t1=18； q2=g2cw(t2-t1)=q1 1.83103=g24.18(50-18) g2=13.67 t/h 求平均溫差t； 液化醪

45、 35100 冷水 1850 17 50 t=30.59螺旋板式換熱器面積f:取k=12004.18kj/(m2)則f= q2/kt=11.93 m2（2）根據以上計算，選用 f=12 m2的換熱器一套。6.發(fā)酵車間設備設計與選型6.1發(fā)酵罐的選型 當前，我國檸檬酸發(fā)酵占統治地位的發(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，在比擬放大方面積累了較豐富的成功經驗，成功率高。 結合目前本行業(yè)發(fā)酵技術的現狀，目前國內行業(yè)成熟技術水平、加工技術水平，企業(yè)可能達到的發(fā)酵控制管理水平等，從生產的可靠性、可實施性等方面考慮，本設計擬采用放罐容積約20

46、0 m3 的新型通風攪拌發(fā)酵罐，現以此類發(fā)酵罐進行設計選型。6.1.1發(fā)酵罐容積和臺數的確定（1）發(fā)酵初糖濃度：由前面的計算可知，發(fā)酵液中檸檬酸的含量為328.06 t/d，則根據： 180 192可計算出葡萄糖量為：328.06180192=307.56 t/d則發(fā)酵初糖濃度為：307.56100%2566.96=12% （2）生產能力的計算： 現每天產99.5%純度的檸檬酸306t，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）。則每天需糖液體積為v糖。 每天產純度為99.5%的檸檬酸306t，每噸100%的檸檬酸需糖液7.58 m3；v糖=7.58306=2319

47、.48m3設發(fā)酵罐的填充系數，則每天需要發(fā)酵罐的總容積為vo(發(fā)酵周期為48h）。 vo=v=2319.4890%=2577.2 m3（3）發(fā)酵罐個數的確定：現選擇公稱容積為200m3的六彎葉機械攪拌通風發(fā)酵罐為例，則需要發(fā)酵罐的個數為。查表知公稱容積為200 m3的發(fā)酵罐，總容積為230m3，則：每臺罐的產量為：2000.913%1.1195%98%=24.2t發(fā)酵罐所需個數= 取公稱容積200 m3發(fā)酵罐40個；每日投（放）罐次：30624.2=12.6取整到13次，日運轉39.516675=34.77。其中發(fā)酵時間為66h，發(fā)酵操作時間為75h（4）實際產量驗算： 226.50.9133

48、007.58=104883.25； 富裕量：(104883.25-91625.44) 91625.44=14.5%，能滿足產量要求。6.1.2主要尺寸的計算（1）現按公稱容積200 m3的發(fā)酵罐計算 v全v筒+2v封230（m3），封頭折邊忽略不計，以方便計算： 則v全0.785d22d+24d32230 解方程得：d5.009（m） 取d=5m，h=2d=10m；根據發(fā)酵工廠設計概論通用發(fā)酵罐系數表，查得封頭高為h封ha+hb=1250+50=1300(mm)（2）驗算全容積： v全=v簡+2v封=0.785d22d+(24)d32+0.785d20.05 =0.7855210+53224+

49、0.785520.05 =m3=230 m3 v全=v全6.1.3發(fā)酵罐冷卻面積的計算對檸檬酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液，每1h傳給冷卻器得最大熱量約為4.186000kj/(m3h)。采用豎式列管換熱器。取經驗值k4.18500kj/( m3h)。平均溫差為： 3535 152820 7 代入得： 對公稱體積200 m3的發(fā)酵罐，每次放15罐，每罐實際裝液量為：v糖/n=2319.4815=154.63 m3換熱面積6.1.4發(fā)酵罐攪拌器的設計選用六彎葉渦輪攪拌器。（1）主要尺寸：列該攪拌器的各部尺寸與罐徑d有一定的比例關系，如下： 攪拌器葉徑 d/3=5/3=1.67m，取d=1.7m 葉寬 b=0.2d=0.21.7=0.34m 弧長 l=0.375d=0.3751.7=0.64m 底距 c=d/3=5/3=1.7m 盤徑 di=0.75di=0.751.7=1.28m 葉弦長 l=0.25d=0.251.7=0.43m 葉距 y=d=5m 彎葉板厚 =12mm（2）轉速：取