年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠設(shè)計

1、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 年產(chǎn)5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠設(shè)計建廠可行性研究報告 學(xué) 生 姓 名: 宋利宏 專 業(yè): 食品科學(xué)與工程121 學(xué) 號: 20123672 指導(dǎo)教師姓名: 林 勤 2015年 10 月 16 日目 錄第一章 緒論11.1企業(yè)概況11.2目的和意義11.2.1立項的目的11.2.2項目投資的意義2第二章 工藝方案論證32.1.設(shè)計依據(jù)32.2 設(shè)計范圍32.3工藝流程確定32.4 工藝論證和說明32.4.1原料的預(yù)處理32.4.2發(fā)酵液的預(yù)處理32.4.3發(fā)酵42.4.4提取和精制42.4.5成品包裝52.5產(chǎn)品與產(chǎn)量的確定52.6生產(chǎn)方法評價5第三章 廠區(qū)平面設(shè)計63.

2、1廠址選擇的原則63.2選址63.3總平面設(shè)計方案63.4車間生產(chǎn)過程設(shè)計73.4.1生產(chǎn)車間工藝布置原則73.4.2 生產(chǎn)所需建筑83.5 車間平面設(shè)計說明84.工藝計算104.1物料衡算104.1.1 全廠總物料衡算主要內(nèi)容104.1.2 工藝技術(shù)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)104.2 原輔料消耗及中間產(chǎn)品衡算114.2.1 總反應(yīng)式114.2.2液化醪量的計算114.2.3 發(fā)酵液量的計算134.2.4 離子交換樹脂的計算134.2.5 年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠總物料衡算表144.3 熱量衡算154.3.1 計算步驟154.3.1.1 液化工段耗熱量154.3.1.2 總耗熱量174.3.1.3蒸汽用

3、量174.3.2 年產(chǎn)5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠熱量衡算表174.4 水量衡算174.4.1 計算步驟174.4.1.1 調(diào)漿用水174.4.1.2 液化清液冷卻用水174.4.1.3 發(fā)酵冷卻用水184.4.1.4 發(fā)酵罐清洗用水184.4.1.5 洗濾布用水184.4.1.6 提取工段解脫液煮沸后降溫所用冷耗量184.4.1.7提取車間其它用水184.4.1.8鍋爐用水184.4.1.9其他用水194.4.1.10總用水量194.4.2 年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠水量衡算表194.5 電量衡算194.5.1 計算步驟194.5.1.1 原料粉碎液化工段194.5.1.2 發(fā)酵工段204.5.1

4、.3 提取精制工段204.5.1.4其他設(shè)備214.5.2 年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠電量衡算表22第五章 主要設(shè)備選型235.1選擇設(shè)備的原則235.2設(shè)備的選型23第六章 勞動定員與人員培訓(xùn)256.1 勞動定員256.1.1 勞動人員分類256.1.2 車間勞動人員安排25第七章 公用工程的建設(shè)267.1給排水系統(tǒng)267.2供電工程267.3供熱系統(tǒng)267.4供冷系統(tǒng)267.5采暖與通風(fēng)系統(tǒng)27 7.6輔助部門設(shè)計277.6.1需要土建的輔助系統(tǒng)277.6.2運輸設(shè)備27第八章 投資概算和經(jīng)濟(jì)效益評價288.1投資概算288.1.1總投資估算288.2 經(jīng)濟(jì)效益評價288.2.1產(chǎn)品成本估算

5、288.2.2副產(chǎn)品收入估算298.2.3收益估算29參考文獻(xiàn)：30年產(chǎn)5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠設(shè)計食品科學(xué)與工程專業(yè) 魏文姣指導(dǎo)老師 蒲傳奮摘 要：本論文主要是進(jìn)行年產(chǎn)量5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠設(shè)計，在設(shè)計過程中進(jìn)行了詳細(xì)的工藝論證，對每個工藝過程進(jìn)行了分析。并且在此基礎(chǔ)上制定產(chǎn)品方案，設(shè)計生產(chǎn)工藝，對檸檬酸生產(chǎn)加工過程中的物料平衡進(jìn)行計算，對主要設(shè)備進(jìn)行選型以及水、電、汽平衡，勞動力平衡進(jìn)行計算，最后進(jìn)行車間設(shè)計。設(shè)定企業(yè)管理組織構(gòu)架，實施環(huán)境保護(hù)規(guī)劃并進(jìn)行污水處理，對投資成本、利潤、盈虧平衡點等進(jìn)行估算。生產(chǎn)總投資為2080萬元，年利潤可達(dá)1913.7萬元，投資回收期1.3年左右。關(guān)鍵詞

6、：檸檬酸； 發(fā)酵； 工廠設(shè)計 Design of an annual output of 5000 tons of Citric acid fermentation factory Food science and engineering major Wei Wen jiaoGuide teacher Pu Chuan fenAbstract: This paper is mainly for the annual output of 5000 tons of citric acid fermentation factory design, process has been proved in

7、 the design process, for each process are analyzed. Develop product solutions and on this basis, design and production process, the material balance of citric acid production in the process of calculation, selection and water, electricity, steam balance of main equipment, labor balance calculation,

8、the workshop design. Set the corporate management structure, the implementation plan for environmental protection and sewage treatment, to estimate the investment cost, profit, profit and loss balance point.The production of a total investment of 20800000 yuan, annual profit of 19137000 yuan, the in

9、vestment recovery period is 1.3 years or so.Keywords: citric acid; fermentation; plant design 第一章 緒論1.1企業(yè)概況 檸檬酸發(fā)酵工廠位于山東省濰坊，濰坊市安丘市位屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，光照充足，雨熱同季。無霜期年平均213天，年均降雨量650余毫米，年平均氣溫18，適宜多種動植物生長?？拷仙a(chǎn)基地，空氣清新，水質(zhì)清純，環(huán)境幽雅無污染，經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境良好。交通便利，利于材料以及產(chǎn)品的運輸。1.2目的和意義1.2.1立項的目的 有機(jī)酸是微生物的初級代謝產(chǎn)物，與工業(yè)和人們的日常生活有著十分密切

10、的關(guān)系，也是發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中歷史最悠久、噸位最大、價格最低廉的產(chǎn)品。微生物能夠產(chǎn)生多種有機(jī) 酸，能夠大規(guī)模生產(chǎn)的只有少數(shù)，主要包括檸檬酸、葡萄糖酸、衣康酸和乳酸。目前產(chǎn)量最高兩種有機(jī)酸分別是檸檬酸和葡萄糖酸，根據(jù)2005年的數(shù)據(jù)顯示，2005年全世界的檸檬酸產(chǎn)量達(dá)到了100萬噸，其中近50%的產(chǎn)量來自于中國。由于檸檬酸的酸性、風(fēng)味以及能夠與金屬離子形成復(fù)合物的能力，在工業(yè)中有著廣泛的用途。據(jù)統(tǒng)計，目前75%的檸檬酸用于食品以及飲料工業(yè)，10%用于制藥行業(yè)，15%用于其他行業(yè)。檸檬酸具有酸味圓潤滋美的特點，并且無毒，安全性高，又因為檸檬酸具有溶解性好、螯合能力強(qiáng)的特性，因此被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，常被

11、用作酸味劑、增溶劑、緩沖劑、抗氧化劑、螯合劑等，此外，檸檬酸還可以作為冷凍水果和水果加工品種維生素的穩(wěn)定劑以及作為軟飲料、冷飲等食品的增香劑。在醫(yī)藥工業(yè)中，由于酸根具有直接被吸收的特性，經(jīng)常被作為某些醫(yī)藥的合成原料。醫(yī)藥中合成的檸檬酸鹽被廣泛用用于醫(yī)學(xué)臨床。醫(yī)生在采取新鮮血液的時候，需要加入一些消毒過的檸檬酸鈉就能起到防止血液凝固的作用，因此被稱為抗凝血劑。作為抗氧化劑還可以防止維生素的氧化1。在化學(xué)工業(yè)中檸檬酸也有著舉足輕重的地位。作為一種弱有機(jī)酸，同時又具有螯合作用，可以引起金屬表面層的輕微損壞，但是作為金屬離子螯合劑又可以加速金屬氧化物的遷移。因此現(xiàn)在多采用檸檬酸來取無機(jī)強(qiáng)酸用于金屬表面

12、氧化物的清潔。它還能增加去污性能，可以替代磷酸鹽，作為無磷洗衣粉的重要原料，綠色環(huán)保。檸檬酸鹽是最常用的電鍍緩沖液和絡(luò)合劑，其螯合作用使電鍍操作穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量較好。雖然目前檸檬酸的世界年產(chǎn)量超過200萬噸，檸檬酸的需求逐年迅速遞增，但是仍然不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求。其中消耗量最大的國家是美國，年需求量近70萬噸。隨著全世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，檸檬酸的市場需求也在快速增長，因此，檸檬酸市場就全世界而言具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?.2.2項目投資的意義從廣義上說，任何含有淀粉和糖的農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品加工品以及副產(chǎn)品，某些有機(jī)化合物，以及石油中的某些成分都是檸檬酸的原料。在我國，檸檬酸生產(chǎn)以

13、薯干、玉米等淀粉質(zhì)原料為主。傳統(tǒng)的檸檬酸生產(chǎn)都是以薯干作為原材料，經(jīng)過生物發(fā)酵和鈣鹽提取工藝制作的，這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差而且成本高，環(huán)境污染嚴(yán)重，為了進(jìn)一步擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)清潔無污染的生產(chǎn)，需要對檸檬酸生產(chǎn)提取工藝加以改進(jìn)。在原料方面，目前研究出了玉米粉、稻米以及秸稈等，工藝上采用工業(yè)離子色譜法、母液凈化處理以及循環(huán)利用廢糖液技術(shù)，這樣不僅有效地降低了成本，而且對于檸檬酸生產(chǎn)剩余的副產(chǎn)物，通過優(yōu)化工藝的方式加以合理的利用，廢物排放量少有利于環(huán)境保護(hù)2。 玉米中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，以純碳水化合物的淀粉為主，還存在一些蛋白質(zhì)，纖維素，脂肪，無機(jī)鹽灰分等非純碳水化合物。 第二章

14、工藝方案論證2.1.設(shè)計依據(jù) 根據(jù)安全有利位置設(shè)計一所坐落于濰坊安丘市的檸檬酸發(fā)酵工廠。本設(shè)計主要以國內(nèi)檸檬酸主流生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)生產(chǎn)工藝和設(shè)備，參考發(fā)酵工廠設(shè)計、生物化工、檸檬酸發(fā)酵工藝、食品法規(guī)等有關(guān)文獻(xiàn)資料，完成初步工廠設(shè)計。2.2 設(shè)計范圍制定產(chǎn)品方案，設(shè)計生產(chǎn)工藝，進(jìn)行物料平衡，設(shè)備選型，勞動定員，水電汽平衡，全廠衛(wèi)生安全研究。設(shè)定企業(yè)管理組織架構(gòu)并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果預(yù)測，繪制檸檬酸工廠總平面布置圖、工藝流程圖、車間布置圖。2.3工藝流程確定玉米除雜粉碎調(diào)漿液化過濾發(fā)酵過濾陰離子交換吸附解脫液煮 玉米渣 菌絲體活性炭脫色過濾陽柱轉(zhuǎn)型二次脫色蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶離心分離干燥包裝檸檬

15、酸成品32.4 工藝論證和說明2.4.1原料的預(yù)處理利用人工去除混入玉米中的固體雜質(zhì)，如金屬物、土、石、皮、芯、霉變塊、粒等，排除污染。將玉米進(jìn)行粉碎，使得玉米能夠充分發(fā)酵，不浪費原材料。一般玉米不宜過碎或過大，60目過篩得到合格的玉米粉。2.4.2發(fā)酵液的預(yù)處理淀粉液化實質(zhì)上是在淀粉顆粒因受熱吸水膨脹、糊化破壞了其晶體結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行的，這是因為淀粉顆粒對于酶作用的抵抗力較強(qiáng)，很難直接液化，因此淀粉糊化是酶法液化的一個重要步驟。淀粉被糊化后，體積就會膨脹很多，粘度增強(qiáng)，流動性很差，攪拌困難，傳熱性較差，難以糊化均勻。因此物料必須先進(jìn)行液化，是料液的流動性變好，有利于料液的輸送、滅菌完全、發(fā)酵初期

16、菌體的生長、易于糖化、提高產(chǎn)酸率和淀粉的利用率。使用物料輸送機(jī)向調(diào)漿罐輸送玉米粉，按照質(zhì)量比為（玉米粉：水）為1:4.5的比例加入65的水，利用碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)漿料的pH在5.07.0范圍內(nèi)，并加入0.1%氯化鈣，鈣離子對淀粉酶具有激活和保護(hù)作用，也有助于雜質(zhì)凝集，改善過濾性質(zhì)。最后加入粉耐高溫-淀粉酶（酶活力20000U/g，加入量為10U/g玉米粉），混合均勻，將物料打入高壓噴射器，在噴射器中粉漿和蒸汽可直接瞬間接觸，出料溫度105。從噴射器中噴出的液料，經(jīng)過冷卻降溫系統(tǒng)使液料溫度降至97，并將其倒入層流罐保溫30分鐘，保溫罐溫度維持在95，然后進(jìn)行二次噴射，在第二只噴射器內(nèi)液料和蒸汽直接接

17、觸使溫度迅速上升至130，并在維持罐內(nèi)維護(hù)8分鐘左右，徹底殺死耐高溫-淀粉酶，進(jìn)一步凝固聚沉蛋白質(zhì)，對處理后的物料進(jìn)行過濾處理，濾液經(jīng)過真空閃急冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，然后將液料打入二次液化罐，使液料溫度降低到95，在二次液化罐內(nèi)加入耐高溫-淀粉酶（酶活力為20000U/g，加入量為8U/g玉米粉），液化30分鐘，碘試合格后，結(jié)束液化。2.4.3發(fā)酵液化醪過濾除去玉米渣得液化清液，溫度降至37后打入發(fā)酵罐，同時按質(zhì)量體積比向發(fā)酵罐內(nèi)加入已滅菌的0.9%尿素、0.1%磷酸氫鉀、0.25%二氧化硫和10%種子液。菌體生長的優(yōu)劣完全取決于培養(yǎng)液內(nèi)的氮源，這是因為細(xì)胞中銨離子濃度的升高能解除ATP和檸檬酸對

18、于關(guān)鍵酶磷酸果糖激酶的反饋抑制，使得EMP代謝流增強(qiáng)，利于檸檬酸的生產(chǎn)和積累。無機(jī)鹽也是構(gòu)成微生物生命活動不可缺少的物質(zhì)，在檸檬酸發(fā)酵中，有的構(gòu)成菌體，有的促進(jìn)代謝，有的促進(jìn)產(chǎn)酸4。黑曲霉是嗜熱微生物，生長溫度在3337，由于培養(yǎng)基中固形物較多，對菌體起到保護(hù)作用，一般溫度控制在（351）。發(fā)酵溫度控制在34，pH4.5左右，發(fā)酵周期約72h。發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液經(jīng)真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)除去菌絲體得發(fā)酵清液，菌絲體是優(yōu)質(zhì)飼料的原料，發(fā)酵清液進(jìn)入提取精制工段。2.4.4提取和精制 發(fā)酵清液經(jīng)過8310陰離子交換吸附樹脂將檸檬酸和其它雜質(zhì)分離（交換過程中，改變吸附交換柱內(nèi)壓力，調(diào)壓力為4.9106Pa至放空

19、，反復(fù)2到3次），然后用10%的NH4OH解脫得解脫液。向解脫液中加堿液調(diào)節(jié)pH9.0，在常壓下加熱煮沸10分鐘，取出后加入粉末狀活性炭（5g活性炭/L 解脫液），過濾除去有機(jī)雜質(zhì)和部分色素等殘渣獲得清液5。清液經(jīng)陽離子交換樹脂去除氨根離子，然后進(jìn)行二次脫色得到18%的檸檬酸液。將此純凈檸檬酸液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后進(jìn)行結(jié)晶，然后用離心機(jī)分離母液和晶體，母液返回再次吸附交換，晶體進(jìn)行干燥得合格的檸檬酸6。2.4.5成品包裝干燥合格的檸檬酸晶體經(jīng)包裝后運送成品庫。2.5產(chǎn)品與產(chǎn)量的確定 根據(jù)濰坊當(dāng)?shù)氐挠衩邹r(nóng)業(yè)產(chǎn)量、配套設(shè)備的生產(chǎn)能力和當(dāng)?shù)匾约爸苓叺貐^(qū)的檸檬酸的市場需求，將年產(chǎn)量定為5000噸。根據(jù)充分的市

20、場調(diào)研，結(jié)合濰坊當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)量和周邊地區(qū)的消費需求，確定產(chǎn)品與產(chǎn)量。本文是以檸檬酸生產(chǎn)為依據(jù)設(shè)計的。全年均衡生產(chǎn)，全年工作日不少于300天，每天24h連續(xù)生產(chǎn)，每天的生產(chǎn)班次為3班。年產(chǎn)量5000t，則日產(chǎn)量為5000/300=16.7t/天。2.6生產(chǎn)方法評價 本設(shè)計中的檸檬酸的生產(chǎn)過程是采取機(jī)械與人工相結(jié)合的作業(yè)方式，所采用方法在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，保證產(chǎn)品品質(zhì)的營養(yǎng)衛(wèi)生。目前我國各地建造的檸檬酸工廠都按照國際衛(wèi)生組織的要求實施，因此，本工廠更要遵守，這樣我們才能在國內(nèi)的檸檬酸市場占有一席之地。第三章 廠區(qū)平面設(shè)計3.1廠址選擇的原則7（1） 廠址選擇必須在符合工業(yè)布局、符

21、合所在地區(qū)的規(guī)劃的要求，按照國家有關(guān)法律、法規(guī)以及建設(shè)前期工作的規(guī)定進(jìn)行。（2） 充分利用各地區(qū)的有利條件，避開或者克服不利條件，充分利用當(dāng)?shù)氐娜肆?、物力、財力和自然資源，保護(hù)環(huán)境；節(jié)約用地，不占用良田及經(jīng)濟(jì)效益高的土地，并且符合國家現(xiàn)行的土地管理、環(huán)境保護(hù)、水土保持等法規(guī)有關(guān)規(guī)定。盡量遠(yuǎn)離風(fēng)景游覽區(qū)和自然保護(hù)區(qū)，不污染水源，有利于三廢的處理，并符合現(xiàn)行的環(huán)境保護(hù)法規(guī)規(guī)定。（3） 使企業(yè)接近原料、能源產(chǎn)地和產(chǎn)品消費區(qū)，消除不合格運輸；總體經(jīng)濟(jì)效益好，有利于加快國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的提高。具體廠址所在地的選擇要從場地的自然條件，技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件以及所在行業(yè)的特點三方面考慮，依次滿足相應(yīng)的條件。3.

22、2選址 檸檬酸工廠位于濰坊安丘市，安丘市位于山東半島中部，是國務(wù)院批準(zhǔn)的首批沿海對外開放的縣市之一。安丘境內(nèi)平原、丘陵、山地各占三分之一，同時也是山東省重要的水源地。東距青島110公里，西距濟(jì)南200公里，北距濰坊25公里，國道206、省道下小路、央贛路等多條主要干線交匯于境內(nèi)，膠濟(jì)鐵路和濟(jì)青、濰萊高速臨境而過，規(guī)劃建設(shè)的濰日高速橫貫市境南北，交通十分便利。安丘地處暖溫帶濕潤季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，四季分明，光照充足，雨熱同季，適宜多種農(nóng)作物的生長。靠近原料生產(chǎn)基地，空氣清新環(huán)境無污染，經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境良好。3.3總平面設(shè)計方案廠區(qū)占地總面積約28000平方米，東西向約200m，南北向約140m。廠區(qū)道

23、路布置為環(huán)路，主干道寬8m，次干道寬5m，轉(zhuǎn)彎半徑為10m，滿足消防要求。工廠分為生活區(qū)和生產(chǎn)區(qū)。生活區(qū)設(shè)有公寓、食堂等基本設(shè)施。生產(chǎn)區(qū)設(shè)有生產(chǎn)部門，包括玉米粉碎車間、液化車間、發(fā)酵車間、提取車間、精制車間、包裝車間、成品車間、副產(chǎn)品車間等；輔助生產(chǎn)部門，包括原料倉庫、空壓站、制冷站、給水站、配電站、儲水池、污水處理中心、沼氣處理中心等。表1.廠區(qū)建筑面積Table 1 .the factory building area序號項目單位占地面積1規(guī)劃用地面積280002建筑物占地面積160003總建筑面積180004建筑系數(shù)%575容積率%0.66綠化率%253.4車間生產(chǎn)過程設(shè)計3.4.1生產(chǎn)

24、車間工藝布置原則7一個優(yōu)良的車間布置設(shè)計應(yīng)該是，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)省投資、操作維修方便、設(shè)備排列簡潔、緊湊、整齊、美觀。生物工程車間布置設(shè)計應(yīng)遵循以下的原則：（1） 滿足生產(chǎn)工藝的要求。車間設(shè)備布置必須按照流程的流向順序依次進(jìn)行設(shè)備的排列，以保持物料順暢地向前輸送，按順序進(jìn)行加工處理，保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。（2） 滿足生產(chǎn)操作的要求。（3） 滿足設(shè)備安裝、檢修的要求。要為設(shè)備的安裝、檢修、拆卸提供充足的空間，滿足設(shè)備能夠順利進(jìn)出車間的要求。還要考慮到設(shè)備的檢修盒抄寫以及運送物料所需要的起重運輸設(shè)備。（4） 滿足廠房建筑的要求。（5） 滿足節(jié)約建設(shè)投資的要求?？筛鶕?jù)使用和操作特點，

25、與設(shè)備設(shè)計配合采取露天布置，減少建筑費用。避免廠房的高層化，工藝管道 集中布置。（6） 滿足安全、衛(wèi)生和防腐蝕的要求。生物工程工廠車間衛(wèi)生是首要環(huán)節(jié)，同時要為工人操作提供良好的安全衛(wèi)生條件，易燃易爆車間要考慮方便疏散和防火滅火。（7） 滿足生產(chǎn)發(fā)展要求。根據(jù)生產(chǎn)需要與可能，考慮留有增加產(chǎn)量和設(shè)備的余地，設(shè)計中盡可能采用使原有建筑物變動少，不妨礙生產(chǎn)正常進(jìn)行，且施工的工作量少的方案。3.4.2 生產(chǎn)所需建筑（1） 主生產(chǎn)車間：檸檬酸發(fā)酵設(shè)備及其他輔助部分；（2） 原、輔材料庫：存放生產(chǎn)用的原輔材料及包裝材料；（3） 粉碎車間：進(jìn)行玉米的粉碎以及除雜；（4） 調(diào)漿車間：進(jìn)行原材料的調(diào)漿工藝（5）

26、液化車間：原材料的液化；（6） 提取車間：檸檬酸的提??；（7） 烘干車間：去除檸檬酸的水分，保持干燥；（8） 包裝車間：進(jìn)行產(chǎn)品的質(zhì)檢與包裝（9） 供水站：為生產(chǎn)、清潔、生活等提供水源；（10） 變電站：保證電量維持工廠的正常運行；（11） 空壓站：提供某些設(shè)備自動化控制所需的壓縮空氣及生產(chǎn)過程的需求 ；（12） 化驗室：菌種的培養(yǎng)及車間成品的理化指標(biāo)的檢測；（13） 污水處理區(qū)：進(jìn)行污水再處理；（14） 成品倉庫：用于存放生產(chǎn)成品；（15） 鍋爐房：提供生產(chǎn)所需要的蒸汽；（16） 更衣室、衛(wèi)生間：供車間工人使用3.5 車間平面設(shè)計說明1.設(shè)計要求： 生產(chǎn)車間的門，應(yīng)設(shè)置防蠅、防蟲的裝置，如水

27、幕、風(fēng)幕、暗道或飛蟲控制器。若車間內(nèi)有水蒸氣制備設(shè)備，則需對車間進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，可在蒸汽設(shè)備附近或設(shè)備上部的屋頂開窗口，如果蒸汽產(chǎn)生量大，則多用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行排汽。車間高度6.5m，側(cè)窗的采光面積足以達(dá)到一定的采光系數(shù)，所以不需在屋頂上開天窗。維持車間的采光系數(shù)在0.20.3之間。車間內(nèi)側(cè)窗窗臺高度取1m1.2m。采用普通玻璃窗，并附帶一層紗窗。地面保證生產(chǎn)車間耐受酸堿腐蝕以及車輪的碾壓與沖撞。車間地面設(shè)計為水磨石地面，生產(chǎn)車間設(shè)有明溝排水，將生產(chǎn)車間的廢水和腐蝕性介質(zhì)排除。車間地坪采用石板地坪，其優(yōu)點是能耐腐蝕，不起灰。2.生產(chǎn)車間應(yīng)設(shè)在市郊無污染區(qū)，避免與發(fā)電廠、化肥廠、水泥廠等相鄰。所有

28、會產(chǎn)生污染的車間，都要與重要的生產(chǎn)車間相隔離，這樣才不會發(fā)生內(nèi)部污染的情況，符合衛(wèi)生要求。3.廠區(qū)其他主要建筑有宿舍樓、食堂、停車場、休閑娛樂中心、浴室、廁所等；4.廠區(qū)道路：主干道寬8米，兩旁種有雪松、黃楊秋等；5.綠化情況：廠區(qū)建有花壇、草坪，主車間周圍建有綠化帶；6.廠區(qū)考慮到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均設(shè)有消防水籠頭及滅火器。 4.工藝計算4.1物料衡算物料衡算包括該產(chǎn)品的原輔料和包裝材料的計算，通過物料衡算，可以確定各種主要物料的采購運輸和倉庫儲存量，并對生產(chǎn)過程中所需的設(shè)備和勞動力定員的需要量提供計算依據(jù)。根據(jù)工廠設(shè)計規(guī)模、產(chǎn)品方案，通過物料平衡計算，可確定單位時間生產(chǎn)過程

29、主要原輔料的需求量以及水、電、蒸汽等流量與耗量，據(jù)此就可以計算出全年主要物料、包裝材料的采購運輸和倉儲容量。同時通過物料衡算，還可以根據(jù)計算數(shù)值經(jīng)濟(jì)合理地選擇生產(chǎn)設(shè)備，并進(jìn)行車間的工藝布置和各工序勞動力的安排，也是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析不可缺少的根據(jù)，可以計算出原料和輔料的消耗定額，繪制出原、輔料耗用表和物料平衡圖。并為下一步設(shè)備計算、熱量計算、管路設(shè)計等提供依據(jù)和條件。還為勞動定員、生產(chǎn)班次、成本核算提供計算依據(jù)。因此，物料衡算在工藝設(shè)計中是一項既細(xì)致又重要的工作。本設(shè)計主要進(jìn)行了檸檬酸車間相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計。4.1.1 全廠總物料衡算主要內(nèi)容8（1） 原料消耗的計算， 主要原料為玉米， 其他輔料有耐高溫

30、-淀粉酶、 CaCl2、尿素、MgSO4、KH3PO4黑曲霉等。（2）中間產(chǎn)品計算，主要有液化醪、發(fā)酵液量的計算 。（3）成品、副產(chǎn)品及“三廢”計算。4.1.2 工藝技術(shù)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)5000t 檸檬酸。（2）生產(chǎn)方法：玉米粉液化過濾后發(fā)酵。（3）生產(chǎn)天數(shù)：300天。（4）產(chǎn)品質(zhì)量：檸檬酸含量為99.8%。（5）副產(chǎn)品年產(chǎn)量：玉米渣2000t，菌絲體3400t，(NH4)2SO45400t。（6）玉米淀粉含量為70%，水含量低于13%。（7）玉米漿液化添加0.1%CaCl2，耐高溫-淀粉酶（酶活力為20000U/g） ，用量為 4U/g玉米粉。（8）檸檬酸發(fā)酵向發(fā)酵液添加0

31、.9%尿素、0.1% KH3PO4、0.25% MgSO4。（9）實際糖酸轉(zhuǎn)化率為 94%、成品收得率為 88%、產(chǎn)酸率為 14%、發(fā)酵周期為72h。4.2 原輔料消耗及中間產(chǎn)品衡算以 100 kg檸檬酸為例，原輔料消耗和中間產(chǎn)品衡算如下：4.2.1 總反應(yīng)式 （1）糖化階段：(C6H12O5)n nH2O nC6H12O6 發(fā)酵階段：2C6H12O6 3O2 2C6H8O7 4H2O（2）生產(chǎn)100 kg無水檸檬酸理論淀粉消耗量 100(162192) 84.375kg（3）生產(chǎn)100kg成品無水檸檬酸理論淀粉消耗量84.37599.8%84.206kg（4）生產(chǎn)100kg無水檸檬酸實際淀粉

32、消耗量 84.20686%100.245kg（5）生產(chǎn)100kg無水檸檬酸玉米粉的消耗量 100.24570%143.207kg（6）耐高溫 -淀粉酶的消耗量 100.24518200000.0902kg 耐高溫 -淀粉酶酶活力為20000U/g，用量為8U/g玉米粉.4.2.2液化醪量的計算 玉米粉和水按1：4.5的比例混合，加入0.1% CaCl2，有關(guān)計算如下：（1）玉米漿的量：143.2075.5787.639kg（2）CaCl2的用量：787.6390.1%0.788kg（3）干物質(zhì)含量為B087%的玉米粉比熱容C0為：4.18(10.7B0)1.63kJ/(kgk)玉米漿干物質(zhì)的濃

33、度B1為：87（5.5100）15.82%液化醪的比熱容為：C1B1C0(1.0B1)CW15.82%1.63(1.015.82%)4.183.78kJ/(kgk) CW水的比熱容，KJ/(kgk)為簡化計算，假定液化醪的比熱容在液化過程中維持不變。（4）經(jīng)第一個噴射液化器加熱后玉米漿的量：7876.397876.393.78 （10560）/（2748.91054.18） 8456.38kg162748.9噴射液化器加熱蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg（5）第一個真空冷卻器出來的玉米漿的量：8456.388456.383.78（10597）2264.08343.43kg2264.0真空冷

34、卻溫度97下的飽和蒸汽的汽化潛熱，KJ/kg（6）層流罐出來的玉米漿的量：8343.438343.433.78（9795）2269.18315.63kg2269.1層流罐維持溫度95下的飽和蒸汽的汽化潛熱，KJ/kg（7） 第二個噴射加熱器出來的玉米漿的量： 8315.638315.633.78（13095）/（2748.91304.18）8814.45kg2748.9噴射液化器加熱蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg130滅酶溫度（8）高溫維持罐出來的玉米漿的量：高溫維持時間是8min，蒸發(fā)量每小時為8%，故蒸發(fā)水分量：8814.458%8/6094.02kg故流出量：8814.4594.0

35、28720.43kg（9）第二個真空冷卻器出來的玉米漿的量：8720.438720.433.78（13097）2264.08239.96kg2264.0真空冷卻溫度97下的飽和蒸汽的汽化潛熱，KJ/kg（10）液化罐出來的液化醪的量：8239.968239.963.78（9795）2269.18212.51kg2269.1層流罐維持溫度95下的飽和蒸汽的汽化潛熱，KJ/kg（11）液化清液的量：液化醪經(jīng)過濾除去玉米渣45kg，得液化清液 776.251kg。4.2.3 發(fā)酵液量的計算 成品檸檬酸中檸檬酸的量：10099.8%99.8kg發(fā)酵液中檸檬酸的量：99.888%113.409kg發(fā)酵液

36、總體積：113.40914%810.065m3尿素耗量：810.0650.9%7.291kgKH3PO4耗量：810.0650.1%0.810kgMgSO4耗量：810.0650.25%2.025kg4.2.4 離子交換樹脂的計算（1）8310#弱堿性陰離子交換樹脂8310#弱堿性陰離子交換樹脂的技術(shù)參數(shù)如下：型式：羥型粒度：2060且90水分：60%70%強(qiáng)度：90%濕視密度：0.650.75g/ml交換容量：0.81.0g/g干樹脂每100kg檸檬酸所需發(fā)酵液的量是810.065kg，所需濕樹脂的量：0.1/（0.90.35）0.317t濕樹脂的體積：0.317/1.250.254m3一般

37、控制樹脂的吸附量僅為樹脂總交換量的70%，則所需樹脂的體積：0.254/70%0.363m3用15%NH4OH解脫，液氨（按 100%計）用量是40kg/m3，則所液氨的量：0.3634014.52kg所需15%稀氨液的的量：（14.5217）3115%176.52kg（2）陽離子交換樹脂解脫液常壓煮沸后加活性炭脫色，過濾后要經(jīng)過陽離子交換樹脂轉(zhuǎn)型,其技術(shù)參數(shù)如下：型式：H型水分：51%56%濕視密度：0.730.83g/ml濕真密度：1.171.22g/ml磨后圓球率：90%質(zhì)量交換容量：1.75mmol/g樹脂全交換容量：5.0mmol/ml 樹脂再生劑用量：H2SO4(按100%計)75

38、150 kg/m3濕樹脂每100kg檸檬酸所需的樹脂量：100（1921.7）1000306.073kg則H2SO4需要量：0.3513045.5kg再生的濃度為2%，所需量為：45.52%2275kg再生后生成的(NH4)2SO4量：（45.598）13261.3kg經(jīng)濃縮烘干后得固體(NH4)2SO4，設(shè)收得率為94%，則每噸檸檬酸可產(chǎn)副產(chǎn)品(NH4)2SO4的量：61.394%57.62kg4.2.5 年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠總物料衡算表表2物料衡算表Table 2 . Balance sheet of material序號 名稱每100kg產(chǎn)品產(chǎn)（耗）量/t時產(chǎn)（耗）量/t日產(chǎn)（耗）量

39、/t年產(chǎn)（耗）量/t1成品酒精0.11.143.3350002玉米0.1520.6355.07815234.83-淀粉酶0.090.00010.0030.9024CaCl20.00080.0010.0267.885KH3PO40.00080.001 0.027 8.16MgSO40.0020.0030.06820.257玉米漿0.7881.09426.2557876.398尿素0.0070.010.24372.919液化醪0.8211.14127.3758212.5110液化清液0.7761.07825.8757762.5111玉米渣0.0450.0631.545012發(fā)酵液0.811.125

40、27.0028100.6513種子液0.0810.1132.7810.06514H2SO40.0460.0631.51745515液氮0.0150.020.484145.24.3 熱量衡算94.3.1 計算步驟4.3.1.1 液化工段耗熱量液化醪冷卻水作為調(diào)漿水，玉米漿初溫為60。（1）玉米漿由60噴射加熱到105所耗熱量Q1787.6393.78（10560）133977.39kJ（2）層流罐流出的玉米漿由95噴射加熱到130所耗熱量Q2831.5633.78（13095）110015.79kJ（3）高溫維持時間所耗熱量高溫維持時間為8min，蒸發(fā)量為每小時8%，則蒸發(fā)水分量為：V881.4

41、458%8/609.402kg所耗熱量Q3VI9.4022173.820438.310kJ I為維持溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg（4）熱損失其它過程總的熱損失為上述所耗熱量的15%。（5）由上述計算得總熱量Q1.15(Q1Q2)258647.81kJ （6）蒸發(fā)干燥所耗熱量約為115000kJ。（7）提取工段所耗總熱量 258647.81115000373647.81kJ其他工序所耗熱量約為300000kJ。4.3.1.2 總耗熱量304096.214373647.81300000977744.02kJ4.3.1.3蒸汽用量使用0.5MPa的飽和蒸汽，I2748.9kJ/kg蒸汽用量D977

42、744.02(274.8964.32)0.95488.771kg643.2噴射液化器加熱蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg95%蒸汽的熱效率4.3.2 年產(chǎn)5000噸檸檬酸發(fā)酵工廠熱量衡算表表3 熱量衡算表Table 3 Balance sheet of energy序號 名稱每100kg產(chǎn)品產(chǎn)（耗）量/t時產(chǎn)（耗）量/t日產(chǎn)（耗）量/t年產(chǎn)（耗）量/t1蒸汽0.4893.39581.4624435.54.4 水量衡算4.4.1 計算步驟4.4.1.1 調(diào)漿用水將玉米粉輸送到調(diào)漿罐，按玉米粉：水1：4.5的比例加入65的水，則水的用量：143.2074.5644.432kg4.4.1.2 液

43、化清液冷卻用水按工藝要求，液化醪經(jīng)過濾后40min 由90降到37，所用冷卻介質(zhì)為2的冷水，冷卻后，水溫約為70，則所耗熱量：776.2513.78（9037）155514.125kJ所用冷卻介質(zhì)的量：155514.1254.18（702）547.12kg4.4.1.3 發(fā)酵冷卻用水發(fā)酵罐放出熱量發(fā)酵罐放出的熱量為：QQ1Q2Q3發(fā)酵產(chǎn)熱Q1810.06521461738462.5kJ 2146每千克發(fā)酵液產(chǎn)生的發(fā)酵熱，kJ/kg蒸熱量Q225%Q1、射散熱量Q33%Q1QQ1Q2Q31738462.5（125%3%）1251688.360kJ冷卻水用量WQ/cp(T2T1)1251688.3

44、604.18(2518) 42278.139kg其中冷卻水的進(jìn)、出溫度為18、25?？紤]到冷卻水可循環(huán)利用，因此可按3%的耗用率計算，則冷卻水用量：42278.1393%1268.347kg4.4.1.4 發(fā)酵罐清洗用水發(fā)酵結(jié)束后清洗發(fā)酵罐，每100kg檸檬酸發(fā)酵罐清洗用水約50kg。4.4.1.5 洗濾布用水液化醪過濾后過濾機(jī)的濾布要清洗，每100kg檸檬酸用水約276kg。4.4.1.6 提取工段解脫液煮沸后降溫所用冷耗量工藝要求在30min 內(nèi)，解脫液的溫度由100降到25，所用的冷凍介質(zhì)是2的冷水。所耗熱量：708.8063.98（10025）211578.591kJ所用冷卻介質(zhì)：21

45、1578.5914.18（702）744.366kg4.4.1.7提取車間其它用水主要包括陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂、活性炭柱再生沖洗水、設(shè)備沖洗水等，約1.8t。4.4.1.8鍋爐用水蒸汽用量為438.79kg，按產(chǎn)蒸汽率95%計算，則用水量：438.7995%461.875kg4.4.1.9其他用水主要包括地面沖洗水、管道沖洗水和設(shè)備沖洗水等，按每100kg檸檬酸0.5t 計。4.4.1.10總用水量冷凍介質(zhì)用量：547.12744.3661291.486kg除去調(diào)漿用水644.432kg，剩余水可再利用，損失按5%計，冷凍介質(zhì)可再利用量：644.432（1291.486644.432

46、）95%1259.133kg綜上所述，冷凍介質(zhì)用量為1291.486kg自來水用量為 644.4321268.347502761800461.8755001259.1333615.515kg4.4.2 年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠水量衡算表表4. 水量衡算表Table 4 .Balance sheet of water序號 名稱每100kg產(chǎn)品產(chǎn)（耗）量/t時產(chǎn)（耗）量/t日產(chǎn)（耗）量/t年產(chǎn)（耗）量/t1自來水3.6165.716.6550002冷水1.2918.95521508.7564574.34.5 電量衡算4.5.1 計算步驟4.5.1.1 原料粉碎液化工段（1）斗式提升機(jī)每100kg檸

47、檬酸需要玉米0.152t，斗式提升機(jī)生產(chǎn)能力28t/h，電機(jī)功率18kw，則耗電量：0.15228180.1kwh（2）粉碎機(jī)每100kg檸檬酸需要玉米0.152t，粉碎機(jī)生產(chǎn)能力8t/h，電機(jī)功率75kw，則耗電量：0.1528751.425kwh（3）膠帶輸送機(jī)每100kg檸檬酸需要玉米粉0.143t，膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)能力63t/h，電機(jī)功率20kw，則耗電量：0.14363200.045kwh（4）玉米漿液化系統(tǒng)每100kg檸檬酸需要玉米漿0.788t， 玉米液化系統(tǒng)生產(chǎn)能力20t/h， 電機(jī)功率85kw，則耗電量：0.78820853.349kwh4.5.1.2 發(fā)酵工段（1）發(fā)酵罐每1

48、00kg檸檬酸需要發(fā)酵液0.81t，發(fā)酵罐體積200m3，電機(jī)功率220kw，則耗電量：0.812002207264.152kwh（2）種子罐每100kg檸檬酸需要種子液0.081t，種子罐體積20m3，電機(jī)功率22kw，則耗電量：0.0812022282.495kwh4.5.1.3 提取精制工段（1）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)每100kg檸檬酸需要發(fā)酵液0.81t， 真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)生產(chǎn)能力25t/h， 電機(jī)功率12kw，則耗電量：0.8125120.389kwh（2）離交柱每100kg檸檬酸離交時間約0.02h，離交工作功率15kw，則耗電量：0.02150.30kwh（3）真空濃縮罐每100kg檸檬酸

49、蒸發(fā)水分量是0.40t，生產(chǎn)能力30t/h，電機(jī)功率30kw，則耗電量：0.430300.4kwh（4）結(jié)晶罐每100kg檸檬酸結(jié)晶時間0.03h，結(jié)晶器電機(jī)功率7.5 kw，則耗電量：0.037.50.225kwh（5）離心機(jī)每100kg檸檬酸需要離心溶液的量為 0.12t，離心機(jī)生產(chǎn)能力是5.5t/h，電機(jī)功率是7.5kw，則耗電量：0.125.57.50.1636kwh（6）振動流化床干燥器每100kg檸檬酸需要干燥的水分量是 0.004t，振動流化床干燥器的生產(chǎn)能力是1.5t/h，電機(jī)功率是16kw，則耗電量：0.0041.5160.043kwh4.5.1.4其他設(shè)備（1）離心泵離心泵

50、的數(shù)量為35個，電機(jī)功率是15kw，設(shè)每生產(chǎn)100kg檸檬酸泵工作時間是0.03h，則耗電量：15350.0315.75kwh（2）板框式壓濾機(jī)每100kg檸檬酸需板框壓濾機(jī)處理的溶液量是0.82132.463t，板框式壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力是30t/h，電機(jī)功率是18kw，則耗電量：2.46330181.478kwh（3）鍋爐燃?xì)忮仩t：每100kg檸檬酸產(chǎn)生的廢水處理后可產(chǎn)生10.86m3沼氣，沼氣作為燃料可生成0.139t 的蒸汽，鍋爐的生產(chǎn)能力是2t/h，配用電機(jī)功率是9.8kw，則耗電量：0.13929.80.681kwh燃煤鍋爐：每100kg檸檬酸需要燃燒煤產(chǎn)生的蒸汽量是0.347t，鍋爐

51、的生產(chǎn)能力是6t/h，配用電機(jī)功率是20kw，則耗電量：0.3476201kwh（4）供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、沼氣處理系統(tǒng)每生產(chǎn)100kg檸檬酸供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、沼氣處理系統(tǒng)耗電量約為55kwh。（5）其他生產(chǎn)用電每生產(chǎn)100kg檸檬酸照明、檢測等其他用電約8kwh。（6）生活用電每生產(chǎn)100kg檸檬酸生活用電約3kwh。（7）總耗電量每噸檸檬酸總耗電量： 159.468kwh4.5.2 年產(chǎn)5000噸檸檬酸工廠電量衡算表表4.電量衡算表Table 4 .Balance sheet of electricity序號 名稱每100kg產(chǎn)品產(chǎn)（耗）量/t時產(chǎn)（耗）量/t日產(chǎn)（耗）量/t年產(chǎn)（耗）量/t1電159.4681107.415265787973400第五章 主要設(shè)備選型 設(shè)備的工藝設(shè)計與選型的任務(wù)是在工藝計算的基礎(chǔ)上，確定車間內(nèi)所有工藝設(shè)備的的臺數(shù)、型號和尺寸。設(shè)備設(shè)計選型是否恰當(dāng)，對投資建廠和工廠投產(chǎn)后的運行維修、工人的勞動強(qiáng)度、產(chǎn)品的質(zhì)量都會有很大的影響