年產(chǎn)30000噸檸檬酸發(fā)酵設計

1、北京理工大學珠海學院課程設計 生物工程設備課程設計年產(chǎn)30000噸檸檬酸發(fā)酵設計學 院： 化工與材料學院專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： 生物工程 學 號： 職 稱： 高級工程師中國·珠海二一五年十一月北京理工大學珠海學院課程設計誠信承諾書本人鄭重承諾：我所呈交的課程設計年產(chǎn)30000噸檸檬酸發(fā)酵設計是在指導教師的指導下，獨立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點和材料，均在文后按順序列出其參考文獻，設計使用的數(shù)據(jù)真實可靠。承諾人簽名： 日期： 年 月 日北京理工大學珠海學院12級生化工程設備課程設計任務書題 目：年產(chǎn)30000噸檸檬酸發(fā)酵設計專業(yè)學院： 化工與材料學院 專 業(yè)： 生物

2、工程 學生姓名： 指導教師： 一、 主要研究內(nèi)容：1、設備所擔負的工藝操作任務和工作性質，工作參數(shù)的確定。2、容積的計算，主要尺寸的確定，傳熱方式的選擇及傳熱面積的確定。3、動力消耗、設備結構的工藝設計。二、 主要任務及目標：1、工藝設計和計算 根據(jù)選定的方案和規(guī)定的任務進行物料衡算，熱量衡算，主體設備工藝尺寸計算和簡單的機械設計計算，匯總工藝計算結果。主要包括：（1）工藝設計設備結構及主要尺寸的確定（D，H，HL，V，VL，Di等）通風量的計算攪拌功率計算及電機選擇傳熱面積及冷卻水用量的計算（2）設備設計壁厚設計（包括筒體、封頭和夾套）攪拌器及攪拌軸的設計局部尺寸的確定（包括擋板、人孔及進出

3、口接管等）冷卻裝置的設計(包括冷卻面積、列管規(guī)格、總長及布置等) 2、設計說明書的編制 設計說明書應包括設計任務書，目錄、前言、設計方案論述，工藝設計和計算，設計結果匯總、符號說明，設計結果的自我總結評價和參考資料等。 3、繪制設備圖一張 設備圖繪制，應標明設備的主要結構與尺寸。指導教師簽字： 年 月 日工作小組組長簽字： 年 月 日I年產(chǎn)30000噸檸檬酸發(fā)酵設計摘 要本設計采用薯干原料發(fā)酵，只需將薯干磨成粉，加水調(diào)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13%、淀粉75%、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。

4、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(chǎn)檸檬酸。這兩種方法都是國內(nèi)比較流行的生產(chǎn)方法，有著大量的實際經(jīng)驗，易于操作，風險小。本設計對目前發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的狀況及其主要的生產(chǎn)技術做了闡述，并對發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的工藝技術方法、工藝流程及設計技術說明給出了明確設計。因為知識有限，在工藝計算方面，只做了物料衡算和發(fā)酵罐選型的有關計算。確定了檸檬酸生產(chǎn)的主要工藝設備選型以及全廠及車間布置。本設計還包括發(fā)酵罐，全廠平面圖，車間平面布置圖，工藝流程圖。關鍵詞：檸檬酸發(fā)酵 設備設計與選型 目 錄摘

5、要I第一章 引言11.1檸檬酸簡介11.2檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的現(xiàn)狀及生產(chǎn)技術11.2.1檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)現(xiàn)狀11.2.2主要的生產(chǎn)技術2第二章 工藝流程32.1生產(chǎn)方法32.2工藝流程32.3操作工藝42.3.1原料的處理42.3.2無菌空氣的處理52.3.3種子的培養(yǎng)52.3.4發(fā)酵工序及醪液處理工序62.3.5提取工段72.3.6 精制工段72.3.7污水處理工序8第三章 工藝計算103.1物料衡算103.1.1工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù)103.1.2原料消耗計算（基準：一噸成品檸檬酸）103.1.3發(fā)酵醪量的計算113.1.4接種量113.1.5接種醪量的計算113.1.6 成品檸檬酸113.1.

6、7淀粉質原料年產(chǎn)3萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算12第四章 設備的設計及選型134.1發(fā)酵罐的選型134.1.1發(fā)酵罐容積和臺數(shù)的確定134.2檸檬酸生產(chǎn)的主要設備表14第五章車間布置16總 結17參考文獻18結 語19第一章 引言1.1檸檬酸簡介檸檬酸是一種重要的有機酸，又名枸櫞酸，無色晶體，常含一分子結晶水，無臭，有很強的酸味，易溶于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質常用來鑒定和分離檸檬酸。天然檸檬酸在自然界中分布很廣，天然的檸檬酸存在于植物如檸檬、柑橘、菠蘿等果實和動物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的檸檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物質發(fā)酵而制得的，可分為無水和水合物兩種。純品檸

7、檬酸為無色透明結晶或白色粉末，無臭，有一種誘人的酸味。很多種水果和蔬菜，尤其是柑橘屬的水果中都含有較多的檸檬酸，特別是檸檬和青檸它們含有大量檸檬酸，在干燥之后，含量可達8%（在果汁中的含量大約為47 g/L）。在柑橘屬水果中，檸檬酸的含量介于橙和葡萄的0.005 mol/L和檸檬和青檸的0.30 mol/L之間。這個含量隨著不同的栽培種和植物的生長情況而有所變化。1.2檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的現(xiàn)狀及生產(chǎn)技術1.2.1檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)現(xiàn)狀1917年，美國學者Currie發(fā)現(xiàn)了一株產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉，并通過美國的Pfizer(輝瑞)公司于1923年采用淺盤發(fā)酵實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。1952年，美國

8、的Miles公司首先成功地采用液體深層發(fā)酵工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸。由于這種新工藝比傳統(tǒng)的淺盤工藝有更多的優(yōu)越性，因而推動了世界檸檬酸工業(yè)的迅速發(fā)展，深層發(fā)酵法也成為檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的主要工藝。到2000年，全球檸檬酸的年生產(chǎn)能力在90萬噸以上，并一直保持比較平穩(wěn)的發(fā)展速度1。我國檸檬酸發(fā)酵工業(yè)起步較晚，1969年上海酵母廠成功利用薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸。在20世紀80年代，由于出口的需要，我國的檸檬酸生產(chǎn)發(fā)展速度，已成為世界上檸檬酸生產(chǎn)量最大的國家。全國有近90家檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力達近50萬噸，占世界總量的40%多。2002年全國產(chǎn)量30多萬噸，2003年達40余萬噸。我國開發(fā)的以白薯干為原

9、料的產(chǎn)酸菌種具有其獨到的特點，加之我國的許多地區(qū)對生產(chǎn)過程中排放的廢水要求較低，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水沒能進行比較有效的處理，因此，我國檸檬酸生產(chǎn)成本較低，在國際市場上具有較強的競爭力。近年來我國檸檬酸的年出口量一直保持在10萬噸以上1。隨著生物技術的進步，檸檬酸工業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，全世界檸檬酸產(chǎn)量已達0.4Mt。在檸檬酸發(fā)酵技術領域，由于高產(chǎn)菌株的應用和新技術的不斷開拓，檸檬酸發(fā)酵和提取收率都有明顯提高，每生產(chǎn)1t檸檬酸分別消耗2.52.8t糖蜜，2.22.3t薯干粉或1.21.3t蔗糖。人們正在大力開發(fā)固定化細胞循環(huán)生物反應器發(fā)酵技術。1.2.2主要的生產(chǎn)技術檸檬酸的發(fā)酵工

10、藝可分為表面發(fā)酵、固體發(fā)酵和深層發(fā)酵三種。表面發(fā)酵是利用生長在液體培養(yǎng)基表面的微生物的代謝作用，將可發(fā)酵微生物轉化成檸檬酸的。這種技術出現(xiàn)最早，至今工業(yè)上仍有應用，主要用于糖蜜原料的發(fā)酵。固體發(fā)酵是將發(fā)酵原料及菌體吸附在疏松的固體載體上發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的過程。深層發(fā)酵的特點是微生物菌體均勻的分布在液相中，利用溶解氧，發(fā)酵時不產(chǎn)生分生孢子，全部菌體細胞都參與合成檸檬酸代謝。由于這種工藝具有明顯的有點，所以逐漸在檸檬酸工業(yè)上占據(jù)主導地位1。圖1-1 我國深層發(fā)酵檸檬酸基本工藝流程簡圖第二章 工藝流程2.1生產(chǎn)方法本次生產(chǎn)工藝設計以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取

11、，最后結晶、干燥得到檸檬酸。2.2工藝流程本次生產(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?shù)奶幚砘蚺渲疲涑砂l(fā)酵原料，進行連續(xù)殺菌并冷卻后，進入發(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(jīng)升溫、過濾處理后，進入中和罐，用CaCO3中和處理；再經(jīng)過過濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再添加H2SO4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CaSO4及廢炭；酸解過濾液經(jīng)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，最后得到成品的檸檬酸2。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

12、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2-1 檸檬酸生產(chǎn)工藝流程示意圖2.3操作工藝2.3.1原料的處理根據(jù)發(fā)酵的要求，對薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調(diào)漿、液化、連續(xù)滅菌的處理方法；以薯干原料生產(chǎn)時，根據(jù)我國薯干粗料的特征，發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉運至備料車間，經(jīng)過磁選裝置除去原料中含鐵雜質，以保護設備。然后進入粗粉碎機，將薯干先軋成13cm 大小的小塊，以提高磨粉機的效率，便于物料的輸送。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(jīng)計量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時加入淀粉酶升溫液化。液化完成后送

13、至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間3。圖2-1 薯干原料液化工藝流程2.3.2無菌空氣的處理目的：提高壓縮空氣的潔凈度；去除壓縮后空氣中的油水?；玖鞒蹋何肟諝馇斑^濾空氣壓縮機壓縮空氣冷卻至適當溫度分離去除油和水加熱至實罐溫度，RH50-60%空氣過濾器無菌空氣。要保持過濾器有比較高的過濾效率，應維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。則要有一系列冷卻、分離、加熱的設備來保證空氣的相對濕度在50%60%的條件下過濾，氣流速度可由操作來控制4。1-高效前置過濾器 2-壓縮機 3-貯罐 4-冷卻器 5-絲網(wǎng)分離器 6-加熱器 7-過濾器圖2-2 高效過濾空氣除菌流程2.3.3種子的培養(yǎng)工藝流程：黑

14、曲霉菌種的擴大培養(yǎng)一般要經(jīng)過三個階段，相應但階段依次稱為一級、二級和三級種子培養(yǎng)。擴大培養(yǎng)但工藝流程和各級的培養(yǎng)方法因地而異，按照最終成品但形式可以區(qū)分為麩曲生產(chǎn)和孢子生產(chǎn)，前者時用固體醅培養(yǎng)，類似于我國白酒生產(chǎn)中但制曲，后者時液體表面培養(yǎng)或固體表面培養(yǎng)，經(jīng)過收集生產(chǎn)出純粹但黑曲霉孢子5。麩曲生產(chǎn)工藝流程：麩曲生產(chǎn)方法在我國較為普遍，它的優(yōu)點時操作簡便，成本低，但孢子不易收集。它的第一級為斜面培養(yǎng)，第二級為茄子瓶培養(yǎng)（也有用大量斜面培養(yǎng)的），第三級為麩曲培養(yǎng)，麩曲中的孢子不單獨收集，全部曲用于發(fā)酵罐但接種。整個過程可以簡單表示如下：一級 二級 三級原種斜面茄子瓶麩曲種子罐孢子生產(chǎn)工藝流程：蘇聯(lián)

15、等國家采用但接種物多是干孢子。它的第一級也是斜面培養(yǎng)，第二級時三角瓶液體表面培養(yǎng)，第三級也是液體表面培養(yǎng)，容器采用體積較大但鋁盆等。最后將表面培養(yǎng)但菌膜干燥，干孢子單獨收集起來備用。整個過程可簡單表示如下：一級 二級 三級原種斜面三角瓶鋁瓶收集2.3.4發(fā)酵工序及醪液處理工序由備料車間提供的經(jīng)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)，通過差壓法或零磅火焰倒種法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風、攪拌情況下，進行發(fā)酵或培養(yǎng)。在發(fā)酵培養(yǎng)過程中，對罐溫、罐壓、通風量、攪拌轉速等實行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測原糖消耗情況、菌種生長狀態(tài)、pH值、泡沫等變化情況。根據(jù)發(fā)酵的工

16、藝特性要求，及時調(diào)整控制發(fā)酵工藝過程，以獲得最佳工藝產(chǎn)酸率或種罐菌種活力，一般經(jīng)66小時(種罐約25小時) 培養(yǎng)，大罐在殘?zhí)侵笜?、產(chǎn)酸情況達到放罐條件即可放罐；種罐菌種活力及菌群數(shù)量達標后，即可移種。在發(fā)酵或培種過程的定期檢測中，若發(fā)現(xiàn)異常情況，如染菌等，應針對具體情況及時處理，對中、前期染菌，可加大種量形成主菌群生長優(yōu)勢，或及時罐實消，補入適當營養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時可加強監(jiān)控，提前放罐；對倒罐等應予滅菌排放處理，并認真查找原因，進一步強化滅菌操作中的各個環(huán)節(jié)6。 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

17、熱至80后進入醪液熱貯罐，再經(jīng)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6。圖2-3 發(fā)酵及醪液處理工藝流程2.3.5提取工段鈣鹽法：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(jīng)密閉的輸送機送入車間，經(jīng)無級調(diào)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(jīng)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，為滿足玉米原料及薯干原料生產(chǎn)工藝的雙重要求，中和帶式過濾機用特定的加長、強洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時的中和洗糖要求及成品的指標控制，要求并使中和廢水經(jīng)分流至污水處理站。分離后的檸檬酸鈣經(jīng)卸

18、料螺旋送至酸解桶中，由熱水或酸解液調(diào)漿，濃硫酸由酸堿站泵入，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(diào)漿，硫酸鈣運至渣場綜合利用，檸檬酸酸解送精制工段3。圖2-4 粗提的工藝流程2.3.6 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(jīng)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(jīng)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3。蒸發(fā)與結晶 在提純?nèi)芤哼M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(jīng)熱交換器預熱后送

19、至雙效真空濃縮器經(jīng)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(chǎn)品(一水產(chǎn)品或無水產(chǎn)品)，再經(jīng)分離將檸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(jù)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3。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(jù)生產(chǎn)品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進行干燥，排空經(jīng)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(tǒng)，檸檬酸成品進行定量、包裝，存放3 。圖2-5 精制的工藝流程2.3.7污水處理工序生產(chǎn)工藝廢水通過格柵

20、池進入污水處理段調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質水量，氣浮池在絮凝劑和物理作用下，去除廢水中的懸浮物和膠體物質等污染物，降低后續(xù)處理單元的工作負荷。進入二相厭氧反應器之前用清水將污水進行1:1的稀釋降低進入反應器的污水負荷，然后經(jīng)泵定量提升進入二相厭氧反應器，在厭氧微生物的作用下，將廢水中的各種復雜有機物分解轉化成小分子有機物,甲烷和二氧化碳等物質，剩余污泥進入污泥沉淀池。消化后的廢水再進入延時曝氣池，與污泥中的好氧微生物的進一步作用，去除剩余的有機物，部分隨水流帶出的懸浮物在斜管沉淀池中得以沉淀出來后廢水達標排放。厭氧接觸池、延時曝氣池及沉淀池的剩余污泥通過污泥泵進入污泥儲存池，加入絮凝劑后，經(jīng)過板框壓濾機

21、脫水處理后運走。濾液回流到調(diào)節(jié)池進行循環(huán)處理7。整個工藝具體分為如下三個階段：（1）廢水物理處理階段。廢水流經(jīng)格柵池、調(diào)節(jié)池、氣浮池有效去除不溶性懸浮物，減輕后續(xù)生化處理的負荷。（2）廢水生化處理階段。經(jīng)物理處理后的廢水，先流入二相厭氧反應器中，進行厭氧反應處理。水解酸化階段作為不完全厭氧過程 ,并沒有直接降低廢水中CODCr及BOD5,而是使廢水中結構復雜的大分子有機物降解轉變成結構簡單的小分子有機物 ,使它們易于生物降解。同進水相比 ,水解酸化階段其CODcr并沒有降低 ,而是pH值降低 ,揮發(fā)有機酸升高，BOD5/CODCr值提高。因此，二相厭氧工藝的引入 ,使廢水中難降解的污染物變?yōu)橐?/p>

22、降解的污染物 ,改變了廢水的可生化性 ,為后續(xù)好氧生物降解提供了保證。在這一過程中，采用了自行設計的二相厭氧器。在設計中利用了水力自流作用，使廢水進出反應器時，無需外加動力。采用二相厭氧好氧組合工藝處理高濃度檸檬酸有機廢水，要保證最后出水水質，仍是好氧階段起決定性的作用。在該項工程中，好氧處理采用了延時曝氣法，選用了供氧能力大、氧利用效率高的導流式機械曝氣機進行階段曝氣，曝氣機的開啟與停止，均是根據(jù)廢水中的DO濃度自動實行在線控制，取得良好效果。通過現(xiàn)場測定 ,曝氣池內(nèi)殘余溶解氧在 1.5 2.5mg/l之間。經(jīng)二沉后的廢水達標排放。（3）二次沉淀階段。向好氧反應器處理排出的廢水中投入微量絮凝

23、劑，使廢水中的懸浮物在絮凝劑的作用下，經(jīng)斜管填料進行最后沉淀。在工藝流程確定的過程中，主要考慮以下幾條原則：（1）檸檬酸生產(chǎn)廢水含有機質多，濃度，同時本工程中廢水排放要求較高。（2）檸檬酸生產(chǎn)廢水可生化性較好，易于生物降解。（3）本工程要求低運行成本。根據(jù)上述原則，確定采用圖1所示的處理工藝流程8。圖2-6  檸檬酸廢水處理工藝流程圖第三章 工藝計算3.1物料衡算3.1.1工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：30000t/a99.5%一水檸檬酸折合成27487.63t/a99.5%無水檸檬酸；（2）生產(chǎn)方法：外加耐高溫-淀粉酶液化，深層液體發(fā)酵，鈣鹽干法提??；（3）生產(chǎn)天數(shù)：每年3

24、00天；（4）食用99.5%無水檸檬酸日產(chǎn)量：27487.63÷300=91.63t/d，取整數(shù)為92t/d；（5）食用99.5%無水檸檬酸年產(chǎn)量：92×300=27600t/a；（6）產(chǎn)品質量：國際食用檸檬酸99.5%（質量分數(shù)），實際產(chǎn)率98%，副產(chǎn)品約占2%；（7）薯干粉成分：含淀粉量 75%，水分13%；（8）-淀粉酶用量：5U/g原料；酶活力為3000u/g。（9）操作參數(shù)：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(chǎn)酸率（即糖發(fā)酵液轉化率）13% 。（10）無水氯化鈣用量 ，0.1% 。（11）碳

25、酸鈉用量 ，0.15% 。3.1.2原料消耗計算（基準：一噸成品檸檬酸） 年產(chǎn)3萬噸一水檸檬酸，折合無水檸檬酸，按1995年5月，中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會檸檬酸分會制定的“檸檬酸行業(yè)統(tǒng)計辦法” 9無水檸檬酸需要量為：30000÷1.0914=27487.63t/a（1）生產(chǎn)無水檸檬酸的總化學反應式： 192 X 1000（2）生產(chǎn)1000kg 99.5%無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量：X=1000×（162÷192）×99.5%=839.53 kg（3）生產(chǎn)1000kg 99.5%無水檸檬酸所需實際淀粉消耗量：X 實際= X÷(98.5%×9

26、5%×95%×98%×99%)=973.4kg（4）生產(chǎn)1000kg 99.5%無水檸檬酸所需實際薯干粉原料消耗量： 973.4÷75%=1297.87kg（5）-淀粉酶的消耗量：應用酶活力為3000u/g的-淀粉酶使淀粉液化。-淀粉酶用量按5u/g原料計算有： 1297.87×103×5÷3000=2.16kg（6）無水氯化鈣用量 ，0.1% 。 有： 1297.87×0.1%=1.30kg（7）碳酸鈉用量 ，0.15% 。 有：1297.87×0.15%=1.95kg3.1.3發(fā)酵醪量的計算根據(jù)發(fā)酵液

27、轉化率為13%：1000×99.5%÷（95%×98%×13%）=8221.1kg 3.1.4接種量 接種量為發(fā)酵醪的10%，設接種量為x，則： x/(發(fā)酵醪量-x)×100%=10% 即：8221.1×10%÷110%=747.37 kg3.1.5接種醪量的計算成熟的蒸煮醪量計算：蒸煮醪量=發(fā)酵醪量-接種量即：8221.1-747.37=7473.73kg3.1.6 成品檸檬酸日產(chǎn)檸檬酸量為：27487.63÷300=91.63 t/d即結晶液中檸檬酸的含量為：91.63 t/d需精制液中檸檬酸含量為：91.63

28、÷98%=93.5t/d需分離液中檸檬酸的含量為：91.63÷（95%×98%）=98.42t/d3.1.7淀粉質原料年產(chǎn)3萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算 即對生產(chǎn)27487.63t/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(chǎn)食用99.5% 無水檸檬酸量為91.63t，取整數(shù)為92t日產(chǎn)副產(chǎn)品為：92×2%÷98%=1.88t則日產(chǎn)總量為：92+1.88=93.88t實際年產(chǎn)量為：食用檸檬酸量為：92×300=27600t/a 副產(chǎn)物為：1.88×300=564 t/a 總產(chǎn)量為：27600+564=

29、28164 t/a（2）淀粉用量 日耗量：973.4×103×93.88=91.38t 年耗量：91.38×300=27414t（3）主要原料薯干用量 日耗量：1297.87×103×93.88=121.84t 年耗量：121.84×300=36552t（4）根據(jù)以上計算，將物料衡算結果列于表3-1。表 30000t/a料檸檬酸廠物料衡算表物料名稱每噸產(chǎn)品物料消耗量（kg）年產(chǎn)3萬噸物料消耗量每天（t/d） 每年(t/a)食用檸檬酸9809227600副產(chǎn)品201.88564薯干原料1297.87121.8436552淀粉973.49

30、1.3827414-淀粉酶2.160.2060發(fā)酵醪8221.1771.80231540接種量747.3770.1621048成熟蒸煮醪7473.73701.63210489 無水氯化鈣1.30.1236碳酸鈉1.950.1854第四章 設備的設計及選型4.1發(fā)酵罐的選型當前，我國檸檬酸發(fā)酵占統(tǒng)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(jīng)驗，成功率高。此外在檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)設備方面，大型氣升式發(fā)酵罐仍處于試用攻關階段。從試用情況看，由于氣升式罐在生產(chǎn)周期、產(chǎn)酸率、供氧周期波動的影響、通風量增加的綜

31、合能耗、生產(chǎn)的穩(wěn)定性及可重復性等因素，所以多數(shù)廠家目前仍延用機械攪拌通風式發(fā)酵罐。因而，就本項目而言，按技術成熟，可靠、穩(wěn)妥的原則，結合檸檬酸工程中的設計經(jīng)驗，通過對罐內(nèi)空氣分配器進行適當改造，成為新型的通風式機械攪拌型發(fā)酵罐。其攪拌功率，比相同容積的通用發(fā)酵罐降低約10%10 ,11。從生物發(fā)酵行業(yè)醪液處理供料的均衡性考慮，發(fā)酵放罐間隔時間不宜大于8小時，在技術可靠的前提下，大罐放料容積不大于400 m3。結合目前本行業(yè)發(fā)酵技術的現(xiàn)狀，目前國內(nèi)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(chǎn)的可靠性、可實施性等方面考慮，本設計擬采用放罐容積約200 m3 的新型通風發(fā)

32、酵罐。4.1.1發(fā)酵罐容積和臺數(shù)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92 t/d，則根據(jù)： 180 192可計算出葡萄糖量為：92×180÷192=86.25 t/d則發(fā)酵初糖濃度為：86.25×100%÷771.80=11.18% （2）生產(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天產(chǎn)99.5%純度的檸檬酸92t，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(chǎn)純度為99.5%的檸檬酸92t，每噸100%的檸檬酸需糖液7.58 m3；V糖=7.58×92=697.36m3設發(fā)酵罐的

33、填充系數(shù)，則每天需要發(fā)酵罐的總容積為Vo(發(fā)酵周期為48h）。 VO=V÷=697.36÷90%=774.84 m3（3）發(fā)酵罐個數(shù)的確定：現(xiàn)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(shù)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(chǎn)量為：200×0.9×13%×1.11×95%×98%=24.2t發(fā)酵罐所需個數(shù)= = （92/24.2）×（75/24）=11.88 取公稱容積200 m3發(fā)酵罐12個；每日投（放）罐次：92÷24.2=3.8 圓整

34、到4次，日運轉11.88×66÷75=10.38 h。其中發(fā)酵時間為66h，發(fā)酵操作時間為75 h。4.2檸檬酸生產(chǎn)的主要設備表表2 年產(chǎn)3萬噸檸檬酸工廠主要工藝設備一覽表序號設備名稱規(guī)格與型號材料1調(diào)漿桶V=6 m31Cr18Ni9Ti鋼2噴射加熱器L=vt=4(m)1Cr18Ni9Ti鋼3液化維持罐 V=12 m31Cr18Ni9Ti鋼4板式換熱器F=12 m21Cr18Ni9Ti鋼5磁力除鐵器6斗式提升機7錐式粉碎機9t/h8連消系統(tǒng)150m3/h9帶式過濾機過濾面積7.8 m310發(fā)酵罐（六彎葉渦輪攪拌器）公稱容積200 m3，5000mm1Gr18Ni9Ti鋼11

35、種子罐公稱容積30 m3，2400mmA3鋼12發(fā)酵醪貯罐V=367.2 m31Cr18Ni9Ti鋼13酸解桶全容積9 m314酸解液中轉罐公稱容積10 m315硫酸高位槽公稱容積10 m316硫酸貯槽容積40 m317稀酸解液貯槽有效容積15 m3玻璃鋼18硫酸銨溶液輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵19硫酸銨貯罐V=93.3 m31Cr18Ni9Ti鋼20中和罐全容積12 m321陰（陽）離子交換器總高5853mm22離子交換液貯罐工作容積5 m323真空濃縮器蒸發(fā)量6.8 t/h24母液貯槽工作容積3 m325冷凝水槽V=10 m326結晶罐公稱容積1m327干燥設備產(chǎn)量5 t/h28

36、壓濾機過濾面積64 m329預過濾器JLS-Yu-045金屬鎳30蒸汽過濾器JLS-F-035金屬鎳31金屬過濾器JLS-045金屬鎳32液化醪泵IS80-50-200機體鑄鐵33水力噴射真空泵真空度 600mmHg34種子液輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵35發(fā)酵醪液輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵36自來水輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵37離心機1000r/s0Cr18Ni9Ti鋼38熱水箱V=20 m339鹽酸貯槽公稱容積20 m3玻璃鋼40燒堿高位槽V=5m3第五章 車間布置在本設計中，檸檬酸全廠的布局參考了某公司的各個車間的布局。此基礎上，又做了一定的修補，因為檸檬酸廠

37、的廠區(qū)是上世紀建立的，布局以及各建筑的設計不盡合理，區(qū)的環(huán)境美化及工人的組織基本沒有。作為一個面向現(xiàn)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(chǎn)的順利進行，將生產(chǎn)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。具體布局見附圖4車間布置設計的目的是對廠房的配置和設備的排列作出合理的安排，并決定車間，工段的長度，高度和建筑結構形式，以及各車間之間與工段之間的相互關系。車間布置設計必須在充分調(diào)查的基礎上，掌握必要懂得資料作為設計的依據(jù)或參考。這些資料包括：生產(chǎn)工藝流程圖，物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質，設備資料，公用系統(tǒng)耗用量，土建資料和勞動安全，防火，防爆資料，車間組織及定員資料，廠區(qū)總平面布置，有關布置方面的一些規(guī)范資料。本設計負責年產(chǎn)30000噸一水檸檬酸廠發(fā)酵車間工藝設計，其主要工序包括液化醪發(fā)酵醪發(fā)酵成熟醪至提取。車間布局包括三層樓。發(fā)酵罐因罐體較大貫穿于第1、2、3層；種子罐與硫酸銨貯罐貫穿于第1、2層；泵體一般安裝于第1層，除主物料液化醪的輸送泵置于第2層樓，（為了節(jié)省能耗，從液化段的噴射冷凝器直接送到二樓）；而發(fā)酵液貯罐因罐體龐大且無特殊要求，可置于發(fā)酵車間的室外；金屬過濾器都安裝于第3層，便于對發(fā)酵罐操作。這樣的布局符合檸檬酸生產(chǎn)的工