發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)20000T檸檬酸項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)（發(fā)酵工段）

1、發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱(chēng) 年產(chǎn)20000T檸檬酸項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)（發(fā)酵工段）專(zhuān)業(yè)班級(jí)生物工程0501姓名(學(xué)號(hào)) 指導(dǎo)教師2008年 11 月 目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)32 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)42.1 項(xiàng)目概述42.2 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格42.3生產(chǎn)方法及工藝路線的確定52.4 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述92.5 工藝計(jì)算122.6 主要設(shè)備的選擇162.7 車(chē)間主要設(shè)備一覽表192.8 存在的問(wèn)題及建議192.9 設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)203 附表格及圖紙213.1 車(chē)間主要物料衡算圖213.2 車(chē)間動(dòng)力衡算圖(水、蒸汽) 213.3 生產(chǎn)工藝流程圖223.4 車(chē)間平面布置圖22一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)項(xiàng)目名稱(chēng)：年產(chǎn)2

2、0000T檸檬酸項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)（發(fā)酵工段）一、 建設(shè)規(guī)模、產(chǎn)品方案、生產(chǎn)方法和工作制度1 建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)20000T。2 產(chǎn)品方案：本項(xiàng)目?jī)H生產(chǎn)含一水檸檬酸，即C6H8O7H2O其分子量為210.14。產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足英國(guó)藥典BP2003版或我國(guó)檸檬酸食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)（GB1987-2007）的要求。3 生產(chǎn)方法：以山芋干為主要原料，利用黑曲霉進(jìn)行深層通風(fēng)發(fā)酵，采用鈣鹽沉淀結(jié)合離子交換的提取工藝進(jìn)行產(chǎn)品的分離純化，通過(guò)真空濃縮及冷凍結(jié)晶、離心分離并經(jīng)熱風(fēng)干燥后獲得產(chǎn)品。4 工作制度：年工作日按300d計(jì)，其中發(fā)酵工段及空氣系統(tǒng)均按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行。二、 目建設(shè)地點(diǎn)為南方某市其氣候條件為：年平均氣溫：15.

3、3 歷年平均最高氣溫：38 歷年平均最低氣溫：-14.2 最熱平均相對(duì)濕度：85% 最冷平均相對(duì)濕度：75% 年平均氣壓：1016.5mP 夏季平均氣壓：1004.5mP 年均風(fēng)速：3.6m/s 年均降落量：1025.6mm 日最大降水量：219.6mm三、 求達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：發(fā)酵產(chǎn)酸率13%染菌率1%轉(zhuǎn)化率100%發(fā)酵周期64hr提取收率90%平均通過(guò)氣比為1:0.2每噸產(chǎn)品其主要的原料及動(dòng)力消耗為：山芋干1.8噸鹽酸0.15噸重質(zhì)碳酸鈣0.95噸活性碳0.0035噸硫酸0.96噸液堿(氫氧化鈉溶液)0.06噸動(dòng)力煤1.2噸、電600KWH四、 設(shè)計(jì)要求就該項(xiàng)目的發(fā)

4、酵工段或空氣處理系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，要求完成：1 確定合理的工藝路線，提供工藝流程示意圖；2 進(jìn)行工段的工藝計(jì)算，包括物料、熱量、水、壓縮空氣耗量等平衡計(jì)算，并提供相應(yīng)的工藝計(jì)算平衡圖；3 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及非標(biāo)設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，選定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備型號(hào)并就至少一種非標(biāo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)計(jì)算，提供所需設(shè)備的一覽表并至少提供一種非標(biāo)設(shè)備的總裝圖。4 繪制帶控制節(jié)點(diǎn)的工藝流程圖；5 繪制車(chē)間設(shè)備布置圖；6 繪制設(shè)備配管圖；7 編寫(xiě)初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。二、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.1 項(xiàng)目概述1檸檬酸是發(fā)酵法生產(chǎn)的第一大有機(jī)酸，應(yīng)用范圍十分廣泛。是食品工業(yè)上大量使用的酸味劑；檸檬酸及其鹽類(lèi)和衍生物在化學(xué)工業(yè)中被廣泛用作緩沖

5、劑、催化劑、増塑劑、清洗劑（檸檬酸鈉即是取代三聚磷酸鈉生產(chǎn)“綠色環(huán)保產(chǎn)品”無(wú)磷洗衣粉的的原料）；在醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)域也有使用。建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案（1）建設(shè)設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)20000T。（2）產(chǎn)品規(guī)格：本項(xiàng)目?jī)H生產(chǎn)含一水檸檬酸，即C6H8O7H2O其分子量為210.14。產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足英國(guó)藥典BP2003版或我國(guó)檸檬酸食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)（GB1987-2007）的要求。（3）工作制度：年工作日按300d計(jì)，其中發(fā)酵工段及空氣系統(tǒng)均按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行。（4）生產(chǎn)方式：以山芋干為主要原料，利用黑曲霉進(jìn)行深層通風(fēng)發(fā)酵，采用鈣鹽沉淀結(jié)合離子交換的提取工藝進(jìn)行產(chǎn)品的分離純化，通過(guò)真空濃縮及冷凍結(jié)晶、離心分離并經(jīng)熱風(fēng)干燥后

6、獲得產(chǎn)品。2.2 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格22.2.1原材料的選擇及技術(shù)規(guī)格檸檬酸發(fā)酵原料的種類(lèi)很多。廣義上來(lái)說(shuō)，任何含淀粉和可發(fā)酵糖的農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品加工品及其副產(chǎn)品，某些有機(jī)化合物，以及石油中的某些成分都可以采用。但是，工業(yè)上選擇生產(chǎn)原料時(shí)，不但要考慮工藝上的要求，還要考慮生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)上的可行性。在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，選擇原料一般要考慮到下述要求： (1)因地制宜，就近取材，價(jià)格低廉； (2)原料中可利用成分高，末嚴(yán)重污染，抑制生長(zhǎng)和產(chǎn)酸的物質(zhì)要少或能夠去除，能滿(mǎn)足工藝上的要求；(3)原料資源豐富，便于采購(gòu)運(yùn)輸，適于大規(guī)模儲(chǔ)藏，保證生產(chǎn)上的供應(yīng)。目前工業(yè)上使用的原料主要有下述幾類(lèi)： (1)

7、淀粉質(zhì)原料 甘薯、木薯、馬鈴薯和它們制成的薯干、薯粉、淀粉及薯渣、淀粉渣及玉米粉等； (2)粗制糖類(lèi)、粗蔗糖、水解糖(葡萄糖)、飴糖等， (3)制糖工業(yè)副產(chǎn)品 糖蜜、葡萄糖母液、冰糖母液等； (4)含正烷烴(主要是1020碳)較多的石油餾分；(5)副原料 木糖、麥芽、營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)、淚泡劑類(lèi)，以及各種產(chǎn)酸促進(jìn)劑。因地制宜，就近取材，那么我們將以淀粉質(zhì)原料類(lèi)中的甘薯作為我們的生長(zhǎng)原料。 甘薯又名甜薯、紅薯、白薯或番薯， 在華東帶又稱(chēng)為山芋，華北稱(chēng)為地瓜，四川附近稱(chēng)為紅苕。它在我國(guó)分布極廣，產(chǎn)量尤其以安微、四川、山東、河南、河北地區(qū)為多。 甘薯原料的品種也很多，按塊根表皮顏色可分為紅皮、白皮、黃反、紫皮

8、四種；按肉色可分為紅心、黃心、紫心、灰心四種，按成熟期可分為早熟、中熟和晚熟三種。甘薯是高產(chǎn)作物，產(chǎn)量(鮮塊根)可達(dá)每畝5000kg以上。鮮甘薯含有大量水分和糖分，營(yíng)養(yǎng)充足，極易受微生物污染而腐爛，尤其在表皮受傷之后更是如此，因此鮮甘薯極難儲(chǔ)存。檸檬酸生產(chǎn)原料常用薯干或薯干粉，它們是甘薯經(jīng)切片(日曬)干燥或粉碎制成的，便于保藏運(yùn)輸。原料名稱(chēng)規(guī)格薯 干淀粉含量 68.0% 水分 14.5%2.2.2產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格一水檸檬酸 本產(chǎn)品是由淀粉經(jīng)過(guò)發(fā)酵，然后用碳酸鈣提取而成。它是一種重要化工原料，廣泛用于食品、醫(yī)藥、化工、皮革、印刷、無(wú)毒電鍍及原子能等工業(yè)。 分子式：C6H8O7.H2O 檸檬酸質(zhì)量指標(biāo)

9、（GB 1987-2007 食品添加劑 檸檬酸）項(xiàng)目一水檸檬酸含量/%99.5100.5透光率/% 95.0水分/%7.59.0易碳化物 1.0硫酸灰分/% 0.05氯化物/% 0.005硫酸鹽/% 0.015草酸鹽/% 0.01鈣鹽/% 0.02鐵(mg/kg) 5砷鹽/(mg/kg) 1鉛/(mg/kg) 0.5水不溶物過(guò)濾時(shí)間不超過(guò)1min,濾膜基本不變色,目視可見(jiàn)雜色顆粒不超過(guò)3個(gè)2.3生產(chǎn)方法及工藝路線的確定34檸檬酸生產(chǎn)工藝分為水果提取法，化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法三種。 2.3.1水果提取法：檸檬酸從檸檬、橘子、蘋(píng)果等檸檬酸含量較高的水果中提取。此法提取的成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

10、 其工藝為：1. 原料澄清過(guò)濾：橘汁、梅汁中含有不少果膠及雜質(zhì)，需進(jìn)行澄清，促進(jìn)雜質(zhì)沉淀，然后用壓濾機(jī)壓濾。2. 中和：可用碳酸鈣或石灰中和，要預(yù)先調(diào)成漿狀進(jìn)行，最好加入15%碳酸鈣中和。具體做法是：把橘汁、梅汁等咸酸水加熱至75攝氏度時(shí)，逐漸加入碳酸鈣乳漿，繼續(xù)加熱2小時(shí)，初溫控制在5攝氏度左右，最后可升高到100攝氏度，至溶液呈青綠色時(shí)，即表示已完成中和反應(yīng)。然后靜置沉淀，此沉淀即為果酸鈣（以檸檬酸鈣為主）。3. 除鹽：所得檸檬酸鈣含有鹽分，可用清水洗滌，加熱至7080攝氏度，反復(fù)多次，直至鹽分除凈為止，干燥備用。4. 酸解脫色：檸檬酸鈣漿液加熱至6070攝氏度，加入濃度為35 %的硫酸，

11、沸騰3小時(shí)左右，待檸檬酸鈣分解完成，即靜置沉淀，上層清液為檸檬酸溶液。將暗紅色的檸檬酸用12%活性炭脫色半小時(shí)，則得無(wú)色清液。5. 濃縮、晶析：將無(wú)色檸檬酸液進(jìn)行濃縮，至固形物含量75%時(shí)，于結(jié)晶缸內(nèi)靜置結(jié)晶。45天可完成晶析。6. 離心、干燥：檸檬酸結(jié)晶還含有一定水分和雜質(zhì)，需用離心機(jī)除去。然后在75攝氏度下干燥到含水量達(dá)1%以下，最后通過(guò)過(guò)篩、分級(jí)、包裝即為成品。澄清壓濾加熱中和靜置沉淀清水洗滌 加熱除鹽酸解脫色濃縮晶析離心干燥包裝檸檬酸成品水果提取法工藝流程示意圖2.3.2化學(xué)合成法：這種方法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮。此法工藝復(fù)雜，成本高，安全性低。 以二氯丙酮為原料的合成路線如下

12、：2.3.3生物發(fā)酵法：檸檬酸發(fā)酵是利用微生物在一定條件下的生命代謝活動(dòng)而獲得產(chǎn)品的。不論采用何種微生物，檸檬酸發(fā)酵都足典型的好氧發(fā)酵，發(fā)酵利用氣相中的氧或液相中的溶解氧均可。 工業(yè)上的好氧發(fā)酵方法基本上有三種，即表面發(fā)酵、固體發(fā)酵和深層發(fā)酵，前兩種方法利用氣相中的氧，后者主要利用溶解氧。這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)(將在后述各段中介紹)，至今都仍保留在工業(yè)上，都有經(jīng)濟(jì)上的可行性。檸檬發(fā)酵工藝的發(fā)展可以分為三個(gè)階段。上世紀(jì)20年代為第一階段，由青霉和曲霉表面發(fā)酵生產(chǎn)。第二階段開(kāi)始于30年代，曲霉的深層發(fā)酵逐漸得到發(fā)展。第二階段是50年代至今，以黑曲霉深層發(fā)酵為主，并行著表面和固體發(fā)酵工藝。雖然在檸檬酸

13、的(半)連續(xù)發(fā)酵、固定化細(xì)胞發(fā)酵、酵母或細(xì)菌發(fā)酵等方面部有所研究和報(bào)道，但未獲得突破性進(jìn)展，在經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)力的目前仍是上述三種基本方法。2.3.3.1表面發(fā)酵法，又稱(chēng)淺層發(fā)酵法，多以甜菜糖蜜為原料。工藝過(guò)程是：將原料先放入煮沸過(guò)內(nèi)加入水煮沸，一次加皇血鹽和EDTA二鈉鹽煮沸滅菌，再用無(wú)菌水配成培養(yǎng)基液，加入適量的硫酸銨、磷酸二氫鉀作為氮源和營(yíng)養(yǎng)鹽，將培養(yǎng)基液在45-50度下送入發(fā)酵室內(nèi)裝入淺底的鋁盤(pán)或不銹鋼盤(pán)中，干孢子接入黑曲霉干孢，發(fā)酵，過(guò)濾掉菌絲后將發(fā)酵液中和，酸解、凈化、濃縮、結(jié)晶等后處理可得。采用表面發(fā)酵工藝具有下述優(yōu)點(diǎn)： (1)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，投產(chǎn)快； (2)操作技術(shù)簡(jiǎn)單，能耗低；

14、 (3)原料粗放，對(duì)于糖蜜等粗原料也能適應(yīng)，而且適于高濃度發(fā)酵，產(chǎn)酸濃度也高表面發(fā)酵存在的問(wèn)題：設(shè)備占地面積大勞動(dòng)強(qiáng)度高發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)茵體生成量多而影響產(chǎn)酸率等糖蜜原料稀釋調(diào)節(jié)濕度添加營(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)濾包裝干燥重結(jié)晶結(jié)晶蒸發(fā)過(guò)濾酸解中和發(fā)酵加熱空氣過(guò)濾空氣接種蒸煮滅菌澄清檸檬酸成品淺盤(pán)發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸流程示意圖2.3.3.2固體表面發(fā)酵法，多以海藻酸鈉為載體，也有采用聚丙烯酰胺。固定化方法以后者為例，將丙烯酰胺單體（ACAM）和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺（BIS）溶于水后與微生物細(xì)胞混合，攪拌，加入四甲基乙二胺和過(guò)硫酸鉀，室溫下放置30min，使之聚合完全，制得凝膠，將其切成3mm*3mm*3mm的小塊，用

15、生理鹽水洗凈后作為載體進(jìn)行發(fā)酵，提取，制得檸檬酸。采用固體發(fā)酵工藝具有下述優(yōu)點(diǎn)： (1)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，可以因陋就簡(jiǎn)，利用原有任何發(fā)酵工業(yè)的固體發(fā)酵設(shè)備(2)操作簡(jiǎn)單，能耗低，適應(yīng)性強(qiáng)； (3)原科粗放，可利用很多種其他發(fā)酵工藝無(wú)法利用的糧食加工下腳料或廢料進(jìn)行生產(chǎn)； (4)發(fā)酵時(shí)間短，一般只需23天。固體發(fā)酵工藝存在的缺點(diǎn)是：設(shè)備占地面積大勞動(dòng)強(qiáng)度大傳質(zhì)傳熱困難產(chǎn)率和回收率較低副產(chǎn)物多薯渣酸解脫色燜麩蒸煮調(diào)酸浸曲中和凈化檸檬酸產(chǎn)品包裝干燥結(jié)晶濃縮固態(tài)發(fā)酵接種冷卻固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸流程示意圖易受雜菌污染等2.3.3.3深層發(fā)酵法，采用定向培養(yǎng)，紫外線誘變及NTG處理等的配合作用對(duì)菌株選育，使

16、其適應(yīng)以糖蜜為原料的深層發(fā)酵，并提高菌株的產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率，對(duì)蜜糖進(jìn)行預(yù)處理、處理，后經(jīng)發(fā)酵、提取等工藝過(guò)程，得到檸檬酸。由于深層發(fā)酵具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在世界上多數(shù)新建工廠都采用深層法。深層發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)可以簡(jiǎn)單概括如下： (1)發(fā)酵體系是均一的液體，傳熱傳質(zhì)良好，不存在死區(qū)。 (2)設(shè)備占地面積小，生產(chǎn)規(guī)模大。 (3)發(fā)酵速率高，采用預(yù)培養(yǎng)菌絲球接種時(shí)只需5070h即可發(fā)酵完畢。 (4)產(chǎn)酸率高，產(chǎn)檸援酸幾乎接近理論產(chǎn)率，菌體生成量少，從而原材料消耗低。 (5)發(fā)酵設(shè)備密閉，雜菌污染的可能性小，管理方便。 (6)完全機(jī)械化操作，并可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。(7)發(fā)酵別產(chǎn)物少，

17、有利于產(chǎn)品提取，所得產(chǎn)品質(zhì)量高。深層發(fā)酵要求的技術(shù)水平高，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系緊湊。如果某一環(huán)節(jié)出了差錯(cuò)，往往會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)帶來(lái)重大損失。因此，深層發(fā)酵工作者除了要有高度的責(zé)任心之外，還要加強(qiáng)技術(shù)水平的訓(xùn)練。綜上所述，我們選擇的是深層發(fā)酵法。2.4 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述不同原科的深層發(fā)酵工藝大同小異，主要差別在于前面的原料處理工藝，而在發(fā)酵工段的區(qū)別僅在于兩個(gè)方面，即是否采用種子培養(yǎng)和是否采用補(bǔ)料工藝。菌種麩曲三角瓶培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)薯干空氣試管培養(yǎng)粉碎空壓機(jī)打漿貯罐液化檸檬酸成品中和結(jié)晶樹(shù)脂凈化酸解脫色深層發(fā)酵干燥包裝濃縮過(guò)濾過(guò)濾器薯干原料深層發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸流程示意圖2.4.1原料預(yù)處理薯干為片狀或條狀，必須

18、先行粉碎。粉碎在工廠中常稱(chēng)為磨粉。原料放包倒在皮帶運(yùn)輸機(jī)上向前輸送，經(jīng)過(guò)磁選裝置除去原料中含鐵雜物，以保護(hù)設(shè)備。然后原料進(jìn)入粗粉碎機(jī)，將薯干先軋成l3cm大小的小塊，這樣做可以提高磨粉機(jī)的效率，便于物料的輸送。粗碎后由斗式提升機(jī)將物料提送至貯倉(cāng)。物料由儲(chǔ)倉(cāng)落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后由螺旋輸送機(jī)輸出。薯干粉粒度在0.4mm左右，即通過(guò)40目篩子。2.4.2液化及滅菌薯類(lèi)(淀)粉適宜用液化法，液化法是我國(guó)檸檬酸工業(yè)上的特色方法，它利用了黑曲霉糖化酶能力強(qiáng)的特點(diǎn)，即淀粉的液比是由外加液化酶完成，而后續(xù)的糖化是由發(fā)酵菌種(黑曲霉)自身完成的。淀粉的液化是由淀粉酶催化完成的。這種酶能夠水解淀粉分子內(nèi)部的1，

19、4糖甘鍵，生成短鏈糊精及低聚糖。隨著淀粉中糖苷鍵的斷裂，葡聚糖的分于最越來(lái)越小，反應(yīng)體系的粘度不斷降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，因而稱(chēng)為液化。 淀粉酶的適宜pH在70時(shí)為57，升高溫度時(shí)適宜pH值也略偏高，在85時(shí)達(dá)pH65。液化時(shí)一般采用淀粉乳的自然pH，不必調(diào)節(jié)。但是液化不正常時(shí)應(yīng)檢查下酸度。為了加快淀粉液化速度，便于淀粉酶發(fā)揮活力，以減少不溶性淀粉粒(一部分已經(jīng)液化的淀粉重新結(jié)品約的微粒，難以糖化)的形成，多采用較高溫度，例如8590。但是升高溫度時(shí)，酶活力損失也加快，因此需要加入Ca2+進(jìn)行保護(hù)，以提高淀酶的最適作用溫度和穩(wěn)定性，一般加入0.01molLCaCl2。淀粉在加水調(diào)漿至液化這段時(shí)間內(nèi)還

20、伴有糊化作用。淀粉顆粒本身可以吸收水分而膨脹，溫度升高則吸水膨脹程度增大。當(dāng)溫度達(dá)到一定范圍時(shí)，淀粉顆粒就會(huì)解體，使淀粉分子釋放出來(lái)，這稱(chēng)為淀粉的糊化。此時(shí)的糊化體系為均一液體，其溫度范圍稱(chēng)為糊化溫度。糊化溫度隨原料種類(lèi)、淀粉顆粒大小和體系的酸度等因素而異。對(duì)于甘薯淀粉，糊化溫度為7076，木薯淀粉5970，馬鈴薯淀粉為5667，玉米淀粉6575。淀粉酶在拌料桶中加入，通過(guò)噴射加熱器升溫后進(jìn)入維持罐，達(dá)到液化要求以后加入培養(yǎng)基其他成分，泵入連消塔升溫滅菌進(jìn)入維持罐，最后噴琳冷卻，進(jìn)入發(fā)酵罐。連續(xù)液化及滅菌的操作規(guī)程如下： 在拌料桶內(nèi)加水，再在攪拌下加入薯干粉和淀粉酶，加水量和加酶量與間歇液化法

21、相同。攪拌均勻。 通過(guò)泥漿泵打人噴射加熱器，與蒸汽混合，升溫至8085，溫度由進(jìn)料和進(jìn)汽兩方面配合調(diào)節(jié)，進(jìn)蒸汽壓力維持在0.30.4MPa表壓。升溫后進(jìn)入維持罐。維持罐的容積應(yīng)使料液的保溫時(shí)間在2030min，以完成液化。保溫時(shí)間不符合要求也可以調(diào)節(jié)進(jìn)料與出料速度。 連續(xù)泵送至連消塔滅菌，并流入已溶于水的其他培養(yǎng)基成分(這些成分也可以單獨(dú)滅菌后流入發(fā)酵罐)。連消塔的操作溫度控制在130附近，工作壓力0.3MPa左右，溫度和壓力可以由進(jìn)汽和進(jìn)料速度兩方面配合調(diào)節(jié)，但要控制料液滯留5070s，出料進(jìn)入維持罐。 維持罐的工作壓力為0.1MPa表壓，即溫度115左右。維持罐應(yīng)該從底部進(jìn)料，罐容量應(yīng)位使

22、料液保溫時(shí)間在15min左右。罐內(nèi)料滿(mǎn)即進(jìn)入噴淋冷卻器或發(fā)酵罐。 噴淋冷卻至3234送入發(fā)酵罐，或直接送入發(fā)酵罐內(nèi)冷卻。粘度較大的物料在發(fā)酵罐內(nèi)冷卻為好，否則在噴混冷卻器管道內(nèi)降溫后粘度進(jìn)步增大，流動(dòng)阻力增加，甚至堵塞管道。在發(fā)酵罐內(nèi)冷卻時(shí)，冷卻水升溫后還可以利用，以節(jié)約熱能。2.4.3種子培養(yǎng)如果不采用種子培養(yǎng)，即直接采用孢子懸浮液接種至發(fā)酵罐。采用種子培養(yǎng)，則先將孢子接入種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)，然后接入發(fā)酵罐。種子培養(yǎng)的目的是使黑曲霉孢子發(fā)芽，并發(fā)育成產(chǎn)酸型菌絲球作為接種物。國(guó)內(nèi)大多數(shù)檸檬酸工廠均采用這種做法，但在少數(shù)工廠不用這種做法，而是將麩曲或孢子直接接種到生產(chǎn)罐中。采用種子培養(yǎng)工藝有下列優(yōu)

23、點(diǎn)。1縮短了發(fā)酵罐的發(fā)酵時(shí)間，一般可縮短30h左右，從而提高了設(shè)備利用率。雖然增設(shè)了種子罐，但包括種子罐在內(nèi)的總罐容量較小，節(jié)省設(shè)備投資。2種子培養(yǎng)的質(zhì)量易于控制。直接接種孢子到生產(chǎn)罐中時(shí)，相當(dāng)于在生產(chǎn)罐中進(jìn)行種子培養(yǎng)。由于受發(fā)酵條件的制約，生產(chǎn)罐中的營(yíng)養(yǎng)物（如氮源，磷源等）不能過(guò)多，往往不能滿(mǎn)足孢子發(fā)芽和生長(zhǎng)的需要，因此種子發(fā)育較慢。而在種子罐中可以添加適量營(yíng)養(yǎng)物，以促進(jìn)種子快速發(fā)育，并提高其產(chǎn)酸能力。事實(shí)證明可以達(dá)到這種效果。3有利于防止雜菌污染。獨(dú)立的種子培養(yǎng)車(chē)間比發(fā)酵車(chē)間小的多，環(huán)境衛(wèi)生易于控制。在種子罐中單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)，接入孢子的密度約是直接接入生產(chǎn)罐的10倍，加上種子發(fā)育快，受感染的可

24、能性大大降低。而且，生產(chǎn)罐接入菌絲球以后，很快進(jìn)入產(chǎn)酸階段，受感染的可能性小的多。另外，如果出現(xiàn)菌種退化或者在孢子擴(kuò)大培養(yǎng)階段出現(xiàn)染菌，也能在種子培養(yǎng)時(shí)提早發(fā)現(xiàn)，以便即時(shí)采取措施。即時(shí)倒罐，種子罐的損失也只有生產(chǎn)罐的10%。4總能耗降低。因?yàn)榉N子單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)，通氣攪拌的動(dòng)力消耗遠(yuǎn)低于在生產(chǎn)罐中培養(yǎng)。此外，由于受雜菌感染的可能性大大降低，從而生產(chǎn)培養(yǎng)基的滅菌強(qiáng)度要求較低，節(jié)省能耗，也避免了高強(qiáng)度滅菌帶來(lái)的一些不良后果。2.4.4深層發(fā)酵1 深層發(fā)酵培養(yǎng)基及其配制薯干粉發(fā)酵培養(yǎng)基：薯粉220280kg，液化后制成1m3發(fā)酵液，PH自然。發(fā)酵罐的總填充率一股可達(dá)85，薯干粉發(fā)酵的罐填充率常達(dá)90。2接

25、種按種前必需對(duì)按種管道進(jìn)行滅菌，滅菌與大罐滅菌同時(shí)進(jìn)行。操作肘，打開(kāi)生產(chǎn)罐按種口通大氣的閥門(mén)，由種子罐閥門(mén)站或底部通入蒸汽，使蒸汽經(jīng)過(guò)種子罐出料管和按種管道通到大罐按種口，排入大氣，這樣約20min后，關(guān)小蒸汽，但仍保持少量出汽，直等到大罐內(nèi)發(fā)酵按冷到35以下才關(guān)閉接種口通大氣的閥門(mén)，并關(guān)閉蒸汽閥。然后打開(kāi)接種閥通發(fā)酵罐，關(guān)閉種子罐的閥門(mén)，并關(guān)閉蒸汽閥，用無(wú)菌空氣將種子培養(yǎng)液壓入發(fā)酵罐個(gè)，按種操作應(yīng)在半小時(shí)內(nèi)完成。如果種子顧的氣壓突然下降，則表示料液已經(jīng)排完，因?yàn)檫@時(shí)空氣直通到生產(chǎn)罐中，同的，控大罐中的壓力升高。接種后關(guān)閉接種閥，仍打開(kāi)通大氣的閥門(mén)。種子罐與接種管道要及時(shí)清洗，排除殘余料液。接

26、種操作時(shí)應(yīng)該注意種子罐的氣壓不要超過(guò)0.2MPa表壓，以防泄漏等事故發(fā)生，同時(shí)要注意生產(chǎn)罐培養(yǎng)基冷卻到預(yù)定溫度后，冷卻水仍在暢開(kāi)，造成培養(yǎng)基冷卻過(guò)度。3. 薯干粉培養(yǎng)基深層發(fā)酵 溫度控制 整個(gè)發(fā)酵過(guò)程控制32±1、34±1或35±1，具體根據(jù)菌種和實(shí)際情況制定，般采用自動(dòng)控制。 罐壓控制 一般控制在表壓0.1MPa通風(fēng)系統(tǒng)壓力不足時(shí)，可降低罐壓，以維持適當(dāng)?shù)耐L(fēng)量。 風(fēng)量控制 50m3標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的參考通風(fēng)量如下： 018h：0.080.1 vvm 1830h：0.12 vvm 30h以后：0.15 vvm罐體積小于50m3時(shí)通風(fēng)量要適當(dāng)增大，大于50m3則

27、要減小。通風(fēng)量還應(yīng)該根據(jù)發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)酸情況靈活掌握。加大風(fēng)量可使產(chǎn)酸速率加快，但菌體呼吸強(qiáng)度和雜酸生成量可能增加。減小風(fēng)量會(huì)降低產(chǎn)酸速率。 攪拌轉(zhuǎn)速 國(guó)內(nèi)薯干粉深層發(fā)酵的通用式發(fā)酵罐都采用箭葉渦輪攪拌槳，轉(zhuǎn)速控制如下： 罐容積5m3 150300rmin 2530m3 110120rmin 50m3 90115rmin 80m3 90110rmin 雖然檸檬酸發(fā)酵的黑曲霉菌球體在前期并不怕被攪拌的剪切作用破碎，提高了攪拌轉(zhuǎn)速可以大大提高溶氧水平，但過(guò)度提高溶氧水平對(duì)發(fā)酵并不有力，而只是增大了功率消耗。 pH控制 在薯干粉發(fā)酵中，黑曲霉還擔(dān)負(fù)著糖化的任務(wù)，糖化的適宜pH在4.0左右，雖然工業(yè)上并

28、不嚴(yán)格控制在4.0水平，但在糖化基本完成之前，必須控制低風(fēng)量使pH緩慢降到2.5，這個(gè)過(guò)程約需1618h。當(dāng)產(chǎn)酸量加上還原糖量接近起始可發(fā)酵糖總量(其差不大于10gL)時(shí)，則可以認(rèn)為糖化已經(jīng)完成，這時(shí)可適當(dāng)加大風(fēng)量使發(fā)酵進(jìn)入旺盛產(chǎn)酸期。在產(chǎn)酸期內(nèi)控制風(fēng)量使產(chǎn)酸速率維持在23gh1，不得過(guò)快，以進(jìn)一步利用糖化作用和防止菌體過(guò)早衰老。為了防止pH下降過(guò)快的不利影響，也可以在發(fā)酵的第1840h加入少許CaCO3(510gL)以中和酸度，但不得使pH超過(guò)3.0，否則會(huì)多產(chǎn)草酸。 發(fā)酵過(guò)程監(jiān)測(cè) 發(fā)酵過(guò)程的上述參數(shù)可以通過(guò)儀表檢測(cè)，而酸度和殘被一般靠化學(xué)方法檢測(cè)。這兩項(xiàng)參數(shù)是撿驗(yàn)發(fā)酵過(guò)程好壞的目的指標(biāo)。接

29、種后半小時(shí)測(cè)總糖一次，以后每班(8h)測(cè)殘?zhí)呛退岫纫淮?，最后一個(gè)班次每2h測(cè)一次。 放罐條件 以酸度不再增加或殘?zhí)遣辉俳档蜑榉殴迼l件，正常發(fā)酵能達(dá)到頂定的產(chǎn)酸度和須定的殘?zhí)橇?，否則為不正常發(fā)酵。不正常發(fā)酵時(shí)該兩次指標(biāo)達(dá)不到，但只要不升酸或不降糖就要放罐。 薯干粉發(fā)酵的總糖一般140160kgm3，產(chǎn)酸濃度120155kgm3，轉(zhuǎn)化率達(dá)9397。2.4.5檸檬酸提取 我們用鈣鹽法提取檸檬酸。發(fā)酵液經(jīng)過(guò)加熱處理后，濾去菌體等殘?jiān)谥泻屯爸屑尤隒aCO3或石灰乳中和，使檸檬酸以鈣鹽形式沉淀下來(lái)，廢糖水和可溶雜質(zhì)則過(guò)濾除去。檸檬酸鈣在酸解槽中加入硫酸解使檸檬酸游離出來(lái)，形成的硫酸鈣(石膏渣)被濾除，

30、作為副產(chǎn)品利用。這時(shí)得到的粗檸檬酸溶液通過(guò)脫色和離子交換凈化，除去色素和膠體雜質(zhì)，以及無(wú)機(jī)雜質(zhì)離子。凈化后的檸檬酸溶液濃縮后結(jié)晶出來(lái)，離心分離晶體，母液則重新凈化后濃縮、結(jié)晶。檸檬酸晶體經(jīng)干燥和檢驗(yàn)后包裝出廠。2.5工藝計(jì)算56782.5.1生產(chǎn)過(guò)程的物料衡算一、生產(chǎn)能力年產(chǎn)20000t =>100%的一水檸檬酸 19900t/a日產(chǎn)商品檸檬酸 20000/300=66.7t/a 日產(chǎn)一水檸檬酸19000/300=66.33t/a二、總物料衡算（薯干）1000kg純淀粉理論產(chǎn)一水檸檬酸1000*1.11*210.14/180=1235.86kg1000kg純淀粉實(shí)際生產(chǎn)一水檸檬酸1000

31、*1.11*0.86*210.14/180=1071.05kg1000kg薯干粉了理論生產(chǎn)一水檸檬酸1000*68%*1.11*210.14/180=881.19kg1000kg薯干粉實(shí)際生產(chǎn)100%一水檸檬酸：1000*68%*1.11*98%*100%*90%*1.094=728.31kg淀粉單耗1t 一水檸檬酸消耗淀粉 1000/1071.05=0.934t1t 一水檸檬酸消耗薯干粉量 1000/728.31=1.373t1t 一水檸檬酸理論消耗純淀粉1000/1235.86=0.809t1t 一水檸檬酸理論消耗薯干粉量 0.809/68%=1.190t總收率實(shí)際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量=723.

32、31/881.19=83.08%淀粉利用率1.190/1.373*100%=86.7%總損失100%-86%=14% 損失原因： 糖化率實(shí)際并沒(méi)有達(dá)到100%三、原料及中間產(chǎn)品計(jì)算 薯干粉用量：66.33*1.373=91.07t/d 糖化液用量：純糖91.07*68%*1.11*98%=67.36t/d折算成17%的糖液 67.36/13%=396.23t/d 發(fā)酵液用量：純一水檸檬酸：67.36*100%=67.36t/d折算為13g/dl 的發(fā)酵液 67.36/13%=518.15m3518.15*1.05=544.06t/d提取檸檬酸量：67.36*90%=60.624t/d一水檸檬酸

33、60.624*1.09=66.332t/d檸檬酸母液量（67.83-61.047）/0.7%=969M3/d四、總物料衡算結(jié)果原料生產(chǎn)1t一水檸檬酸淀粉質(zhì)原料t/d薯干粉t1.37391.07糖液t5.97396.23檸檬酸t(yī)1.066.33排出含0.7%g/dL的廢棄母液t14.68969五、制糖工序物料衡算淀粉漿及加水量：淀粉加水比例1：3.5每日加水量 91.07*3.5=318.75t/d調(diào)漿池中物料量 91.07*4.5=409.815t/d發(fā)酵罐中409.815/4/（1+0.1）=93.14t/d （4個(gè)發(fā)酵罐）發(fā)酵罐中加入-淀粉酶量：518.15*0.0025=1.2953t/

34、d種子罐中加入：409.815、4-93.14=9.313t/d種子罐中的液量： 9.313/(409.815/4/544.06)=49.46t/d種子罐中加入硫酸銨的量：49.46/1.11*0.5%=0.223t/d消泡劑： 518.15*0.005%=0.260t/d六、發(fā)酵過(guò)程中從排風(fēng)帶走的水分過(guò)濾后空氣進(jìn)出發(fā)酵罐的狀態(tài)如下表：進(jìn)風(fēng)出風(fēng)溫度3434相對(duì)濕度60%100%水氣分壓42.2mmhg42.2mmhg壓力1.5atm0.5atm濕含量:X進(jìn)=0.622*42.0*0.6/(2.5*760-42.2*0.6)=0.0084kg水/kg 空氣X出=0.662*42.2*100%/(

35、1.5*760-42.2*100%)=0.0239kg水/kg 空氣則隨空氣帶走的水量544.06*0.15*60*72*1.147*(0.0239/0.0084)=6.26t每天帶走的水分：6.26、3=2.09t/d檢測(cè)及放罐損失：0.5t發(fā)酵罐內(nèi)粉漿量：409.815/(1+0.1)=372.56t七、發(fā)酵罐物料衡算表進(jìn)入發(fā)酵罐排出發(fā)酵罐物料名量（t/d）物料名量（t/d）粉漿372.56發(fā)酵液544.06淀粉酶1.293通風(fēng)帶走6.26補(bǔ)水127.844檢測(cè)及損失0.5消泡劑0.260接種量49.16總量550.82總量550.82八、蒸汽用量計(jì)算加熱的蒸汽溫度為143，壓力為0.4M

36、pa 汽化潛熱為2135.7kj/kg粉漿中薯干粉比熱為1.54kj/kg*k水比熱為4.18KJ/kg*k粉漿比熱：1.54*98.80/（372.56+1.2953+127+0.260）+4.18*（1-98.80/（372.56+1.32+0.260）=3.65kj/kg*k1 蛇管蒸汽加熱物料溫度：10=>80 蒸汽冷卻后的溫度70每罐中物量 （372.56+1.295+127.84）/4 = 125.4則 125.4*100*3.65（80-10）= n * 2135.7+4.18*(143*70)N= 13131kg蒸汽用量 13131kg2 蒸汽滅菌物料溫度 80=>

37、121蒸汽溫度143=> 121125.4*1000*3.65*(121-80)= n * 2135.7+4.18*(143-121)N=8426kg蒸汽平均用量（13131+8426）*4/（24*0.95）= 3.78 t/h蒸汽高峰用量（13131+8426）*4/（3*0.95 ）= 30.3 t/h2.6 主要設(shè)備的選擇2.6.1發(fā)酵罐個(gè)數(shù)：裝罐量為0.75， 每個(gè)罐產(chǎn)檸檬酸：200*0.75*0.9*0.13=17.55輔助時(shí)間為24h，發(fā)酵罐個(gè)數(shù)為（50/17.55）*96/24=11.39取12個(gè)罐則種子罐工作周期為36h，共需6個(gè)種子罐。2.6.2 單一設(shè)備結(jié)構(gòu)計(jì)算發(fā)酵

38、罐計(jì)算：2.6.2.1 幾何計(jì)算公稱(chēng)容積為200m3的發(fā)酵罐上封頭容積為16.4 m3，總?cè)莘e為230 m3。取罐高與罐徑比為2：1則785d2*h=197d=5.00mh=10.00m取罐內(nèi)壓p=0.5mpa，z=350mpa，n=2.7，=1，腐蝕裕度為c=0.4cm臂厚為 p*d/（2*z/n*-p）+c=1.4cm非標(biāo)設(shè)備計(jì)算：2.6.2.2.封頭的確定罐內(nèi)徑為5000mm，封頭高為1300mm，封頭體積16.4m3，罐高10+2*1.3=12.6m2.6.2.3.發(fā)酵罐總?cè)莘e：230m32.6.2.4.罐內(nèi)液層高度 h=1.3+（578.3/4-16.4）/（0.785*52）=7.

39、83m2.6.2.5.攪拌槳葉形式和尺寸選用6彎葉渦輪攪拌器攪拌器直徑：d=D/3=1.67m攪拌器圓盤(pán)直徑2/3*d=1.11m彎曲槳葉玄長(zhǎng)d/4=1.67/4=0.42m彎曲槳葉高：d/5=0.33m彎曲槳葉厚度 12mm彎曲槳葉曲率半徑：d/4*1.5=0.63m由于實(shí)際裝料量為0.629，取余量0.75，罐內(nèi)液體高h(yuǎn)=1.3+（172.5-16.4）/（0.785*52）=9.25m因?yàn)镈h2D所以?xún)蓹n，下檔距罐底0.5*d=0.84m液面至下檔深度為9.25-0.84=8.41m，上檔距下檔距離2.5d=2.5*1.67=4.18m攪拌轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)50m3罐以等p/v為基準(zhǔn)放大：n2=n

40、1*（d1/d2）2/3=81r/min2.6.2.6.攪拌軸功率的計(jì)算Rem=d2*N*P/M取d=1.67，n=81r/min=1.35r/s，p=1.10kg/l=1100kg/m3，m=1.5*10-3n.s/m3P為密度，m為黏度系數(shù)Rem=2.76*106大于104功率準(zhǔn)數(shù)為np=4.7不通氣時(shí)的攪拌功率Po=Np*N3*D5*P=165.2KwPo=Po*2=310.4Kw通風(fēng)時(shí)的軸功 Pg=2.25*10-3*(Po2*N*D3/Q0.08)0.39=257.9Kw室溫為20度， 軸徑d=(9.55*106Pk/0.2*N*)0.3=183mm2.6.2.7.換熱器的計(jì)算換熱面積為：125.4*1000*3.65（80-10）/3000*35.41=301.6m3蛇管長(zhǎng)：301.6/0.785（0.41+0.005）2=1851m2.6.2.8.通風(fēng)量室溫為20度，壓力一大氣壓，進(jìn)氣溫度34度，壓力2.5大氣壓風(fēng)量：v=（578.3/4）*0.15*（1/2.5）*（273+34）/（273+20）=9.09m3/min風(fēng)速為8m/s，管徑為：d=99.09/（60*0.785*8）1/2=0.15m2.6.2.9.端面軸封靜環(huán)內(nèi)徑：200mm靜環(huán)外徑：210mm靜環(huán)高：60mm靜環(huán)錐底外徑：220