年產(chǎn)3萬噸一水檸檬酸生產(chǎn)工藝設(shè)計課程設(shè)計

1、題目： 年產(chǎn) 3 萬噸一水檸檬酸生產(chǎn)工藝設(shè)計摘要 31 .前言41.1 檸檬酸簡介41.2 目前檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的狀況及其主要的生產(chǎn)技術(shù)52 .生產(chǎn)工藝62.1 生產(chǎn)方法62.2 生產(chǎn)流程62.3 操作工藝72.3.1 原料的處理72.3.2 無菌空氣的處理82.3.3 種子的培養(yǎng)92.3.4 發(fā)酵工序及醪液處理工序92.3.5 提取工段102.3.6 精制工段112.3.7 污水處理工序123 .工藝計算書133.1 物料衡算 133.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)133.1.2 原料消耗計算基準(zhǔn)143.1.3 發(fā)酵醪量的計算143.1.4接種量143.1.5 液化醪量的計算143.1.6 成

2、品檸檬酸143.1.7 淀粉質(zhì)原料年產(chǎn)3萬噸一水檸檬酸總物料衡算154 .檸檬酸生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備164.1 發(fā)酵罐的選型164.1.1 發(fā)酵罐容積和臺數(shù)的確定164.2 檸檬酸生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備表175 .全廠及車間布置186 .結(jié)束語19參考文獻(xiàn)20附圖一21附圖二22附圖三23附圖四24摘要本設(shè)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(zhì)6%左右。薯干原料中的蛋白質(zhì)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(jī)鹽，選用的黑曲霉C0527對這些成分不

3、敏感, 故不必對原料做這方面的預(yù)處理。本設(shè)計采用液體深層好氧發(fā)酵、鈣鹽法提取技術(shù)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(shí)際經(jīng)驗(yàn)，易于操作，風(fēng)險小。本設(shè)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(shù)做了闡述，并對發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的工藝技術(shù)方法、工藝流程及設(shè)計技術(shù)說明給出了明確設(shè)計。因?yàn)橹R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(guān)計算。確定了檸檬酸生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備選型以及全廠及車間布置。本設(shè)計還包括全廠平面圖，車間平面布置圖，工藝流程圖等。1. 前 言1.1 檸檬酸的簡介1.1.1 名稱檸檬酸，是一種重要的有機(jī)酸，又名枸櫞酸?；瘜W(xué)名稱：2-羥基 -1,2,3-已

4、三酸結(jié)構(gòu)式為：1.1.2 物理性質(zhì)檸檬酸為白色結(jié)晶粉末，無臭。 熔點(diǎn)（ ）： 153 ； 密度： 1.542g/cm3 ； 溶解性：溶于水、乙醇、乙醚，不溶于苯，微溶于氯仿。1.1.3 化學(xué)性質(zhì)從結(jié)構(gòu)上講檸檬酸是一種三羧酸類化合物，并因此而與其他羧酸有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)。加熱至175 ° C 時它會分解產(chǎn)生二氧化碳和水，剩余一些白色晶體。檸檬酸是一種較強(qiáng)的有機(jī)酸，有3 個 H+可以電離；加熱可以分解成多種產(chǎn)物，與酸、堿、甘油等發(fā)生反應(yīng)。1.1.4 主要用途檸檬酸是有機(jī)酸中第一大酸，由于物理性能、化學(xué)性能、衍生物的性能，是廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化等行業(yè)最重要的有機(jī)酸。在食品和醫(yī)學(xué)上

5、用作多價螯合劑，也是化學(xué)過程的中間體。檸檬酸在自然界中分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘等。檸檬酸具有宜人風(fēng)味、高的水溶性和強(qiáng)的金屬螯合力，長期以來占據(jù)食用酸味劑70%左右的市場份額，除可口可樂和純果汁以外，幾乎所有的飲料（包括固體和液體）都使用檸檬酸作為酸味劑，通常的添加量為0.25%-0.4%（ m/m） 。此外，食品加工和奶制品也添加檸檬酸或檸檬酸鹽。據(jù)不完全統(tǒng)計，使用檸檬酸的食品或藥品（如化學(xué)藥的枸櫞酸鹽）約有上千種之多。檸檬酸除用于食品和醫(yī)藥工業(yè)外，最大的用途是代替三聚磷酸鈉作為洗滌劑的助洗劑，20 世紀(jì) 90 年代初，國外還有人發(fā)現(xiàn)檸檬酸加入混凝土中可作為一種“減水劑”，并能提高混凝土

6、的凝固強(qiáng)度?？梢哉J(rèn)為，檸檬酸早已成為現(xiàn)代食品、醫(yī)藥業(yè)、日化行業(yè)及其他工業(yè)的通用原料1。1.2 目前檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的狀況及其主要的生產(chǎn)技術(shù)。1.2.1 檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的狀況1917年， 美國學(xué)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(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。1952 年，美國的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

7、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(jì) 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(dá)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(dá) 40 余萬噸。我國開發(fā)的以白薯干為原料的產(chǎn)酸菌種具有其獨(dú)到的特點(diǎn)，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(jìn)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(qiáng)的競爭力。近年來我國檸檬酸的年出口量

8、一直保持在10 萬噸以上 1。隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，檸檬酸工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，全世界檸檬酸產(chǎn)量已達(dá)0.4Mt。在檸檬酸發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，由于高產(chǎn)菌株的應(yīng)用和新技術(shù)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2.5 2.8t糖蜜，2.2 2.3t薯干粉或1.2 1.3t蔗糖。人們正在大力開發(fā)固定化細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器發(fā)酵技術(shù)。1.2.2 主要的生產(chǎn)技術(shù)檸檬酸的發(fā)酵工藝可分為表面發(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(zhuǎn)化成檸檬酸的。這種技術(shù)出現(xiàn)最早，至今工業(yè)上仍有應(yīng)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

9、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(diǎn)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(xì)胞都參與合成檸檬酸代謝。由于這種工藝具有明顯的有點(diǎn)，所以逐漸在檸檬酸工業(yè)上占據(jù)主導(dǎo)地位1。圖 1 我國深層發(fā)酵檸檬酸基本工藝流程簡圖2生產(chǎn)工藝2.1 生產(chǎn)方法本次生產(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(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

10、理后，進(jìn)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(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)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，對得到的濕檸檬酸晶體進(jìn)行干燥與篩選，最后得到成品的檸檬酸2。2 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(yùn)至備料車間，經(jīng)過磁選裝置除去原料中含鐵雜質(zhì)，以保護(hù)設(shè)備

11、。然后進(jìn)入粗粉碎機(jī)，將薯干先軋成1 3cm 大小的小塊，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)提送至中間粉倉，由粉倉落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后進(jìn)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。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間3。圖 3 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基本流程：吸入空氣前過濾空氣壓縮機(jī)壓縮空氣冷卻至適當(dāng)溫度分離去除油和水加熱至實(shí)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(yīng)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

12、的設(shè)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。 高效前置過濾器 壓縮機(jī) 貯罐 冷卻器 絲網(wǎng)分離器 加熱器 過濾器圖 4 高效過濾空氣除菌流程2.3.3 種子的培養(yǎng)工藝流程：黑曲霉菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)一般要經(jīng)過三個階段，相應(yīng)但階段依次稱為一級、二級和三級種子培養(yǎng)。擴(kuò)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(diǎn)時操作簡便，成本低，但孢子不易收集。它的第一級

13、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(dú)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)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(dú)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

14、倒種法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風(fēng)、 攪拌情況下，進(jìn)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(fēng)量、攪拌轉(zhuǎn)速等實(shí)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?biāo)、產(chǎn)酸情況達(dá)到放罐條件即可放罐；種罐菌種活力及菌群數(shù)量達(dá)標(biāo)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(yīng)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(shí)消，補(bǔ)入適當(dāng)營養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時可加強(qiáng)監(jiān)

15、控，提前放罐；對倒罐等應(yīng)予滅菌排放處理，并認(rèn)真查找原因，進(jìn)一步強(qiáng)化滅菌操作中的各個環(huán)節(jié)6。檸檬酸發(fā)酵完成后，應(yīng)即時進(jìn)行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設(shè)備利用率，增設(shè)醪液貯罐，通過熱交換器，及時將醪液加熱至80后進(jìn)入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過濾機(jī)，除掉固形物及菌體殘?jiān)?，將清醪液泵入下道工?。5 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(jìn)行中和。碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機(jī)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(yīng)均勻，經(jīng)終點(diǎn)檢測合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過濾機(jī)中，將固體檸檬酸鈣從懸浮液中分

16、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(jī)用特定的加長、強(qiáng)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(biāo)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(jī)進(jìn)行過濾，清洗液即稀酸解液收集用于調(diào)漿，硫酸鈣運(yùn)至渣場綜合利用，檸檬酸酸解送精制工段3。6 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(zhì)

17、量加速設(shè)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(jié)晶在提純?nèi)芤哼M(jìn)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(yù)熱后送至雙效真空濃縮器經(jīng)濃縮至特定濃度后，轉(zhuǎn)入真空結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)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(zhì)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(jī)3。干燥與包裝從離心機(jī)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(jìn)行干燥，排空經(jīng)濕式旋風(fēng)分

18、離器處理排放，干燥后的檸檬酸晶粒通過傳送裝置運(yùn)到篩選機(jī)，不合格顆粒被篩分出來，溶解后返回到結(jié)晶系統(tǒng)，檸檬酸成品進(jìn)行定量、包裝，存放3 。7 精制的工藝流程2.3.7 污水處理工序生產(chǎn)工藝廢水通過格柵池進(jìn)入污水處理段調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)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(zhì)等污染物，降低后續(xù)處理單元的工作負(fù)荷。進(jìn)入二相厭氧反應(yīng)器之前用清水將污水進(jìn)行1:1 的稀釋降低進(jìn)入反應(yīng)器的污水負(fù)荷，然后經(jīng)泵定量提升進(jìn)入二相厭氧反應(yīng)器，在厭氧微生物的作用下，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)物,甲烷和二氧化碳等物質(zhì)，剩余污泥進(jìn)入污泥沉淀池。消化后的廢水再進(jìn)入延時曝氣池，與污泥中的

19、好氧微生物的進(jìn)一步作用，去除剩余的有機(jī)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(dá)標(biāo)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(jìn)入污泥儲存池，加入絮凝劑后，經(jīng)過板框壓濾機(jī)脫水處理后運(yùn)走。濾液回流到調(diào)節(jié)池進(jìn)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(fù)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(yīng)器中，進(jìn)行厭氧反應(yīng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子有機(jī)物降解轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)簡單的小

20、分子有機(jī)物,使它們易于生物降解。同進(jìn)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(jī)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)橐捉到獾奈廴疚?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(shè)計的二相厭氧器。在設(shè)計中利用了水力自流作用，使廢水進(jìn)出反應(yīng)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(jī)廢水，要保證最后出水水質(zhì)，仍是好氧 階段起決定性的作用。在該項(xiàng)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(dǎo)流式機(jī)械曝氣機(jī)進(jìn)行階段曝氣，曝氣機(jī)的開啟與停止，均是根據(jù)廢水

21、中的DO濃度自動實(shí)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1.52.5mg/l之間。經(jīng)二沉后的廢水達(dá)標(biāo)排放。（ 3）二次沉淀階段。向好氧反應(yīng)器處理排出的廢水中投入微量絮凝劑，使廢水中的懸浮物在絮凝劑的作用下，經(jīng)斜管填料進(jìn)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(jī)質(zhì)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(yùn)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 8 檸檬酸廢水處理工藝流程圖3工藝計算書3.1 物料衡算3.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（ 1）生

22、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，鈣鹽干法提取；（ 3）生產(chǎn)天數(shù)：每年300 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(zhì)量：國際食用檸檬酸99.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），實(shí)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。

23、（ 9）操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率98.5%，糖酸轉(zhuǎn)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1 1% 99%；產(chǎn)酸率（即糖發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率）13% 。（ 10）無水氯化鈣用量， 0.1% 。（ 11）碳酸鈉用量， 0.15% 。3.1.2 原料消耗計算（基準(zhǔn)：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(xué)反應(yīng)式：（C6H10O5）n nH2O 3n/2O2 nC6H8

24、O7 2nH2O162192X1000（ 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(shí)際淀粉消耗量：X 實(shí)際 = X÷ （98.5%× 95%× 95%× 98%× 99%）=973.4kg（ 4）生產(chǎn)1000kg 99.5%無水檸檬酸所需實(shí)際薯干粉原料消耗量：973.4÷ 75%=1297.87kg（ 5） -淀粉酶的消耗量：應(yīng)用酶活力為3000u/g的 -淀粉酶使淀

25、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)酵液轉(zhuǎn)化率為13%：1000× 99.5%÷ （ 95%× 98%× 13%） =8221.1kg3.1.4 接種量接種量為發(fā)酵醪的10%，設(shè)接種量為x，則：x/（發(fā)酵醪量-x）× 100%=10%

26、即：8221.1× 10%÷ 110%=747.37 kg3.1.5 液化醪量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(jié)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÷ 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(zhì)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

27、.5%無水檸檬酸的薯干原料檸檬酸廠進(jìn)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(shí)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=28164 t/a（ 2）淀粉用量日耗量：973.4× 10 3× 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

28、× 10 3× 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(jié)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973.491.3827414 -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.

29、30.1236碳酸鈉1.950.18544. 檸檬酸生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備以薯干為原料生產(chǎn)檸檬酸是我國特有的檸檬酸粗料發(fā)酵工藝，原料預(yù)處理設(shè)備可全部采用國產(chǎn)定型的糧食及飼料處理機(jī)械，生產(chǎn)過程簡單、處理成本低、設(shè)備投資少。4.1 發(fā)酵罐的選型當(dāng)前，我國檸檬酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)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(yàn)，成功率高。此外在檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備方面，大型氣升式發(fā)酵罐仍處于試用攻關(guān)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(fēng)量增加的綜合能耗、生產(chǎn)的穩(wěn)定性及可重復(fù)性等因素

30、，所以多數(shù)廠家目前仍延用機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐。因而，就本項(xiàng)目而言，按技術(shù)成熟，可靠、穩(wěn)妥的原則，結(jié)合檸檬酸工程中的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，通過對罐內(nèi)空氣分配器進(jìn)行適當(dāng)改造，成為新型的通風(fēng)式機(jī)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(shù)可靠的前提下，大罐放料容積不大于400 m3。結(jié)合目前本行業(yè)發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀，目前國內(nèi)行業(yè)成熟技術(shù)水平、加工技術(shù)水平，企業(yè)可能達(dá)到的發(fā)酵控制管理水平等，從生產(chǎn)的可靠性、可實(shí)施性等方面考慮，本設(shè)計擬采用放罐容積約200 m3 的新型通風(fēng)發(fā)酵罐。4.1.1 發(fā)酵罐容積和臺數(shù)

31、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)：C6H12O6C6H8O7180192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(jìn)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=697.36

32、m3設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)90% ，則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為Vo（發(fā)酵周期為48h） 。3VO=V÷ =697.36÷ 90%=774.84 m33）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(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐為例，則需要發(fā)酵罐的個數(shù)為N1查表知公稱容積為200 m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e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)日產(chǎn)量* 操作周期每臺設(shè)備產(chǎn)量2492/24.2)×(75/24) =11.88取公稱容積200 m3發(fā)酵罐1

33、2 個；每日投（放）罐次：92÷ 24.2=3.8 圓整到 4次，日運(yùn)轉(zhuǎn)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 h4.2 檸檬酸生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備表表 2 年產(chǎn) 3 萬噸檸檬酸工廠主要工藝設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱規(guī)格與型號材料1調(diào)漿桶V=6 m 31Cr18Ni9Ti 鋼2噴射加熱器L=vt=4(m)1Cr18Ni9Ti 鋼3液化維持罐3V=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(jī)7錐式粉碎機(jī)9t/h8連消系統(tǒng)150m3/h9帶式過濾機(jī)過濾面積7.8 m

34、310發(fā)酵罐（六彎葉渦輪攪公稱容積200 m3，1Gr18Ni9Ti 鋼拌器） 5000mm11種子罐3公稱容積30 m3，A3鋼 2400mm12發(fā)酵醪貯罐V=367.2 m 31Cr18Ni9Ti 鋼13酸解桶全容積9 m314酸解液中轉(zhuǎn)罐3公稱容積10 m315硫酸高位槽公稱容積10 m316硫酸貯槽3容積40 m17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(jī)體鑄鐵19硫酸銨貯罐3V=93.3 m 31Cr18Ni9Ti 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

35、/h24母液貯槽工作容積3 m325冷凝水槽V=10 m 326結(jié)晶罐3公稱容積1m27干燥設(shè)備產(chǎn)量 5 t/h28壓濾機(jī)過濾面積64 m329預(yù)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(jī)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(jī)體鑄鐵35發(fā)酵醪液輸送泵IS80-50-200機(jī)體鑄鐵36自來水輸送泵IS80-50-200機(jī)體鑄鐵37離心機(jī)1000r/s0Cr18Ni9Ti 鋼38熱水箱V=20 m 339鹽酸貯槽3公稱容積20 m3玻璃鋼40燒堿高位槽V

36、=5m 35. 全廠及車間布置在本設(shè)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(chǔ)上，又做了一定的修補(bǔ)，因?yàn)闄幟仕釓S的廠區(qū)是上世紀(jì)建立的，布局以及各建筑的設(shè)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(shè)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(jìn)行，將生產(chǎn)區(qū)和辦公大樓分開建設(shè)，一個完善而先進(jìn)的污水處理站也是必需的。同時，還應(yīng)該有職工活動中心等。具體布局見附圖4車間布置設(shè)計的目的是對廠房的配置和設(shè)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(jié)構(gòu)形式，以及各車間之間與工段之間的相互關(guān)系。車間布置設(shè)計必須在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，掌握必要懂得資料作為設(shè)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(zhì)，設(shè)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(guān)布置方面的一些規(guī)范資料。本設(shè)計負(fù)責(zé)年產(chǎn)30000 噸一水檸檬酸廠發(fā)酵車間工藝設(shè)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，