年产5000吨柠檬酸工厂设计

1、青岛农业大学学士学位论文 年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计建厂可行性研究报告 学 生 姓 名: 宋利宏 专 业: 食品科学与工程121 学 号: 20123672 指导教师姓名: 林 勤 2015年 10 月 16 日目 录第一章 绪论11.1企业概况11.2目的和意义11.2.1立项的目的11.2.2项目投资的意义2第二章 工艺方案论证32.1.设计依据32.2 设计范围32.3工艺流程确定32.4 工艺论证和说明32.4.1原料的预处理32.4.2发酵液的预处理32.4.3发酵42.4.4提取和精制42.4.5成品包装52.5产品与产量的确定52.6生产方法评价5第三章 厂区平面设计63.

2、1厂址选择的原则63.2选址63.3总平面设计方案63.4车间生产过程设计73.4.1生产车间工艺布置原则73.4.2 生产所需建筑83.5 车间平面设计说明84.工艺计算104.1物料衡算104.1.1 全厂总物料衡算主要内容104.1.2 工艺技术指标和基础数据104.2 原辅料消耗及中间产品衡算114.2.1 总反应式114.2.2液化醪量的计算114.2.3 发酵液量的计算134.2.4 离子交换树脂的计算134.2.5 年产5000吨柠檬酸工厂总物料衡算表144.3 热量衡算154.3.1 计算步骤154.3.1.1 液化工段耗热量154.3.1.2 总耗热量174.3.1.3蒸汽用

3、量174.3.2 年产5000吨柠檬酸发酵工厂热量衡算表174.4 水量衡算174.4.1 计算步骤174.4.1.1 调浆用水174.4.1.2 液化清液冷却用水174.4.1.3 发酵冷却用水184.4.1.4 发酵罐清洗用水184.4.1.5 洗滤布用水184.4.1.6 提取工段解脱液煮沸后降温所用冷耗量184.4.1.7提取车间其它用水184.4.1.8锅炉用水184.4.1.9其他用水194.4.1.10总用水量194.4.2 年产5000吨柠檬酸工厂水量衡算表194.5 电量衡算194.5.1 计算步骤194.5.1.1 原料粉碎液化工段194.5.1.2 发酵工段204.5.1

4、.3 提取精制工段204.5.1.4其他设备214.5.2 年产5000吨柠檬酸工厂电量衡算表22第五章 主要设备选型235.1选择设备的原则235.2设备的选型23第六章 劳动定员与人员培训256.1 劳动定员256.1.1 劳动人员分类256.1.2 车间劳动人员安排25第七章 公用工程的建设267.1给排水系统267.2供电工程267.3供热系统267.4供冷系统267.5采暖与通风系统27 7.6辅助部门设计277.6.1需要土建的辅助系统277.6.2运输设备27第八章 投资概算和经济效益评价288.1投资概算288.1.1总投资估算288.2 经济效益评价288.2.1产品成本估算

5、288.2.2副产品收入估算298.2.3收益估算29参考文献：30年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计食品科学与工程专业 魏文姣指导老师 蒲传奋摘 要：本论文主要是进行年产量5000吨柠檬酸发酵工厂设计，在设计过程中进行了详细的工艺论证，对每个工艺过程进行了分析。并且在此基础上制定产品方案，设计生产工艺，对柠檬酸生产加工过程中的物料平衡进行计算，对主要设备进行选型以及水、电、汽平衡，劳动力平衡进行计算，最后进行车间设计。设定企业管理组织构架，实施环境保护规划并进行污水处理，对投资成本、利润、盈亏平衡点等进行估算。生产总投资为2080万元，年利润可达1913.7万元，投资回收期1.3年左右。关键词

6、：柠檬酸； 发酵； 工厂设计 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 绪论1.1企业概况 柠檬酸发酵工厂位于山东省潍坊，潍坊市安丘市位属暖温带大陆性气候，四季分明，光照充足，雨热同季。无霜期年平均213天，年均降雨量650余毫米，年平均气温18，适宜多种动植物生长。靠近原料生产基地，空气清新，水质清纯，环境幽雅无污染，经济发展环境良好。交通便利，利于材料以及产品的运输。1.2目的和意义1.2.1立项的目的 有机酸是微生物的初级代谢产物，与工业和人们的日常生活有着十分密切

10、的关系，也是发酵产业中历史最悠久、吨位最大、价格最低廉的产品。微生物能够产生多种有机 酸，能够大规模生产的只有少数，主要包括柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸和乳酸。目前产量最高两种有机酸分别是柠檬酸和葡萄糖酸，根据2005年的数据显示，2005年全世界的柠檬酸产量达到了100万吨，其中近50%的产量来自于中国。由于柠檬酸的酸性、风味以及能够与金属离子形成复合物的能力，在工业中有着广泛的用途。据统计，目前75%的柠檬酸用于食品以及饮料工业，10%用于制药行业，15%用于其他行业。柠檬酸具有酸味圆润滋美的特点，并且无毒，安全性高，又因为柠檬酸具有溶解性好、螯合能力强的特性，因此被广泛应用于食品工业中，常被

11、用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、螯合剂等，此外，柠檬酸还可以作为冷冻水果和水果加工品种维生素的稳定剂以及作为软饮料、冷饮等食品的增香剂。在医药工业中，由于酸根具有直接被吸收的特性，经常被作为某些医药的合成原料。医药中合成的柠檬酸盐被广泛用用于医学临床。医生在采取新鲜血液的时候，需要加入一些消毒过的柠檬酸钠就能起到防止血液凝固的作用，因此被称为抗凝血剂。作为抗氧化剂还可以防止维生素的氧化1。在化学工业中柠檬酸也有着举足轻重的地位。作为一种弱有机酸，同时又具有螯合作用，可以引起金属表面层的轻微损坏，但是作为金属离子螯合剂又可以加速金属氧化物的迁移。因此现在多采用柠檬酸来取无机强酸用于金属表面

12、氧化物的清洁。它还能增加去污性能，可以替代磷酸盐，作为无磷洗衣粉的重要原料，绿色环保。柠檬酸盐是最常用的电镀缓冲液和络合剂，其螯合作用使电镀操作稳定，产品质量较好。虽然目前柠檬酸的世界年产量超过200万吨，柠檬酸的需求逐年迅速递增，但是仍然不能满足人们日益增长的物质需求。其中消耗量最大的国家是美国，年需求量近70万吨。随着全世界经济的发展和人民生活水平的提高，柠檬酸的市场需求也在快速增长，因此，柠檬酸市场就全世界而言具有较大的发展潜力。1.2.2项目投资的意义从广义上说，任何含有淀粉和糖的农产品、农产品加工品以及副产品，某些有机化合物，以及石油中的某些成分都是柠檬酸的原料。在我国，柠檬酸生产以

13、薯干、玉米等淀粉质原料为主。传统的柠檬酸生产都是以薯干作为原材料，经过生物发酵和钙盐提取工艺制作的，这种方法生产的产品质量差而且成本高，环境污染严重，为了进一步扩大经济效益，提高生产效率，实现清洁无污染的生产，需要对柠檬酸生产提取工艺加以改进。在原料方面，目前研究出了玉米粉、稻米以及秸秆等，工艺上采用工业离子色谱法、母液净化处理以及循环利用废糖液技术，这样不仅有效地降低了成本，而且对于柠檬酸生产剩余的副产物，通过优化工艺的方式加以合理的利用，废物排放量少有利于环境保护2。 玉米中含有丰富的营养物质，以纯碳水化合物的淀粉为主，还存在一些蛋白质，纤维素，脂肪，无机盐灰分等非纯碳水化合物。 第二章

14、工艺方案论证2.1.设计依据 根据安全有利位置设计一所坐落于潍坊安丘市的柠檬酸发酵工厂。本设计主要以国内柠檬酸主流生产技术为基础，结合国内外先进生产工艺和设备，参考发酵工厂设计、生物化工、柠檬酸发酵工艺、食品法规等有关文献资料，完成初步工厂设计。2.2 设计范围制定产品方案，设计生产工艺，进行物料平衡，设备选型，劳动定员，水电汽平衡，全厂卫生安全研究。设定企业管理组织架构并进行经济效果预测，绘制柠檬酸工厂总平面布置图、工艺流程图、车间布置图。2.3工艺流程确定玉米除杂粉碎调浆液化过滤发酵过滤阴离子交换吸附解脱液煮 玉米渣 菌丝体活性炭脱色过滤阳柱转型二次脱色蒸发浓缩冷却结晶离心分离干燥包装柠檬

15、酸成品32.4 工艺论证和说明2.4.1原料的预处理利用人工去除混入玉米中的固体杂质，如金属物、土、石、皮、芯、霉变块、粒等，排除污染。将玉米进行粉碎，使得玉米能够充分发酵，不浪费原材料。一般玉米不宜过碎或过大，60目过筛得到合格的玉米粉。2.4.2发酵液的预处理淀粉液化实质上是在淀粉颗粒因受热吸水膨胀、糊化破坏了其晶体结构之后进行的，这是因为淀粉颗粒对于酶作用的抵抗力较强，很难直接液化，因此淀粉糊化是酶法液化的一个重要步骤。淀粉被糊化后，体积就会膨胀很多，粘度增强，流动性很差，搅拌困难，传热性较差，难以糊化均匀。因此物料必须先进行液化，是料液的流动性变好，有利于料液的输送、灭菌完全、发酵初期

16、菌体的生长、易于糖化、提高产酸率和淀粉的利用率。使用物料输送机向调浆罐输送玉米粉，按照质量比为（玉米粉：水）为1:4.5的比例加入65的水，利用碳酸钠溶液调节浆料的pH在5.07.0范围内，并加入0.1%氯化钙，钙离子对淀粉酶具有激活和保护作用，也有助于杂质凝集，改善过滤性质。最后加入粉耐高温-淀粉酶（酶活力20000U/g，加入量为10U/g玉米粉），混合均匀，将物料打入高压喷射器，在喷射器中粉浆和蒸汽可直接瞬间接触，出料温度105。从喷射器中喷出的液料，经过冷却降温系统使液料温度降至97，并将其倒入层流罐保温30分钟，保温罐温度维持在95，然后进行二次喷射，在第二只喷射器内液料和蒸汽直接接

17、触使温度迅速上升至130，并在维持罐内维护8分钟左右，彻底杀死耐高温-淀粉酶，进一步凝固聚沉蛋白质，对处理后的物料进行过滤处理，滤液经过真空闪急冷却系统进行冷却，然后将液料打入二次液化罐，使液料温度降低到95，在二次液化罐内加入耐高温-淀粉酶（酶活力为20000U/g，加入量为8U/g玉米粉），液化30分钟，碘试合格后，结束液化。2.4.3发酵液化醪过滤除去玉米渣得液化清液，温度降至37后打入发酵罐，同时按质量体积比向发酵罐内加入已灭菌的0.9%尿素、0.1%磷酸氢钾、0.25%二氧化硫和10%种子液。菌体生长的优劣完全取决于培养液内的氮源，这是因为细胞中铵离子浓度的升高能解除ATP和柠檬酸对

18、于关键酶磷酸果糖激酶的反馈抑制，使得EMP代谢流增强，利于柠檬酸的生产和积累。无机盐也是构成微生物生命活动不可缺少的物质，在柠檬酸发酵中，有的构成菌体，有的促进代谢，有的促进产酸4。黑曲霉是嗜热微生物，生长温度在3337，由于培养基中固形物较多，对菌体起到保护作用，一般温度控制在（35±1）。发酵温度控制在34，pH4.5左右，发酵周期约72h。发酵结束后，发酵液经真空转鼓过滤机除去菌丝体得发酵清液，菌丝体是优质饲料的原料，发酵清液进入提取精制工段。2.4.4提取和精制 发酵清液经过8310阴离子交换吸附树脂将柠檬酸和其它杂质分离（交换过程中，改变吸附交换柱内压力，调压力为4.9&#

19、215;106Pa至放空，反复2到3次），然后用10%的NH4OH解脱得解脱液。向解脱液中加碱液调节pH9.0，在常压下加热煮沸10分钟，取出后加入粉末状活性炭（5g活性炭/L 解脱液），过滤除去有机杂质和部分色素等残渣获得清液5。清液经阳离子交换树脂去除氨根离子，然后进行二次脱色得到18%的柠檬酸液。将此纯净柠檬酸液经蒸发浓缩后进行结晶，然后用离心机分离母液和晶体，母液返回再次吸附交换，晶体进行干燥得合格的柠檬酸6。2.4.5成品包装干燥合格的柠檬酸晶体经包装后运送成品库。2.5产品与产量的确定 根据潍坊当地的玉米农业产量、配套设备的生产能力和当地以及周边地区的柠檬酸的市场需求，将年产量定为

20、5000吨。根据充分的市场调研，结合潍坊当地的地理环境，根据当地农业产量和周边地区的消费需求，确定产品与产量。本文是以柠檬酸生产为依据设计的。全年均衡生产，全年工作日不少于300天，每天24h连续生产，每天的生产班次为3班。年产量5000t，则日产量为5000/300=16.7t/天。2.6生产方法评价 本设计中的柠檬酸的生产过程是采取机械与人工相结合的作业方式，所采用方法在保证产量的基础上，保证产品品质的营养卫生。目前我国各地建造的柠檬酸工厂都按照国际卫生组织的要求实施，因此，本工厂更要遵守，这样我们才能在国内的柠檬酸市场占有一席之地。第三章 厂区平面设计3.1厂址选择的原则7（1） 厂址选

21、择必须在符合工业布局、符合所在地区的规划的要求，按照国家有关法律、法规以及建设前期工作的规定进行。（2） 充分利用各地区的有利条件，避开或者克服不利条件，充分利用当地的人力、物力、财力和自然资源，保护环境；节约用地，不占用良田及经济效益高的土地，并且符合国家现行的土地管理、环境保护、水土保持等法规有关规定。尽量远离风景游览区和自然保护区，不污染水源，有利于三废的处理，并符合现行的环境保护法规规定。（3） 使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合格运输；总体经济效益好，有利于加快国民经济发展和人民生活的提高。具体厂址所在地的选择要从场地的自然条件，技术经济条件以及所在行业的特点三方面考虑，

22、依次满足相应的条件。3.2选址 柠檬酸工厂位于潍坊安丘市，安丘市位于山东半岛中部，是国务院批准的首批沿海对外开放的县市之一。安丘境内平原、丘陵、山地各占三分之一，同时也是山东省重要的水源地。东距青岛110公里，西距济南200公里，北距潍坊25公里，国道206、省道下小路、央赣路等多条主要干线交汇于境内，胶济铁路和济青、潍莱高速临境而过，规划建设的潍日高速横贯市境南北，交通十分便利。安丘地处暖温带湿润季风区，气候温和，四季分明，光照充足，雨热同季，适宜多种农作物的生长。靠近原料生产基地，空气清新环境无污染，经济发展环境良好。3.3总平面设计方案厂区占地总面积约28000平方米，东西向约200m，

23、南北向约140m。厂区道路布置为环路，主干道宽8m，次干道宽5m，转弯半径为10m，满足消防要求。工厂分为生活区和生产区。生活区设有公寓、食堂等基本设施。生产区设有生产部门，包括玉米粉碎车间、液化车间、发酵车间、提取车间、精制车间、包装车间、成品车间、副产品车间等；辅助生产部门，包括原料仓库、空压站、制冷站、给水站、配电站、储水池、污水处理中心、沼气处理中心等。表1.厂区建筑面积Table 1 .the factory building area序号项目单位占地面积1规划用地面积280002建筑物占地面积160003总建筑面积180004建筑系数%575容积率%0.66绿化率%253.4车间生

24、产过程设计3.4.1生产车间工艺布置原则7一个优良的车间布置设计应该是，技术先进、经济合理、节省投资、操作维修方便、设备排列简洁、紧凑、整齐、美观。生物工程车间布置设计应遵循以下的原则：（1） 满足生产工艺的要求。车间设备布置必须按照流程的流向顺序依次进行设备的排列，以保持物料顺畅地向前输送，按顺序进行加工处理，保证水平方向和垂直方向的连续性。（2） 满足生产操作的要求。（3） 满足设备安装、检修的要求。要为设备的安装、检修、拆卸提供充足的空间，满足设备能够顺利进出车间的要求。还要考虑到设备的检修盒抄写以及运送物料所需要的起重运输设备。（4） 满足厂房建筑的要求。（5） 满足节约建设投资的要求

25、。可根据使用和操作特点，与设备设计配合采取露天布置，减少建筑费用。避免厂房的高层化，工艺管道 集中布置。（6） 满足安全、卫生和防腐蚀的要求。生物工程工厂车间卫生是首要环节，同时要为工人操作提供良好的安全卫生条件，易燃易爆车间要考虑方便疏散和防火灭火。（7） 满足生产发展要求。根据生产需要与可能，考虑留有增加产量和设备的余地，设计中尽可能采用使原有建筑物变动少，不妨碍生产正常进行，且施工的工作量少的方案。3.4.2 生产所需建筑（1） 主生产车间：柠檬酸发酵设备及其他辅助部分；（2） 原、辅材料库：存放生产用的原辅材料及包装材料；（3） 粉碎车间：进行玉米的粉碎以及除杂；（4） 调浆车间：进行

26、原材料的调浆工艺（5） 液化车间：原材料的液化；（6） 提取车间：柠檬酸的提取；（7） 烘干车间：去除柠檬酸的水分，保持干燥；（8） 包装车间：进行产品的质检与包装（9） 供水站：为生产、清洁、生活等提供水源；（10） 变电站：保证电量维持工厂的正常运行；（11） 空压站：提供某些设备自动化控制所需的压缩空气及生产过程的需求 ；（12） 化验室：菌种的培养及车间成品的理化指标的检测；（13） 污水处理区：进行污水再处理；（14） 成品仓库：用于存放生产成品；（15） 锅炉房：提供生产所需要的蒸汽；（16） 更衣室、卫生间：供车间工人使用3.5 车间平面设计说明1.设计要求： 生产车间的门，应设

27、置防蝇、防虫的装置，如水幕、风幕、暗道或飞虫控制器。若车间内有水蒸气制备设备，则需对车间进行机械强制通风，可在蒸汽设备附近或设备上部的屋顶开窗口，如果蒸汽产生量大，则多用轴流风机进行排汽。车间高度6.5m，侧窗的采光面积足以达到一定的采光系数，所以不需在屋顶上开天窗。维持车间的采光系数在0.20.3之间。车间内侧窗窗台高度取1m1.2m。采用普通玻璃窗，并附带一层纱窗。地面保证生产车间耐受酸碱腐蚀以及车轮的碾压与冲撞。车间地面设计为水磨石地面，生产车间设有明沟排水，将生产车间的废水和腐蚀性介质排除。车间地坪采用石板地坪，其优点是能耐腐蚀，不起灰。2.生产车间应设在市郊无污染区，避免与发电厂、化

28、肥厂、水泥厂等相邻。所有会产生污染的车间，都要与重要的生产车间相隔离，这样才不会发生内部污染的情况，符合卫生要求。3.厂区其他主要建筑有宿舍楼、食堂、停车场、休闲娱乐中心、浴室、厕所等；4.厂区道路：主干道宽8米，两旁种有雪松、黄杨秋等；5.绿化情况：厂区建有花坛、草坪，主车间周围建有绿化带；6.厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水笼头及灭火器。 4.工艺计算4.1物料衡算物料衡算包括该产品的原辅料和包装材料的计算，通过物料衡算，可以确定各种主要物料的采购运输和仓库储存量，并对生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计算依据。根据工厂设计规模、产品方案，通过物料平衡计算

29、，可确定单位时间生产过程主要原辅料的需求量以及水、电、蒸汽等流量与耗量，据此就可以计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。同时通过物料衡算，还可以根据计算数值经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和各工序劳动力的安排，也是进行经济分析不可缺少的根据，可以计算出原料和辅料的消耗定额，绘制出原、辅料耗用表和物料平衡图。并为下一步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件。还为劳动定员、生产班次、成本核算提供计算依据。因此，物料衡算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作。本设计主要进行了柠檬酸车间相关内容的设计。4.1.1 全厂总物料衡算主要内容8（1） 原料消耗的计算， 主要原料为

30、玉米， 其他辅料有耐高温-淀粉酶、 CaCl2、尿素、MgSO4、KH3PO4黑曲霉等。（2）中间产品计算，主要有液化醪、发酵液量的计算 。（3）成品、副产品及“三废”计算。4.1.2 工艺技术指标和基础数据（1）生产规模：年产5000t 柠檬酸。（2）生产方法：玉米粉液化过滤后发酵。（3）生产天数：300天。（4）产品质量：柠檬酸含量为99.8%。（5）副产品年产量：玉米渣2000t，菌丝体3400t，(NH4)2SO45400t。（6）玉米淀粉含量为70%，水含量低于13%。（7）玉米浆液化添加0.1%CaCl2，耐高温-淀粉酶（酶活力为20000U/g） ，用量为 4U/g玉米粉。（8）

31、柠檬酸发酵向发酵液添加0.9%尿素、0.1% KH3PO4、0.25% MgSO4。（9）实际糖酸转化率为 94%、成品收得率为 88%、产酸率为 14%、发酵周期为72h。4.2 原辅料消耗及中间产品衡算以 100 kg柠檬酸为例，原辅料消耗和中间产品衡算如下：4.2.1 总反应式 （1）糖化阶段：(C6H12O5)n nH2O nC6H12O6 发酵阶段：2C6H12O6 3O2 2C6H8O7 4H2O（2）生产100 kg无水柠檬酸理论淀粉消耗量 100×(162÷192) 84.375kg（3）生产100kg成品无水柠檬酸理论淀粉消耗量84.375×99

32、.8%84.206kg（4）生产100kg无水柠檬酸实际淀粉消耗量 84.206÷86%100.245kg（5）生产100kg无水柠檬酸玉米粉的消耗量 100.245÷70%143.207kg（6）耐高温 -淀粉酶的消耗量 100.245×18÷200000.0902kg 耐高温 -淀粉酶酶活力为20000U/g，用量为8U/g玉米粉.4.2.2液化醪量的计算 玉米粉和水按1：4.5的比例混合，加入0.1% CaCl2，有关计算如下：（1）玉米浆的量：143.207×5.5787.639kg（2）CaCl2的用量：787.639×0.

33、1%0.788kg（3）干物质含量为B087%的玉米粉比热容C0为：4.18×(10.7B0)1.63kJ/(kg·k)玉米浆干物质的浓度B1为：87÷（5.5×100）15.82%液化醪的比热容为：C1B1C0(1.0B1)CW15.82%×1.63(1.015.82%)×4.183.78kJ/(kg·k) CW水的比热容，KJ/(kg·k)为简化计算，假定液化醪的比热容在液化过程中维持不变。（4）经第一个喷射液化器加热后玉米浆的量：7876.397876.39×3.78× （10560）/（

34、2748.9105×4.18） 8456.38kg162748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg（5）第一个真空冷却器出来的玉米浆的量：8456.388456.38×3.78×（10597）÷2264.08343.43kg2264.0真空冷却温度97下的饱和蒸汽的汽化潜热，KJ/kg（6）层流罐出来的玉米浆的量：8343.438343.43×3.78×（9795）÷2269.18315.63kg2269.1层流罐维持温度95下的饱和蒸汽的汽化潜热，KJ/kg（7） 第二个喷射加热器出来的玉米浆的量： 83

35、15.638315.63×3.78×（13095）/（2748.9130×4.18）8814.45kg2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg130灭酶温度（8）高温维持罐出来的玉米浆的量：高温维持时间是8min，蒸发量每小时为8%，故蒸发水分量：8814.45×8%×8/6094.02kg故流出量：8814.4594.028720.43kg（9）第二个真空冷却器出来的玉米浆的量：8720.438720.43×3.78×（13097）÷2264.08239.96kg2264.0真空冷却温度97

36、下的饱和蒸汽的汽化潜热，KJ/kg（10）液化罐出来的液化醪的量：8239.968239.96×3.78×（9795）÷2269.18212.51kg2269.1层流罐维持温度95下的饱和蒸汽的汽化潜热，KJ/kg（11）液化清液的量：液化醪经过滤除去玉米渣45kg，得液化清液 776.251kg。4.2.3 发酵液量的计算 成品柠檬酸中柠檬酸的量：100×99.8%99.8kg发酵液中柠檬酸的量：99.8÷88%113.409kg发酵液总体积：113.409÷14%810.065m3尿素耗量：810.065×0.9%7.2

37、91kgKH3PO4耗量：810.065×0.1%0.810kgMgSO4耗量：810.065×0.25%2.025kg4.2.4 离子交换树脂的计算（1）8310#弱碱性阴离子交换树脂8310#弱碱性阴离子交换树脂的技术参数如下：型式：羟型粒度：2060且90水分：60%70%强度：90%湿视密度：0.650.75g/ml交换容量：0.81.0g/g干树脂每100kg柠檬酸所需发酵液的量是810.065kg，所需湿树脂的量：0.1/（0.9×0.35）0.317t湿树脂的体积：0.317/1.250.254m3一般控制树脂的吸附量仅为树脂总交换量的70%，则所需

38、树脂的体积：0.254/70%0.363m3用15%NH4OH解脱，液氨（按 100%计）用量是40kg/m3，则所液氨的量：0.363×4014.52kg所需15%稀氨液的的量：（14.52÷17）×31÷15%176.52kg（2）阳离子交换树脂解脱液常压煮沸后加活性炭脱色，过滤后要经过阳离子交换树脂转型,其技术参数如下：型式：H型水分：51%56%湿视密度：0.730.83g/ml湿真密度：1.171.22g/ml磨后圆球率：90%质量交换容量：1.75mmol/g树脂全交换容量：5.0mmol/ml 树脂再生剂用量：H2SO4(按100%计)75

39、150 kg/m3湿树脂每100kg柠檬酸所需的树脂量：100÷（192×1.7）×1000306.073kg则H2SO4需要量：0.35×13045.5kg再生的浓度为2%，所需量为：45.5÷2%2275kg再生后生成的(NH4)2SO4量：（45.5÷98）×13261.3kg经浓缩烘干后得固体(NH4)2SO4，设收得率为94%，则每吨柠檬酸可产副产品(NH4)2SO4的量：61.3×94%57.62kg4.2.5 年产5000吨柠檬酸工厂总物料衡算表表2物料衡算表Table 2 . Balance she

40、et of material序号 名称每100kg产品产（耗）量/t时产（耗）量/t日产（耗）量/t年产（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玉米浆0.7881.09426.2557876.398尿素0.0070.010.24372.919液化醪0.8211.14127.3758212.5110液化清液0.7761.078

41、25.8757762.5111玉米渣0.0450.0631.545012发酵液0.811.12527.0028100.6513种子液0.0810.1132.7810.06514H2SO40.0460.0631.51745515液氮0.0150.020.484145.24.3 热量衡算94.3.1 计算步骤4.3.1.1 液化工段耗热量液化醪冷却水作为调浆水，玉米浆初温为60。（1）玉米浆由60喷射加热到105所耗热量Q1787.639×3.78×（10560）133977.39kJ（2）层流罐流出的玉米浆由95喷射加热到130所耗热量Q2831.563×3.78&

42、#215;（13095）110015.79kJ（3）高温维持时间所耗热量高温维持时间为8min，蒸发量为每小时8%，则蒸发水分量为：V881.445×8%×8/609.402kg所耗热量Q3VI9.402×2173.820438.310kJ I为维持温度下水的汽化潜热，kJ/kg（4）热损失其它过程总的热损失为上述所耗热量的15%。（5）由上述计算得总热量Q1.15×(Q1Q2)258647.81kJ （6）蒸发干燥所耗热量约为115000kJ。（7）提取工段所耗总热量 258647.81115000373647.81kJ其他工序所耗热量约为300000

43、kJ。4.3.1.2 总耗热量304096.214373647.81300000977744.02kJ4.3.1.3蒸汽用量使用0.5MPa的饱和蒸汽，I2748.9kJ/kg蒸汽用量D977744.02÷(274.8964.32)×0.95488.771kg643.2喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg95%蒸汽的热效率4.3.2 年产5000吨柠檬酸发酵工厂热量衡算表表3 热量衡算表Table 3 Balance sheet of energy序号 名称每100kg产品产（耗）量/t时产（耗）量/t日产（耗）量/t年产（耗）量/t1蒸汽0.4893.395

44、81.4624435.54.4 水量衡算4.4.1 计算步骤4.4.1.1 调浆用水将玉米粉输送到调浆罐，按玉米粉：水1：4.5的比例加入65的水，则水的用量：143.207×4.5644.432kg4.4.1.2 液化清液冷却用水按工艺要求，液化醪经过滤后40min 由90降到37，所用冷却介质为2的冷水，冷却后，水温约为70，则所耗热量：776.251×3.78×（9037）155514.125kJ所用冷却介质的量：155514.125÷4.18×（702）547.12kg4.4.1.3 发酵冷却用水发酵罐放出热量发酵罐放出的热量为：QQ1

45、Q2Q3发酵产热Q1810.065×21461738462.5kJ 2146每千克发酵液产生的发酵热，kJ/kg蒸热量Q225%Q1、射散热量Q33%Q1QQ1Q2Q31738462.5×（125%3%）1251688.360kJ冷却水用量WQ/cp(T2T1)1251688.360÷4.18×(2518) 42278.139kg其中冷却水的进、出温度为18、25。考虑到冷却水可循环利用，因此可按3%的耗用率计算，则冷却水用量：42278.139×3%1268.347kg4.4.1.4 发酵罐清洗用水发酵结束后清洗发酵罐，每100kg柠檬酸发酵

46、罐清洗用水约50kg。4.4.1.5 洗滤布用水液化醪过滤后过滤机的滤布要清洗，每100kg柠檬酸用水约276kg。4.4.1.6 提取工段解脱液煮沸后降温所用冷耗量工艺要求在30min 内，解脱液的温度由100降到25，所用的冷冻介质是2的冷水。所耗热量：708.806×3.98×（10025）211578.591kJ所用冷却介质：211578.591÷4.18×（702）744.366kg4.4.1.7提取车间其它用水主要包括阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、活性炭柱再生冲洗水、设备冲洗水等，约1.8t。4.4.1.8锅炉用水蒸汽用量为438.79kg

47、，按产蒸汽率95%计算，则用水量：438.79÷95%461.875kg4.4.1.9其他用水主要包括地面冲洗水、管道冲洗水和设备冲洗水等，按每100kg柠檬酸0.5t 计。4.4.1.10总用水量冷冻介质用量：547.12744.3661291.486kg除去调浆用水644.432kg，剩余水可再利用，损失按5%计，冷冻介质可再利用量：644.432（1291.486644.432）×95%1259.133kg综上所述，冷冻介质用量为1291.486kg自来水用量为 644.4321268.347502761800461.8755001259.1333615.515kg4

48、.4.2 年产5000吨柠檬酸工厂水量衡算表表4. 水量衡算表Table 4 .Balance sheet of water序号 名称每100kg产品产（耗）量/t时产（耗）量/t日产（耗）量/t年产（耗）量/t1自来水3.6165.716.6550002冷水1.2918.95521508.7564574.34.5 电量衡算4.5.1 计算步骤4.5.1.1 原料粉碎液化工段（1）斗式提升机每100kg柠檬酸需要玉米0.152t，斗式提升机生产能力28t/h，电机功率18kw，则耗电量：0.152÷28×180.1kwh（2）粉碎机每100kg柠檬酸需要玉米0.152t，粉

49、碎机生产能力8t/h，电机功率75kw，则耗电量：0.152÷8×751.425kwh（3）胶带输送机每100kg柠檬酸需要玉米粉0.143t，胶带输送机生产能力63t/h，电机功率20kw，则耗电量：0.143÷63×200.045kwh（4）玉米浆液化系统每100kg柠檬酸需要玉米浆0.788t， 玉米液化系统生产能力20t/h， 电机功率85kw，则耗电量：0.788÷20×853.349kw·h4.5.1.2 发酵工段（1）发酵罐每100kg柠檬酸需要发酵液0.81t，发酵罐体积200m3，电机功率220kw，则耗电

50、量：0.81÷200×220×7264.152kw·h（2）种子罐每100kg柠檬酸需要种子液0.081t，种子罐体积20m3，电机功率22kw，则耗电量：0.081÷20×22×282.495kw·h4.5.1.3 提取精制工段（1）真空转鼓过滤机每100kg柠檬酸需要发酵液0.81t， 真空转鼓过滤机生产能力25t/h， 电机功率12kw，则耗电量：0.81÷25×120.389kw·h（2）离交柱每100kg柠檬酸离交时间约0.02h，离交工作功率15kw，则耗电量：0.02&#

51、215;150.30kw·h（3）真空浓缩罐每100kg柠檬酸蒸发水分量是0.40t，生产能力30t/h，电机功率30kw，则耗电量：0.4÷30×300.4kw·h（4）结晶罐每100kg柠檬酸结晶时间0.03h，结晶器电机功率7.5 kw，则耗电量：0.03×7.50.225kw·h（5）离心机每100kg柠檬酸需要离心溶液的量为 0.12t，离心机生产能力是5.5t/h，电机功率是7.5kw，则耗电量：0.12÷5.5×7.50.1636kw·h（6）振动流化床干燥器每100kg柠檬酸需要干燥的水分

52、量是 0.004t，振动流化床干燥器的生产能力是1.5t/h，电机功率是16kw，则耗电量：0.004÷1.5×160.043kw·h4.5.1.4其他设备（1）离心泵离心泵的数量为35个，电机功率是15kw，设每生产100kg柠檬酸泵工作时间是0.03h，则耗电量：15×35×0.0315.75kw·h（2）板框式压滤机每100kg柠檬酸需板框压滤机处理的溶液量是0.821×32.463t，板框式压滤机的生产能力是30t/h，电机功率是18kw，则耗电量：2.463÷30×181.478kw·

53、h（3）锅炉燃气锅炉：每100kg柠檬酸产生的废水处理后可产生10.86m3沼气，沼气作为燃料可生成0.139t 的蒸汽，锅炉的生产能力是2t/h，配用电机功率是9.8kw，则耗电量：0.139÷2×9.80.681kw·h燃煤锅炉：每100kg柠檬酸需要燃烧煤产生的蒸汽量是0.347t，锅炉的生产能力是6t/h，配用电机功率是20kw，则耗电量：0.347÷6×201kw·h（4）供气系统、供水系统、制冷系统、污水处理系统、沼气处理系统每生产100kg柠檬酸供气系统、供水系统、制冷系统、污水处理系统、沼气处理系统耗电量约为55kw&

54、#183;h。（5）其他生产用电每生产100kg柠檬酸照明、检测等其他用电约8kw·h。（6）生活用电每生产100kg柠檬酸生活用电约3kw·h。（7）总耗电量每吨柠檬酸总耗电量： 159.468kw·h4.5.2 年产5000吨柠檬酸工厂电量衡算表表4.电量衡算表Table 4 .Balance sheet of electricity序号 名称每100kg产品产（耗）量/t时产（耗）量/t日产（耗）量/t年产（耗）量/t1电159.4681107.415265787973400第五章 主要设备选型 设备的工艺设计与选型的任务是在工艺计算的基础上，确定车间内所有