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1、 生命科学与技术 学院 生物工程 专业 2008 级学生姓名： 沈 蕊 毕业设计（论文）题目： 以木薯为原料的年产70000吨柠檬酸工厂工艺设计 毕业设计（论文）内容：1、收集设计相关资料，翻译与课题有关的外文文献（译文不少于3000字）；2、微生物发酵法生产70000吨柠檬酸工厂工艺设计：生产工艺的选择及论证；进行物料衡算、热量衡算、水平衡等工艺计算；设备选型与计算；主要设备结构设计计算；“三废”的处理及综合利用；3、绘制全厂总平面布置图、生产工艺流程图、车间设备布置图和主要设备装配图；4、按要求编写设计说明书。专题（子课题）题目： 年产70000吨柠檬酸工厂无菌空气制备车间工艺设计 专题（

2、子课题）内容：空气除菌流程的选择与论证，绘制无菌空气制备车间设备布置图、发酵罐装配图。毕业设计（论文）指导教师（签字）： 主 管 教 学 院 （部） 长（签字）： 年 月 日第一章 前言第一节：柠檬酸理化特性中文名称：柠檬酸   英文名称：citric acid 化学名称：2-羟基-1,2,3-三羧基丙烷 英文名称2：2-hydroxy-1,2,3-propanetricarboxylic acid CAS No.：77-92-9 EINECS号：201-069-1分子式：C6H8O7 分子量：192.14 外观与性状：白色结晶粉末，无臭。 熔点()：153 沸点()：(1

3、75分解) 相对密度(水=1)：1.6650    闪点()：100 引燃温度()：1010(粉末) 爆炸上限%(V/V)：8.0(65)离解常数（25）：Ka1=7.4×10-4，Ka2=1.7×10-5，Ka3=4.0×10-7 溶解性:溶于水、乙醇、丙酮，不溶于乙醚、苯，微溶于氯仿。水溶液显酸性。 1、物理性质在室温下，柠檬酸为无色半透明晶体或白色颗粒或白色结晶性粉末，无臭、味酸，在潮湿的空气中微有潮解性。它可以以无水合物或者一水合物的形式存在：柠檬酸从热水中结晶时，生成无水合物；在冷水中结晶则生成一水合物。加热到78 °C时一

4、水合物会分解得到无水合物。在15摄氏度时，柠檬酸也可在无水乙醇中溶解。 柠檬酸结晶形态因结晶条件不同而不同，有无水柠檬酸C6H8O7也有含结晶水的柠檬酸2C6H8O7.H2O、C6H8O7.H2O或C6H8O7.2H2O。 2、化学性质从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质。加热至175 °C时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离； 加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。第二节：柠檬酸天然存在天然柠檬酸在自然界中分布很广，天然的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、

5、肌肉、血液中。人工合成的柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的，可分为无水和水合物两种。纯品柠檬酸为无色透明结晶或白色粉末，无臭，有一种诱人的酸味。 很多种水果和蔬菜，尤其是柑橘属的水果中都含有较多的柠檬酸，特别是柠檬和青柠它们含有大量柠檬酸，在干燥之后，含量可达8%（在果汁中的含量大约为47 g/L3）。在柑橘属水果中，柠檬酸的含量介于橙和葡萄的0.005 mol/L和柠檬和青柠的0.30 mol/L之间。这个含量随着不同的栽培种和植物的生长情况而有所变化。 第三节：主要用途柠檬酸是有机酸中第一大酸，由于物理性能、化学性能、衍生物的性能，是广泛应用于食品、医药、日化等行业最重

6、要的有机酸。 1.用于食品工业因为柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头果汁、乳制品等食品的制造。在所有有机酸的市场中，柠檬酸市场占有率 70%以上，到目前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂。 一分子结晶水柠檬酸主要用作清凉饮料、果汁、果酱、水果糖和罐头等的酸性调味剂，也可用作食用油的抗氧化剂。同时改善食品的感官性状，增强食欲和促进体内钙、磷物质的消化吸收。无水柠檬酸大量用于固体饮料。柠檬酸的盐类如柠檬酸钙和柠檬酸铁是某些食品中需要添加钙离子和铁离子的强化剂。柠檬酸的酯类如柠檬酸三乙酯可作无毒增塑剂，制造食品包装用塑料薄膜，是饮料和食品行业的酸味剂,防腐剂

7、。 2.用于化工、制药和纺织业柠檬酸在化学技术上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂；用作络合剂，掩蔽剂；用以配制缓冲溶液。采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性；使污垢和灰分散和悬浮；提高表面活性剂的性能，是一种优良的鳌合剂；可用作测试建筑陶瓷瓷砖的耐酸性的试剂。 服装的甲醛污染已是很敏感的问题，柠檬酸和改性柠檬酸可制成一种无甲醛防皱整顿剂，用于纯棉织物的防皱整理。不仅防皱效果好，而且成本低。 3.用于环保柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液用于烟气脱硫。我国煤炭资源丰富，是构成能源的主要部分，然而一直

8、缺乏有效的烟气脱硫工艺，导致大气SO2污染严重。目前，我国SO2年排放量已近4000万吨，研究有效的脱硫工艺，实为当务之急。柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液由于其蒸气压低、无毒、化学性质稳定、对SO2吸收率高等原因，是极具开发价值的脱硫吸收剂。 4.用于禽畜生产在仔猪饲料中添加柠檬酸，可以提早断奶，提高饲料利用率5%10%，增加母猪产仔量。在生长育肥猪日粮中添加1%2%柠檬酸，可提高日增重，降低料肉比，提高蛋白质消化率，降低背脂厚度，改善肉质和胴体特性。柠檬酸稀土是一种新型高效饲料添加剂，适用于猪、鸡、鱼、虾、牛、羊、兔、蚕等各种动物，具有促进动物生长，改善产品品质，提高抗病能力及成活率，提高饲料转化

9、率，缩短饲喂周期等特点。 5.用于化妆品柠檬酸属于果酸的一种，主要作用是加快角质更新，常用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等。 角质的更新有助于皮肤的中黑色素的剥落，毛孔的收细，黑头的溶解等。例如碧欧泉活泉舒敏洁面摩丝，令皮肤柔软、舒适，肤色清新、纯净。 6.用于杀菌柠檬酸与80温度联合作用具有良好杀灭细菌芽孢的作用，并可有效杀灭血液透析机管路中污染的细菌芽孢。享有“西餐之王”美誉的柠檬具有很强的杀菌作用，对食品卫生很有好处，再加上柠檬的清香气味，人们历来喜欢用其制作凉菜，不仅美味爽口，也能增进食欲。 7.用于医药在凝血酶原激活物的形成及以后的凝血过程中，必须有钙离于参加

10、。枸橼酸根离子与钙离子能形成一种难于解离的可溶性络合物，因而降低了血中钙离子浓度，使血液凝固受阻。本品在输血或化验室血样抗凝时，用作体外抗凝药。 8.柠檬酸的化学加工或深加工 除了以上柠檬酸本身的用途，柠檬酸的另一个主要用途是深加工，这是一个丰富多彩的产业链。 柠檬酸是羟基酸，其分子中有四个活性基团三个羧基和一个羟基。这四个基团均可发生酯化或醇解或酰化反应，生成酯类化合物，常见的产品有柠檬酸三甲酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯，乙酰柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三丁酯等；柠檬酸的羧基还可以成盐，常见的产品有柠檬酸钠、柠檬酸铵、柠檬酸钙、柠檬酸铁、柠檬酸铁铵等。 9.药用价值： (1)柠檬

11、酸具有防止和消除皮肤色素沉着的作用。我国中医认为，柠檬性温、味苦、无毒，具有止渴生津、祛暑安胎、疏滞、健胃、止痛等功能利尿，调剂血管通透性，适合浮肿虚胖的mm。吸烟者要多吃柠檬，因为他们需要的维生素C是不吸烟者的2倍。柠檬热量低，且具有很强的收缩性，因此有利于减少脂肪，是减肥良药。柠檬能防止心血管动脉硬化并减少血液粘稠度。热柠檬汁加蜂蜜对治疗支气管炎和鼻咽炎十分有效。甘地润肺、酸地消渴、开胃解酒毒、美白、润肤、降低胆固醇。冲泡剩余，可涂在面部治疗面斑，粉剌。 (2)袪痰：更鲜为人知的，是柠檬也能袪痰，且袪痰功效比橙和柑还要强。将柠檬汁加暖水和盐，饮之可将喉咙积聚的浓痰顺利咳出，十分灵验。感冒初

12、起时，不妨用柠檬加蜜糖冲水饮，可以纾缓喉痛、减少喉咙干涸不适。 另外，每天早上在还没有进任何食物前喝一杯柠檬水，不但可以加强肠胃蠕动、治疗便秘、排出体内毒素、达到美容的功效，还可以去除口腔异味，消除口臭。 柠檬片泡水喝的最直接的功效就是美容啦，每天早晨喝一杯热柠水的习惯，柠檬汁的份量以半只柠檬为宜。这会使眼睛更有神、皮肤更红润。如果在水中多加一些柠檬汁，还会起到清除体内垃圾的作用。第四节：柠檬酸行业及其科技进步概况1.总产量稳定增加，品种不断延伸，集约化程度大幅提高。据不完全统计，2002年全国柠檬酸总产量突破40万吨。 2.技术水平不断提高，消耗一降再降，生产成本压缩到新的水平，全面提升了中

13、国柠檬酸的竞争力。 3.产品品质越来越为企业所重视，较几年前有了很大改善，中国柠檬酸产品的形象逐渐好转。安徽丰原生物化学股份有限公司经过几年的培育，BBCA的品牌逐步被国际市场认可，享有很好的信誉。不少新建企业，从开工之日起，就坚持很高的质量标准和以自己独立的品牌进入市场，这是富有远见的战略决策。 4.新技术、新材料、新设备的应用有了很多新的收获。不少相关行业的成果，如酶技术、膜技术、微机技术和先进装置等越来越多地被采用。特别是提取技术的重大突破和新提取生产线的建成投产，在柠檬酸工业史上，具有划时代的意义。 5.三废治理技术日渐完善，大多数企业建设了有效的废水处理装置，正常运行并注重实效。自去

14、年三部委92号公告发布后，更促进了业内企业对环境保护工作的高度重视。已有18家柠檬酸生产企业为省级环保部门验收，被国家环保总局正式公布为达标企业。今年3月，国家环保总局、中国发酵工业协会组织有关专家对部分达标企业进行了首次调 研检查，结果基本满意，有的企业做得很好。可以说，全行业已从建立处理设施进入有效治理阶段。 6. 对于新建、扩建项目，逐渐走出盲目发展、重复建设、大起大落的误区。西部大开发以来，我们曾经十分担心，不少地方为解决粮食出路，发展出口商品，会利用政策倾斜，置生态环境于不顾，一哄而起大上柠檬酸，然而由于市场经济体系走向成熟，柠檬酸市场长期低迷，国内投资体制渐趋完善，地方政府较为理智

15、，过去所谓的形象工程逐渐淡化，这种局面并未出现。现在虽然有一些新建、扩建工程在进行，大都经过认真的评估和论证，具有很强的比较优势。 我国加入WTO后，柠檬酸工业继续发展壮大，2002年，柠檬酸出口量为26万吨，柠檬酸钠出口量为2.58万吨，出口总量比上年仍增长3%。我国柠檬酸行业开始走上了持续健康的发展道路。 第五节：柠檬酸行业亟待解决的课题1 .原料，至今仍是一个重要的课题。我们目前主要的原料是木薯和玉米。前者仍是粗料发酵，它带来了一系列固有的缺陷，如培养基营养成分的波动；大量不参与生化反应的杂质空耗能源，并给提取增加诸多负担；发酵液总糖浓度偏低，影响了发酵指数和设备利用率；发酵液滤渣价值很

16、低，难以综合利用等等。玉米原料也只能算是半精料发酵，为了调整氮源，还要将一定比例的玉米粉直接进罐。由于要追求尽可能高的液化收率，总糖浓度也无法调高，致使我们的发酵产酸，至今停留在12%13%的水平。玉米原料的综合利用也是个大问题，我们除利用了淀粉之外，将其余部分都制成了廉价的饲料，太可惜了。所以，根据各厂实际，选用更适合的原料，提高资源利用率，是很迫切的问题。 2. 菌种，近年来进展不大。随着分子生物工程的发展，为优良菌种的选育提供了更为广阔的天地，用基因重组菌种取代，改良原有的柠檬酸、青霉素菌种已见诸报道。以基因工程手段改造传统的发酵工业，已经不是遥遥无期的事，如果我们不努力攻关，今天的技术

17、优势很可能在新一轮的竞争中失去。这次会议，天津工微所介绍了他们在高糖发酵菌种和工艺方面的新成果。随着发酵罐的日益大型化，它与手工麸曲制备的矛盾越来越突出，如何实现麸曲制备的工业化，或代之以孢子粉，是多年未能突破的难题。自然，最为理想的是制成孢子粉或采用固定化技术，只是技术难度很高。复旦大学郭杰炎教授提出，目前更为现实的，是以固态发酵改变落后的麸曲制备工艺。现在固体培养基发酵罐早已问世，已有应用生物制药、酶制剂、制曲等工业的报道。如一种立式多层固态发酵罐，投料前进行空罐灭菌。物料从顶部加料孔进入，然后进行蒸煮、灭菌，物料降温通过内蛇管、外夹套冷却，罐底进入无菌空气，从罐顶排出，达到通气、恒温要求

18、，采用轴向搅拌翻料，发酵罐容积范围为0.510m。另一种华东理工大学的智能生物发酵罐，全容量为50L5000L， 采用外罐体转动的搅拌方式，物料在罐体内边翻滚边进行蒸汽灭菌，通过进气调节罐内温度和湿度，转速为030rmp，均为不锈钢结构。用这类固态发酵罐来改革我们传统的麸曲制备工艺，成功的希望应该是很大的。 目前，大部分工厂仍沿用实罐灭菌工艺，罐外液化，连续消毒工艺已十分成熟，采用的又都是碳钢设备，投入不大。可以大大提高发酵罐的利用率，大幅度降低汽耗，值得大力推广。 3.提取方面，整体装置水平，特别是一水生产线的水平还不高，技术改造的任务十分繁重。如何借鉴相关行业的成功经验，广泛采用新技术、新

19、材料、新设备，还有很多文章要做。即使不急于用色谱、吸交等全新的工艺，就是在传统的过滤、浓缩、离心、干燥、包装、储运等操作上，也有许多需要改进的地方。 与发达国家相比，我们单条生产线的规模还偏小，控制手段一般，自动化程度不高，劳动生产率较低，资源综合利用与清洁生产水平不够，差距是多方面的，许多课题等待着我们去研究与探索。 4. 应用领域的拓宽和系列产品的延伸。这一直是行业工作包括科技工作的弱项。虽然呼吁多年，进展尚不能令人满意。至今柠檬酸国内需求量有限，而对国际市场依赖度过大。据统计，我国2002年饮料总产量达2025万吨，同比增长20%，然而其中瓶装饮用水810万吨，占40%。碳酸饮料600万

20、吨，接近30%。碳酸饮料中，可乐型不用柠檬酸，估计约占40%。加上果汁型饮料213万吨，估计全年耗用柠檬酸不过2万吨。我国人均饮料消费量约1 5升。世界平均水平54升，美国297升，西欧150210升，我们只是人家的1/201/4应该说发展潜力很大。但由于经济发展水平和饮食习惯，短期内难以大幅度上升。应用领域的开发，需要我们投入更多的力量。第二章 项目可行性论证项目可行性研究报告主要是通过对项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影

21、响进行预测，从而提出该项目是否值得投资和如何进行建设的咨询意见，为项目决策提供依据的一种综合性的分析方法。可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。项目可行性研究内容丰富，涉及项目建设的方方面面，但一般地说，主要从市场营销、技术、组织管理、社会与生态环境影响、财务、经济等六方面是否可行进行分析研究。现今我国的柠檬酸生产厂家中，柠檬酸生产已经建立了完善的体制。主要包括一下几方面：各企业大多建立了完整的环保工作管理体系，培养了专职的环保专业技术人员、操作工人和分析人员，制订了较为完备的技术管理文件，配备了必要的检测分析仪器，保证了处理站的正常运行。节水问题也日益为企业所重视，不少厂家都建

22、立了循环用水系统，有的已将处理后的中水利用起来，减少了排放。有的工厂正在实施用水零排放的方案。三废治理的技术也在不断探索之中，如好氧污泥和硫酸钙渣的深度开发，都取得了可喜的成果处理设施再生利用运转显成效在核查中发现，各柠檬酸生产企业有两个鲜明的特点。一是处理设施运行状况较好。大多数企业的处理装置运行稳定良好，厌氧污泥颗粒大而活性强、沉降分离快。好氧曝气均匀、溶氧高、污泥浓度适中、沉降效果好。控制系统先进，各项分析检测数据正常。也就是说，全国柠檬酸行业已经跨越了仅仅配备处理设施的阶段，进入了坚持正常运行，真正有效处理达标排放的状态。另一个重要特点是再生资源的利用取得了重大进展，这使得三废治理不再

23、是赔钱的事。有14家企业的处理站已经将沼气有效利用，这14家的产能占核查通过总产能的919，占申请核查企业总产能的891。可以看出沼气的利用率已经达到相当高的水平。在沼气的利用中，有的用于溴化锂制冷、余热锅炉，有的引入锅炉燃烧，有6家厂采用了沼气发电项目。据企业核算，每生产1吨柠檬酸排出的有机废水，经厌氧反应，所产沼气可发电220千瓦时以上。除了用于处理站的运行外，还可用于生产线的用电。可降低柠檬酸单位电耗约200千瓦时。发电后的尾气仍高达500以上，可以利用于余热锅炉，溴化锂中央空调或用于热风炉干燥菌渣。厌氧反应器所产的颗粒污泥，作为高活性的菌种，也有很好的收益。一个5万吨级的柠檬酸厂，仅厌

24、氧污泥的收入，每年可在200万元以上。这一重大转变，标示着我国柠檬酸行业的环保工作已经从被动的末端治理，开始进入了资源再生、循环经济的全新阶段。法规强化行业协调促环保进步2002年12月三部委发布了禁止未达到排污标准的企业生产、出口柠檬酸产品的公告（犤2002犦92号），即现在柠檬酸行业执行的“92号公告”，“92公告”的发布和2004年1月柠檬酸工业污染物排放国家标准的执行，在柠檬酸行业掀起了一场环保风暴。“92公告”规定凡在中国境内从事柠檬酸生产的企业，必须建设与生产规模相适应的环保治理设施，主要污染物排放必须达到国家规定的排放标准。禁止未达到排污标准的企业生产与出口柠檬酸产品。这是国家三

25、部委针对一个行业发布的将生产、出口与环保结合于一起的试点政策，是加强环境监督的一个有示范意义的尝试。此后，为了使公告的执行真正落实，不但要求企业出具省级环保部门的达标证明，国家环保总局还委托中国发酵工业协会对企业的治理现状进行现场核查。这样强有力的措施，对认真做好环境保护的企业，是莫大的支持；对治理不力的企业，是巨大的压力和推动；对全行业的三废治理工作，起了决定性的促进作用。近年来，各地方政府对于环境保护的重视程度也大大提高，加强了对企业的监督，这对于行业环保水平的整体提升，起了重要作用。柠檬酸生产销售状况国际柠檬酸行业概况柠檬酸主要生产厂家目前集中在中国、美国和欧洲等国家和地区(全球柠檬酸食

26、业产能及市场占有率见表1)。中国由于其生产工艺技术先进、劳动力成本低廉等原凶处于领先地位，是柠檬酸主要生产国和出口国。由于中国柠檬酸生产工艺技术不断进步，产品质量持续提高，在国际市场上具有很强的竞争力，加卜近儿年受世界经济危机的影响，部分外国企业顶不住价格与成本方面的压力，选择停产关闭。2003年，捷克Akitva柠檬酸生产商公司停掉了其在捷克的所有柠檬酸生产设施。2005年，美国原料药巨头ADM公司关闭了其设在爱尔兰的柠檬酸生产厂，该厂年产量达6万t。2006年初，Solaris公司关闭了其设在印度的一家柠檬酸厂。英国Tate&Lyle公司在墨西哥的一家工厂前不久也关闭。DsM于20

27、09年关闭了其在中国无锡的丁厂，并已同意向Adcuram集团出售其位于比利时Tienen的柠檬酸业务CitriqueBelge。世界上两个最大的柠檬酸进口国是德国和美国，年进口量约为10万t和8万t。中国是世界上最大的柠檬酸出口国，目前中国柠檬酸年产能已经超过l00万t，占世界的53左右；2010年出口量85万t，超过世界贸易总量的一半，主要出口到欧洲、日本等地。2008年以前美国是中国最大的柠檬酸出口目的地国，对其年出口量达6万t，随着美国对中国柠檬酸出口商进行反倾销反补贴调查，并征收高额倾销和补贴税率，中同出口美国柠檬酸数量急剧下降，2010年出口美国柠檬酸产品主要来自日照金穗。国际经济形

28、势的好坏对我国的柠檬酸出口影响极大，从2007年开始的国际经济危机，严重的降低了外部需求，从而导致了我国柠檬酸出口的大幅度下滑，而在2009年随着国际经济形势的复苏，外部需求逐渐恢复，我国的出口也快速回升。但从整体趋势看，我国柠檬酸出口总量仍呈不断增长趋势。具体情况见图1。科技进步提供三废治理有力支撑柠檬酸行业发展初期，污染物的排放问题是柠檬酸企业的沉重包袱，也是柠檬酸行业发展所面临的巨大挑战。目前，对于柠檬酸有机废水的治理，在技术上已经不存在问题，在装置上已经大部国产化。新型的厌氧反应器以其大容量、高负荷、耐冲击、运行稳定而被广泛采用。而且，环保产业已从单纯提供技术或承接工程，逐渐转向全方位

29、的服务。从水样分析、做可行性研究报告开始，到工程设计和总承包、调试、编写文件、人员培训和运行期间的服务，给用户带来很大的便利。在柠檬酸行业中，荷兰帕克公司、苏州科技学院环保技术研究所、济南十方公司等，都对柠檬酸有机废水的处理作了大量深入的研究，完成了多项优良的工程，获得行业广泛的好评。同时，一些相应的配套产业也应运而生，如胜利油田胜利机械动力集团，为沼气利用提供了适用的发电设备，已在行业中获得广泛的应用。由于柠檬酸发酵和提取技术水平的提高和节能减排措施有力，我国柠檬酸行业的污染正排放量逐年减少；同时行业定期进行环保核查以及欧盟对中柠檬酸以牺牲环保为借口的反倾销调查，极大地推动了柠檬酸行业的三废

30、处理，经过几年的努力，三废处理成效显著。据2008年全行业环保核查统计的数据显示：全行业的平均COD排放强度为2784kgtCAM，相当于前几年的80；全行业年COD产出总量为250724t，治理后排放量为5296t，去除率为9789，全年最终排人自然水体中的c0D总量为228lt，不到总产出量的1；全行业的废水处理站年产沼气12540万m3，相当于节省125万吨原煤；全行业其他环保循环经济(包括污泥、饲料等)约5224万元。行业整体取得了非常了不起的成果，实现了巨大的社会和经济效益。我国柠檬酸工业经过近40年的高速发展，已经具有全球第一的规模和世界领先的技术水平。近年来，通过全行业的努力，产

31、品的品种与质量有了很大的提高，一些知名品牌产品也已在国际市场畅销。目前，柠檬酸行业已经摆脱了高消耗、高污染、低质量、低水平的状态，正以全新的姿态走上资源节约、清洁生产、环境友好、健康发展的道路。“92公告”的发布与执行，整顿了行业的竞争秩序，促进了行业环保工作的进步，有待进一步深入推广。第一节：设计依据及设计范围1. 设计依据世界柠檬酸工业化发酵生产主要有表面(浅盘)发酵法、深层液体发酵法和固体发酵法。随着我国选育的耐高糖、耐高柠檬酸并具抗金属离子的黑曲霉高产柠檬酸菌株被成功应用于深层液体发酵，以及近年来我国开发的浓醪高发酵指数的深层发酵新工艺的日益完善与在全球的推广，采用黑曲霉柠檬酸产生菌进

32、行深层液体发酵逐渐成为当今世界柠檬酸生产的主流技术1。柠檬酸发酵液除含有主要产物柠檬酸以外，还含有纤维、菌体、有机杂酸、糖、蛋白质胶体物质、色素、矿物质及其他代谢产物等杂质，其来源于原材料，未消耗的营养盐和发酵副产物等，通过各种物理化学方法，清除这些杂质，得到符合各级质量标准的柠檬酸产品的全过程，即为柠檬酸的分离提取技术。日前柠檬酸生产中后提取技术基本上都是采用“钙盐沉淀法”，工艺流程详见图4。“钙盐沉淀法”的优点在于操作简便、易于掌握、产品安全、费用较低等。2. 设计范围其范围涉及到建筑、 经济、机械 、 环保、地理、气象、市场营销等学科领域,所有一切都以食品为基础,食品技术人员是总设计师,

33、向其它专业技术人员提出要求,其它专业技术人员按食品工艺要求来分别进行设计,各专业人员应相互配合,密切协作,共同完成食品厂的设计任务,要求设计者随时掌握各相关学科的发展动态及本学科的新知识、 新技术,将国内外新的科学成果在设计工作中得到体现.工厂设计包括工艺设计和非工艺设计两大组成部分。所谓工艺设计，就是按工艺要求进行工厂设计，其中又以车间工艺设计为主，并对其他设计部门提出各种数据和要求，作为非工艺设计的设计依据。（一）工艺设计食品工厂工艺设计的内容大致包括：全厂总体工艺布局；产品方案及班产量的确定；主要产品和综合利用产品生产工艺流程的确定；物料计算；设备生产能力的计算、选型及设备清单；车间平面

34、布置；劳动力计算及平衡；水、电、汽、冷、风、暖等用量的估算；管道布置、安装及材料清单；施工说明等等。除了上述内容外，还必须提出工艺对总平面布置中相对位置的要求；对车间建筑、采光、通风、卫生设施的要求；对生产车间的水、电、汽、冷、能耗量的要求；对各类仓库面积的计算及仓库温湿度的特殊要求等。1、工艺设计的步骤工艺设计主要是在由原料到各个生产过程中，设计物质变化及流向，包括所需设备的运用。具体步骤如下：（1）根据前期可行性调查研究，确定产品方案及生产规模。（2）根据当前的技术，经济水平选择生产方法。（3）生产工艺流程设计。（4）物料衡算。（5）能量衡算（包括热量、耗冷量、供电量、给水量计算）。（6）

35、选择设备。（7）车间工艺布置。（8）管路设计。（9）其它工艺设计。（10）编制工艺流程图、管道设计图及说明书等。2、产品方案及班产量的确定 产品方案又称生产纲领，实际是食品厂准备全年（季度、月）生产哪些品种和各种产品的规格、产量、产期、生产车间及班次等的计划安排。当然市场经济条件下的工厂要以销定产，产品方案既作为设计依据，又是工厂实际生产能力的确定及挖潜余量的测算。产品方案的影响因素是多方面的，主要有：产品的市场销售、人们的生活习惯、地区的气候和不同季节的影响。在制定产品方案时，首先要调查研究，分析得到的资料，以此确定主要产品的品种、规格、产量和生产班次。其次是要用调节产品用以调节生产忙闲不均

36、的现象。最后尽可能把原料综合利用及贮存半成品，以合理调剂生产中的淡、旺季节。总之，在安排产品方案时，应尽量做到“四个满足”和“五个平衡”。“四个满足”是：(1)满足主要产品产量的要求；(2)满足原料综合利用的要求；(3)满足淡旺季平衡生产的要求；(4)满足经济效益的要求 。“五个平衡”是：（1）产品产量与原料供应量平衡；（2）生产季节性与劳动力平衡；（3）生产班次要平衡；（4）产品生产量与设备生产能力要平衡；（5）水、电、气负荷要平衡。 （二）非工艺设计非工艺设计包括：总平面、土建、采暖通风、给排水、供电及自控、制冷、动力、环保等的设计，有时还包括设备的设计。非工艺设计都是根据工艺设计的要求和

37、所提出的数据进行设计的.工艺设计与非工艺设计之间的相互关系体现为工艺向土建提出工艺要求，而土建给工艺提供符合工艺要求的建筑；工艺向给排水、电、汽、冷、暖、风等提出工艺要求和有关数据，而水、电、汽等又反过来为工艺提供有关车间安装图；土建对给排水、电、汽、冷、暖、风等提供有关建筑,而给排水、电、汽等又给建筑提供有关涉及建筑布置的资料，用电各工程工种如工艺、冷、风、汽、暖等向供电提供出用电资料，用水各工程工种如工艺、冷、风、汽、消防等给排水提出用水资料。因为整个设计涉及工种多，而且纵横交叉，所以，各工种间的相互配合是搞好工厂设计的关键第二节：设计指导原则1、符合经济建设的总原则：做精心设计、投资省、

38、技术新、质量好、收效快、回收期短。2、设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均先进水平为宜。3、积极采用新技术，力求设计在技术上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性。4、必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相符合的原则，并留有适当的发展余地。5、工厂还应贯彻国家食品卫生有关规定充分体现卫生、优美、流畅并能让参观者放心的原则。6、 设计工作必须加强计划性、各阶段工作要有明确进度。第三节：设计特点（设计中体现的特点）1、经济上合理，技术上先进投产后,产品在质量和数量上均能达到设计所规定的标准。食品工厂建设的先进性反映着一个国家的经济和科学技术发展的水平，也反应着人民生

39、活水平的高低，而食品工厂的先进性则首先决定于工厂设计的合理性，在日常生活中，我们经常会发现，许多刚刚建成的食品工厂，由于在设计上存在严重缺陷，致使无法正常生产，尚未投产就不得不进行返工或改造，还有一些食品工厂，由于在设计上缺乏前瞻性，投产一两年就不得不进行大范围的改造，使大量的人力和物力浪费，还延误了宝贵的生产时间，造成了经济上的巨大损失，由此可以看出，食品工厂设计在食品工业发展过程中有着及其重要的地位和作用。2、 在三废治理和环境保护方面必须符合国家有关规定与其它类型工厂的基本建设一样，“三废”处理的措施恰当 与否，关系到产品质量和环境保护的问题，必须予以十分重视。这也是现代食品企业的最基本

40、要求。3、尽可能减轻工厂的劳动强度使工人有一个良好的劳动工作条件。4、考虑到食品生产的季节差异性。第四节：主要经济指标（生产规模、年生产天数、物料消耗、副产物产量）1、生产规模：年产70000吨柠檬酸2、年生产天数：每年有一至两个月进行设备维修和检查，其余时间都进行生产。3、物料消耗：生产一吨柠檬酸大概需要两吨木薯干切片，所以一年的物料消耗大概在140000吨左右。4、 副产物产量：主要副产物为石膏和菌体，第五节：厂址选择论证厂址选择是指在相当广阔的区域内选择建厂的地区，并在地区、地点范围内从几个可供考虑的厂址方案中选择最优厂址方案的分析评价过程。厂址条件选择是项目建设条件分析的核心内容。项目

41、的厂址选择不仅关系到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等具有全局性、长远性的重要问题，还将直接或间接地决定着项目投产后的生产经营，可以说，它直接或间接地决定着项目投产后的经济效益。所以，厂址选择问题是项目投资决策的重要一环，必须从国民经济和社会发展的全局出发，运用系统观点和科学方法来分析评价建厂的相关条件，正确选择建厂地址，实现资源的合理配置。选择建厂地区要考察的因素既有政治方面的，也有经济方面，有自然方面的，还有社会方面的。1、 自然环境包括气候条件和生态要求两个方面。（1）气候条件 气候在选择建厂地区时是一个重要因素。除了直接影响项目成本以外，对环境方面的影响也很重要。由于

42、食品项目类型不同，气候条件对项目起作用的方式也不同。特别是在有大量运输和建筑工程的项目中，天气是影响项目的主要因素。在厂址选择时，应从气温、湿度、日照时间、风向、降水量等方面说明气候条件。这些方面中的每一项都可以进行更详细的分析，如平均日最高气温和最低气温及日平均气温等。（2）生态要求 有些食品厂可能本身并不对环境产生不利影响，但环境条件则可能严重影响着食品厂的正常运行。食品厂多数为农产品加工项目，明显依赖于使用的原材料，这些原材料可能由于其他因素 (如被污染的水和土壤)而降低等级。有的食品项目，用水量很大，而且对水质要求也很高，如果附近的工厂将废水排入河中，影响工厂水源的卫生质量，则该项目将

43、受到严重损害。（3）建厂地区应选择在原材料和燃料动力的产区 (即面向资源)或与企业有关的主要消费中心所在地(又面向市场)。（4）选择建厂地区最简单的方式是：根据原材料来源地及主要市场的交通情况，提出几个可供选择的厂区方案，并计算其运输、生产成本。以资源为基础的食品项目，由于运输费用较高，应选择建设在基本原材料产地附近；对易变质的食品工业则应面向市场，这类项目一般建在主要消费中心附近。但是，许多食品不可能由一个特定的因素就决定其厂址，既可以建在资源地，也可建在消费中心附近，甚至可以设在中间的某些点上。对于不过分面向资源或市场的食品项目,最好的建厂地区能够将下列因素很好的结合起来：距原材料和市场的

44、距离合理，良好的环境条件，劳动力储备丰富，能以合理的价格取得充足的动力和燃料，运输条件良好以及具有废物处理设施等。 第六节：工艺流程选择原则工艺流程是初步设计审批过程中主要审查内容之一，它的正确与否往往决定产品质量、产品竞争力，决定食品厂的生存与发展，选择工艺流程必须通过分析、比较，从理论和实际各个方面进行论证，证实它在技术上是先进的。在经济上是高效的，符合:1、设计计划任务书的要求：（1）原料匹配性。根据原料性质、种类和来源拟定工艺流程。（2）按产品规格和部颁标准拟定。（3）注意经济效益，尽量选择投资少，消耗低，成本低，产品收益率高的生产工艺。（4）“三废”处理效果好，减少“三废”处理量，治

45、理三废项目与主体工程同时设计，同时施工，选用产品“三废”少或经过治理容易达到国家规定的“三废”排放标准的生产。（5）产品在市场有较强的竞争能力，有利于原材料的综合利用。（6）对传统名优产品不得随意更改生产工艺，一旦更改必须经过反复实验、专家鉴定、报上级批准。（7）对科研成果，必须经过中试放大后，才能应用。（8）优先采用机械化、连续化自动作业线，暂不能实现机械化生产的品种，其工艺流程应尽量按流水线排布，减少原料，半成品在生产流程中停留的时间，避免变色、变味、变质现象发生。（9）罐装后需要杀菌的食品最好采用连续杀菌或高温短时杀菌，高浓缩操作的食品应采用真空浓缩以减少温度对产品色泽和口味的影响，特别

46、是对热敏性的食品，需要注意。（10）结合我国国情。在进行产品工艺设计时，必须以我国具体情况出发，在市场消费水平，相关机械设备及电气仪表制造能力，劳动就业与生产自动化水平关系等方面做出恰当的衡量，综合考虑。在引进国外先进技术和设备时，要考虑是否适合我国生产实际，并注意消化吸收，以缩短与发达国家的水平差距。（11）确保安全生产，以保证人身和设备安全。第七节：生产工艺流程设计 生产方法确定以后，就开始工艺流程的设计。有如下内容： （一）确定生产线数目 根据产品方案及生产规模，视生产实际情况，结合投资大小，确定生产线及生产线数目。如果产量大，可采用几条生产线，以便生产调剂，设备护理等。（二）确定生产线

47、自动化程度生产线有间歇和连续两种。在确定生产线自动化程度时，根据生产特点和技术成熟性，结合生产规模，一般采用先进、经济、合理的自动化生产线，高品质产品生产配以自动化在线检测，以保证产品质量。（三）工艺流程图的设计工艺流程图的设计主要包括生产工艺流程示意图，生产工艺流程草图和生产工艺流程图三个阶段。第八节：设备生产能力计算及选型 物料衡算是设备选型的根据，而设备选型则要符合工艺的要求。设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，又是工艺布置的基础，并且为动力配电，水、汽用量计算提供依据。设备选型应根据每一个品种单位时间（小时或分）产量的物料平衡情况和设备生产能力采确定所需设备的台数。若有几

48、种产品都需要共同的设备，在不同时间使用时，应按处理量最大的品种所需要的台数来确定。对生产中的关键设备，除按实际生产能力所需的台数配备外，还应考虑有备用设备。一般后道工序设备的生产能力要略大于前道工序，以防物料积压。、设备选型及设备设计的原则 食品工厂生产设备大体可分四个类型：计量和贮存设备；通用机械设备；定型专用设备和非标准专业设备。在选择设备时，要按照下列原则进行：（1）满足工艺要求，保证产品的质量和产量。（2）一般大型食品工厂应选用较先进的，机械化程度高的设备；中型厂则看具体条件，一些主要产品可选用机械化、连续化程度较高的设备；小型厂则选用较简单的设备。（3）所选设备能充分利用原料，能耗少

49、，效率高，体积小，维修方便，劳动强度低，并能一机多用。（4）所选设备应符合食品卫生要求，易清洗装拆，与食品接触的材料要不易腐蚀，不致对食品造成污染。（5）设备结构合理，材料性能可适应各种工作条件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。（6）在温度、压力，真空度，浓度，时间、速度、流量、液位，计数和程序等方面有合理的控制系统，并尽量采用自动控制方第九节：车间平面布置原则生产车间布置是工艺设计的重要部分，不仅对建成投产后的生产实践有很大关系，而且影响到工厂整体。车间布置一经施工就不易改变，所以，在设计过程中必须全面考虑。工艺设计必须与土建，给排水、供电、供汽、通风采暖、制冷以及安全卫生等方面取得统一和协

50、调。第十节：生产车间工艺布置的原则（）要有总体设计的全局观点。首先满足生产的要求，同时，还必须从本车间在总平面图上的位置，与其他车间或部门间的关系，以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。（2）设备布置要尽量按工艺流水线安排设备布置要尽量按工艺流水线安排，但有些特殊设备可按相同类型作适当集中，务必使生产过程占地最少，生产周期最短、操作最方便。如果一车间系多层建筑，要设有垂直运输装置，一般重型设备最好设在底层。原料收发间应设有地磅。（3）应考虑到进行多品种生产的可能在进行生产车间设备布置时，应考虑到进行多品种生产的可能，以便灵活调动设备，并留有适当的余地，以便更换设备。同时，还应注意设备相互间的

51、间距和设备与建筑物的安全维修距离。既要操作方便，又要保证维修装拆和清洁卫生的方便。（4）生产车间与其他车间的各工序要相互配合为保证各物料运输通畅，避免重复往返，生产车间与其他车间的各工序要相互配合。必须注意：要尽可能利用生产车间的空间进行运输；合理安排生产车间各种废料排出；人员进出口要和物料进出口分开。（5）必须考虑生产卫生和劳动保护如卫生消毒、防蝇防虫、车间排水、电器防潮及安全防火等措施。对散发热量、气味及有腐蚀性的介质，要单独集中布置。对空压机房，空调机房、真空泵房等既要分隔、又要尽可能接近使用地点，以减少输送管路及管路损失。（6）应注意车间的采光、通风、采暖、降温等设施。（7）可以设在室

52、外的设备，尽可能设在室外，上面可加盖简易棚。第十一节：全厂总平面布置原则总平面设计，就是一切从生产工艺出发，研究建筑物、构筑物、道路、堆场、各种管线和绿化等方面的相互关系，在一张或几张图纸上表示出来，这样的设计就叫工厂总平面设计。1、平面布置（1）运输设计 合理组织用地范围内的交通运输线路的布置，即人流货流分开，避免往返交差，布置合理。厂区道路一般采取水泥或者沥青路面，以保持清洁，厂区道路应按运输量及运输工具情况决定其宽度，运输货物道路应与车间间隔，特别是运煤和煤渣的车，一般道路应为环形道，道路两旁有绿化。（2）管线设计工程管网线的设计必须布置得整齐合理，尽量和人流，货流分开，特别是高压线，有

53、些采用走地下通道。（3）绿化设计及环保设计绿地率一般在20%左右较好。2、竖向布置竖向布置就是与平面设计相垂直方向的设计，也就是厂区各部分地形标高的设计，其任务是把地形设计成一定形态，既要平坦又便于排水。第十二节：总平面设计的基本原则（1）总平面设计应按批准的设计计划任务书和城市规划要求，对建筑布局、方位、道路、绿化、环保等进行综合设计，布置必须紧凑合理，做到节约用地，分期建设的工程，应一次布置，分期建设，还应考虑工厂扩建的可能，合理预留发展空地。（2）对建筑物、构筑物的布置必须符合生产工艺要求。保证生产过程的连续性，互相联系比较紧密的车间，仓库可进行合理组合，建成联合厂房，要求物流线路短捷，

54、运输总量最少，尽量避免往返交叉，合理组织人流和货流，相互间影响的车间不要放在同一建筑物里。（3）动力设施应接近负荷中心。（4）厂区建筑物间距应按有关规划设计。从防火、卫生、防震、防尘、噪音、日照、通风等方面考虑，在符合有关规范的前提下，使建筑物间的距离最小。（5）卫生方面的要求1）生产车间要注意朝向，保证通风良好。2）生产厂房应与公路有一段距离，中间设置绿化地带，一般3050米。3）厕所应与生产车间分开并有自动冲水设施。4）对卫生有不良影响的车间应远离其它车间。5）生产区和生活区尽量分开，厂区尽量不搞屠宰。第三章 工艺方法第一节：整体工艺流程第二节:主要工艺流程一、原料处理工段1.1在这次设计

55、中我负责设计的是一木薯为原料年产70000吨柠檬酸的工厂工艺设计，在我们最后一次的毕业实习中，我参观的也是一木薯为原料年产100000吨柠檬酸的工厂，所以有很多可以借鉴的地方，但工厂中有好多工段可以做进一步的改进，下面我就来具体阐述一下自己的工理论。1.2、木薯木薯，是灌木状多年生作物。茎直立，木质，高2-5m，单叶互生掌状深裂，纸质，披针形。单性花，圆锥花序，顶生，雌雄同序。木薯于十九世纪二十年代引入我国，首先在广东省高州一带栽培，随后引入海南岛，现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多，福建、云南、江西、四川和贵州等省的南部地区亦有引种试种。木薯是世界三大薯类之一，广泛栽培于热带

56、和亚热带地区。在我国南亚热带地区，木薯是仅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物。它在作物布局，饲料生产，工业应用等方面具有重要作用，已成为广泛种植的主要的加工淀粉和饲料作物。木薯为大戟科植物木薯的块根，木薯块根呈圆锥形、圆柱形或纺锤形，肉质，富含淀粉。木薯粉品质优良，可供食用，或工业上制作酒精、果糖、葡萄糖等。木薯的各部位均含氰苷，有毒，鲜薯的肉质部分须经水泡、干燥等去毒加工处理后才可食用。由于鲜薯易腐烂变质，一般在收获后尽快加工成淀粉、干片、干薯粒等。木薯主要有两种：苦木薯(专门用作生产木薯粉)和甜木薯(食用方法类似马铃薯)。云南适合种植木薯的荒山、荒坡约有650万亩, 主要集中在红河、文

57、山、普洱、西双版纳、德宏、保山、临沧等海拔低于1500米的低热河谷地区。全年平均气温摄氏20度以上, 4月平均温度28摄氏度, 10月平均温度17摄氏度, 年降雨量400毫米以上。 由于我省木薯加工利用相对滞后, 造成木薯的使用量减少, 种植面积也随着下降。2006年我省种植面积为315万公顷,鲜薯总产为5718万吨, 比2005年分别增长31%和79%。2006年, 云南省制定了5云南省生物质液体燃料产业发展规划6, 计划未来15年木薯种植面积将发展到15万公顷。云南具有发展木薯优越的自然条件。云南省热区总面积为8111万平方公里, 约占全省国土面积的21%, 占全国热区总面积的1618%, 是云南乃至全国不可多得的发展热作生产的宝地。热区主要分布在澜沧江、金沙江怒江、红河、南盘江以及伊洛瓦底江的支流大盈江、龙江流域, 海拔在1400m以下的低热河谷地区。冬无严寒, 夏无酷暑, 光、热、水都较充足, 年均温1715 2317e之间, 积温3700 7200e , 年降雨总量6302245mm, 光、热、水十分有利于木薯生长, 具有发展木薯优越的自然条件。所