生产20000吨柠檬酸的工艺设计

.23/26年产20000吨柠檬酸工艺设计目录第一部分文献综述TOC\o"1-3"\h\u296881.柠檬酸133211.1简介162851.2应用1122842柠檬酸的生产工艺2167312.1生产工艺概述2132262.2工艺流程284942.3基本步骤392772.3.1原料预处理3116302.3.2玉米粉调浆和液化3151552.3.3发酵4134502.3.4提取和精制4175322.3.5成品包装5135533国内外柠檬酸生产情况及展望5第二部分课程设计部分15731物料衡算7247061.1全厂总物料衡算主要内容716441.2工艺技术指标和基础数据7227521.3原辅料消耗及中间产品衡算8111001.3.1总反应式8212661.3.2液化醪量的计算8185311.3.3发酵液量的计算813521.3.4离子交换树脂的计算944811.3.5阳离子交换树脂960912热量衡算11268802.1液化工段耗热量11231302.2提取工段所耗热量12255542.3总耗热量13188192.4蒸汽用量135283水量衡算1330053.1调浆用水13174463.2冷却水1431473.2.1液化清液冷却用水14191223.2.2发酵冷却用水14189853.3清洗用水14241073.3.1发酵罐清洗用水14255053.3.2洗滤布用水15257863.4提取工段解脱液煮沸后降温所用冷耗量15274423.5其他用水15163713.5.1提取车间其它用水15145673.5.2锅炉用水1564843.5.3清洁用水15172493.6总用水量1570874工艺设备的选型1697485总结体会2318666参考文献23.第一部分文献综述1.柠檬酸1.1简介柠檬酸<citricacid>,学名2-羟基丙烷三羧酸,分子式C6H8O7。为无色透明斜方晶系晶体颗粒,或白色结晶性粉末。无臭,有很强的酸味,味阈值为0.0025%。在温暖的空气中渐渐风化,在潮湿空气中微有潮解性。柠檬酸易溶于水,能溶于乙醇,而不溶于乙醚、氯仿、苯、CS2、CCl4及脂肪酸。柠檬酸根据结晶条件不同,它的结晶形态有无水柠檬酸和含结晶水柠檬酸。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸<C6H8O7>和异柠檬酸<C6H8O7·H2O>。异柠檬酸由低温<低于36.6℃>的水溶液中结晶析出,经分离干燥后的产品,分子量210.14,熔点70—75℃,密度1.542。放置在干燥的空气中,异柠檬酸中的结晶水会逸出风化。无水柠檬酸是在高于36.6℃的水溶液中结晶析出的,分子量192.12,密度1.665。异柠檬酸转变为无水柠檬酸的临界温度为36.6士0.15℃[1]。1.2应用柠檬酸是当今利用微生物生产的一种极为重要的有机酸,广泛应用于食品、饮料、医药、化工、冶金等领域。柠檬酸的用途主要分为食品工业、医药工业和化学工业三个方面。在食品工业上的应用：柠檬酸具有令人愉快的酸味,入口爽快,无后酸味,安全无毒,因此被称为第一食用酸味剂,被广泛用于饮料、果酱、果冻、酿造酒、冰激凌和人造奶油、淹制品、罐头制品、豆制品及烟草中。在医药工业上的应用：医药上广泛用到柠檬酸及其盐类。柠檬酸盐用于补充相应元素时,具有溶解度高,生理宽容性大,酸根直接被吸收代谢而无羁留等优点。柠檬酸糖浆、柠檬酸铁铵、柠檬酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸铜、柠檬酸镁被广泛应用于临床。在化学工业上的应用：柠檬酸及其盐类在工业上的应用发展得最快。柠檬酸被广泛用于缓冲剂、催化剂、激活剂、增塑剂、螯合剂、清洗剂、吸附剂、稳定剂、消泡剂等。其中在洗涤剂方面的应用增长最大。柠檬酸钠盐的螯合作用很有特异性,可以替代三聚磷酸钠,作为绿色环保的无磷洗衣粉的原料[2]。2柠檬酸的生产工艺2.1生产工艺概述本项目采用玉米为原料,玉米粉碎调浆后利用喷射液化工艺进行玉米浆的液化,液化醪过滤除渣得液化清液,液化清液再进入发酵工段。在提取工段,本项目采用国内先进的"吸交法"提取柠檬酸工艺。柠檬酸的生产全过程可划分为四个工艺阶段：<1>发酵原料的的预处理；<2>玉米粉调浆和液化；<3>发酵生产柠檬酸；<4>柠檬酸的提取和精制。与这四个工艺流程相适应,需要配置原料制备车间、发酵车间、分离纯化车间。2.2工艺流程以玉米为原料,经粉碎、调浆、液化、过滤、发酵、阴离子交换、解脱液煮沸、脱色、阳离子交换、二次脱色、蒸发浓缩、结晶、离心分离、干燥后得成品。工艺流程如下：玉米渣菌丝体↑↑玉米→除杂→粉碎→调浆→液化→过滤→发酵→过滤↓阳柱转型←过滤←活性炭脱色←解脱液煮沸←阴离子交换附↓二次脱色→蒸发浓缩→冷却结晶→离心分离→干燥→包装→柠檬酸成品2.3基本步骤2.3.1原料预处理将原料玉米除杂后进行粉碎,60目过筛得合格的玉米粉。2.3.2玉米粉调浆和液化向调浆罐通过物料输送机输送玉米粉；按质量比〔玉米粉：水为1:4.5的比例加入65℃的水,利用碱性盐Na2CO3溶液调节浆料pH在5.0～7.0范围内,并加入0.1%氯化钙,作为淀粉酶的保护剂和激活剂。最后加入粉耐高温α-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℃[3-5]。然后进行二次喷射,在第二只喷射器内液料和蒸汽直接接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α-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α-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。2.3.3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,同时按以下质量体积比向发酵罐内加入已灭菌的0.9%尿素、0.1%KH3PO4、0.25%MgSO4和10%种子液。发酵温度控制在34℃,pH6.7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[3-5]。2.3.4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4.9×106Pa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[6-8]。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[9]。过程可以使吸附交换树脂充分搅动,所以不需要像离交法那样在洗胶工序后树脂仍需批批再生,降低了水、酸、碱的消耗。调节解脱液pH,提高分离杂质的效果。从阴离子交换树脂流出的解脱液加碱调节PH至8～10,可以破坏柠檬酸解脱液的胶体稳定性,从而使混入的少量可溶性蛋白质、糖、胶体、杂酸等杂质絮凝从解脱液中分离。"吸交法"[10-13]。采用碱解脱法,避免原来酸解脱法存在的还原糖偏高、易碳化合物不达标的缺点。与传统的钙盐法相比,提取收率由原来的75%左右提高到80%,提高了产品质量,降低了生产成本。2.3.5成品包装干燥合格的柠檬酸晶体经包装后运送成品库。3国内外柠檬酸生产情况及展望自21世纪以来,柠檬酸产业的竞争加剧,许多小企业纷纷退出该领域,这使全球柠檬酸的生产和进出口更加集中。目前,柠檬酸的主要产地有中国、美国和西欧。柠檬酸的主要出口国有中国、奥地利、捷克、美国、英国、爱尔兰、德国、巴西、荷兰、哥伦比亚。20XX上半年,全球柠檬酸总出口量为36.5万吨,上述十国的出口量之和占全球总出口量的92.6%。我国从20世纪60年代开始生产柠檬酸,近10年来,由于出口的刺激,生产能力和产量增长很快。1985年我国柠檬酸的产量只有3.7万吨/年,到20XX产量达约38.0万吨/年,20XX达到约40.0万吨/年。20XX我国柠檬酸总产量达54万吨。2007年国内柠檬酸产量76万吨,共出口70.83万吨,柠檬酸生产企业近百家,总产量居世界第一,出口遍布美国、比利时、荷兰等国,是世界上最大的柠檬酸出口国。我国柠檬酸工业的技术改造和新技术开发近年来已有长足的发展、但和世界发达国家相比,显然还达不到他们的水平[14]。第二部分课程设计部分年产20000吨柠檬酸工艺设计随着全世界经济的发展和人民生活水平提高,柠檬酸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。在化学工业中,柠檬酸是一种调节剂的重要组成部分,在制备缓冲剂、催化剂、激活剂、螯合剂、清洗剂、稳定剂等试剂时起到重要的作用。柠檬酸钠盐作为一种螯合剂可以替代三聚磷酸钠,绿色环保,可以作为无磷洗衣粉的重要原料。很多的油脂中含有一定的金属离子,影响油脂的稳定性,在生产各种食用油时,金属离子的存在会对人体产生一定的危害。柠檬酸的提取一直是制约柠檬酸行业发展的瓶颈,传统的钙盐法因为工艺成熟、设备简单、原材料易得和产品质量稳定等特点而在国内外被广泛使用,但也存在缺陷。本设计拟以建设柠檬酸年产20000t的工厂为基础,从工艺路线、设备选择、物料衡算、热量衡算等角度探索果胶酶生产工艺,如果在辅之以市场调研,则可为柠檬酸投产做好理论准备。1物料衡算1.1全厂总物料衡算主要内容〔1原料消耗的计算,主要原料为玉米,其他辅料有耐高温α-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、副产品计算。1.2工艺技术指标和基础数据〔1生产规模：年产20000t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：达到英国药典、美国药典标准,柠檬酸含量为99.8%。〔5副产品年产量：玉米渣8000t,菌丝体13600t,<NH4>2SO411600t。〔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α-淀粉酶〔酶活力为20000U/g,用量为8U/g玉米粉。〔8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。1.3原辅料消耗及中间产品衡算1.3.1总反应式〔1糖化阶段：<C6H12O5>n＋nH2OnC6H12O616218180发酵阶段：2C6H12O6＋3O22C6H8O7＋4H2O2×1803×322×1924×18生产20000t无水柠檬酸玉米消耗量20000×99.8%×<162÷192>÷84%÷70%÷94%＝30469.766t玉米粉量20000×99.8%×<162÷192>÷84%÷70%=28641.58t99.8%——无水柠檬酸达到英国药典标准,柠檬酸含量为99.8%。70%——玉米淀粉含量为70%耐高温α-淀粉酶的消耗量20000×99.8%×<162÷192>÷84%×18÷20000=18.06t耐高温α-淀粉酶酶活力为20000U/g,用量为8U/g淀粉。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：玉米浆的量28641.58×5.5＝157528.69tCaCl2的用量157528.69×0.1%＝157.53t发酵液量的计算成品柠檬酸中柠檬酸的量：20000×99.8%＝19960t发酵液中柠檬酸的量：19960÷88%＝22681.82t发酵液总体积：22681.83÷14%＝1.62×108m3尿素耗量：1.62×108×0.9%＝1458tKH3PO4耗量：1.62×108×0.1%＝162tMgSO4耗量：1.62×108×0.25%＝405t1.3.4离子交换树脂的计算〔18310#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：20～60且＜90水分：60%～70%强度：＞90%湿视密度：0.65～0.75g/ml交换容量：0.8～1.0g/g干树脂再生交换容量：＞9mmol/ml树脂每吨柠檬酸所需发酵液的量是8100.65kg,所需湿树脂的量：1÷〔0.9×0.14＝7.94t湿树脂的体积：7.94÷1.25＝6.35m3ρ=1.25g/ml一般控制树脂的吸附量仅为树脂总交换量的70%,则所需树脂的体积：6.35÷70%＝9.07m3用15%NH4OH解脱,液氨〔按100%计用量是40kg/m3,则所液氨的量：9.07×40＝362.81kg所需15%稀氨液的的量：〔362.81÷17×31÷15%＝4410.65kg阳离子交换树脂[15]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,选用XX三星树脂科技有限公司生产的001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。其技术参数如下：型式：H型水分：51%～56%湿视密度：0.73～0.83g/ml湿真密度：1.17～1.22g/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>75～150kg/m3湿树脂每吨柠檬酸所需的树脂量：1000÷〔192×1.7×1000＝3060.73kg树脂的密度取1.25g/ml,则树脂的体积：3036.73÷1.25×103＝2.451×106ml一般控制树脂的吸附量仅为树脂总交换量的70%,则所需树脂的体积：2.451÷70%＝3.5m3用H2SO4再生,所需的H2SO4〔按100%计量是75～150kg/m3,取130kg/m3,则H2SO4需要量3.5×130＝455kg再生的浓度为2%,所需量为：455÷2%＝22750kg再生后生成的<NH4>2SO4量：〔455÷98×132＝613kg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：613×94%＝576.2kg年产副产品<NH4>2SO4的量576.2×20000=11524t表1物料衡算表序号名称每吨产品耗量/t每天耗量/t每年耗量/t1玉米1.52101.5730569.772玉米粉1.4395.4728641.583玉米浆7.88525.10157528.694耐高温α-淀粉酶0.00090.0618.045CaCl20.00852.51157.536尿素0.074.8614587KH3PO40.0080.541628MgSO40.021.354059液化醪8.21547.3316420010液化清液7.76157.3315520011发酵液8.154016200012种子液0.81541620013液氨0.5838.41115242热量衡算2.1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Q1＝157528.69×3.78×〔105-60＝2.68×1010kJ〔2层流罐流出的玉米浆由95℃喷射加热到130℃所耗热量Q2＝20000×8315.63×3.78×〔130-95＝2.2×1010kJ3.78——比热容〔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：V＝20000×8814.45×8%×8/60＝1880400kg所耗热量Q3＝VI＝20000×94.02×2173.8＝4087613520kJ式中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总热量总热量Q＝1.15×<Q1＋Q2＋Q3>＝6.082×1010kJ2.2提取工段所耗热量〔1发酵液过滤后经过阴离子交换树脂,洗脱后所得解脱液常压下加热煮沸10min,解脱液中柠檬酸的浓度约为16%,则解脱液的量：1134.09÷16%×20000＝7088.06×20000=141761200kg〔2加热煮沸10min,设温度从25℃升到100℃,所耗热量:Q1＝141761200×3.98×〔100―25＝4.232×1010kJ煮沸时间10min,蒸发量为每小时5%,则蒸发水分量为:141761200×5%×1/6＝1181400kg故蒸发带走热量:Q2＝1181400×2257.2＝2.67×109kJ2257.2——煮沸温度100℃下的饱和蒸汽的汽化潜热,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Q＝1.15×<Q1＋Q2>＝5.17×1010kJ〔6蒸发干燥所耗热量约为1150000×20000=2.3×1010kJ。〔7提取工段所耗总热量5.17×1010＋2.3×1010＝7.47×1010kJ其他工序所耗热量约为6×1010kJ。2.3总耗热量6.08×1010＋7.47×1010＋6×1010＝1.955×1011kJ2.4蒸汽用量使用0.5MPa的饱和蒸汽,I＝2748.9kJ/kg蒸汽用量D＝1.955×1011÷[<2748.9―643.2>×0.95]＝9.775×107kg643.2——喷射液化器加热蒸汽〔0.5MPa的焓,kJ/kg95%——蒸汽的热效率3水量衡算3.1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：20000×1432.07×4.5＝128886400kg3.2冷却水3.2.1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：7762.51×3.78×〔90-37×20000＝3.11×1010kJ所用冷却介质的量：3.11×1010÷[4.18×〔70―2]＝109424518kg3.2.2发酵冷却用水发酵罐放出热量发酵罐放出的热量为：Q＝Q1-Q2-Q3发酵产热Q1＝8100.65×2146＝3.477×1011kJ2146——每千克发酵液产生的发酵热,kJ/kg蒸热量Q2＝25%Q1射散热量Q3＝3%Q1Q＝Q1―Q2―Q3＝3.477×1011×〔1―25%―3%＝2.50×1011kJ冷却水用W＝Q/Cp<T2―T1>＝2.50×1011÷[4.18×<25―18>]＝855565904kg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：855565904×3%＝256669788.1kg3.3清洗用水3.3.1发酵罐清洗用水发酵结束后清洗发酵罐,每吨柠檬酸发酵罐清洗用水约500kg,20000吨柠檬酸需1×104吨3.3.2洗滤布用水液化醪过滤后过滤机的滤布要清洗,每吨柠檬酸用水约2760kg,20000吨柠檬酸需5.52×104吨3.4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。所耗热量为4.232×1010kJ所用冷却介质：4.232×1010÷[4.18×〔70-2]＝148873200kg4.18——水的比热容3.5其他用水3.5.1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3.6×105t。3.5.2锅炉用水蒸汽用量为87758t,按产蒸汽率95%计算,则用水量：87758÷95%＝92376.84t3.5.3清洁用水主要包括地面冲洗水、管道冲洗水和设备冲洗水等,按每吨柠檬酸5t计,20000吨柠檬酸需105吨3.6总用水量冷冻介质用量：109424518＋148873200＝258297718kg除去调浆用水128886400kg,剩余水可再利用,损失按5%计,冷冻介质可再利用量：128886400＋[〔258297718―128886400×95%]＝251827152kg综上所述,冷冻介质用量为251827152kg自来水用量为128886400＋256669788.1＋107＋5.52×107＋3.6×107＋92376840＋108-251827152＝226107067kg4工艺设备的选型基本参数：生产周期为4d,全年生产天数为300d,柠檬酸含量为99.8%,年产量为20000t.〔1粉碎机由物料衡算知,每天所需玉米量为20000×99.8%×〔162÷192÷84%÷70%÷300=95.47t,设原料粉碎过程中损失率为6%,则每天玉米处理量为：95.47÷94%＝101.57t每天粉碎机工作时间为8h,则每小时玉米处理量为：101.57÷8＝12.7t/h选择2台JFS-120-43粉碎机.选择2台XX市恒悦机械有限公司生产JFS-120-43粉碎机,电机功率：75kwh玉米产量：6.5～8t/h〔2调浆罐由物料衡算知,每天处理玉米浆的量为95.47×5.5=525.1t,体积约为447.36m3。需调浆罐的填充系数为70%,则所需体积为:447.36÷70%＝639.1m3取4个250m3的调浆罐即可满足生产,其中1个备用。委托XX进口机械制造有限公司制造。〔3喷射液化器由物料衡算知,每小时处理玉米浆的量为22t。选择2台XX赛义德流体设备有限公司生产的型号是HYB20的不锈钢低压蒸汽喷射液化器,其生产能力为20m3/h,可以满足生产。〔4层流罐由物料衡算知,每小时喷射液化器流出的玉米浆的量为：153865.25÷300÷24＝21.37t/h,其体积流量为19.36m3/h。玉米浆在层流罐逗留时间是30min,层流罐的填充系数是80%,则层流罐的体积为：19.36×0.5÷80%＝12.1m3取15m3的层流罐1个即可。第二次喷射液化所需的液化维持罐同层流罐。〔5高温维持罐由物料衡算知,每小时喷射液化器流出的玉米浆的量为：153865.25÷300÷24＝21.37t/h,其体积流量为19.36m3/h。玉米浆在高温维持罐逗留时间是8min,高温维持罐的填充系数是80%,则高温维持罐的体积为：19.36×8/60÷80%＝3.23m3取5m3的高温维持罐1个即可。〔8喷射液化系统设计一套喷射液化系统,委托XX赛义德流体设备有限公司制造。〔9板框压滤机每天所需液化醪的量为：546.5t工艺要求24h内将其过滤完,则板框压滤机的处理能力应该达到：546.5÷24＝22.77t/h选择1台XX天工科技开发有限公司生产的型号为BAB/1000-N的不锈钢板框压滤机,其技术参数如下：过滤能力：30t/h最大工作压力：0.4MPa滤板片数：80端板片数：2总过滤面积：150m2外形尺寸：6500×1320×2100mm提取工段解脱液加活性炭脱色后要过滤,选择相同型号的板框压滤机,所以共选3台。<10>发酵罐参数确定①由物料衡算知,每日所需发酵清液液的体积为514.32m3,装料系数取75%,则每日所需发酵罐的体积：514.32÷75%＝685.76m3取200m3的发酵罐,则每天所需发酵罐的个数：685.76÷200＝3.4个发酵周期是72h,考虑放罐、洗罐等辅助时间为24h,则每个周期所需发酵罐的个数：[3.4÷24×〔72＋24]＋1＝14.6个选择15个XX市华元化工设备制造有限公司生产的200m3的发酵罐即可满足生产,其中1个备用。其技术参数如下：公称容积：200m3,筒体直径：4700mm,筒体高度H：11700mm换热面积：220m2搅拌轴转速：200r/min搅拌轴功率：220kw发酵罐设计成喷环式好氧发酵罐。②发酵罐的工艺尺寸计算根据实际情况需要,选择发酵罐的体积为200m3,则根据装料系数可知发酵液体积为150m3,下面根据机械通用搅拌发酵罐各工艺尺寸要求就算计算发酵罐的其他重要参数：H/D=2~3,取H/D=2.54×200＝πD2H＝2.5πD3D=4.6723m,取整D=4.7H=2.5D=11.7m〔11种子罐柠檬酸发酵接种量约为10%,则种子罐的体积：200×10%＝20m3发酵罐每天平均上罐数是3.4个,需种子罐4个,种子罐培养菌种28h,辅助操作时间为10～12h,生产周期为38～40h,因此8个20m3的种子罐即可满足生产。选择XX市华元化工设备制造有限公司生产的20m3的发酵罐,其技术参数如下：公称容积：20m3筒体直径：2200mm筒体高度H：5000mm换热面积：22m2搅拌轴转速：280r/min搅拌轴功率：15kw〔12真空转鼓过滤机发酵完毕后,发酵液用真空转鼓过滤机进行过滤,每个发酵周期所需发酵液的量为：540t工艺要求24h内将其过滤完,则真空转鼓过滤机的处理能力应该达到：540÷24＝22.5t/h选择1台XX工大化工设备有限公司生产的型号为GF5.0/2.7-N真空转股过滤机。其技术参数如下：过滤面积：50m2转鼓直径：2.7m转鼓转速：90～140r/min电动机功率：3.5kw外型尺寸：7400×4250×3850mm〔13阴离子交换柱柠檬酸发酵液过滤后不经过脱色直接上柱吸附,8310#弱碱性阴离子交换树脂的吸交容量大,抗污染能力强。8310#弱碱性阴离子交换树脂的技术参数如下：型式：羟型粒度：20～60且＜90水分：60%～70%强度：＞90%湿视密度：0.65～0.75g/ml交换容量：0.8～1.0g/g干树脂再生交换容量：＞9mmol/ml树脂每吨柠檬酸所需发酵液的量是8100.65kg,所需湿树脂的量：1÷〔0.9×0.14＝7.94t湿树脂的体积：7.94÷1.25＝6.35m3ρ=1.25g/ml一般控制树脂的吸附量仅为树脂总交换量的70%,则所需树脂的体积：6.35÷70%＝9.07m3每天生产柠檬酸266.66/4=66.665t,则所需树脂的体积：9.07×66.665＝604.65m3按装柱系数为70%计,则所需离子交换柱的体积：604.65÷70%＝863.79m3取46个直径1800mm,高7200mm的离子交换柱即可,委托翼州市中意玻璃钢有限公司生产。〔14加热脱色罐解脱液常压下加热煮沸10min,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。解脱液的流量7088.06×20000÷〔300×24×1050＝9.37m3/h7088.06——脱色液的量煮沸时间为10min,则加热罐的体积为：9.37×1/6＝1.64m3体积圆整到2m3,取2个,1个备用。〔15阳离子交换柱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,选用001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。其技术参数如下：型式：H型水分：51%～56%湿视密度：0.73～0.83g/ml湿真密度：1.17～1.22g/ml磨后圆球率：90%质量交换容量：1.75mmol/g干树脂全交换容量：＞5.0mmol/ml树脂再生剂用量：H2SO4<按100%计>75～150kg/m3湿树脂每吨柠檬酸所需的树脂量：1000÷〔192×1.75×1000＝3060.73kg树脂的密度取1.25g/ml,则树脂的体积：3036.73÷1.25＝2.451×103L一般控制树脂的吸附量仅为树脂总交换量的70%,则所需树脂的体积：2.451÷70%＝3.5m3每天所需树脂的体积：3.5×66.665＝233.33m3离子交换柱填充系数按70%计算,则离子交换柱的体积：233.33÷70%＝333.325m3取19个直径1800mm,高7200mm的离子交换柱即可,委托翼州市中意玻璃钢有限公司生产。〔16蒸发浓缩器柠檬酸进入蒸发浓缩器之前的浓度约为19%,则每周期生产柠檬酸清液的量：[66.665÷〔19%×96%]×96/24＝1461.95t流出柠檬酸的浓度为85%,其质量：[66.665÷〔96%×85%]×96/24＝326.8t蒸发水分量：1461.95―326.8＝1135.15t工艺要求12h内完成浓缩工作,则浓缩器的处理能力：1135.15÷12＝94.60t/h选择4台型号是JMZ-30多效蒸发器。蒸发量：30000kg/h生蒸汽耗量：7500～9000kg/h有效真空度：0＋448＋640mmHg各效蒸发温度：99℃、76℃、53℃蒸发用蒸汽压力：0.7MPa预热用蒸汽压力：0.25MPa〔17结晶设备结晶罐采用进口304或316L不锈钢制造,内壁采用镜面抛光,外壁采用304全焊接结构保温,外表面采用镜面或亚光处理。选择2台WL520×100-L结晶罐。其技术参数如下：转速：200r/min主电机功率：7.5kw外形尺寸：880×1266×950mm〔18离心机结晶后,部分母液和晶体需要分离,母液返回重新提取结晶,晶体则进入干燥工段。每天母液含量约为：540×10%＝54t工艺要求6h完成分离工作,则离心机的生产能力：54÷6＝9t/h选择2台SC1000三足式离心机。其技术参数如下：最大处理量：5500kg/h转速：1200r/min功率：7.5kw〔19振动流化床干燥机振动干燥器生产能力大,可连续操作,物料彼此摩擦和撞击作用轻微,晶形好。成品柠檬酸含水量要求低于0.02%,晶体进入干燥器前柠檬酸含量为96%,每天生产柠檬酸的量是66.665,除水量：〔66.665÷99.8%―〔66.665÷96%＝6.155t工艺要求4h完成干燥工作,则干燥机生产能力：6.155÷4＝1.54t/h选择1台GGNL-4.0振动流化床干燥机。技术参数如下：干燥能力：1000～1800