年产5000t柠檬酸发酵车间工厂设计

课程设计报告题目：5000吨柠檬酸发酵〔工厂〕设计学院食品科学与工程学院专业生物工程班级组长组员指导老师2011课程设计成绩评定表学生姓名：学号：专业班级：09级生物工程课程设计题目：5000吨柠檬酸发酵工厂设计课程设计报告评语：课程设计总评成绩指导老师〔签字〕：年月日课程设计任务书2023-----2023学年第一学期食品科学与工程学院生物工程专业设计题目：柠檬酸发酵工厂设计完成期限：自2023年12月01日至2023一.设计依据参照柠檬酸的原料及辅料等的国家标准，以及食品企业通用卫生标准，污水综合排放标准等。二.设计内容本次生产主要是进行年产5000t柠檬酸发酵工厂设计。设计的主要进行：1、设计生产能力为5000t。2、生产方法本设计采用好气液体深层发酵技术。生产工艺如下：斜面菌种→孢子悬浮液→种子罐发酵罐→发酵液→中和→新鲜空气→空气过滤器→无菌空气→过滤→酸解→脱色→过滤→蒸发结晶→离心别离→枯燥→筛选→→成品柠檬酸3.原料和动力〔水、电、气〕的供给情况(1).原料原料从当地直接收购，当原料缺乏时可以从周边地区收购，是到达生产用量。〔2〕.动力1〕.用电：方案在厂区附近新建710kva变电站一座以保证该工厂生产用电。2〕.用煤：燃煤主要用作锅炉生产用煤和冬季取暖用煤，可在附近煤矿选购。3〕.供水：由工业园区供水系统供给，可满足工厂生产及生活用水，供水有保障。4.生产本钱估算本设计需要将相关的经济指标进行简单的估算，通过生产本钱的估算将设计中的具体数值转化为经济指标，从经济方面再次修正相关设计。5.三废治理本设计采用完全混合活性污泥法特别适用于有机物含量高的污水处理，在适宜的浓度范围内对与微生物毒性物质可以有优良的去除效果。三.设计成果形式完成设计说明书：1张CAD平面设计图纸：图1-1生产工艺流程示意图1张CAD平面设计图纸：图1-2厂区总平面四.工作方案和进度设计进度安排〔1〕2023年12月1-2日完成开题报告。〔2〕2023年12月3-5日查阅相关资料。〔3〕2023年12月8-25日完成设计的撰写和图纸的绘制〔4〕2023年12月25-30日修改设计目录第一章绪论·············································111.1柠檬酸的性质和用途·································111.2柠檬酸的来源和开展情况·····························11第二章生产工艺········································122.1生产方法···········································122.2工艺流程···········································132.3操作工艺···········································13原料的处理···································13发酵工序·····································13醪液处理工序·································14提取工序·····································14精制工序·····································14第三章工艺计算·········································153.1物料衡算···········································15工艺技术指标及根底数据·······················16原料消耗计算·································16发酵醪量的计算·······························16接种量的计算·································17液化醪量的计算·······························17成品柠檬酸···································18年产5000吨一水柠檬酸总物料衡算··············183.2热量衡算···········································19液化热平衡计算·······························19发酵过程中蒸汽耗量的计算·····················20发酵过程中冷却水耗量的计算···················21发酵过程中无菌空气耗量的计算·················22生产本钱及利润估算···························23第四章设备选型··········································244.1主要设备的选型······································24发酵罐的选型·································24种子罐的选型·································274.2辅助设备选型·······································28调浆桶的选型·································28喷射加热器的选型·····························31其它辅助设备·································31第五章全厂车间布置概况··································325.1厂址选择···········································32厂址选择的一般性原那么·························32本设计的厂址选择·····························325.2车间布置···········································33车间布置的根本原那么和要求·····················33本设计的车间布置·····························345.3发酵厂卫生问题·····································35第六章废物处理··········································356.1发酵工厂污染概况···································356.2柠檬酸工厂的“三废〞处理····························36柠檬酸发酵有机废水的处理·····················37柠檬酸发酵废气的处理·························38柠檬酸发酵废渣的处理·························39第七章结束语············································39致谢··············································40参考文献··········································41附图··············································42摘要本次设计主要是进行年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计。本设计针对5000吨柠檬酸工程的需要，进行了厂区平面设计、产品方案及工艺确实定、物料衡算等工作。在生产流程中，采用液体深层发酵技术进行柠檬酸发酵的生产，全年产量为5000吨，每年生产300天，每日生产152.71吨。为了保障生产顺利进行，还进行了水、电、气的衡算和三废的治理。关键字：柠檬酸工厂设计效益分析生产工艺AbstractThisisdesignedforanannualoutputof50000tonsofcitricacidfermentationplantdesign.Thisdesignaccordingtotheneedsofproject50000tonsofcitricacid,thefactorygraphicdesign,productschemeanddefinethetechnologyofmaterialbalancecalculations,etc.Intheproductionprocess,theliquidfermentationtechnologydeepcitricacidfermentedproduction,annualoutputis5000tons,annualproduction300days,thedailyproductionof152.71tons.Inordertoensureproductionrunningsmoothly,butalsoforthewater,electricity,gascalculationand"threewastes"management.Keywirds:Citricacidplantdesignefficiencyanalysisofproductionprocess第一章绪论本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接参加少量α－淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。制备柠檬酸一般采用晒干的薯干作为原料。其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白质6%左右。薯干原料中的蛋白质可作为氮源供菌体生长。薯干原料中含有铁、镁、钾、钙等的无机盐，选用的黑曲霉C0527对这些成分不敏感,故不必对原料做这方面的预处理。本设计采用液体深层好氧发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。这两种方法都是国内比拟流行的生产方法，有着大量的实际经验，易于操作，风险小。

由于本设计为发酵车间的设计，着重于车间的工艺计算、设备选型。通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定发酵车间主要设备发酵罐、种子罐的设计和选型以及全厂及车间布置。

本设计还包括发酵罐图，车间平面布置图，工艺流程图。1.1柠檬酸的性质和用途柠檬酸〔citricacid〕，学名为2-羟基-丙烷三羧酸，结构为分子量：192.14，是一种重要的有机酸。无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。其钙盐在冷水中比热水中易溶解，此性质常用来鉴定和别离柠檬酸。结晶时控制适宜的温度可获得无水柠檬酸。柠檬酸在自然界分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝等。柠檬酸具有宜人风味、高的水溶性和强的金属螯合力，长期以来占据食用酸味剂70%左右的市场份额，除可口可乐和纯果汁以外，几乎所有的饮料都使用柠檬酸作为酸味剂，通常的添加量为0.25%-0.4%〔m/m〕。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。此外，食品加工和奶制品也添加柠檬酸和柠檬酸盐。据不完全统计，使用柠檬酸的食品或药品约有上千种之多。柠檬酸除用于食品和医药工业以外，最大的用途是代替三聚磷酸钠作为洗涤剂的助洗剂，20世纪90年代初，国外还有人发现柠檬酸参加混凝土中可作为一种“减水剂〞，并能提高混凝土的凝固强度。可以认为，柠檬酸早已成为现代食品、医药业、日化行业及其他行业的通用原料。1.2柠檬酸的来源和开展情况1784年C.W.舍勒首先从柑橘中提取柠檬酸。1860年意大利开始用添加石灰乳的方法从果汁中得到柠檬酸，从而进行了工业化生产。直到20世纪初，柠檬酸仍然主要是从柠檬中提取，产量还很低。1893年C.韦默尔发现青霉〔属〕菌能积累柠檬酸，但未能实现工业化生产。1917年，柯里发现了一株产柠檬酸的黑曲霉，并通过美国的辉瑞公司于1923年采用浅盘发酵实现了工业化生产，原料主要是糖蜜。1952年美国迈尔斯公司首先成功采用液体深层发酵工业化规模生产柠檬酸。这种新工艺具有很多优越性，因而推动世界柠檬酸工业的迅速开展，也成为了柠檬酸发酵生产的主要工艺。我国的柠檬酸发酵工业：1969年上海酵母厂成功利用薯干粉深层发酵柠檬酸。20世纪80年代，由于出口的需要，我国的柠檬酸生产开展迅速，已成为世界上柠檬酸生产量最大的国家。我国开发的以薯干为原料的产酸菌种具有其独到的特点，生产本钱较低，在国际市场具有较强的竞争力。中国不仅是柠檬酸生产大国，也是出口大国，目前出口量已占总产量的70%-80%。近10年来，由于受出口刺激，中国柠檬酸生产能力和产量都增长很快。1985年，中国柠檬酸产量只有3.7万吨，2002年已到达约40.0万吨。目前全国有近90家柠檬酸生产企业，年生产能力近50万吨，占世界总量的40%多。第二章生产工艺2.1生产方法本次生产工艺设计以薯干为原料，采用直接粉碎、调浆、液化，进行好气液体深层发酵，钙盐法提取，最后结晶、枯燥得到柠檬酸。2.2工艺流程根本过程为：在接收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，参加菌种和净化压缩空气后进行发酵；发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐，用中和处理；再经过过滤洗涤，得到柠檬酸钙固体，送入酸解罐，再添加酸解，并参加活性炭进行脱色；然后，通过带式过滤机过滤、酸解过滤，除去及废炭；酸解过滤液经离子交换处理后，进行蒸发、浓缩，再进行结晶；结晶后，用离心机进行固液别离，对得到的湿柠檬酸晶体进行枯燥与筛选，最后得到成品柠檬酸。(见附图1)2.3操作工艺原料的处理根据发酵的要求，对薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、调浆、液化、连续灭菌的处理方法；以薯干原料生产时，根据我国薯干粗料的特征，发酵工艺要求将薯干从平仓运至备料车间，经过磁选装置除去原料中含铁杂质，以保护设备。然后进入粗粉碎机，将薯干先轧成1-3cm大小的小块，以提高磨粉机的效率，便于物料的输送。粗碎后，由斗式提升机提送至中间粉仓，由粉仓落入磨粉机粉碎，粉碎后进入粉仓再经计量送至配料罐。配料罐内加水调浆，同时参加淀粉酶升温液化。液化完成后送至连消装置连续灭菌，再送至发酵车间。发酵工序由备料车间提供的经连续灭菌并冷却的料液，通过灭菌管道泵入已空消灭菌待料的发酵罐，通过差压法或零磅火焰倒种法，接入已培养好的柠檬酸菌种，在通风、搅拌情况下，进行发酵或培养。在发酵培养过程中，对罐温、罐压、通风量、搅拌转速等实行连续记录监控，并定期检测原糖消耗情况、菌种生长状态、pH值、泡沫等变化情况。根据发酵的工艺特性要求，及时调整控制发酵工艺过程，以获得最正确工艺产酸率或种罐菌活力，一般经66小时〔种罐约25小时〕培养，大罐在残糖指标、产酸情况到达放罐条件即可放罐；种罐菌活力及菌群数量达标后，即可移种。在发酵或陪种过程的定期检测中，假设发现异常情况，如染菌等，应针对具体情况及时处理，对中、前期染菌，可加大种量形成主菌群生长优势，或及时罐实消，补入适当营养源重新接种发酵；后期时可加强监控，提前放罐；对倒罐等应予灭菌排放处理，并认真查找原因，进一步强化灭菌操作中的各个环节。醪液处理工序柠檬酸发酵完成后，应即时进行热处理，以灭活发酵，絮凝蛋白、提高收率，为提高设备利用率，增设醪液贮罐，通过热交换器，及时将醪液加热至80℃提取工序由压滤工段送来的柠檬酸清醪液泵入中和罐，在80℃下进行中和。碳酸钙经密闭的输送机送入车间，经无级调速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部浓度过高，使中和沉淀反响均匀，经终点检测合格后，将柠檬酸钙悬浮液排入带式过滤机中，将固体柠檬酸钙从悬浮液中别离出来，为满足玉米原料及薯干原料生产工艺的双重要求，中和带式过滤机用特定的加长、强洗型，生产原料操作灵活，以确保粗原料生产时的中和洗糖要求及成品的指标控制，又热水或酸解液调浆，浓硫酸由酸碱站泵入，再计量到酸碱桶中与柠檬酸钙在80精制工序离子交换与脱色柠檬酸液从暂贮罐中泵送离交纯化工序，经由阳离子交换塔，阴离子交换塔和活性炭脱色塔，离交脱色出去色泽及影响成品质量加速设备腐蚀的阴阳离子，阴阳树脂需经过酸洗、碱洗再生处理，离交后的柠檬酸精制母液送入蒸发工序。蒸发与结晶在提纯溶液进入蒸发局部前，通过精过滤出去清液中的微小树脂颗粒。精滤后的溶液经热交换器预热后送至双效真空浓缩器经浓缩至特定浓度后，转入真空结晶器，或者低温结晶器进行结晶。以确定产品〔一水成品或无水产品〕，再经别离将柠檬酸晶粒从液相中别离出来，液相在别离后分别放至各级母液贮罐，根据其杂质离交浓度情况，送往重新蒸发式回流到前工序处理提纯，晶体送往枯燥机。枯燥与包装从离心机别离出来的湿柠檬酸晶粒被送到流化床枯燥器，根据生产品种控制枯燥空气、温度及冷却空气量进行枯燥，排空经湿式旋风别离器处理排放，枯燥后的柠檬酸晶粒通过传送装置运到筛选机，不合格颗粒被筛选分出来，溶解后返回到结晶系统，柠檬酸成品进行定量、包装，存放。第三章工艺计算3.1物料衡算工艺技术指标及根底数据①生产规模:5000t/a99.5%一水柠檬酸折合4581.272t/a99.5%无水柠檬酸；②生产天数：每年300天；③无水柠檬酸日产量：4581.272/300=15.271t/d④产品质量：国际食用柠檬酸质量分数99.5%，实际产率98%，副产品约2%；⑤薯干粉成分：含淀粉量70%，水分13%;⑥α-淀粉酶用量：8U/g原料；⑦操作参数：淀粉糖转化率98.5%，糖转化率95%，提取阶段别离回收率95%，精制阶段收率98%，得率99%〔倒罐率1%〕，产酸率〔即糖发酵液转化率〕13%，发酵周期75h，发酵温度〔35±1〕℃，发酵通风量10V/〔V发酵液·h〕原料消耗计算(以一顿成品柠檬酸为基准)年产5000吨一水柠檬酸，折合成无水柠檬酸，按中国发酵工业协会柠檬酸分会制定的“柠檬酸行业统计方法〞，无水柠檬酸为：5000/1.0914=4581.272t/a①生产无水柠檬酸的总化学反响式：(C6H10O5)n+nH2O+3n/2O2=nC6H8O7+2nH2O162192X1000②生产1000㎏99.5%无水柠檬酸所需的理论淀粉消耗量：X=1000×162÷192×99.5%=839.53㎏③生产1000㎏99.5%无水柠檬酸所需实际淀粉消耗量：X÷﹙98.5%×95%×95%×98%×99%﹚=973.4㎏④生产1000㎏99.5%无水柠檬酸所需实际薯干粉原料消耗量：973.4÷70%=1390.57㎏⑤α-淀粉酶消耗量：使用酶活力为20000U/g的α-淀粉酶使淀粉液化α-淀粉酶按8U/g原料计算1390.57×1000×8÷20000=0.56㎏发酵醪量的计算根据发酵液转化率为13%：1000×99.5%÷〔95%×98%×13%﹚=8221.1㎏接种量的计算接种量为发酵醪量的10%，那么：8221.1÷〔10%+100%〕×10%=747.37㎏液化醪量的计算因为成熟蒸煮醪量为：8221.1-747.37-0.56=7473.17㎏那么调浆浓度为：1390.57÷7473.17×100%=18.6%粉浆的干物质浓度为：973.4÷7473.17×100%=13.03%蒸煮直接蒸汽加热，采用连续液化工艺：操作流程：①混合后粉浆温度为50℃，应用喷射液化器迅速使粉浆升温至100②液化完成的醪液由板式换热器降温至〔35±1〕℃备用。③调浆及液化灭菌时产生泡沫可用少量炮敌消泡。工艺计算：干物质含量B0=70%的薯干原料比热容为：C0=4.18×(1-0.7B0)=2.13kJ/(kg•℃)粉浆的干物质浓度为B1=13.03%液化醪的比热容为：C1=B1C0+(1.0-B1)CW=13.03%×2.13+(1.0-13.03%)×4.18=3.91kJ/(kg•℃CW—水的比热容取4.18kJ/(kg•℃)为简化计算，定液化醪的比热容在整个过程中维持不变。经喷射液化器前的液化醪量为X：X+X×3.91×(100-50)÷(2731.2-100×4.18)=7473.17㎏得出X=6887.7㎏其中2731.2是喷射液化器加热蒸汽0.3MPa的焓。成品柠檬酸日产柠檬酸量为：15.271t/d即结晶液中柠檬酸的含量为：15.271t/d需精制液只能够柠檬酸含量为：15.271÷98%=15.583t/d需别离液中柠檬酸的含量为：15.271÷〔95%×98%)=16.403t/d年产5000吨一水柠檬酸总物料衡算〔即对生产4581.272t/a99.5%无水柠檬酸的薯干原料柠檬酸厂进行计算〕①柠檬酸成品日产无水柠檬酸量：15.271t日产副产品量：15.271/98%×2%=0.312t日产总量：15.583t年产无水柠檬酸量：581.272t年产副产品量：0.312×300=93.6t年产总量：4674.872t②原料薯干用量日耗量：1390.57×15.583〔日产总量〕÷1000=21.669t年耗量：21.669×300=6500.7t根据以上计算，将物料衡算结果列表如下物料名称每吨产品耗物量年产5000吨耗物量〔kg)(t/d)(t/a)柠檬酸98015.2714581.3副产品200.31293.6薯干原料1390.5721.6696500.7淀粉973.415.16834550.49α-淀粉酶0.560.00872.61发酵醪8221.1128.10938432.7接种量747.3711.6463493.8成熟蒸煮醪7473.17116.45434936.2薯干浆量19806.17308.63892591.4表3-15000t/a柠檬酸厂物料衡算表3.2热量衡算液化热平衡计算喷射加热器耗热由工艺可知：经过喷射加热器温度由50℃升温至Q=3.91kJ/(kg·℃)×19806.17kg×(100-50)℃=3872106.2kJ发酵过程中蒸汽耗量的计算①计算公式整个生产过程采用蒸汽加热，蒸汽耗用量计算公式为：式中：η————为蒸汽的热效率，取η=95%；I————汽化潜热。②根底数据在28℃下，查的：淀粉的比热容为1.55kJ/(kg·℃)；水的比热容为4.174kJ/(kg·℃)；加热蒸汽的热焓为2549.5kJ/(kg·℃)；加热蒸汽的冷凝水的热焓为1250.60kJ/(kg·℃由物料衡算可知，日耗薯干粉量为21.669t日耗淀粉量为15.1683t日耗薯干浆量为308.638t那么日耗调浆用水量为：308.638-21.669=286.969t日耗淀粉浆量为：15.1683+286.969=302.1373t淀粉浆中含水量为：286.969÷302.1373×100%=95.0%淀粉浓度为5.0%由此可算出淀粉浆的比热容为：C=1.55×5.0%+4.174×95.0%=4.04kJ/(kg·℃)③生产过程中蒸汽耗量的计算⑴培养基灭菌及管道灭菌：培养基采取连消塔连续灭菌，进塔温90℃，灭菌每罐的初始体积180m³，除糖浓度是13g其数量为180×13%÷19%=123.16t灭菌过程中用0.3MPa，蒸汽I=2725.3kJ/kg,由维持罐〔90℃〕，进入连消塔加热至130℃，糖液比热容4.04kJ/(kg每罐灭菌时间3h,输料流量123.16÷3=41.05t/h消毒灭菌用蒸汽量为D==3200㎏/h=3.2t/h；每天培养基灭菌用蒸汽量：3.2×3×4=38.4t；所有用罐灭菌及相关管道灭菌用蒸汽量，据经验取培养基灭菌用蒸汽量的10%，那么D1=3.84t⑵加热发酵醪所用的蒸汽量D6：柠檬酸水溶液的比热容可按下式近似计算：ω+0.0010t)×4.19式中：0.99——比热容kJ/kg·℃ω——柠檬酸质量分数，ω=15.583÷128.109×100%=12.2%t——温度，℃带入上式，得：×12.2%+0.0010×35)×4.19=3.96kJ/kg·℃因此可得D6===20.556t/d=6166.8t/a将发酵段蒸汽衡量列表如下生产工序日用蒸汽量〔t/d)〔t/d〕平均蒸汽用量〔t/h)年用蒸汽量〔t/a〕培养基灭菌3.843.21152加热发酵醪20.5568.5656166.8空罐灭菌0.3840.16115.2合计=sum(B2:B4)24.78=sum(C2:C4)11.925=sum(D2:D4)7434表3-1发酵车间蒸汽衡算表发酵过程中冷却水耗量的计算发酵过程中的发酵热为4.18×6000kJ/m³·h,200m³的发酵罐一般装料量为180m=83077㎏/h=1993.848t/d=598154.4t/a25m³的种子罐〔填充系数0.7〕，装料量为=8077kg/h=193.85t/d=58155t/a将发酵段冷却水衡算列表如下：生产工序平均耗水量〔kg/h〕日耗水量〔t/d〕年耗水量〔t/a〕发酵罐用水830771993.848598154.4种子罐用水8077193.8558155合计=sum(B2:B3)91154=sum(C2:C3)2187.698=sum(D2:D3)656309.4表3-3发酵车间冷却水衡算表发酵过程中无菌空气耗量的计算①单个发酵罐耗用无菌空气量计算公式：V=发酵罐体积×通气速率×填充系数：发酵罐体积为200m³那么V=200×0.18×60%=21.6m³②单个种子罐耗用无菌空气量取种子罐的无菌空气耗量为发酵过程无菌空气耗量的25%那么V=25%V=0.25×21.6=5.4m³将发酵车间蒸汽衡算列表如下：设备名称单罐每小时通气量〔m³/h)单罐每日用气量〔m³/d)单罐每年用气量〔m³/a〕年总用量〔m³/a〕发酵罐21.6518.4155520311040种子罐5.4129.63888077760总用量27648194400388800表3-4发酵车间无菌空气耗用量衡算表生产本钱利润估算柠檬酸的本钱估算〔每吨〕名称单价〔元/kg〕用量〔kg〕金额〔元〕薯干2.614003640糖浆7.632243.2碳酸钙0.83628.8硫酸1.14852.8活性炭〔脱色〕3.292294.2a-淀粉酶700.5639.2纸箱42501000包装〔瓶〕0.122000240合计5538.4以下均以年为单位，原料情况，销售情况见表生产总费用：以下平安年计算用水：年耗水量〔t〕x水费〔元/吨〕=656309.4x2.5=164.07万元用电：年耗电量x电费〔元〕=8190000x1=819万元用汽：年耗气量x汽费〔元/吨〕=388800〔立方米〕x0.159=6.2134万元合计生产总费用：989.2834万元利润估算表品名产品量原产量本钱费用销售价格销售收入利润〔吨〕〔吨〕〔元/吨〕〔元/吨〕〔万元〕〔万元〕柠檬酸500053103758.481500075003741.51第四章设备选型4.1主要设备的选型发酵罐的选型发酵罐是整个工艺流程中最重要的一个设备。当前，我国柠檬酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌通风发酵罐，即通常所说的通用罐。选用这种发酵罐的原因主要是：历史悠久，资料齐全，技术成熟可靠，成功率较高。生物反响发酵罐一般有20m³、30m³、50m³、60m³、75m³、150m³、200m³结合目前本行业发酵技术的现状，目前国内行业成熟技术水平、加工技术水平，企业可能到达的发酵控制管理水平等，从生产的可靠性、可实施性等方面考虑，本设计拟采用放罐容积约200m³现以此类发酵罐进行设计选型。.1发酵罐容积和台数确实定①发酵初糖浓度：由物料衡算可知，发酵液中柠檬酸的含量为16.403t/d，那么根据：C6H12O6→C6H8O7180192可算出葡萄糖量为：16.403×180÷192=15.378t/d那么发酵初糖浓度为：15.378÷128.109×100%=12%②生产能力的计算：现每天生产99.5%纯度的柠檬酸15.271t，柠檬酸发酵周期为75h〔包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间〕。那么每天需糖液体积为V糖。每天产纯度为99.5%的柠檬酸15.271t，每吨100%的柠檬酸液需糖液7.58m³V糖=7.58×15.271=115.7设发酵罐的填充系数φ=90%，那么每天需要发酵罐的总体积为V0〔发酵周期为48h〕。V0=V÷Φ=115.754÷0.9=128.6③发酵罐个数确实定：

现选择公称容积为200m³的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为例，那么需要发酵罐的个数为N1查资料知公称容积为200m³的发酵罐，总容积为230m每台罐的产量为：200×0.9×13%×1.11×95%×98%=24.2t发酵罐所需个数===1.972。取整为2。即需要公称容积为200m³的发酵罐2每日投放罐次：15.271/24.2=0.63,取整到1次，日运转1.972×66÷75=1.935其中发酵时间为66h，发酵操作时间为75h。.2发酵罐主要尺寸计算现按公称容积200m³V=V桶+2V封=230m³V==0.785D2×2D+π/12×D³=230解方程得：D=5.009〔m〕取D=5m，H=10m；根据《发酵工厂设计概论》通用发酵罐系数表查得封头高H=300mm从而定容积V=V桶+2V封==0.785×2×5³+3.14×5³/12=229m³≈230m.3发酵罐冷却面积计算对于柠檬酸发酵，每立方米发酵液，每小时传给冷却器得最大热量约为4.18×6000kJ/〔m³·h〕，取经验值K=4.18×500kJ/〔m³·h·℃〕。35℃→3515℃→207带入得℃即平均温差为12.4对公称体积200m³的发酵罐，每次放2115.754/2=57.877换热面积A=Q/〔K·Δtm〕=〔4.18×6000×57.877〕/〔4.18×500×12.4〕=56.0.4发酵罐搅拌器的计算采用六弯叶涡轮搅拌器①搅拌器尺寸搅拌器叶径d=D/3=1.67m，取d=1.7m叶宽B=0.2d=0.34m弧长I=0.375d=0.64m底距C=D/3=1.67m，取C=1.7m盘径d1=0.75d=1.28m叶弦长L=0.25d=0.43m叶距Y=D=5m弯叶板厚δ=12mm②转速取四档搅拌，搅拌速度N可根据50m³罐，搅拌器直径1.05m以等P1/N为放大标准放大求得N2=N1(D1/D2)2/3=80(r/min)③计算搅拌轴功率⑴雷诺数试中：D--搅拌器直径，为1.7mN--搅拌器转速，为80/60=1.33r/sρ--醪液密度，为1050kg/m³μ--醪液粘度，为1.3×10-3N·s/m²代人数据=1.7²×1.33×1050/1.3×10-3=3.1×106＞104那么为湍流，查阅《发酵设备》知搅拌功率准数Np=4.7⑵不通气时的搅拌轴功率P1P1=NpN3D5ρ=4.7×1.333×1.75×1050=168.849kW四档功率那么为P=4P1=675.396kW⑶通气时的搅拌轴功率P2式中：P1²=4.56×105；D³=4.913×106；Q为通风量〔ml/min〕，通风比取0.11，那么Q=200×0.9×0.11×106=1.98×107Q0.08=3.835P2=2.25×10-3×(4.56×105×80×4.913×106/3.835)0.39=482.326kW种子罐的选型种子罐采用的也是机械搅拌通风发酵罐。一般种子罐有5m³、20m³、.1种子罐容积和台数确实定①种子罐容积确实定:接种量按10%计算，那么种子罐容积为V种子=V发酵×10%=230×0.1=23m②种子罐个数确实定：种子罐作为二级发酵设备是负责将一级种子进行扩大培养并随后接入三级发酵罐中进行发酵，故一般为便于生产一个三级发酵罐配套一个二级发酵罐，由前面运算知应需要2个三级发酵罐，故种子罐那么也需要2个。.2种子罐主要尺寸计算计算与发酵罐的尺寸计算类似V=V桶+2V封=23mV==0.785D2×2D+π/12×D³=23解出D=2.325m，取D=2.4m=2400mm那么H=2D=4.8m实际容积为V=0.785×2×2.4^3+3.14×2.4^3/12=25.3m³＞可以满足工艺设计要求。.3种子罐型号确实定由上述计算可知，应选用容积为30m³4.2辅助设备选型以薯干为原料生产柠檬酸是我国特有的柠檬酸粗料发酵工艺，原料预处理设备可全部采用国产定型的粮食及饲料处理机械，生产过程简单、处理本钱低、设备投资少。调浆桶的选型①薯干浆的流量为G=26.9kg/h,即V=G÷ρ=26.9÷1.66=16.20m³V有效=Vτ=16.20×30/60=8.1m②设备数量的计算N=V有效/(φV单)φ为填充系数，φ=70%；V单为单台设备容积〔m³〕，V单=6mN=8.1/〔6×70%〕=1.93台，取2台根据以上计算，应选用2个容积为6m³喷射加热器的选型为保证营养不被破坏取停留时间为10s，物料流速取0.4m/s①加热器长度LL=vt=4m②蒸汽耗量流量G=26.9kg/hCp=3.92kJ/(kg·℃)温度由50℃加热到100℃，加热蒸汽P=0.42MPa饱和蒸汽温度145℃，干饱和蒸汽热焓为654.3×4.18kJ/kg，比容v‘’=0.45m³/kg，==2275.55kg/h=5056.78〔m³/h〕计损耗为10%那么=5056.78×1.1=5562.46〔m³/h〕③进气管直径计算：在此压力下取气速为45m/s，那么进气管截面积A=那么d=取无缝钢管φ231mm×3，那么=219mm，可以满足要求。④进料管直径计算：同上面的计算方法=16.23m³/h，物料流速取0.5m/s那么截面积A=0.0090〔m²〕，d=0.107m取无缝钢管φ129mm×3，那么=117mm，可以满足要求。⑤出料管直径计算：==17.59m³/h，物料流速取0.42m/s那么A=0.012〔m²﹚，d=0.122m取无缝钢管φ144mm×3，那么=132mm，可以满足要求。其它辅助设备①磁力除铁器选用永磁滚筒,由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等局部组成。磁芯由锶钙铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成圆弧形并安装在固定的轴上，形成多极头开放磁路。磁芯圆弧外表与滚筒内外表间隙小而均匀〔一般小于2mm〕，滚筒由非磁性材料制成，外外表敷有无毒且耐磨的聚氨酯涂料作保护层，以延长使用寿命。滚筒通过蜗轮蜗杆结构由电动机带动旋转，磁芯固定不动。滚筒质量小，转动惯量小。永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率高〔98%以上〕，特别适合于除去粒状物料中的磁性物质。②原料的粉碎装置选用湿式粉碎机，主要包括：加料器、粉碎机和加热器等几局部。粉碎可采用一级或二级粉碎〔两台粉碎机串联使用〕。湿式粉碎过程主要是分散微粒化的过程，可分为把颗粒团破碎、解集、润湿、分散和稳定等步骤。③带式过滤机产品提取工序中采用过滤的方法除去发酵液中的及废炭。带式过滤机，又称带式压榨过滤机，是由两条无端滤带缠绕在一系列顺序排列、大小不等的辊轮上，利用滤带间的挤压和剪切作用脱除料浆中水分的一种过滤设备。具有结构简单，脱水效率高，处理量大，能耗少，噪声低，自动化程度高，可以连续作业，易于维护等优点，其本钱和运行费用比板框压滤机降低30%以上。带式过滤机的工作原理大体分为4个阶段：⑴预处理阶段。原始料浆的含固量一般很低，必须利用重力沉降或其他方式提高料浆浓度，以降低处理本钱。常用的预处理方式是：将浓缩后的污泥与高分子絮凝剂混合，物料在絮凝剂作用下，微细颗粒凝聚团状，并初步沉淀，这是污泥上机脱水的准备条件。⑵重力脱水阶段。将絮凝预处理后的污泥加到滤带上，在重力的作用下，絮团之外的自由水便穿过滤带滤出，降低了污泥的含水量。⑶楔形预压脱水阶段。污泥在重力脱水后开始进入楔形压榨区段，滤带间隙逐渐缩小，开始对污泥施加挤压和剪切作用，使污泥再次脱水。经过此阶段后污泥流动性几乎完全丧失，从而保证了在正常情况下污泥在压榨脱水段不会被挤出。⑷压榨脱水阶段。污泥经过精心设计的压榨辊系的反复挤压与剪切作用，脱去大量毛细作用水，使污泥水分逐渐减少，形成污泥滤饼，在重选滤带分开处，滤饼被卸料刮刀刮下。卸料后滤布经清洗进入下一下循环。④降膜蒸发器降膜蒸发是将料液自降膜蒸发器加热室上管箱参加，经液体分布及成膜装置，均匀分配到各换热管内，在重力和真空诱导及气流作用下，成均匀膜状自上而下流动。流动过程中，被壳程加热介质加热汽化，产生的蒸汽与液相共同进入蒸发器的别离室，汽液经充分别离，蒸汽进入冷凝器冷凝〔单效操作〕或进入下一效蒸发器作为加热介质，从而实现多效操作，液相那么由别离室排出。设备主体由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ效加热器、别离器、热压泵、冷凝器、杀菌器、保温管、料泵、水泵及仪表柜组成。本设备凡和物料接触均用优质不锈钢制作。序号设备名称规格与型号台数材料1发酵罐公称容积200m³，φ21Gr18Ni9Ti钢2种子罐公称容积30m³，φ2A3钢3预过滤器JLS-Yu-0452金属镍4蒸汽过滤器JLS-F-0352金属镍5金属过滤器JLS-0452金属镍6液化醪泵IS80-50-2001机体铸铁7种子液输送泵IS80-50-2002机体铸铁8发酵醪液输送泵IS80-50-2002机体铸铁9自来水输送泵IS80-50-2001机体铸铁10发酵醪贮罐V=367.2m11Gr18Ni9Ti钢11调浆桶V=6m21Gr18Ni9Ti钢12液化维持罐V=12m11Gr18Ni9Ti钢表4-1年产5000t柠檬酸发酵车间设备一览表第五章全厂车间布置概况5.1厂址选择厂址选择的一般性原那么①要符合所在地区工业布局以及产品供需安排的要求，符合城市规划或工业区域规划，按照国家有关法律、法规及建设前期工作的规定进行。②尽可能节约占地面积，少占或不占良田、耕地，充分利用所在地区的有利条件，避开或克服不利条件，充分利用当地人力、财力和自然资源，保护环境。③交通运输条件比拟方便、经济，使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合理运输，总体经济效益好，有利于加快国民经济开展和人民生活的提高。本设计的厂址选择本设计“柠檬酸发酵车间〞只是个最初理论的设计，具有许多的局限性，具体厂址选择还要结合柠檬酸行业特点和建厂方的自身经济条件，在此还无法给出具体的选址地址。5.2车间布置车间布置是工艺设计中的重要组成局部，它关系着整个车间的命运。即使有了先进的生产工艺流程及正确的设备选型和设计，而没有合理的车间布置相配合，生产也难以正常、顺利地进行，从而影响整个生产管理。车间布置的根本原那么和要求总平面布置必须贯彻国家的各项方针，政策，在符合放火，卫生标准的前提下，尽可能节约用地，不占，少占农田；减少劳动强度，节约建筑材料，使所建工厂形成布局合理，协调一致，生产井然有序，并与四周建筑群相互协调的有机整体。具体的原那么和要求包括以下几点：①车间布置必须符合国家及行业的有关标准和规定，满足卫生、平安、GMP要求。如《工业企业设计卫生标准》、《工业“三废〞排放试行标准规定》、《工业与民用通用设备电力装备设计标准》等，以及厂址所在地区的开展规划。②车间布置必须按设计任务书和选择厂址报告进行设计，按不同的规模和类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地。③车间布置必须符合生产流程的要求，原料、半成品、成品的生产作业线应顺直、短捷，防止作业线的交叉和返回。因此，建、构筑物厂房布置要做到功能分区明确，合理用地，结合厂址的地形合理选择标高，顺应等高线布置。如果地形坡度较大时，应采用阶梯式布置，以减少平整场地土石方量和缩短车间之间距离。④车间布置应当将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区中心地带，以使其他部门为其提供配合效劳。在地形地质受限制的条件下，应采取施工措施加以解决，既不能勉强追求方正，又不能迁就施工简便，以免留有后患，长期影响生产经营。⑤车间布置应充分考虑地区主风向的影响，以此合理布置各建、构筑厂房及厂区位置，主风向由各地风玫瑰图决定。生物工程工厂菌种各异，应防止环境染菌。厂内生产区总有废气、废水排出。为确保生活区、行政区的环境卫生，卫生区应处在生活区的下风向，而生产要求高的车间应处于上风向。⑥车间布置应遵从城市规划的要求。面向城市交通干道方向做工厂的正面布置。正面的工厂建筑物应直线性布置，与城市建筑保持协调，以利于市容美观整齐。本设计的车间布置车间布置设计的目的是对厂房的配置和设备的排列作出合理的安排，并决定车间，工段的长度，高度和建筑结构形式，以及各车间之间与工段之间的相互关系。车间布置必须在充分调查的根底上，掌握必要的资料作为设计的依据或参考。这些资料包括：生产工艺流程图〔见附图1〕，物料衡算数据及物料性质，设备资料，公用系统耗用量，土建资料和劳动平安，防火，防爆资料，车间组织及定员资料，有关厂区总平面布置的标准资料。在本设计中，柠檬酸全厂的布局参考了某公司车间的布局，在此根底上又做了一定的修补〔见附图2〕。主要工序包括液化醪→发酵醪→发酵成熟醪→提取5.3发酵厂卫生问题本设计的产品柠檬酸的一个重要用途就是用作食品添加剂，也就是相当于一种食品，因此在生产过程中的环境卫生问题非常重要。卫生设施的要求①食品工厂的车间备有通风设备，吸入空气必须清洁新鲜，没有通风设备要有气窗，风帽自然通风。北方乳品车间有采暧设备，成品包装应空阔，保持室温22~24℃②车间有充足照明，照明器不应安装在原料或半成品及成品无盖设备上。③车间内有为设备、管道、工器具进行消毒的必要设备、工具。④生产车间入口应有洗涤去除身上、鞋上脏物的设施，车间内有男女更衣室，浴室；成品包装前应设消毒间，北方地区车间内应设有厕所。第六章废物处理6.1发酵工厂污染概况发酵工厂的污染物主要是废水、废渣、废气。也就是所谓的“工业三废〞。发酵工业主要行业1996年废渣水年排放量到达27.5×108m³，其中废渣量到达1.6×108发酵工厂是以粮食和农副产品为主要原料的加工工业，其主要废渣、废水来自于原料处理后剩下的废渣，别离与提取主要产品后的废母液、废糟，以及生产过程中各种冲洗水、冷却水。该类废水成分复杂，处理起来相对难度较大。6.2柠檬酸工厂的“三废〞处理2010年4月7日，国务院发布通知指出，将淘汰环保不达标的柠檬酸生产装置。资料显示，淘汰环保不达标的柠檬酸企业已不是什么新鲜的事情了，因为柠檬酸工业是环境污染的“大户〞，在媒体报导也经常会看到柠檬酸生产企业被停产整顿的消息，环保问题也一直困扰着整个行业。我国柠檬酸生产企业众多，厂家遍布全国各地，2001年之前，柠檬酸企业的数量到达了最顶峰，多达120多家，其中不乏产能低下、污染严重的小型企业。据统计，目前柠檬酸生产中治理“三废〞所需的费用约占生产本钱的1／3，因此“三废〞治理好坏成为我国柠檬酸行业健康稳定开展的关键因素。柠檬酸生产的“三废〞治理主要有三大途径：一是对“三废〞采取合理有效的治理方法；二是改良合成工艺，将污染消灭在生产工艺过程中；三是对“三废〞合理利用，变废为宝。柠檬酸发酵有机废水的处理在技术上已经不存在问题，在装置上已经大部国产化。新型的厌氧反响器以其大容量、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，逐渐转向全方位的效劳。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效劳，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。柠檬酸废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为物理法、化学法和生物法。物理法就是利用物理作用，别离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变水的化学性质，如重力别离、气浮、反渗透、离心别离、