年产15万吨柠檬酸提取车间设计

摘要柠檬酸是一种重要的医药化工产品，世界年消耗量已达130万吨。最近几年由于中国柠檬酸生产工艺不断改良，产品质量持续提高，在国际上有很强的竞争力，已经成为全球最大的柠檬酸生产国和出口国，目前中国柠檬酸产能已达120多万吨，约占全球的60%。随着柠檬酸产业竞争压力增大，柠檬酸生产工艺的不断改良,生产柠檬酸的企业数量开始减少，企业的生产能力迅速扩大。小型的企业由于没有技术支撑，无法同大型企业相抗衡，在竞争中处于劣势。因此，对于较小的企业来说，改良生产工艺已经迫在眉睫。本设计采用玉米原料通过液体深层好氧发酵，得到柠檬酸发酵液，再通过钙盐离子提取法提取柠檬酸，再经过精制工序得到无水柠檬酸。其中玉米的淀粉含量为65%，含水量在15%，蛋白质含量在8%左右，选用的菌种为黑曲霉Co827，国内比拟流行用此种生产方法。本设计为年产量15万吨的柠檬酸提取车间设计，在设计过程中，重点论证液化、发酵、提取、精制等工段的设计理论及技术要求，着重于各个车间的工艺计算及设备的选型。通过物料衡算、热量衡算，确定糖化车间、发酵车间、提取车间的主要的糖化罐、发酵罐、种子罐、中和罐、脱色柱、离交柱、蒸发器、结晶罐、离心机的型号，以及提取车间的车间布局。关键词：柠檬酸提取车间布局ABSTRACTCitricacidisakindofimportantpharmaceuticalchemicalproducts,theworldhasreached1.3milliontonsinconsumption.InrecentyearsasChinacitricacidproductionprocessimprovement,tocontinuetoimproveproductquality,haveintheworldofstrongcompetitionforce,hasbecometheworld'slargestcitricacidproducerandexporter,China'scurrentcitricacidcapacityhasamountedtomorethan120tons,accountsforabout60%oftheworld.Withcitricacidindustrycompetitivepressure,citricacidproductionprocessimprovement,citricacidproductionenterprisenumberstarttoreduce,enterprise'sproductioncapacityrapidlyexpanding.Smallenterprisewithnotechnicalsupport,can'tcompetewithlargeenterprise,atacompetitivedisadvantage.So,forsmallenterprisethat,improvingproductiontechnologyisimminent.ThisdesignUSESthecornrawmaterialsthroughtheliquidoxygendeepgoodfermentation,getcitricacidfermentedliquid,againthroughthecalciumsaltionextractioncitricacid,andthenafterrefiningprocessgetnowatercitricacid.Oneofthecornstarchcontentis65%,thewatercontentat15%,proteincontentof8%orso,chooseforCo827aspergillusspecies,comparedwiththepopulardomesticproductionmethods.Thisdesignforanannualproductioncapacityof150000tonsofcitricacidextractionworkshopdesign,inthedesignprocess,thentheauthorliquefaction,fermentation,extraction,refined,thedesignofthesectionintheoreticalandtechnicalrequirements,withafocusoneachoftheworkshopprocesscalculationandtheequipmentselection.Throughthematerialbalancecalculations,heatbalancecalculations,determinethesaccharificationandfermentationworkshop,extractionworkshopsmainlyoftheworkshopsaccharifyingcans,fermentationtank,seedcans,andcans,decoloringcolumn,columns,evaporator,from/crystallizationcans,centrifugemodel,andtheextractionoftheplantoftheworkshoplayout.Keywords:citricacid；extract；workshoplayout第一章绪论1.1柠檬酸的理化性质柠檬酸是一种重要的有机酸，又名枸橼酸，学名2—羟基丙烷三羧酸或2—羟基丙烷—1，2，3—三羧酸。无色晶体，商品柠檬酸主要是无水柠檬酸(C6H8O7)和异柠檬酸(C6H8O7·H2O)。异柠檬酸为无色透明，有光泽的含有一个结晶水的晶体，而无水柠檬酸那么是无色半透明全对称晶体。异柠檬酸由低温(低于36.6℃)的水溶液中结晶析出，经别离枯燥后的产品，分子量210.14，熔点70—75℃，密度1.542。放置在枯燥的空气中，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℃。柠檬酸因为无毒、水溶性好、酸味适度、易被吸收和价格低廉等优点，被广泛应用于食品、医药、化工、化装品、清洗、建筑等工业部门。柠檬酸的分子式为：1.2柠檬酸的开展史：1893年前，人们主要从柑桔、菠萝和柠檬等果实中制取柠檬酸。1893年后发现微生物可以产生柠檬酸，1951年美国Miles公司首先采用深层发酵法生产柠檬酸。我国在上世纪40年代初期开始浅盘发酵生产柠檬酸，60年代采用薯干粉直接深层发酵法生产柠檬酸。能够生产柠檬酸的微生物很多，青霉、毛霉、木霉、曲霉、葡萄泡菌及酵母中的一些菌株都能够利用淀粉质原料或者烃类来大量积累柠檬酸。至今世界上消费的柠檬酸主要采用发酵法，而最具有商业竞争优势的是采用黑曲霉、文氏曲霉和解脂假丝酵母等菌种的深层液体发酵。目前国内外普遍采用黑曲霉利用糖质原料发酵生产柠檬酸。1.3柠檬酸国内的现状：目前，世界上柠檬酸行业的集约化程度非常高，生产重心已经转移到了中国，我国柠檬酸产量和出口量已经连续多年居世界第一。目前，全球的年产柠檬酸量大约为150万吨，中国的柠檬酸产量大约100万吨，占世界的65%。目前，国内的柠檬酸生产企业主要集中在山东、安徽、江苏。其中，生产规模最大的是潍坊英轩实业，其年产量已达50万吨，出口多个国家。经过多年的技术革新，国内生产的柠檬酸品质大为改变，生产技术水准、原料、能耗和水耗指标都取得了巨大的进步，但是与兴旺国家相比，我国的柠檬酸生产企业自动化程度还不是很高，劳动生产率不高，废弃物排放高、资源综合利用和清洁生产水品不够，这些问题也都制约着柠檬酸行业的可持续开展。1.4设计的原那么⑴设计工作必须经过认真的调查研究，通过查找相关文献，设计所必须的根底数据信息，加强技术经济的分析工作。设计的技术经济指标以到达或者超过国内同类型功成生产实际平均先进水平为宜。⑵要积极引进新技术，力求设计在技术上具有现实性、先进性，节约本钱，提高资源的利用率，巩固社会和环境效益。⑶根据生产工艺的流程，设计好各个车间的分布位置，使车间的管道布置以及占地面积等到达最正确效果，充分节约本钱。⑷根据工艺计算，安装各个车间的设备，做到设备排列简洁、紧凑、整齐、平安。⑸发酵工厂的设计还应该采用微生物发酵的独特要求，注意环境卫生和工厂车间对卫生、无菌、防火的要求。另外，还应该贯彻国家卫生法的有关规定。⑹设计工作要表达国家的有关方针、政策，切合实际，平安使用，技术先进，做到精心设计，千方百计把工厂设计的合理，使得技术先进、生产产品质量好、企业收益快，使得设计工作符合社会市场经济建设的总原那么。1.5设计的依据⑴利用山东英轩实业的实习报告。⑵依据我国现行的有关设计和安装的技术标准和标准。⑶结合原材料的特性与产品的质量要求以及厂址的选择，结合国内外的先进工艺条件设备的制造、供给水平，采用先进的工艺与设备。⑷参考的资料：依据设计任务书的要求设计。利用实习期间收集到的原始数据资料参考文献资料第二章工艺条件的选择和论证2.1柠檬酸生产方法的选择2.1.1柠檬酸的生产方法我们国内主要是采用生物发酵法。柠檬目前生产柠檬酸的主要方法有水果提取法、化学合成法以及生物发酵法三酸的生物发酵法有多种发酵工艺，有固体外表发酵法，外表发酵法，深层发酵法，石油烃(正构烷烃)发酵法等等，目前生物发酵法主要采用前三种方法为主。使用的主要原料有薯干，木薯，马铃薯，蜜糖、玉米的淀粉水解液以及小麦淀粉的水解液可生产柠檬酸。我国的大型企业采用的为深层发酵法。深层发酵的发酵过程是发生在密闭的大型发酵罐内，菌体的生长分散在整个液体介质内。深层发酵的关键设备是发酵罐。发酵罐通常由罐体、搅拌、冷却装置和空气分布器等组成。配制好的发酵原料经灭菌、冷却后，将培养的优育菌种先接种于种子罐，再转移至发酵罐。发酵期间罐内始终通入无菌空气，以增加培养基内的溶解氧，注意控制发酵温度、pH、通气量及搅拌速度，维持菌体的生长。2.1.2柠檬酸发酵液的提取柠檬酸发酵液中粗了含有大量的柠檬酸外，还含有大量的菌体以及少量没有被黑曲霉利用的残糖、蛋白质、脂肪、胶体化合物以及无机盐等。柠檬酸提取就是从成分复杂的发酵液中别离提纯并获得符合英国药典标准的柠檬酸。从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法主要是：钙盐—离子交换法、溶剂萃取法，“吸交〞法、离子色谱法等。目前国外生产主要采用溶剂萃取法和钙盐—离子交换法，而国内主要采用钙盐—离子交换法。2.2柠檬酸生产的原理2.2.1柠檬酸发酵的原理用黑曲霉发酵法生产柠檬酸的代谢途径为：黑曲霉生长繁殖时产生的淀粉酶、糖化酶首先将玉米粉中的淀粉转变为葡萄糖，葡萄糖经过酵解途径〔EMP)和HMP途径转变为丙酮酸，丙酮酸由丙酮酸氧化酶氧化生成乙酸和二氧化碳，继而经乙酰磷酸形成乙酰辅酶A，然后在柠檬酸合成酶的作用下产生柠檬酸。黑曲霉在限制氮源和锰等金属离子的条件下，同时在高浓度的葡萄糖和充分供氧的条件下，TCA循环中的α—酮戊二酸脱氢酶受到阻遏，TCA循环变成“马蹄形〞，代谢流聚集于柠檬酸处，使柠檬酸大量积累并且排出菌体外。反响方程式为：C6H12O6+1.5O2→C6H8O7+2H2O2.2.2钙盐—离子交换法提取柠檬酸的原理钙盐—离子交换法首先采用过滤或者超滤出去菌体等不溶残渣，然后在澄清过滤液中参加碳酸钙中和，生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，利用在80—90℃下柠檬酸钙的溶解度最低的特性，通过过滤将它与可溶性的糖、蛋白、氨基酸、其他有机酸、无机离子等杂质别离开。为了获得较净的柠檬酸钙，需要用80—90℃热水反复洗涤柠檬酸钙，以除去残糖和其他可溶性杂质。经过滤获得纯洁的柠檬酸钙，然后在洗净的柠檬酸钙中参加浓硫酸进行酸解，生成柠檬酸和硫酸钙沉淀，经过过滤(或者离心〕出去硫酸钙沉淀，获得粗制的柠檬酸。其反响方程式为：2C6H8O7+CaCO3+2H2O→Ca3〔C6H5O7〕·4H2O↓+3CO2+H2OCa3〔C6H5O7〕·4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7·H2O+3CaSO4·2H2O↓2.3柠檬酸生产的原料、辅料2.3.1柠檬酸生产原料的选择1、原料中可利用成分高，无抑制柠檬酸生产菌生长和产酸的物质极少。或容易除去，能满足工艺要求。能就近取材，原料来源丰富，便于采购、运输、适于大量储存，保证生产上的供给。3、原料成分对产品的提取、精制无影响。4、价格廉价。所以我们按实际需要，本次设计主要以优质玉米为原料，其质量要求为：淀粉含量：65%，含水量：15%蛋白质含量：8%外观：色泽鲜艳、颗粒饱满完整，均匀一致、质地紧密、无杂质、无异味2.3.2柠檬酸生产的辅料1、耐高温液体细菌α—淀粉酶耐高温α-淀粉酶采用地衣芽孢杆菌经过深层培养、提取等工序精制而成，能随机水解淀粉、糖原及降解物质内部的α—1，4糖苷键，使得胶状淀粉溶液的粘度迅速下降，产生可溶性糊精和寡聚糖，过度的水解可产生葡萄糖和麦芽糖。该酶具有极高的耐热性能，广泛用于酒精、味精、淀粉糖、啤酒酿造等行业。外观：棕褐色液体溶解性：易溶于水酶活力单位：40000U/mlPH范围：最适PH：5.8—6.5容重：<1.25g/ml温度范围：90-95℃，在喷射液化工艺中瞬间温度达105-110℃，仍能有效水解淀粉。用量：该酶的添加量一般取决于生产工艺条件，一般是每吨原料中0.25L的淀粉酶。贮藏：在密闭容器内，置于阴凉、枯燥的环境下保存一年，其活性减少低于10%，如冷藏在5℃的条件下，保存期可以更长。

2、98%的浓硫酸,密度为1820kg/m33、轻质CaCO3≥98.4，相对分子质量：100.094、采用Co827发酵菌种5、盐酸：以电解质最好HCl≥31%，SO42-≤0.007%6、732#阳离子树脂外观：淡黄色或褐色，球状颗粒交换当量：≥4.5粒度：16～50目占95%以上真空比：0.75～0.85g/㎏水分：40～52%7、GH-15(GH-11)颗粒活性炭脱色力≥11；pH=5～7；总铁量≤0.1%；颗粒度200目；强度≥90%；填充比重0.3～0.45g/㎝2；灰分≤4.0%；铁盐≤0.02%8、D301大孔弱碱阴外观：乳白色不透明球状颗粒含水量：40～50%全交换量：≥4.8mmol/g〔干〕粒度：〔0.315～1.25mm〕≥95%,(0.45～1.25mm)≥95%，〔0.315～0.63〕≥95%渗磨圆球率：大于等于90%(NH4)2SO4≥99.0%10、消泡剂：玉米油2.4产品质量要求中国柠檬酸标准表1-1中国食品添加剂标准柠檬酸含量≥99%砷含量≤0.0001%硫酸盐含量≤0.05铁含量≤0.001%草酸盐合格灼烧残渣≤0.1%重金属含量≤0.001%钙盐合格表1-2中国化学试剂标准〔柠檬酸〕指标〔%〕优级纯分析纯化学纯柠檬酸含量≥99.899.899溶解度试验合格合格合格水不容物≤0.0020.0050.01灼烧残渣≤0.010.020.07SO42-≤0.0020.0050.02PO42-≤0.0010.0010.005Ca≤0.0020.0050.02Fe≤0.00010.00050.001重金属含量0.00050.0050.001柠檬酸国际标准(2005)(1) 柠檬酸含量≥99.5%(2) 性状：无色晶体或白色晶体粉状(3) 溶解度：溶于一份水或一点五份乙醇中(4) 微溶于醚(5) 鉴别试验：符合柠檬酸盐特性反响(6) 溶液透明度：色泽澄清(7) 色泽不透明(8) 深于参比液Y6、BY6、GY6的等体积19g/L盐酸稀释液(9) 钡：符合实验(10)钙：≤200mg/L(11)重金属≤5mg/L(12)铁≤10mg/L(10)氯化物≤50mg/L(11)草酸盐≤100mg/L(12)硫酸盐≤150mg/L(13)易碳化物：符合实验(14)水分≤0.5%〔W/W〕(15)硫酸盐灰分≤0.1%(16)白度≥72%(17)粒度：符合实验2.5生产工艺2.5.1本设计的柠檬酸生产大体流程：玉米原料→粉碎调浆→喷射液化→压滤清液→柠檬酸发酵→发酵液→过滤清液→中和反响淀粉酶黑曲霉↓包装←烘干筛分←离心洗涤←结晶←浓缩←离子交换←脱色←酸分←带式过滤本工艺流程的优点：⑴使用玉米原料，价格廉价，并且我国玉米的产量为世界第一，来源广泛。⑵采用液化发酵工艺，基质中杂质较少，粘度减少，发酵过程易于控制，所以生产本钱大大降低。⑶采用液体深层发酵法：发酵体系为均一的液体，传热传质良好；设备占地面积小，生产规模大；发酵速率高，时间短；产酸率高，菌体生成量小，原材料消耗低；便于机械化操作；发酵副产物少，产品得率高，产品质量高等，从而使其成为当今世界生产柠檬酸的最主要的方法。⑷过滤后的得到的玉米残渣可以直接作为饲料或者经过固体发酵制得高蛋白饲料，是原来的生产本钱大大降低。⑸采用钙盐—离子交换法提取柠檬酸。方法比拟简单，原料价格低廉；没有使用先进的工艺设备，节约生产本钱；同时这种方法对于产品的生产没有污染，生产的柠檬酸可以正常使用。提取率大约为70%—80%2.5.2各段工艺流程及工艺参数确实定与论证2.5.2.1液化车间工艺流程淀粉酶淀粉酶渣子用于生产高蛋白饲料玉米原料→粉碎调浆→喷射液化→浊液→板框过滤→糖液发酵液化工段的相关工艺参数：粉碎机使用的是锤片式粉碎机，采用锤式粉碎机，其结构简单，占地少，生产能力大，操作弹性大,玉米颗粒的粉碎粒度为1mm。粉碎过程：首先经刮板、提升等设备输入至粉碎机进行粉碎，加工成60目以上的细颗粒，通过引风机引风将粉碎过的玉米提升至玉米粉刮板机，然后进入调浆槽。粉碎机采用布袋除尘器配料的料水比为1：3.10参加的水的温度是60℃④液化结束后，DE值要到达16.8，此时碘检反响呈棕色⑤α—淀粉酶：9.6U/g(淀粉〕液化过程的具体操作流程配料罐→一次喷射泵→一次喷射器→一次保压罐→一次闪蒸罐→一次维持罐↓二次维持罐←二次闪蒸罐←螺旋板换热器←二次保压罐←二次喷射器←二次喷射泵↓中和罐液化过程具体的工艺参数：①在原料进入喷射器之前，需要用配料池来调节工艺条件，用离子膜碱即30%NaOH溶液来调剂，用PH试纸测，PH一般为6.3—6.5。开启一次喷射泵进料温度为98—100℃,二次喷射器内温度到达105℃，流速为55m³/h,液化时间是35—45min②喷射器的作用：物料和蒸汽在喷射器内迅速升温，由糊化状态进入液化状态。③在配料池中每吨料液中参加0.24L淀粉酶，其中1ml的酶活力为40000单位。④一次喷射器内料压为0.02—0.1MPa,气压为0.2—0.4MPa;一次保压罐0.05MPa—0.1MPa;一次闪蒸罐98℃,不超过10min;二次喷射器内料压0.1—0.2MPa气压0.2—0.4MPa;二次保压罐0.1—0.2MPa⑤在一次闪蒸罐中不参加淀粉酶，二次闪蒸罐中参加上述淀粉酶⑥液化罐的体积大约为60m3液化罐电机功率为7.5KW⑦中和罐是硫酸罐，作用是调节PH，调节PH到5.62.5.2.2发酵车间工艺流程及论证发酵大体流程：黑曲霉浊液与清液↓↓液化浊液种子罐发酵罐发酵液提取工艺具体的操作流程：种子罐培养：刷罐→检查罐→进料→实消→接种→培养→转种↑玉米浆→浊液→清液↓发酵罐：刷罐→查罐→进料→实消→接种→培养→压料发酵流程的相关工艺参数：①板框过滤机压力0.6MPa,113个板框，过滤面积300㎡,过滤总容积4564L,活塞最大行程750mm。②采用Co827发酵菌种；种子罐的进料口内径125mm，外径140mm；种子罐的体积为50m³；种子罐电机功率为45KW，搅拌转速120r/min；将25L×3=75L的菌种参加种子罐在37±0.5℃的条件下，培养30h,一个种子罐供给2个发酵罐，接种到发酵罐中的种子为40m³，在转入糖后要灭菌0.5—1.0h③发酵罐的电机功率180KW，搅拌速率90r/min,PH最低为2.0，发酵周期60h，总糖含量17%—18%，发酵温度38—39℃，罐压0.06MPa±0.02MPa,发酵罐的高为18m,直径为6m,发酵罐的体积为500m³,一般是参加到发酵罐中种子液是参加的发酵罐中的浊液与清液总量的10%④消泡剂使用的是玉米油。⑤参加硫酸铵来调节种子罐中的氮源。2.5.2.3提取流程滤渣作低蛋白饲料参加碳酸钙得到废糖水加热发酵液转鼓过滤机过滤清液中和反响带式滤机精制工序柠檬酸分解液带式过滤机分解反响柠檬酸钙参加硫酸相关工艺介绍⑴发酵液的预处理将发酵液加热至80～90℃，其作用：杀死菌丝体和杂菌，终止发酵，防止柠檬酸代谢分解；使蛋白质等胶体物质变性凝固，降低发酵液的粘度，有利于过滤；使菌体中的柠檬酸释放，提高收率。⑵过滤真空转鼓过滤机有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以支承板和滤布，构成过滤面。过滤面下的空间分成假设干隔开的扇形滤室。各滤室有导管与分配阀相通。转鼓每旋转一周，各滤室通过分配阀轮流接通真空系统和压缩空气系统，顺序完成过滤、洗渣、吸干、卸渣和滤布再生等操作。在转鼓的整个过滤面上，过滤区约占圆周的1/3,洗渣和吸干区占1/2,卸渣区占1/6,各区之间有过渡段。过滤时转鼓下部沉浸在悬浮液中缓慢旋转。漂浮在悬浮液内的滤室与真空系统连通，滤液被吸出过滤机，固体颗粒那么被吸附在过滤面上形成滤渣。滤室随转鼓旋转离开悬浮液后，继续吸去滤渣中饱含的液体。当需要除去滤渣中残留的滤液时，可在滤室旋转到转鼓上部时喷洒洗涤水。这时滤室与另一真空系统接通，洗涤水透过滤渣层置换颗粒之间残存的滤液。滤液被吸入滤室，并单独排出，然后卸除已经吸干的滤渣。这时滤室与压缩空气系统连通，反吹滤布松动滤渣，再由刮刀刮下滤渣。压缩空气〔或蒸汽〕继续反吹滤布，可疏通孔隙，使之再生⑶中和①中和方程式：2C6H8O7+CaCO3+2H2O→Ca3〔C6H5O7〕·4H2O↓+3CO2+H2O另外发酵液中还存在杂酸和葡萄糖酸，他们中和时可能形成钙盐：草酸C2H2O4+Ca2+→Ca2C2O4葡萄糖2C6H12O7+Ca2+→Ca(C6H11O7)2在热的中和液中，草酸钙可以在pH3以下沉淀析出，从而先得到别离，葡萄糖钙的溶解度很大，一直处于溶解状态，不混合到柠檬酸钙沉淀中。②工艺条件及论证①中和剂：碳酸钙②pH=6～6.8，中和操作pH很大程度地影响着柠檬酸钙的质量表2-1残留酸度对柠檬酸钙的影响残留酸度柠檬酸钙沉淀率〔%〕钙盐沉淀中的柠檬酸4.044.564.03.353.057.42.478.047.61.682.843.81.385.238.30.892.129.0碱性反响95.111.2由表可见，pH在酸度高时沉淀纯度高，沉淀率较低，综合考虑，pH确定在6～6.8之间。③温度pH6.1的条件下，60～90℃范围内，柠檬酸钙的溶解度相差不大，所以，本工艺操作初温为70℃，加完中和剂后，于85～90℃保温20～30min，使沉淀成熟。虽然在50℃下完成的钙盐沉淀需要20min，沉淀细粒对酸解有利，但考虑到柠檬酸的溶解度，工业上一般采用70℃的初温表2-2pH5.0时温度对柠檬酸钙沉淀的影响碳酸钙参加时的温度沉淀时间〔min〕柠檬酸沉淀率〔%〕20120704040905020～100702100800.51001000.5～100⑷酸解①酸解方程式：Ca3〔C6H5O7〕·4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7·H2O+3CaSO4·2H2O↓硫酸用量为酸解过程的关键，一般硫酸不能过量0.2%，否那么草酸钙溶解而转入溶液中。(2)工艺参数确实定与论证①硫酸添加量：980gH2SO4/1000gCaCO3②酸解温度：85℃③搅拌速度：60r/min④终点检测：pH=2时，采用双管法检测终点。酸解时形成硫酸钙有三种：CaSO4·2H2O，CaSO4·1/2H2O，无水CaSO4这三种形式取决于溶液的过饱和度和温度，过饱和度过高，易形成无水物，在80℃以下，形成CaSO4·2H2O，在80～90℃范围内CaSO4·2H2O和CaSO4·1/2H2O可以共存，90～100℃形成CaSO4·1/2H2O，140℃以上形成无水CaSO4。酸浓度升高和温度升高，都使溶解度降低，减少无水CaSO4的溶存量。2.5.2.4净化酸解夜中含有色素和胶体物质，还有多种金属阴离子和阳离子。净化的目的就是要除去这些杂质，使最终成品的质量符合标准。本工艺采用先经活性炭吸附脱色，然后再离交处理，以到达净化的目的。(1)离子交换脱盐的原理：阳离子交换：RSO3－·H++M+＝RSO32－·M++H+阴离子交换：RN(CH3)3+OH－+Cl－＝RN(CH3)3+Cl－+OH－(2)工艺条件的选择与论证：①脱色柱：采用GH-15活性C，再生流程如下：脱色柱→用至失效→水洗涤→NaOH洗脱色素↑↓水洗至pH5～6←HCl处理←水洗至pH=8其中NaOH：1.0mol/L，HCL：1.0mol/L②离交柱：采用国产732型强酸型离交树脂，再生流程如下：离交柱→用至失效→水洗涤↑↓水洗至pH4～4.5←HCl再生新树脂使用前采用2mol/L盐酸转型，再生时仍用2mol/L盐酸浓缩(1)酸解净化后的柠檬酸液的浓度只有20～25%〔W/W〕，浓缩至70%以上才能进行结晶。其真空度为650mmHg，温度不超过60℃(2)工艺条件的论证：①柠檬酸浓缩时温度不能过高，否那么柠檬酸会发生分解。②为使浓缩过程中温度不能过高，需维持较高的真空度。蒸发压力不能超过0.014MPa〔110mmHg〕，加热蒸汽不能超过0.1MPa〔表压〕。结晶(1)工艺条件的选取：①温度：36.6℃以下②时间：约10h③搅拌速度：25～30r/min(2)条件论证根据柠檬酸结晶特性可知，在55℃时柠檬酸的饱和浓度为73％〔质量〕，而在生产上将柠檬酸净制液在55℃时浓缩到近81％〔质量〕的浓度，没有结晶析出。再将过饱和溶液快速冷却到40℃〔1～2h〕C点，还是没有结晶析出。再慢慢降温〔每小时降温2～3℃〕，当冷却到D时，溶就立即自发生成大量晶核，同时浓度随之降低，一直降到E点，使溶液到达饱和浓度为止。从起晶到育晶结束是在折点温度36.6℃以下进行，故所得的晶体是带有一个结晶水的柠檬酸水化物结晶。粘度与结晶速度成正比，因而要使粘度小些枯燥和包装(1)参数：枯燥温度控制在36.6℃以下；适当地提高枯燥速度(2)条件论证：经过离心洗涤与母液别离后柠檬酸晶体外表附有少量水分〔2～3%〕，为除去这局部水〔4%以下〕需枯燥。第三章工艺计算设计任务：年产150000吨一水柠檬酸，含量≥99%。条件：公称体积500m3发酵罐,全容积530m3，填充系数80%，倒罐率1%，发酵周期60h，使用周期75h,年生产320d，发酵醪的加水比为1:3.6。原料：玉米，含淀粉65%，水分15%，可发酵性糖96%，糖酸转化率95%，提取收率86.6%,精制收率98%。年生产批次：320×24/75=102.4〔次〕所以取整数为103次设总发酵醪液为Xm3，产酸率为14%〔即产酸浓度为140kg/m3〕那么140=150000×103×99%/1.0914/98%/86.6%/X/〔1-1%〕解得X=1.157×106所需发酵罐的个数为：1.157×106/〔500×80%×103〕=28.08取整为29个发酵罐。3.1液化工序由相对密度和干物质浓度对照表验算发酵醪加水比为1:3.60。由于液化和灭菌会带进局部冷凝水，物料的加水比推算为1:3.10。液化灭菌后玉米粉浓度：140/65%/95%/96%=219.30㎏/m3设全年玉米原料需求量为w，那么w=150000×99%/1.0914/98%/86.6%/95%/96%/65%/〔1-1%〕=273183.929(t)单罐批料量：273183.929/(29×103)=91.46t根据发酵液的接种量为1/10，所以投料量为:发酵罐83.14t，种子罐8.314t。耐高温α-淀粉酶〔10单位/g淀粉，规格40000u/g淀粉〕的量为：273183.929×65%×10/40000=44.39t一、液化热量衡算玉米粉比热：Cs＝4.18×〔1-0.7B0〕=4.18×(1-0.7×85%)=1.6929KJ/(kg.℃)玉米粉加水比1：3.10，那么粉浆干物质浓度B%=(1-15%)/(1+3.10)=20.73%液化醪比热：CW＝Cs×B/100＋Cw〔100－B〕/100＝1.6929×20.73/100＋4.18×〔100－20.73〕/100＝3.664KJ/(kg.℃)玉米粉初温为20℃，加60℃水混合调料后的浆温为t。那么：Cs×〔t－20〕＝3.10×Cw×〔60－t〕1.6929×〔t－20〕＝3.10×4.18×〔60－t〕t＝55.38℃液化罐单罐批次升温段需热：〔105℃为液化温度〕Q1＝91.46×(3.10+1)×103×3.664×(105-55.38)＝6.812×KJ/罐单罐批次恒温段需热Q2〔取升温段的1/10〕：Q2=6.812×KJ/罐总需热量Q=Q1+Q2＝7.499×KJ/罐二、蒸汽衡算蒸汽性质：0.2MPa，汽化热：2203.51KJ/kg液化蒸汽耗量：G=Q/2203.51＝7.499×/2203.51=34.033t/罐三、冷凝水衡算饱和水蒸气的性质：0.2MPa，液化热2203.51KJ/kg那么液化灭菌后的冷凝水量为:W=Q/2203.51=7.13×/2203.51=34.033t/罐3.2菌种培育工序3.2.1一级培养一、物料衡算一级斜面培养所用试管为18×180mm，装液量为1/4管长。π/4×d2l×(1/4)=3.14/4×182×180×(1/4)=15700㎜³=11.45L二、热量衡算一级培养采用隔水式电热恒温培养，直接按额定功率计算，p=660w；灭菌采用电热鼓风枯燥箱灭菌30min，p=2.5KW。培养耗热〔按5d计〕：660×5d×24h/d×3600s/h=2.85×105KJ灭菌耗热：2.5KW×30min×60s/min=4500KJ二级培养一、物料衡算500ml茄子瓶，装液量50ml。二、热量衡算二级培养采用隔水式电热恒温培养，直接按额定功率计算，p=660w；灭菌采用电热鼓风枯燥箱灭菌30min，p=2.5KW。培养耗热〔按7天计〕：660×7d×24h/d×3600s/h=3.99×105KJ灭菌耗热：2.5KW×30min×60s/min=4500KJ三级培养一、物料衡算1000mL三角瓶，装麸皮50g。二、热量衡算采用6m2培养室，温调电耗p=20，按5天计算，灭菌30min。培养耗热〔按5d计〕：20KW×5d×24h/d×3600s/h=8.64×106KJ灭菌耗热：20KW×30min×60s/min=3.6×104KJ3.3发酵工序3.3.1灭菌阶段一、灭菌热量衡算液化后的实际配水比：91.46/(91.46×3.10＋34.033)=1:3.472那么粉浆干物质浓度B%=(1-15%)/(1+3.472)=19.01%液化后液化醪的比热容：CW＝Cs×B/100＋Cw〔100－B〕/100＝1.6929×19.01/100＋4.18×〔100－19.01〕/100＝3.707KJ/(kg.℃)单罐批次升温段需热：〔121℃为灭菌温度〕Q1＝91.46×〔1＋3.472〕×103×3.707×(121-105)＝2.426×107KJ/罐单罐批次恒温段需热Q2〔取升温段的2‰〕：Q2=4.852×KJ/罐总需热量Q=Q1＋Q2＝2.431×107KJ/罐二、蒸汽衡算蒸汽性质：0.2MPa，汽化热：2203.51KJ/kg液化蒸汽耗量：G=Q/2203.51＝2.431×107/2203.51=11.032t/罐三、冷凝水衡算饱和水蒸气的性质：0.2MPa，液化热2203.51KJ/kg那么液化灭菌后的冷凝水量为：W=Q/2203.51=2.313×107/2203.51=10.032t/罐验算灭菌后的实际配水比：91.46/(91.46×3.472＋11.032)=1:3.593灭菌后液化醪的性质：1、干物质含量：B%=1×〔1－15%〕/(1+3.593)=18.51%查表知液化醪的密度为：ρ=1075Kg/m32、液化灭菌后醪液的比热：C=1.6929×18.52/100+4.18×(100-18.48)/100=3.72KJ/(Kg.℃)3.3.2发酵工序物料衡算1、(NH4)2SO4需量玉米粉与(NH4)2SO4的质量比为401，即参加1kg玉米粉需(NH4)2SO4的质量为0.025kg，那么单个种子罐需(NH4)2SO4的质量为：8.314×/40=207.85kg2、消泡剂需量(发酵醪的密度按1075kg/m3计算,每升发发酵醪中参加0.0115L的消泡剂)单罐批次需量：91.46×103/1075×0.0115%=9.31L年需消泡剂的量为:9.31L×29×103=27.809m³3、无菌风需量(根据工艺参数计算)(1)种子罐取种龄24h,0～6h，36～40m3/h；7～11h，渐增至72m3/h；12～15h，渐增至144m3/h；16～19h，180m3/h；20～24h，280～288m3/h,单罐批次需量:38×6+56×5+108×4+180×4+284×5=3080m3(2)发酵罐(发酵时间60h计算)单罐批次需量(14×0.08+9×0.1+37×0.12)×60×500×0.80=155040m3年需无菌风量(3080+155040)×29×103=4.723×108m33.3.3换热面积根底数据：发酵顶峰发热量4.186×6000KJ/(m3·h)1、种子罐：采用立式蛇管换热器，换热系数为K＝4.186×400KJ/(m3·h·℃)冷却水的入口温度为20℃，出口温度为24℃，种子罐温度控制在35℃。平均温度差：△tm=[(35-24)-(35-20)]/{ln[(35-24)/(35-20)]}=12.9℃换热面积：F=Q/〔K·Δtm〕=[4.186×6000×8.314×(1+3.593)×103/1075]/(4.186×400×12.9)=41.305m22、发酵罐：采用立式蛇管换热器，换热系数为K＝4.186×400KJ/(m3·h·℃)冷却水的入口温度为20℃，出口温度为24℃，种子罐温度控制在35℃。平均温度差：△tm=[(35-24)-(35-20)]/{ln[(35-24)/(35-20)]}=12.9℃换热面积：F=Q/〔K·Δtm〕=[4.186×6000×83.14×(1+3.593)×103/1075]/(4.186×400×12.9)}=413.047m23.3.4水耗1、洗水用量〔取罐容积的5%〕每个生产周期共需：〔500×29＋50×15＋250×58〕×5%=1087.5m3全年共需：1087.5×103=153212.5m32、冷却水用量(1)种子罐：培养时间按24h计Ｃ水＝4.18KJ/(kg·℃)单罐需水量{4.186×6000×8.314×(1+3.593)×103/1075]×30}/[4.18×〔24-20〕]=1600.787t全年需冷却水量1600.787×29×103＝4.782×106t(2)发酵罐：发酵周期按60h计单罐需水量{4.186×6000×83.14×(1+3.593)×103/1075]×60}/[4.18×〔24-20〕]=3.202×104t全年需冷却水量3.202×104×29×103＝9.563×107t3.4提取工序发酵液过滤采用板框式压滤机进行过滤，损失较大为8%，中和时有少量损失1%，洗涤时钙盐溶解损失1%，酸解过滤损失1%，净化操作时，先吸附脱色再离交处理，造成损失3%，1-〔1-8%〕(1-1%)(1-1%)(1-1%)(1-3%)=13.41%3.4.1预处理1、热量核算发酵醪的比热C=3.72KJ/kg℃,发酵醪的温度设为25℃，需将发酵醪温度提升至85℃。单罐批次需热：91.46×〔1+3.593〕×103×3.72×〔85-25〕=9.376×107KJ/罐全年需热：9.376×107×29×103=2.801×1011KJ2、蒸汽耗量采用0.1MPa的饱和蒸汽，其汽化热为2258.77KJ/kg全年蒸汽需量：2.801×1011/2258.77=1.240×KJ3.4.2过滤醪液固形物含量167kg/m3,查表知醪液密度ρ=1075kg/m3每罐滤液量：91.46×〔1+3.593〕-91.46×(1+3.593)/1075×167=354.812t全年滤液量：354.812×29×103=1059839.9t由于过滤损失8%，那么实际全年滤液量为：1059839.9×〔1-8%〕=975052.7t中和一、物料衡算1、2C6H8O7--------------3CaCO3384300年需CaCO3的量：975052.7×14%×300/384=106646.4t2、柠檬酸钙产量(1)中和3CaCO3----------------Ca3(C6H5O7)2•4H2O300570年产柠檬酸钙的量为：106646.4×570/300=202628.1t由于中和损失1%，实际年产柠檬酸量为：202628.1×〔1-1%〕=200601.9t(2)洗涤洗涤损失1%，实际年产柠檬酸钙的量为：200601.9×〔1-1%〕=198595.8t二、热量衡算比热：C=(0.99-0.66x+0.001t)×4.19KJ/kg℃X:重量百分比浓度，t:温度℃1、滤液的初温为20℃，中和结束时温度为70℃C20℃=(0.99-0.66×13%+0.001×20)×4.19=3.872KJ/kg℃C70℃=(0.99-0.66×13%+0.001×70)×4.19=4.054KJ/kg℃C平均=3.963KJ/kg℃中和结束时需热：3.963×(70-20)=198.15KJ/kg,，考虑到热损失10%，那么需：198.15×〔1+10%〕=217.97KJ/kg2、85时的比热为C85℃=(0.99-0.66×13%+0.001×85)×4.19=4.145KJ/kg℃C平均=〔C70℃+C85〕/2=4.099KJ/kg℃中和结束后升温需热：4.099×〔85-70〕=61.49KJ/kg考虑到升温时热损失10%，恒温段需升温段热量的10%，61.49×〔1+10%〕×〔1+10%〕=74.404KJ/kg3、中和年需热为：〔217.97+74.404〕×975052.7×103=2.851×1011KJ三、蒸汽耗量使用0.1MPa的蒸汽，其汽化热为2259.5KJ/kg那么年需蒸汽的量为：2.851×1011/2259.5=1.262×108KJ四、水耗(1)洗涤水量：设洗涤1t钙盐需1m3的水，那么洗涤用水为202628.1m3(2)考虑到CaCO4调浆用水：取洗涤水的10%为20262.81m3(3)年需水的耗量为：202628.1+20262.81=222890.9m33.4.4酸解一、物料衡算1、H2SO4需量Ca3(C6H5O7)24H2O------3H2SO4570294年需：198595.8×294/(570×98%)=104524.1t/年2、CaSO4产量：H2SO4-------------CaSO42H2O年产石膏：104524.1×98%×172/98=179781.5t/年3、酸解抽滤的柠檬酸量：Ca3(C6H5O3)24H2O----------2C6H5O7H2O570420考虑损失1%，年产柠檬酸量：198595.8×420/570×(1-1%)=144870.4t/年二、热量衡算因酸解过程中物料变化较大，故浆液的比热按经验值：C=3.5KJ/kg℃物料初温为20℃，需到达的温度为85℃年需热量：3.5×198595.8×(85-20)×103=4.527×1010KJ/年三、蒸汽耗量0.1MPa的饱和蒸汽汽化热2259.5KJ/kg年耗蒸汽量：4.527×1010/2259.5=2.004×107kg/年四、水耗量此水耗量主要是调浆罐用水，取800m3/天，那么年需800×320=256000m3/年洗涤时设1t柠檬酸需1m3的水，那么洗涤需水131145.8m3年需水量为：256000+144870.4=400870.4m33.4.5净化一、物料衡算1、活性炭用量取柠檬酸量的3%年需：144870.4×3%=4346.1t2、732树脂用量交换当量≥4.5mgN/g干树脂4.5×50%×0.8=1.8mgN/mol温树脂根据实际工作交换容量1.1～1.3mgN/mol取酸浓度20%，ρ=1.0805×103kg/m3上柱液量：144870.4×103/20%/(1.0805×103)/320=2095.0m3树脂用量：2095.0×20/192.14=218.1m33、NaOH用量(1)脱色柱用量：两倍活性炭体积的4%NaOH，取活性炭的密度为ρ=400kg/m3那么NaOH〔100%〕用量：4346.1×103×2×4%×103/400=8.692×105kg/年(2)离交柱用量：144870.4×103/192.12×4×40=1.206×108kg/年4、盐酸用量(1)脱色柱用量：〔31%的盐酸〕两倍活性炭体积的3.5%的盐酸〔4346.1×103/400)×2×3.5%×103/(31%)=2.453×106kg(2)离交柱用量：每千克树脂需1mol/L的盐酸1.27L218.1×1.25×103×1.27×10-3×36.6=12672.2kg二、水耗1、配NaOH需水7.312×107/40×〔100-40〕=1.1×108kg2、配盐酸需水因31%的盐酸为1mol/L，故不需配，但实际中树脂处理需用盐酸，此处用31%的盐酸粗略计算。3、洗水(1)脱色柱用水量：〔取4活性炭体积〕4346.1×103/400×4=43464kg(2)离交柱用水量：每kg树脂需1mol/L的盐酸1.27L218.1×1.27×103=276987kg三、净化后柠檬酸的产量：〔损失3%〕144870.4×0.97=140524.3t/年3.5精制工序3.5.1浓缩取柠檬酸液的浓度为22%，浓缩至82%，60℃水的汽化潜热为2448.6KJ/kg那么需热量：〔140524.3/22%-140524.3/82%〕×103×2448.6=1.144×1012KJ/年用0.2MPa的饱和水蒸气加热，汽化热为：2203.51KJ/kg蒸汽耗量：1.144×1012/2203.51=5.194×108kg考虑损失10%，那么需5.194×108×1.1=5.713×108kg3.5.2结晶放料入结晶罐温度为35℃，冷却至8℃C35℃=(0.99-0.66×13%+0.001×35)×4.19=3.935KJ/kg℃C8℃=(0.99-0.66×13%+0.001×8)×4.19=3.822KJ/kg℃C平均=(C35℃+C8℃)/2=3.879KJ/kg℃那么制冷换热量：140524.3×103×3.879×〔35-8〕=1.472×1010KJ3.5.3枯燥1、物料衡算晶体水含量：2-3%，取2.5%枯燥至1%。除去的水分为：140524.3/(1-2.5%)-140524.3/(1-1%)=2183.7t/年2、热量衡算取空气初温20℃，加热至35℃，V风=35m/s,风管φ800mm,C空气=1.059KJ/kg℃那么年耗热量〔每天工作8h〕：Q=1.059×(35-20)×3.14/4×0.82×35×8×3600×320=2.57×109KJ考虑热损失20%，实际需热：Q=2.57×109×(1+20%)=3.08×109KJ精制率为98%，那么精制后得无水柠檬酸：140524.3×98%=137713.8t/年所以所得99%一水柠檬酸的含量为：137713.8×1.0914/0.99=151819.0t第四章提取设备的设计与选型4.3.1预处理1、加热桶的设计D=4.0m,H0=8m,ha=0.9m,封头容积V1=9.02m3实际容积V1=π/4×D2×H0+V1=3.14/4×42×7.2+9.02=109.5m3利用夹套换热K=4.186×200KJ/(m2h℃),查表知椭圆封头外表积约为17.9m217.9+3.14×4×8=118.38m2,醪液由25℃升至85℃，Δtm=37.3℃Q=KAΔtm=4.186×200×118.38×37.3=3.69×106KJ/h单位质量的醪液需热量：3.72×〔85-25〕=223.2KJ/kg取操作周期6h，每桶日处理量为：109.5×24/6=438m3/〔日·桶〕取加热筒的个数为：[91.46×103×(1+3.593)/1075]×24/479.22/6=3.57取整为4个桶，再加一个备用桶，总计5个加热桶2、泵的选取采用2Qs-1300/117型蒸汽活塞泵参数900～1300m3/h,压力1.0MPa,往复泵30～50次/分4.3.2过滤采用真空转鼓过滤机，型号G5-1075,参数：过滤面积5m3，直径1.75m，长0.98m，浸入角130°，吸滤角104°，枯燥与洗涤角160°，吹气角12°，转速0.13～0.26r/min，机器座400t，生产力1.8t/h。假设一天工作15h,那么每台过滤机每天能处理：20×1.8=27t那么一共应该有91.46/27=4台真空转鼓过滤机4.3.3中和1、中和罐设计(1)罐体将中和操作与洗涤放于一班处理，每班处理一次，根据工艺计算得滤液量为：354.812×103×29/〔1.0552×103〕=9503.93m3/周期设每天三班，一周期4天，每班需要处理:9503.93/4/3=792.0m3拟用中和罐5个，填充系数80%，材料1Cr8Ni9Ti,每罐容积V=792.0/5/80%=198m3取H=2D,封头折边忽略不计，取D=4.9那么V全=0.785×D2×2D+π/24×D3+0.785×D2×0.05=0.785×2×4.93+π/24×4.93+0.785×4.92×0.05=201.06m3＞198符合要求。(2)搅拌桨设计：采用螺旋桨搅拌器Di=3800mm相应减速器与电机构造：LTC-500-6型减速器，转速60r/min，JO2型电机，功率75KW，转速1450r/min。2、带式过滤机拟用4台，带速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型电机。3、泵的选择(1)料泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,压力17.5kgf/cm2。(2)调浆池打浆泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,压力17.5kgf/cm2。4.3.4酸解罐的设计1、罐体的设计(1)外型：D=4.9m，H=9.8m，Vg=201.06m3，壁厚S0=(PD)/[(2[σ]Ф)-P]+C(cm)〔公式4-5〕其中：P—设计压力，取最高工作压力的0.98倍，现取1.4MPaD—罐径，单位cmФ—焊缝系数，0.5～1之间，取Ф=0.8[Ф]—许用应力，1050MPaC—壁厚附加余量，此处取C=0.2cm那么S0=(1.4×490)/(2×1050×0.8-1.4)+0.2=0.61cm，即罐体厚为7mm。(2)搅拌器设计采用六弯叶搅拌器，可设2档搅拌。Di=D/3=1600mm，Di:di:L:B:C=20:15:5:4:2，R=0.5B，那么di=1200mm，L=400mm，B=320mm，C=160mm，R=160mm，S=3Di=4800mm搅拌转数：n=30r/m=0.5r/s六弯叶搅拌功率准数：Np=4.7，μ=1.2×103N·S/m2，ρ=1500kg/m3那么搅拌轴功率：P=2Np×Di5×n3×ρ=2×4.7×1.65×0.53×1500=18.481KW(3)搅拌轴计算a：材料：1Cr18Ni9Ti不锈钢b：按钮转强度计算：d≥12.4×[(18481×10³/735)/30]1/3=11.69cmc：按弯曲强度计算：d≥10×[(18481×10³/735)/30]1/3=5.38cm故按扭转强度计算，考虑到轴上开键槽周径增加10%，即11.69×1.1=12.86cm，所以取整为13cm。2、相应减速器的电机选型三角皮带传动效率0.92，滚动轴承效率0.99，滑动轴承效率0.98，端轴封口增加1.0%那么电机功率P=18.481/〔0.99×0.92×0.98)×〔1+1.0%〕=20.91KW(1)酸解罐个数：数量对应于5个中和桶。带式过滤机拟用4台，带速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型电机。(2)抽滤罐计：拟用10个抽滤罐。Dg=5000mm，H=4000mm，Vg=π/4D2×H=78.5m3。相应真空泵选择S2-1型，抽气量24m3/min，极限真空120mmHg，配用JO2-41型，P=6.5KW。3、泵的选择(1)H2SO4输送泵选用50F-16A耐酸腐蚀泵Q=31.4m3/h,扬程12m，配Y90L-2型电机，P=26KW,V=8240r/min。(2)浓酸液输出泵选用50F-16A型耐酸泵：Q=31.4m3/h，扬程：12m，配Y90L-2型电机，P=5.3KW,V=2930r/min。4、H2SO4贮液设计：拟可用一生产周期取4个罐周期需酸量：104524.1×103/(103×1.82×103)=557.58m3那么每个罐每周期大约贮存139.40m3那么外形尺寸如下：D=5000mm，H=8000mm，那么Vg=π/4×D2×H=157m3取P=0.2MPaD—罐径，单位cmФ—焊缝系数，0.5～1之间，取Ф=0.9[Ф]—许用应力，140MPaC—壁厚附加余量，此处取C=0.2cm壁厚：S=(PD)/[(2[σ]Ф)-P]+C(cm)=0.2×500/(2×140×0.9-0.2)+0.05=0.85cm取整为0.9cm第四章提取设备的设计与选型4.3.1预处理1、加热桶的设计D=4.0m,H0=8m,ha=0.9m,封头容积V1=9.02m3实际容积V1=π/4×D2×H0+V1=3.14/4×42×7.2+9.02=109.5m3利用夹套换热K=4.186×200KJ/(m2h℃),查表知椭圆封头外表积约为17.9m217.9+3.14×4×8=118.38m2,醪液由25℃升至85℃，Δtm=37.3℃Q=KAΔtm=4.186×200×118.38×37.3=3.69×106KJ/h单位质量的醪液需热量：3.72×〔85-25〕=223.2KJ/kg取操作周期6h，每桶日处理量为：109.5×24/6=438m3/〔日·桶〕取加热筒的个数为：[91.46×103×(1+3.593)/1075]×24/479.22/6=3.57取整为4个桶，再加一个备用桶，总计5个加热桶2、泵的选取采用2Qs-1300/117型蒸汽活塞泵参数900～1300m3/h,压力1.0MPa,往复泵30～50次/分4.3.2过滤采用真空转鼓过滤机，型号GF5/1.6-N,参数：过滤面积10m2，直径1.6m，长1.02m，机器座400t，生产力1.8t/h。假设一天工作15h,那么每台过滤机每天能处理：20×1.8=27t那么一共应该有91.46/27=4台真空转鼓过滤机4.3.3中和1、中和罐设计(1)罐体将中和操作与洗涤放于一班处理，每班处理一次，根据工艺计算得滤液量为：354.812×103×29/〔1.0552×103〕=9503.93m3/周期设每天三班，一周期4天，每班需要处理:9503.93/4/3=792.0m3拟用中和罐5个，填充系数80%，材料1Cr8Ni9Ti,每罐容积V=792.0/5/80%=198m3取H=2D,封头折边忽略不计，取D=4.9那么V全=0.785×D2×2D+π/24×D3+0.785×D2×0.05=0.785×2×4.93+π/24×4.93+0.785×4.92×0.05=201.06m3＞198符合要求。(2)搅拌桨设计：采用螺旋桨搅拌器Di=3800mm相应减速器与电机构造：LTC-500-6型减速器，转速60r/min，JO2型电机，功率75KW，转速1450r/min。2、带式过滤机拟用LDD3000S8W型号4台，带速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型电机。大小为：5700*3850*1750mm3、泵的选择(1)料泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,压力17.5kgf/cm2。(2)调浆池打浆泵：2QS-130/17型，流量90～130m3/h,压力17.5kgf/cm2。4.3.4酸解罐的设计1、罐体的设计(1)外型：D=4.9m，H=9.8m，Vg=201.06m3，壁厚S0=(PD)/[(2[σ]Ф)-P]+C(cm)〔公式4-5〕其中：P—设计压力，取最高工作压力的0.98倍，现取1.4MPaD—罐径，单位cmФ—焊缝系数，0.5～1之间，取Ф=0.8[Ф]—许用应力，1050MPaC—壁厚附加余量，此处取C=0.2cm那么S0=(1.4×490)/(2×1050×0.8-1.4)+0.2=0.61cm，即罐体厚为7mm。(2)搅拌器设计采用六弯叶搅拌器，可设2档搅拌。Di=D/3=1600mm，Di:di:L:B:C=20:15:5:4:2，R=0.5B，那么di=1200mm，L=400mm，B=320mm，C=160mm，R=160mm，S=3Di=4800mm搅拌转数：n=30r/m=0.5r/s六弯叶搅拌功率准数：Np=4.7，μ=1.2×103N·S/m2，ρ=1500kg/m3那么搅拌轴功率：P=2Np×Di5×n3×ρ=2×4.7×1.65×0.53×1500=18.481KW(3)搅拌轴计算a：材料：1Cr18Ni9Ti不锈钢b：按钮转强度计算：d≥12.4×[(18481×10³/735)/30]1/3=11.69cmc：按弯曲强度计算：d≥10×[(18481×10³/735)/30]1/3=5.38cm故按扭转强度计算，考虑到轴上开键槽周径增加10%，即11.69×1.1=12.86cm，所以取整为13cm。2、相应减速器的电机选型三角皮带传动效率0.92，滚动轴承效率0.99，滑动轴承效率0.98，端轴封口增加1.0%那么电机功率P=18.481/〔0.99×0.92×0.98)×〔1+1.0%〕=20.91KW(1)酸解罐个数：数量对应于5个中和桶。带式过滤机拟用4台，带速6m/min,功率4KW,配Y132S1-2型电机。(2)抽滤罐计：拟用10个抽滤罐。Dg=5000mm，H=4000mm，Vg=π/4D2×H=78.5m3。相应真空泵选择S2-1型，抽气量24m3/min，极限真空120mmHg，配用JO2-41型，P=6.5KW。3、泵的选择(1)H2SO4输送泵选用50F-16A耐酸腐蚀泵Q=31.4m3/h,扬程12m，配Y90L-2型电机，P=26KW,V=8240r/min。(2)浓酸液输出泵选用50F-16A型耐酸泵：Q=31.4m3/h，扬程：12m，配Y90L-2型电机，P=5.3KW,V=2930r/min。4、H2SO4贮液设计：拟可用一生产周期取4个罐周期需酸量：104524.1×103/(103×1.82×103)=557.58m3那么