【正文】 附錄 2 ........................................................ 24 I 年產(chǎn) 萬噸一水檸檬酸工廠 發(fā)酵罐 的設(shè)計 摘 要 本設(shè)計采用薯干原料發(fā)酵，只需將薯干磨成粉，加水調(diào)漿，直接加入少量α－淀粉酶液化后滅菌、冷卻即可接種發(fā)酵。制備檸檬酸一般采用曬干的薯干作為原料。其中薯干含水 10%15%、淀粉 70%左右、蛋白質(zhì) 6%左右。薯干原料中的蛋白質(zhì)可作為氮源供菌體生長。薯干原料中含有鐵、鎂、鉀、鈣等的無機(jī)鹽，選用的黑曲霉 C0527 對這些成分不敏感 ,故不必對原料做這方面的預(yù)處理。本設(shè)計采用液體深層好氧發(fā)酵、鈣鹽法提取技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸。這兩種方法都是國內(nèi)比較流行的生產(chǎn)方法，有著大量的實際經(jīng)驗，易于操作，風(fēng)險小。 由于本 設(shè)計為種子罐的工藝計算、設(shè)備選型。通過全廠物料衡算、車間熱量衡算，確定種子罐的設(shè)計和選型。 本設(shè)計還包括種子罐圖，工藝流程圖。 關(guān)鍵詞： 薯干 ；深層好氧發(fā)酵 ；黑曲霉 ；檸檬酸； 設(shè)備設(shè)計和選型 II Abstract This design uses fermentation of dry raw materials, just dry powder, add water and slurry, directly into the small amounts of αamylase liquefaction after sterilization, cooling can be inoculated fermentation. Preparation of citric acid generally use dried dried potatoes as raw material. Dry water 10%15% around 70%, starch, proteins around 6%. Proteins in the dry raw materials can be used as nitrogen source for bacterial growth. Dry raw materials containing inanic salts such as iron, magnesium, potassium, calcium, selection of Aspergillus Niger C0527 insensitive to these ingredients, so no pretreatment of the raw materials to do it. This design uses submerged aerobic fermentation of citric acid, calcium salt extraction technology to produce. Both of these methods are more popular in China, have significant practical experience, easy to operate, risk. Because of this design for process calculation of seeding tank, device selection. Through the whole material balance, plant heat balance, determine the design and selection of seed tank. This design also includes seeding tank, flow chart. Key words: dry。 deep aerobic fermentation。Aspergillus 。citric acid 。equipment design and selection. 1 前言 檸檬酸的性質(zhì)和用途 檸檬酸（ citric acid） ，學(xué)名為 2羥基 丙烷三羧酸， 結(jié) 構(gòu)為 分子量 ： ，是一種重要的有機(jī)酸。 無色晶體，常含一分子結(jié)晶水，無臭，有很強的酸味，易溶于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質(zhì)常用來鑒定和分離檸檬酸。結(jié)晶時控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。 檸檬酸在自然界分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘、菠蘿等。 檸檬酸具有宜人風(fēng)味、高的水溶性和強的金屬螯合力，長 期以來占據(jù)食用酸味劑 70%左右的市場份額，除可口可樂和純果汁以外，幾乎所有的飲料（包括固體和液體）都使用檸檬酸 作為酸味劑，通常的添加量為 %%（ m/m）。 檸檬酸在化學(xué)技術(shù)上可作化學(xué)分析用試劑，用作實驗試劑、色譜分析試劑及生化試劑；用作 絡(luò)合劑 ，掩蔽劑；用以配制 緩沖溶液 。 此外，食品加工和奶制品也添加 檸檬酸 或檸檬酸鹽。據(jù)不完全統(tǒng)計，使用檸檬酸的食品或藥品（如化學(xué)藥的枸櫞酸鹽）約有上千種之多。 檸檬酸除用于食品和醫(yī)藥工業(yè)外，最大的用途是代替三聚磷酸鈉作為洗滌劑的助洗劑， 20 世紀(jì) 90 年代初，國外還有人發(fā)現(xiàn)檸檬酸加入混凝土中可作為一種“減水劑”，并能提高混凝土的凝固強度?？梢哉J(rèn)為，檸檬酸早已成為現(xiàn)代食品、醫(yī)藥業(yè)、日化行業(yè)及其他工業(yè)的通用原料 [1]。 檸檬酸的來源和發(fā)展情況 1784 年瑞典科學(xué)家 Scheele 首次從檸檬汁中結(jié)晶出固體檸檬酸。 1860 年意大利開始用添加石灰乳的方法從果汁中得到檸檬酸，從而進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。直到 20 世紀(jì)初，檸檬酸主要是從檸檬中提取產(chǎn)量很低，主要應(yīng)用于食品工業(yè)和洗滌劑，主要產(chǎn)地 以意大利的西西里島為主。 1893 年德國微生物學(xué)者 Wehmer 發(fā)現(xiàn)一種青霉能夠積累檸檬酸，但未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 1917 年，美國學(xué)者 Currie 發(fā)現(xiàn)了一株產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉，并通過美國的Pfizer(輝瑞 )公司于 1923 年采用淺盤發(fā)酵實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。 1952 年，美國的 Miles 公司首先成功地采用液體深層發(fā)酵工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸。由于這種新工藝比傳統(tǒng)的淺盤工藝有更多的優(yōu)越性，因而推動了世界檸檬酸工業(yè)的迅速發(fā)展，深層發(fā)酵法也成為檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的主要工藝。到 2021 年，全球檸檬酸的年生產(chǎn)能力在 90 萬 噸以上，并一直保持比較平穩(wěn)的發(fā)展速度 [2]。 2 我國檸檬酸發(fā)酵工業(yè)在 1949 年以前是個空白。 1969 年上海酵母廠成功利用薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸。在 20 世紀(jì) 80 年代，由于出口的需要，我國的檸檬酸生產(chǎn)發(fā)展速度，已成為世界上檸檬酸生產(chǎn)量最大的國家。全國有近 90 家檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力達(dá)近 50萬噸，占世界總量的 40%多。 2021 年全國產(chǎn)量 30 多萬噸， 2021 年達(dá) 40 余萬噸。我國開發(fā)的以白薯干為原料的產(chǎn)酸菌種具有其獨到的特點，加之我國的許多地區(qū)對生產(chǎn)過程中排放的廢水要求較低，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水沒能進(jìn)行 比較有效的處理，因此，我國檸檬酸生產(chǎn)成本較低，在國際市場上具有較強的競爭力。近年來我國的檬酸的年出口量一直保持在 10 萬噸以上 [3]。 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)方法 本次生產(chǎn)工藝設(shè)計以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進(jìn)行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、干燥得到檸檬酸。 工藝流程 本次生產(chǎn)工藝的基本過程是： 在接收糖漿后，根據(jù)糖漿組成作適當(dāng)?shù)奶幚砘蚺渲?，配成發(fā)酵原料，進(jìn)行連續(xù)殺菌并冷卻后，進(jìn)入發(fā)酵罐，加入菌種和凈化壓縮空氣后進(jìn)行發(fā)酵； 發(fā)酵液經(jīng)升溫、過濾處理后，進(jìn)入中和罐，用 CaCO3中和處理； 再經(jīng)過過濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再添加 H2SO4酸解，并加入活性炭進(jìn)行脫色； 然后，通過帶式過濾機(jī)過濾、酸解過濾，除去 CaSO4及廢炭； 酸解過濾液經(jīng)離子交換處理后 ，進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，再進(jìn)行結(jié)晶； 結(jié)晶后，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，對得到的濕檸檬酸晶體進(jìn)行干燥與篩選，最后得到成品的檸檬酸。 3 成品的檸檬酸。 圖 11 檸檬酸生產(chǎn)工藝流程示意圖 操作工藝 原料的處理 根據(jù)發(fā)酵的要求，對薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調(diào)漿、液化、連續(xù)滅菌的處理方法；以薯干原料生產(chǎn)時，根據(jù)我國薯干粗料的特征，發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉運至備料車間，經(jīng)過磁選裝置除去原料中含鐵雜質(zhì)，以保護(hù)設(shè)備。然后進(jìn)入粗粉碎機(jī)，將薯干先軋成 1— 3cm 大小的小塊，以提高磨粉機(jī)的效率，便于物料的輸送。粗碎后，由斗式提升機(jī)提送至中間粉倉，由粉倉落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后進(jìn)入粉倉再經(jīng)計量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時加入淀粉酶升溫液化。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間 [4]。 發(fā)酵工序 由備料車間提供的經(jīng)連續(xù)滅菌并冷卻的料液，通過滅菌管道泵入已空消滅菌待料的發(fā)酵罐 (或種子罐 )，通過差壓法或零磅火焰倒種法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風(fēng)、凈化 空氣 菌種 種子 發(fā)酵 消泡劑 過濾 廢渣處理 中和 鈣鹽 干燥 濕檸檬酸 純水 分離 次品回溶 蒸發(fā)結(jié)品 過濾 廢渣處理 酸解 酸液 活性炭 酸解液 離子交換處理 滅菌 配料 篩選 淀粉糖 4 攪拌情況下，進(jìn)行發(fā)酵或培養(yǎng)。在發(fā)酵培養(yǎng)過程中，對罐溫、罐壓、通風(fēng)量、攪拌轉(zhuǎn)速等實行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期 檢測原糖消耗情況、菌種生長狀態(tài)、 pH 值、泡沫等變化情況。根據(jù)發(fā)酵的工藝特性要求，及時調(diào)整控制發(fā)酵工藝過程，以獲得最佳工藝產(chǎn)酸率或種罐菌種活力，一般經(jīng) 66 小時 (種罐約 25 小時 ) 培養(yǎng)，大罐在殘?zhí)侵笜?biāo)、產(chǎn)酸情況達(dá)到放罐條件即可放罐；種罐菌種活力及菌群數(shù)量達(dá)標(biāo)后，即可移種。在發(fā)酵或培種過程的定期檢測中，若發(fā)現(xiàn)異常情況，如染菌等，應(yīng)針對具體情況及時處理，對中、前期染菌