【正文】 設(shè)計(jì) 2 2 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)方法 本次生產(chǎn)工藝 設(shè)計(jì) 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)奶幚砘蚺渲疲涑砂l(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(duì)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。 圖 11 檸檬酸生產(chǎn)工藝流程示意圖 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 成品檸檬酸 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 操作工藝 原料的處理 根據(jù)發(fā)酵的要求，對(duì)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(shí)，根據(jù)我國(guó)薯干粗料的特征，發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉(cāng)運(yùn)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(cāng)，由粉倉(cāng)落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后進(jìn)入粉倉(cāng)再經(jīng)計(jì)量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時(shí)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 [6]。 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)、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(duì)罐溫、罐壓、通風(fēng)量、攪拌轉(zhuǎn)速等實(shí)行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測(cè)原糖消耗情況、菌種生長(zhǎng)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(shí)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(shí) (種罐約 25小時(shí) ) 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(cè)中，若發(fā)現(xiàn)異常情況 ，如染菌等，應(yīng)針對(duì)具體情況及時(shí)處理，對(duì)中、前期染菌，可加大種量形成主菌群生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，或及時(shí)罐實(shí)消，補(bǔ)入適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時(shí)可加強(qiáng)監(jiān)控，提前放罐；對(duì)倒罐等應(yīng)予滅菌排放處理，并認(rèn)真查找原因，進(jìn)一步強(qiáng)化滅菌操作中的各個(gè)環(huán)節(jié) [6]。 醪液處理工序 檸檬酸發(fā)酵完成后，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設(shè)備利用率，增設(shè)醪液貯罐，通過熱交換器，及時(shí)將醪液加熱至 80℃后進(jìn)入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過濾機(jī)，除掉固形物及菌體殘?jiān)?，將清醪液泵入下道工?[6]。 提取工段 由壓濾工段送來的檸檬酸清醪液泵 入 中和罐，在 80℃下進(jìn)行中和。 碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機(jī)送入車間， 經(jīng)無級(jí)調(diào)速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反應(yīng)均勻，經(jīng)終點(diǎn)檢測(cè)合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過濾機(jī)中，將固體檸檬酸鈣從懸浮液中分離出來，為滿足玉米原料及薯干原料生產(chǎn)工藝的雙重要求，中和帶式過濾機(jī)用特定的加長(zhǎng)、強(qiáng)洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時(shí)的中和洗糖要求及成品的指標(biāo)控制，要 求并使中和廢水經(jīng)分流至污水處理站。 分離后的檸檬酸鈣經(jīng)卸料螺旋送至酸解桶中，由熱水或酸解液調(diào)漿，濃硫酸由酸堿站泵入 ，再計(jì)量到酸堿桶中與檸檬酸鈣在 80℃北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 下生成硫酸鈣與檸檬酸的懸濁液送入酸解帶式過濾機(jī)進(jìn)行過濾，清洗液即稀酸解液收集用于調(diào)漿，硫酸鈣運(yùn)至渣場(chǎng)綜合利用，檸檬酸酸解送精制工段 [6]。 精制工段 離子交換與脫色 檸檬酸液從暫貯灌中泵送離交純化工序，經(jīng)由陽離于交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色除去色澤及影響成品質(zhì)量加速設(shè)備腐蝕的陰陽離子，陰陽樹脂需經(jīng)過酸洗、堿洗再生處理，離交后的檸檬酸精制母液送入蒸發(fā)工序 [6]。 蒸發(fā)與結(jié)晶 在提純?nèi)芤哼M(jìn)入蒸發(fā)部分前，通過精過濾器除去清液中的微小樹脂顆粒。 精濾后的溶液經(jīng)熱交換器預(yù)熱后送至雙效真空濃縮器經(jīng)濃縮至特定濃度后，轉(zhuǎn)入真空結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)晶。以確定產(chǎn)品 (一水產(chǎn)品或無水產(chǎn)品 )，再經(jīng)分離將檸檬酸晶粒從液相中分離出來，液相 (母液 )在分離后分別放至各級(jí)母液貯罐，根據(jù)其雜質(zhì)離交濃度情況，送往重新蒸發(fā)式回流到前工序處理提純，晶體送往干燥機(jī) [6]。 干燥與包裝 從離心機(jī)分離出來的濕檸檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根據(jù)生產(chǎn)品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進(jìn)行干燥，排空經(jīng)濕式旋風(fēng)分離器處理排放，干燥后的檸檬酸晶粒通過傳送裝置運(yùn)到篩選機(jī)，不合格顆粒被篩分出來 ，溶解后返回到結(jié)晶系統(tǒng)，檸檬酸成品進(jìn)行定量、包裝，存放 [6]。 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3 工藝計(jì)算書 物料衡算 （ 1）生產(chǎn)規(guī)模： 100000t/%一水檸檬酸折合成 ； （ 2）生產(chǎn)方法：外加耐高溫α 淀粉酶液化，深層液體發(fā)酵，鈣鹽干法提取； （ 3）生產(chǎn)天數(shù)：每年 300 天； （ 4）食用 %無水檸檬酸日產(chǎn)量： 247。 300=，取整數(shù)為 306t； （ 5）食用 %無水檸檬酸年產(chǎn)量： 306 300=91800t； （ 6）產(chǎn)品質(zhì)量：國(guó)際食用檸檬酸 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）， 實(shí)際產(chǎn)率 98%， 副產(chǎn)品約占 2%； （ 7）薯干粉成分：含淀粉量 70%，水分 13%； （ 8）α 淀粉酶用量： 8U/g 原料； （ 9）操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率 %，糖酸轉(zhuǎn)化率 95%，提取階段分離收率 95%，精制階段收率 98%，倒罐率 1%則其得率為 1 1% 99%?? ；產(chǎn)酸率（即糖發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率） 13%；發(fā)酵周期 75h， 發(fā)酵溫度（ 35? 1） ℃，發(fā)酵通風(fēng) 量 10V/(V 發(fā)酵液 ?h)。 原料消耗計(jì)算（基準(zhǔn)：一噸成品檸檬酸） 年產(chǎn) 10 萬噸一水檸檬酸，折合無水檸檬酸，按 1995 年 5 月，中國(guó)發(fā)酵工業(yè)協(xié)會(huì)檸檬酸分會(huì)制定的“檸檬酸行業(yè)統(tǒng)計(jì)辦法”： 無水檸檬酸需要量為： 100000247。 =（ 1）生產(chǎn)無水檸檬酸的總化學(xué)反應(yīng)式： 6 1 0 5 2 2 6 8 7 2( ) 3 / 2 2nC H O nH O n O nC H O nH O? ? ? ? 162 192 X 1000 （ 2）生產(chǎn) %無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量： X=1000 （ 162247。 192） %= kg （ 3）生產(chǎn) %無水檸檬酸所需實(shí)際淀粉消耗量： X247。 (% 95% 95% 98% 99%)= （ 4）生產(chǎn) %無水檸檬酸所需實(shí)際薯干粉原料消耗量： 247。 70%= （ 5）α 淀粉酶的消耗量 ： 應(yīng)用酶活力為 20xx0u/g 的α 淀粉酶使淀粉液化。α 淀粉酶用量按 8u/g 原料計(jì)算；有： 103 8247。 20xx0= 發(fā)酵醪量的計(jì)算 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 根據(jù)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率為 13%： 1000 %247。 （ 95% 98% 13%） = 接種量 接種量為發(fā)酵醪的 10%，則： 10%247。 110%= kg 液化醪量計(jì)算 因?yàn)槌墒煺糁篚矠椋?= 則調(diào)漿濃度為： 100%247。 =% 粉漿的干物質(zhì)濃度為： 100%247。 =% 蒸煮直接蒸汽加熱 ,采用連續(xù)液化工藝 : 操作 流程 : (1) 混合后粉漿溫度為 50℃ ， 應(yīng)用噴射液化器迅速使粉漿升溫至 100℃ 。 升溫后進(jìn)入維持罐 ， 使料液保溫 20～ 30min 以完成液化 ， 進(jìn)蒸汽壓力保持在 ～ 表壓 。 (2) 液化完成的醪液由板式換熱器降溫至 35+1℃?zhèn)溆谩? (3) 調(diào)漿及液化滅菌時(shí)產(chǎn)生的泡沫可用少量泡敵消泡。 工藝計(jì)算 : 干物質(zhì)含量 B0=70%的薯干原料比熱容為 : C0= ( B0)=(kg K) 粉漿的干物質(zhì)濃度為 B1=% 液化醪的比熱容為 ： C1=B1C0+( B1)Cw =% +(%) =(kg K) Cw水的比熱容取 (kg K) 為簡(jiǎn)化計(jì)算 ， 定液化醪的比熱容在整個(gè)過程中維持不變 . (1) 經(jīng)噴射液化器前的液化醪量為 X: X+X (10050)247。 ( )=(kg) 解得 X=（ kg） 其中 的焓 成品檸檬酸 日產(chǎn)檸檬酸量為： 247。 300= t/d 即結(jié)晶液中檸檬酸的含量為： t/d 需精制液中檸檬酸含量為： 247。 98%=需分離液中檸檬酸的含量為： 247。 （ 95% 98%） =北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 淀粉質(zhì)原料年產(chǎn) 10 萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算 即對(duì)生產(chǎn) 。 （ 1）檸檬酸成品 日產(chǎn)食用 % 無水檸檬酸量為 ，取整數(shù)為 306t 日產(chǎn)副產(chǎn)品為： 306 2247。 98= 則日產(chǎn)總量為： 實(shí)際年產(chǎn)量為：食用檸檬酸量為： 306 300=91800t/a 副產(chǎn)物為： 300=1872 t/a 總產(chǎn)量為： 93672 t/a （ 2）主要原料薯干用量 日耗量： 10－ 3 = 年耗量： 300=130257t （ 3）根據(jù)以上計(jì)算，將物料衡算結(jié)果列于表 31。 表 3１ 100000t/a 料檸檬酸廠物料衡算表 物料名稱 每噸產(chǎn)品耗物量 （ kg） 年產(chǎn) 10 萬噸 耗物量 每天（ t/d） 每年 (t/a) 食用檸檬酸 980 306 91800 副產(chǎn)品 20 1872 薯干原料 130257 淀粉 91179 α 淀粉酶 51 發(fā)酵醪 770087 接種量 70008 成熟蒸煮醪 700026 薯干漿量 1855280 熱量衡算 液化熱平衡計(jì)算 噴射加熱器耗熱 噴射加熱初溫 t1=50℃加熱后 t2=100℃ 醪液的比熱容為 C1 =(kg℃ ) 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 由工藝可知 : 經(jīng)過噴射加熱器溫度由 t1=50℃升溫至 t2=100℃ Q= C1 G 醪液 (10050) = (10050) = kJ 發(fā)酵過程中的蒸汽耗量的計(jì)算 （ 1）蒸汽用量的計(jì)算公式 整個(gè)生產(chǎn)過程采用蒸汽加熱， 蒸汽耗用量計(jì)算公式為： ? ? ? ?? ?21D C t tQDI i I? ? ??????總 式中：η —— 為蒸汽的熱效率，取 95%?? ； I—— 汽化潛熱。 （ 2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 在 280C 下，查得：淀粉的比熱容為 ? 水的比熱容為 ? 加熱蒸汽的熱焓為 ? 加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為 ? 由前面的計(jì)算可知，日耗薯干粉量為 日耗淀粉量為 日耗薯干漿量為 則日耗調(diào)漿用水量為： = t/d 日耗淀粉漿量為： += t/d 淀粉漿中含水量為：（ 247。 ） 100%=% 淀 粉濃度為：（ 247。 ） 100%=% 由此可算得淀粉漿的比熱容