【正文】 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。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。 檸檬酸在自然界分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘、菠蘿等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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。 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)。 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。 1969 年上海酵母廠成功利用薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸。我國開發(fā)的以白薯干為原料的產(chǎn)酸菌種具有其獨(dú)到的特點(diǎn)，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(qiáng)的競爭力。 3 成品的檸檬酸。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時加入淀粉酶升溫液化。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。碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機(jī)送入車間，經(jīng)無級調(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、強(qiáng)洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時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。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5 結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)晶。 300=，取整數(shù)為 162t； （ 5）食用 %無水檸檬酸年產(chǎn)量： 162 300=48600t； （ 6）產(chǎn)品質(zhì)量：國際食用檸檬酸 %（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)。 (% 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。 100%= 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。 液化完成的醪液由板式換熱器降溫至 35+1℃?zhèn)溆谩?K) 為簡化計(jì)算，定液化醪的比熱容在整個過程中維持不變 . 經(jīng)噴射液化器前的液化醪量為 X: X+X (10050)247。（ 95% 98%） = 淀粉質(zhì)原料年產(chǎn) 萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算 即對生產(chǎn) ?！?) 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) =1350322kJ 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?！?)； 加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為 kJ/(kg 其數(shù)量為： 180 13%247。 [( )] =； 每天培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量： 3 2=； 所有用罐空罐滅菌及相關(guān)管道滅菌用蒸汽量，據(jù)經(jīng)驗(yàn)取培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量的 10%，則： D1= 10%=。 表 32 發(fā)酵車間蒸汽衡算 生產(chǎn) 工序 日用蒸汽量 (t/d) 平均蒸汽用 量 (t/h) 年用蒸汽量 （ t/a） 培養(yǎng)基滅菌 加熱發(fā)酵醪 空罐滅菌 合計(jì) 發(fā)酵過程中的冷卻水耗量計(jì)算 已知發(fā)酵過程中的發(fā)酵熱為 25080kJ/m179。 11 表 33 發(fā)酵車間冷卻水衡算表 生產(chǎn) 工序 平均耗水量 (t/h) 日耗水量 (t/d) 年耗水量 (t/a) 發(fā)酵罐用水 種子罐用水 合計(jì) 發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計(jì)算 （ 1）單罐發(fā)酵罐用無菌空氣量： 根據(jù)無菌空氣用量的計(jì)算公式： V=發(fā)酵罐體積通氣速率填充系數(shù) 已知：發(fā)酵罐體積為 400 m3 通氣速率為 填充系數(shù)為 60% 則： V=400 60%=（ 2）單個種子罐用無菌空氣量： 取種子罐的空氣消耗量為發(fā)酵過程空氣耗量的 25%, 則 : V=25%V=25% = m3/h （ 3）將發(fā)酵車間蒸汽衡算列入表 。從試用情況看，由于氣升式罐在生產(chǎn)周期、產(chǎn)酸率、供氧周期波動的影響、通風(fēng)量增加的綜合能耗、生產(chǎn)的穩(wěn)定性及可重復(fù)性等因素，所以多數(shù)廠家目前仍延用機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐。 結(jié)合目前本行業(yè)發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀，目前國內(nèi)行業(yè)成熟技術(shù)水平、加工技術(shù)水平，企業(yè)可能達(dá)到的發(fā)酵控制管理水平等，從生產(chǎn)的可靠性、可實(shí)施性等方面考慮，本設(shè)計(jì)擬采用放罐容積約 200 m3 的新型通風(fēng)發(fā)酵罐。 =12% （ 2）生產(chǎn)能力的計(jì)算： 現(xiàn)每天產(chǎn) %純度的檸檬酸 162t，檸檬酸發(fā)酵周期為 75h（包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時間）。 φ =247。 75=。 主要尺寸的計(jì)算 （ 1）現(xiàn)按公稱容積 200 m3的發(fā)酵罐計(jì)算 V 全 ＝ V 筒 +2V 封 ＝ 230（ m3），封頭折邊忽略不計(jì)，以方便計(jì)算： 則 V 全 ＝ 2D+π 247。 12+ = V’全 =V 全 發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算 對檸檬酸發(fā)酵，每 1m3發(fā)酵液，每 1h 傳給冷卻器得最大熱量約為 6000kJ/(m3h（ 4..18500） = m2 發(fā)酵罐攪拌器的設(shè)計(jì) （選用六彎葉渦輪攪拌器） 。＝ NPN3D5ρ 式中： NP－在湍流狀態(tài)時其值為常數(shù) N－攪拌器轉(zhuǎn)速，為 (r/s) D－攪拌器直徑，為 ρ －醪液密度， ρ ＝ 1050kg/m3 代入上式得： PO180。 ( )＝ kW 查取合適電機(jī)。 （ 3）密封方式 本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。夾板和托架則固定在罐壁上，管 子與管壁的最小距離應(yīng)大于 100mm，主要考慮便于安裝、清洗和良好傳熱。 8= 另需連接管 8m:L 實(shí) =+8= 可排豎直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭 250 mm。 =(圈 )，取 no=10（圈） 現(xiàn)取管間距為 外 = =，計(jì)算出 與攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于 200 mm） 。 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 （ 1） 確定發(fā)酵罐的壁厚 S 18 2[ ]PDSCP????? mm 式中： P— 設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的 倍，現(xiàn)取 P=。 （ 2 ） += 選 取 13mm 厚不銹耐酸鋼。 ) (273+35) 247。 貯罐選型 發(fā)酵成熟醪貯罐 根據(jù)化工原理貯罐類設(shè)計(jì)原則，便于計(jì)量和清洗，不宜多，一般不超過 3 支本設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的需要，選擇 1 支發(fā)酵成熟醪貯罐。 =3493 m3/d 分三班運(yùn)做，則 V 每天 =1164，取筒徑高比 H=2D，有： V1=V 簡 +V 封 = D2 2D+П D3247。 (40% 5)=175 m3 取 η =70%，則有 V 總 =V/η =175247。 （ 4）材料的選擇 根據(jù)硫酸銨的濃度、溫度及腐蝕性，本設(shè)備選用不銹鋼制作。 產(chǎn) 萬噸檸檬酸發(fā)酵車間需發(fā)酵罐 12 個，每個發(fā)酵罐 400m3；配對 50 m3 的種子罐6 個。 于熱量計(jì)算，得到淀粉漿中含水量為 %，淀粉濃度為 %，淀粉漿的比熱容為 kJ/kg K? 。每年每個發(fā)酵罐用無菌空氣 311040(m3/a)， 12 個總共每年需要41057280(m3/a)，每年每個種子罐用無菌空氣 77760(m3/a)， 6 個每年用無菌空氣5132160(m3/a)。 22 參考文獻(xiàn) [1] 吳思方：《 發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》 [M]，中國輕工業(yè)出版社 1995，第 35176 頁 . 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