【正文】 ，美國學者 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。 我國檸檬酸發(fā)酵工業(yè)在 1949 年以前是個空白。 20xx 年全國產(chǎn)量 30 多萬 噸 ， 20xx 年達 40 余萬 噸 。 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?shù)奶幚砘蚺渲疲涑砂l(fā)酵原料，進行連續(xù)殺菌并冷卻后，進入發(fā)酵罐 ， 加入菌種 和 凈化壓縮空氣 后 進行發(fā)酵； 發(fā)酵液經(jīng)升溫、過濾處理后，進入中和罐 ，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 進行 脫色； 然后，通過帶式過濾機過濾、酸解過濾，除去 CaSO4及廢炭； 酸解過濾液經(jīng)離子交換處理后，進行蒸發(fā)、濃縮，再進行結晶； 結晶后，用離心機進行固液分離，對得到的濕檸檬酸晶體進行干燥與篩選，最后得到成品的檸檬酸。配料罐內加水調漿，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?、產(chǎn)酸情況達到放罐條件即可放罐 ； 種罐菌種活力及菌群數(shù)量達標后，即可移種。 碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機送入車間， 經(jīng)無級調速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反應均勻，經(jīng)終點檢測合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過濾機中，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，中和帶式過濾機用特定的加長、強洗型，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)熱交換器預熱后送至雙效真空濃縮器經(jīng)濃縮至特定濃度后，轉入真空結晶器，或者低溫結晶器進行結晶。 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)品質量：國際食用檸檬酸 %（質量分數(shù)）， 實際產(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)：淀粉糖轉化率 %，糖酸轉化率 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)酵液轉化率） 13%；發(fā)酵周期 75h， 發(fā)酵溫度（ 35? 1） ℃，發(fā)酵通風 量 10V/(V 發(fā)酵液 ?h)。 (% 95% 95% 98% 99%)= （ 4）生產(chǎn) %無水檸檬酸所需實際薯干粉原料消耗量： 247。 （ 95% 98% 13%） = 接種量 接種量為發(fā)酵醪的 10%，則： 10%247。 升溫后進入維持罐 ， 使料液保溫 20～ 30min 以完成液化 ， 進蒸汽壓力保持在 ～ 表壓 。 K) 粉漿的干物質濃度為 B1=% 液化醪的比熱容為 ： C1=B1C0+( B1)Cw =% +(%) =(kg 300= t/d 即結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= 則日產(chǎn)總量為： 實際年產(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)以上計算，將物料衡算結果列于表 31。 ） 100%=% 淀 粉濃度為：（ 247。 每罐滅菌時間 3h，輸料流量 247。 ） 100%=% t —— 溫度，℃ 代入上式，得： C=（ %+ 35） =? 那么由此可得 D6 為： D6= GC(t1t2)/(Iλ )η = （ 8535） 247。 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 83077 種子罐用水 8077 58155 合計 91154 發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計算 （ 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 200 m3 通氣速率為 填充系數(shù)為 60% 則： V=200 60%= m3/h （ 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 。 =。 (φ V 單 ) V 單 單臺設備容積 (m3) φ 填充系數(shù) (%) 其中 V 單 =6m3 φ =70% n=247。 24=固形物含量為 x=%，比熱容為 Cp=(kgvD =(m3/h) 計損耗為 10%則 V 蒸汽 = =(m3/h) 北京理工大學珠 海學院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設計 13 （ 3） 進氣管直徑計算 :在此壓力下取氣速為 45m/s， 則進氣管截面積為 F=vV 39。 ρ =247。 80%= m3 每個維持罐的容量為 V 維＇ =247。 V 封 =； 總高 H 總 =H+2h=+2 =(m) 核算總容量 ： V 總 =V 筒 +2V 封 = 2+2 = (m3) V 總 V 維 =12(m3)， 可以滿足要求。=Q1 96%= 106kJ/h ② 用冷水冷卻 ， 設可能被加熱到的溫度 t2=50℃ ， 水初溫為 t1=18℃ ； Q2=G2Cw(t2t1)=Q1′ 103=G2 (5018) G2= t/h ③ 求平均溫差 ? t； 液化醪 35℃ ? 100℃ 冷水 18℃ ? 50℃ 17℃ 50℃ △ t=1750ln 1750?=℃ ④螺旋板式換熱器面積 F: 取 K=1200 (m2 此外在檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)設備 方面，大型氣升式發(fā)酵罐仍處于試用攻關階段。 從生物發(fā)酵行業(yè)醪液處理供料的均衡性考慮，發(fā)酵放罐間隔時間不宜大于 8 小時，在技術可靠的前提下，大罐放料容積不大于 400 m3。 192= t/d 則發(fā)酵初糖濃度為： 100%247。 VO=V247。 = 圓整到 13 次，日運轉 66247。 =%，能滿足產(chǎn)量要求。 24)D3 2+ = 52 10+π 53 2247。 取經(jīng)驗值 K＝ 500kJ/( m3 4= m2 換熱面積 mQF= tk? = 4. 18 60 00 47 9. 874. 18 50 0 12 .4????= m2 發(fā)酵罐攪拌器的設計 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。 （ 3）密封方式 本罐采用雙面機械密 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 =L+8=+8= 可排豎直蛇管的高度，設為靜液面高度，下部可伸入封頭 250 mm。 =(圈 )，取 no=6（圈） 現(xiàn)取管間距為 外 = =， 計算出與攪拌器的距離在允許范圍內（不小于 200 mm） 。 發(fā)酵罐壁厚的計算 （ 1）確定發(fā)酵罐的壁厚 S 2[ ]PDSCP????? mm 式中： P— 設計壓力，取最高工作壓力的 倍，現(xiàn)取 P=。 （ 2 ） += 選取 10mm厚不銹耐酸鋼。 ) (273+35) 247。 種子罐的選型 種子罐的選型同發(fā)酵罐，采用機械攪拌通風發(fā)酵罐。種子罐培養(yǎng) 20h， 輔助操作 8~10h， 生產(chǎn)周期約 25h，因此，種子罐 13 只就足夠。罐 =2 H180。有效 =V180。封 + V180。（采用蒸汽直接加熱，裝料系數(shù)取 ）。 24=1164， D= 取整 D=9m， 則 H=2D=18m， V 實 = 93+ 93=V1， 滿足要求。 70%=250 m3 （ 2）計劃硫酸銨溶液制備滅菌工作安排三班作業(yè)，每班配制硫酸銨溶液，占全天使用量的 1/3，則每支罐體積為 V1=V 總 /3=250247。 其他設備都作為輔助設備要根據(jù)生產(chǎn)能力，按物料衡算結果進行選型。同時，還應該 有 職工活動中心 等。 本設計負責年產(chǎn) 100000 噸一水檸檬酸廠發(fā)酵車間工藝設計， 其主要工序包括液化醪→ 發(fā)酵醪 → 發(fā)酵成熟醪 → 至提取。具體布局見附圖 2 和附圖 4 北京理工大學珠 海學院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設計 26 結論 ： 本設計在了解國內外檸檬酸發(fā)酵業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展概況之后，通過分析、比較 ，初步確定了設計方案。 北京理工大學珠 海學院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設計 27 參考文獻 [1] 吳思方 ：《 發(fā)酵工廠工藝設計概論 》 [M]， 中國輕工業(yè)出版社 1995，第 35176 頁 . 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