【文章內(nèi)容簡介】 ↓ 母液（含檸檬酸鈉） 以天作為計算基準， 濕晶體中二水檸檬酸鈉的含量為 50噸，設(shè)濕晶體含水量為 10%，則濕晶體的總質(zhì)量為： 50 (1+10%)=55(噸 ) 根據(jù)物料衡算，結(jié)晶母液總質(zhì)量為： =(噸 ) 母液中檸檬酸鈉的含量為： （ 190%） =(噸 ) 假定干燥過程使用噴霧干燥系統(tǒng)，無晶體損失，則成品二水檸檬酸鈉生產(chǎn)量為 50噸，蒸發(fā)濃縮 結(jié)晶 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 14 水量為 5噸。 結(jié)晶及干燥工段物料衡算 表 （ 表 ） 表 結(jié)晶及干燥工段物料衡算表 物料名稱 每日（噸） 每月（ 25天）（ 噸） 每年（噸） 濃縮液耗量 75759 續(xù)表 母液 4395 檸檬酸鈉（損失） 二水檸檬酸鈉（產(chǎn)量） 50 1250 15000 （干燥）去水量 5 125 1500 熱 量衡算 本設(shè)計中原料液的糊化、糖化，發(fā)酵罐的滅菌及原料液的滅菌，濃縮過程需要外接進行供熱，對于規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)采用直接蒸汽進行供熱， 本設(shè)計中各需供熱過程才用直接蒸汽進行加熱。 本設(shè)計采用罐 式連續(xù)蒸煮工藝，混合后漿液應(yīng)用噴射液化器使?jié){液迅速由 20℃ 升高至90℃ 進行糊化和糖化， 一級噴射和二級噴射處理， 再經(jīng)噴射 121℃ 高溫滅菌，進入發(fā)酵罐進入發(fā)酵階段 ，以天作為計算基準 。 原料漿液中淀粉含量： % 1 8 ?? 原料漿液的平均熱容為： C=C淀粉 x+C水 （ 1x） 式中： x—— 漿液中淀粉含量； C淀粉 —— 純淀粉在平均溫度下的熱容 C淀粉 =(Kg℃ )； C水 —— 純水在平均溫度下的熱容 C淀粉 =(Kg ℃ )； 原料液的平均熱容為： C= + （ ） = KJ/(Kg℃ ) 采用壓力為 、 121℃飽和水蒸氣加熱，排出蒸汽為 121℃，水蒸氣汽化潛熱為 2205 KJ/Kg，糊化及糖化過程耗熱量： WD= 103 （ 9020） = 107（ KJ） 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 15 加熱蒸汽耗量： mD= 107/2205= 104（ Kg） =(噸 ) 一般蒸汽滲漏量為總蒸汽 5%，蒸汽實際耗量為： （ 15%） =（噸） 一級噴射過程 :一級噴射溫度一般在 98℃ 100℃ 之間（取 100℃ ），噴射總物料量 ，一級噴射耗熱量： W14= 103（ 10020） = 107（ KJ） 經(jīng)一級噴射處理的料液流經(jīng)層流罐（溫度為 80℃ ），進行二次噴射處理。二次噴射處理溫度一般為 120℃ 128℃ （取 120℃ ），則，二次噴射耗熱量： W24= 103（ 12080） = 107（ KJ） 噴射過程總耗熱量： W= W14+ W24= 107+ 107= 108（ KJ） 一般蒸汽滲漏量為總蒸汽 5%，噴射過程蒸汽實際耗量為： 108/[（ 15%） 2205]=（噸） 滅菌過程熱量衡算 ： 查得 20℃的水的比熱容 Cp= kJ/(kg ℃ ),ρ = kg/m3 滅菌過程用 121℃飽和水蒸氣 排出蒸汽為 121℃，水蒸氣汽化熱為 2205 kJ/kg 發(fā)酵罐罐體體積為 100 m3，設(shè)發(fā)酵罐所選材料為不銹鋼 1Cr18Ni9Ti，罐體重量為 t,冷排管重 3 t，不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 的比 熱容為 kJ/(kg ℃ )，滅菌用 （表壓）水蒸氣滅菌，罐體由 20℃升溫至 121℃，水蒸汽用量為： W11=[（ 17150+3000） （ 12120） ]/2205= Kg/罐 滅菌過程熱損失：發(fā)酵罐罐外壁溫度為 70℃，其輻射與對流系數(shù)為： α =+（ 7020） = kJ/(h m2 K) 設(shè)空罐滅菌時間為 小時，公稱直徑為 100 m3的發(fā)酵罐表面積為 m2，耗用水蒸氣用量為 ： W21= （ 7020） /2205= Kg/罐 罐壁附著水升溫至 121℃，設(shè)壁附著洗滌水的平均厚度為 1mm,水升溫所消耗水蒸氣量 ：W31= 1000（ 12120） 一般蒸汽滲漏量為總蒸汽消耗量的 5%，空罐滅菌時蒸汽消耗量： W01=（ ++） /= Kg/罐 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 16 空罐滅菌過程產(chǎn)熱量 Q0= 2205= 106 KJ/罐 冷卻水進口溫度為 10℃，出口溫度為 20℃，冷卻水 消耗量為 ： L01= 106/[(2010) ]= 噸 /罐 每天空罐滅菌加熱蒸汽耗量 : W1=4 W01=4 =（ Kg/天） 每日空罐滅菌加熱蒸汽產(chǎn)熱量： Q0=4 106= 106 （ KJ/天） 每日空罐滅菌冷卻水耗量： L1= 4=（噸 /天） 設(shè)每次滅菌時間為 3h,每日需要的輸送物料流量為 噸 物料滅菌所用蒸汽為： W12= 1000 （ 12120） /2205= 108（ KJ） 一般蒸汽滲漏量為總蒸汽消耗量的 5%，物料滅菌時蒸汽消耗量： W02= 108/（ 2205） =(噸 ) 實際物料滅菌蒸汽產(chǎn)生熱量為： Q2= 1000 2205= 108 （ KJ） 冷卻水進口溫度為 10℃，出口溫度為 50℃，冷卻水消耗量為 ： L2= 108/[（ 5010） ]=（噸 /天 ） 實際 滅菌 消耗加熱水蒸氣量 ： W= W01+ W02=+=（噸 /天） 實際 滅菌 消耗水蒸氣用量 ： L=L1+L2=+=（噸 /天 ） 濃縮過程熱量衡算 濃縮過程水分蒸發(fā)量為 ，濃縮液中檸檬酸鈉的質(zhì)量分數(shù) 70%，濃縮過程中和液溫度由室溫 20℃ 升至 100℃ ，濃縮液比熱容近似取為水的比熱 kJ/(kg ℃ )，則濃縮過程產(chǎn)熱量： Q3= 1000 （ 10020） + 1000 = 108 （ kJ） 濃縮過程蒸汽消耗量： 108 /2205=（噸） 濃縮過程蒸汽損失量一般為 5%，實際蒸汽耗量為： （ 15%） =（噸） 各工段加熱蒸汽及冷卻水耗量衡算 表 （ 表 ）： 表 各工段熱量及耗冷量衡算表 名稱 每日（噸） 每月（ 25天）（噸） 每年（噸） 糊化、糖化蒸汽耗量 11589 噴射過程蒸汽耗量 1659 19908 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 17 滅菌過程蒸汽耗量 17550 物料滅菌過程蒸汽耗量 16755 空罐滅菌蒸汽耗量 滅菌過程冷卻水 耗量 262530 濃縮過程蒸汽耗量 71322 無菌空氣耗量計算 發(fā)酵過程無菌空氣耗量 設(shè)發(fā)酵罐深層發(fā)酵平均通氣量為 ，發(fā)酵周期 60小時，每年每罐發(fā)酵 120個周期，則 ： 單罐發(fā)酵無菌空氣耗氣量： V1=100 60= 864（ m3/h） 單個發(fā)酵罐無菌空氣年耗量 : V2=864 120 60= 106 (m3/年 ) 單批發(fā)酵無菌空氣年耗量 : V2=4 864 120 60= 107 (m3/年 ) 發(fā)酵過程無菌空氣年耗量： Va= 107 2= 107 （ m3/年） 種子罐無菌空氣耗量 種子 罐 通氣量為 ，培養(yǎng)時間 60h,接種量為 10% 種子培養(yǎng)基裝料系數(shù)為 80%，選取 種子罐容積為 10 m3，查《發(fā)酵工廠設(shè)計概論》，種子罐內(nèi)徑為 1800mm,罐柱高 3600mm.根據(jù)實際生產(chǎn)需要選取適合的攪拌器及冷卻裝置（采用夾套冷卻系統(tǒng)），設(shè)備材料依據(jù)發(fā)酵罐材質(zhì)選擇合金鋼 ，各部件依據(jù)發(fā)酵罐設(shè)計選型進行選擇，壁厚去 8mm。為滿足生產(chǎn)需求， 取種子罐套數(shù)與發(fā)酵罐套數(shù)相同（ 3套，一 套備用），每套 4個種子罐。每日種子罐使用量為 4 個，單個種子罐無菌空氣耗量： 10 60=432（ m3/h） 單個種子罐年用氣量： 432 60 120= 106（ m3/年） 種子罐年用氣量為： 106 4 2= 107 （ m3/年） 發(fā)酵車間無菌空氣單耗 總用氣量： V= 107+ 107= 107 （ m3/年） 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 18 根據(jù)設(shè)計計算， 實際發(fā)酵年產(chǎn)量為： 噸）(1 9 9 9 3 8 3 1 84 ??? 發(fā)酵車間無菌空氣單耗 ： 107/19993= 103（ m3/噸產(chǎn)品） 發(fā)酵車間無菌空氣消耗衡算（ 表 ） ： 表 發(fā)酵車間無菌空氣消耗衡算表 名稱 每日用氣（ m3） 每月（ 25天）用氣（ m3） 每年用氣（ m3） 單 個 發(fā)酵罐 104 106 106 發(fā)酵車間 104 106 107 單 個 種子罐 104 105 106 無菌空氣單耗 103（ m3/噸產(chǎn)品） 第三章 設(shè)備工藝計算 糖化車間設(shè)備工藝計算 調(diào)漿罐工藝計算 （ 1）材質(zhì)選擇 發(fā)酵液常溫下無腐蝕性，可采用碳鋼制作，可降低投資成本。 (2)幾何尺寸計算 調(diào)漿罐 兼 有攪拌溶解的作用，取平蓋，標準橢圓封頭封底，帶攪拌器。假定每個發(fā)酵罐配置一個調(diào)漿罐，則漿液體積 （ m3） 取筒高為 H=2D，則 2D+（ π /24） D3= D=（ m）圓整后取 D=（ m） 封頭高度為 ，封頭容積為： π /（ 24 ） =（ m3） 實際體積為： +=（ m3） 調(diào)漿罐高度： 2+=（ m） 實際體積大于 ，能滿足生產(chǎn)需要。 （ 3）攪拌功率計算 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 19 糖化罐攪拌器軸功率可用下式進行計算： P= a/102 攪拌速度： n=攪拌器直徑： d=溶液比重：ρ =1000Kgf/m3=攪拌器檔數(shù)： a=2 轉(zhuǎn)換系數(shù)： 102 攪拌器功率： P= 2/102=（ KW） 電機附加消耗系數(shù)為 ，傳動率取 ，電動機軸功率： （ KW） 查機械手冊選擇合適的電動機 4臺。 調(diào)漿罐設(shè)備配置（表 ）： 表 調(diào)漿罐設(shè)備參數(shù)表 調(diào)漿罐材質(zhì) 碳鋼 攪拌器 軸功率 調(diào)漿罐直徑 電動機功率 98KW 調(diào)漿罐高度 調(diào)漿罐數(shù) 4個 發(fā)酵車間設(shè)備工藝計算 發(fā)酵罐主要尺寸計算 發(fā)酵罐公稱容積為 100 m3，則 V 全 =V 筒 +2V 封 ，封頭折邊忽略不計，則有 V 全 = 2D+π D3/24 2=118 H=2D 得 直徑 D= 取整 D=4m 由 《發(fā)酵工廠設(shè)計概論》附錄一表 15 中查得： 封頭高度 H 封 =1000+50=1050mm 驗算全容積： V′ = 16 8+π 64/12+ 16 2= m3 V 全 = V′ 驗算合格 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 20 攪拌器主要尺寸計算 機械攪拌 通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種型式，根據(jù)發(fā)酵特點及菌體特征選用六彎葉渦輪攪拌器 [15]。 該攪拌器的各部尺寸與罐徑 D有一定的比例關(guān)系，主要尺寸計算如下： 攪拌器葉徑 Di=D/3=4/3= (取 d=) 葉寬 B== = 弧長 l== = 底距 C= D/3=4/3= 盤徑 di== = 葉弦長 L== = 葉距 Y=D=4m 彎葉板厚б =12mm 取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2可根據(jù) 50 m3罐，攪拌器直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min，以等 P0/V為基準放大求得 N2= N1 (D1/D2)2/3= 110 ()2/3=95r/min= 攪拌器軸功率計算 淀粉 水解糖液為低濃度溶液可視為牛頓流體， Rem= 1000/( 103)= 10610000 視為湍流 則攪拌基準數(shù) Np= 不通氣是攪拌器功率 P0： P01=NpN3d5ρ = 1000=（ KW） 兩檔攪拌 P=2 P01=2 =（ KW） 通氣時軸功率： Pg= 103 ( P2Nd3/) 通氣量 Q= 100 =16m3/min= 107ml/min = Pg= 103 ( 95 1303/)=（ KW） 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉食品工廠設(shè)計 21 電動機功率計算 電機采用三角皮帶傳動η 1=，滾動軸承η 2=，滑動軸承η 3=，端面密封增加的功率為 1%，則電機功率 ： P 電 =(η 1η 2η 3)= ( )=（ KW）