【文章內(nèi)容簡介】 中和液→ →濃縮液 ↓ 水 假定濃縮過程無檸檬酸鈉損失，濃縮液中檸檬酸鈉的含量為 ，為能提高濃縮效率，減少熱量損失，本設(shè)計采用逆流三效濃縮設(shè)備對溶液進(jìn)行濃縮，假設(shè)濃縮液中檸檬酸鈉的濃度為 70%，則濃縮液質(zhì)量為： (噸 ) 濃縮蒸發(fā)水量為： =(噸 ) 濃縮工段物料衡算 表 （ 表 ）： 表 濃縮工段物料衡算表 物料名稱 每日耗量（噸） 每 月（ 25天）耗量（噸） 每年耗量（噸） 中和液 75759 濃縮液 20895 蒸發(fā)水量 4572 54864 濃縮 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 14 結(jié)晶工段物料衡算 結(jié)晶工段物料流向如圖下圖所示： 濃縮液→ →濕晶體 ↓ 母液（含檸檬酸鈉） 以天作為計算基準(zhǔn)， 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)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(jìn)行供熱，對于規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)采用直接蒸汽進(jìn)行供熱， 本設(shè)計中各需供熱過程才用直接蒸汽進(jìn)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℃ 升高至結(jié)晶 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 15 90℃ 進(jìn)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(jìn)入發(fā)酵罐進(jìn)入發(fā)酵階段 ，以天作為計算基準(zhǔn) 。 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） = 108（ KJ） 加熱蒸汽耗量： mD= 108/2205= 105（ Kg） =248(噸 ) 一般蒸汽滲漏量為總蒸汽 5%，蒸汽實際耗量為： 248/（ 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 噸，一級噴射耗熱量： W14= 103（ 10020） = 108（ KJ） 經(jīng)一級噴射處理的料液流經(jīng)層流罐（溫度為 80℃ ），進(jìn)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） = 108（ KJ） 噴射過程總耗熱量： W= W14+ W24= 108+ 108= 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 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 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 200m3，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 空罐滅菌過程產(chǎn)熱量 Q0= 2205= 106 KJ/罐 冷卻水進(jìn)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(jìn)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 ） 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 17 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?jǐn)?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 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） 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 18 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(jìn)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） 根據(jù)設(shè)計計算， 實際發(fā)酵年產(chǎn)量為： 噸）(1 9 9 9 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） 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 19 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(biāo)準(zhǔn)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 糖化罐攪拌器軸功率可用下式進(jìn)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(jī)附加消耗系數(shù)為 ，傳動率取 ，電動機(jī)軸功率： （ KW） 查機(jī)械手冊選擇合適的電動機(jī) 4臺。 調(diào)漿罐設(shè)備配置（表 ）： 表 調(diào)漿罐設(shè)備參數(shù)表 年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 調(diào)漿罐材質(zhì) 碳鋼 攪拌器 軸功率 調(diào)漿罐直徑 電動機(jī)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 攪拌器主要尺寸計算 機(jī)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年產(chǎn) 15000 噸檸檬酸鈉工廠設(shè)計 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 21 為基準(zhǔn)放大求得 N2= N1 (D1/D2)2/3= 110 ()2/3=95r/min=