【正文】 在論文付梓之時(shí)，我們謹(jǐn)向他致以深深的敬意和中心的感謝。 本設(shè)計(jì)是關(guān)于年產(chǎn) 5000t 檸檬酸的發(fā)酵工廠車間的設(shè)計(jì)，是通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料了解國(guó)內(nèi)外檸檬酸發(fā)酵行業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展概況后，通過(guò)分析、比較，初步確定的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)紅外光譜檢測(cè)確定產(chǎn)品為殼聚糖，檢測(cè)其理化性質(zhì)，基本符合國(guó)家規(guī)定的殼聚糖生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。堿法破壁脫蛋白的最佳工藝條件是：氫氧化鈉濃度為 15%；固液比為 1： 4；處理時(shí)間為 2小時(shí)；處理溫度為 100℃。檸檬酸發(fā)酵廢渣中含有大量的黑曲霉菌絲體，通過(guò)對(duì)菌絲體物質(zhì)含量分析可知：菌絲體細(xì)胞膜中含有豐富的麥角固醇；細(xì)胞壁中含有豐富的甲殼素和葡聚糖，因此可將黑曲霉菌絲體作為生產(chǎn)上述三種生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。 檸檬酸發(fā)酵廢渣的處理 檸檬酸發(fā)酵廢渣是檸檬酸發(fā)酵工業(yè)中主要的有機(jī)固體廢棄物，如果不對(duì)其進(jìn)行有效的處理，任意棄置，則發(fā)酵廢渣在自然界降解過(guò)程中就會(huì)對(duì)周圍水體和大氣造成嚴(yán)重的污染。 38 圖 61 好氧活性污泥凈化廢水的作用 機(jī)理 檸檬酸發(fā)酵廢氣的處理 檸檬酸發(fā)酵工廠產(chǎn)生的廢氣主要是二氧化碳，雖然二氧化碳不具有毒性，但是由于它的存在影響了人或動(dòng)物體對(duì)氧的攝取，使機(jī)體內(nèi)氧合血紅蛋白減少，造成窒息，嚴(yán)重時(shí)可引起死亡?；钚晕勰喾ㄊ禽^有代表性的好氧生物處理方法?；瘜W(xué)法是利用化學(xué)反應(yīng)作用來(lái)分離、轉(zhuǎn)化、破壞或回收廢水中的污染物，并使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，如混凝、中和、氧化還原、吸附、點(diǎn)滲透、汽提、萃取等處理工藝。從水樣分析、做可行性研究報(bào)告 37開(kāi)始，到工程設(shè)計(jì)和總承包、調(diào)試、編寫文件、人員培訓(xùn)和運(yùn)行期間的服務(wù)，給用戶帶來(lái)很大的便利。檸檬酸生產(chǎn)的“三廢”治理主要有三大途徑：一是對(duì)“三廢”采取合理有效的治理方法；二是改進(jìn)合成工藝，將污染消滅在生產(chǎn)工藝過(guò)程中；三是對(duì)“三廢”合理利用，變廢為寶。 檸檬酸工廠的“三廢”處理 2020 年 4 月 7 日，國(guó)務(wù)院發(fā)布通知指出，將淘汰環(huán)保不達(dá)標(biāo)的檸檬酸生產(chǎn)裝置。用于治理污染的投資也逐年增加，各種治理污染的裝置相繼投入運(yùn)行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)藥廠每年排放的廢氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）約 10179。 36發(fā)酵工業(yè)主要行業(yè) 1996 年廢渣水年排放量達(dá)到 179。 ③車間內(nèi)有為設(shè)備、管道、工器具進(jìn)行消毒的必要設(shè)備、工具。主要工序包括液化醪→發(fā)酵醪→發(fā)酵成熟醪→提取 發(fā)酵廠衛(wèi)生問(wèn)題 本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品檸檬酸的一個(gè)重要用途就是用作食品添加劑，也就是相當(dāng)于一種食品，因此在生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境衛(wèi)生問(wèn)題非常重要。 本設(shè)計(jì)的車間布置 車間布置設(shè)計(jì)的目的是對(duì)廠房的配置和設(shè)備的排列作出合理的安排，并決定車間，工段的長(zhǎng)度，高度和建筑結(jié)構(gòu)形式，以及各車間之間與工段之間的相互關(guān)系。為確保生活區(qū)、行政區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，衛(wèi)生區(qū)應(yīng)處在生活區(qū)的下風(fēng)向，而生產(chǎn)要求高的車間應(yīng)處于上風(fēng)向。在地形地質(zhì)受限制的條件下，應(yīng)采取施工措施加以解決，既不能勉強(qiáng)追求方正，又不能遷就施工簡(jiǎn)便，以免留有后患，長(zhǎng)期影響生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。 ③車間布置 必須符合生產(chǎn)流程的要求，原料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應(yīng)順直、短捷，避 免作業(yè)線的交叉和返回。 車間布置的基本原則和要求 總平面布置必須貫徹國(guó)家的各項(xiàng)方針，政策，在符合放火，衛(wèi)生規(guī)范的前提下，盡可能節(jié)約用地，不占，少占農(nóng)田；減少勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約建筑材料，使 所建工廠形成布局合理，協(xié)調(diào)一致，生產(chǎn)井然有序，并與四周建筑群相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體。 ③交通運(yùn)輸條件比較方便、經(jīng)濟(jì)，使企業(yè)接近原料、能源產(chǎn)地和產(chǎn)品消費(fèi)區(qū)，消除不合理運(yùn)輸，總體經(jīng)濟(jì)效益好，有利于加快國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的提高。 1 1Gr18Ni9Ti 鋼 11 調(diào)漿桶 V=6m179。本設(shè)備凡和物料接觸均用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作。卸料后濾布經(jīng)清洗進(jìn)入下一下循環(huán)。污泥在重力脫水后開(kāi)始進(jìn)入楔形壓榨區(qū)段，濾帶間隙逐漸縮小，開(kāi)始對(duì)污泥施加擠壓和剪切作用，使污泥再次脫水。常用的預(yù)處 理方式是：將濃縮后的污泥與高分子絮凝劑混合，物料在絮凝劑作用下，微細(xì)顆粒凝聚團(tuán)狀，并初步沉淀，這是污泥上機(jī)脫水的準(zhǔn)備條件。 帶式過(guò)濾機(jī)，又稱 帶式壓榨過(guò)濾機(jī) ，是由兩 條無(wú)端 濾帶 纏繞在一系列順序 31排列、大小不等的輥輪上，利用濾帶間的擠壓和剪切作用脫除料漿中水分的一種過(guò)濾設(shè)備。 ②原料的粉碎裝置 選用濕式粉碎機(jī)，主要包括：加料器、粉碎機(jī)和加熱器等幾部分。磁芯圓弧表面與滾筒內(nèi)表面間隙小而均勻（一般小于2mm），滾筒由非磁性材料制成，外表面敷有無(wú)毒且耐磨的聚氨酯涂料作保護(hù)層，以延長(zhǎng)使用壽命。﹚， d= 取無(wú)縫鋼管φ 144mm179。）， d= 取無(wú)縫鋼管φ 129mm179。/h） ③進(jìn)氣管直徑計(jì)算： 在此壓力下取氣速為 45m/s，則進(jìn)氣管截面積 A= 6 0 045 5 6 2 mvV ?????蒸汽 30則 d= mA ?? 取無(wú)縫鋼管φ 231mm179。39?！?) 溫度由 50℃加熱到 100℃，加熱蒸汽 P= 飽和蒸汽溫度 145℃，干飽和蒸汽熱焓為 179。 N=（ 6179。 V 有效 =Vτ =179。ρ =247。 種子罐型號(hào)的確定 由上述計(jì)算可知，應(yīng)選用容積為 30m179。 ^3+179。 2D+π /12179。 =23m179。、 50m179。 179。 103 179。 179。=179。 106 ＞ 104 則為湍流，查閱《發(fā)酵設(shè)備》知攪拌功率準(zhǔn)數(shù) Np= ⑵不通氣時(shí)的攪拌軸功率 P1 P1=NpN3D5ρ =179。179。 μ 醪液粘度，為 179。 500179。 換熱面積 A=Q/（ K178。 h178。178。/12 =229 m179。 2179。,封頭（上封口）折邊忽略不計(jì)，則 V= ? ?23 2424 32 ??? DDD ?? = 179。 66247。取整為 2。 13%179。 查資料知公稱容積為 200m179。Φ =247。 V 糖 =179。 179。 現(xiàn)以此類發(fā)酵罐進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。最大可能為 1000m179。、 150m179。、 30m179。/a） 發(fā)酵罐 155520 311040 種子罐 38880 77760 23總用量 27 648 194400 388800 表 34 發(fā)酵車間無(wú)菌空氣耗用量衡算表 生產(chǎn)成本 利潤(rùn)估算 檸檬酸的成本估算（每噸） 名稱 單價(jià)（元 /kg） 用量（ kg） 金額（元） 薯干 1400 3640 糖漿 32 碳酸鈣 36 硫酸 48 活性炭（脫色） 92 a淀粉酶 70 紙箱 4 250 1000 包裝（瓶） 2020 240 合計(jì) 以下均以年為單位，原料情況，銷售情況見(jiàn)表 生產(chǎn)總費(fèi)用：以下安全年計(jì)算 （ 1） 用水：年耗水量（ t） x水費(fèi)（元 /噸） = = 萬(wàn)元 （ 2） 用電：年耗電量 x 電費(fèi)（元） =8190000x1=819 萬(wàn)元 （ 3） 用汽：年耗氣量 x 汽費(fèi)（元 /噸） =388800（立方米） x = 萬(wàn)元 合計(jì)生產(chǎn)總費(fèi)用： 萬(wàn)元 24利潤(rùn)估算表 品名 產(chǎn)品量 原產(chǎn)量 成本費(fèi)用 銷售價(jià)格 銷售收入 利潤(rùn) （噸） （噸） （元 /噸） （元 /噸） （萬(wàn)元） （萬(wàn)元） 檸檬酸 5000 5310 15000 7500 第四章 設(shè)備選型 主要設(shè)備的選型 發(fā)酵罐的選型 發(fā)酵罐是整個(gè)工藝流程中最重要的一個(gè)設(shè)備。/h 將發(fā)酵車間蒸汽衡算列表如下： 設(shè)備名稱 單罐每小時(shí)通氣量（ m179。 179。 )1528( . Q 12 ?? ??? ?? ）（水種子 ttW =8077kg/h=將發(fā)酵段冷卻水衡算列表如下： 生產(chǎn)工序 平均耗水量（ kg/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(jì) 91154 表 33 發(fā)酵車間冷卻水衡算表 發(fā)酵過(guò)程中無(wú)菌空氣耗量的計(jì)算 ①單個(gè)發(fā)酵罐耗用無(wú)菌空氣量 計(jì)算公式： V=發(fā)酵罐體積179。 h,200m179。 = kJ/kg178。 179。 3179。 19%= 滅菌過(guò)程中用 ，蒸汽 I= kJ/kg,由維持罐（ 90℃），進(jìn)入連消塔加熱至 130℃，糖液比熱容 kJ/(kg178。 %= kJ/(kg178?！?) 由物料衡算可知，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： = 日耗淀粉漿量為： += 淀粉漿中含水量為： 247。 ②基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 在 28℃下，查的：淀粉的比熱容為 kJ/(kg178。 300= 根據(jù)以上計(jì)算，將物料衡算結(jié)果列表如下 物料名稱 每噸產(chǎn)品耗物量 年產(chǎn) 5000噸耗物量 （ kg) (t/d) (t/a) 檸檬酸 980 副產(chǎn)品 20 薯干原料 淀粉 α 淀粉酶 發(fā)酵醪 接種量 成熟蒸煮醪 薯干漿量 表 31 5000t/a 檸檬酸廠物料衡算表 熱量衡算 液化熱平衡計(jì)算 噴射加熱器耗熱 由工藝可知：經(jīng)過(guò)噴射加熱器溫度由 50℃升溫至 100℃ Q= kJ/(kg178。 2%= 日產(chǎn)總量： 年產(chǎn)無(wú)水檸檬酸量： 年產(chǎn)副產(chǎn)品量： 179。 成品檸檬酸 日產(chǎn)檸檬酸量為： 即結(jié)晶液中檸檬酸的含量為： 需精制液只能夠檸檬酸含量為： 247。 179。 ()=(kg?℃ ) 粉漿的干物質(zhì)濃度為 B1=% 液 化 醪 的 比 熱 容 為 ： C1=B1C0+()CW=% 179。 ②液化完成的醪液由板式換熱器降溫至（ 35177。 100%=% 粉漿的干物質(zhì)濃度為： 247。 13%﹚ = ㎏ 接種量的計(jì)算 接種量為發(fā)酵醪 量 的 10%，則： 247。 20200= ㎏ 發(fā)酵醪量的計(jì)算 根據(jù)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率為 13%： 1000179。 99%﹚ = ㎏ ④生產(chǎn) 1000 ㎏ %無(wú)水檸檬酸所需實(shí)際薯干粉原料消耗量： 247。﹙ %179。 h） 原料消耗計(jì)算 (以一頓成品檸檬酸為基準(zhǔn) ) 年產(chǎn) 5000 噸一水檸檬酸，折合成無(wú)水檸檬酸，按中國(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(wú)水檸檬酸為： 5000/=①生產(chǎn)無(wú)水檸檬酸的總化學(xué)反應(yīng)式： (C6H10O5)n + nH2O +3n/2 O2 = n C6H8O7 +2nH2O 162 192 X 1000 ②生產(chǎn) 1000 ㎏ %無(wú)水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量： X=1000179。 干燥與包裝 從離心機(jī)分離出來(lái)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(guò)傳送裝置運(yùn)到篩選機(jī)，不合格顆粒被篩選分出來(lái)，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。 精制工序 離子交換與脫色 檸檬酸液從暫貯罐中泵送離交純化工序，經(jīng)由陽(yáng)離子交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色出去色澤及影響成品質(zhì)量加速設(shè)備腐蝕的陰陽(yáng)離 子，陰陽(yáng)樹脂需經(jīng)過(guò)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。在發(fā)酵或陪種過(guò)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)。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間。 (見(jiàn)附圖 1) 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 14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(guò)磁選裝置除去原料中含鐵雜質(zhì)，以保護(hù)設(shè)備。1985 年，中國(guó)檸檬酸產(chǎn)量只有 萬(wàn)噸， 2020 年已達(dá)到約 萬(wàn)噸。 20世紀(jì) 80 年代，由于出口的需要，我國(guó)的檸檬酸生產(chǎn)發(fā)展迅速，已成為世界上檸檬酸生產(chǎn)量最大的國(guó)家。 1917 年，柯里發(fā)現(xiàn)了一株產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉，并通過(guò)美國(guó) 的輝瑞公司于 1923 年采用淺盤發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。 檸檬酸的來(lái)源和發(fā)展情況 1784 年 。 此外，食品加工和奶制品也添加檸檬酸和檸檬酸鹽。結(jié)晶時(shí)控制適宜的溫度可獲得無(wú)水檸檬酸。 本設(shè)計(jì)還包括發(fā)酵罐圖，車間平面布置圖，工藝流程圖。本設(shè)計(jì)采用液體深層好氧發(fā)酵、鈣鹽法提取技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸。制備檸檬酸一般采用曬干的薯干作為原料。本設(shè)計(jì)針對(duì) 5000 噸檸檬酸項(xiàng)目的需要，進(jìn)行了廠 區(qū)平面設(shè)計(jì)、產(chǎn)品方案及工藝的確定、物料衡算等工作。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 38 檸檬酸發(fā)酵廢渣的處理178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178