【正文】 78。 23 第四章 設(shè)備選型178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 24 8 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 24 發(fā)酵罐的選型 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。 27 輔助設(shè)備選型 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。 28 噴射加熱器的選型 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。 31 第五章 全廠車(chē)間布置概況 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 32 廠址選擇 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。 32 本設(shè)計(jì)的廠址選擇 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。 33 車(chē)間布置的基本原則和要求 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。 34 發(fā)酵廠衛(wèi)生問(wèn)題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。178。178。178。178。178。178。178。 35 檸檬酸工廠的“三廢”處理178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 36 檸檬酸發(fā)酵有機(jī)廢水的處理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。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。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。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。為了保障生產(chǎn)順利進(jìn)行，還進(jìn)行了水、電、氣的衡算和三廢的治理。制備檸檬酸一般采用曬干的薯干作為原料。薯干原料中的蛋白質(zhì)可作為氮源供菌體生長(zhǎng)。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。 由于本設(shè)計(jì)為發(fā)酵車(chē)間的設(shè)計(jì)，著重于車(chē)間的工藝計(jì)算、設(shè)備選型。 本設(shè)計(jì)還包括發(fā)酵罐圖，車(chē)間平面布置圖，工藝流程圖。 無(wú)色晶體，常含一分子結(jié)晶水，無(wú)臭，有很強(qiáng)的酸味，易溶于水。結(jié)晶時(shí)控制適宜的溫度可獲得無(wú)水檸檬酸。 12檸檬酸具有宜人風(fēng)味、高的水溶性和強(qiáng)的金屬螯合力，長(zhǎng)期以來(lái)占據(jù)食用酸味劑 70%左右的市場(chǎng)份額，除可口可樂(lè)和純果汁以外，幾乎所有的飲料都使用檸檬酸作為酸味劑，通常的添加量為 %%（ m/m）。 此外，食品加工和奶制品也添加檸檬酸和檸檬酸鹽。 檸檬酸除用于食品和醫(yī)藥工業(yè)以外，最大的用途是代替三聚磷酸鈉作為洗滌劑的助洗劑， 20 世紀(jì) 90 年代初，國(guó)外還有人發(fā)現(xiàn)檸檬酸加入混凝土中可作為一種“減水劑”，并能提高混凝土的凝固強(qiáng)度。 檸檬酸的來(lái)源和發(fā)展情況 1784 年 。直到 20 世紀(jì)初，檸檬酸仍然主要是從檸檬中提取，產(chǎn)量還很低。 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(pán)發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。這種新工藝具有很多優(yōu)越性，因而推動(dòng)世界檸檬酸工業(yè)的迅速發(fā)展，也成為了檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的主要工藝。 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。 中國(guó)不僅是檸檬酸 生產(chǎn)大國(guó)，也是出口大國(guó)，目前出口量已占總產(chǎn)量的70%80%。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。 第二章 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)方法 本次生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進(jìn)行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、干燥得到檸檬酸。 (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(chē)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。粗碎后，由斗式提升機(jī)提送至中間粉倉(cāng)，由粉倉(cāng)落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后進(jìn)入粉倉(cāng)再經(jīng)計(jì)量送至配料罐。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車(chē)間。在發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)罐溫、罐壓、通風(fēng)量、攪拌轉(zhuǎn)速等實(shí)行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測(cè)原糖消耗情況、菌種生長(zhǎng)狀態(tài)、pH 值、泡沫等變化情況 。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)。 15 提取工序 由壓濾工段送來(lái)的檸檬酸清醪液泵入中和罐，在 80℃下進(jìn)行中和。 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(shù)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。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)入真空結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)晶。 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。 ⑥α 淀粉酶用量： 8U/g 原料； ⑦操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率 %，糖轉(zhuǎn)化率 95%，提取階段分離回收率 95%，精制階段收率 98%，得率 99%（倒罐率 1%），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（ 35177。 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。 192179。﹙ %179。 95%179。 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。 1000179。 20200= ㎏ 發(fā)酵醪量的計(jì)算 根據(jù)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率為 13%： 1000179。（ 95%179。 13%﹚ = ㎏ 接種量的計(jì)算 接種量為發(fā)酵醪 量 的 10%，則： 247。 10%= ㎏ 液化醪量的計(jì)算 因?yàn)槌墒煺糁篚?量 為： = ㎏ 則調(diào)漿濃度為： 247。 100%=% 粉漿的干物質(zhì)濃度為： 247。 100%=% 蒸煮直接蒸汽加熱，采用連續(xù)液化工藝： 操作流程： ①混合后粉漿溫度為 50℃，應(yīng)用噴射液化器迅速使粉漿升溫至 100℃。 ②液化完成的醪液由板式換熱器降溫至（ 35177。 ③調(diào)漿及液化滅菌時(shí)產(chǎn)生泡沫可用少量 炮敵 消泡。 ()=(kg?℃ ) 粉漿的干物質(zhì)濃度為 B1=% 液 化 醪 的 比 熱 容 為 ： C1=B1C0+()CW=% 179。=(kg?℃ ) CW— 水的比熱容取 (kg?℃ ) 為簡(jiǎn)化計(jì)算 ，定液化醪的比熱容在整個(gè)過(guò)程中維持不變。 179。 (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。（ 95%179。 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。 （日產(chǎn)總量）247。 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。 179。 ②基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 在 28℃下，查的：淀粉的比熱容為 kJ/(kg178?！?)；加熱蒸汽的熱焓為 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。 100%=% 淀粉濃度為 % 由此可算出淀粉漿的比熱容為： C=179。 %= kJ/(kg178。除糖濃度是 13g/100ml,滅菌前培養(yǎng)基含糖量為 19%， 其數(shù) 量為 180179。 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。 每罐滅菌時(shí)間 3h,輸料流量 247。 3179。 式中： —— 比熱容 kJ/kg178。 179。 %+179。 = kJ/kg178。 6000kJ/m179。 h,200m179。（填充系數(shù)為 ），則 )1528( 1 8 06 0 0 Q 12 ?? ??? ?? ）（水發(fā)酵 ttW 22=83077 ㎏ /h=已知 25m179。 )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(chē)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。填充系數(shù) 已知：發(fā)酵罐體積為 200m179。 179。/h ②單個(gè)種子罐耗用無(wú)菌空氣量 取種子罐的無(wú)菌空氣耗量為發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌空氣耗量的 25% 則 V=25%V=179。/h 將發(fā)酵車(chē)間蒸汽衡算列表如下： 設(shè)備名稱 單罐每小時(shí)通氣量（ m179。/d) 單罐每年用氣量（ m179。/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(chē)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