武汉东西湖兴建年产10万吨柠檬酸厂的工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)

武汉东西湖兴建年产10万吨柠檬酸厂的工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

布局要合理， 便于生产的顺利进行，将生产区和办公大楼分开建设，一个完善而先进的污水处理站也是必需的。 同时，还应该有职工活动中心等。 总平面设计说明 （ 1）厂区主要建筑物：原料库、成品库、办公楼、科研 化验 楼（兼菌种保藏中心）、餐厅、车库、 门卫 、锅炉房、机修 车间 、 生产车间、成品车间、粉碎配料车间 、污水处理池等。 按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返运输。 对厂房的布置符合生产工艺的要求，既保证了生产过程的连续性，又使得整个厂区紧凑合理。 （ 2）办公 楼 在人流出口附近，距离车间较近，方便管理，又与物流避免交叉。 （ 3）绿化情况：厂区绿化以普通绿化与重点绿化相结合，沿厂区主入口的主要道路进行重点绿化，种植有观赏价值的乔、灌木与草皮结合，并且绿化部分遍植草皮，并适当点缀冬青灌木，以创造出一个美丽、怡人的厂区环境。 （ 4）厂区道路：厂区主干道为 10m宽，非主要道路为 8m宽，两旁种植 悬铃木 、 榆叶梅 等。 （ 5）厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火器。 主要设计指标 表 23 主要设计指标一览表 项目 数据 1 全厂占地面积 600000m3 2 全厂建筑物占地面积 21233 m3 3 建筑系数 35% 4 绿化面积 159248 m3 5 绿化率 15% 6 土地利用系数 50% 3. 产品方案及工艺流程 产品方案 本设计采用薯干原料发酵，将薯干磨成粉，加水调浆，再加入少量α 淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。 其中薯干含水 10%15%、淀粉 70%左右、蛋白质 6%左右，含有铁、镁、钾、钙等的无机盐。 选用的黑曲霉 C0527 对这些成分不敏感 ,故不必对原料做这方面的预处理。 本设计采用液体深层好氧发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。 工艺流程 基本过程为：在接 收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，加入菌种和净化压缩空气后进行发酵；发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐，用碳酸钙中和处理；再经过过滤洗涤，得到柠檬酸钙固体，送入酸解罐，再添加稀硫酸酸解，并加入活性炭进行脱色；然后，通过带式过滤机过滤、酸解过滤，除去硫酸钙及废炭；酸解过滤液经离子交换处理后，进行蒸发、浓缩，再进行结晶；结晶后，用离心机进行固液分离，对得到的湿柠檬酸晶体进行干燥与筛选，最后得到成品柠檬酸。 武汉东西湖兴建年产 10 万吨柠檬酸厂的工艺设计 5 图 3 1 柠檬酸生产工艺流程示意图 操作工艺 原料的处理 对薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、调浆、液化、连续灭菌的处理方法。 发酵工艺要求将薯干从平仓运至备料车间，经过磁选装置除去原料中含铁杂质，以保护设备。 然后进行粗粉碎，将薯干先轧成 13cm 大小的小块，以提高磨粉机的效率。 粗碎后，由斗式提升机提送至中间粉仓，由粉仓落入磨粉机粉碎，粉碎后进入粉仓再经计量送至配料罐。 配料罐内加水调浆，同时加入淀粉酶升温液化。 液化完成后送至连消装置连续灭菌，再送至发酵车间。 发酵工序 由备料车间提供的经连续灭菌并冷却的料液，通过灭菌管道泵入已空消灭菌待料的发酵罐 (或种子罐 )，通过零磅火焰倒种法或差压法，接入已培养好的柠檬酸菌种，在通风、搅拌情况下，进行发酵或培养。 醪液处理工序 柠檬酸发酵完成后，应即时进行热处理，以灭活发酵，絮凝蛋白、提高收率，为提高设备利用率。 增设醪液贮罐，通过热交换器，及时将醪液加热至 80℃后进入醪液热贮罐，再经泵压入过滤机，除掉固形物及菌体残渣，将清醪液泵入下道工序。 提取工段 由压滤工段送 来的柠檬酸清醪液泵入中和罐，在 80℃下进行中和。 碳酸钙经密闭的输送机送入车间，经无级调速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部浓度过高，使中和沉淀反应均匀。 经终点检测合格后，将柠檬酸钙悬浮液排入带式过滤机中，将固体柠檬酸钙从悬浮液净化 空气 菌种 种子 发酵 消泡剂 过滤 废渣处理 中和 钙盐 干燥 湿柠檬酸 纯水 分离 次品回溶 蒸发结品 过滤 废渣处理 酸解 酸液 活性炭 酸解液 离子交换处理 灭菌 配料 筛 选 淀粉糖 成品柠檬酸 武汉东西湖兴建年产 10 万吨柠檬酸厂的工艺设计 6 中分离出来。 分离后的柠檬酸钙经卸料螺旋送至酸解桶中，由热水或酸解液调浆，浓硫酸由酸碱站泵入，再计量到酸碱桶中与柠檬酸钙在 80℃下生成硫酸钙与柠檬酸的悬浊液送入酸解带式过滤机进行过滤，清洗液即稀酸解液收集用于调浆，柠檬酸酸解送精制工段。 精制工段 离子交换与脱色 柠檬酸液从暂贮灌中泵送离交纯化工序，经由阳离于交换塔，阴离子交换塔和活性炭脱色塔，离交脱色除去色泽及影响成品质量加速设备腐蚀的阴阳离子，阴阳树脂需经过酸洗、碱洗再生处理，离交后的柠檬酸精制母液送入蒸发工序。 蒸发与结晶 在提纯溶液进入蒸发部分前，通过精过滤器除去清液中的微小树脂颗粒。 精滤后的溶液经热交换器预热后送至双效真空浓缩器经浓缩至特定浓度后，转入真空结晶器，或者低温结晶器进行结晶，以确定产品，再经分离将柠檬酸晶粒从液相中分离出来，液相 (母液 )在分离后分别放至各级母液贮罐，根据其杂质离交浓度 情况，送往重新蒸发式回流到前工序处理提纯，晶体送往干燥机。 干燥与包装 从离心机分离出来的湿柠檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根据生产品种控制干燥空气、温度及冷却空气量进行干燥，排空经湿式旋风分离器处理排放，干燥后的柠檬酸晶粒通过传送装置运到筛选机，不合格颗粒被筛分出来，溶解后返回到结晶系统，柠檬酸成品进行定量、包装，存放。 物料衡算 工艺技术指标及基础数据 （ 1）生产规模： 100000t/%一水柠檬酸折合成 ； （ 2）生 产方法：外加耐高温α 淀粉酶液化，深层液体发酵，钙盐干法提取； （ 3）生产天数：每年 300天； （ 4）食用 %无水柠檬酸日产量： 247。 300=，取整数为 306t； （ 5）食用 %无水柠檬酸年产量： 306 300=91800t； （ 6）产品质量：国际食用柠檬酸 %（质量分数），实际产率 98%，副产品约占 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）操作参数：淀粉糖转化率 %，糖酸转化率 95%，提取阶段分离 收率 95%，精制阶段收率 98%，倒罐率 1%则其得率为 1 1% 99% ；产酸率（即糖发酵液转化率） 13%；发酵周期 75h，发酵温度（ 35 1）℃，发酵通风量 10V/(V 发酵液 ·h)。 原料消耗计算（基准：一吨成品柠檬酸） 年产 10万吨一水柠檬酸，折合无水柠檬酸，按 1995年 5月，中国发酵工业协会柠檬酸分会制定的“柠檬酸行业统计办法”： 无水柠檬酸需要量为： 100000247。 =（ 1）生产无水柠檬酸的总化学反应式： 6 1 0 5 2 2 6 8 7 2( ) 3 / 2 2nC H O nH O n O nC H O nH O    162 192 X 1000 （ 2）生产 %无水柠檬酸所需的理论淀粉消耗量： X=1000（ 162247。 192） %= kg 武汉东西湖兴建年产 10 万吨柠檬酸厂的工艺设计 7 （ 3）生产 %无水柠檬酸所需实际淀粉消耗量： X247。 (% 95% 95% 98% 99%)= （ 4）生 产 %无水柠檬酸所需实际薯干粉原料消耗量： 247。 70%= （ 5）α 淀粉酶的消耗量：应用酶活力为 20200u/g 的α 淀粉酶使淀粉液化。 α 淀粉酶用量按 8u/g原料计算；有： 103 8247。 20200= 发酵醪量的计算 根据发酵液转化率为 13%： 1000 %247。 （ 95% 98% 13%） = 接种量 接种量为发酵醪的 10%，则： 10%247。 110%= kg 液 化醪量计算 因为成熟蒸煮醪为： = 则调浆浓度为： 100%247。 =% 粉浆的干物质浓度为： 100%247。 =% 蒸煮直接蒸汽加热 ,采用连续液化工艺 : 操作流程 : 50℃，应用喷射液化器迅速使粉浆升温至 100℃。 升温后进入维持罐，使料液保温 20～ 30min以完成液化，进蒸汽压力保持在 ～。 35+1℃备用。 化灭菌时产生的泡沫可用少量泡敌消泡。 工艺计算 : 干物质含量 B0=70%的薯干原料比热容为 : C0= ( B0)=(kg K) 粉浆的干物质浓度为 B1=% 液化醪的比热容为： C1 =B1C0+( B1)Cw =% +(%) =(kg K) Cw水的比热容取 (kg K) 为简化计算，定液化醪的比热容 在整个过程中维持不变 . 经喷射液化器前的液化醪量为 X: X+X (10050)247。 ( )=(kg) X=（ kg） 其中 成品柠檬酸 日产柠檬酸量为： 247。 300= t/d 即结晶液中柠檬酸的含量为： t/d 需精制液中柠檬酸含量为： 247。 98%=需分离液中柠檬酸的含量为： 247。 （ 95% 98%） =武汉东西湖兴建年产 10 万吨柠檬酸厂的工艺设计 8 淀粉质原料年产 10 万吨一水柠檬酸厂总物料衡算 即对生产。 （ 1）柠檬酸成品 日产食用 % 无水柠檬酸量为 ，取整数为 306t 日产副产品为： 306 2247。 98= 则日产总量为： 食用柠檬酸量为： 306 300=91800t/a 副产物为： 300=1872 t/a 总产量为： 93672 t/a （ 2）主要原料薯干用量 日耗量： 10－ 3 = 年耗量： 300=130257t （ 3） 根据以上计算，将物料衡算结果列于表 41 表 4１ 100000t/a料柠檬酸厂物料衡算表 物料名称 每吨产品耗物量 （ kg） 年产 10万吨耗物量 每天（ t/a） 每年（ t/a） 食用柠檬酸 980 306 91800 副产品 20 1872 薯干原料 130257 淀粉 91179 α 淀粉酶 51 发酵醪 770087 接种量 70008 成熟蒸煮醪 700026 薯干浆量 热量衡算 液化热平衡计算 喷射加热器耗热 喷射加热初温 t1=50℃加热后 t2=100℃ 醪液的比热容为 C1 =(kg℃ ) 由工艺可知 : 经过喷射加热器温度由 t1=50℃升温至 t2=100℃ Q= C1 G 醪液 (10050) = (10050) = 发酵过程中的蒸汽耗量的计算 （ 1）蒸汽用量的计算公式 整个生产过程采用蒸汽加热， 武汉东西湖兴建年产 10 万吨柠檬酸厂的工艺设计 9 蒸汽耗用量计算公式为：     21D C t tQDI i I  总 式中：η —— 为蒸汽的热效率，取 95% ； I—— 汽化潜热。 （ 2）基础数据 在 280C 下，查得：淀粉的比热容为 KJ/kg K 水的比热容为 KJ/kg K 加热蒸汽的热焓为 KJ/kg K 加热蒸汽的冷凝水的热焓为 KJ/kg K 由前面的计算可知，日耗薯干粉量为 日耗淀粉量为 日耗薯干浆量为 则日耗调浆用水量为： = t/d 日耗淀粉浆量为： += t/d 淀粉浆中含水量为：（ 247。 ） 100%=% 淀粉浓度为：（ 247。 ） 100%=% 由此可算得淀粉浆的比热容为： C=C 淀粉 X+C 水 Y= %+ %= KJ/Kg K 式中： X—— 淀粉浓度， % Y—— 水浓度， % （ 3）生产过程中蒸汽耗量的计算 ①培养基灭菌及管道灭菌： 培养基采取连消塔 连续灭菌，进塔温 90℃，灭菌 130℃ 则灭菌用蒸汽量：   21DC t tDI   每罐的初始体积为 180 m3，初糖浓度是 13g/100ml，灭菌前培养基含糖量 19%。 其数量为： 180 13%247。 19%= 灭菌加热过程中用 ，蒸汽（表压） I=，由维持罐（ 90℃），进入连消塔加热至 130℃，糖液比。