年产15000吨柠檬酸钠工厂设计_本科毕业设计(编辑修改稿)

年产15000吨柠檬酸钠工厂设计_本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

中和液→ →浓缩液 ↓ 水 假定浓缩过程无柠檬酸钠损失，浓缩液中柠檬酸钠的含量为 ，为能提高浓缩效率，减少热量损失，本设计采用逆流三效浓缩设备对溶液进行浓缩，假设浓缩液中柠檬酸钠的浓度为 70%，则浓缩液质量为： (吨 ) 浓缩蒸发水量为： =(吨 ) 浓缩工段物料衡算 表 （ 表 ）： 表 浓缩工段物料衡算表 物料名称 每日耗量（吨） 每 月（ 25天）耗量（吨） 每年耗量（吨） 中和液 75759 浓缩液 20895 蒸发水量 4572 54864 浓缩 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 14 结晶工段物料衡算 结晶工段物料流向如图下图所示： 浓缩液→ →湿晶体 ↓ 母液（含柠檬酸钠） 以天作为计算基准， 湿晶体中二水柠檬酸钠的含量为 50吨，设湿晶体含水量为 10%， 则湿晶体的总质量为： 50 (1+10%)=55(吨 ) 根据物料衡算，结晶母液总质量为： =(吨 ) 母液中柠檬酸钠的含量为： （ 190%） =(吨 ) 假定干燥过程使用喷雾干燥系统，无晶体损失，则成品二水柠檬酸钠生产量为 50吨，蒸发水量为 5吨。 结晶及干燥工段物料衡算 表 （ 表 ） 表 结晶及干燥工段物料衡算表 物料名称 每日（吨） 每月（ 25天）（吨） 每年（吨） 浓缩液耗量 75759 续表 母液 4395 柠檬酸钠（损失） 二水柠檬酸钠（产量） 50 1250 15000 （干燥）去水量 5 125 1500 热 量衡算 本设计中原料液的糊化、糖化，发酵罐的灭菌及原料液的灭菌，浓缩过程需要外接进行供热，对于规模生产企业采用直接蒸汽进行供热， 本设计中各需供热过程才用直接蒸汽进行加热。 本设计采用罐式连续蒸煮工艺，混合后浆液应用喷射液化器使浆液迅速由 20℃ 升高至结晶 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 15 90℃ 进行糊化和糖化， 一级喷射和二级喷射处理， 再经 喷射 121℃ 高温灭菌，进入发酵罐进入发酵阶段 ，以天作为计算基准。 原料浆液中淀粉含量： % 1 8  原料浆液的平均热容为： C=C淀粉 x+C水 （ 1x） 式中： x—— 浆液中淀粉含量； C淀粉 —— 纯淀粉在平均温度下的热容 C淀粉 =(Kg℃ )； C水 —— 纯水在平均温度下的热容 C淀粉 =(Kg℃ )； 原料液的平均热容为： C= + （ ） = KJ/(Kg℃ ) 采用压力为 、 121℃饱和水蒸气加热，排出蒸汽为 121℃，水蒸气汽化潜热为 2205 KJ/Kg，糊化及糖化过程耗热量： WD= 103 （ 9020） = 108（ KJ） 加热蒸汽耗量： mD= 108/2205= 105（ Kg） =248(吨 ) 一般蒸汽渗漏量为总蒸汽 5%，蒸汽实际耗量为： 248/（ 15%） =（吨） 一级喷射过程 :一级喷射温度一般在 98℃ 100℃ 之间（取 100℃ ）， 喷射总物料量 吨，一级喷射耗热量： W14= 103（ 10020） = 108（ KJ） 经一级喷射处理的料液流经层流罐（温度为 80℃ ），进行二次喷射处理。 二次喷射处理温度一般为 120℃ 128℃ （取 120℃ ），则，二次喷射耗热量： W24= 103（ 12080） = 108（ KJ） 喷射过程总耗热量： W= W14+ W24= 108+ 108= 108（ KJ） 一般蒸汽渗漏量为总蒸汽 5%，喷射过程蒸汽实际 耗量为： 108/[（ 15%） 2205]=（吨） 灭菌过程热量衡算 ： 查得 20℃的水的比热容 Cp= kJ/(kg ℃ ),ρ = kg/m3 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 16 灭菌过程用 121℃饱和水蒸气 排出蒸汽为 121℃，水蒸气汽化热为 2205 kJ/kg 发酵罐罐体体积为 200m3，设发酵罐所选材料为不锈钢 1Cr18Ni9Ti，罐体重量为 t,冷排管重 3 t，不锈钢 1Cr18Ni9Ti 的比热容为 kJ/(kg ℃ )，灭菌用 （表压）水蒸 气灭菌，罐体由 20℃升温至 121℃，水蒸汽用量为： W11=[（ 17150+3000） （ 12120） ]/2205= Kg/罐 灭菌过程热损失：发酵罐罐外壁温度为 70℃，其辐射与对流系数为： α =+（ 7020） = kJ/(h m2 K) 设空罐灭菌时间为 小时，公称直径为 100 m3的发酵罐表面积为 m2，耗用水蒸气用量为 ： W21= （ 7020） /2205= Kg/罐 罐壁附着水升温至 121℃，设壁附着洗涤水的平均厚度为 1mm,水升温所消耗水蒸气量 ：W31= 1000（ 12120） 一般蒸汽渗漏量为总蒸汽消耗量的 5%，空罐灭菌时蒸汽消耗量： W01=（ ++） /= Kg/罐 空罐灭菌过程产热量 Q0= 2205= 106 KJ/罐 冷却水进口温度为 10℃，出口温度为 20℃，冷却水消耗量为 ： L01= 106/[(2010) ]= 吨 /罐 每天空罐灭菌加热蒸汽耗量 : W1=4 W01=4 =（ Kg/天） 每日空罐灭菌加热蒸汽产热量： Q0=4 106= 106 （ KJ/天） 每日空罐灭菌冷却水耗量： L1= 4=（吨 /天） 设每次灭菌时间为 3h,每日需要的输送物料流量为 吨 物料灭菌所用蒸汽为： W12= 1000 （ 12120） /2205= 108（ KJ） 一般蒸汽渗漏量为总蒸汽消耗量的 5%， 物料灭菌时蒸汽消耗量： W02= 108/（ 2205） =(吨 ) 实际物料灭菌蒸汽产生热量为： Q2= 1000 2205= 108 （ KJ） 冷却水进口温度为 10℃，出口温度为 50℃，冷却水消耗量为 ： L2= 108/[（ 5010） ]=（吨 /天 ） 实际 灭菌 消耗加热水蒸气量 ： W= W01+ W02=+=（吨 /天） 实际 灭菌 消耗水蒸气用量 ： L=L1+L2=+=（吨 /天 ） 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 17 浓缩过程热量衡算 浓缩过程水分蒸发量为 ，浓缩液中柠檬酸钠的质量分数 70%，浓缩过程中和液温度由室温 20℃ 升至 100℃ ，浓缩液比热容近似取为水的比热 kJ/(kg ℃ )，则浓缩过程产热量： Q3= 1000 （ 10020） + 1000 = 108 （ kJ） 浓缩过程蒸汽消耗量： 108 /2205=（吨） 浓缩过程蒸汽损失量一般为 5%，实际蒸汽耗量为： （ 15%） =（吨） 各工段加热蒸汽及冷却水耗量衡算 表 （ 表 ）： 表 各工段热量及耗冷量衡算表 名称 每日（吨） 每月（ 25天）（吨） 每年（吨） 糊化、糖化蒸汽耗量 11589 喷射过程蒸汽耗量 1659 19908 灭菌过程蒸汽耗量 17550 物料灭菌过程蒸汽耗量 16755 空罐灭菌蒸汽耗量 灭菌过程冷却水耗量 262530 浓缩过程蒸汽耗 量 71322 无菌空气耗量计算 发酵过程无菌空气耗量 设发酵罐深层发酵平均通气量为 ，发酵周期 60小时，每年每罐发酵 120个周期，则 ： 单罐发酵无菌空气耗气量： V1=100 60= 864（ m3/h） 单个发酵罐无菌空气年耗量 : V2=864 120 60= 106 (m3/年 ) 单批发酵无菌空气年耗量 : V2=4 864 120 60= 107 (m3/年 ) 发酵过程无菌空气年耗量： Va= 107 2= 107 （ m3/年） 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 18 种子罐无菌空气耗量 种子 罐 通气量为 ，培养时间 60h,接种量为 10% 种子培养基装料系数为 80%，选取 种子罐容积为 10 m3，查《发酵工厂设计概论》，种子罐内径为 1800mm,罐柱高 3600mm.根据实际生产需要选取适合的搅拌器及冷却装置（采用夹套冷却系统），设备材料依据发酵罐材质选择合金钢 ，各部件依据发酵罐设计选型进行选择，壁厚去 8mm。 为满足生产需求， 取种子罐套数与发酵罐套数相同（ 3套，一套备用），每套 4个种子罐。 每日种子罐使用量为 4 个，单个种子罐无菌 空气耗量： 10 60=432（ m3/h） 单个种子罐年用气量： 432 60 120= 106（ m3/年） 种子罐年用气量为： 106 4 2= 107 （ m3/年） 发酵车间无菌空气单耗 总用气量： V= 107+ 107= 107 （ m3/年） 根据设计计算， 实际发酵年产量为： 吨）(1 9 9 9 8 3 1 84  发酵车间无菌空气单耗： 107/19993= 103（ m3/吨产品） 发酵车间无菌空气消耗衡算（ 表 ） ： 表 发酵车间无菌空气消耗衡算表 名称 每日用气（ m3） 每月（ 25天）用气（ m3） 每年用气（ m3） 单 个 发酵罐 104 106 106 发酵车间 104 106 107 单 个 种子罐 104 105 106 无菌空气单耗 103（ m3/吨产品） 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 19 第三章 设备工艺计算 糖化车间设备工艺计算 调浆罐工艺计算 （ 1）材质选择 发酵液常温下无腐蚀性 ，可采用碳钢制作，可降低投资成本。 (2)几何尺寸计算 调浆罐 兼 有搅拌溶解的作用，取平盖，标准椭圆封头封底，带搅拌器。 假定每个发酵罐配置一个调浆罐，则浆液体积 （ m3） 取筒高为 H=2D，则 2D+（ π /24） D3= D=（ m）圆整后取 D=（ m） 封头高度为 ，封头容积为： π /（ 24 ） =（ m3） 实际体积为： +=（ m3） 调浆罐高度： 2+=（ m） 实际体积大于 ，能满足生产需要。 （ 3）搅拌功率计算 糖化罐搅拌器轴功率可用下式进行计算： P= a/102 搅拌速度： n=搅拌器直径： d=溶液比重：ρ =1000Kgf/m3=搅拌器档数： a=2 转换系数： 102 搅拌器功率： P= 2/102=（ KW） 电机附加消耗系数为 ，传动率取 ，电动机轴功率： （ KW） 查机械手册选择合适的电动机 4台。 调浆罐设备配置（表 ）： 表 调浆罐设备参数表 年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 20 调浆罐材质 碳钢 搅拌器 轴功率 调浆罐直径 电动机功率 98KW 调浆罐高度 调浆罐数 4个 发酵车间设备工艺计算 发酵罐主要尺寸计算 发酵罐公称容积为 100 m3，则 V 全 =V 筒 +2V 封 ，封头折边忽略不计，则有 V 全 = 2D+π D3/24 2=118 H=2D 得 直径 D= 取整 D=4m 由 《发酵工厂设计概论》附录一表 15 中查得： 封头高度 H 封 =1000+50=1050mm 验算全容积： V′ = 16 8+π 64/12+ 16 2= m3 V 全 = V′ 验算合格 搅拌器主要尺寸计算 机械搅拌 通风发酵罐的搅拌涡轮有三种型式，根据发酵特点及菌体特征选用六弯叶涡轮搅拌器 [15]。 该搅拌器的各部尺寸与罐径 D有一定的比例关系，主要尺寸计算如下： 搅拌器叶径 Di=D/3=4/3= (取 d=) 叶宽 B== = 弧长 l== = 底距 C= D/3=4/3= 盘径 di== = 叶弦长 L== = 叶距 Y=D=4m 弯叶板厚б =12mm 取两档搅拌，搅拌转速 N2可根据 50 m3罐，搅拌器直径 ，转速 N1=110r/min，以等 P0/V年产 15000 吨柠檬酸钠工厂设计 武汉工程大学本科毕业设计 21 为基准放大求得 N2= N1 (D1/D2)2/3= 110 ()2/3=95r/min=。