年产15000吨柠檬酸钠食品工厂设计(编辑修改稿)

年产15000吨柠檬酸钠食品工厂设计(编辑修改稿)内容摘要：

↓ 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，蒸发浓缩 结晶 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 14 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） = 107（ KJ） 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 15 加热蒸汽耗量： mD= 107/2205= 104（ Kg） =(吨 ) 一般蒸汽渗漏量为总蒸汽 5%，蒸汽实际耗量为： （ 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 ，一级喷射耗热量： W14= 103（ 10020） = 107（ 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） = 107（ KJ） 喷射过程总耗热量： W= W14+ W24= 107+ 107= 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 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 100 m3，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 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 16 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 ） 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 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 17 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） 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） 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 18 根据设计计算， 实际发酵年产量为： 吨）(1 9 9 9 3 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） 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 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 19 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 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 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 20 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为基准放大求得 N2= N1 (D1/D2)2/3= 110 ()2/3=95r/min= 搅拌器轴功率计算 淀粉 水解糖液为低浓度溶液可视为牛顿流体， Rem= 1000/( 103)= 10610000 视为湍流 则搅拌基准数 Np= 不通气是搅拌器功率 P0： P01=NpN3d5ρ = 1000=（ KW） 两档搅拌 P=2 P01=2 =（ KW） 通气时轴功率： Pg= 103 ( P2Nd3/) 通气量 Q= 100 =16m3/min= 107ml/min = Pg= 103 ( 95 1303/)=（ KW） 武汉工程大学本科毕业设计 年产 15000 吨柠檬酸钠食品工厂设计 21 电动机功率计算 电机采用三角皮带传动η 1=，滚动轴承η 2=，滑动轴承η 3=，端面密封增加的功率为 1%，则电机功率 ： P 电 =(η 1η 2η 3)= ( )=（ KW）。