年产10万吨柠檬酸厂糖化与发酵车间的设计毕业设计(编辑修改稿)

年产10万吨柠檬酸厂糖化与发酵车间的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

为： C=C 淀粉 X+C 水 Y= %+ %= 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℃ 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 9 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℃，糖液比热容 。 每罐灭菌时间 3h，输料流量 247。 3= t/h， 消毒灭菌用蒸汽量： D=41050 (13090)247。 [( ) 95%]=2923kg/h=； 每 天培养基灭菌用蒸汽量： 3 4= t/d； 所有用罐空罐灭菌及相关管道灭菌用蒸汽量 ， 据经验取培养基灭菌用蒸汽量的 10%，则： D1= 10%=。 ② 加热发酵醪所用的蒸汽量 D6： 柠檬酸水溶液的比热容可按下式近似计算： C=( +) 式中： —— 比热容 kJ/kg·℃ ω —— 柠檬酸质量分数， ω =（ 247。 ） 100%=% t —— 温度，℃ 代入上式，得： C=（ %+ 35） = 那么由此可得 D6 为： D6= GC(t1t2)/(Iλ )η = （ 8535） 247。 （ ） 95% =（ 4）将发酵段蒸汽衡算列于表 32。 表 32 发酵车间蒸汽衡算 生产 工序 日用蒸汽量 (t/d) 平均蒸汽用量 (t/h) 年用蒸汽量 （ t/a） 培养基灭菌 10512 加热发酵醪 123567 空罐灭菌 1050 合计 135129 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 10 发酵过程中的冷却水耗量计算 已知发酵过程中的发酵热为 6000 kJ/m3·h， 200 m3 的发酵罐一般装料量为 180 m3（填充系数为 ），则 21QC)W tt 酵水（ = 8 60 00 18 0 8 (28 15 ) =83077kg/h=已知 25 m3 的种子罐（填充系数 ），装料量为 m3 W 种子 = 6000 247。 [ (2815)]=8077kg/h=将发酵段水衡算列入表 33。 表 33 发酵车间冷却水衡算表 生产 工序 平均耗水量 (t/h) 日耗水量 (t/d) 年耗水量 (t/a) 发酵罐用水 83077 种子罐用水 8077 58155 合计 91154 发酵过程中的无菌空气耗用量的计算 （ 1）单罐发酵罐用无菌空气量： 根据无菌空气用量的计算公式： V=发酵罐体积 通气速率 填充系数 已知：发酵罐体积为 200 m3 通气速率为 填充系数为 60% 则： V=200 60%= m3/h （ 2）单个种子罐用无菌空气量： 取种子罐的空气消耗量为发酵过程空气耗量的 25%, 则 : V=25%V=25% = m3/h （ 3）将发酵车间蒸汽衡算列入表。 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 11 表 34 发酵车间无菌空气用量衡算表 设备 名称 单罐每小时用气量 (m3/h) 单罐每日用 气量 (m3/d) 每罐每年用 气量 (m3/a) 年总用 气量 m3/a 发酵罐 155520 6220800 种子罐 38880 1555200 总用量 27 648 194400 7776000 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 12 与 选型 以薯干为原料生产柠檬酸 是 我国 特有的 柠檬酸粗料发酵工艺，原料预处理设备可全部采用国产定型的粮食及饲料处理机械，生产过程简单、处理成本低、设备投资省。 调浆桶的选型 (1)已知薯干浆的流量为 G=,即 V=G247。 ρ =247。 =。 设料液滞留时间为30min。 V 有效 =Vσ (m3) V 有效 设备有效容积 V流量 σ 滞留时间 V 有效 =(247。 60) 30= (2)设备数量的计算 n=V 有效 247。 (φ V 单 ) V 单 单台设备容积 (m3) φ 填充系数 (%) 其中 V 单 =6m3 φ =70% n=247。 (6 70%)=(台 )，取 2 台。 （ 3）根据以上计算，选用 2 个容积为 6m3 的调浆 罐（考虑到料液的黏度较大 ,故选用大叶轮片转速低的搅拌器 ,罐体采用锚式）。 喷射加热器的选型 为保证营养不被破坏取停留时间为 10s， 物料流速取 （ 1）加热器的长度 L: L=vt=4(m) （ 2）蒸汽消耗 ： 流量为 G=247。 24=固形物含量为 x=%，比热容为 Cp=(kg ℃ ) 温度由 t1=50℃加热到 t2=100℃，加热蒸汽 P= 饱和蒸汽温度 145℃，干饱和蒸汽热焓 λ = 39。 v =， 100℃饱和蒸汽热焓量 I=100； D=Gc(t2t1)/(λ 1) =26900 (10050)247。 [ ()] = kg/h V 蒸汽 = 39。 vD =(m3/h) 计损耗为 10%则 V 蒸汽 = =(m3/h) 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 13 （ 3） 进气管直径计算 :在此压力下取气速为 45m/s， 则进气管截面积为 F=vV 39。 蒸汽=247。 （ 45 3600） = 102m2 直径 d== = 取无逢钢管 φ 231mm 3 则 φ 内径 =219mm， 可以满足要求 （ 4）进料管直径计算 : V 料 =， 物料流速取 (m2) d= 取无逢钢管 φ 129mm 3，则 φ 内径 =117mm可以满足要求。 （ 5）出料管径计算 : V 出 =G 出 247。 ρ =247。 = F 出 =(m2)取 d 出 =(m) 无逢钢管 φ 144mm 3 则 φ 内径 =132mm可以满足要求。 液化维持罐的选型 (1)生产能力 ， 数量和容积的确定 G 出 =(2)数量取 1 个 (3)容积 ： 根据工艺 ， 滞留时间 σ =， 填充系数取 φ =80%，则维持罐总容量 V 维 =V 出 σ 247。 φ = 247。 80%= m3 每个维持罐的容量为 V 维＇ =247。 4= m3， 取为 12 m3 (4)设备主要尺寸的确定 ， 现取 H=3D 采用椭圆封头。 V 维 =2V 封 +V 筒 =2 π D3247。 24+2D =12 m3 解方程 D=； 取 D=；则 H=3D=， 封头高度 h=h1+h2=475+25=500(mm)。 V 封 =； 总高 H 总 =H+2h=+2 =(m) 核算总容量 ： V 总 =V 筒 +2V 封 = 2+2 = (m3) V 总 V 维 =12(m3)， 可以满足要求。 (5)根据以上计算，选用 1 个容积为 12 m3 的维持罐。 板式换热器的选型 螺旋板式换热器投资小 ， 效果好 ， 可以回收热量 ， 经济实用。 (1)换热面积计算 ① 醪液温度从 100℃降到 35℃ 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 14 醪液放热 Q1=G1Cw(t2t1)= (10035)= 106kJ/h 设热损失为 4%则实际传热为 Q1180。 =Q1 96%= 106kJ/h ② 用冷水冷却 ， 设可能被加热到的温度 t2=50℃ ， 水初温为 t1=18℃ ； Q2=G2Cw(t2t1)=Q1′ 103=G2 (5018) G2= t/h ③ 求平均温差  t； 液化醪 35℃  100℃ 冷水 18℃  50℃ 17℃ 50℃ △ t=1750ln 1750=℃ ④螺旋板式换热器面积 F: 取 K=1200 (m2 ℃ ) 则 F= Q2/K△ t= 6  = m2 （ 2）根据以上计算，选用 F=12 m2 的换热器一套。 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 15 发酵罐的选型 当前，我国柠檬酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌通风发酵罐，即通常所说的通用罐。 选用这种发酵罐的原因主要是：历史悠久，资料齐全， 在 比拟放大方面积累了较丰富的成功经验，成功率高。 此外在柠檬酸发酵生产设备 方面，大型气升式发酵罐仍处于试用攻关阶段。 从试用情况看，由于气升式罐在生产周期、产酸率、供氧周期波动的影响、通风量增加的综合能耗、生产的稳定性及可重复性等因素，所以多数厂家目前仍延用机械搅拌通风式发酵罐。 因而，就本项目而言，按技术成熟，可靠、稳妥的原则，结合柠檬酸工程中的设计经验，通过对罐内空气分配器进行适当改造，成为新型的通风式机械搅拌型发酵罐。 其搅拌功率，比相同容积的通用发酵罐降低约 10%。 从生物发酵行业醪液处理供料的均衡性考虑，发酵放罐间隔时间不宜大于 8 小时，在技术可靠的前提下，大罐放料容积不大于 400 m3。 结合目前本行业发酵技术的现状，目前国内行业成熟技术水平、加工技术水平，企业可能达到的发酵控制管理水平等，从生产的可靠性、可实施性等方面考虑，本设计拟采用放罐容积约 200 m3 的新型通风发酵罐。 现以此类发酵罐进行设计选型。 发酵罐容积和台数的确定 （ 1）发酵初糖浓度： 由前面的计算可知，发酵液中柠檬酸的含量为 t/d，则根据： 6 12 6 6 8 7C H O C H O 180 192 可计算出葡萄糖量为： 180247。 192= t/d 则发酵初糖浓度为： 100%247。 =12% （ 2）生产能力的计算： 现每天产 %纯度的柠檬酸 306t，柠檬酸发酵周期为 75h（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间）。 则每天需糖液体积为 V 糖。 每天产纯度为 %的柠檬酸 306t，每吨 100%的柠檬酸需糖液 m3； V 糖 = 306= 设发酵罐的填充系数  90% ，则每天需要发 酵罐的总容积为 Vo(发酵 周期为 48h）。 VO=V247。 φ =247。 90%= m3 （ 3）发酵罐个数的确定： 北京理工大学珠 海学院 20xx 届 本科生毕业设计 16 现选择公称容积为 200m3 的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为例，则需要发酵罐的个数为1N。 查表知公称容积为 200 m3 的发酵罐，总容积为 230m3，则： 每台罐的产量为： 200 13% 95% 98%= 发酵罐所需个数 = *24日 产 量 操 作 周 期每 台 设 备 产 量= 306 24 = 取公称容积 200 m3 发酵罐 40 个； 每日投（放）罐次： 306247。 = 圆整到 13 次，日运转 66247。 75=。 其中发酵时间为 66h，发酵操作时间为 75h （ 4）实际产量验算： 13 300247。 =； 富裕量： () 247。 =%，能满足产量要求。 主要尺寸的计算 （ 1）现按公称容积 200 m3 的发酵罐计算 V 全 ＝ V 筒 +2V 封 ＝ 230（ m3），封头折边忽略不计，以方便计算： 则 V 全 ＝ 2D+π 247。 24 D3 2＝ 230 解方程得： D＝ （ m） 取 D=5m， H=2D=10m； 根 据 《 发 酵工 厂 设 计概 论 》 通用 发 酵 罐系 数 表， 查 得 封头 高 为 H 封 ＝ha+hb==1250+50=1300(mm)。 （ 2）验算全容积 全V ： V’全 =V 简 +2V 封 = 2D+(π 247。 24)D3 2+ = 52 10+π 53 2247。 24+ 52 = m3=230 m3 V’全 =V 全 发酵罐冷却面积的计算 对柠檬酸发酵，每 1m3 发酵液，每 1h传给冷却器得最大热量约为 6000kJ/(m3h)。 采用竖式列管换热器。 取经验值 K＝ 500kJ/( m3h℃ )。 平均温差为：。