发酵工厂工艺设计概论课程设计产20000T柠檬酸项目工艺设计（发酵工段） .doc

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1、发酵工厂工艺设计概论课程设计设计项目名称 年产20000T柠檬酸项目工艺设计（发酵工段）专业班级生物工程0501姓名(学号) 指导教师2008年 11 月 目录1 设计任务书32 设计说明书42.1 项目概述42.2 原材料及产品的主要技术规格42.3生产方法及工艺路线的确定52.4 生产流程简述92.5 工艺计算122.6 主要设备的选择162.7 车间主要设备一览表192.8 存在的问题及建议192.9 设计参考文献203 附表格及图纸213.1 车间主要物料衡算图213.2 车间动力衡算图(水、蒸汽) 213.3 生产工艺流程图223.4 车间平面布置图22一、设计任务书项目名称：年产2

2、0000T柠檬酸项目工艺设计（发酵工段）一、 建设规模、产品方案、生产方法和工作制度1 建设规模：年产20000T。2 产品方案：本项目仅生产含一水柠檬酸，即C6H8O7H2O其分子量为210.14。产品应满足英国药典BP2003版或我国柠檬酸食品添加剂标准（GB1987-2007）的要求。3 生产方法：以山芋干为主要原料，利用黑曲霉进行深层通风发酵，采用钙盐沉淀结合离子交换的提取工艺进行产品的分离纯化，通过真空浓缩及冷冻结晶、离心分离并经热风干燥后获得产品。4 工作制度：年工作日按300d计，其中发酵工段及空气系统均按四班三运转进行。二、 目建设地点为南方某市其气候条件为：年平均气温：15.

3、3 历年平均最高气温：38 历年平均最低气温：-14.2 最热平均相对湿度：85% 最冷平均相对湿度：75% 年平均气压：1016.5mP 夏季平均气压：1004.5mP 年均风速：3.6m/s 年均降落量：1025.6mm 日最大降水量：219.6mm三、 求达到的技术经济指标要求达到的技术经济指标：发酵产酸率13%染菌率1%转化率100%发酵周期64hr提取收率90%平均通过气比为1:0.2每吨产品其主要的原料及动力消耗为：山芋干1.8吨盐酸0.15吨重质碳酸钙0.95吨活性碳0.0035吨硫酸0.96吨液碱(氢氧化钠溶液)0.06吨动力煤1.2吨、电600KWH四、 设计要求就该项目的发

4、酵工段或空气处理系统进行工艺设计，要求完成：1 确定合理的工艺路线，提供工艺流程示意图；2 进行工段的工艺计算，包括物料、热量、水、压缩空气耗量等平衡计算，并提供相应的工艺计算平衡图；3 对标准设备及非标设备的数量进行计算，选定标准设备型号并就至少一种非标设备的结构进行简单的结构计算，提供所需设备的一览表并至少提供一种非标设备的总装图。4 绘制带控制节点的工艺流程图；5 绘制车间设备布置图；6 绘制设备配管图；7 编写初步设计说明书。二、设计说明书2.1 项目概述1柠檬酸是发酵法生产的第一大有机酸，应用范围十分广泛。是食品工业上大量使用的酸味剂；柠檬酸及其盐类和衍生物在化学工业中被广泛用作缓冲

5、剂、催化剂、増塑剂、清洗剂（柠檬酸钠即是取代三聚磷酸钠生产“绿色环保产品”无磷洗衣粉的的原料）；在医药和化妆品领域也有使用。建设规模及产品方案（1）建设设规模：年产20000T。（2）产品规格：本项目仅生产含一水柠檬酸，即C6H8O7H2O其分子量为210.14。产品应满足英国药典BP2003版或我国柠檬酸食品添加剂标准（GB1987-2007）的要求。（3）工作制度：年工作日按300d计，其中发酵工段及空气系统均按四班三运转进行。（4）生产方式：以山芋干为主要原料，利用黑曲霉进行深层通风发酵，采用钙盐沉淀结合离子交换的提取工艺进行产品的分离纯化，通过真空浓缩及冷冻结晶、离心分离并经热风干燥后

6、获得产品。2.2 原材料及产品的主要技术规格22.2.1原材料的选择及技术规格柠檬酸发酵原料的种类很多。广义上来说，任何含淀粉和可发酵糖的农产品、农产品加工品及其副产品，某些有机化合物，以及石油中的某些成分都可以采用。但是，工业上选择生产原料时，不但要考虑工艺上的要求，还要考虑生产管理和经济上的可行性。在大规模工业生产中，选择原料一般要考虑到下述要求： (1)因地制宜，就近取材，价格低廉； (2)原料中可利用成分高，末严重污染，抑制生长和产酸的物质要少或能够去除，能满足工艺上的要求；(3)原料资源丰富，便于采购运输，适于大规模储藏，保证生产上的供应。目前工业上使用的原料主要有下述几类： (1)

7、淀粉质原料 甘薯、木薯、马铃薯和它们制成的薯干、薯粉、淀粉及薯渣、淀粉渣及玉米粉等； (2)粗制糖类、粗蔗糖、水解糖(葡萄糖)、饴糖等， (3)制糖工业副产品 糖蜜、葡萄糖母液、冰糖母液等； (4)含正烷烃(主要是1020碳)较多的石油馏分；(5)副原料 木糖、麦芽、营养盐类、泪泡剂类，以及各种产酸促进剂。因地制宜，就近取材，那么我们将以淀粉质原料类中的甘薯作为我们的生长原料。 甘薯又名甜薯、红薯、白薯或番薯， 在华东带又称为山芋，华北称为地瓜，四川附近称为红苕。它在我国分布极广，产量尤其以安微、四川、山东、河南、河北地区为多。 甘薯原料的品种也很多，按块根表皮颜色可分为红皮、白皮、黄反、紫皮

8、四种；按肉色可分为红心、黄心、紫心、灰心四种，按成熟期可分为早熟、中熟和晚熟三种。甘薯是高产作物，产量(鲜块根)可达每亩5000kg以上。鲜甘薯含有大量水分和糖分，营养充足，极易受微生物污染而腐烂，尤其在表皮受伤之后更是如此，因此鲜甘薯极难储存。柠檬酸生产原料常用薯干或薯干粉，它们是甘薯经切片(日晒)干燥或粉碎制成的，便于保藏运输。原料名称规格薯 干淀粉含量 68.0% 水分 14.5%2.2.2产品技术规格一水柠檬酸 本产品是由淀粉经过发酵，然后用碳酸钙提取而成。它是一种重要化工原料，广泛用于食品、医药、化工、皮革、印刷、无毒电镀及原子能等工业。 分子式：C6H8O7.H2O 柠檬酸质量指标

9、（GB 1987-2007 食品添加剂 柠檬酸）项目一水柠檬酸含量/%99.5100.5透光率/% 95.0水分/%7.59.0易碳化物 1.0硫酸灰分/% 0.05氯化物/% 0.005硫酸盐/% 0.015草酸盐/% 0.01钙盐/% 0.02铁(mg/kg) 5砷盐/(mg/kg) 1铅/(mg/kg) 0.5水不溶物过滤时间不超过1min,滤膜基本不变色,目视可见杂色颗粒不超过3个2.3生产方法及工艺路线的确定34柠檬酸生产工艺分为水果提取法，化学合成法和生物发酵法三种。 2.3.1水果提取法：柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。此法提取的成本较高，不利于工业化生产。

10、 其工艺为：1. 原料澄清过滤：橘汁、梅汁中含有不少果胶及杂质，需进行澄清，促进杂质沉淀，然后用压滤机压滤。2. 中和：可用碳酸钙或石灰中和，要预先调成浆状进行，最好加入15%碳酸钙中和。具体做法是：把橘汁、梅汁等咸酸水加热至75摄氏度时，逐渐加入碳酸钙乳浆，继续加热2小时，初温控制在5摄氏度左右，最后可升高到100摄氏度，至溶液呈青绿色时，即表示已完成中和反应。然后静置沉淀，此沉淀即为果酸钙（以柠檬酸钙为主）。3. 除盐：所得柠檬酸钙含有盐分，可用清水洗涤，加热至7080摄氏度，反复多次，直至盐分除净为止，干燥备用。4. 酸解脱色：柠檬酸钙浆液加热至6070摄氏度，加入浓度为35 %的硫酸，

11、沸腾3小时左右，待柠檬酸钙分解完成，即静置沉淀，上层清液为柠檬酸溶液。将暗红色的柠檬酸用12%活性炭脱色半小时，则得无色清液。5. 浓缩、晶析：将无色柠檬酸液进行浓缩，至固形物含量75%时，于结晶缸内静置结晶。45天可完成晶析。6. 离心、干燥：柠檬酸结晶还含有一定水分和杂质，需用离心机除去。然后在75摄氏度下干燥到含水量达1%以下，最后通过过筛、分级、包装即为成品。澄清压滤加热中和静置沉淀清水洗涤 加热除盐酸解脱色浓缩晶析离心干燥包装柠檬酸成品水果提取法工艺流程示意图2.3.2化学合成法：这种方法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮。此法工艺复杂，成本高，安全性低。 以二氯丙酮为原料的合成路线如下

12、：2.3.3生物发酵法：柠檬酸发酵是利用微生物在一定条件下的生命代谢活动而获得产品的。不论采用何种微生物，柠檬酸发酵都足典型的好氧发酵，发酵利用气相中的氧或液相中的溶解氧均可。 工业上的好氧发酵方法基本上有三种，即表面发酵、固体发酵和深层发酵，前两种方法利用气相中的氧，后者主要利用溶解氧。这三种方法各有优缺点(将在后述各段中介绍)，至今都仍保留在工业上，都有经济上的可行性。柠檬发酵工艺的发展可以分为三个阶段。上世纪20年代为第一阶段，由青霉和曲霉表面发酵生产。第二阶段开始于30年代，曲霉的深层发酵逐渐得到发展。第二阶段是50年代至今，以黑曲霉深层发酵为主，并行着表面和固体发酵工艺。虽然在柠檬酸

13、的(半)连续发酵、固定化细胞发酵、酵母或细菌发酵等方面部有所研究和报道，但未获得突破性进展，在经济上有竞争力的目前仍是上述三种基本方法。2.3.3.1表面发酵法，又称浅层发酵法，多以甜菜糖蜜为原料。工艺过程是：将原料先放入煮沸过内加入水煮沸，一次加皇血盐和EDTA二钠盐煮沸灭菌，再用无菌水配成培养基液，加入适量的硫酸铵、磷酸二氢钾作为氮源和营养盐，将培养基液在45-50度下送入发酵室内装入浅底的铝盘或不锈钢盘中，干孢子接入黑曲霉干孢，发酵，过滤掉菌丝后将发酵液中和，酸解、净化、浓缩、结晶等后处理可得。采用表面发酵工艺具有下述优点： (1)设备简单，投资少，投产快； (2)操作技术简单，能耗低；

14、 (3)原料粗放，对于糖蜜等粗原料也能适应，而且适于高浓度发酵，产酸浓度也高表面发酵存在的问题：设备占地面积大劳动强度高发酵时间长茵体生成量多而影响产酸率等糖蜜原料稀释调节湿度添加营养盐过滤包装干燥重结晶结晶蒸发过滤酸解中和发酵加热空气过滤空气接种蒸煮灭菌澄清柠檬酸成品浅盘发酵法生产柠檬酸流程示意图2.3.3.2固体表面发酵法，多以海藻酸钠为载体，也有采用聚丙烯酰胺。固定化方法以后者为例，将丙烯酰胺单体（ACAM）和N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）溶于水后与微生物细胞混合，搅拌，加入四甲基乙二胺和过硫酸钾，室温下放置30min，使之聚合完全，制得凝胶，将其切成3mm*3mm*3mm的小块，用

15、生理盐水洗净后作为载体进行发酵，提取，制得柠檬酸。采用固体发酵工艺具有下述优点： (1)设备简单，投资少，可以因陋就简，利用原有任何发酵工业的固体发酵设备(2)操作简单，能耗低，适应性强； (3)原科粗放，可利用很多种其他发酵工艺无法利用的粮食加工下脚料或废料进行生产； (4)发酵时间短，一般只需23天。固体发酵工艺存在的缺点是：设备占地面积大劳动强度大传质传热困难产率和回收率较低副产物多薯渣酸解脱色焖麸蒸煮调酸浸曲中和净化柠檬酸产品包装干燥结晶浓缩固态发酵接种冷却固态发酵生产柠檬酸流程示意图易受杂菌污染等2.3.3.3深层发酵法，采用定向培养，紫外线诱变及NTG处理等的配合作用对菌株选育，使

16、其适应以糖蜜为原料的深层发酵，并提高菌株的产酸率和转化率，对蜜糖进行预处理、处理，后经发酵、提取等工艺过程，得到柠檬酸。由于深层发酵具有明显的优点，所以现在世界上多数新建工厂都采用深层法。深层发酵的优点可以简单概括如下： (1)发酵体系是均一的液体，传热传质良好，不存在死区。 (2)设备占地面积小，生产规模大。 (3)发酵速率高，采用预培养菌丝球接种时只需5070h即可发酵完毕。 (4)产酸率高，产柠援酸几乎接近理论产率，菌体生成量少，从而原材料消耗低。 (5)发酵设备密闭，杂菌污染的可能性小，管理方便。 (6)完全机械化操作，并可以实现自动控制，劳动强度低，劳动生产率高。(7)发酵别产物少，

17、有利于产品提取，所得产品质量高。深层发酵要求的技术水平高，整个生产过程联系紧凑。如果某一环节出了差错，往往会给整个生产带来重大损失。因此，深层发酵工作者除了要有高度的责任心之外，还要加强技术水平的训练。综上所述，我们选择的是深层发酵法。2.4 生产流程简述不同原科的深层发酵工艺大同小异，主要差别在于前面的原料处理工艺，而在发酵工段的区别仅在于两个方面，即是否采用种子培养和是否采用补料工艺。菌种麸曲三角瓶培养种子罐培养薯干空气试管培养粉碎空压机打浆贮罐液化柠檬酸成品中和结晶树脂净化酸解脱色深层发酵干燥包装浓缩过滤过滤器薯干原料深层发酵生产柠檬酸流程示意图2.4.1原料预处理薯干为片状或条状，必须

18、先行粉碎。粉碎在工厂中常称为磨粉。原料放包倒在皮带运输机上向前输送，经过磁选装置除去原料中含铁杂物，以保护设备。然后原料进入粗粉碎机，将薯干先轧成l3cm大小的小块，这样做可以提高磨粉机的效率，便于物料的输送。粗碎后由斗式提升机将物料提送至贮仓。物料由储仓落入磨粉机粉碎，粉碎后由螺旋输送机输出。薯干粉粒度在0.4mm左右，即通过40目筛子。2.4.2液化及灭菌薯类(淀)粉适宜用液化法，液化法是我国柠檬酸工业上的特色方法，它利用了黑曲霉糖化酶能力强的特点，即淀粉的液比是由外加液化酶完成，而后续的糖化是由发酵菌种(黑曲霉)自身完成的。淀粉的液化是由淀粉酶催化完成的。这种酶能够水解淀粉分子内部的1，

19、4糖甘键，生成短链糊精及低聚糖。随着淀粉中糖苷键的断裂，葡聚糖的分于最越来越小，反应体系的粘度不断降低，流动性增强，因而称为液化。 淀粉酶的适宜pH在70时为57，升高温度时适宜pH值也略偏高，在85时达pH65。液化时一般采用淀粉乳的自然pH，不必调节。但是液化不正常时应检查下酸度。为了加快淀粉液化速度，便于淀粉酶发挥活力，以减少不溶性淀粉粒(一部分已经液化的淀粉重新结品约的微粒，难以糖化)的形成，多采用较高温度，例如8590。但是升高温度时，酶活力损失也加快，因此需要加入Ca2+进行保护，以提高淀酶的最适作用温度和稳定性，一般加入0.01molLCaCl2。淀粉在加水调浆至液化这段时间内还

20、伴有糊化作用。淀粉颗粒本身可以吸收水分而膨胀，温度升高则吸水膨胀程度增大。当温度达到一定范围时，淀粉颗粒就会解体，使淀粉分子释放出来，这称为淀粉的糊化。此时的糊化体系为均一液体，其温度范围称为糊化温度。糊化温度随原料种类、淀粉颗粒大小和体系的酸度等因素而异。对于甘薯淀粉，糊化温度为7076，木薯淀粉5970，马铃薯淀粉为5667，玉米淀粉6575。淀粉酶在拌料桶中加入，通过喷射加热器升温后进入维持罐，达到液化要求以后加入培养基其他成分，泵入连消塔升温灭菌进入维持罐，最后喷琳冷却，进入发酵罐。连续液化及灭菌的操作规程如下： 在拌料桶内加水，再在搅拌下加入薯干粉和淀粉酶，加水量和加酶量与间歇液化法

21、相同。搅拌均匀。 通过泥浆泵打人喷射加热器，与蒸汽混合，升温至8085，温度由进料和进汽两方面配合调节，进蒸汽压力维持在0.30.4MPa表压。升温后进入维持罐。维持罐的容积应使料液的保温时间在2030min，以完成液化。保温时间不符合要求也可以调节进料与出料速度。 连续泵送至连消塔灭菌，并流入已溶于水的其他培养基成分(这些成分也可以单独灭菌后流入发酵罐)。连消塔的操作温度控制在130附近，工作压力0.3MPa左右，温度和压力可以由进汽和进料速度两方面配合调节，但要控制料液滞留5070s，出料进入维持罐。 维持罐的工作压力为0.1MPa表压，即温度115左右。维持罐应该从底部进料，罐容量应位使

22、料液保温时间在15min左右。罐内料满即进入喷淋冷却器或发酵罐。 喷淋冷却至3234送入发酵罐，或直接送入发酵罐内冷却。粘度较大的物料在发酵罐内冷却为好，否则在喷混冷却器管道内降温后粘度进步增大，流动阻力增加，甚至堵塞管道。在发酵罐内冷却时，冷却水升温后还可以利用，以节约热能。2.4.3种子培养如果不采用种子培养，即直接采用孢子悬浮液接种至发酵罐。采用种子培养，则先将孢子接入种子罐中进行培养，然后接入发酵罐。种子培养的目的是使黑曲霉孢子发芽，并发育成产酸型菌丝球作为接种物。国内大多数柠檬酸工厂均采用这种做法，但在少数工厂不用这种做法，而是将麸曲或孢子直接接种到生产罐中。采用种子培养工艺有下列优

23、点。1缩短了发酵罐的发酵时间，一般可缩短30h左右，从而提高了设备利用率。虽然增设了种子罐，但包括种子罐在内的总罐容量较小，节省设备投资。2种子培养的质量易于控制。直接接种孢子到生产罐中时，相当于在生产罐中进行种子培养。由于受发酵条件的制约，生产罐中的营养物（如氮源，磷源等）不能过多，往往不能满足孢子发芽和生长的需要，因此种子发育较慢。而在种子罐中可以添加适量营养物，以促进种子快速发育，并提高其产酸能力。事实证明可以达到这种效果。3有利于防止杂菌污染。独立的种子培养车间比发酵车间小的多，环境卫生易于控制。在种子罐中单独培养时，接入孢子的密度约是直接接入生产罐的10倍，加上种子发育快，受感染的可

24、能性大大降低。而且，生产罐接入菌丝球以后，很快进入产酸阶段，受感染的可能性小的多。另外，如果出现菌种退化或者在孢子扩大培养阶段出现染菌，也能在种子培养时提早发现，以便即时采取措施。即时倒罐，种子罐的损失也只有生产罐的10%。4总能耗降低。因为种子单独培养时，通气搅拌的动力消耗远低于在生产罐中培养。此外，由于受杂菌感染的可能性大大降低，从而生产培养基的灭菌强度要求较低，节省能耗，也避免了高强度灭菌带来的一些不良后果。2.4.4深层发酵1 深层发酵培养基及其配制薯干粉发酵培养基：薯粉220280kg，液化后制成1m3发酵液，PH自然。发酵罐的总填充率一股可达85，薯干粉发酵的罐填充率常达90。2接

25、种按种前必需对按种管道进行灭菌，灭菌与大罐灭菌同时进行。操作肘，打开生产罐按种口通大气的阀门，由种子罐阀门站或底部通入蒸汽，使蒸汽经过种子罐出料管和按种管道通到大罐按种口，排入大气，这样约20min后，关小蒸汽，但仍保持少量出汽，直等到大罐内发酵按冷到35以下才关闭接种口通大气的阀门，并关闭蒸汽阀。然后打开接种阀通发酵罐，关闭种子罐的阀门，并关闭蒸汽阀，用无菌空气将种子培养液压入发酵罐个，按种操作应在半小时内完成。如果种子顾的气压突然下降，则表示料液已经排完，因为这时空气直通到生产罐中，同的，控大罐中的压力升高。接种后关闭接种阀，仍打开通大气的阀门。种子罐与接种管道要及时清洗，排除残余料液。接

26、种操作时应该注意种子罐的气压不要超过0.2MPa表压，以防泄漏等事故发生，同时要注意生产罐培养基冷却到预定温度后，冷却水仍在畅开，造成培养基冷却过度。3. 薯干粉培养基深层发酵 温度控制 整个发酵过程控制321、341或351，具体根据菌种和实际情况制定，般采用自动控制。 罐压控制 一般控制在表压0.1MPa通风系统压力不足时，可降低罐压，以维持适当的通风量。 风量控制 50m3标准机械搅拌发酵罐的参考通风量如下： 018h：0.080.1 vvm 1830h：0.12 vvm 30h以后：0.15 vvm罐体积小于50m3时通风量要适当增大，大于50m3则要减小。通风量还应该根据发酵过程的产

27、酸情况灵活掌握。加大风量可使产酸速率加快，但菌体呼吸强度和杂酸生成量可能增加。减小风量会降低产酸速率。 搅拌转速 国内薯干粉深层发酵的通用式发酵罐都采用箭叶涡轮搅拌桨，转速控制如下： 罐容积5m3 150300rmin 2530m3 110120rmin 50m3 90115rmin 80m3 90110rmin 虽然柠檬酸发酵的黑曲霉菌球体在前期并不怕被搅拌的剪切作用破碎，提高了搅拌转速可以大大提高溶氧水平，但过度提高溶氧水平对发酵并不有力，而只是增大了功率消耗。 pH控制 在薯干粉发酵中，黑曲霉还担负着糖化的任务，糖化的适宜pH在4.0左右，虽然工业上并不严格控制在4.0水平，但在糖化基本

28、完成之前，必须控制低风量使pH缓慢降到2.5，这个过程约需1618h。当产酸量加上还原糖量接近起始可发酵糖总量(其差不大于10gL)时，则可以认为糖化已经完成，这时可适当加大风量使发酵进入旺盛产酸期。在产酸期内控制风量使产酸速率维持在23gh1，不得过快，以进一步利用糖化作用和防止菌体过早衰老。为了防止pH下降过快的不利影响，也可以在发酵的第1840h加入少许CaCO3(510gL)以中和酸度，但不得使pH超过3.0，否则会多产草酸。 发酵过程监测 发酵过程的上述参数可以通过仪表检测，而酸度和残被一般靠化学方法检测。这两项参数是捡验发酵过程好坏的目的指标。接种后半小时测总糖一次，以后每班(8h

29、)测残糖和酸度一次，最后一个班次每2h测一次。 放罐条件 以酸度不再增加或残糖不再降低为放罐条件，正常发酵能达到顶定的产酸度和须定的残糖量，否则为不正常发酵。不正常发酵时该两次指标达不到，但只要不升酸或不降糖就要放罐。 薯干粉发酵的总糖一般140160kgm3，产酸浓度120155kgm3，转化率达9397。2.4.5柠檬酸提取 我们用钙盐法提取柠檬酸。发酵液经过加热处理后，滤去菌体等残渣，在中和桶中加入CaCO3或石灰乳中和，使柠檬酸以钙盐形式沉淀下来，废糖水和可溶杂质则过滤除去。柠檬酸钙在酸解槽中加入硫酸解使柠檬酸游离出来，形成的硫酸钙(石膏渣)被滤除，作为副产品利用。这时得到的粗柠檬酸溶

30、液通过脱色和离子交换净化，除去色素和胶体杂质，以及无机杂质离子。净化后的柠檬酸溶液浓缩后结晶出来，离心分离晶体，母液则重新净化后浓缩、结晶。柠檬酸晶体经干燥和检验后包装出厂。2.5工艺计算56782.5.1生产过程的物料衡算一、生产能力年产20000t =100%的一水柠檬酸 19900t/a日产商品柠檬酸 20000/300=66.7t/a 日产一水柠檬酸19000/300=66.33t/a二、总物料衡算（薯干）1000kg纯淀粉理论产一水柠檬酸1000*1.11*210.14/180=1235.86kg1000kg纯淀粉实际生产一水柠檬酸1000*1.11*0.86*210.14/180=

31、1071.05kg1000kg薯干粉了理论生产一水柠檬酸1000*68%*1.11*210.14/180=881.19kg1000kg薯干粉实际生产100%一水柠檬酸：1000*68%*1.11*98%*100%*90%*1.094=728.31kg淀粉单耗1t 一水柠檬酸消耗淀粉 1000/1071.05=0.934t1t 一水柠檬酸消耗薯干粉量 1000/728.31=1.373t1t 一水柠檬酸理论消耗纯淀粉1000/1235.86=0.809t1t 一水柠檬酸理论消耗薯干粉量 0.809/68%=1.190t总收率实际产量/理论产量=723.31/881.19=83.08%淀粉利用率1

32、.190/1.373*100%=86.7%总损失100%-86%=14% 损失原因： 糖化率实际并没有达到100%三、原料及中间产品计算 薯干粉用量：66.33*1.373=91.07t/d 糖化液用量：纯糖91.07*68%*1.11*98%=67.36t/d折算成17%的糖液 67.36/13%=396.23t/d 发酵液用量：纯一水柠檬酸：67.36*100%=67.36t/d折算为13g/dl 的发酵液 67.36/13%=518.15m3518.15*1.05=544.06t/d提取柠檬酸量：67.36*90%=60.624t/d一水柠檬酸60.624*1.09=66.332t/d柠

33、檬酸母液量（67.83-61.047）/0.7%=969M3/d四、总物料衡算结果原料生产1t一水柠檬酸淀粉质原料t/d薯干粉t1.37391.07糖液t5.97396.23柠檬酸t1.066.33排出含0.7%g/dL的废弃母液t14.68969五、制糖工序物料衡算淀粉浆及加水量：淀粉加水比例1：3.5每日加水量 91.07*3.5=318.75t/d调浆池中物料量 91.07*4.5=409.815t/d发酵罐中409.815/4/（1+0.1）=93.14t/d （4个发酵罐）发酵罐中加入-淀粉酶量：518.15*0.0025=1.2953t/d种子罐中加入：409.815、4-93.1

34、4=9.313t/d种子罐中的液量： 9.313/(409.815/4/544.06)=49.46t/d种子罐中加入硫酸铵的量：49.46/1.11*0.5%=0.223t/d消泡剂： 518.15*0.005%=0.260t/d六、发酵过程中从排风带走的水分过滤后空气进出发酵罐的状态如下表：进风出风温度3434相对湿度60%100%水气分压42.2mmhg42.2mmhg压力1.5atm0.5atm湿含量:X进=0.622*42.0*0.6/(2.5*760-42.2*0.6)=0.0084kg水/kg 空气X出=0.662*42.2*100%/(1.5*760-42.2*100%)=0.0

35、239kg水/kg 空气则随空气带走的水量544.06*0.15*60*72*1.147*(0.0239/0.0084)=6.26t每天带走的水分：6.26、3=2.09t/d检测及放罐损失：0.5t发酵罐内粉浆量：409.815/(1+0.1)=372.56t七、发酵罐物料衡算表进入发酵罐排出发酵罐物料名量（t/d）物料名量（t/d）粉浆372.56发酵液544.06淀粉酶1.293通风带走6.26补水127.844检测及损失0.5消泡剂0.260接种量49.16总量550.82总量550.82八、蒸汽用量计算加热的蒸汽温度为143，压力为0.4Mpa 汽化潜热为2135.7kj/kg粉浆中

36、薯干粉比热为1.54kj/kg*k水比热为4.18KJ/kg*k粉浆比热：1.54*98.80/（372.56+1.2953+127+0.260）+4.18*（1-98.80/（372.56+1.32+0.260）=3.65kj/kg*k1 蛇管蒸汽加热物料温度：10=80 蒸汽冷却后的温度70每罐中物量 （372.56+1.295+127.84）/4 = 125.4则 125.4*100*3.65（80-10）= n * 2135.7+4.18*(143*70)N= 13131kg蒸汽用量 13131kg2 蒸汽灭菌物料温度 80=121蒸汽温度143= 121125.4*1000*3.65

37、*(121-80)= n * 2135.7+4.18*(143-121)N=8426kg蒸汽平均用量（13131+8426）*4/（24*0.95）= 3.78 t/h蒸汽高峰用量（13131+8426）*4/（3*0.95 ）= 30.3 t/h2.6 主要设备的选择2.6.1发酵罐个数：装罐量为0.75， 每个罐产柠檬酸：200*0.75*0.9*0.13=17.55辅助时间为24h，发酵罐个数为（50/17.55）*96/24=11.39取12个罐则种子罐工作周期为36h，共需6个种子罐。2.6.2 单一设备结构计算发酵罐计算：2.6.2.1 几何计算公称容积为200m3的发酵罐上封头容

38、积为16.4 m3，总容积为230 m3。取罐高与罐径比为2：1则785d2*h=197d=5.00mh=10.00m取罐内压p=0.5mpa，z=350mpa，n=2.7，=1，腐蚀裕度为c=0.4cm臂厚为 p*d/（2*z/n*-p）+c=1.4cm非标设备计算：2.6.2.2.封头的确定罐内径为5000mm，封头高为1300mm，封头体积16.4m3，罐高10+2*1.3=12.6m2.6.2.3.发酵罐总容积：230m32.6.2.4.罐内液层高度 h=1.3+（578.3/4-16.4）/（0.785*52）=7.83m2.6.2.5.搅拌桨叶形式和尺寸选用6弯叶涡轮搅拌器搅拌器直

39、径：d=D/3=1.67m搅拌器圆盘直径2/3*d=1.11m弯曲桨叶玄长d/4=1.67/4=0.42m弯曲桨叶高：d/5=0.33m弯曲桨叶厚度 12mm弯曲桨叶曲率半径：d/4*1.5=0.63m由于实际装料量为0.629，取余量0.75，罐内液体高h=1.3+（172.5-16.4）/（0.785*52）=9.25m因为Dh2D所以两档，下档距罐底0.5*d=0.84m液面至下档深度为9.25-0.84=8.41m，上档距下档距离2.5d=2.5*1.67=4.18m搅拌转数根据50m3罐以等p/v为基准放大：n2=n1*（d1/d2）2/3=81r/min2.6.2.6.搅拌轴功率的

40、计算Rem=d2*N*P/M取d=1.67，n=81r/min=1.35r/s，p=1.10kg/l=1100kg/m3，m=1.5*10-3n.s/m3P为密度，m为黏度系数Rem=2.76*106大于104功率准数为np=4.7不通气时的搅拌功率Po=Np*N3*D5*P=165.2KwPo=Po*2=310.4Kw通风时的轴功 Pg=2.25*10-3*(Po2*N*D3/Q0.08)0.39=257.9Kw室温为20度， 轴径d=(9.55*106Pk/0.2*N*)0.3=183mm2.6.2.7.换热器的计算换热面积为：125.4*1000*3.65（80-10）/3000*35.

41、41=301.6m3蛇管长：301.6/0.785（0.41+0.005）2=1851m2.6.2.8.通风量室温为20度，压力一大气压，进气温度34度，压力2.5大气压风量：v=（578.3/4）*0.15*（1/2.5）*（273+34）/（273+20）=9.09m3/min风速为8m/s，管径为：d=99.09/（60*0.785*8）1/2=0.15m2.6.2.9.端面轴封静环内径：200mm静环外径：210mm静环高：60mm静环锥底外径：220mm摩擦面积：0.785*（212-202）=32.2cm2动环外径：220mm动环内径：198mm动环上端内径：210mm动环高：80

42、mm端面光洁度：10端面平直度：0.0006mm2.6.2.10.进料口直径每罐装料：55.82/4=137.705m3规定装料时间在2h完成，料液量为137.705/2/60/60=0.019m3/s取料液流速1m/s，管径为0.16m取175mm臂厚6mm2.6.2.11.蒸气口直径蒸气高峰用量34.01t/h蒸气比容0.4709m3/kg高峰量34.01*1000*0.4709/60/60=4.45m3/s发酵罐有6组盘管蒸气流速为30m/s，管径为0.177m取200mm臂厚为8mm2.7设备一览表：设备名称设备位号台数规格与型号材料备注调浆罐f-1023V160m3种子罐F-1176公称容积20m3,A3钢发酵罐F-11912公称容积200 m3,