年产5吨香菇多糖的工艺设计本科毕业设计

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1、陕西理工学院毕业设计年产5吨香菇多糖的工艺设计摘要：设计了以香菇为原料，年产5吨香菇多糖的工艺设计，其重点为乙醇回收的精馏塔设计计算及辅助设备的计算选型。本设计包含设计说明书和图纸两部分。说明书主要包括香菇多糖的提取工艺、工艺流程；建厂可行性分析；全厂总平面布置说明；精馏车间的工艺计算设计及说明；非工艺部分设计包括供排水工程、供气供电系统、采暖、通风、照明、安全、卫生、防腐、三废处理及环境保护等说明。说明书的主要部分为精馏塔的工艺计算及其辅助设备的计算选型。在这一部分中用到了物料衡算、热量衡算及其大量的相关的经验公式。关键词：香菇 香菇多糖 精馏塔设计 塔设备校核 附属设备选型 Technol

2、ogical Design of Producing 5 tons of Lentinan per yearYANG Kai（Grade06,Class1, Major chemical engineering and technology, Shaanxi University of Technology, School of chemical and environmental sciences, Hanzhong 723000, Shaanxi）Tutor: LI Zhi-zhouABSTRACT：Technological design of outputting 5 tons of

3、Lentinan per year, which use entinus edodes as material. The key parts of the design are the technologic calculation of rectifier in rectification workshop and the selection of type of its assistant equipment.The design includes two parts: instruction and blueprint. The instruction mainly includes t

4、he method of the extract of Lentinan vial and the process flow; the analysis of feasibility of building of the plant; the instruction of plane arrangement of the whole plant ; the instruction of design of rectification workshop ; design of non-technology parts：the project of water supply, heating, d

5、raught, lighting, safety, sanitation, antisepsis, the disposal of pollution, environmental protection.The main parts of the instruction are technologic calculation of the rectifier in rectification workshop and the selection of type of its assistant equipment , and in these parts , material balance

6、and heat balance calculation and lots of experiential formulas are used as references.KEY WORDS：Lentinus edodes, Lentinan vial , design of rectification rectifier, The rectifier equipments school pit，design of type of its assistant equipment毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进

7、行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公

8、布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以

9、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录摘要I关键词IABSTRACTII1 概 述11.1 香菇多糖的发展现状11.1.1 香菇多糖作用及研究现状11.1.2 香菇多糖发展现状11.2香菇多糖的开发现状及发展趋势21.2.1 香菇多糖的开发现状21.2.2 香菇多糖发展趋势21.3 目前国内外利用香菇多糖的现状31.4 设计任务和内容31.4.1 设计题目31.4.2 设计原始数据31.5 建厂可行性分析41.5.1 香菇多糖应用价值41.5.2 原材料、动力供应、交通运输条件及技术的采用41.

10、5.3 环境保护51.5.4 企业组织 管理 劳动定员和人员编制51.5.5 资金筹措方式52 设计工艺说明62.1 全厂产品及工艺流程62.1.1 全厂主要产品及结构62.1.2 香菇多糖的生产工艺62.1.3 本设计工艺62.2 全厂副产品73 设计说明83.1 全厂总平面布置83.1.1 原料厂及堆场83.1.2 生产区83.1.3 厂前区83.1.4 动力区83.1.5 辅助车间83.1.6 仓库区93.2 三废的处理及回收93.3 车间布置说明94 工艺计算及设备选型114.1 设备工艺计算及选型114.1.1 提取罐的计算及选型114.1.2 蒸发器的计算及选择114.1.3 醇析

11、罐设计计算134.1.4 脱蛋白罐设计计算144.1.5 干燥器的计算及选择144.1.6 储罐的选择154.2 主要设备工艺计算及选型164.2.1 精馏过程原理和条件164.2.2 精馏操作对塔设备的要求174.2.3 塔设备的类型174.3 精馏塔工艺设计计算184.3.1 精馏塔的物料衡算184.3.2 理论塔板数的计算204.3.3 塔内各主要物性参数的确定244.3.4 塔的初步计算274.3.5 塔板流体力学计算314.3.6 塔板负荷性能图334.4 精馏塔辅助设备选型374.4.1 冷凝器热负荷及选型374.4.2 再沸器384.4.3 除沫器394.4.4 接管直径计算39

12、4.4.5 板式塔的塔高404.5 精馏塔机械强度设计及校核404.5.1 材料的选择404.5.2 按计算压力计算筒体和封头的厚度404.5.3 塔的质量载荷计算404.5.4 塔的自阵周期计算424.5.5 地震载荷计算424.5.6 风载荷计算434.5.7 各种才和引起的轴向应力454.5.8 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核464.5.9 筒体和裙座水压试验应力校核474.5.10 基础环设计及地脚螺栓选择494.6 全厂附属设备选型504.6.1 换热器的选择504.6.2 过滤机的选择524.6.3 泵的选择535 总结555.1本设计的主要结果555.2设计结果评价55符号

13、说明57参考文献58致谢59附录一 工艺流程图60附录二 精馏塔装配图、61附录三 全厂布置平面图62附录四 设备布置立面图63VII1 概 述香菇多糖，外文名称为Lentinan或Lentinan vial，它是从担子菌纲伞科香菇Lentinus endodes (Berk) Sing香菇子实体中提取、分离、纯化所获得的均一组分的多糖，采用凝胶过滤法和激光拉曼散射法测得其相对分子质量为2×1048×104。香菇多糖为白色粉末状固体，对光与热稳定。有吸湿性，在水中最大溶解度为3mg/mL，也能溶于0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中，溶解度可达50100mg/mL，难溶于甲醇

14、、乙醇和丙酮等有机溶剂。香菇是一种食用和药用真菌，自古以来就被当作健脾益气、调和阴阳、补虚扶正、行气活血的上品。其主要有效成份香菇多糖，经二十多年的研究和应用，证实其具有显著提高免疫力、抗癌、抗病毒、降血脂、防止动脉血管硬化、抗衰老等多种功能。此外，香菇多糖还具有诱发干扰素和保肝等作用。因此，近年来在国内外形成了一股开发香菇多糖的热潮。1.1 香菇多糖的发展现状1.1.1 香菇多糖作用及研究现状真菌多糖作为药物研究始于50年代,在60年代以后成为免疫促进剂而引起人们兴趣。香菇多糖就是研究得较透彻的多糖之一,香菇是侧耳科的担子菌,世界名贵食用兼药用菌之一,它含有多种有效药用组分,尤其是它含有抗病

15、毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成等功能的香菇多糖(lentinan简称LNT)和能增强人体免疫力的水溶性木质素这2种药用生理活性物质,而引起人们广泛的重视1。香菇多糖以1，3葡聚糖为主，含有少量的木糖和甘露糖，具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫和刺激干扰素形成等功能，对肿瘤、癌症、肝炎、心脏病和神经衰弱等有一定的疗效。近年来的研究表明香菇多糖具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫和刺激干扰素形成等功能，对肿瘤、癌症、肝炎、心脏病和神经衰弱等有一定的疗效。有关此方面的研究很多，如：王一心等2在香菇多糖的药理研究中，查阅国内外30多篇相关文献资料加以概述，综述了香菇多糖药理作用方面的研究状况，结果表明：香

16、菇多糖具有免疫调节、抗肿瘤、杭病毒等多种药理作用。蔡小玲等3用口蘑、冬虫夏草、香菇等11种食用菌的粗多糖进行抗肿瘤药物试验。结果表明，11种粗多糖能使带有S-180腹水瘤的昆明小鼠生命延长率提高到6.60% 31.74%。其中以口蘑多糖效果最佳，可达 31.74%。口蘑，冬虫夏草和香菇3种多糖对荷瘤小鼠生命的延长有显著功效。张福明等4研究发现，香菇多糖对流感病毒具有一定的抑制作用，对病毒感染细胞的保护率可达95.6%;香菇多糖的抗病毒作用机制在于提高感染细胞免疫力，增强细胞膜的稳定性，抑制细胞病变，促进细胞修复功能。金道山等5采用寿命短、繁殖能力强的家蝇作为衰老的实验动物模型观察了香菇多糖对其

17、寿命以及脑内SOD活性和脂褐素含量的影响。结果显示，20日龄时香菇多糖组蝇脑内SOD活性比对照组增加43.4%，脂褐素含量下降4.9%，实验组平均寿命比对照组延长19.4%，揭示了香菇多糖可能具有抗衰老作用。总之，香菇多糖具有广泛的药理和保健作用，而且研究结果表明香菇多糖其疗效好，毒副作用小，有这广阔的应用前景。这些研究对香菇多糖工业化设计奠定了良好的基础。1.1.2 香菇多糖发展现状      香菇多糖提取的传统方法有：水提醇沉法、稀碱浸提法、稀酸浸提法、和酶法等，近几年随着对香菇的研究不断深入，又出现一些比较新颖的提取方法，如超滤法、微波辅

18、助浸提法及超声波法等6。在诸多提取工艺中，水提醇沉法为最经典的提取香菇多糖的方法，它以工艺简单，易于推广等有点为人们所接受。刘树兴等7用水提醇沉法提取香菇多糖，正交实验确定了最佳提取工艺为：温度：85，时间：5h，加水量：15倍水量，除蛋白的最优工艺条件：样液：氯仿-正丁醇(体积比)=3，氯仿：正丁醇(体积比)=5。王卫国等8基于原来的提取方法工艺复杂，收率低，成本高，普通肿瘤病人无法接受，通过对香菇多糖提取纯化条件进行正交实验设计优化研究，结果表明，香菇多糖提取最佳条件为：pH7.0，96浸提4h，料水比为1：20，醇析浓度为70%，蛋白质去除时样品与氯仿-正丁醇为1：1，氯仿：正丁醇为1：

19、0.25，萃取时间为30min效果最好。屈永年等9用热水提取乙醇沉淀的方法研究了香菇菇多糖的提取和纯化，得出的结果令人满意。酶法在中药的提取过程中，也具有较好的提取效果。在香菇多糖提取中也又较好效果，谢红旗等10采用中性蛋白酶酶解法提取香菇中多糖，即在水提香菇多糖前，先用中性蛋白酶处理香菇粗粉，通过实验确定最佳的酶解工艺条件：酶解温度50，酶解pH4.8，酶解时间60 min，酶与香菇粗粉配比为1.5100。与传统工艺相比，提取率提高了40%以上，多糖中杂质蛋白质的含量降低了50%。马长清等11分别用纤维素酶水解法和单纯热水水解法对香菇柄和香菇盖中的多糖进行提取，表明纤维素酶水解法比热水提取法

20、得到的香菇多糖提取率高，香菇柄加酶的提取液中多糖的含量比不加酶的增加54%，香菇盖增加44%，提取香菇柄中多糖的最佳条件是：水解温度45，水解时间6h，水解酶浓度0.20%，水解液pH值加酶时为3.0，不加酶为3.50。随着香菇的不断广泛应用，又出现了一些新的提取方法，使人们对香菇的研究也迈出了一大步，诸多新的提取方法被各研究者所研究，都取得可喜的成果，如：XXX12研究了以香菇为原料，利用超滤膜分离装置进行香菇多糖的提取分离，并建立了香菇多糖提取液超滤过程修正凝胶极化模型，这种工艺香菇多糖的提取率可达6.10%，多糖粗品含量在90%以上。研究表明，膜分离技术在香菇多糖的提取中具有很大的优越性

21、。黄桂萍等13用微波技术从香姑中提取香菇多糖。并通过改变辐射功率、辐射时间及提取次数等条件对多糖提出取率的影响进行了研究，得出最佳的提取条件(料液比lg：20ml，微波辐射功率50%，辐射时间3.5h，提出取次数2次)。该方法与传统提取方法相比时间短、节省能源、产品提取率高等优点。念保义等14研究了香菇多糖的超声提取、超滤分离及工艺路线的改进。结果表明：超声提取能提高香菇多枪的提取率、缩短提取时间、减小料液比和降低提取液的粘度，而提取液粘度的降低有利于超滤分离降低浓差极化的影响，提高处理量。其主要指标是水浸提2h，料液比为l：15(体积比)，超声功率为80W，处理时间为13min，多糖的提取率

22、达6.62%。充分说明超声波不仅强化整个提取过程，而且强化超滤分离过程，减少负荷、降低生产成本。综上所述，香菇多糖提取工艺中，涵盖了各种新的提取方法，其中水提醇沉法研究的比较成熟，也比较经典，在目前国内的小型规模化生产中已经得到应用。有些新的提取方法都处于理论阶段，对于工业化生产中的应用还有待于科学研究者进一步研究，这也是研究多糖工艺生产亟待解决的一个问题，对于本工艺设计，则采用了比较经典的水提醇沉法提取多糖。1.2香菇多糖的开发现状及发展趋势1.2.1 香菇多糖的开发现状近几年，随着我国香菇多糖行业的发展，香菇多糖生产核心技术应用与研发成为业内企业关注的重点。技术的优劣直接决定企业香菇多糖产

23、品的市场竞争力。目前所采用的提纯香菇多糖先进方法多为实验室研究方法，不利于工业化生产，而且在香菇多糖旧生产中工艺周比较期长，提取多糖含量低，实际生产中规模化程度并不高，这就制约着该产品的发展。1.2.2 香菇多糖发展趋势由于香菇多糖是一种免疫促进剂，具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫和刺激干扰素形成等功能，对肿瘤、癌症、肝炎、心脏病和神经衰弱等有一定的疗效。这对于如今生活在节奏生活中人们带来了诸多好处，健康的生活是现在社会的一种必然方式，所以研究香菇多糖的产品、发展多糖生产工艺技术具有很广阔的发展前景，香菇多糖制剂与饮品将成为香菇多糖的主导产品，也将成为以后多糖产品的发展趋势。主要表现在一下几点：1

24、香菇属于担子菌纲伞菌科，是提取香菇多糖的原料，它香气沁脾，滋味鲜美、营养丰富、保健效果显著，享有植物顶峰和健康食品的美称。我国香菇产量高，占全球总产量的80%左右。据了解，目前全球香菇总产量为10万t左右，其中我国约占8万t、日本1.65t、韩国0.17万t、美国和加拿大等国占0.20万t。香菇生产是一种可持续发展的产业，在我国制备香菇多糖具有得天独厚的优势。2采取醇析提取法、酶解提取法等方法制取香菇多糖，生产过程中不加入、也不产生有害物质，产品质量符合绿色食品（饮品）的要求，也符合1994年10月25日美国国会正式通过的食用品补充法令对食物补充品成分的要求，我国的香菇多糖已被美国FDA（食品

25、及药物管理局）批准可作为保健食品进入美国市场。3酶解提取法是一种先进的生化方法，具有高效、安全、节能、得率高、污染少等特点，已被应用于多种植物有效成分的提取，是近年来发展较快的绿色新工艺，但是酶容易失活，对温度等因素要求苛刻，在应用于工业化生产中还有待于进一步研究。4生产中所用的水、乙醇等都能回收利用；提取香菇多糖后的残渣，将其磨成粉是非常好的食用纤维素。因此，本生产工艺无“三废”排放，可实现清洁生产。5香菇多糖具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫和刺激干扰素形成等功能，对肿瘤、癌症、肝炎、心脏病和神经衰弱等有一定的疗效，香菇多糖是膳药两用物质，是一种有益于人类的环境友好产品。1.3 目前国内外利用香

26、菇多糖的现状目前我国香菇出口竞争对手首推韩国，尽管韩国香菇产量低，但是质量好、商品量大，在国际市场上极富竞争力。近年来，韩国以65的高关税阻止我国香菇进入其市场，“入世”后韩国将不再采取排他条件，其税率必然大大降低乃至取消，有利于我国香菇的出口。日本虽然产量大于韩国，可是受我国香菇冲击较大，日本已从生产大国、出口大国变为产量逐年递减的进口大国。“入世”后，其目前20的多种进口税也将调低，对我国更为有利。然而，面对“入世”我国香菇产业也面临挑战。所以我们要利用香菇深加工这方面优势去和国际竞争。在国际上“崇尚天然”的热潮中，有“山珍”美誉的香菇极有发展前途。香菇等食用菌营养丰富，味道鲜美，是低盐、

27、低糖、低脂肪、高蛋白质的首选食品。深加工的方法很多，如用食用菌生产系列调味品、系列保健食品和系列中药，以满足国内外市场的需求，进一步提高香菇出口的竞争力，巩固我国在世界上的香菇“盟主”地位。所以，发展香菇多糖的生产技术，是提高我国香菇产业竞争力的一个有效手段。1.4 设计任务和内容1.4.1 设计题目年产5吨香菇多糖的工艺设计1.4.2 设计原始数据（1）厂址及气象资料厂区位置： 陕南地区某地地势： 厂区地势平整气温： 最高温度38 最低温度 -2 平均温度18（2）原料： 香菇（3）产品： 香菇多糖（4）产量： 5吨/年（5）工作制度： 三班制 年工作日300天（6）乙醇回收车间有关数据 发

28、酵液酒精浓度： 70（v） 精馏塔操作压强： 0.02MPa 精馏塔进料温度： 30 精馏塔塔顶温度： 78.5 精馏塔塔釜温度： 99.6 精馏塔进料浓度： 32（V） 精馏塔塔釜产品浓度： <0.01%1.5 建厂可行性分析1.5.1 香菇多糖应用价值1.5.1.1 香菇简介香菇（Lentinus edodes）又称冬菇、花菇、厚菇、椎茸、香信、香蕈、冬菰、香菰。隶属于担子菌纲、伞菌目、口蘑科、香菇属。香菇是我国传统的著名食用菌，在世界上最早人工驯化栽培。香菇营养丰富，味道鲜美，具有很高的保健及药用价值，被视为“菇中之王”，是重要的食用菌和药用菌。我国香菇出口贸易量近10年逐渐上升，

29、年递增率约为2%，目前中国的香菇年产量为8万吨，在全球10万吨中占有80%以上，居世界第一位，出口3.6万吨，也居世界之首，其次是日本，韩国居第三位。分布在我国浙江、福建、台湾、安徽、湖南、湖北、江西、四川、广东、广西、海南、贵州、云南、陕西、甘肃等地区。（1）香菇的营养价值香菇含有的10余种氨基酸，其中有异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸等7种人体必需的氨基酸及维生素B1、B2、PP及矿物盐和粗纤维等。（2）香菇的保健价值 香菇中含不饱和脂肪酸甚高。除了含有还含有麦角甾醇（ergosterol）外，还有菌甾醇(fungi sterol)，尤其所含大量麦角甾醇可转变为维生素D，

30、有增强人体抗疾病和预防感冒的功效； 经常食用香菇对预防人体缺乏维生素D而引起的血磷、血钙代谢障碍导致的佝偻病有益（特别是婴儿），可预防人体各种粘膜及皮肤炎症； 香菇中还有腺嘌呤（eriadenine）和胆碱，可预防肝硬化和血管硬化； 香菇中又含酪酸氧化酶，有降低血压的功效； 香菇中还分离出降血清胆固醇的成分（C6H11O4N5，C9H11O3N5）。1.5.1.2 香菇多糖的作用   多糖是近年来研究最为活跃的高分子化合物，真菌多糖由于具有多种生物活性，其研究进展则尤为迅速。目前，从各类生物材料中提取的具有生物活性的多糖已成为天然药物的一个新来源。香菇多糖为白色粉

31、末状固体，对光与热稳定。有吸湿性，香菇多糖中的纯多糖含多个极性基团(主要是羟基和其他极性取代基)，水溶性一般较好，特别是在热水中溶解度较大，一般在水中最大溶解度为3mg/mL，也能溶于0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中，溶解度可达50100mg/mL，难溶于甲醇、乙醇和丙酮等有机溶剂。香菇多糖具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫和刺激干扰素形成等功能，对肿瘤、癌症、肝炎、心脏病和神经衰弱等有一定的疗效。1.5.1.3 香菇多糖的需求现状     由于香菇多糖国际国内两个市场一路看好，香菇产业系列开发潜力大，建立规范化的现代化加工生产企业具有重要的现实意义。香菇多

32、糖产品主要应用于保健品、临床医学等方面，随着人们对健康的重视，香菇多糖的各种营养品将受到人们的欢迎。这主要因为香菇多糖在保健和营养品方面的诸多优势，所以研究香菇多糖的产品、发展多糖生产工艺技术将带来巨大的社会和经济效益，有很好的发展前景。 1.5.2 原材料、动力供应、交通运输条件及技术的采用在陕西南部和四川、甘肃省等地区，香菇有着大面积的种植，香菇资源是非常丰富的，只要有需求，香菇的种植将会不断的扩大，将会促进一方经济的发展。本厂采用本地电网供电，可以避免为建设动力设备而增加的额外投资，而且西南部水电资源丰富，可以确保生产的连续性。拟建成的厂区位于汉中经济开发区，交通十分方便，因此

33、能大大减少产品成本，提高产品竞争力。厂区建在地下水位15米的地面上，水源供应以本地自来水为主，地下水为分辅的综合供水方式，以确保本厂用水的需要。本设计采用水提醇沉法提取香菇多糖，并把醇沉使用的乙醇经过回收处理，可达到重复利用以较少成本投入，经初试，结果合理，环境污染小，资源得到了合理的利用，经济上也是可行的。总之，本设计无论从原材料、动力供应，还是从交通运输等方面考虑，拟建厂址所在地都比较合适。再者，从厂址所在地的经济发展、自然条件的利用都符合我国的国情和西部大开发这一主题。1.5.3 环境保护拟建工厂在整个生产工艺中，主要采用比较成熟的水提醇沉提取法进行提取多糖，然而，生产中所用的水、乙醇等

34、都能回收利用；对于所用的乙醇采用精馏对其提取，并再次用于香菇多糖的提取中。提取香菇多糖后的残渣，可以对这些残渣进行重复利用，以获得更好的经济利益。因此，本生产工艺无“三废”排放，可实现清洁生产。即可达到国家的节能减排，环保等标准。1.5.4 企业组织 管理 劳动定员和人员编制拟建厂有厂部领导及其下属的科室和车间组成，技术人员主要从离校毕业生和相关企业的有工作经验人员中招聘，劳动工人从本地区招收。普通工人的技能由本厂技工带领培训。企业内部按照有利于发展生产，有利于充分利用人力资源、术、装备、资金，有利于宏观调控微观搞活，有利于调动各个方面的积极性，有利于提高经济效益的原则，在划小核算单位的基础上

35、下放权利，实行分级分权管理。企业实行厂长负责制，各部门负责人直接受厂长负责，并实行三级管理，厂、科、车间及人员编制以组织好生产为原则。由于香菇生产属是间歇生产过程，故检修可以根据市场的需求确定。在正常情况下，香菇多糖生产车间每天实行四班制，每班八小时，机械设备大修每二年一次，机械设备保养每一年一次。人员编制如下表1.1所示：表1.1香菇多糖生产人员编制工种班制男女总人数提取岗位444醇析岗位444过滤岗位444干燥岗位444乙醇回收岗位444司炉岗位444技术员1112安全员111辅助人员133车间主任122总计1913321.5.5 资金筹措方式采用部分国家贷款，部分自筹资金和部分银行贷款分

36、期偿还方式，而且筹集资金可以采用职工入股的方式，使职工真正成为企业的主人，充分调动职工的积极性。2 设计工艺说明2.1 全厂产品及工艺流程2.1.1 全厂主要产品及结构本厂的主要生产的产品是香菇多糖，副产品香菇醋，酒精回收利用作为全厂生产环节的一个重要过程。香菇多糖为白色粉末状固体，对光与热稳定。有吸湿性，香菇多糖中的纯多糖含多个极性基团(主要是羟基和其他极性取代基)，水溶性一般较好，特别是在热水中溶解度较大，一般在水中最大溶解度为3mg/mL，也能溶于0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中，溶解度可达50100mg/mL，难溶于甲醇、乙醇和丙酮等有机溶剂。香菇多糖的分子式：(C42H70O35)

37、n，香菇多糖的化学结构模型如下图2.1所示：图2.1 香菇多糖化学结构模型香菇多糖的化学结构式如下图2.2所示：图2.2 香菇多糖的结构式2.1.2 香菇多糖的生产工艺香菇多糖提取的传统方法有：水提醇沉法、稀碱浸提法、稀酸浸提法、和酶法等，近几年随着对香菇的研究不断深入，又出现一些比较新颖的提取方法，如超滤法、微波辅助浸提法及超声波法等3。2.1.3 本设计工艺香菇多糖生产工艺流程简图如下图2.3所示：工艺过程简述如下：香菇原料经过干燥粉碎加入提取罐在料水比为1:20， pH7.0左右，90浸提4h进行多糖的初步提取，提取后经过过滤设备进入储料罐存储并对料液降温，其中过滤的残渣可以经过发酵制备

38、香菇醋。储料罐的料液经过蒸发器进入醇析罐，在醇析浓度为70%下进行醇析，醇析后经过过滤的多糖在经过蛋白脱除罐在样品与氯仿-正丁醇为1:1条件下萃取30min脱蛋白，在醇析后过滤的滤液经过精馏塔精馏回收乙醇。最后将脱蛋白后的多糖液体送入喷雾干燥塔进行喷雾干燥，最终得到多糖产品。图2.3香菇多糖生产工艺流程简图2.2 全厂副产品 全厂生产过程中将产生大量的香菇废渣，这些废渣可以经过香菇发酵、酒精发酵和醋酸发酵等多步，将原料中的有关物质转化成食用菌保健醋中的有效成分，从而生产出香菇醋，这种醋富含氨基酸及真菌多糖，有一定的保健功能。这也是本场的一种副属产品，其基本工艺过程如下图所示：图2.4香菇醋生产

39、工艺流程简图参照邵伟15等研究的香菇醋制备工艺研究，可采用发酵条件为：香菇发酵温度为28，转速150 r/min，培养2天；酒精发酵温度为30，发酵液中可溶性固形物含量为8%左右，接种量为0.25%(干酵母)左右，发酵时间为4 d；醋酸发酵温度为3033，接种量为10%15%，发酵时间为2528 d。用该方法生产周期较短，发酵过程中不添加任何化学物质，口感纯正，风味独特，既可用于烹调，经调配降低其酸度并添加甜味物质后又可制成饮料，是老少皆宜的保健饮品15。此方法制备出的香菇醋兼具营养及保健的功能，而且香醇味美，符合当前人们回归自然的饮食需要，可成为一种新型的保健醋。3 设计说明3.1 全厂总平

40、面布置全厂总平面设计为本设计的一项重要任务，总平面设计合理与否，直接影响新建厂能否节约而有效的的顺利进行，影响到新建厂后的生产、管理、成本、能耗等各个方面，同时还影响到全厂的美观和今后的发展。总平面设计的基本原则为；（1） 建筑物之间相互配置应符合生产程序的要求，并能保证合理生产作业线；（2） 原材料、半成品、成品的生产作业线应衔接协调，流程疏通，避免交叉和往返；（3） 厂内一切运输系统布置应适合货物运转的特征，尽可能使货运路线和人员路线不交叉；（4） 适当划分厂区，建筑物之间的距离尽量缩小，但必须符合防火和卫生技术条件的要求；（5） 在保证安全生产的前提下力求缩小厂房战地面积，厂房布置尽量紧

41、凑，根据生产的特点和设计拟建的工厂为中小型企业的情况，将工厂划分为几个区域，并按照区域进行布置，以保证各区域之间位置的协调配合，并符合卫生防疫和环境美化。3.1.1 原料厂及堆场本厂的主要原料是香菇，香菇受潮容易腐烂发霉，所以要防止雨淋。同时应保证良好的通风条件。应设计在工厂主干道旁并且靠近粉碎车间，以便减少运输。3.1.2 生产区生产区是工厂的主要组成部分，占地面积很多。生产区的布置在工厂的中心地带，与大门直接相对，使工人上下班和运输都比教方便。建筑物的相对位应符合生产流程的要求，同一生产系统多生产线路尽可能成链状列。建筑物之间的距离，在满足防火要求的前提下尽量缩小，以减少建筑面积。提高建筑

42、系数和场地利用系数。厂房的方向、位置和间距应符合采光通风的要求。从方向来说，按生产流程方向自东向西；就位置而言，苛重和震动大的车间，如锅炉房等，力求设置在地址较好的地段上。为了获得较好的自然采光以及厂房的防震效果，大部分采用工字形、L形、11形厂房，外形简单整齐。为了获得良好的通风条件，厂房与主导风向仍成45度角。辅助附属车间及其它服务环节的位置位于其服务范围的中心或靠近主要服务对象。如原料场靠近车间，废渣回收靠近运输路线。生产性质相同的车间或辅助环节，做到尽量联合布置，在大厂房中，这样可以缩短距离，提高场地的利用率和办事效率。而各种不易受气候影响的设备如塔等，均采用露天布置，这样可以节省投资

43、。合理的进行厂内道路布置，对提高运输效率，保证运输安全等均有重要意义。道路的宽度主要取决车辆通行量、行使车辆的型号和工厂的规模。拟建厂设计道路宽度为9米，道路的交叉口为圆形。工厂绿化可分为生产区绿化、厂前区的绿化、生产区与生活区之间隔离地带的绿化。生产区的绿化能减弱生产中散发出来的有毒气体和噪音对人体的影响。同时能净化空气，吸收生产过程中散发出来的烟尘，有助于改善厂区的气候，而且能减少夏季阳光的辐射，在冬季能防风，有利于保温。3.1.3 厂前区厂前区的建筑包括行政楼、研发楼、职工食堂、医务室等。其中行政楼位于主干道前，靠近工厂边缘。研发楼、医务室位于主楼后边，周围设绿化带。3.1.4 动力区动

44、力区包括配电室、锅炉房等，他们尽量靠近其服务的车间。这样可以减少管路的铺设和运输过程的损耗。配电室位于工厂的东南侧，靠近外部输电线。3.1.5 辅助车间主要的车间有备件库、机修车间、消防车间等。他们尽量靠近生产区，以便在生产车间发生故障或以外事故时能及时进行修理和抢救。3.1.6 仓库区仓库区包括原料仓库和产品仓库，他们都位于主干道旁以便于运输，成品仓库靠近喷雾干燥的附近。以上各个区域以仓库区、厂前区、原料场构成生产区。为保证生产的连续性，应合理的布置各个区，使生产发生联系的车间、仓库等就近布置，尽量减少管路的交叉和返回，使生产上或与生产联系紧密的分区布置达到卫生防火的要求。综上所述，平面布置

45、有以下特点：（1） 厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应。原料、半成品和成品形成整个顺序尽量保证流水作业，避免逆行和交叉；（2） 锅炉房、变电站等辅助车间尽量靠近其主要部门，以缩短其间距离，节省投资。（3） 由厂前去到生产区的主要干道，应避免与主要运输道路交叉；（4） 尽量使大多数厂房向阳、背风、避烟尘瓦斯等，尽可能使各车间采用自然光和自然通风等；（5） 按防火规范的要求，保证建筑物之间的距离，符合规定；（6） 根据卫生规模的要求，将生产区布置在生产区的下风向。由严重毒害和烟尘的气体，尽量布置在厂区的下风向；（7） 根据环保的要求，生产区设有废渣处理站，废水处理站等设施；（8） 考虑工厂今后的

46、发展，在产区间留有建筑余地；（9） 尽量做到以生产区为轴线，再考虑辅助车间、行政楼和道路的安排 。3.2 三废的处理及回收在香菇多糖的生产过程中会用到氯仿-正丁醇，所以会对水有一定程度的污染，为了解决这个问题，采取对氯仿-正丁醇的回收利用。在这个工艺中，基本上没有废气污染，同时废渣可以发酵生产香菇醋，具有很好的利用价值和经济价值。拟建工厂在整个生产工艺中，采用比较成熟的水提醇沉提取法进行提取多糖，然而，生产中所用的水、乙醇等都能回收利用；对于所用的乙醇采用精馏对其提取，并再次用于香菇多糖的提取中。提取香菇多糖后的残渣，可以对这些残渣进行发酵生产香菇醋，以获得更好的经济利益。因此，本生产工艺无“

47、三废”排放，可实现清洁生产。3.3 车间布置说明本厂采用水提醇沉法制取香菇多糖，并将所用的乙醇进行回收再利用处理。根据实际情况，设计包括以下几个过程：粉碎过程，提取过程，分离过程，发酵过程，精馏过程以及其它辅助过程等。本设计任务重点是酒精精馏过程。因此，下面主要介绍一下精馏塔布置情况。由于精馏过程的主要设备是精馏塔，精馏塔属于露天式。车间为两层楼结构，长为20m，宽为6 m，高为14.1 m，一层高为7 m，二层高为7.1 m。精馏过程设有冷凝器和再沸器，及储罐等其它设备。结合生产流程图、车间立面图、车间平面图可以看出生产设备与生产流程的关系，表现出车间的面积与空间、生产管理与操作条件及各工段

48、的联系。本车间还具有以下特点：（1） 辅料车间与使用设备靠近。（2） 按流程要求，为了减少动力消耗，提高了醛塔的位置，换热器安装位置稍高，也节省了动力消耗。（3） 互相联系的设备，在保证正常运行必须的间距的条件下，彼此可以适当靠近。（4） 较合理的安排厂房的出口，通道和楼梯的位置。（5） 各设备统一安排，排列整齐，有足够的操作空间，符合工艺流程的要求。车间布置图，分平面布置图和立面布置图，图上标出了各主要设备的定位尺寸；图上标有轮廓线、楼梯等位置。4 工艺计算及设备选型4.1 设备工艺计算及选型4.1.1 提取罐的计算及选型 物料衡算：设工作300天，则可知每日产量约为16.67kg/天，按提

49、取率为7%计算，每次投料约为100kg。提取过程的温度为90，料液比为1:20,所以可知加水量为 m水=20×100=2000kg 因为提取中主要含有水，则溶液密度可按水密度来计算；则 V= m水/1000=2m3取V实际=1.5 V，则V实际=3 m3热量衡算：由于为间歇式操作，里面保持90恒温提起，其中需要的热量为可用下式计算：Q=CmT在提取时，里面主要是大量的水，所以比热容近似可按水的计算，C=4.2 kJ/mol·K；故，Q=CmT=4.2×(2000+100)×(90-25)=573300 kJ总传热系数由经验可知：K=2000W/m

50、3;所以可的加热面积为：所以提取罐的体积为3m3，设计选用三个提取罐，查文献16选取提取罐尺寸如下表4.1：表4.1 提取罐主要参数表公称体积实际体积加热面积加料口直径外形尺寸2m33m34.5m2400mm1300×3850搅拌速率排出口直径质量配套电机60r/min800mm2050kg4kw4.1.2 蒸发器的计算及选择 蒸发设备在结构上必须有利于过程的进行，因此，选用和设计蒸发器设备时应考虑以下几点：1） 尽量保证较大的传热系数2） 要适合溶液的一些特性，如黏度、起泡性、热敏性、溶解度随温度变化的特性及腐蚀性；3） 能完善地分离液沫4） 尽量减少温差损失5） 能排出溶液在蒸发

51、过程中析出的结晶体6） 能方便地清洗传热面 综上所述，选取了单效蒸发过程，计算如下：水分蒸发量在蒸发器中，从溶液中蒸发出的水分可由一般物料衡算方程解出，即Fx0=（F-W）x 所以 F溶液加料量，kg/h W水分蒸发量，kg/h x0，x料液与完成液的质量分数，%其中x0=0.35%，x=1%，F=200kg/h则：蒸汽消耗量 在蒸发器中所消耗的热量主要是供给发生二次蒸发所需的潜热，除此之外，还要供给溶液加热至沸点及损失于外界热量，所以蒸发量由以上三者之和决定，可以通过热量衡算求得；DI+FCt0=Wi+(FC-WC)t1+DC+qD(I-C)=W(i- Ct1)+ FC(t1- t0)+q由

52、上式可以计算计算热蒸汽的消耗量：D= W(i- Ct1)+ FC(t1- t0)+q/ (I-C)假设加热蒸汽和二次蒸汽都在冷凝温度时排出，则(I-C)与(i- Ct1)分别为加热蒸汽和二次蒸汽的蒸发潜热。所以上式可简化为： D=Wr+FC(t1- t0)+q/R 式中：C溶液的比热容，kJ/mol·k D加热蒸汽的消耗量，kJ/h I加热蒸汽的热含量，kJ/mol i二次蒸汽的热含量，kJ/mol R加热蒸汽的蒸发潜热，kJ/mol r二次蒸发的蒸发潜热，kJ/mol 冷凝水的温度，K t0，t溶液最初温度与最终温度（沸点），K q损失于外界的热由于多糖含量为0.35%<20

53、%，则溶液比热容C近似为：C=C2(1-B)则，C=4.2×(1-0.35%)=4.18kJ/kg·K。料液温度为30，出口为100，蒸发器蒸发的压力：101.3KPa，极热蒸汽是143.3 KPa下的饱和温度，在此温度下，可知r=2257kJ/kg，R=2230kJ/kg故，因为Q=DR=157.8×2230=97758W所以传热面积：A=Q/KT已知K=1704W/m2·K则传热面积A=97758/1704×70=1.6m2蒸发器的主要尺寸 加热室主要尺寸：选用15mm×3mm，长为1m的不锈钢管作为加热管，则管数为：; 为了安全

54、，取n=34×1.1=38根。 加热管按正三角形排列，则管束中心线上的管子数约为：nC=1.1n1/2=1.1×381/2=7根 取管心距S为50mm，取管束中心线上最外层的中心至壳体内部的距离b为1.5d0，则极热室直径为：di=S(nc-1)+2b=50×(7-1)+2×(1.5×15)=345mm圆整后去di=400mm循环管尺寸计算：根据经验，循环管的截面积取80%的加热管总面积，即循环管总面积为： 所以循环管直径为： 圆整后取d=70mm 分离室尺寸计算：取分离室高度为1m。假设蒸发时的真空度为-0.08MPa，相当于绝对压强的20K

55、Pa，二次蒸汽的密度为0.131kg/m3，则二次蒸汽的体积流量为：取允许蒸发体积强度为VS,y=1m3/m3·s，则：，取DZ=800mm所设计的外循环蒸发器主要尺寸如下表4.2：表4.2外循环蒸发器主要尺寸表加热管加热室分离室循环管规格长度/m根数直径/mm长度/m直径/mm高度/m直径/mm15mm×3mm138400约18001704.1.3 醇析罐设计计算醇析过程主要是将水提后的多糖溶液进一步进行醇析提取，已得到纯度较高的多糖。醇析过程主要在常温下进行操作，因为乙醇容易挥发，温度过高会使乙醇大量挥发而产生浪费，并且高温操作也会带来危险。（1）醇析罐体积计算物料衡算

56、：由于整个过程为间歇操作，按照任务量可知每次进料为2000kg，含糖量为0.35%，经过蒸发器蒸发浓缩后浓度达0.1%，可计算出每次投入醇析罐的量为：2000×0.35%=1%m则，m=7/0.01 kg =700kg由于加入的糖溶液中99%为水，则溶液密度近似可按水密度计算，则：V水=700/1000 m3=0.7m3按照物料衡算可计算得到加入95%乙醇的体积，计算如下：（V水+V）70%=95%VV2m3所以，每次加入95%乙醇的量为2 m3。因为可按体积加和性来计算，所以可近似认醇析时的体积为2 .7m3。取装填系数为：0.85则，V实=2.7/0.85=3.1 m3，查文献1

57、6可取醇析罐H/D=1.1(按反应器类型选择)。所以， ，H=1.1D=1.1×1.5=1.65m（2）醇析罐材料选择设计选用三个提取罐，取其壁厚为20mm，材料为20R（GB6654）； 许用温度为>-20； 厚度20mm<34mm； 压力位1.01MPa。4.1.4 脱蛋白罐设计计算脱蛋白过程主要是为了使多糖里含有的蛋白类物质脱除掉，因为蛋白存在将对多糖的保健及医疗效果有较大影响。在脱蛋白过程中按照1:1的物料与氯仿-正丁醇的比例混合脱除，脱除温度在常温下进行。（1）脱蛋白罐体积计算加入的过滤后的多糖经过与水1:10溶解后加入到脱蛋白罐，则加入体积可得：m=7

58、5;10kg=70kgV1=m/=70/1000=0.07m3 所以V=2 V1=2×0.07=0.14 m3取装填系数为：0.82则，V实=0.14/0.82=0.17 m3，查文献18,可取醇析罐H/D=1.1(按反应器类型选择)。所以， ，圆整后取D=450mm，H=1.1D=1.1×450mm=495mm（2）脱蛋白罐材料选择设计选用三个提取罐，取其壁厚为10mm，材料为20R（GB6654）； 许用温度为>-20； 厚度10mm<34mm； 压力位1.01MPa。4.1.5 干燥器的计算及选择设计处理的多糖液体含水量为85.7%（湿基），环境温度t0=

59、20，相对湿度为80%，加热蒸汽的压力为0.8MPa，进风温度t1=160，排风温度t2=80，产品的含水量为2%。（1）水分蒸发量（2)多糖产量（3）进风量 根据t0=20，相对湿度为80%，在IH图上查得 x0=0.0118kg水蒸气/kg干空气 I0=49.24kJ/kg干空气 当t1=160，t2=80时，在IH图上查得 I1=I2=192.59 kJ/kg干空气 x=0.0425kg水蒸气/kg干空气 所以，kg干空气/h 根据计算求得空气在20时比容0=0.87m3/kg干空气所以进风量为：V0=L0=244.3×0.87=212.54m3/h（4）排风量 根据计算，80

60、时，尾气排出时的含湿空气比容2=1.09m3/kg干空气所以排风量为：V2=L2=244.3×1.09=266.3m3/h（5）总热耗 理论热耗： Qt=I(I2-I0)=212.54×(192.59-49.24)=30467.6kJ/h因为在运行中有设备的热量损耗，这里设定热量损耗为8%，则（6）空气加热管面积 查饱和水蒸汽性质表得，当表压为0.8Mpa时，饱和蒸汽温度为T=174.5，饱和蒸汽的比热焓为：I=2778kJ/kg，冷凝水比热焓i=734.1 kJ/kg。对数平均温度为：则，极热面积（7）蒸汽消耗量所以，可选择喷雾干燥器型号为：PD-2型，其主要技术参数如下表4.3：表4.3 喷雾干燥器主要参数表型号水分蒸发量/kg所需功率/kwPD-214354.1.6 储罐的选择 储罐（）的用