年产10万吨12°啤酒发酵车间（工厂）设计

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1、巢 湖 学 院课程设计报告题目： 年产10万吨12啤酒发酵车间（工厂）设计 Annual output of 100000 tons of 12 beer fermentation plant (plant) design学 院 化学化工与生命科学学院 专 业 生物工程 班 级 10生物工程 姓 名 杨国樑 学 号 10008054 指导老师 陈小举 2013年11月14日课程设计成绩评定表学生姓名： 杨国樑 学号： 10008054 专业班级： 10级生物工程 课程设计题目： 年产10万吨12啤酒发酵车间（工厂）设计 课程设计报告评语：课程设计总评成绩 指导老师（签字）： 年 月 日课程设计

2、任务书 2013-2014 学年 第 一 学期 化学化工与生命科学学院 学院 10生物工程 专业 设计题目： 年产10万吨12啤酒发酵车间（工厂）设计 完成期限：自 2013年10月14日至 2013 年11月14日 共 四 周一.设计依据参照啤酒的原料及辅料等的国家标准，以及食品企业通用卫生规范，污水综合排放标准等。二.设计内容 本次生产主要是进行年产100000t啤酒发酵工厂设计。设计的主要进行： 1、设计生产能力为100000t。 2、生产方法 本设计采用好气液体深层发酵技术。 生产工艺如下：斜面菌种 孢子悬浮液种子罐 发酵罐发酵液中和新鲜空气空气过滤器无菌空气 过滤酸解脱色过滤蒸发结晶

3、离心分离干燥筛选成品柠檬酸3.原料和动力（水、电、气）的供应情况 (1).原料原料从当地直接收购，当原料不足时可以从周边地区收购，是达到生产用量。 （2）.动力 1）.用电：计划在厂区附近新建710kva变电站一座以保证该工厂生产用电。 2）.用煤：燃煤主要用作锅炉生产用煤和冬季取暖用煤，可在附近煤矿选购。 3）.供水：由工业园区供水系统供应，可满足工厂生产及生活用水，供水有保障。 4.生产成本估算本设计需要将相关的经济指标进行简单的估算，通过生产成本的估算将设计中的具体数值转化为经济指标，从经济方面再次修正相关设计。 5.三废治理本设计采用完全混合活性污泥法特别适用于有机物含量高的污水处理，

4、在合适的浓度范围内对与微生物毒性物质可以有优良的去除效果。三.设计成果形式 完成设计说明书： 1张CAD平面设计图纸：图1-1生产工艺流程示意图 1张CAD平面设计图纸：图1-2厂区总平面四.工作计划和进度 设计进度安排（1）2011年12月1-2日 完成开题报告。（2）2011年12月3-5日 查阅相关资料。（3）2011年12月8-25日 完成设计的撰写和图纸的绘制 （4）2011年12月25-30日 修改设计目 录第一章 绪论 11 1.1 柠檬酸的性质和用途11 1.2 柠檬酸的来源和发展情况11第二章 生产工艺 12 2.1 生产方法12 2.2 工艺流程13 2.3 操作工艺13

5、2.3.1 原料的处理13 2.3.2 发酵工序13 2.3.3 醪液处理工序14 2.3.4 提取工序14 2.3.5 精制工序14第三章 工艺计算 15 3.1 物料衡算15 3.1.1 工艺技术指标及基础数据16 3.1.2 原料消耗计算16 3.1.3 发酵醪量的计算16 3.1.4 接种量的计算17 3.1.5 液化醪量的计算17 3.1.6 成品柠檬酸18 3.1.7 年产5000吨一水柠檬酸总物料衡算18 3.2 热量衡算19 3.2.1 液化热平衡计算19 3.2.2 发酵过程中蒸汽耗量的计算20 3.2.3 发酵过程中冷却水耗量的计算21 3.2.4 发酵过程中无菌空气耗量的

6、计算223.2.5生产成本及利润估算 23第四章 设备选型24 4.1主要设备的选型24 4.1.1 发酵罐的选型24 4.1.2 种子罐的选型27 4.2 辅助设备选型28 4.2.1 调浆桶的选型28 4.2.2 喷射加热器的选型31 4.2.3 其它辅助设备31第五章 全厂车间布置概况32 5.1 厂址选择32 5.1.1 厂址选择的一般性原则32 5.1.2 本设计的厂址选择32 5.2 车间布置33 5.2.1 车间布置的基本原则和要求33 5.2.2 本设计的车间布置34 5.3 发酵厂卫生问题35第六章 废物处理35 6.1 发酵工厂污染概况35 6.2 柠檬酸工厂的“三废”处理

7、36 6.2.1 柠檬酸发酵有机废水的处理37 6.2.2 柠檬酸发酵废气的处理38 6.2.3 柠檬酸发酵废渣的处理39第七章 结束语39致谢40 参考文献41附图42摘 要本次设计主要是进行年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计。本设计针对5000吨柠檬酸项目的需要，进行了厂区平面设计、产品方案及工艺的确定、物料衡算等工作。在生产流程中，采用液体深层发酵技术进行柠檬酸发酵的生产，全年产量为5000吨，每年生产300天，每日生产152.71吨。为了保障生产顺利进行，还进行了水、电、气的衡算和三废的治理。关键字：柠檬酸 工厂设计 效益分析 生产工艺 AbstractThis is designed

8、for an annual output of 50000 tons of citric acid fermentation plant design. This design according to the needs of project 50000 tons of citric acid, the factory graphic design, product scheme and define the technology of material balance calculations, etc. In the production process, the liquid ferm

9、entation technology deep citric acid fermented production, annual output is 5000 tons, annual production 300 days, the daily production of 152.71 tons. In order to ensure production running smoothly, but also for the water, electricity, gas calculation and three wastes management.Keywirds: Citric ac

10、id plant design efficiency analysis of production process第一章 绪论本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接加入少量淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。制备柠檬酸一般采用晒干的薯干作为原料。其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白质6%左右。薯干原料中的蛋白质可作为氮源供菌体生长。薯干原料中含有铁、镁、钾、钙等的无机盐，选用的黑曲霉C0527对这些成分不敏感,故不必对原料做这方面的预处理。本设计采用液体深层好氧发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。这两种方法都是国内比较流行的生产方法，有着大量的实际经验，易于操作，风险

11、小。 由于本设计为发酵车间的设计，着重于车间的工艺计算、设备选型。通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定发酵车间主要设备发酵罐、种子罐的设计和选型以及全厂及车间布置。 本设计还包括发酵罐图，车间平面布置图，工艺流程图。1.1 柠檬酸的性质和用途柠檬酸（citric acid），学名为2-羟基-丙烷三羧酸，结构为 分子量：192.14 ，是一种重要的有机酸。无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。其钙盐在冷水中比热水中易溶解，此性质常用来鉴定和分离柠檬酸。结晶时控制适宜的温度可获得无水柠檬酸。柠檬酸在自然界分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝等。柠檬酸具有宜人风味、高的水溶性和强

12、的金属螯合力，长期以来占据食用酸味剂70%左右的市场份额，除可口可乐和纯果汁以外，几乎所有的饮料都使用柠檬酸作为酸味剂，通常的添加量为0.25%-0.4%（m/m）。柠檬酸在化学技术上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂；用作络合剂，掩蔽剂；用以配制缓冲溶液。此外，食品加工和奶制品也添加柠檬酸和柠檬酸盐。据不完全统计，使用柠檬酸的食品或药品约有上千种之多。柠檬酸除用于食品和医药工业以外，最大的用途是代替三聚磷酸钠作为洗涤剂的助洗剂，20世纪90年代初，国外还有人发现柠檬酸加入混凝土中可作为一种“减水剂”，并能提高混凝土的凝固强度。可以认为，柠檬酸早已成为现代食品、医药业、日

13、化行业及其他行业的通用原料。1.2 柠檬酸的来源和发展情况1784年C.W.舍勒首先从柑橘中提取柠檬酸。1860年意大利开始用添加石灰乳的方法从果汁中得到柠檬酸，从而进行了工业化生产。直到20世纪初，柠檬酸仍然主要是从柠檬中提取，产量还很低。1893年C.韦默尔发现青霉（属）菌能积累柠檬酸，但未能实现工业化生产。1917年，柯里发现了一株产柠檬酸的黑曲霉，并通过美国的辉瑞公司于1923年采用浅盘发酵实现了工业化生产，原料主要是糖蜜。1952年美国迈尔斯公司首先成功采用液体深层发酵工业化规模生产柠檬酸。这种新工艺具有很多优越性，因而推动世界柠檬酸工业的迅速发展，也成为了柠檬酸发酵生产的主要工艺。

14、我国的柠檬酸发酵工业：1969年上海酵母厂成功利用薯干粉深层发酵柠檬酸。20世纪80年代，由于出口的需要，我国的柠檬酸生产发展迅速，已成为世界上柠檬酸生产量最大的国家。我国开发的以薯干为原料的产酸菌种具有其独到的特点，生产成本较低，在国际市场具有较强的竞争力。中国不仅是柠檬酸生产大国，也是出口大国，目前出口量已占总产量的70%-80%。近10年来，由于受出口刺激，中国柠檬酸生产能力和产量都增长很快。1985年，中国柠檬酸产量只有3.7万吨，2002年已达到约40.0万吨。目前全国有近90家柠檬酸生产企业，年生产能力近50万吨，占世界总量的40%多。第二章 生产工艺2.1 生产方法本次生产工艺设

15、计以薯干为原料，采用直接粉碎、调浆、液化，进行好气液体深层发酵，钙盐法提取，最后结晶、干燥得到柠檬酸。2.2 工艺流程基本过程为：在接收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，加入菌种和净化压缩空气后进行发酵；发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐，用中和处理；再经过过滤洗涤，得到柠檬酸钙固体，送入酸解罐，再添加酸解，并加入活性炭进行脱色；然后，通过带式过滤机过滤、酸解过滤，除去及废炭；酸解过滤液经离子交换处理后，进行蒸发、浓缩，再进行结晶；结晶后，用离心机进行固液分离，对得到的湿柠檬酸晶体进行干燥与筛选，最后得到成品柠檬酸。(见附图1)2.3操作

16、工艺2.3.1 原料的处理根据发酵的要求，对薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、调浆、液化、连续灭菌的处理方法；以薯干原料生产时，根据我国薯干粗料的特征，发酵工艺要求将薯干从平仓运至备料车间，经过磁选装置除去原料中含铁杂质，以保护设备。然后进入粗粉碎机，将薯干先轧成1-3cm大小的小块，以提高磨粉机的效率，便于物料的输送。粗碎后，由斗式提升机提送至中间粉仓，由粉仓落入磨粉机粉碎，粉碎后进入粉仓再经计量送至配料罐。配料罐内加水调浆，同时加入淀粉酶升温液化。液化完成后送至连消装置连续灭菌，再送至发酵车间。2.3.2 发酵工序由备料车间提供的经连续灭菌并冷却的料液，通过灭菌管道泵入已空消灭菌待料的发酵罐，

17、通过差压法或零磅火焰倒种法，接入已培养好的柠檬酸菌种，在通风、搅拌情况下，进行发酵或培养。在发酵培养过程中，对罐温、罐压、通风量、搅拌转速等实行连续记录监控，并定期检测原糖消耗情况、菌种生长状态、pH值、泡沫等变化情况。根据发酵的工艺特性要求，及时调整控制发酵工艺过程，以获得最佳工艺产酸率或种罐菌活力，一般经66小时（种罐约25小时）培养，大罐在残糖指标、产酸情况达到放罐条件即可放罐；种罐菌活力及菌群数量达标后，即可移种。在发酵或陪种过程的定期检测中，若发现异常情况，如染菌等，应针对具体情况及时处理，对中、前期染菌，可加大种量形成主菌群生长优势，或及时罐实消，补入适当营养源重新接种发酵；后期时

18、可加强监控，提前放罐；对倒罐等应予灭菌排放处理，并认真查找原因，进一步强化灭菌操作中的各个环节。2.3.3 醪液处理工序柠檬酸发酵完成后，应即时进行热处理，以灭活发酵，絮凝蛋白、提高收率，为提高设备利用率，增设醪液贮罐，通过热交换器，及时将醪液加热至80后进入醪液热贮罐，再经泵压入过滤机，除掉固形物及菌体残渣，将清醪液泵入下道工序。2.3.4 提取工序由压滤工段送来的柠檬酸清醪液泵入中和罐，在80下进行中和。碳酸钙经密闭的输送机送入车间，经无级调速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部浓度过高，使中和沉淀反应均匀，经终点检测合格后，将柠檬酸钙悬浮液排入带式过滤机中，将固体柠檬酸钙从悬浮液中分离出来

19、，为满足玉米原料及薯干原料生产工艺的双重要求，中和带式过滤机用特定的加长、强洗型，生产原料操作灵活，以确保粗原料生产时的中和洗糖要求及成品的指标控制，又热水或酸解液调浆，浓硫酸由酸碱站泵入，再计量到酸碱桶中与柠檬酸钙在80下生成硫酸钙与柠檬酸的悬浊液送入酸解带式过滤机进行过滤，清洗液即酸解液收集用于调浆，硫酸钙运至渣场综合利用，柠檬酸酸解送至精制工段。2.3.5 精制工序离子交换与脱色 柠檬酸液从暂贮罐中泵送离交纯化工序，经由阳离子交换塔，阴离子交换塔和活性炭脱色塔，离交脱色出去色泽及影响成品质量加速设备腐蚀的阴阳离子，阴阳树脂需经过酸洗、碱洗再生处理，离交后的柠檬酸精制母液送入蒸发工序。蒸发

20、与结晶 在提纯溶液进入蒸发部分前，通过精过滤出去清液中的微小树脂颗粒。精滤后的溶液经热交换器预热后送至双效真空浓缩器经浓缩至特定浓度后，转入真空结晶器，或者低温结晶器进行结晶。以确定产品（一水成品或无水产品），再经分离将柠檬酸晶粒从液相中分离出来，液相在分离后分别放至各级母液贮罐，根据其杂质离交浓度情况，送往重新蒸发式回流到前工序处理提纯，晶体送往干燥机。干燥与包装 从离心机分离出来的湿柠檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根据生产品种控制干燥空气、温度及冷却空气量进行干燥，排空经湿式旋风分离器处理排放，干燥后的柠檬酸晶粒通过传送装置运到筛选机，不合格颗粒被筛选分出来，溶解后返回到结晶系统，柠檬酸成品

21、进行定量、包装，存放。第三章 工艺计算3.1 物料衡算3.1.1 工艺技术指标及基础数据生产规模: 5000t/a99.5%一水柠檬酸折合4581.272t/a99.5%无水柠檬酸；生产天数：每年300天；无水柠檬酸日产量：4581.272/300=15.271t/d产品质量：国际食用柠檬酸质量分数99.5%，实际产率98%，副产品约2%；薯干粉成分：含淀粉量70%，水分13%;-淀粉酶用量：8U/g原料；操作参数：淀粉糖转化率98.5%，糖转化率95%，提取阶段分离回收率95%，精制阶段收率98%，得率99%（倒罐率1%），产酸率（即糖发酵液转化率）13%，发酵周期75h，发酵温度（351）

22、，发酵通风量10V/（V发酵液 h）3.1.2 原料消耗计算(以一顿成品柠檬酸为基准)年产5000吨一水柠檬酸，折合成无水柠檬酸，按中国发酵工业协会柠檬酸分会制定的“柠檬酸行业统计办法”，无水柠檬酸为：5000/1.0914=4581.272t/a生产无水柠檬酸的总化学反应式： (C6H10O5)n + nH2O +3n/2 O2 = n C6H8O7 +2nH2O 162 192 X 1000生产100099.5%无水柠檬酸所需的理论淀粉消耗量：X=100016219299.5%=839.53生产100099.5%无水柠檬酸所需实际淀粉消耗量：X98.5%95%95%98%99%=973.4

23、生产100099.5%无水柠檬酸所需实际薯干粉原料消耗量：973.470%=1390.57-淀粉酶消耗量：使用酶活力为20000U/g的-淀粉酶使淀粉液化-淀粉酶按 8U/g原料计算 1390.571000820000=0.563.1.3 发酵醪量的计算根据发酵液转化率为13%：100099.5%（95%98%13%= 8221.13.1.4 接种量的计算接种量为发酵醪量的10%，则：8221.1（10%+100%）10%=747.373.1.5 液化醪量的计算因为成熟蒸煮醪量为：8221.1-747.37-0.56=7473.17则调浆浓度为：1390.577473.17100%=18.6%

24、粉浆的干物质浓度为：973.47473.17100%=13.03%蒸煮直接蒸汽加热，采用连续液化工艺：操作流程：混合后粉浆温度为50，应用喷射液化器迅速使粉浆升温至100。升温后进入维持罐，使料液保温2030min以完成液化，进蒸汽压力保持在0.30.4MPa表压。液化完成的醪液由板式换热器降温至（351）备用。调浆及液化灭菌时产生泡沫可用少量炮敌消泡。工艺计算： 干物质含量B0=70%的薯干原料比热容为：C0=4.18(1-0.7B0)=2.13kJ/(kg)粉浆的干物质浓度为B1=13.03%液化醪的比热容为：C1=B1C0+(1.0-B1)CW=13.03%2.13+(1.0-13.03

25、%)4.18=3.91kJ/(kg)CW水的比热容取 4.18kJ/(kg)为简化计算，定液化醪的比热容在整个过程中维持不变。经喷射液化器前的液化醪量为X：X+X3.91(100-50)(2731.2-1004.18)=7473.17 得出 X=6887.7 其中 2731.2是喷射液化器加热蒸汽0.3MPa的焓。3.1.6 成品柠檬酸日产柠檬酸量为：15.271t/d即结晶液中柠檬酸的含量为：15.271t/d需精制液只能够柠檬酸含量为：15.27198%=15.583t/d需分离液中柠檬酸的含量为：15.271（95%98%)=16.403t/d3.1.7年产5000吨一水柠檬酸总物料衡算

26、（即对生产4581.272t/a99.5%无水柠檬酸的薯干原料柠檬酸厂进行计算）柠檬酸成品日产无水柠檬酸量：15.271t日产副产品量：15.271/98%2%=0.312t日产总量：15.583t年产无水柠檬酸量：581.272t年产副产品量：0.312300=93.6t年产总量：4674.872t原料薯干用量日耗量：1390.5715.583（日产总量）1000=21.669t年耗量：21.669300=6500.7t根据以上计算，将物料衡算结果列表如下物料名称每吨产品耗物量年产5000吨耗物量（kg)(t/d)(t/a)柠檬酸98015.2714581.3副产品200.31293.6薯干

27、原料1390.5721.6696500.7淀粉973.415.16834550.49-淀粉酶0.560.00872.61发酵醪8221.1128.10938432.7接种量747.3711.6463493.8成熟蒸煮醪7473.17116.45434936.2薯干浆量19806.17308.63892591.4表3-1 5000t/a 柠檬酸厂物料衡算表3.2 热量衡算3.2.1 液化热平衡计算喷射加热器耗热由工艺可知：经过喷射加热器温度由50升温至100Q=3.91 kJ/(kg)19806.17kg(100-50)=3872106.2kJ3.2.2 发酵过程中蒸汽耗量的计算计算公式整个生产

28、过程采用蒸汽加热，蒸汽耗用量计算公式为： 式中：为蒸汽的热效率，取=95%；I汽化潜热。基础数据在28下，查的：淀粉的比热容为 1.55 kJ/(kg)；水的比热容为4.174kJ/(kg)；加热蒸汽的热焓为2549.5 kJ/(kg)；加热蒸汽的冷凝水的热焓为1250.60 kJ/(kg)由物料衡算可知，日耗薯干粉量为 21.669t 日耗淀粉量为15.1683t 日耗薯干浆量为308.638t则日耗调浆用水量为：308.638-21.669=286.969t日耗淀粉浆量为：15.1683+286.969=302.1373t淀粉浆中含水量为：286.969302.1373100%=95.0%

29、淀粉浓度为5.0%由此可算出淀粉浆的比热容为：C=1.555.0%+4.17495.0%=4.04 kJ/(kg)生产过程中蒸汽耗量的计算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每罐的初始体积180m，除糖浓度是13g/100ml,灭菌前培养基含糖量为19%，其数量为18013%19%=123.16t灭菌过程中用0.3MPa，蒸汽I=2725.3 kJ/kg,由维持罐（90），进入连消塔加热至130，糖液比热容4.04 kJ/(kg)。每罐灭菌时间3h,输料流量123.163=41.05t/h消毒灭菌用蒸汽量为D=3200/h=3.2t/h；每天培养基灭菌用蒸汽量

30、：3.234=38.4t；所有用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=3.84t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=(0.99-0.66+0.0010t)4.19式中：0.99比热容kJ/kg 柠檬酸质量分数，=15.583128.109100%=12.2% t温度， 带入上式，得：C=(0.99-0.6612.2%+0.001035)4.19=3.96 kJ/kg因此可得 D6=20.556t/d=6166.8t/a将发酵段蒸汽衡量列表如下生产工序日用蒸汽量（t/d)（t/d）平均蒸汽用量（t/h)年用蒸汽量（t/a）培养

31、基灭菌3.843.21152加热发酵醪20.5568.5656166.8空罐灭菌0.3840.16115.2合计24.7811.9257434表3-1 发酵车间蒸汽衡算表3.2.3 发酵过程中冷却水耗量的计算已知发酵过程中的发酵热为4.186000kJ/mh,200m的发酵罐一般装料量为180m（填充系数为0.9），则=83077/h=1993.848t/d=598154.4t/a已知25m的种子罐（填充系数0.7），装料量为17.5m=8077kg/h=193.85t/d=58155t/a将发酵段冷却水衡算列表如下：生产工序平均耗水量（kg/h）日耗水量（t/d）年耗水量（t/a）发酵罐用水

32、830771993.848598154.4种子罐用水8077193.8558155合计911542187.698656309.4表3-3 发酵车间冷却水衡算表3.2.4发酵过程中无菌空气耗量的计算单个发酵罐耗用无菌空气量计算公式：V=发酵罐体积通气速率填充系数已知：发酵罐体积为200m；通气速率为0.18vvm；填充系数为60%则V=2000.1860%=21.6m/h单个种子罐耗用无菌空气量取种子罐的无菌空气耗量为发酵过程无菌空气耗量的25%则V=25%V=0.2521.6=5.4m/h 将发酵车间蒸汽衡算列表如下：设备名称单罐每小时通气量（m/h)单罐每日用气量（m/d)单罐每年用气量（m

33、/a）年总用量（m/a）发酵罐21.6518.4155520311040种子罐5.4129.63888077760总用量27648194400388800表3-4 发酵车间无菌空气耗用量衡算表3.2.5生产成本 利润估算 柠檬酸的成本估算（每吨）名称单价（元/kg）用量（kg）金额（元）薯干2.614003640糖浆7.632243.2碳酸钙0.83628.8硫酸1.14852.8活性炭（脱色）3.292294.2a-淀粉酶700.5639.2纸箱42501000包装（瓶）0.122000240合计5538.4以下均以年为单位，原料情况，销售情况见表生产总费用：以下安全年计算 （1） 用水：年

34、耗水量（t）x水费（元/吨） = 656309.4x2.5=164.07万元（2） 用电：年耗电量x电费（元）=8190000x1=819万元（3） 用汽：年耗气量x汽费（元/吨）=388800（立方米）x 0.159=6.2134万元合计生产总费用：989.2834万元利润估算表品名 产品量 原产量 成本费用 销售价格 销售收入 利润 （吨） （吨） （元/吨） （元/吨） （万元） （万元）柠檬酸 5000 5310 3758.48 15000 7500 3741.51 第四章 设备选型4.1主要设备的选型4.1.1 发酵罐的选型发酵罐是整个工艺流程中最重要的一个设备。当前，我国柠檬酸发酵

35、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，技术成熟可靠，成功率较高。生物反应发酵罐一般有20m、30m、50m、60m、75m、150m、200m等，国内一般为100-500m，而国外则都在400-500m，最大可能为1000m以上。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200m的新型通风发酵罐。现以此类发酵罐进行设计选型。4.1.1.1 发酵罐容积和台数的确定发酵初糖浓度：由物料衡算可知，发酵液中柠

36、檬酸的含量为16.403t/d，则根据：C6H12O6 C6H8O7180 192可算出葡萄糖量为：16.403180192=15.378t/d则发酵初糖浓度为：15.378128.109100%=12%生产能力的计算：现每天生产99.5%纯度的柠檬酸15.271t，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99.5%的柠檬酸15.271t，每吨100%的柠檬酸液需糖液7.58m。V糖=7.5815.271=115.754m设发酵罐的填充系数=90%，则每天需要发酵罐的总体积为V0（发酵周期为48h）。V0=V=115.7540

37、.9=128.62m发酵罐个数的确定： 现选择公称容积为200m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N1。查资料知公称容积为200m的发酵罐，总容积为230m，则：每台罐的产量为：2000.913%1.1195%98%=24.2t发酵罐所需个数=1.972。取整为2。即需要公称容积为200m的发酵罐2个，可保证生产质量。每日投放罐次：15.271/24.2=0.63,取整到1次，日运转1.9726675=1.935其中发酵时间为66h，发酵操作时间为75h。4.1.1.2 发酵罐主要尺寸计算现按公称容积200m的发酵罐计算V=V桶+2V封=230m,封头（上封口）折边忽略不计，

38、则V=0.785D2 2D+/12D=230解方程得：D=5.009（m） 取D=5m，H=10m；根据发酵工厂设计概论通用发酵罐系数表查得封头高H=300mm从而定容积 V=V桶+2V封 = =0.78525+3.145/12 =229 m 230m 从而满足设计4.1.1.3 发酵罐冷却面积计算对于柠檬酸发酵，每立方米发酵液，每小时传给冷却器得最大热量约为4.186000 kJ/（mh），取经验值 K=4.18500 kJ/（mh）。 3535 1528 20 7带入得即平均温差为12.4对公称体积200m的发酵罐，每次放2罐，每罐实际装液量为：115.754/2=57.877m换热面积A

39、=Q/（Ktm）=（4.18600057.877）/（4.1850012.4）=56.01m4.1.1.4 发酵罐搅拌器的计算采用六弯叶涡轮搅拌器搅拌器尺寸 搅拌器叶径 d=D/3=1.67m，取d=1.7m 叶宽 B=0.2d=0.34m 弧长 I=0.375d=0.64m 底距 C=D/3=1.67m，取C=1.7m 盘径 d1=0.75d=1.28m 叶弦长 L=0.25d=0.43m 叶距 Y=D=5m 弯叶板厚 =12mm转速 取四档搅拌，搅拌速度N可根据50m罐，搅拌器直径1.05m，转速n=110r/min,以等P1/N为放大标准放大求得 N2=N1(D1/D2)2/3=80(r

40、/min)计算搅拌轴功率雷诺数试中：D- 搅拌器直径，为1.7m N- 搅拌器转速，为80/60=1.33 r/s -醪液密度，为1050 kg/m -醪液粘度，为1.310-3Ns/m代人数据 =1.71.331050/1.310-3=3.1106 104则为湍流，查阅发酵设备知搅拌功率准数Np=4.7不通气时的搅拌轴功率 P1P1=NpN3D5=4.71.333 1.75 1050=168.849 kW四档功率则为P=4P1=675.396 kW通气时的搅拌轴功率 P2 式中：P1 =4.56105；D=4.913106；Q为通风量（ml/min），通风比取0.11，则Q=2000.90.

41、11106=1.98107 Q0.08=3.835P2=2.2510-3 (4.56105 804.913106/3.835)0.39=482.326 kW 4.1.2 种子罐的选型 种子罐采用的也是机械搅拌通风发酵罐。一般种子罐有5m、20m、50m等。4.1.2.1 种子罐容积和台数的确定种子罐容积的确定:接种量按10%计算，则种子罐容积为 V种子=V发酵 10%=2300.1=23m种子罐个数的确定：种子罐作为二级发酵设备是负责将一级种子进行扩大培养并随后接入三级发酵罐中进行发酵，故一般为便于生产一个三级发酵罐配套一个二级发酵罐，由前面运算知应需要2个三级发酵罐，故种子罐则也需要2个。4

42、.1.2.2 种子罐主要尺寸计算计算与发酵罐的尺寸计算类似V=V桶+2V封=23m V=0.785D2 2D+/12D=23 解出 D=2.325m，取D=2.4m=2400mm则H=2D=4.8m实际容积为V=0.78522.43+3.142.43/12=25.3m23m可以满足工艺设计要求。4.1.2.3 种子罐型号的确定由上述计算可知，应选用容积为30m的机械搅拌通风式发酵罐作为种子罐。 4.2 辅助设备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、设备投资少。4.2.1 调浆桶的选型薯干浆的流量

43、为G=26.9kg/h,即V=G=26.91.66=16.20m/h。设料液滞留时间为30min。V有效=V=16.2030/60=8.1m设备数量的计算 N=V有效/(V单) 为填充系数，=70%；V单为单台设备容积（m），V单=6m N=8.1/（670%）=1.93台，取2台根据以上计算，应选用2个容积为6m的调浆罐。4.2.2 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0.4m/s加热器长度L L=vt=4 m蒸汽耗量流量G=26.9kg/h Cp=3.92 kJ/(kg) 温度由50加热到100，加热蒸汽P=0.42MPa饱和蒸汽温度145，干饱和蒸汽热焓为65

44、4.34.18 kJ/kg，比容v=0.45m/kg，100饱和蒸汽热焓量为1004.18 kJ/kg=2275.55 kg/h=5056.78（m/h）计损耗为10%则=5056.781.1=5562.46（m/h）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A= 则 d=取无缝钢管231mm3，则=219mm，可以满足要求。进料管直径计算：同上面的计算方法=16.23m/h，物料流速取0.5m/s则截面积A=0.0090（m），d=0.107m取无缝钢管129mm3，则=117mm，可以满足要求。出料管直径计算：=17.59m/h，物料流速取0.42m/s则A=0.012（

45、m，d=0.122m取无缝钢管144mm3，则=132mm，可以满足要求。4.2.3 其它辅助设备磁力除铁器 选用永磁滚筒,由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。磁芯由锶钙铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成圆弧形并安装在固定的轴上，形成多极头开放磁路。磁芯圆弧表面与滚筒内表面间隙小而均匀（一般小于2mm），滚筒由非磁性材料制成，外表面敷有无毒且耐磨的聚氨酯涂料作保护层，以延长使用寿命。滚筒通过蜗轮蜗杆结构由电动机带动旋转，磁芯固定不动。滚筒质量小，转动惯量小。永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率高（98%以上），特别适合于除去粒状物料中的磁性物质。原料的粉碎装置 选用湿式粉碎

46、机，主要包括：加料器、粉碎机和加热器等几部分。粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机串联使用）。湿式粉碎过程主要是分散微粒化的过程，可分为把颗粒团破碎、解集、润湿、分散和稳定等步骤。带式过滤机 产品提取工序中采用过滤的方法除去发酵液中的及废炭。 带式过滤机，又称带式压榨过滤机，是由两条无端滤带缠绕在一系列顺序排列、大小不等的辊轮上，利用滤带间的挤压和剪切作用脱除料浆中水分的一种过滤设备。具有结构简单，脱水效率高，处理量大，能耗少，噪声低，自动化程度高，可以连续作业，易于维护等优点，其成本和运行费用比板框压滤机降低 30% 以上。带式过滤机的工作原理大体分为 4 个阶段： 预处理阶段。原始料浆的含

47、固量一般很低，必须利用重力沉降或其他方式提高料浆浓度，以降低处理成本。常用的预处理方式是：将浓缩后的污泥与高分子絮凝剂混合，物料在絮凝剂作用下，微细颗粒凝聚团状，并初步沉淀，这是污泥上机脱水的准备条件。 重力脱水阶段。将絮凝预处理后的污泥加到滤带上，在重力的作用下，絮团之外的自由水便穿过滤带滤出，降低了污泥的含水量。楔形预压脱水阶段。污泥在重力脱水后开始进入楔形压榨区段，滤带间隙逐渐缩小，开始对污泥施加挤压和剪切作用，使污泥再次脱水。经过此阶段后污泥流动性几乎完全丧失，从而保证了在正常情况下污泥在压榨脱水段不会被挤出。压榨脱水阶段。污泥经过精心设计的压榨辊系的反复挤压与剪切作用，脱去大量毛细作

48、用水，使污泥水分逐渐减少，形成污泥滤饼，在重选滤带分开处，滤饼被卸料刮刀刮下。卸料后滤布经清洗进入下一下循环。降膜蒸发器降膜蒸发是将料液自降膜蒸发器加热室上管箱加入，经液体分布及成膜装置，均匀分配到各换热管内，在重力和真空诱导及气流作用下，成均匀膜状自上而下流动。流动过程中，被壳程加热介质加热汽化，产生的蒸汽与液相共同进入蒸发器的分离室，汽液经充分分离，蒸汽进入冷凝器冷凝（单效操作）或进入下一效蒸发器作为加热介质，从而实现多效操作，液相则由分离室排出。设备主体由、效加热器、分离器、热压泵、冷凝器、杀菌器、保温管、料泵、水泵及仪表柜组成。本设备凡和物料接触均用优质不锈钢制作。序号设备名称规格与型

49、号台数材料1发酵罐公称容积200m，5000mm21Gr18Ni9Ti钢2种子罐公称容积30m，2400mm2A3钢3预过滤器JLS-Yu-0452金属镍4蒸汽过滤器JLS-F-0352金属镍5金属过滤器JLS-0452金属镍6液化醪泵IS80-50-2001机体铸铁7种子液输送泵IS80-50-2002机体铸铁8发酵醪液输送泵IS80-50-2002机体铸铁9自来水输送泵IS80-50-2001机体铸铁10发酵醪贮罐V=367.2m11Gr18Ni9Ti钢11调浆桶V=6m21Gr18Ni9Ti钢12液化维持罐V=12m11Gr18Ni9Ti钢表4-1 年产5000t柠檬酸发酵车间设备一览表第五章 全厂车间布置概况5.1 厂址选择5.1.1 厂址选择的一般性原则要符合所在地区工业布局以及产品供需安排的要求，符合城市规划或工业区域规划，按照国家有关法律、法规及建设前期工作的规定进行。尽可能节约占地面积，少占或不占良田、耕地，充分利用所在地区的有利条件，避开或克服不利条件，充分利用当地人力、财力和自然资源，保护环境。交通运输条件比较方便、经济，使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合理运输，总体经济效益好，有利于加快国民经济发展和人民生活的提高。 5.1.2 本设计的厂址选择本设计“柠檬酸发酵车间”只是个最初理论的设计，具有许多的局限性，具体厂址选择还要结合柠