《生物制品工藝學》課程設(shè)計說明書年產(chǎn)6萬噸檸檬酸發(fā)酵車間的設(shè)計院（部）名稱姓名專業(yè)學號完成日期生物科學與工程學院生物工程20082011/7/1目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 2\o"CurrentDocument"1前言 3\o"CurrentDocument"1.1檸檬酸的性質(zhì)和用途 3\o"CurrentDocument"1.2檸檬酸的來源和發(fā)展情況 3\o"CurrentDocument"2生產(chǎn)工藝 4\o"CurrentDocument"2.1生產(chǎn)方法 4\o"CurrentDocument"2.2工藝流程 42.3操作工藝 錯誤！未定義書簽。2.3.1原料的處理 錯誤！未定義書簽。2.3.2發(fā)酵工序 錯誤！未定義書簽。2.3.3醪液處理工序 錯誤！未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z2.3.4提取工段 52.3.5精制工段 63工藝計算書 錯誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"3.1工藝技術(shù)指標及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 7\o"CurrentDocument"3.2原料消耗計算（基準：一噸成品檸檬酸） 7\o"CurrentDocument"3.3發(fā)酵醪量的計算 8\o"CurrentDocument"3.4接種量 8\o"CurrentDocument"3.5液化醪量計算 8\o"CurrentDocument"3.6成品檸檬酸 8\o"CurrentDocument"3.7淀粉質(zhì)原料年產(chǎn)3萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算 9\o"CurrentDocument"4發(fā)酵車間和糖化車間的設(shè)備選型 10\o"CurrentDocument"5全廠及車間布置 11\o"CurrentDocument"6結(jié)束語 12參考文獻 錯誤！未定義書簽。摘要檸檬酸作為當今世界第一有機酸，在食品、醫(yī)藥、化學工業(yè)等方面應(yīng)用十分廣泛。本設(shè)計采用薯干原料發(fā)酵，只需將薯干磨成粉，加水調(diào)漿，直接加入少量a一淀粉酶液化后滅菌、冷卻即可接種發(fā)酵。制備檸檬酸一般采用曬干的薯干作為原料，本設(shè)計采用液體深層好氧發(fā)酵、鈣鹽法提取技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸。這兩種方法都是國內(nèi)比較流行的生產(chǎn)方法，有著大量的實際經(jīng)驗，易于操作，風險小。本設(shè)計以年產(chǎn)量60000為規(guī)模為糖化、發(fā)酵車間的設(shè)計，著重于這兩個車間的工藝計算、設(shè)備選型。通過全廠物料衡算、車間熱量衡算，確定糖化、發(fā)酵車間主要設(shè)備發(fā)酵罐、種子罐、車間管道的設(shè)計和選型以及全廠及車間布置。本設(shè)計還包括發(fā)酵罐，全廠平面圖，車間平面布置圖，工藝流程圖。關(guān)鍵詞：薯干，黑曲霉，檸檬酸，設(shè)備設(shè)計和選型，廠房布局1前言1.1檸檬酸的性質(zhì)和用途檸檬酸（醫(yī)藥工業(yè)界習慣上稱其為“枸椽酸”），學名為2-羥基-丙烷三羧酸，結(jié)構(gòu)式為：分子式C6H8O7,是當今世界第一有機酸。檸檬酸在自然界中分布很廣,主要存在于檸檬、柑橘等。檸檬酸具有宜人風味、高的水溶性和強的金屬螯合力，長期以來占據(jù)食用酸味劑70%左右的市場份額，除可口可樂和純果汁以外，幾乎所有的飲料（包括固體和液體）都使用檸檬酸作為酸味劑。此外，食品加工和奶制品也添加檸檬酸或檸檬酸鹽。檸檬酸除用于食品和醫(yī)藥工業(yè)外，最大的用途是代替三聚磷酸鈉作為洗滌劑的助洗劑，20世紀90年代初，國外還有人發(fā)現(xiàn)檸檬酸加入混凝土中可作為一種“減水劑”，并能提高混凝土的凝固強度。檸檬酸早已成為現(xiàn)代食品、醫(yī)藥業(yè)、日化行業(yè)及其他工業(yè)的重要原料。1.2檸檬酸的來源和發(fā)展情況1784年瑞典科學家Scheele首次從檸檬汁中結(jié)晶出固體檸檬酸。1860年意大利開始用添加石灰乳的方法從果汁中得到檸檬酸，從而進行了工業(yè)化生產(chǎn)。直到20世紀初，檸檬酸主要是從檸檬中提取產(chǎn)量很低，主要應(yīng)用于食品工業(yè)和洗滌劑，主要產(chǎn)地以意大利的西西里島為主。1893年德國微生物學者Wehmer發(fā)現(xiàn)一種青霉能夠積累檸檬酸，但未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1917年，美國學者Currie發(fā)現(xiàn)了一株產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉，并通過美國的Pfizer（輝瑞）公司于1923年采用淺盤發(fā)酵實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。1952年，美國的Miles公司首先成功地采用液體深層發(fā)酵工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸。到2000年，全球檸檬酸的年生產(chǎn)能力在90萬噸以上，并一直保持比較平穩(wěn)的發(fā)展速度。我國檸檬酸生產(chǎn)成本較低，在國際市場上具有較強的競爭力。近年來我國檸檬酸的年出口量一直保持在10萬噸以上，隨著墨西哥、日本和美國的不少生產(chǎn)企業(yè)相繼關(guān)閉其檸檬酸生產(chǎn)線，今后我國檸檬酸將在國際市場上占主導(dǎo)地位、出口前景看好。2生產(chǎn)工藝2.1生產(chǎn)方法本次生產(chǎn)工藝設(shè)計以薯干為原料，采用直接粉碎、調(diào)漿、液化，進行好氣液體深層發(fā)酵，鈣鹽法提取，最后結(jié)晶、干燥得到檸檬酸。2.2工藝流程本次生產(chǎn)工藝的基本過程是：在接收糖漿后，根據(jù)糖漿組成作適當?shù)奶幚砘蚺渲?，配成發(fā)酵原料，進行連續(xù)殺菌并冷卻后，進入發(fā)酵罐，加入菌種和凈化壓縮空氣后進行發(fā)酵；發(fā)酵液經(jīng)升溫、過濾處理后，進入中和罐，用CaCl2中和處理；再經(jīng)過過濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再加a2CO3,并加入活性炭進行脫色；然后，通過帶式過濾機過濾、酸解過濾，除去CaCO3及廢炭；酸解過濾液經(jīng)離子交換處理后，進行蒸發(fā)、濃縮，再進行結(jié)晶；結(jié)晶后，用離心機進行固液分離，對得到的濕檸檬酸晶體進行干燥與篩選，最后得到成品的檸檬酸。2.3操作工藝2.3.1原料處理根據(jù)發(fā)酵的要求，對薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調(diào)漿、液化、連續(xù)滅菌的處理方法；以薯干原料生產(chǎn)時，根據(jù)我國薯干粗料的特征，發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉運至備料車間，經(jīng)過磁選裝置除去原料中含鐵雜質(zhì)，以保護設(shè)備。然后進入粗粉碎機，將薯干先軋成1—3cm大小的小塊，以提高磨粉機的效率，便于物料的輸送。粗碎后，由斗式提升機提送至中間粉倉，由粉倉落入磨粉機粉碎，粉碎后進入粉倉再經(jīng)計量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時加入淀粉酶升溫液化。液化完成后送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車間。2.3.2發(fā)酵工序由備料車間提供的經(jīng)連續(xù)滅菌并冷卻的料液，通過滅菌管道泵入已空消滅菌待料的發(fā)酵罐（或種子罐），通過差壓法或零磅火焰倒種法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風、攪拌情況下，進行發(fā)酵或培養(yǎng)。在發(fā)酵培養(yǎng)過程中，對罐溫、罐壓、通風量、攪拌轉(zhuǎn)速等實行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測原糖消耗情況、菌種生長狀態(tài)、pH值、泡沫等變化情況。根據(jù)發(fā)酵的工藝特性要求，及時調(diào)整控制發(fā)酵工藝過程，以獲得最佳工藝產(chǎn)酸率或種罐菌種活力，一般經(jīng)66小時（種罐約25小時）培養(yǎng)，大罐在殘?zhí)侵笜?、產(chǎn)酸情況達到放罐條件即可放罐；種罐菌種活力及菌群數(shù)量達標后，即可移種。在發(fā)酵或培種過程的定期檢測中，若發(fā)現(xiàn)異常情況，如染菌等，應(yīng)針對具體情況及時處理，對中、前期染菌，可加大種量形成主菌群生長優(yōu)勢，或及時罐實消，補入適當營養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時可加強監(jiān)控，提前放罐；對倒罐等應(yīng)予滅菌排放處理，并認真查找原因，進一步強化滅菌操作中的各個環(huán)節(jié)。2.3.3醪液處理工序檸檬酸發(fā)酵完成后，應(yīng)即時進行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設(shè)備利用率，增設(shè)醪液貯罐，通過熱交換器，及時將醪液加熱登0°C后進入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過濾機，除掉固形物及菌體殘渣，將清醪液泵入下道工序。2.3.4提取工段由壓濾工段送來的檸檬酸清醪液泵入中和罐，在80C下進行中和。碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機送入車間，經(jīng)無級調(diào)速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反應(yīng)均勻，經(jīng)終點檢測合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過濾機中，將固體檸檬酸鈣從懸浮液中分離出來，為滿足玉米原料及薯干原料生產(chǎn)工藝的雙重要求，中和帶式過濾機用特定的加長、強洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時的中和洗糖要求及成品的指標控制，要求并使中和廢水經(jīng)分流至污水處理站。分離后的檸檬酸鈣經(jīng)卸料螺旋送至酸解桶中，由熱水或酸解液調(diào)漿，濃硫酸由酸堿站泵入，再計量到酸堿桶中與檸檬酸鈣在80°C下生成硫酸鈣與檸檬酸的懸濁液送入酸解帶式過濾機進行過濾，清洗液即稀酸解液收集用于調(diào)漿，硫酸鈣運至渣場綜合利用，檸檬酸酸解送精制工段。2.3.5精制工段離子交換與脫色檸檬酸液從暫貯灌中泵送離交純化工序，經(jīng)由陽離于交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色除去色澤及影響成品質(zhì)量加速設(shè)備腐蝕的陰陽離子，陰陽樹脂需經(jīng)過酸洗、堿洗再生處理，離交后的檸檬酸精制母液送入蒸發(fā)工序。蒸發(fā)與結(jié)晶在提純?nèi)芤哼M入蒸發(fā)部分前，通過精過濾器除去清液中的微小樹脂顆粒。精濾后的溶液經(jīng)熱交換器預(yù)熱后送至雙效真空濃縮器經(jīng)濃縮至特定濃度后，轉(zhuǎn)入真空結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進行結(jié)晶。以確定產(chǎn)品（一水產(chǎn)品或無水產(chǎn)品），再經(jīng)分離將檸檬酸晶粒從液相中分離出來，液相（母液）在分離后分別放至各級母液貯罐，根據(jù)其雜質(zhì)離交濃度情況，送往重新蒸發(fā)式回流到前工序處理提純，晶體送往干燥機。干燥與包裝從離心機分離出來的濕檸檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根據(jù)生產(chǎn)品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進行干燥，排空經(jīng)濕式旋風分離器處理排放，干燥后的檸檬酸晶粒通過傳送裝置運到篩選機，不合格顆粒被篩分出來，溶解后返回到結(jié)晶系統(tǒng)，檸檬酸成品進行定量、包裝，存放。3工藝計算3.1工藝技術(shù)指標及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模：60000t/a99.5%一水檸檬酸折合成54975.264t/a99.5%無水檸檬酸；生產(chǎn)方法：外加耐高溫a-淀粉酶液化，深層液體發(fā)酵，鈣鹽干法提取；生產(chǎn)天數(shù)：每年300天；食用99.5%無水檸檬酸日產(chǎn)量：54975.264：300=183.25t，取整數(shù)為184t；食用99.5%無水檸檬酸年產(chǎn)量：184X300=55200t；產(chǎn)品質(zhì)量：國際食用檸檬酸99.5%(質(zhì)量分數(shù))，實際產(chǎn)率98%，副產(chǎn)品約占2%；薯干粉成分：含淀粉量65%，水分14%;a-淀粉酶用量：5U/g原料，淀粉酶活力為3000U/g;無水氯化鈣用量：0.1%；碳酸鈉用量：0.15%操作參數(shù)：淀粉糖轉(zhuǎn)化率98.5%，糖酸轉(zhuǎn)化率95%，提取階段分離收率95%，精制階段收率98%，倒罐率1%則其得率為1-1%=99%；產(chǎn)酸率(即糖發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率)13%.3.2原料消耗計算(基準：一噸成品檸檬酸)年產(chǎn)6萬噸一水檸檬酸，折合無水檸檬酸，按1995年5月，中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會檸檬酸分會制定的“檸檬酸行業(yè)統(tǒng)計辦法”：無水檸檬酸需要量為：60000：1.0914=54975.26/a生產(chǎn)無水檸檬酸的總化學反應(yīng)式：(CHO)+nHO+3n/2O=nCHO+2nHOTOC\o"1-5"\h\z6 105n2 2 6 87 2162 192X 1000生產(chǎn)1000kg99.5%無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量：X=1000X(162：192)X99.5%=839.53kg生產(chǎn)1000kg99.5%無水檸檬酸所需實際淀粉消耗量：X：(98.5%X95%X95%X98%X99%)=973.4kg生產(chǎn)1000kg99.5%無水檸檬酸所需實際薯干粉原料消耗量：973.4：65%=1497.54kga-淀粉酶的消耗量：應(yīng)用酶活力為3000u/g的a-淀粉酶使淀粉液化。a-淀粉酶用量按5u/g原料計算；有：1497.54X103X5：3000=2.49kg3.3發(fā)酵醪量的計算根據(jù)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化率為13%：1000X99.5%：(95%X98%X13%)=8221.1kg3.4接種量接種量為發(fā)酵醪的10%,則：x/(發(fā)酵醪-x)*100%=10%x=747.37Kg3.5液化醪量計算因為成熟蒸煮醪為：成熟醪量=發(fā)酵醪量-接種量=8221.1-747.37-2.49=7471.24Kg3.6成品檸檬酸日產(chǎn)檸檬酸量為：55200：300=184t/d即結(jié)晶液中檸檬酸的含量為：184t/d需精制液中檸檬酸含量為：184：98%=187.755t/d需分離液中檸檬酸的含量為：184：(95%X98%)=197.64t/d3.7淀粉質(zhì)原料年產(chǎn)6萬噸一水檸檬酸廠總物料衡算即對生產(chǎn)54975.264t/a99.5%無水檸檬酸的薯干原料檸檬酸廠進行計算。檸檬酸成品日產(chǎn)食用99.5%無水檸檬酸量為183.25t，取整數(shù)為184日產(chǎn)副產(chǎn)品為：184X2^98=3.755則日產(chǎn)總量為：624.48t實際年產(chǎn)量為：食用檸檬酸量為：184X300=55200t/a副產(chǎn)物為：3.755X300=1126.5t/a總產(chǎn)量為：56326.5t/a主要原料薯干用量日耗量：1497.54X10-3X624.48=935.18t年耗量：935.18X300=280554t根據(jù)以上計算，將物料衡算結(jié)果列于表3-1。表3-160000t/a料檸檬酸廠物料衡算表物料名稱每噸產(chǎn)品耗物量(kg)年產(chǎn)6萬噸耗物量每天(t/d)每年(t/a)食用檸檬酸98018455200副產(chǎn)品203.7551126.5薯干原料1497.54935.18280554淀粉973.4182.7654830a-淀粉酶2.490.46140發(fā)酵醪8221.11542.6463078接種量747.37140.3242098成熟蒸煮醪7471.241403.26420980無水氯化鈣10.187856.32碳酸鈉1.50.281684.492

4發(fā)酵車間和糖化車間的設(shè)備選型表4-1年產(chǎn)6萬噸檸檬酸工廠糖化、發(fā)酵車間設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱規(guī)格與型號材料備注1發(fā)酵罐公稱容積200m3，1Gr18Ni9Ti鋼專業(yè)①5000mm設(shè)備2種子罐公稱容積30m3，A3鋼專業(yè)①2400mm設(shè)備3預(yù)過濾器JLS-Yu-045金屬鎳專業(yè)設(shè)備4蒸汽過濾器JLS-F-035金屬鎳專業(yè)設(shè)備5金屬過濾器JLS-045金屬鎳專業(yè)設(shè)備6液化醪泵IS80-50-200機體鑄鐵通用設(shè)備7硫酸銨溶液輸IS80-50-200機體鑄鐵通用送泵設(shè)備8種子液輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵通用設(shè)備9發(fā)酵液輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵通用設(shè)備10自來水輸送泵IS80-50-200機體鑄鐵通用設(shè)備11硫酸銨貯罐V=93.3m31Cr18Ni9Ti鋼非標準設(shè)備12發(fā)酵醪貯罐V=367.2m31Cr18Ni9Ti鋼非標準設(shè)備13調(diào)漿桶V=6m31Cr18Ni9Ti鋼專業(yè)設(shè)備14液化維持罐V=12m31Cr18Ni9Ti鋼專業(yè)設(shè)備5全廠及車間布置本設(shè)計以年產(chǎn)60000噸一水檸檬酸廠發(fā)酵車間工藝為標準，全廠的布局參考了某公司的各個車間的布局。此基礎(chǔ)上，又做了一定的修改。作為一個面向現(xiàn)代化的檸檬酸工廠，在設(shè)計中廠區(qū)的交通，衛(wèi)生，環(huán)境要求都比較高，各車間的布局要合理，便于生產(chǎn)的順利進行，將生產(chǎn)區(qū)和辦公大樓分開建設(shè)，一個完善而先進的污水處理站也是必需的。同時，還應(yīng)該有職工活動中心等。車間布置設(shè)計的目的是對廠房的配置和設(shè)備的排列作出合理的安排，并決定車間，工段的長度，高度和建筑結(jié)構(gòu)形式，以及各車間之間與工段之間的相互關(guān)系。車間布置設(shè)計必須在充分調(diào)查生產(chǎn)工藝流程圖，物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)，設(shè)備資料，公用系統(tǒng)耗用量，土建資料和勞動安全，防火，防爆資料，車間組織及定員資料，廠區(qū)總平面布置等有關(guān)布置方面的一些規(guī)范資料的基礎(chǔ)上進行。檸檬