1、巢 湖 學 院課程設計報告題目： 年產10萬噸12°啤酒發酵車間（工廠）設計 Annual output of 100000 tons of 12 ° beer fermentation plant (plant) design學 院 化學化工與生命科學學院 專 業 生物工程 班 級 10生物工程 姓 名 楊國樑 學 號 10008054 指導老師 陳小舉 2013年11月14日課程設計成績評定表學生姓名： 楊國樑 學號： 10008054 專業班級： 10級生物工程 課程設計題目： 年產10萬噸12°啤酒發酵車間（工廠）設計 課程設計報告評語：課程設計總評成績

2、指導老師（簽字）： 年 月 日課程設計任務書 2013-2014 學年 第 一 學期 化學化工與生命科學學院 學院 10生物工程 專業 設計題目： 年產10萬噸12°啤酒發酵車間（工廠）設計 完成期限：自 2013年10月14日至 2013 年11月14日 共 四 周一.設計依據參照啤酒的原料及輔料等的國家標準，以及食品企業通用衛生規范，污水綜合排放標準等。二.設計內容 本次生產主要是進行年產100000t啤酒發酵工廠設計。設計的主要進行： 1、設計生產能力為100000t。 2、生產方法 本設計采用好氣液體深層發酵技術。 生產工藝如下：斜面菌種 孢子懸浮液種子罐 發酵罐發酵液中和新

3、鮮空氣空氣過濾器無菌空氣 過濾酸解脫色過濾蒸發結晶離心分離干燥篩選成品檸檬酸3.原料和動力（水、電、氣）的供應情況 (1).原料原料從當地直接收購，當原料不足時可以從周邊地區收購，是達到生產用量。 （2）.動力 1）.用電：計劃在廠區附近新建710kva變電站一座以保證該工廠生產用電。 2）.用煤：燃煤主要用作鍋爐生產用煤和冬季取暖用煤，可在附近煤礦選購。 3）.供水：由工業園區供水系統供應，可滿足工廠生產及生活用水，供水有保障。 4.生產成本估算本設計需要將相關的經濟指標進行簡單的估算，通過生產成本的估算將設計中的具體數值轉化為經濟指標，從經濟方面再次修正相關設計。 5.三廢治理本設計采用完

4、全混合活性污泥法特別適用于有機物含量高的污水處理，在合適的濃度范圍內對與微生物毒性物質可以有優良的去除效果。三.設計成果形式 完成設計說明書： 1張CAD平面設計圖紙：圖1-1生產工藝流程示意圖 1張CAD平面設計圖紙：圖1-2廠區總平面四.工作計劃和進度 設計進度安排（1）2011年12月1-2日 完成開題報告。（2）2011年12月3-5日 查閱相關資料。（3）2011年12月8-25日 完成設計的撰寫和圖紙的繪制 （4）2011年12月25-30日 修改設計目 錄第一章 緒論 ·········&#

5、183;···································11 1.1 檸檬酸的性質和用途···········

6、3;·····················11 1.2 檸檬酸的來源和發展情況·························

7、3;···11第二章 生產工藝 ········································12 2.1 生產方法···

8、········································12 2.2 工藝流程········&

9、#183;··································13 2.3 操作工藝·············&#

10、183;·····························13 2.3.1 原料的處理··················

11、·················13 2.3.2 發酵工序·······························

12、;······13 2.3.3 醪液處理工序·································14 2.3.4 提取工序······&

13、#183;······························14 2.3.5 精制工序·················

14、····················14第三章 工藝計算 ····························&

15、#183;············15 3.1 物料衡算···································&#

16、183;·······15 3.1.1 工藝技術指標及基礎數據·······················16 3.1.2 原料消耗計算·············

17、83;···················16 3.1.3 發酵醪量的計算····························

18、;···16 3.1.4 接種量的計算·································17 3.1.5 液化醪量的計算········

19、3;······················17 3.1.6 成品檸檬酸·························&#

20、183;·········18 3.1.7 年產5000噸一水檸檬酸總物料衡算··············18 3.2 熱量衡算····················&

21、#183;······················19 3.2.1 液化熱平衡計算························

22、83;······19 3.2.2 發酵過程中蒸汽耗量的計算·····················20 3.2.3 發酵過程中冷卻水耗量的計算···············&#

23、183;···21 3.2.4 發酵過程中無菌空氣耗量的計算·················223.2.5生產成本及利潤估算·······················

24、;···· 23第四章 設備選型··········································24 4.1主要設備的選

25、型······································24 4.1.1 發酵罐的選型·········&#

26、183;·······················24 4.1.2 種子罐的選型························

27、;·········27 4.2 輔助設備選型······································

28、3;28 4.2.1 調漿桶的選型·································28 4.2.2 噴射加熱器的選型···········&#

29、183;·················31 4.2.3 其它輔助設備······························

30、;···31第五章 全廠車間布置概況··································32 5.1 廠址選擇········

31、3;··································32 5.1.1 廠址選擇的一般性原則············

32、83;············32 5.1.2 本設計的廠址選擇·····························32 5.2 車間布置····

33、;·······································33 5.2.1 車間布置的基本原則和要求·······&#

34、183;·············33 5.2.2 本設計的車間布置·····························34 5.3 發酵廠衛生問題··&

35、#183;··································35第六章 廢物處理·············

36、83;····························35 6.1 發酵工廠污染概況···················

37、················35 6.2 檸檬酸工廠的“三廢”處理····························36 6.2.1 檸檬酸發酵有機廢

38、水的處理·····················37 6.2.2 檸檬酸發酵廢氣的處理·························3

39、8 6.2.3 檸檬酸發酵廢渣的處理·························39第七章 結束語····················

40、83;·······················39致謝··························

41、;····················40 參考文獻····························

42、3;·············41附圖····································

43、··········42摘 要本次設計主要是進行年產5000噸檸檬酸發酵工廠設計。本設計針對5000噸檸檬酸項目的需要，進行了廠區平面設計、產品方案及工藝的確定、物料衡算等工作。在生產流程中，采用液體深層發酵技術進行檸檬酸發酵的生產，全年產量為5000噸，每年生產300天，每日生產152.71噸。為了保障生產順利進行，還進行了水、電、氣的衡算和三廢的治理。關鍵字：檸檬酸 工廠設計 效益分析 生產工藝 AbstractThis is designed for an annual output of

44、 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 fermentation technology dee

45、p 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 acid plant de

46、sign efficiency analysis of production process第一章 緒論本設計采用薯干原料發酵，只需將薯干磨成粉，加水調漿，直接加入少量淀粉酶液化后滅菌、冷卻即可接種發酵。制備檸檬酸一般采用曬干的薯干作為原料。其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白質6%左右。薯干原料中的蛋白質可作為氮源供菌體生長。薯干原料中含有鐵、鎂、鉀、鈣等的無機鹽，選用的黑曲霉C0527對這些成分不敏感,故不必對原料做這方面的預處理。本設計采用液體深層好氧發酵、鈣鹽法提取技術生產檸檬酸。這兩種方法都是國內比較流行的生產方法，有著大量的實際經驗，易于操作，風險小。 由于本設計為發酵

47、車間的設計，著重于車間的工藝計算、設備選型。通過全廠物料衡算、車間熱量衡算，確定發酵車間主要設備發酵罐、種子罐的設計和選型以及全廠及車間布置。 本設計還包括發酵罐圖，車間平面布置圖，工藝流程圖。1.1 檸檬酸的性質和用途檸檬酸（citric acid），學名為2-羥基-丙烷三羧酸，結構為 分子量：192.14 ，是一種重要的有機酸。無色晶體，常含一分子結晶水，無臭，有很強的酸味，易溶于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質常用來鑒定和分離檸檬酸。結晶時控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。檸檬酸在自然界分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘、菠蘿等。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

48、占據食用酸味劑70%左右的市場份額，除可口可樂和純果汁以外，幾乎所有的飲料都使用檸檬酸作為酸味劑，通常的添加量為0.25%-0.4%（m/m）。檸檬酸在化學技術上可作化學分析用試劑，用作實驗試劑、色譜分析試劑及生化試劑；用作絡合劑，掩蔽劑；用以配制緩沖溶液。此外，食品加工和奶制品也添加檸檬酸和檸檬酸鹽。據不完全統計，使用檸檬酸的食品或藥品約有上千種之多。檸檬酸除用于食品和醫藥工業以外，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，國外還有人發現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。可以認為，檸檬酸早已成為現代食品、醫藥業、日化行業及其他行業的通用

49、原料。1.2 檸檬酸的來源和發展情況1784年C.W.舍勒首先從柑橘中提取檸檬酸。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，從而進行了工業化生產。直到20世紀初，檸檬酸仍然主要是從檸檬中提取，產量還很低。1893年C.韋默爾發現青霉（屬）菌能積累檸檬酸，但未能實現工業化生產。1917年，柯里發現了一株產檸檬酸的黑曲霉，并通過美國的輝瑞公司于1923年采用淺盤發酵實現了工業化生產，原料主要是糖蜜。1952年美國邁爾斯公司首先成功采用液體深層發酵工業化規模生產檸檬酸。這種新工藝具有很多優越性，因而推動世界檸檬酸工業的迅速發展，也成為了檸檬酸發酵生產的主要工藝。我國的檸檬酸發酵工業：

50、1969年上海酵母廠成功利用薯干粉深層發酵檸檬酸。20世紀80年代，由于出口的需要，我國的檸檬酸生產發展迅速，已成為世界上檸檬酸生產量最大的國家。我國開發的以薯干為原料的產酸菌種具有其獨到的特點，生產成本較低，在國際市場具有較強的競爭力。中國不僅是檸檬酸生產大國，也是出口大國，目前出口量已占總產量的70%-80%。近10年來，由于受出口刺激，中國檸檬酸生產能力和產量都增長很快。1985年，中國檸檬酸產量只有3.7萬噸，2002年已達到約40.0萬噸。目前全國有近90家檸檬酸生產企業，年生產能力近50萬噸，占世界總量的40%多。第二章 生產工藝2.1 生產方法本次生產工藝設計以薯干為原料，采用直

51、接粉碎、調漿、液化，進行好氣液體深層發酵，鈣鹽法提取，最后結晶、干燥得到檸檬酸。2.2 工藝流程基本過程為：在接收糖漿后，根據糖漿組成作適當的處理或配制，配成發酵原料，進行連續殺菌并冷卻后，進入發酵罐，加入菌種和凈化壓縮空氣后進行發酵；發酵液經升溫、過濾處理后，進入中和罐，用中和處理；再經過過濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再添加酸解，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，除去及廢炭；酸解過濾液經離子交換處理后，進行蒸發、濃縮，再進行結晶；結晶后，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，最后得到成品檸檬酸。(見附圖1)2.3操作工藝2.3.1 原料的

52、處理根據發酵的要求，對薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調漿、液化、連續滅菌的處理方法；以薯干原料生產時，根據我國薯干粗料的特征，發酵工藝要求將薯干從平倉運至備料車間，經過磁選裝置除去原料中含鐵雜質，以保護設備。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計量送至配料罐。配料罐內加水調漿，同時加入淀粉酶升溫液化。液化完成后送至連消裝置連續滅菌，再送至發酵車間。2.3.2 發酵工序由備料車間提供的經連續滅菌并冷卻的料液，通過滅菌管道泵入已空消滅菌待料的發酵罐，通過差壓法或零磅火焰倒

53、種法，接入已培養好的檸檬酸菌種，在通風、攪拌情況下，進行發酵或培養。在發酵培養過程中，對罐溫、罐壓、通風量、攪拌轉速等實行連續記錄監控，并定期檢測原糖消耗情況、菌種生長狀態、pH值、泡沫等變化情況。根據發酵的工藝特性要求，及時調整控制發酵工藝過程，以獲得最佳工藝產酸率或種罐菌活力，一般經66小時（種罐約25小時）培養，大罐在殘糖指標、產酸情況達到放罐條件即可放罐；種罐菌活力及菌群數量達標后，即可移種。在發酵或陪種過程的定期檢測中，若發現異常情況，如染菌等，應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勢，或及時罐實消，補入適當營養源重新接種發酵；后期時可加強監控，提前放罐；

54、對倒罐等應予滅菌排放處理，并認真查找原因，進一步強化滅菌操作中的各個環節。2.3.3 醪液處理工序檸檬酸發酵完成后，應即時進行熱處理，以滅活發酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設備利用率，增設醪液貯罐，通過熱交換器，及時將醪液加熱至80后進入醪液熱貯罐，再經泵壓入過濾機，除掉固形物及菌體殘渣，將清醪液泵入下道工序。2.3.4 提取工序由壓濾工段送來的檸檬酸清醪液泵入中和罐，在80下進行中和。碳酸鈣經密閉的輸送機送入車間，經無級調速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過高，使中和沉淀反應均勻，經終點檢測合格后，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

55、原料生產工藝的雙重要求，中和帶式過濾機用特定的加長、強洗型，生產原料操作靈活，以確保粗原料生產時的中和洗糖要求及成品的指標控制，又熱水或酸解液調漿，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，清洗液即酸解液收集用于調漿，硫酸鈣運至渣場綜合利用，檸檬酸酸解送至精制工段。2.3.5 精制工序離子交換與脫色 檸檬酸液從暫貯罐中泵送離交純化工序，經由陽離子交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色出去色澤及影響成品質量加速設備腐蝕的陰陽離子，陰陽樹脂需經過酸洗、堿洗再生處理，離交后的檸檬酸精制母液送入蒸發工序。蒸發與結晶 在提純溶液進入

56、蒸發部分前，通過精過濾出去清液中的微小樹脂顆粒。精濾后的溶液經熱交換器預熱后送至雙效真空濃縮器經濃縮至特定濃度后，轉入真空結晶器，或者低溫結晶器進行結晶。以確定產品（一水成品或無水產品），再經分離將檸檬酸晶粒從液相中分離出來，液相在分離后分別放至各級母液貯罐，根據其雜質離交濃度情況，送往重新蒸發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，根據生產品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進行干燥，排空經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，不合格顆粒被篩選分出來，溶解后返回到結晶系統，檸檬酸成品進行定量、包裝，存放。

57、第三章 工藝計算3.1 物料衡算3.1.1 工藝技術指標及基礎數據生產規模: 5000t/a99.5%一水檸檬酸折合4581.272t/a99.5%無水檸檬酸；生產天數：每年300天；無水檸檬酸日產量：4581.272/300=15.271t/d產品質量：國際食用檸檬酸質量分數99.5%，實際產率98%，副產品約2%；薯干粉成分：含淀粉量70%，水分13%;-淀粉酶用量：8U/g原料；操作參數：淀粉糖轉化率98.5%，糖轉化率95%，提取階段分離回收率95%，精制階段收率98%，得率99%（倒罐率1%），產酸率（即糖發酵液轉化率）13%，發酵周期75h，發酵溫度（35±1），發酵通風

58、量10V/（V發酵液 ·h）3.1.2 原料消耗計算(以一頓成品檸檬酸為基準)年產5000噸一水檸檬酸，折合成無水檸檬酸，按中國發酵工業協會檸檬酸分會制定的“檸檬酸行業統計辦法”，無水檸檬酸為：5000/1.0914=4581.272t/a生產無水檸檬酸的總化學反應式： (C6H10O5)n + nH2O +3n/2 O2 = n C6H8O7 +2nH2O 162 192 X 1000生產100099.5%無水檸檬酸所需的理論淀粉消耗量：X=1000×162÷192×99.5%=839.53生產100099.5%無水檸檬酸所需實際淀粉消耗量：X

59、7;98.5%×95%×95%×98%×99%=973.4生產100099.5%無水檸檬酸所需實際薯干粉原料消耗量：973.4÷70%=1390.57-淀粉酶消耗量：使用酶活力為20000U/g的-淀粉酶使淀粉液化-淀粉酶按 8U/g原料計算 1390.57×1000×8÷20000=0.563.1.3 發酵醪量的計算根據發酵液轉化率為13%：1000×99.5%÷（95%×98%×13%= 8221.13.1.4 接種量的計算接種量為發酵醪量的10%，則：8221.1

60、47;（10%+100%）×10%=747.373.1.5 液化醪量的計算因為成熟蒸煮醪量為：8221.1-747.37-0.56=7473.17則調漿濃度為：1390.57÷7473.17×100%=18.6%粉漿的干物質濃度為：973.4÷7473.17×100%=13.03%蒸煮直接蒸汽加熱，采用連續液化工藝：操作流程：混合后粉漿溫度為50，應用噴射液化器迅速使粉漿升溫至100。升溫后進入維持罐，使料液保溫2030min以完成液化，進蒸汽壓力保持在0.30.4MPa表壓。液化完成的醪液由板式換熱器降溫至（35±1）備用。調漿及液

61、化滅菌時產生泡沫可用少量炮敵消泡。工藝計算： 干物質含量B0=70%的薯干原料比熱容為：C0=4.18×(1-0.7B0)=2.13kJ/(kg)粉漿的干物質濃度為B1=13.03%液化醪的比熱容為：C1=B1C0+(1.0-B1)CW=13.03%×2.13+(1.0-13.03%)×4.18=3.91kJ/(kg)CW水的比熱容取 4.18kJ/(kg)為簡化計算，定液化醪的比熱容在整個過程中維持不變。經噴射液化器前的液化醪量為X：X+X×3.91×(100-50)÷(2731.2-100×4.18)=7473.17 得

62、出 X=6887.7 其中 2731.2是噴射液化器加熱蒸汽0.3MPa的焓。3.1.6 成品檸檬酸日產檸檬酸量為：15.271t/d即結晶液中檸檬酸的含量為：15.271t/d需精制液只能夠檸檬酸含量為：15.271÷98%=15.583t/d需分離液中檸檬酸的含量為：15.271÷（95%×98%)=16.403t/d3.1.7年產5000噸一水檸檬酸總物料衡算（即對生產4581.272t/a99.5%無水檸檬酸的薯干原料檸檬酸廠進行計算）檸檬酸成品日產無水檸檬酸量：15.271t日產副產品量：15.271/98%×2%=0.312t日產總量：15.

63、583t年產無水檸檬酸量：581.272t年產副產品量：0.312×300=93.6t年產總量：4674.872t原料薯干用量日耗量：1390.57×15.583（日產總量）÷1000=21.669t年耗量：21.669×300=6500.7t根據以上計算，將物料衡算結果列表如下物料名稱每噸產品耗物量年產5000噸耗物量（kg)(t/d)(t/a)檸檬酸98015.2714581.3副產品200.31293.6薯干原料1390.5721.6696500.7淀粉973.415.16834550.49-淀粉酶0.560.00872.61發酵醪8221.112

64、8.10938432.7接種量747.3711.6463493.8成熟蒸煮醪7473.17116.45434936.2薯干漿量19806.17308.63892591.4表3-1 5000t/a 檸檬酸廠物料衡算表3.2 熱量衡算3.2.1 液化熱平衡計算噴射加熱器耗熱由工藝可知：經過噴射加熱器溫度由50升溫至100Q=3.91 kJ/(kg·)×19806.17kg×(100-50)=3872106.2kJ3.2.2 發酵過程中蒸汽耗量的計算計算公式整個生產過程采用蒸汽加熱，蒸汽耗用量計算公式為： 式中：為蒸汽的熱效率，取=95%；I汽化潛熱。基礎數據在28下，

65、查的：淀粉的比熱容為 1.55 kJ/(kg·)；水的比熱容為4.174kJ/(kg·)；加熱蒸汽的熱焓為2549.5 kJ/(kg·)；加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為1250.60 kJ/(kg·)由物料衡算可知，日耗薯干粉量為 21.669t 日耗淀粉量為15.1683t 日耗薯干漿量為308.638t則日耗調漿用水量為：308.638-21.669=286.969t日耗淀粉漿量為：15.1683+286.969=302.1373t淀粉漿中含水量為：286.969÷302.1373×100%=95.0%淀粉濃度為5.0%由此可算出淀粉漿

66、的比熱容為：C=1.55×5.0%+4.174×95.0%=4.04 kJ/(kg·)生產過程中蒸汽耗量的計算培養基滅菌及管道滅菌：培養基采取連消塔連續滅菌，進塔溫90，滅菌130每罐的初始體積180m³，除糖濃度是13g/100ml,滅菌前培養基含糖量為19%，其數量為180×13%÷19%=123.16t滅菌過程中用0.3MPa，蒸汽I=2725.3 kJ/kg,由維持罐（90），進入連消塔加熱至130，糖液比熱容4.04 kJ/(kg·)。每罐滅菌時間3h,輸料流量123.16÷3=41.05t/h消毒滅菌用

67、蒸汽量為D=3200/h=3.2t/h；每天培養基滅菌用蒸汽量：3.2×3×4=38.4t；所有用罐滅菌及相關管道滅菌用蒸汽量，據經驗取培養基滅菌用蒸汽量的10%，則D1=3.84t加熱發酵醪所用的蒸汽量D6：檸檬酸水溶液的比熱容可按下式近似計算：C=(0.99-0.66+0.0010t)×4.19式中：0.99比熱容kJ/kg· 檸檬酸質量分數，=15.583÷128.109×100%=12.2% t溫度， 帶入上式，得：C=(0.99-0.66×12.2%+0.0010×35)×4.19=3.96 k

68、J/kg·因此可得 D6=20.556t/d=6166.8t/a將發酵段蒸汽衡量列表如下生產工序日用蒸汽量（t/d)（t/d）平均蒸汽用量（t/h)年用蒸汽量（t/a）培養基滅菌3.843.21152加熱發酵醪20.5568.5656166.8空罐滅菌0.3840.16115.2合計24.7811.9257434表3-1 發酵車間蒸汽衡算表3.2.3 發酵過程中冷卻水耗量的計算已知發酵過程中的發酵熱為4.18×6000kJ/m³·h,200m³的發酵罐一般裝料量為180m³（填充系數為0.9），則=83077/h=1993.848t/

69、d=598154.4t/a已知25m³的種子罐（填充系數0.7），裝料量為17.5m³=8077kg/h=193.85t/d=58155t/a將發酵段冷卻水衡算列表如下：生產工序平均耗水量（kg/h）日耗水量（t/d）年耗水量（t/a）發酵罐用水830771993.848598154.4種子罐用水8077193.8558155合計911542187.698656309.4表3-3 發酵車間冷卻水衡算表3.2.4發酵過程中無菌空氣耗量的計算單個發酵罐耗用無菌空氣量計算公式：V=發酵罐體積×通氣速率×填充系數已知：發酵罐體積為200m³；通氣速率為

70、0.18vvm；填充系數為60%則V=200×0.18×60%=21.6m³/h單個種子罐耗用無菌空氣量取種子罐的無菌空氣耗量為發酵過程無菌空氣耗量的25%則V=25%V=0.25×21.6=5.4m³/h 將發酵車間蒸汽衡算列表如下：設備名稱單罐每小時通氣量（m³/h)單罐每日用氣量（m³/d)單罐每年用氣量（m³/a）年總用量（m³/a）發酵罐21.6518.4155520311040種子罐5.4129.63888077760總用量27648194400388800表3-4 發酵車間無菌空氣耗用量衡算

71、表3.2.5生產成本 利潤估算 檸檬酸的成本估算（每噸）名稱單價（元/kg）用量（kg）金額（元）薯干2.614003640糖漿7.632243.2碳酸鈣0.83628.8硫酸1.14852.8活性炭（脫色）3.292294.2a-淀粉酶700.5639.2紙箱42501000包裝（瓶）0.122000240合計5538.4以下均以年為單位，原料情況，銷售情況見表生產總費用：以下安全年計算 （1） 用水：年耗水量（t）x水費（元/噸） = 656309.4x2.5=164.07萬元（2） 用電：年耗電量x電費（元）=8190000x1=819萬元（3） 用汽：年耗氣量x汽費（元/噸）=3888

72、00（立方米）x 0.159=6.2134萬元合計生產總費用：989.2834萬元利潤估算表品名 產品量 原產量 成本費用 銷售價格 銷售收入 利潤 （噸） （噸） （元/噸） （元/噸） （萬元） （萬元）檸檬酸 5000 5310 3758.48 15000 7500 3741.51 第四章 設備選型4.1主要設備的選型4.1.1 發酵罐的選型發酵罐是整個工藝流程中最重要的一個設備。當前，我國檸檬酸發酵占統治地位的發酵罐仍是機械渦輪攪拌通風發酵罐，即通常所說的通用罐。選用這種發酵罐的原因主要是：歷史悠久，資料齊全，技術成熟可靠，成功率較高。生物反應發酵罐一般有20m³、30m&#

73、179;、50m³、60m³、75m³、150m³、200m³等，國內一般為100-500m³，而國外則都在400-500m³，最大可能為1000m³以上。結合目前本行業發酵技術的現狀，目前國內行業成熟技術水平、加工技術水平，企業可能達到的發酵控制管理水平等，從生產的可靠性、可實施性等方面考慮，本設計擬采用放罐容積約200m³的新型通風發酵罐。現以此類發酵罐進行設計選型。4.1.1.1 發酵罐容積和臺數的確定發酵初糖濃度：由物料衡算可知，發酵液中檸檬酸的含量為16.403t/d，則根據：C6H12O6 C

74、6H8O7180 192可算出葡萄糖量為：16.403×180÷192=15.378t/d則發酵初糖濃度為：15.378÷128.109×100%=12%生產能力的計算：現每天生產99.5%純度的檸檬酸15.271t，檸檬酸發酵周期為75h（包括發酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間）。則每天需糖液體積為V糖。每天產純度為99.5%的檸檬酸15.271t，每噸100%的檸檬酸液需糖液7.58m³。V糖=7.58×15.271=115.754m³設發酵罐的填充系數=90%，則每天需要發酵罐的總體積為V0（發酵周期為48h）。

75、V0=V÷=115.754÷0.9=128.62m³發酵罐個數的確定： 現選擇公稱容積為200m³的六彎葉機械攪拌通風發酵罐為例，則需要發酵罐的個數為N1。查資料知公稱容積為200m³的發酵罐，總容積為230m³，則：每臺罐的產量為：200×0.9×13%×1.11×95%×98%=24.2t發酵罐所需個數=1.972。取整為2。即需要公稱容積為200m³的發酵罐2個，可保證生產質量。每日投放罐次：15.271/24.2=0.63,取整到1次，日運轉1.972×66

76、÷75=1.935其中發酵時間為66h，發酵操作時間為75h。4.1.1.2 發酵罐主要尺寸計算現按公稱容積200m³的發酵罐計算V=V桶+2V封=230m³,封頭（上封口）折邊忽略不計，則V=0.785D2 ×2D+/12×D³=230解方程得：D=5.009（m） 取D=5m，H=10m；根據發酵工廠設計概論通用發酵罐系數表查得封頭高H=300mm從而定容積 V=V桶+2V封 = =0.785×2×5³+3.14×5³/12 =229 m³ 230m³ 從而滿足

77、設計4.1.1.3 發酵罐冷卻面積計算對于檸檬酸發酵，每立方米發酵液，每小時傳給冷卻器得最大熱量約為4.18×6000 kJ/（m³·h），取經驗值 K=4.18×500 kJ/（m³·h·）。 3535 1528 20 7帶入得即平均溫差為12.4對公稱體積200m³的發酵罐，每次放2罐，每罐實際裝液量為：115.754/2=57.877m²換熱面積A=Q/（K·tm）=（4.18×6000×57.877）/（4.18×500×12.4）=56.01m&

78、#178;4.1.1.4 發酵罐攪拌器的計算采用六彎葉渦輪攪拌器攪拌器尺寸 攪拌器葉徑 d=D/3=1.67m，取d=1.7m 葉寬 B=0.2d=0.34m 弧長 I=0.375d=0.64m 底距 C=D/3=1.67m，取C=1.7m 盤徑 d1=0.75d=1.28m 葉弦長 L=0.25d=0.43m 葉距 Y=D=5m 彎葉板厚 =12mm轉速 取四檔攪拌，攪拌速度N可根據50m³罐，攪拌器直徑1.05m，轉速n=110r/min,以等P1/N為放大標準放大求得 N2=N1(D1/D2)2/3=80(r/min)計算攪拌軸功率雷諾數試中：D- 攪拌器直徑，為1.7m N-

79、 攪拌器轉速，為80/60=1.33 r/s -醪液密度，為1050 kg/m³ -醪液粘度，為1.3×10-3N·s/m²代人數據 =1.7²×1.33×1050/1.3×10-3=3.1×106 104則為湍流，查閱發酵設備知攪拌功率準數Np=4.7不通氣時的攪拌軸功率 P1P1=NpN3D5=4.7×1.333 ×1.75 ×1050=168.849 kW四檔功率則為P=4P1=675.396 kW通氣時的攪拌軸功率 P2 式中：P1 ²=4.56×

80、105；D³=4.913×106；Q為通風量（ml/min），通風比取0.11，則Q=200×0.9×0.11×106=1.98×107 Q0.08=3.835P2=2.25×10-3 ×(4.56×105 ×80×4.913×106/3.835)0.39=482.326 kW 4.1.2 種子罐的選型 種子罐采用的也是機械攪拌通風發酵罐。一般種子罐有5m³、20m³、50m³等。4.1.2.1 種子罐容積和臺數的確定種子罐容積的確定:接種量按1

81、0%計算，則種子罐容積為 V種子=V發酵 ×10%=230×0.1=23m³種子罐個數的確定：種子罐作為二級發酵設備是負責將一級種子進行擴大培養并隨后接入三級發酵罐中進行發酵，故一般為便于生產一個三級發酵罐配套一個二級發酵罐，由前面運算知應需要2個三級發酵罐，故種子罐則也需要2個。4.1.2.2 種子罐主要尺寸計算計算與發酵罐的尺寸計算類似V=V桶+2V封=23m³ V=0.785D2 ×2D+/12×D³=23 解出 D=2.325m，取D=2.4m=2400mm則H=2D=4.8m實際容積為V=0.785×2×2.43+3.14×2.43/12=25.3m³23m³可以滿足工藝設計要求。4.1.2.3 種子