化工学院 优秀毕业设计年产10万吨柠檬酸厂糖化、发酵车间的设计

2010届本科生毕业设计I年产10万吨柠檬酸厂糖化、发酵车间的设计摘要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α－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，风险小。由于本设计为糖化、发酵车间的设计，着重于这两个车间的工艺计算、设备选型。通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定糖化、发酵车间主要设备发酵罐、种子罐、车间管道的设计和选型以及全厂及车间布置。本设计还包括发酵罐，全厂平面图，车间平面布置图，工艺流程图。关键词：薯干深层好氧发酵黑曲霉柠檬酸设备设计和选型北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计IIAnnualoutputof100，000tonscitricacidplantsaccharificationfermentation，fermentationplantdesignABSTRACTThedesignofrawmaterialsusedpotatofermentation,simplypotatomills,water-paste,addingasmallamountofdirectα-amylaseliquefaction,sterilization,cooling,fermentationcanbevaccinated.Preparationofcitricacidnormallyusedasrawmaterialsdriedpotato.Potatomoisturecontentof10%to15%,about70percentofstarch,proteinabout6percent.Potatorawmaterialsintheproteincanbeusedassourceofnitrogenforcellgrowth.Potatorawmaterialscontainingiron,magnesium,potassium,calciumofinorganicsalt,optionalblackAspergillusnigerC0527isnotsensitivetotheseingredients,itneednotdoanypretreatmentoftherawmaterials.Thedesignofagoodgasliquidsdeepfermentation,drycalciumcitrateextractiontechnologyproduction.Thetwomethodsaremorepopulardomesticproductionmethods,hasagreatdealofpracticalexperience,easytooperate,therisksmall.Asthedesignforthesaccharificationandfermentationworkshopthedesign,thetwoworkshopsfocusedontheprocess,theselectionofequipment.Throughthewholeplantmaterialbalance,energybalanceworkshop,identifiedglycosylation,fermentationworkshopmajorequipmentfermenter,seedtanks,pipelinesandworkshopsinthedesignandselection.Andthewholeplantandfacilitylayout.ThedesignalsoincludesFermentor,Thefactoryplan,Shopfloorplan,FlowChart.Keywords:PotatoDeep-seatedaerobicfermentationAspergillusnigerCitricacidEquipmentDesignandSelection北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计III目录摘要……………………………………………………………………ⅠABSTRACT…………………………………………………………...Ⅱ1.引言……………………………………………………………...........11.1柠檬酸的性质和用途……………………………………………………..11.2柠檬酸的来源和发展情况………………………………………………..12.生产工艺…………………………………………………………………..22.1生产方法…………………………………………………………………..22.2生产流程…………………………………………………………………..22.3操作工艺…………………………………………………………………..32.3.1原料的处理……………………………………………………………...32.3.2发酵工序...............................……………………………………………32.3.3醪液处理工序…………………………………………………………...32.3.4提取工段………………………………………………………………...32.3.5精制工段………………………………………………………………...43.工艺计算书………………………………………………………………..53.1物料衡算…………………………………………………………………..53.1.1工艺技术指标及基础数据……………………………………………...53.1.2原料消耗计算（基准：1吨成品柠檬酸）………………………………53.1.3发酵醪量的计算………………………………………………………...6北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计IV3.1.4接种量…………………………………………………………………...63.1.5液化醪量的计算………………………………………………………..63.1.6成品柠檬酸……………………………………………………………...63.1.7淀粉质原料年产10万吨一水柠檬酸厂总物料衡算………………….73.2热量衡算…………………………………………………………………..73.2.1液化热平衡计算………………………………………………………...73.2.2发酵过程中的蒸汽耗量的计算………………………………………...83.2.3发酵过程中的冷却水耗量计算……………………………………….103.2.4发酵过程中的无菌空气耗用量的计算……………………………….104.糖化车间设备设计与选型…………………………………………......124.1调浆桶的选型……………………………………………………………124.2喷射加热器的选型………………………………………………………124.3液化维持罐的选型………………………………………………………134.4板式换热器的选型………………………………………………………135.发酵车间设备设计与选型…………………………………………......155.1发酵罐的选型…………………………………………………………....155.1.1发酵罐容积和台数的确定……………………………………………155.1.2主要尺寸的计算………………………………………………………165.1.3发酵罐冷却面积的计算………………………………………………165.1.4发酵罐搅拌器的设计…………………………………………………175.1.5发酵罐设备结构的工艺设计…………………………………………185.1.6发酵罐设备材料的选择………………………………………………20北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计V5.1.7发酵罐壁厚的计算……………………………………………………205.1.8发酵罐接管设计……………………………….....................................215.1.9发酵罐支座的选择…………………………………………………….225.2种子罐的选型……………………………………………………………225.2.1种子罐容积和数量的确定……………………………………………225.2.2种子罐主要尺寸确定…………………………………………………225.2.3种子罐型号确定………………………………………………………235.3贮罐选型…………………………………………………………………235.3.1发酵成熟醪贮罐……………………………………………………….235.3.2硫酸銨贮罐…………………………………………………………….236.全厂及车间布置………………………………………………….....25结论……………………………………………………………………26参考文献………………………………………………………………27谢辞……………………………………………………………………28北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计21引言1.1柠檬酸的性质和用途柠檬酸，学名为2-羟基-丙烷三羧酸，结构式为：OH│HOOC─CH2─C─CH2─COOH。柠檬酸在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、柑橘等。┃柠檬酸具有宜人风味、高的水溶性和强的金属螯合力，长COOH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（包括固体和液体）都使用柠檬酸作为酸味剂，通常的添加量为0.25%-0.4%（m/m）。此外，食品加工和奶制品也添加柠檬酸或柠檬酸盐。据不完全统计，使用柠檬酸的食品或药品（如化学药的枸橼酸盐）约有上千种之多。柠檬酸除用于食品和医药工业外，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、日化行业及其他工业的通用原料[5]。1.2柠檬酸的来源和发展情况1784年瑞典科学家Scheele首次从柠檬汁中结晶出固体柠檬酸。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，柠檬酸主要是从柠檬中提取产量很低，主要应用于食品工业和洗涤剂，主要产地以意大利的西西里岛为主。1893年德国微生物学者Wehmer发现一种青霉能够积累柠檬酸，但未能实现工业化生产。1917年，美国学者Currie发现了一株产柠檬酸的黑曲霉，并通过美国的Pfizer(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，美国的Miles公司首先成功地采用液体深层发酵工业化规模生产柠檬酸。由于这种新工艺比传统的浅盘工艺有更多的优越性，因而推动了世界柠檬酸工业的迅速发展，深层发酵法也成为柠檬酸发酵生产的主要工艺。到2000年，全球柠檬酸的年生产能力在90万吨以上，并一直保持比较平稳的发展速度[5]。我国柠檬酸发酵工业在1949年以前是个空白。1969年上海酵母厂成功利用薯干粉深层发酵柠檬酸。在20世纪80年代，由于出口的需要，我国的柠檬酸生产发展速度，已成为世界上柠檬酸生产量最大的国家。全国有近90家柠檬酸生产企业，年生产能力达近50万吨，占世界总量的40%多。2002年全国产量30多万吨，2003年达40余万吨。我国开发的以白薯干为原料的产酸菌种具有其独到的特点，加之我国的许多地区对生产过程中排放的废水要求较低，多数生产企业对生产过程中产生的废水没能进行比较有效的处理，因北京理工大学珠海学院2010届本科生毕业设计2此，我国柠檬酸生产成本较低，在国际市场上具有较强的竞争力