1、 毕业设计（论文）年产 10 万吨柠檬酸厂糖化、发酵车间的设计北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计II北京理工大学珠海学院毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计年产 10 万吨柠檬酸厂糖化、发酵车间的设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院 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 淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。制备柠檬酸一
2、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
3、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IIAnnual output of 100，000 tons citric acid plant saccharification fermentation，fermentation plant designABSTRACTThe design of raw materials used potato fermentation, simply potato mills, water-paste, adding a small amount of direct -am
4、ylase liquefaction, sterilization, cooling, fermentation can be vaccinated. Preparation of citric acid normally used as raw materials dried potato. Potato moisture content of 10% to 15%, about 70 percent of starch, protein about 6 percent. Potato raw materials in the protein can be used as source of
5、 nitrogen for cell growth. Potato raw materials containing iron, magnesium, potassium, calcium of inorganic salt, optional black Aspergillus niger C0527 is not sensitive to these ingredients, it need not do any pretreatment of the raw materials.The design of a good gas liquids deep fermentation, dry
6、 calcium citrate extraction technology production. The two methods are more popular domestic production methods, has a great deal of practical experience, easy to operate, the risk small. As the design for the saccharification and fermentation workshop the design, the two workshops focused on the pr
7、ocess, the selection of equipment. Through the whole plant material balance, energy balance workshop, identified glycosylation, fermentation workshop major equipment fermenter, seed tanks, pipelines and workshops in the design and selection. And the whole plant and facility layout.The design also in
8、cludes Fermentor, The factory plan, Shop floor plan, Flow Chart.Key words: Potato Deep-seated aerobic fermentation Aspergillus niger Citric acid Equipment Design and Selection北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计III目 录摘要ABSTRACT.1.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
9、的处理.32.3.2 发酵工序.32.3.3 醪液处理工序.3北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计IV2.3.4 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.63.1.4 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.7北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计V3.2.1 液化热平衡计算.73.2.2 发酵过程中的蒸汽耗量的计算
10、.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16北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计VI5.1.3 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205.1.7 发酵罐壁厚的计算205.1
11、.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北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计VII参考文献27谢辞281 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： OHHOOCCH 2C CH 2 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
12、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。北京理工大学珠海学院 2010
13、届本科生毕业设计21.2 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 M
14、iles 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
15、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。近年来我国柠檬酸的年出口量一直保持在 10 万吨以上 5。2 生产工艺2.1 生产方法 本次生产工艺设计以薯干为原料，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 工艺流程本次生产工艺的基本过程是：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CaCO 3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H 2SO4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CaSO 4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
