年产吨柠檬酸工厂设计.docx

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年产吨柠檬酸工厂设计

建厂可行性研究报告

学生姓名:

宋利宏

专业:

食品科学与工程121

学号:

指导教师姓名:

林勤

2015年10月16日

年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计

食品科学与工程专业魏文姣

指导老师蒲传奋

摘要：

本论文主要是进行年产量5000吨柠檬酸发酵工厂设计，在设计过程中进行了详细的工艺论证，对每个工艺过程进行了分析。

并且在此基础上制定产品方案，设计生产工艺，对柠檬酸生产加工过程中的物料平衡进行计算，对主要设备进行选型以及水、电、汽平衡，劳动力平衡进行计算，最后进行车间设计。

设定企业管理组织构架，实施环境保护规划并进行污水处理，对投资成本、利润、盈亏平衡点等进行估算。

生产总投资为2080万元，年利润可达1913.7万元，投资回收期1.3年左右。

关键词：

柠檬酸；发酵；工厂设计

Designofanannualoutputof5000tonsofCitricacidfermentationfactory

FoodscienceandengineeringmajorWeiWenjiao

GuideteacherPuChuanfen

Abstract:

Thispaperismainlyfortheannualoutputof5000tonsofcitricacidfermentationfactorydesign,processhasbeenprovedinthedesignprocess,foreachprocessareanalyzed.Developproductsolutionsandonthisbasis,designandproductionprocess,thematerialbalanceofcitricacidproductionintheprocessofcalculation,selectionandwater,electricity,steambalanceofmainequipment,laborbalancecalculation,theworkshopdesign.Setthecorporatemanagementstructure,theimplementationplanforenvironmentalprotectionandsewagetreatment,toestimatetheinvestmentcost,profit,profitandlossbalancepoint.Theproductionofatotalinvestmentofyuan,annualprofitofyuan,theinvestmentrecoveryperiodis1.3yearsorso.

Keywords:

citricacid;fermentation;plantdesign

第一章绪论

1.1企业概况

柠檬酸发酵工厂位于山东省潍坊，潍坊市安丘市位属暖温带大陆性气候，四季分明，光照充足，雨热同季。

无霜期年平均213天，年均降雨量650余毫米，年平均气温18℃，适宜多种动植物生长。

靠近原料生产基地，空气清新，水质清纯，环境幽雅无污染，经济发展环境良好。

交通便利，利于材料以及产品的运输。

1.2目的和意义

有机酸是微生物的初级代谢产物，与工业和人们的日常生活有着十分密切的关系，也是发酵产业中历史最悠久、吨位最大、价格最低廉的产品。

微生物能够产生多种有机酸，能够大规模生产的只有少数，主要包括柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸和乳酸。

目前产量最高两种有机酸分别是柠檬酸和葡萄糖酸，根据2005年的数据显示，2005年全世界的柠檬酸产量达到了100万吨，其中近50%的产量来自于中国。

由于柠檬酸的酸性、风味以及能够与金属离子形成复合物的能力，在工业中有着广泛的用途。

据统计，目前75%的柠檬酸用于食品以及饮料工业，10%用于制药行业，15%用于其他行业。

柠檬酸具有酸味圆润滋美的特点，并且无毒，安全性高，又因为柠檬酸具有溶解性好、螯合能力强的特性，因此被广泛应用于食品工业中，常被用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、螯合剂等，此外，柠檬酸还可以作为冷冻水果和水果加工品种维生素的稳定剂以及作为软饮料、冷饮等食品的增香剂。

在医药工业中，由于酸根具有直接被吸收的特性，经常被作为某些医药的合成原料。

医药中合成的柠檬酸盐被广泛用用于医学临床。

医生在采取新鲜血液的时候，需要加入一些消毒过的柠檬酸钠就能起到防止血液凝固的作用，因此被称为抗凝血剂。

作为抗氧化剂还可以防止维生素的氧化[1]。

在化学工业中柠檬酸也有着举足轻重的地位。

作为一种弱有机酸，同时又具有螯合作用，可以引起金属表面层的轻微损坏，但是作为金属离子螯合剂又可以加速金属氧化物的迁移。

因此现在多采用柠檬酸来取无机强酸用于金属表面氧化物的清洁。

它还能增加去污性能，可以替代磷酸盐，作为无磷洗衣粉的重要原料，绿色环保。

柠檬酸盐是最常用的电镀缓冲液和络合剂，其螯合作用使电镀操作稳定，产品质量较好。

虽然目前柠檬酸的世界年产量超过200万吨，柠檬酸的需求逐年迅速递增，但是仍然不能满足人们日益增长的物质需求。

其中消耗量最大的国家是美国，年需求量近70万吨。

随着全世界经济的发展和人民生活水平的提高，柠檬酸的市场需求也在快速增长，因此，柠檬酸市场就全世界而言具有较大的发展潜力。

从广义上说，任何含有淀粉和糖的农产品、农产品加工品以及副产品，某些有机化合物，以及石油中的某些成分都是柠檬酸的原料。

在我国，柠檬酸生产以薯干、玉米等淀粉质原料为主。

传统的柠檬酸生产都是以薯干作为原材料，经过生物发酵和钙盐提取工艺制作的，这种方法生产的产品质量差而且成本高，环境污染严重，为了进一步扩大经济效益，提高生产效率，实现清洁无污染的生产，需要对柠檬酸生产提取工艺加以改进。

在原料方面，目前研究出了玉米粉、稻米以及秸秆等，工艺上采用工业离子色谱法、母液净化处理以及循环利用废糖液技术，这样不仅有效地降低了成本，而且对于柠檬酸生产剩余的副产物，通过优化工艺的方式加以合理的利用，废物排放量少有利于环境保护[2]。

玉米中含有丰富的营养物质，以纯碳水化合物的淀粉为主，还存在一些蛋白质，纤维素，脂肪，无机盐灰分等非纯碳水化合物。

第二章工艺方案论证

2.1.设计依据

根据安全有利位置设计一所坐落于潍坊安丘市的柠檬酸发酵工厂。

本设计主要以国内柠檬酸主流生产技术为基础，结合国内外先进生产工艺和设备，参考发酵工厂设计、生物化工、柠檬酸发酵工艺、食品法规等有关文献资料，完成初步工厂设计。

2.2设计范围

制定产品方案，设计生产工艺，进行物料平衡，设备选型，劳动定员，水电汽平衡，全厂卫生安全研究。

设定企业管理组织架构并进行经济效果预测，绘制柠檬酸工厂总平面布置图、工艺流程图、车间布置图。

2.3工艺流程确定

玉米→除杂→粉碎→调浆→液化→过滤→发酵→过滤→阴离子交换吸附→解脱液煮

↓↓

玉米渣菌丝体

→活性炭脱色→过滤→阳柱转型→二次脱色→蒸发浓缩→冷却结晶→离心分离→干燥

→包装→柠檬酸成品[3]

2.4工艺论证和说明

利用人工去除混入玉米中的固体杂质，如金属物、土、石、皮、芯、霉变块、粒等，排除污染。

将玉米进行粉碎，使得玉米能够充分发酵，不浪费原材料。

一般玉米不宜过碎或过大，60目过筛得到合格的玉米粉。

淀粉液化实质上是在淀粉颗粒因受热吸水膨胀、糊化破坏了其晶体结构之后进行的，这是因为淀粉颗粒对于酶作用的抵抗力较强，很难直接液化，因此淀粉糊化是酶法液化的一个重要步骤。

淀粉被糊化后，体积就会膨胀很多，粘度增强，流动性很差，搅拌困难，传热性较差，难以糊化均匀。

因此物料必须先进行液化，是料液的流动性变好，有利于料液的输送、灭菌完全、发酵初期菌体的生长、易于糖化、提高产酸率和淀粉的利用率。

使用物料输送机向调浆罐输送玉米粉，按照质量比为（玉米粉：

水）为1:

4.5的比例加入65℃的水，利用碳酸钠溶液调节浆料的pH在5.0~7.0范围内，并加入0.1%氯化钙，钙离子对淀粉酶具有激活和保护作用，也有助于杂质凝集，改善过滤性质。

最后加入粉耐高温α-淀粉酶（酶活力20000U/g，加入量为10U/g玉米粉），混合均匀，将物料打入高压喷射器，在喷射器中粉浆和蒸汽可直接瞬间接触，出料温度105℃。

从喷射器中喷出的液料，经过冷却降温系统使液料温度降至97℃，并将其倒入层流罐保温30分钟，保温罐温度维持在95℃，然后进行二次喷射，在第二只喷射器内液料和蒸汽直接接触使温度迅速上升至130℃，并在维持罐内维护8分钟左右，彻底杀死耐高温α-淀粉酶，进一步凝固聚沉蛋白质，对处理后的物料进行过滤处理，滤液经过真空闪急冷却系统进行冷却，然后将液料打入二次液化罐，使液料温度降低到95℃，在二次液化罐内加入耐高温α-淀粉酶（酶活力为20000U/g，加入量为8U/g玉米粉），液化30分钟，碘试合格后，结束液化。

液化醪过滤除去玉米渣得液化清液，温度降至37℃后打入发酵罐，同时按质量体积比向发酵罐内加入已灭菌的0.9%尿素、0.1%磷酸氢钾、0.25%二氧化硫和10%种子液。

菌体生长的优劣完全取决于培养液内的氮源，这是因为细胞中铵离子浓度的升高能解除ATP和柠檬酸对于关键酶磷酸果糖激酶的反馈抑制，使得EMP代谢流增强，利于柠檬酸的生产和积累。

无机盐也是构成微生物生命活动不可缺少的物质，在柠檬酸发酵中，有的构成菌体，有的促进代谢，有的促进产酸[4]。

黑曲霉是嗜热微生物，生长温度在33~37℃，由于培养基中固形物较多，对菌体起到保护作用，一般温度控制在（35±1）℃。

发酵温度控制在34℃，pH4.5左右，发酵周期约72h。

发酵结束后，发酵液经真空转鼓过滤机除去菌丝体得发酵清液，菌丝体是优质饲料的原料，发酵清液进入提取精制工段。

发酵清液经过8310＃阴离子交换吸附树脂将柠檬酸和其它杂质分离（交换过程中，改变吸附交换柱内压力，调压力为4.9×106Pa至放空，反复2到3次），然后用10%的NH4OH解脱得解脱液。

向解脱液中加碱液调节pH9.0，在常压下加热煮沸10分钟，取出后加入粉末状活性炭（5g活性炭/L解脱液），过滤除去有机杂质和部分色素等残渣获得清液[5]。

清液经阳离子交换树脂去除氨根离子，然后进行二次脱色得到18%的柠檬酸液。

将此纯净柠檬酸液经蒸发浓缩后进行结晶，然后用离心机分离母液和晶体，母液返回再次吸附交换，晶体进行干燥得合格的柠檬酸[6]。

干燥合格的柠檬酸晶体经包装后运送成品库。

2.5产品与产量的确定

根据潍坊当地的玉米农业产量、配套设备的生产能力和当地以及周边地区的柠檬酸的市场需求，将年产量定为5000吨。

根据充分的市场调研，结合潍坊当地的地理环境，根据当地农业产量和周边地区的消费需求，确定产品与产量。

本文是以柠檬酸生产为依据设计的。

全年均衡生产，全年工作日不少于300天，每天24h连续生产，每天的生产班次为3班。

年产量5000t，则日产量为5000/300=16.7t/天。

2.6生产方法评价

本设计中的柠檬酸的生产过程是采取机械与人工相结合的作业方式，所采用方法在保证产量的基础上，保证产品品质的营养卫生。

目前我国各地建造的柠檬酸工厂都按照国际卫生组织的要求实施，因此，本工厂更要遵守，这样我们才能在国内的柠檬酸市场占有一席之地。

第三章厂区平面设计

3.1厂址选择的原则[7]

（1）厂址选择必须在符合工业布局、符合所在地区的规划的要求，按照国家有关法律、法规以及建设前期工作的规定进行。

（2）充分利用各地区的有利条件，避开或者克服不利条件，充分利用当地的人力