年产10万吨柠檬酸厂糖化发酵车间的设计毕业设计论文.docx

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年产10万吨柠檬酸厂糖化发酵车间的设计毕业设计论文

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

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

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

Annualoutputof100，000tonscitricacidplantsaccharificationfermentation，fermentationplantdesign

ABSTRACT

Thedesignofrawmaterialsusedpotatofermentation,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

摘要……………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………...Ⅱ

1.引言……………………………………………………………...........1

1.1柠檬酸的性质和用途……………………………………………………..1

1.2柠檬酸的来源和发展情况………………………………………………..1

2.生产工艺…………………………………………………………………..2

2.1生产方法…………………………………………………………………..2

2.2生产流程…………………………………………………………………..2

2.3操作工艺…………………………………………………………………..3

2.3.1原料的处理……………………………………………………………...3

2.3.2发酵工序...............................……………………………………………3

2.3.3醪液处理工序…………………………………………………………...3

2.3.4提取工段………………………………………………………………...3

2.3.5精制工段………………………………………………………………...4

3.工艺计算书………………………………………………………………..5

3.1物料衡算…………………………………………………………………..5

3.1.1工艺技术指标及基础数据……………………………………………...5

3.1.2原料消耗计算（基准：

1吨成品柠檬酸）………………………………5

3.1.3发酵醪量的计算………………………………………………………...6

3.1.4接种量…………………………………………………………………...6

3.1.5液化醪量的计算………………………………………………………..6

3.1.6成品柠檬酸……………………………………………………………...6

3.1.7淀粉质原料年产10万吨一水柠檬酸厂总物料衡算………………….7

3.2热量衡算…………………………………………………………………..7

3.2.1液化热平衡计算………………………………………………………...7

3.2.2发酵过程中的蒸汽耗量的计算………………………………………...8

3.2.3发酵过程中的冷却水耗量计算……………………………………….10

3.2.4发酵过程中的无菌空气耗用量的计算……………………………….10

4.糖化车间设备设计与选型…………………………………………......12

4.1调浆桶的选型……………………………………………………………12

4.2喷射加热器的选型………………………………………………………12

4.3液化维持罐的选型………………………………………………………13

4.4板式换热器的选型………………………………………………………13

5.发酵车间设备设计与选型…………………………………………......15

5.1发酵罐的选型…………………………………………………………....15

5.1.1发酵罐容积和台数的确定……………………………………………15

5.1.2主要尺寸的计算………………………………………………………16

5.1.3发酵罐冷却面积的计算………………………………………………16

5.1.4发酵罐搅拌器的设计…………………………………………………17

5.1.5发酵罐设备结构的工艺设计…………………………………………18

5.1.6发酵罐设备材料的选择………………………………………………20

5.1.7发酵罐壁厚的计算……………………………………………………20

5.1.8发酵罐接管设计……………………………….....................................21

5.1.9发酵罐支座的选择…………………………………………………….22

5.2种子罐的选型……………………………………………………………22

5.2.1种子罐容积和数量的确定……………………………………………22

5.2.2种子罐主要尺寸确定…………………………………………………22

5.2.3种子罐型号确定………………………………………………………23

5.3贮罐选型…………………………………………………………………23

5.3.1发酵成熟醪贮罐……………………………………………………….23

5.3.2硫酸銨贮罐…………………………………………………………….23

6.全厂及车间布置………………………………………………….....25

结论……………………………………………………………………26

参考文献………………………………………………………………27

谢辞……………………………………………………………………28

1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CaCO3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H2SO4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CaSO4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，最后得到成品的柠檬酸。

成品柠檬酸

淀粉糖

图1-1柠檬酸生产工艺流程示意图

2.3操作工艺

2.3.1原料的处理

根据发酵的要求，对薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、调浆、液化、连续灭菌的处理方法；以薯干原料生产时，根据我国薯干粗料的特征，发酵工艺要求将薯干从平仓运至备料车间，经过磁选装置除去原料中含铁杂质，以保护设备。

然后进入粗粉碎机，将薯干先轧成1—3cm大小的小块，以提高磨粉机的效率，便于物料的输送。

粗碎后，由斗式提升机提送至中间粉仓，由粉仓落入磨粉机粉碎，粉碎后进入粉仓再经计量送至配料罐。

配料罐内加水调浆，同时加入淀粉酶升温液化。

液化完成后送至连消装置连续灭菌，再送至发酵车间[6]。

2.3.2发酵工序

由备料车间提供的经连续灭菌并冷却的料液，通过灭菌管道泵入已空消灭菌待料的发酵罐（或种子罐），通过差压法或零磅火焰倒种法，接入已培养好的柠檬酸菌种，在通风、搅拌情况下，进行发酵或培养。

在发酵培养过程中，对罐温、罐压、通风量、搅拌转速等实行连续记录监控，并定期检测原糖消耗情况、菌种生长状态、pH值、泡沫等变化情况。

根据发酵的工艺特性要求，及时调整控制发酵工艺过程，以获得最佳工艺产酸率或种罐菌种活力，一般经66小时（种罐约25小时）培养，大罐在残糖指标、产酸情况达到放罐条件即可放罐；种罐菌种活力及菌群数量达标后，即可移种。

在发酵或培种过程的定期检测中，若发现异常情况，如染菌等，应针对具体情况及时处理，对中、前期染菌，可加大种量形成主菌群生长优势，或及时罐实消，补入适当营养源重新接种发酵；后期时可加强监控，提前放罐；对倒罐等应予灭菌排放处理，并认真查找原因，进一步强化灭菌操作中的各个环节[6]。

2.3.3醪液处理工序

柠檬酸发酵完成后，应即时进行热处理，以灭活发酵，絮凝蛋白、提高收率，为提高设备利用率，增设醪液贮罐，通过热交换器，及时将醪液加热至80℃后进入醪液热贮罐，再经泵压入过滤机，除掉固形物及菌体残渣，将清醪液泵入下道工序[6]。

2.3.4提取工段

由压滤工段送来的柠檬酸清醪液泵入中和罐，在80℃下进行中和。

碳酸钙经密闭的输送机送入车间，经无级调速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部浓度过高，使中和沉淀反应均匀，经终点检测合格后，将柠檬酸钙悬浮液排入带式过滤机中，将固体柠檬酸钙从悬浮液中分离出来，为满足玉米原料及薯干原料生产工艺的双重要求，中和带式过滤机用特定的加长、强洗型，生产原料操作灵活，以确保粗原料生产时的中和洗糖要求及成品的指标控制，要求并使中和废水经分流至污水处理站。

分离后的柠檬酸钙经卸料螺旋送至酸解桶中，由热水或酸解液调浆，浓硫酸由酸碱站泵入，再计量到酸碱桶中与柠檬酸钙在80℃下生成硫酸钙与柠檬酸的悬浊液送入酸解带式过滤机进行过滤，清洗液即稀酸解液收集用于调浆，硫酸钙运至渣场综合利用，柠檬酸酸解送精制工段[6]。

2.3.5精制工段

离子交换与脱色柠檬酸液从暂贮灌中泵送离交纯化工序，经由阳离于交换塔，阴离子交换塔和活性炭脱色塔，离交脱色除去色泽及影响成品质量加速设备腐蚀的阴阳离子，阴阳树脂需经过酸洗、碱洗再生处理，离交后的柠檬酸精制母液送入蒸发工序[6]。

蒸发与结晶在提纯溶液进入蒸发部分前，通过精过滤器除去清液中的微小树脂颗粒。

精滤后的溶液经热交换器预热后送至双效真空浓缩器经浓缩至特定浓度后，转入真空结晶器，或者低温结晶器进行结晶。

以确定产品（一水产品或无水产品），再经分离将柠檬酸晶粒从液相中分离出来，液相（母液）在分离后分别放至各级母液贮罐，根据其杂质离交浓度情况，送往重新蒸发式回流到前工序处理提纯，晶体送往干燥机[6]。

干燥与包装从离心机分离出来的湿柠檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根据生产品种控制干燥空气、温度及冷却空气量进行干燥，排空经湿式旋风分离器处理排放，干燥后的柠檬酸晶粒通过传送装置运到筛选机，不合格颗粒被筛分出来，溶解后返回到结晶系统，柠檬酸成品进行定量、包装，存放[6]。

3工艺计算书

3.1物料衡算

3.1.1工艺技术指标及基础数据

（1）生产规模：

100000t/a99.5%一水柠檬酸折合成91625.44t/a99.5%无水柠檬酸；

（2）生产方法：

外加耐高温α-淀粉酶液化，深层液体发