年产10000吨柠檬酸发酵工厂新建项目建议书.docx

1、年产10000吨柠檬酸发酵工厂新建项目建议书食品厂设计课程设计 设计题目：甘州区10000吨柠檬酸发酵工厂项目 建议书 专业年级：2011级生物工程 小组成员： 成员学号： 设计时间：2014.06 食品科学与工程学院二零一四年六月第一章：总论一：项目定位1.项目名称：年产 10000 吨柠檬酸发酵工厂新建项目2.项目总投资：6250 万人民币。3.建厂规模：年产 10000 吨柠檬酸。4.项目的依据和原则：认真执行国家及有关部门制定的标准规范。以科学的求实精神对项目的技术方案进行多方论证和比较，选出技术先进、经济合理、安全可靠的设计方案，为投资决策提供依据。二：项目整体概况1. 甘州区由市农

2、副产品甘州区主要经济作物为玉米，玉米种植已基本实现基地布局区域化、生产加工标准化、产品营销品牌化、基地管理规范化、龙头企业经营现代化的产业化格局。去年，生产面积达49.07万亩，涉及150个村、16万农民种子撑起脊梁。2. 项目背景意义 甘肃省张掖市种子行业协会正式收到国家商标局颁发的“张掖玉米种子”地理标志证明商标证书。张掖具有玉米种子生产得天独厚的优势，被誉为“天然玉米种子生产王国”，年产优质杂交玉米种子超过4.5亿公斤。张掖市种子行业协会正式收到国家商标局颁发的“张掖玉米种子”地理标志证明商标证书。这是该市第一个农作物种子地理标志证明商标，也是全国唯一一个种子地理证明商标。记者了解到，近

3、10年来，张掖市种子产业发展经过试验示范、基地壮大和市场化改革三个阶段的发展，成为全国名副其实的玉米制种大市。2010年和2011年，连续两年全市玉米制种面积达100万亩以上，制种业产值突破24亿元，能满足国家近2亿亩大田玉米生产用种，保证了全国大田玉米生产用种安全。该市农民年人均玉米制种纯收入占全市农民人均纯收入的32%，主产区农民人均玉米制种收入达4000元，占农民人均纯收入的70%以上。该地原料供应充足，地理条件优越，交通便利最适合建设柠檬酸发酵工厂。当今柠檬酸的主要获取方式是微生物发酵，尤其是黑曲霉发酵。柠檬酸是食品与化工行业所必需的重要化工原料在食品工业中，柠檬酸具有令人爽口调味的酸

4、味并且无毒，安全性高，又因为柠檬酸具有溶解性好，螯合力强的特性，因此被广泛应用到各种食品加工当中在生产各种饮料和甜时，添加适量的柠檬酸，可增加食品的酸性，使食品更加爽口。在医药工业中，由于酸根具有直接被吸收的特性，常作为某些医药的合成原料。医药中合成的柠檬酸盐，如，柠檬酸钠，柠檬酸钾等，被广泛应用于医学临床在化学工业中，柠檬酸是一种调节剂的重要组成部分，在制备缓冲剂、催化剂、激活剂、螯合剂、清洗剂、稳定剂等试剂时起到重要的作用柠檬酸钠盐作为一种螯合剂可以替代三聚磷酸钠，绿色环保，可以作为无磷洗衣粉的重要原料。很多的油脂中含有一定的金属离子，影响油脂的稳定性，在生产各种食用油时，金属离子的存在会

5、对人体产生一定的危害。柠檬酸的世界年产量超过 200 万吨，62%作为食品添加剂，12%洗涤剂，11%用于医药化工，其它工业方面所占的比例也不小，约15%。但柠檬酸的需求逐年迅速递增，仍然不能满足人们日益增长的物质需求。柠檬酸消耗量最大的国家是美国，年需求量近 70 万吨。作为食品添加剂，约有 45%的柠檬酸应用于饮料行业，洗涤剂行业消费占 20%，还有 10%用于医药和化工。我国的柠檬酸产量达到 50 万吨，柠檬酸及柠檬酸盐出口总量约40万吨，年均出口增长量为20%30%。随着全世界经济的发展和人民生活水平提高，柠檬酸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。第二

6、章：建厂条件与厂址选择第一节：建厂区域条件一、地理位置、地貌、水文、地质及气象条件甘州区地处甘肃省河西走廊中部，地处东经100610052，北纬38323924之间，南依祁连山，北邻内蒙古阿拉善右旗接壤。东连镍都金昌，西接古郡酒泉。内地，西通新疆，南出扁口与唐蕃古道相交，可达青藏高原，北出镇夷峡，沿居延古道，可抵蒙古大漠，历来为兵家必争、商旅必经之地。东西长65公里，南北宽98公里，总面积4240平方公里。境内地势平坦，土壤肥沃，水源充足，黑河、山凡河、酥油口河、大野口河等河流贯穿而过，年径流量24亿立方米，水能蕴藏量达2.2亿千瓦，地下水储量10亿立方米。平均海拔1474米，属温带大陆气候。

7、年平均降水量113-120毫米，蒸发量2047毫米，日照时数3085小时，无霜期138-179天，具有日照时间长、发行量发行昼夜温差大的特点。二：当地区域发展规划甘州区辖5个街道、11个镇、7个乡（其中1个民族乡）：东街街道、南街街道、西街街道、北街街道、火车站街道、梁家墩镇、上秦镇、大满镇、沙井镇、乌江镇、甘浚镇、新墩镇、党寨镇、碱滩镇、三闸镇、小满镇、龙渠乡、安阳乡、花寨乡、长安乡、靖安乡、明永乡、平山湖蒙古族乡。2002年3月1日，国务院批准（国函200216号）：撤销张掖地区和县级张掖市，设立地级张掖市。张掖市设立甘州区，以原县级张掖市的行政区域为甘州区的行政区域。区人民政府驻县府街。

8、全区东西长65公里，南北宽98公里，辖一区10镇12乡5个街道办事处，244个行政村，1986个社，78个居委会，总面积达4240平方公里，总人口48.68万人，有耕地面积68万亩，可开垦宜农宜林荒地7 5万亩。是张掖市委、市政府所在地，全市政治、经济、文化中心。1986年被国务院公布为国家历史文化名城。先后建成了全省卫生城市、双拥模范城和省级文明市、小康市，荣获全国平原绿化先进县市、体育工作先进县市、科技实力百强县市等荣誉称号。2001年国内生产总值达29.04亿元，综合经济实力位居全省前列。1992年8月12日和2000年6月18日，江泽民总书记两度视察张掖并亲笔题词，大大鼓舞了甘州人民加

9、快发展的信心和决心。三：交通运输现状和发展前景甘州土地广袤，环境优美，资源丰富。基础设施完善，盛产80多种农产品和名贵中药材，是全国重要的商品粮生产基地和“西菜东运”五大基地之一。境内交通便利，兰新铁路和312、227国道横贯全境，县乡公路四通八达。军地两用机场可起降各类飞机。电力充足，邮电通信方便快捷，西、兰、乌光缆贯穿全境，城市功能日臻完善，已初具中等城市框架。城乡工业发展迅速，形成了以采矿、电力、冶金、医药、化工、机械、造纸、建筑建材、酿造和粮油加工等工业群体。全市各类专业批发市场已发展到34处，形成了连接城乡、沟通内外、纵横交错的市场网络。四：电源、供电、通讯现状及发展 张掖电厂经过2

10、0多年的不懈努力，工程建设全面展开；小孤山水电站顺利实现枢纽截流，主体工程全面开工；屯河番茄酱一期工程、华瑞麦芽技改、中种、正大种子二期工程等项目当年开工建成投产。今年，甘州区供电公司积极争取农网升级改造项目资金近800万元，全面改造甘州电网和甘州区新农村供电设施，助力甘州区新农村建设。工程建设中，甘州区全面推行“三通一标”和标准化工艺，加强工程物资、施工、验收等环节的全方位质量管控，严格时间节点要求和工程项目安全管理，正确处理工程质量和进度的关系，逐步解决了甘州电网部分设备陈旧、网架结构薄弱以及新农村建设中供电质量差、可靠性低等问题。截止目前，甘州区2013年共架设10千伏线路160千米，1

11、0千伏配电变压器600台。五：供、排水条件，防洪，防震等情况张掖市甘州区流域面积 2102km2。全县水资源总量为53213 万 m3，水资源蕴藏量 6012万 m3，可利用地表水 56936万 m3，可用地下水 3121万 m3，给水条件充足。甘州区地处黄土高原，防洪防震措施良好。六、供热，供汽状况及解决途径汽源充足，供汽品质高、根据国家计委、国家经贸委、建设部、国家环保总局关于印发关于发展热电联产的规定)的通知文件精神，为优化资源配置，满足生产单位供热需求，投资 500 万元，使年供热量增长 5000GJ，锅炉正抓紧建脱硫装置，确保项目实施后二氧化硫排放总量有明显减少。六、厂址占地面积，征

12、地现状厂址占地面积约 2000 平方米，土地征用方式征用乡（镇）集体建设用地的，只办理农用地转用审批手续（土地所有权不变）。国家建设征用土地的，办理农用地转用征用审批手续。2004 年甘州区工业一类用地 109.94 元/平方米；二类 65.25 元/平方米；三类 46.72 元/平方米、土地征用的有关规费中耕地占用税：水浇地 5 元/平方米，山旱地 3.5 元/平方米。行政性收费耕地开垦费：水浇地为1020 元/平方米、山旱地：510 元/平方米；新增建设用地用地有偿使用费甘州区为十四等 7 元/平方米；征地管理费：按征地费总额的 2.1%2.8%征收。事业性收费 10 亩以内每宗地 200

13、0 元。每超一亩加收 200 元。地质灾害评估费：每宗地一万元土地评估费：每宗地按评估价 100 万元以下为 4；100 万元200万元为 3；200 万元以上 1000 万元以下 2；1000 万元以上 1.5。该项目总生产能力为年生产产品10000吨，拟引进生产线3套，建设厂房4000平方米，库房、办工楼等2900 平方米。征用土地 6900 平方米，预计征地各项费用 80 万元。第二节 厂址选择一：厂址选择的依据有柠檬酸生产经营许可证，可以严格按照国家才相关规定组织生产；有基本的生产及技术力量保证；严格执行国家规定的环保相关法规，符合环保要求，“三废”治理与项目建“三同时”；严格执行国家

14、有关“劳动安全卫生”规定，确保安全生产。该区地理条件优越，交通便利，水利工程发达，排污能力强，通信设施齐全。第 三 章 厂区总平面设计一： 厂区总平面设计原则严格按生产流程布置生产车间、实验室科研室等重要部门，分类集中化，合理化布局，以提高生产效率，缩短各个生产部门之间的距离，降低运输费用与物料处理过程的程序复杂性；人流、物流合理地加以组织安排，力争独立化，避免相互之间的交叉与权责不分的情况，围绕高生产负荷部门建立动力部门；将生产区和生活区严格分开，提高工人的生活水平，提高工人的工作效率；厂区总平面设计按照国家的相关规定严格执行。二：厂区总平面设计工厂分为生活区和生产区。生活区设有公寓、食堂等

15、基本设施。生产区设有生产部门，包括玉米粉碎车间、液化车间、发酵车间、提取车间、精制车间、包装车间、成品车间、副产品车间等；辅助生产部门，包括原料仓库、空压站、制冷站、给水站、配电站、储水池、污水处理中心、沼气处理中心等。三：年产 10000 吨柠檬酸工厂厂区总平面布局图柠檬酸工厂厂区总平面布局图见附图一。第 四 章 生产工艺设计一：生产方案本项目采用玉米为原料，玉米粉碎调浆后利用喷射液化工艺进行玉米浆的液化，液化醪过滤除渣得液化清液，液化清液再进入发酵工段。在提取工段，本项目采用国内先进的“吸交法”提取柠檬酸工艺。二： 工艺流程以玉米为原料，经粉碎、调浆、液化、过滤、发酵、阴离子交换、解脱液煮

16、沸、脱色、阳离子交换、二次脱色、蒸发浓缩、结晶、离心分离、干燥后得成品。工艺流程如下：三：基本步骤1. 原料预处理将原料玉米除杂后进行粉碎，60 目过筛得合格的玉米粉。2.玉米粉调浆和液化向调浆罐通过物料输送机输送玉米粉；按质量比（玉米粉：水）为 1:4.5 的比例加入 65的水，利用碱性盐 Na2CO3溶液调节浆料 pH 在 5.07.0 范围内，并加入 0.1%氯化钙，作为淀粉酶的保护剂和激活剂。最后加入粉耐高温-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

17、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 9523-25。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-淀粉酶，进一步凝固聚沉蛋白质，对处理后的无聊进行过滤处理，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-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。3.发酵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，同时按以下质量体积比向发酵罐内加

18、入已灭菌的 0.9%尿素、0.1%KH3PO4、0.25%MgSO4和 10%种子液。发酵温度控制在 34，pH6.7 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24-25。4.提取和精制发酵清液经过 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 4.9106Pa 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

19、去有机杂质和部分色素等残渣获得清液26-32。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。5.成品包装干燥合格的柠檬酸晶体经包装后运送成品库。四：工艺特点本工艺以玉米为原料，将玉米粉液化后取清液进行发酵。与传统的薯干原料相比，可以利用原有的菌种保持现在的发酵水平，在发酵指数不变的情况下，其总收率至少可提高 5 个百分点，促进柠檬酸的粮耗有较明显的下降。采用玉米为原料，可以得到含粗蛋白 30%以上的玉米渣，可以作为饲料添加剂生产营养丰富的饲料。1t 玉

20、米可生产出商品饲130kg 左右，可以降低柠檬酸的原料进价，比薯干原料有很大的成本优势。以玉米浆液为原料进行发酵生产，可使废水的排放量大幅度减少。每吨酸产生的废水量，从常规的 30m350m3降到 20m325m3，有机污染物浓度也大幅度降低，从20000mgCOD/L 以上，降到 5000mg COD/L 左右，色泽从酱黑色变为黄色。两次加酶连续喷射液化法液化处理玉米淀粉。由于原料玉米中蛋白质含量高，且原料颗粒大，采用两次加酶连续喷射液化法。该方法是向淀粉浆液薄层中直接喷入高压水蒸汽，浆液瞬时升温至要求温度，保温一定时间后，完成玉米淀粉的糊化与液化。从生产情况可以看出，此法液化玉米淀粉的效果

21、较好，蛋白质杂质凝结在一起，使液化液过滤性好，同时该设备简单，便于连续操作。玉米液化过程中使用了层流罐代替了传统的保温罐。这就要求被作用的底物分子具有一定的大小范围，才有利与糖化酶生成这种络合物，为了保证底物分子大小在一定范围内，玉米浆液液化要均匀。使用传统的液化保温罐，先进入的液料不能保证先出去，造成先进料液液化过头，后进料液液化不完全，导致前后液化不均匀。为此，设计了一层流罐，本罐细而高，料液从上部切线进料以防料液走短路，料液从下部排出，从而保证了料液先进先出，最后液化均匀一致。采用快速升温灭酶，闪急瞬时冷却法。高温处理时，通过喷射器快速升温至120145，快速升温比逐步升温产生的“不溶性

22、淀粉颗粒”少，所得的液化液既透明又易过滤，淀粉出糖率高，同时由于采取快速升温法，缩短了生产周期。另外，喷射加热到 120145后，在维持罐内维持 510 分钟左右，使已形成的“不溶性淀粉颗粒”在高温作用下分散，同时蛋白质 变性，蛋白质得到进一步凝固。采用真空闪急冷却，液化液浓度可以增高，同时利用高压差淀粉会进一步分散，出糖率可以增高。吸附交换过程中吸附剂不断“抖动”，省去了批批再生的过程。采用吸交容量大、抗污染能力强的弱碱性阴离子交换剂，发酵液不经脱色直接吸交，同时改变吸附交换柱内压力，调压力为 4.9106Pa 至放空，反复 2 到 3 次。这种“抖动”过程可以使吸附交换树脂充分搅动，所以不

23、需要像离交法那样在洗胶工序后树脂仍需批批再生，降低了水、酸、碱的消耗。调节解脱液 pH，提高分离杂质的效果。从阴离子交换树脂流出的解脱液加碱。调节 PH 至 810，可以破坏柠檬酸解脱液的胶体稳定性，从而使混入的少量可溶性蛋白质、糖、胶体、杂酸等杂质絮凝从解脱液中分离。“吸交法”33-36采用碱解脱法，避免原来酸解脱法存在的还原糖偏高、易碳化合物不达标的缺点。与传统的钙盐法相比，提取收率由原来的 75%左右提高到80%，提高了产品质量，降低了生产成本。“吸交法”比原“钙盐法”增加效益1000 元/吨柠檬酸，生产实现自动化程序控制，消除了生产废渣 CaSO4只产生少量废水，节约能耗，有利于环境保

24、护。第 五 章 工艺计算一：物料衡算1.全厂总物料衡算主要内容（1）原料消耗的计算，主要原料为玉米，其他辅料有耐高温-淀粉酶、CaCl2、尿素、MgSO4、KH3PO4 黑曲霉等。（2）中间产品计算，主要有液化醪、发酵液量的计算 。（3）成品、副产品及“三废”计算。2.工艺技术指标和基础数据（1）生产规模：年产 10000t 柠檬酸。（2）生产方法：玉米粉液化过滤后发酵。（3）生产天数：300 天。（4）产品质量：达到英国药典、美国药典标准，柠檬酸含量为 99.8%。（5）副产品年产量：玉米渣 4000t，菌丝体 6800t，(NH4)2SO45800t。（6）玉米淀粉含量为 70%，水含量低

25、于 13%。（7）玉米浆液化添加 0.1%CaCl2，耐高温-淀粉酶（酶活力为 20000U/g），用量为 8U/g 玉米粉。（8）柠檬酸发酵向发酵液添加 0.9%尿素、0.1% KH3PO4、0.25% MgSO4。（9）实际糖酸转化率为 94%、成品收得率为 88%、产酸率为 14%、发酵周期为 72h。二：原辅料消耗及中间产品衡算以 1000 kg 柠檬酸为例，原辅料消耗和中间产品衡算如下：1.总反应式（1）糖化阶段：(C6H12O5)nnH2OnC6H12O6162 18 180发酵阶段：2C6H12O6 3O2 2C6H8O7 + 4H2O2180 332 2192 418（2）生产

26、 1000 kg 无水柠檬酸理论淀粉消耗量1000(162192) 843.75kg（3）生产 1000kg 成品无水柠檬酸理论淀粉消耗量843.7599.8%842.06kg99.8%无水柠檬酸达到英国药典标准，柠檬酸含量为 99.8%。（4）生产 1000kg 无水柠檬酸实际淀粉消耗量842.0686%1002.45kg（5）生产 1000kg 无水柠檬酸玉米粉的消耗量1002.4570%1432.07kg（6）耐高温 -淀粉酶的消耗量1002.4518200000.902kg耐高温 -淀粉酶酶活力为 20000U/g，用量为 8U/g 玉米粉。2.液化醪量的计算玉米粉和水按 1：4.5

27、的比例混合，加入 0.1% CaCl2，有关计算如下：（1）玉米浆的量1432.075.57876.39kg（2）CaCl2的用量7876.390.1%7.88kg（3）干物质含量为 B087%的玉米粉比热容 C0为：4.18(10.7B0)1.63kJ/(kgk)玉米浆干物质的浓度 B1为：87（5.510015.82%液化醪的比热容为：C1B1C0(1.0B1)CW15.82%1.63(1.015.82%)4.183.78kJ/(kgk)CW水的比热容，kJ/(kgk)为简化计算，假定液化醪的比热容在液化过程中维持不变。（4）经第一个喷射液化器加热后玉米浆的量：7876.397876.39

28、3.78（10560）（2748.91054.18）8456.38kg2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓，kJ/kg（5）第一个真空冷却器出来的玉米浆的量：8456.388456.383.78（10597）2264.08343.43kg2264.0真空冷却温度 97下的饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg（6）层流罐出来的玉米浆的量：8343.438343.433.78（9795）2269.18315.63kg2269.1层流罐维持温度 95下的饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg（7）第二个喷射加热器出来的玉米浆的量：8315.638315.633.78（13095）（2748.9130

29、4.18）8814.45kg2748.9喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓，kJ/kg130灭酶温度（8）高温维持罐出来的玉米浆的量：高温维持时间是 8min，蒸发量每小时为 8%，故蒸发水分量：8814.458%8/6094.02kg故流出量：8814.4594.028720.43kg（9）第二个真空冷却器出来的玉米浆的量：8720.438720.433.78（13097）2264.08239.96kg2264.0真空冷却温度 97下的饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg（10）液化罐出来的液化醪的量：8239.968239.963.78（9795）2269.18212.51kg2269.1层

30、流罐维持温度 95下的饱和蒸汽的汽化潜热，kJ/kg（11）液化清液的量：液化醪经过滤除去玉米渣 450kg，得液化清液 7762.51kg。3.发酵液量的计算成品柠檬酸中柠檬酸的量：100099.8%998kg发酵液中柠檬酸的量：99888%1134.09kg发酵液总体积：1134.0914%8100.65m3尿素耗量：8100.650.9%72.91kgKH3PO4耗量：8100.650.1%8.10kgMgSO4耗量：8100.650.25%20.25kg4.离子交换树脂的计算（1）8310#弱碱性阴离子交换树脂8310#弱碱性阴离子交换树脂的技术参数如下：型式：羟型粒度：2060 且9

31、0水分：60%70%强度：90%湿视密度：0.650.75g/ml交换容量：0.81.0g/g 干树脂再生交换容量：9mmol/ml 树脂每吨柠檬酸所需发酵液的量是 8100.65kg，所需湿树脂的量：1（0.90.35）3.17t湿树脂的体积：3.171.252.54m3一般控制树脂的吸附量仅为树脂总交换量的 70%，则所需树脂的体积：2.5470%3.63m3用 15%NH4OH 解脱，液氨（按 100%计）用量是 40kg/m3，则所液氨的量：3.6340145.2kg所需 15%稀氨液的的量：（145.217）3115%1765.2kg（2）阳离子交换树脂13解脱液常压煮沸后加活性炭脱色，过滤后要经过阳离子交换树脂转型，选用安徽三星树脂科技有限公司生产的 0017 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。其技术参数如下：型式：H 型