年產(chǎn)1萬(wàn)噸檸檬酸的工藝設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 論 文題 目：年產(chǎn)1萬(wàn)噸檸檬酸的工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：化學(xué)工程與工藝（精細(xì)化工方向）學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2010 年 5 月 12 日目 錄摘要.1Abstract.11緒論.21.1檸檬酸的理化性質(zhì).21.2檸檬酸的用途.21.2.1檸檬酸在食品工業(yè)上的應(yīng)用.21.2.2檸檬酸在藥物、美容品、化妝品上的應(yīng)用.21.2.3檸檬酸在工業(yè)上的應(yīng)用.31.2.4檸檬酸鹽類(lèi)、檸檬酸脂類(lèi)的用途.31.3檸檬酸的生產(chǎn)方法.31.3.1水果提取法.41.3.2化學(xué)合成法.41.3.3生物發(fā)酵法.41.4我國(guó)檸檬酸工業(yè)的發(fā)展歷程.51.4.1菌種選育屢結(jié)碩果.

2、51.4.2因地制宜調(diào)整原料結(jié)構(gòu).61.4.3裝備情況大為改觀.61.4.4提取工藝取得突破性進(jìn)展.62總體工藝方案. .72.1引言.72.2原料及其處理.92.2.1原料.92.2.2原料的處理.92.3發(fā)酵及醪液處理工藝.92.3.1工藝與工程.92.3.2流程簡(jiǎn)介.102.3.3發(fā)酵工序.102.3.4醪液處理工序.102.4粗提與精制工藝.112.4.1工藝與工程.112.4.2流程圖簡(jiǎn)介.112.4.3提取工段.112.4.4精制工段.122.4.5設(shè)備選型.132.5工程設(shè)計(jì)方案.132.5.1全廠項(xiàng)目組成.132.5.2產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).143發(fā)酵罐的工藝設(shè)計(jì). .143.1物料衡

3、算.143.1.1日產(chǎn)量的計(jì)算.143.1.2原料消耗計(jì)算.143.1.3糖化酶的消耗.153.1.4蒸煮醪量的計(jì)算.153.2工藝計(jì)算.16 3.2.1發(fā)酵容積的確定.163.2.2生產(chǎn)能力的計(jì)算.163.2.3發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定.173.2.4發(fā)酵罐幾何尺寸的確定.173.3冷卻面積的計(jì)算.183.3.1攪拌器的設(shè)計(jì).193.3.2設(shè)備結(jié)構(gòu)的布置方案.223.3.3冷卻管的布置.224 環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn). .254.1環(huán)境保護(hù). .254.1.1廢氣處理.254.1.2廢水處理.254.1.3廢渣處理.254.2安全生產(chǎn).25參考文獻(xiàn).26摘 要本文從檸檬酸及其用途，總體工藝建設(shè)方案，原料

4、及其處理，發(fā)酵及醪液處理工藝，粗提與精制工藝蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥等幾個(gè)方面，簡(jiǎn)介工藝設(shè)計(jì)中的基本方法。在本工程的設(shè)計(jì)中，原料處理及發(fā)酵工藝的確定。既要結(jié)合當(dāng)?shù)卦咸匦裕惨紤]已有的技術(shù)實(shí)力，使其生產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)不僅適應(yīng)以薯干為原料的生產(chǎn)需要，也滿(mǎn)足以玉米作為精制原料生產(chǎn)的要求。因而采用了玉米干法脫胚粉碎或薯干直接粉碎調(diào)漿、液化(玉米液化漿)壓濾、低壓連續(xù)噴射滅菌，液體深層發(fā)酵的工藝路線(xiàn)。在提取精制工藝方面，本設(shè)計(jì)提取工藝仍采用鈣鹽提取的工藝路線(xiàn)。關(guān)鍵詞：檸檬酸 無(wú)水檸檬酸 工藝設(shè)計(jì) 深加工AbstractIn this paper, and the use of citric acid, th

5、e overall technology development programs, materials and processing, mash fermentation and processing technology, the crude and the refining process evaporation, crystallization, separation, drying areas, briefing the basic method of process design. In the project design, materials processing and fe

6、rmentation process to determine. We must combine the local characteristics of raw materials, but also the strength of existing technologies, production technology to route not only to adapt to the dry matter production as the raw material needs, but also satisfy the refined corn as raw material prod

7、uction. Which uses dry germ of maize crushing or grinding mixing dry matter directly, liquefied (liquefied corn syrup) filter press, continuous low pressure spray sterilization, submerged fermentation process route. In the extraction and purification process, the extraction process of the design pro

8、cess is still using calcium extraction line.Key words: Citric acid;Anhydrous citric acid;Process Design ; deep1 緒論1.1 檸檬酸的理化性質(zhì)檸檬酸是無(wú)色半透明晶體或白色結(jié)晶性粉末，無(wú)臭，有強(qiáng)烈的令人愉快的酸味，其在溫暖空氣中漸漸風(fēng)化，在潮濕空氣中有潮解性。根據(jù)結(jié)晶條件不同，它的結(jié)晶形態(tài)有無(wú)水檸檬酸和含結(jié)晶水檸檬酸。商品檸檬酸主要是無(wú)水檸檬酸(C6H8O7)和異檸檬酸(C6H8O7H2O)。異檸檬酸由低溫(低于36.6)的水溶液中結(jié)晶析出，經(jīng)分離干燥后的產(chǎn)品，分子量210.14，熔點(diǎn)7

9、075，密度1.542。放置在干燥的空氣中，異檸檬酸中的結(jié)晶水會(huì)逸出風(fēng)化。無(wú)水檸檬酸是在高于36.6的水溶液中結(jié)晶析出的，分子量192.12，密度1.665。異檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水檸檬酸的臨界溫度為36.6士0.15。檸檬酸(citric acid)，學(xué)名2-羥基丙烷三羧酸，分子式C6H8O7。為無(wú)色透明斜方晶系晶體顆粒，或白色結(jié)晶性粉末。無(wú)臭，有很強(qiáng)的酸味，味閾值為0.0025%。在溫暖的空氣中漸漸風(fēng)化，在潮濕空氣中微有潮解性。檸檬酸易溶于水，能溶于乙醇，而不溶于乙醚、氯仿、苯、CS2、CCl4及脂肪酸。檸檬酸的分子結(jié)構(gòu)式如圖1-1。HCCOOHHOHCCOOHCH2COOH異檸檬酸HOCCOO

10、HCH2COOHCH2COOH檸檬酸圖1-1 檸檬酸的分子結(jié)構(gòu)式1.2 檸檬酸的用途1.2.1 檸檬酸在食品工業(yè)上的應(yīng)用檸檬酸被人們稱(chēng)為第一食用酸味劑，在食品工業(yè)上被廣泛地用作酸味劑、增溶劑、緩沖劑、抗氧化劑、除腥脫臭劑、鰲合劑等，其具體用途不勝枚舉。它常用在飲料、果醬與果凍、糖果、冷凍食品、釀造酒、酸奶、脂肪和油、腌制品、罐頭食品和水果加工、豆制品和調(diào)味品等諸多領(lǐng)域。1.2.2 檸檬酸在藥物、美容品、化妝品上的應(yīng)用檸檬酸普遍應(yīng)用于各種營(yíng)養(yǎng)口服液，緩沖pH=3.54.5，維持活性配料的穩(wěn)定性，加強(qiáng)防腐劑的效果。檸檬酸糖漿是發(fā)熱糖漿是必?zé)嵬床挥们鍥鲲嬃?，具有矯味、清涼、解毒的功效。檸檬酸與水

11、果香精和用，可賦予人們喜愛(ài)的香酸口感以掩蓋藥物的苦味，尤其是重要制劑，在液態(tài)配料中加入0.02%的檸檬酸可形成微量鐵和銅的絡(luò)合物，延緩活性配料的降解作用。在配制發(fā)蠟過(guò)程中用檸檬酸調(diào)節(jié)pH，在抗氧化劑體系中，作為金屬離子鰲合劑，都需要檸檬酸作為標(biāo)準(zhǔn)配料。1.2.3 檸檬酸在工業(yè)上的應(yīng)用以檸檬酸為基礎(chǔ)的金屬凈化配方，能有效地去除黑色金屬和有色金屬的表面形成的氧化物。檸檬酸是高效鰲合清洗劑，對(duì)鈣、鎂、鐵、鉻、銅等污垢有效，廣泛用于各種金屬表面的清洗，洗后廢水可生物降解不污染環(huán)境。檸檬酸鈉能增加去污性能，在許多家用去垢劑產(chǎn)品中可加快生物降解，可作為磷酸鹽的代用品，大量應(yīng)用于洗衣粉、去垢劑之中，檸檬酸鈉

12、與鋁硅酸鹽一起增強(qiáng)洗凈劑的清潔作用是很有效的。另外檸檬酸還可應(yīng)用于電鍍，紡織品，膠粘劑，石油井去除鐵拴，治理工業(yè)廢氣、廢水、回收金屬等方面。1.2.4 檸檬酸鹽類(lèi)、檸檬酸脂類(lèi)的用途檸檬酸鹽類(lèi)用于補(bǔ)充相應(yīng)的元素時(shí)，具有溶解度高、生理寬容性大、酸根可直接被人體或動(dòng)物體吸收代謝而無(wú)積留等優(yōu)點(diǎn)。檸檬酸亞鐵和檸檬酸鐵是補(bǔ)鐵劑，對(duì)機(jī)體的缺鐵性貧血或出血后貧血有特殊的療效，而且無(wú)收斂或刺激副作用，不會(huì)擾亂消化道的功能。檸檬酸鈉注射時(shí)與鉀鹽一樣，用于校正血、體液、尿液的酸度。檸檬酸鈉是著名的抗凝血?jiǎng)V泛應(yīng)用于輸血、血液和血漿保存以及制造人造代血漿和血制品加工工藝。檸檬酸鎂、檸檬酸銅、檸檬酸鎳等在工業(yè)和藥品等方

13、面都有廣泛的用途。檸檬酸三甲酯是檸檬酸和甲醇酯化而成，溶解力強(qiáng)，耐油性和耐光性好，特別適用于涂料。乙酰檸檬酸三乙酯是無(wú)色油狀液體可用于制作食品包裝材料。檸檬酸的其他酯類(lèi)在工業(yè)和食品等方面也有諸多應(yīng)用。1.3 檸檬酸的生產(chǎn)方法目前生產(chǎn)檸檬酸的主要方法有水果提取法、化學(xué)合成法以及生物發(fā)酵法三種。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)檸檬酸的廠家主要有安徽豐原生化股份有限公司、江蘇無(wú)錫羅氏中亞檸檬酸有限公司、安徽華源生物藥業(yè)有限公司、湖北黃石興華生化有限公司等近10家大型企業(yè)。年生產(chǎn)能力約為50萬(wàn)噸，大部分企業(yè)使用的是生物發(fā)酵法。1.3.1 水果提取法水果提取法是早期制取檸檬酸的方法，在發(fā)酵法未出現(xiàn)之前，持續(xù)了大約50年的時(shí)間。

14、檸檬酸可以從檸檬、橙、橘子、蘋(píng)果等檸檬酸含量較高的水果中提取。該法是從未成熟的檸檬、柑橘等水果中壓榨出果汁，然后和石灰乳混合，生成檸檬酸鈣沉淀，再用硫酸處理，得到不含雜質(zhì)的檸檬酸溶液。鹽溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶即可得出檸檬酸產(chǎn)品。當(dāng)今，水果的生產(chǎn)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，水果產(chǎn)量也隨之增加，并且比較集中，在考慮生態(tài)果園和綜合利用時(shí)，可以利用這種方法來(lái)提取檸檬酸。此法成本較高，不利于投入工業(yè)化生產(chǎn)。1.3.2 化學(xué)合成法化學(xué)合成法使用的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮。以二氯丙酮為原料的技術(shù)路線(xiàn)如圖1-2所示。CClCH2 OHClCH2 COOHCClCH2 OHClCH2 CNC = OClCH2 ClCH2 HCNH

15、2ONH3CNCCH2 OHNCCH2 COOHCHOOCCH2 OHHOOCCH2 COOHHCN2HCl4H2ONH3圖1-2用化學(xué)合成法制備檸檬酸的技術(shù)路線(xiàn)此法制取檸檬酸的工藝復(fù)雜，成本高，安全性低，很少使用。1.3.3 生物發(fā)酵法檸檬酸的生物發(fā)酵法有多種發(fā)酵工藝，有固體表面發(fā)酵法，表面發(fā)酵法，深層發(fā)酵法，石油烴(正構(gòu)烷烴)發(fā)酵法等等，目前生物發(fā)酵法主要采用前三種方法為主。使用的主要原料有薯干，木薯，馬鈴薯，蜜糖，正烷烴等。還有用玉米的，小麥淀粉的水解液，制備葡萄糖的母液等均可生產(chǎn)檸檬酸。無(wú)論使用何種微生物，也無(wú)論采用哪一種發(fā)酵方法，檸檬酸發(fā)酵都是好氣性的，即檸檬酸發(fā)酵是好氧發(fā)酵。表面發(fā)

16、酵法，此法又稱(chēng)淺層發(fā)酵法。它是利用生長(zhǎng)在液態(tài)培養(yǎng)基表面的微生物的代謝作用，將可發(fā)酵性原料轉(zhuǎn)化為檸檬酸。這種工藝出現(xiàn)最早，它在1923年首先由美國(guó)Chas.Pfizer公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，至今工業(yè)上仍然沿用，主要用于糖蜜原料的發(fā)酵。其工藝過(guò)程為：將原料先放入煮沸鍋內(nèi)加水煮沸，依次加黃血鹽和ETDA二鈉鹽煮沸滅菌，再用無(wú)菌水配成培養(yǎng)基液，加入適量的硫酸銨、磷酸二氫鉀作為氮源和營(yíng)養(yǎng)鹽，將培養(yǎng)基液在4550下送入發(fā)酵室內(nèi)裝入淺底的鋁盤(pán)或不銹鋼盤(pán)中，干孢子接入黑曲霉干孢，發(fā)酵；過(guò)濾掉菌絲后將發(fā)酵液中和、酸解、凈化、濃縮、結(jié)晶等后處理而得檸檬酸。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少投產(chǎn)快，操作簡(jiǎn)單，能耗低；原料粗放，

17、產(chǎn)酸濃度高等優(yōu)點(diǎn)。但也有占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，菌體生成量影響產(chǎn)酸率等缺點(diǎn)。固體發(fā)酵法也屬淺盤(pán)發(fā)酵法的一種，是將固體原料與曲霉菌絲體混合，經(jīng)過(guò)微生物的代謝活動(dòng)，將原料中的可發(fā)酵成分轉(zhuǎn)化為檸檬酸。此法雖然較落后，但可利用薯渣等固體原料進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后的殘?jiān)钥勺鳛轱暳?。采用固體發(fā)酵所用儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，操作簡(jiǎn)便，原料粗放，發(fā)酵時(shí)間短，但其占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)酸率及提取率低，副產(chǎn)物多。因?yàn)樵摲ㄓ幸恍﹥?yōu)點(diǎn)，故有存在的價(jià)值。深層發(fā)酵法和表面發(fā)酵的基本原理相似，只是發(fā)酵過(guò)程發(fā)生在密閉的大型發(fā)酵罐內(nèi)，菌體的生長(zhǎng)分散在整個(gè)液體介質(zhì)內(nèi)。深層發(fā)酵的關(guān)鍵設(shè)備是發(fā)酵罐。發(fā)酵罐通常由罐體、攪拌、

18、冷卻裝置和空氣分布器等組成。配制好的發(fā)酵原料經(jīng)滅菌、冷卻后，將培養(yǎng)的優(yōu)育菌種先接種于種子罐，再轉(zhuǎn)移至發(fā)酵罐。發(fā)酵期間罐內(nèi)始終通入無(wú)菌空氣，以增加培養(yǎng)基內(nèi)的溶解氧，注意控制發(fā)酵溫度、pH、通氣量及攪拌速度，維持菌體的生長(zhǎng)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)酵體系為均一的液體，傳熱傳質(zhì)良好；設(shè)備占地面積小，生產(chǎn)規(guī)模大；發(fā)酵速率高，時(shí)間短；產(chǎn)酸率高，菌體生成量小，原材料消耗低；便于機(jī)械化操作；發(fā)酵副產(chǎn)物少，產(chǎn)品得率高，產(chǎn)品質(zhì)量高等，從而使其成為當(dāng)今世界生產(chǎn)檸檬酸的最主要的方法。石油烴（正構(gòu)烷烴）發(fā)酵法采用解脂覆膜孢酵母為菌種，以石油為原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸是基于分解長(zhǎng)鏈烷烴的能力，先通過(guò)一端氧化產(chǎn)生長(zhǎng)鏈脂肪酸，誘發(fā)子鏈

19、打開(kāi)，借-氧化或-氧化作用成為短鏈脂肪酸，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生檸檬酸，反應(yīng)歷程如下：C16H34 + 0.5O2+ H2O C16H32O2 + 2H2C16H32O2 + 16H2O + ATP 8C2H4O2 + 14H2 + AMP + 2Pi3C2H4O2 + H2O C6H8O7 + 3H21.4 我國(guó)檸檬酸工業(yè)的發(fā)展歷程1.4.1 菌種選育屢結(jié)碩果優(yōu)良的菌種對(duì)檸檬酸發(fā)酵起著決定性的作用，我國(guó)在菌種選育方面的研究非?；钴S，近二十年來(lái)不斷有新的菌種面世，使我國(guó)的檸檬酸發(fā)酵達(dá)到世界先進(jìn)水平，對(duì)總糖轉(zhuǎn)化率最高已達(dá)97.28%。20世紀(jì)70年代，上海工微所以酒精生產(chǎn)上所用的固體曲菌種宇佐美

20、曲霉為出發(fā)菌，經(jīng)60Co-射線(xiàn)及氮芥誘變處理，以薯干為原料進(jìn)行檸檬酸菌種篩選，獲得我國(guó)第一代檸檬酸生產(chǎn)菌宇佐美曲霉N558，N558產(chǎn)酸水平67%，轉(zhuǎn)化率7080%，周期120小時(shí)。采用在篩選平板培養(yǎng)基之中添加10%檸檬酸的方法，從土壤中篩選出野生黑曲霉628，經(jīng)60Co-射線(xiàn)810萬(wàn)倫輻射之后，通過(guò)常規(guī)的變色平板即在平板之中加入0.04%的溴酚藍(lán)，采用比較顯色圈和菌落的直徑等方法，選育出了黑曲霉D353，此菌種發(fā)酵產(chǎn)酸89%，轉(zhuǎn)化率8090%，周期96120小時(shí)。朱享政等為了將3008用于葡萄糖母液發(fā)酵，又進(jìn)行了連續(xù)誘變，即用硫酸二乙酯（EDS）處理后再經(jīng)Co60-射線(xiàn)輻照，根據(jù)檸檬酸高產(chǎn)菌

21、株不產(chǎn)孢子和菌球較小的經(jīng)驗(yàn)，篩選出了Co827菌種。Co827是我國(guó)檸檬酸發(fā)酵史上最重要的菌種之一，一直沿用至今，發(fā)酵產(chǎn)酸13%14%，轉(zhuǎn)化率95%以上，發(fā)酵周期64小時(shí)。1.4.2 因地制宜調(diào)整原料結(jié)構(gòu)目前工業(yè)上使用的原料主要有以下幾種：薯類(lèi)：甘薯、木薯、馬鈴薯、甘薯干、木薯干、馬鈴薯干、薯渣谷類(lèi)：玉米、小麥或小麥面粉、大米淀粉：各種谷類(lèi)、薯類(lèi)等加工成的淀粉糖類(lèi)：蔗糖、甜菜糖及其糖蜜，由淀粉水解而得到的各種單糖、雙糖1.4.3 裝備情況大為改觀設(shè)備趨于大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化。最大的噴環(huán)式好氧發(fā)酵罐的容積已達(dá)400m3，各種形式的帶式過(guò)濾機(jī)已廣泛應(yīng)用，多效蒸發(fā)、連續(xù)結(jié)晶設(shè)備已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。工藝控

22、制水平大幅提高，多數(shù)工廠已建立了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和完善的計(jì)量網(wǎng)絡(luò)。1.4.4 提取工藝取得突破性進(jìn)展傳統(tǒng)的鈣鹽提取法，勞動(dòng)強(qiáng)度大，消耗大量的化學(xué)品，并產(chǎn)生大量的硫酸鈣廢渣，對(duì)環(huán)境造成污染，收率低，影響產(chǎn)品質(zhì)量，形成巨大的成本開(kāi)支，制約了檸檬酸行業(yè)的發(fā)展。取代鈣鹽法的檸檬酸提取新工藝已取得初步成功。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心秦濤等研究成功了連續(xù)色譜離交工藝，1998年在安徽皁陽(yáng)制藥廠建成了2000噸/年生產(chǎn)線(xiàn)。2總體工藝方案2.1 引言 目前，在國(guó)內(nèi)外檸檬酸生產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)中液體深層發(fā)酵、鈣鹽提取技術(shù)仍是檸檬酸工業(yè)生產(chǎn)中的主導(dǎo)工藝路線(xiàn)。隨著生物工程及其下游技術(shù)的發(fā)展，精料、高糖發(fā)酵正成為檸檬酸發(fā)酵工藝的發(fā)

23、展趨勢(shì)，萃取工藝及色譜(樹(shù)脂)分離技術(shù)也在檸檬酸提取精制工藝中得到進(jìn)一步的研究和發(fā)展。就目前檸檬酸發(fā)酵技術(shù)情況看，以玉米為原料的檸檬酸精料發(fā)酵已在國(guó)內(nèi)得到較廣泛的應(yīng)用。玉米原料經(jīng)初步的脫胚后，磨粉液化制成發(fā)酵精料，使后續(xù)產(chǎn)品回收率提高近5個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)為精料高糖發(fā)酵打下了較好的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。另一方面，玉米處理的糖渣及胚芽等副產(chǎn)品收入又降低了玉米原料的成本。 在本設(shè)計(jì)中，原料處理及發(fā)酵工藝的確定，既要結(jié)合當(dāng)?shù)卦咸匦裕惨紤]甲方已有的技術(shù)實(shí)力，使其生產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)不僅適應(yīng)以薯干為原料的生產(chǎn)需要，也滿(mǎn)足以玉米作為精制原料生產(chǎn)的要求。因而采用了玉米干法脫胚粉碎或薯干直接粉碎調(diào)漿、液化(玉米液化漿)壓濾、低

24、壓連續(xù)噴射滅菌，液體深層發(fā)酵的工藝路線(xiàn)。 在提取精制工藝方面，溶媒法生產(chǎn)工藝因其生產(chǎn)技術(shù)、溶媒回收、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品的市場(chǎng)接受關(guān)念等多方因素，一直未形成大的工業(yè)生產(chǎn)方式，而色譜(樹(shù)脂)分離技術(shù)卻有一定發(fā)展。從MESSO公司與美國(guó)ASTU公司對(duì)中國(guó)檸檬酸工程的技術(shù)報(bào)價(jià)資料看，利用Reillex HP樹(shù)脂，采用ISEP連續(xù)法分離檸檬酸，在產(chǎn)品達(dá)標(biāo)的情況下，具有生產(chǎn)成本低、三廢排放少、生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化等優(yōu)勢(shì)，但該裝置對(duì)醪液中的殘?zhí)?、膠體、蛋白質(zhì)等有機(jī)雜質(zhì)及陰陽(yáng)離子等有一定限制，對(duì)檸檬酸發(fā)酵醪液特性及預(yù)處理工藝有較高要求，其“可操作性必需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用原始發(fā)酵醪液試驗(yàn)后，方可得到證實(shí)?！?由于上述原

25、因，并結(jié)合本設(shè)計(jì)多方面的具體情況，本著工藝合理先進(jìn)的原則,在本工程提取工藝中仍確定采用鈣鹽提取的總體工藝方案。且在中和工藝上,結(jié)合原料特點(diǎn)、水資源狀況、污水排量及產(chǎn)品收率等情況,在考慮機(jī)械輸送、負(fù)壓除塵、螺旋無(wú)級(jí)變頻投料的前提下選用干法中和工藝。在后續(xù)工序上則以目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的離交純化、蒸發(fā)結(jié)晶、分離干燥為其基本工藝過(guò)程。 在生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制方面，以經(jīng)濟(jì)可靠為原則，利用醫(yī)用抗生素大型發(fā)酵系統(tǒng)微機(jī)控制技術(shù)，結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)發(fā)酵溫度、PH值、罐壓、通風(fēng)量及機(jī)械運(yùn)行狀況實(shí)施微機(jī)監(jiān)控管理；對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的蒸汽流量、罐溫、罐壓(真空度)、物料回流量等實(shí)行自動(dòng)控制，從而使工程整體技術(shù)裝備從硬件到

26、軟件，都上升到一個(gè)新的技術(shù)水平。 綜上所述，在本設(shè)計(jì)中，“工藝合理、成熟，設(shè)備先進(jìn)、適用，投資成本低”是我們確定生產(chǎn)技術(shù)方案中應(yīng)當(dāng)遵循的最基本原則。根據(jù)這一原則，確定本設(shè)計(jì)在原料處理以后的工藝流程如圖2-1所示。 圖2-1檸檬酸的生產(chǎn)工藝流程圖由圖2-1可見(jiàn)，其生產(chǎn)工藝的基本過(guò)程是：在接收糖漿后，根據(jù)糖漿組成作適當(dāng)?shù)奶幚砘蚺渲疲涑砂l(fā)酵原料，進(jìn)行連續(xù)殺菌并冷卻后，進(jìn)入發(fā)酵罐加入菌種及凈化壓縮空氣進(jìn)行發(fā)酵；發(fā)酵液經(jīng)升溫、過(guò)濾處理后，進(jìn)入中和罐加CaCO3中和處理；再經(jīng)過(guò)過(guò)濾洗滌，得到檸檬酸鈣固體，送入酸解罐，再加H2SO4酸解，并加入活性炭脫色；然后，通過(guò)帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾、酸解過(guò)濾，除去CaSO4

27、及廢炭；酸解過(guò)濾液經(jīng)離子交換處理后，進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，再進(jìn)行結(jié)晶；結(jié)晶后，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，對(duì)得到的濕檸檬酸晶體進(jìn)行干燥與篩選，最后得到成品的檸檬酸。2.2 原料及其處理2.2.1 原料目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)檸檬酸的基本原料分為兩類(lèi)：淀粉類(lèi)與糖蜜類(lèi)。 關(guān)于淀粉類(lèi)原料，過(guò)去，我國(guó)長(zhǎng)期僅僅使用各種薯干，如：馬鈴薯、甘薯、木薯等，技術(shù)比較成熟。此次1萬(wàn)噸年檸檬酸項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)擬以薯干作為主要原料。2.2.2 原料的處理 在本設(shè)計(jì)中，對(duì)原料的基本處理工藝方法是：采用薯干直接粉碎調(diào)漿、液化、(玉米液化漿)壓濾。結(jié)合一些實(shí)際條件，原料的處理由備料車(chē)間來(lái)完成。 原料的運(yùn)輸與貯存薯干原料，由汽車(chē)運(yùn)至廠區(qū)，經(jīng)過(guò)計(jì)量

28、后，按包裝形式的不同(袋裝或散裝)，暫存于平倉(cāng)中。存于平倉(cāng)中的薯干,采用平倉(cāng)散裝(或者袋裝)貯存輸送設(shè)備，輸送到備料車(chē)間內(nèi)。原料的處理 根據(jù)發(fā)酵的要求，對(duì)兩種不同的原料分別處理：對(duì)薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、調(diào)漿、液化、連續(xù)滅菌的處理方法； 以薯干原料生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)我國(guó)薯干粗料的特征，發(fā)酵工藝要求將薯干從平倉(cāng)運(yùn)至備料車(chē)間，經(jīng)過(guò)磁選裝置除去原料中含鐵雜質(zhì)，以保護(hù)設(shè)備。然后進(jìn)入粗粉碎機(jī)，將薯干先軋成13cm大小的小塊，以提高磨粉機(jī)的效率，便于物料的輸送。粗碎后，由斗式提升機(jī)提送至中間粉倉(cāng)，由粉倉(cāng)落入磨粉機(jī)粉碎，粉碎后進(jìn)入粉倉(cāng)再經(jīng)計(jì)量送至配料罐。配料罐內(nèi)加水調(diào)漿，同時(shí)加入一淀粉酶升溫液化。液化完成后

29、送至連消裝置連續(xù)滅菌，再送至發(fā)酵車(chē)間。2.3 發(fā)酵及醪液處理工藝2.3.1 工藝與工程根據(jù)總體工藝技術(shù)路線(xiàn)，采用好氣液體深層發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸，成熟醪經(jīng)處理過(guò)濾后，為后續(xù)工藝提供符合要求的清潔醪液。 設(shè)計(jì)由發(fā)酵車(chē)間來(lái)完成發(fā)酵工藝，壓濾車(chē)間完成醪液處理工藝。2.3.2 流程簡(jiǎn)介 發(fā)酵及醪液處理工藝流程，見(jiàn)圖2-2。圖2-2 檸檬酸液體深層發(fā)酵及醪液過(guò)濾工藝流程現(xiàn)在結(jié)合圖2-2，對(duì)發(fā)酵及醪液處理工藝的基本過(guò)程作一簡(jiǎn)介。2.3.3 發(fā)酵工序 由備料車(chē)間提供的經(jīng)連續(xù)滅菌并冷卻的料液，通過(guò)滅菌管道泵入已空消滅菌待料的發(fā)酵罐(或種子罐)，通過(guò)差壓法或零磅火焰倒種法，接入已培養(yǎng)好的檸檬酸菌種，在通風(fēng)、攪拌情

30、況下，進(jìn)行發(fā)酵或培養(yǎng)。在發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)罐溫、罐壓、通風(fēng)量、攪拌轉(zhuǎn)速等實(shí)行連續(xù)記錄監(jiān)控，并定期檢測(cè)原糖消耗情況、菌種生長(zhǎng)狀態(tài)、ph值、泡沫等變化情況。根據(jù)發(fā)酵的工藝特性要求，及時(shí)調(diào)整控制發(fā)酵工藝過(guò)程，以獲得最佳工藝產(chǎn)酸率或種罐菌種活力，一般經(jīng)65小時(shí)(種罐約28小時(shí))培養(yǎng)，大罐在殘?zhí)侵笜?biāo)、產(chǎn)酸情況達(dá)到放罐條件即可放罐：種罐菌種活力及菌群數(shù)量達(dá)標(biāo)后，即可移種。在發(fā)酵或培種過(guò)程的定期檢測(cè)中，若發(fā)現(xiàn)異常情況，如染菌等，應(yīng)針對(duì)具體情況及時(shí)處理，對(duì)中、前期染菌，可加大種量形成主菌群生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，或及時(shí)罐實(shí)消，補(bǔ)入適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)源重新接種發(fā)酵；后期時(shí)可加強(qiáng)監(jiān)控，提前放罐；對(duì)倒罐等應(yīng)予滅菌排放處理，并認(rèn)真查找原因，

31、進(jìn)一步強(qiáng)化滅菌操作中的各個(gè)環(huán)節(jié)。2.3.4 醪液處理工序 檸檬酸發(fā)酵完成后，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，本工藝中為提高設(shè)備利用率，增設(shè)醪液貯罐，通過(guò)熱交換器，及時(shí)將醪液加熱至80后進(jìn)入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過(guò)濾機(jī)，除掉固形物及菌體殘?jiān)?，將清醪液泵入下道工序?.4 粗提與精制工藝 2.4.1 工藝與工程 根據(jù)總體工藝方案，確定本工序的生產(chǎn)方法為：鈣鹽干法提取工藝，即檸檬酸清醪液經(jīng)CaCO3，干法中和、帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾、濃硫酸酸解、離交純化、連續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶、離心干燥工藝。這些工藝合起來(lái)統(tǒng)稱(chēng)為粗提與精制工藝。提取工段所要完成的工藝是：中和及其過(guò)濾，酸解及其過(guò)濾； 精制工段所要完成

32、的工藝是：離子交換、脫色、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、干燥及包裝。2.4.2 流程圖簡(jiǎn)介粗提、精制的工藝流程分別見(jiàn)圖2-3與圖2-4 圖2-3 檸檬酸提取工藝流程2.4.3 提取工段 見(jiàn)圖2-3。由壓濾工段送來(lái)的檸檬酸清醪液泵人中和罐，在80下進(jìn)行中和。 碳酸鈣經(jīng)密閉的輸送機(jī)送入車(chē)間，經(jīng)無(wú)級(jí)調(diào)速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局部濃度過(guò)高，使中和沉淀反應(yīng)均勻，經(jīng)終點(diǎn)檢測(cè)合格后，將檸檬酸鈣懸浮液排入帶式過(guò)濾機(jī)中，將固體檸檬酸鈣從懸浮液中分離出來(lái)，為滿(mǎn)足玉米原料及薯干原料生產(chǎn)工藝的雙重要求，中和帶式過(guò)濾機(jī)用特定的加長(zhǎng)、強(qiáng)洗型，生產(chǎn)原料操作靈活，以確保粗原料生產(chǎn)時(shí)的中和洗糖要求及成品易碳的指標(biāo)控制，要求并使中和

33、廢水經(jīng)分流至污水處理站。分離后的檸檬酸鈣經(jīng)卸料螺旋送至酸解桶中，由熱水或酸解液調(diào)漿，濃硫酸由酸堿站泵入，再計(jì)量到酸堿桶中與檸檬酸鈣在80下生成硫酸鈣與檸檬酸的懸濁液送入酸解帶式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，清洗液即稀酸解液收集用于調(diào)漿，硫酸鈣運(yùn)至渣場(chǎng)綜合利用，檸檬酸酸解送精制工段。2.4.4 精制工段 圖2-4 檸檬酸精制成品工藝流程離子交換與脫色檸檬酸液從暫貯灌中泵送離交純化工序，經(jīng)由陽(yáng)離于交換塔，陰離子交換塔和活性炭脫色塔，離交脫色除去色澤及影響成品質(zhì)量加速設(shè)備腐蝕的陰陽(yáng)離子，陰陽(yáng)樹(shù)脂需經(jīng)過(guò)酸洗、堿洗再生處理，離交后的檸檬酸精制母液送入蒸發(fā)工序。 蒸發(fā)與結(jié)晶在提純?nèi)芤哼M(jìn)入蒸發(fā)部分前，通過(guò)精過(guò)濾器除去清液

34、中的微小樹(shù)脂顆粒。精濾后的溶液經(jīng)熱交換器預(yù)熱后送 至雙效真空濃縮器經(jīng)濃縮至特定濃度后，轉(zhuǎn)入真空結(jié)晶器，或者低溫結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)晶。以確定產(chǎn)品(一水產(chǎn)品或無(wú)水產(chǎn)品)，再經(jīng)分離將檸檬酸晶粒從液相中分離出來(lái)，液相(母液)在分離后分別放至各級(jí)母液貯罐，根據(jù)其雜質(zhì)離交濃度情況，送往重新蒸發(fā)式回流到前工序處理提純，晶體送往干燥機(jī)。干燥與包裝從離心機(jī)分離出來(lái)的濕檸檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根據(jù)生產(chǎn)品種控制干燥空氣、溫度及冷卻空氣量進(jìn)行干燥，排空經(jīng)濕式旋風(fēng)分離器處理排放，干燥后 的檸檬酸晶粒通過(guò)傳送裝置運(yùn)到篩選機(jī)，不合格顆粒被篩分出來(lái)，溶解后返 回到結(jié)晶系統(tǒng)，檸檬酸成品進(jìn)行定量、包裝，存放。 2.4.5 設(shè)備選

35、型 中和工序過(guò)濾設(shè)備，是控制本工序工藝成品質(zhì)量及設(shè)備連續(xù)化、大型化的關(guān)鍵所在。目前國(guó)內(nèi)小型生產(chǎn)廠家，多采用生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大、占地大、間隔式的抽濾捅式過(guò)濾翻盤(pán)，少數(shù)中大型廠引進(jìn)了轉(zhuǎn)鼓式真空帶式過(guò)濾機(jī)。結(jié)合我院在檸檬酸中和過(guò)濾技術(shù)上的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)薯干原料工藝的中和過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行了改造，對(duì)現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)DI型帶式過(guò)濾機(jī)提出其特定的技術(shù)定貨要求，用加長(zhǎng)、強(qiáng)制洗滌型機(jī)組，即可達(dá)到成品質(zhì)量的易碳精制要求，又可使設(shè)備實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、大型化，使本工序整體技術(shù)水平接近國(guó)際先進(jìn)水平，在離交工序上，采用國(guó)產(chǎn)離交設(shè)備硬件，并在可能的情況下可考慮引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的陰離子交換樹(shù)脂，以進(jìn)一步提高后續(xù)設(shè)備的整體選型及技術(shù)裝備水平。目前各類(lèi)連續(xù)蒸發(fā)

36、結(jié)晶設(shè)備在我國(guó)輕工、化工已有廣泛應(yīng)用，但在我國(guó)檸檬酸行業(yè)多數(shù)連續(xù)式蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備均為引進(jìn)生產(chǎn)成套設(shè)施，多數(shù)中小型企業(yè)仍在采用外環(huán)式石墨蒸發(fā)器。本工程擬采用連續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備，并建議本期工程引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備，使本期工程達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2.5 工程設(shè)計(jì)方案根據(jù)上述基本工藝流程，確定本項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)方案如下。2.5.1 全廠項(xiàng)目組成 主要生產(chǎn)工程：備料車(chē)間、發(fā)酵車(chē)間、壓濾車(chē)間、粗提與精制車(chē)間； 輔助生產(chǎn)工程：玉米筒倉(cāng) 、原料平倉(cāng)、成品倉(cāng)庫(kù)、濾餅干燥及倉(cāng)庫(kù)、碳酸鈣倉(cāng)庫(kù)、酸堿站、地泵房、水泵房(含清水池及循環(huán)水池)； 公用工程：變配電站、空壓站、冷凍站、污水處理站、蒸汽減壓系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、給排

37、水系統(tǒng)、鍋爐房、機(jī)修間；廠區(qū)工程：總圖工程(廠區(qū)排水、道路、照明、綠化、門(mén)房、圍墻、外管外線(xiàn)等)；其他工程：綜合辦公樓、科研辦公樓、汽車(chē)庫(kù)、辦公室、浴池。2.5.2 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品質(zhì)量符合英國(guó)藥典BP93標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)需要可以達(dá)到美國(guó)USP23版，和中國(guó)GB8269T-1998標(biāo)準(zhǔn)的要求。3發(fā)酵罐的工藝設(shè)計(jì)3.1 物料衡算3.1.1日產(chǎn)量的計(jì)算假設(shè)每年生產(chǎn)天數(shù)為300天，則每天生產(chǎn)的檸檬酸量為 10000/300=33.4t 3.1.2原料消耗計(jì)算薯干原料消耗計(jì)算薯干原料含淀粉65%，水分13%淀粉原料生產(chǎn)檸檬酸的總化學(xué)方程式為糖化：()n + n n) 162 18 180發(fā)酵： 2 + 3

38、 2 + 4 180*2 96*3 192 72*4 則產(chǎn)生1000kg檸檬酸需要的淀粉量為：1000=844kg總原料消耗為：=12985t 每天原料消耗：12985/300=43.3t -淀粉酶消耗量應(yīng)用酶活力為2000u/g的-淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗，-淀粉酶用量按8u/g原料計(jì)算，酶用量為： =5.194kg 3.1.3 糖化酶的消耗設(shè)所用糖化酶的活力為2000u/g，使用量為150 u/g原料，則糖化酶消耗量為： =97.39kg3.1.4 蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比例為1：3，故粉漿量為： 12985（1+3）=5194kg假定用罐式連續(xù)蒸煮工藝，混合后粉漿溫度為50,應(yīng)用噴射液化器使粉漿迅速升溫至88，然后進(jìn)入罐式連續(xù)液化器液化，在經(jīng)115高溫滅酶后在真空冷卻器中閃急蒸發(fā)冷卻至63后入糖化罐，薯干干物質(zhì)含量為87%，則其比熱容為： c=4.18（1-0.787%）=1.63 KJ/(kgk)粉漿干物質(zhì)