年產(chǎn)噸普魯蘭多糖生產(chǎn)車間設計

1、摘要 普魯蘭多糖是一種新型的微生物多糖、目前已廣泛的應用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工等行業(yè)中、本設計的題目為年產(chǎn)100噸普魯蘭多糖生產(chǎn)車間工廠設計。為滿足生產(chǎn)任務的要求，通過查閱相關的書刊文獻，收集普魯蘭多糖發(fā)酵生產(chǎn)、提取資料，進而設計出經(jīng)濟合理的普魯蘭多糖發(fā)酵生產(chǎn)路線。隨后對工藝流程中所涉及的物料和水電汽等進行了衡算，同時完成對主要生產(chǎn)設備和輔助設備的合理選型以及對公用系統(tǒng)和三廢處理提出正確可行的設計方案。此外，本設計還繪制出了廠區(qū)總平面布置圖、發(fā)酵車間的平面布置圖、全廠的工藝流程圖、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)圖和精餾塔的結(jié)構(gòu)圖，本項目以玉米淀粉為原料，采用出芽短梗霉發(fā)酵法，運用乙醇沉淀、超濾、流化床干燥等技

2、術可使普魯蘭糖轉(zhuǎn)化率達65%。關鍵詞：普魯蘭多糖；發(fā)酵；車間設計AbstactPullulan polysaccharides is a new kind of microbial polysaccharide which has been widely used in medicine, food, light industry, chemical industry, etc, the topic of this graduation projectis anannual output of100 tons of pullulan polysaccharides fermentation p

3、lant design. To meet the requirements of the production tasks.by consulting related books and documents, after fermentation production, extraction of pullulan polysaccharides information collection, and then design a economic and reasonable pullulan polysaccharide fermentation production line. Invol

4、ved in the subsequent process of the material and water vapor to the balance, and completed the rational selection main production equipment and auxiliary equipment as well as to the utility system and "three wastes" treatment feasible design scheme is put forward. In addition, this design

5、 also draw out of the factory general layout, the fermentation workshop flat 65 % Key words:pululan polysaccharides；fermentantion；plant design第1章 緒論1.1設計內(nèi)容與要求課題來源 本設計為齊魯工業(yè)大學大學生工學院下達的任務，年產(chǎn)100噸普魯蘭糖生產(chǎn)車間的設計。1.1.2 設計內(nèi)容 收集資料，進行建廠的可行性論證，對產(chǎn)品進行工藝設計和論證，確定生產(chǎn)工藝流程及參數(shù)。進行物料衡算，確定原輔材料和包裝材料的用量進行設備選型和計算，對車間的水、電、汽進行計算，

6、對公用系統(tǒng)和污水處理提出設計方案。繪制全廠總平面布置圖，工藝流程圖,說明書一份。1.2普魯蘭多糖簡介 普魯蘭多糖是一種以玉米淀粉為原料發(fā)酵而成的胞外水溶性粘質(zhì)多糖，又名短梗霉多糖、茁霉多糖，英文名Pulullan，它是1938年由R Bauer發(fā)現(xiàn)的一種特殊的微生物多糖。該多糖主要是由麥芽三糖通過-1， 6糖苷鍵連接而成。由于該多糖獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在醫(yī)藥、食品、石油、化工等行業(yè)具有廣泛的應用前景。因其在自然界可被微生物降解利用，不會引起環(huán)境污染，故被譽為無公害塑料。2006年5月19日國家衛(wèi)生部發(fā)布了第8號公告，普魯蘭多糖為新增四種食品添加劑產(chǎn)品之一，可在糖果、巧克力包衣、膜片、復合調(diào)味科和

7、果蔬汁飲料中用作被膜劑和增稠劑。CAS號 9057-2-7分子式 (C37H62O30)n普魯蘭多糖的性質(zhì) 普魯蘭多糖是無色、無味、無臭的高分子物質(zhì)，非晶體的白色粉末，是非離子性、非還原性多糖，性質(zhì)可以表現(xiàn)于以下幾個方面。無毒性、安全性 根據(jù)普魯蘭多糖的急性、亞急性和慢性毒性試驗、變異源性試驗結(jié)果，即使普魯蘭多糖的投用量達到LD50(半致死劑量)的界限量15gkg，普魯蘭多糖都不會引起任何生物學毒性和異常狀態(tài)的產(chǎn)生，所以用于食品和醫(yī)藥工業(yè)十分安全。溶解性 普魯蘭多糖能夠迅速溶解于冷水或溫水，溶解速度比羧甲基纖維素、海藻酸鈉、聚丙烯醇、聚乙烯醇等快二倍以上，溶液中性，不離子化、不凝膠化、不結(jié)晶。

8、可與水溶性高分子如羧甲基纖維素、海藻酸鈉和淀粉等互溶，不溶于乙醇、氯仿等有機溶劑。但其酯化或醚化后，其理化性質(zhì)將隨之改變。根據(jù)置換度不同，可分別溶于水和丙酮、氯仿、乙醇及乙酸乙酯等有機溶劑。穩(wěn)定性 普魯蘭多糖的分子呈線狀結(jié)構(gòu)，因此與其他多糖類相比，普魯蘭多糖水溶液粘性較低，不會形成膠體，是粘附性強的中性溶液。不易受pH值或各種鹽類影響，尤其對食鹽維持穩(wěn)定的粘度。此外， pH值在 3以下時若長時間加熱，會與其他多糖一樣，部分分解，從而導致溶液粘度下降。潤滑性 普魯蘭多糖是一種牛頓流體，盡管粘度低，但是具有優(yōu)良的潤滑性。用于食品時具有勾芡作用 (做湯做菜時加上芡粉使汁變稠)，最適合用于佐料汁、調(diào)味

9、劑等產(chǎn)品中。粘合性、凝固性 普魯蘭多糖具有非常強的粘合力，在噴涂后風干，穩(wěn)定粘合食品 (特別是干燥食品)。同時，也具有較強的凝固力，在制成藥片或制成顆粒時最適合作為粘合劑使用。覆膜性 普魯蘭多糖具有優(yōu)良的覆膜性，容易在食品、金屬等表面涂層。同時，可由普魯蘭多糖水溶液形成易溶水性、五色透明、強韌的薄膜。它具有阻氣性、保持芳香性、耐油性、電絕緣性等特性，用于食品可在食品表面增添光澤并保鮮。分解性 據(jù)體內(nèi)酶的消化試驗或白鼠的成長試驗結(jié)果證實，普魯蘭多糖與纖維素、瓊脂等相同，是一種難消化的多糖類。普魯蘭多糖在動物消化器宮內(nèi)的消化酶作用下，幾小時之內(nèi)接近不分解，利用普魯蘭多糖的這種低消化性，可制造低熱量

10、的特殊食品和飲料。另一方面，普魯蘭與淀粉相同，在達到250左右時開始分解，其后被碳化，燃燒時不產(chǎn)生有毒氣體和高熱。改善物性，保持水分 添加少量普魯蘭多糖，對于改善物性、保持水分等發(fā)揮效果?？捎糜诟牧际掣小⒏纳瀑|(zhì)量、防止老化以及提高成品率。成型性、紡紗性只需在普魯蘭多糖中添加一定量的水，進行加熱加壓成型和紡紗處理，即可加工出具有可食性和溶水性的成型物或纖維1.3普魯蘭多糖的生產(chǎn)制備菌種普魯蘭多糖是由出芽短梗霉作為主要發(fā)酵菌種在生長繁殖過程中利用蔗糖或可溶性淀粉等多糖物質(zhì)為碳源轉(zhuǎn)化而來。Bauer在1938年首次報道，但化學組成成分不詳。Benier在1959年也發(fā)現(xiàn)了這種粘性多糖，并證實為右旋葡

11、萄糖聚合物。Wallenfens在benier發(fā)現(xiàn)的基礎上確認該多糖是一種由2個1,4糖苷鍵連接的麥芽三糖經(jīng)-1,6-糖苷鍵聚合而成的直鏈多糖。普魯蘭多糖為無定型多糖，分子量取決于聚合度的，聚合度受菌株類型、培養(yǎng)時間、碳源種類及濃度等因子制約，普魯蘭多糖相對分子質(zhì)量的大小及分子質(zhì)量分布決定普魯蘭多糖的生物活性及免疫調(diào)節(jié)活性。目前普魯蘭多糖的研究主要集中在高產(chǎn)、低色素優(yōu)良菌株的選育、培養(yǎng)及后提取工藝條件的優(yōu)化、普魯蘭多糖合成機理探究等方面。培養(yǎng)基出芽短梗霉發(fā)酵法生產(chǎn)普魯蘭多糖常用的培養(yǎng)基：以葡萄糖或蔗糖為碳源、精制氮源提供氮素來源和包括磷酸二氫鉀、硫酸銨、硫酸鎂等在內(nèi)的無機鹽及微量元素工藝流程可

12、大致分為三個階段:1.原料預處理及淀粉水解糖的制備2.種子的擴大培養(yǎng)和普魯蘭多糖的發(fā)酵3.普魯蘭多糖的后序工藝提取與這三個工藝階段相對應普魯蘭多糖生產(chǎn)廠家一般都設置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時還設置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位普魯蘭多糖發(fā)酵生產(chǎn)的總工藝流程見下圖原料預處理及淀粉水解糖制備  原料的預處理 此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，

13、同時除掉固體雜質(zhì)，以防機器損壞。用于除雜的裝置為篩選機，常用的是轉(zhuǎn)筒篩和振動篩，其中振動篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。 用于原料粉碎的設備除錘式粉碎機之外，還有盤磨機和輥式粉碎機。盤磨機主要應用于磨碎玉米、大米、豆類等物料，而錘式粉碎機廣泛應用于薯干等脆性原料的細碎及中碎作用，輥式粉碎機常常用于粒狀物料的細碎及中碎。  淀粉水解糖制備 在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，所得到的糖液稱為淀粉水解糖。由于普魯蘭多糖生產(chǎn)菌即出芽短梗霉不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。  種子擴大培養(yǎng)及普

14、魯蘭多糖發(fā)酵 種子擴大培養(yǎng)為保證普魯蘭多糖發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級、二級種子罐培養(yǎng)，最終為發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的液體生產(chǎn)菌種。                              

15、             普魯蘭多糖發(fā)酵伊始，須先配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的主要工藝除采用噴射加熱器維持管真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)外，還可采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)。但是由于溶液粘度較大，流動性較差，易使維持管發(fā)生堵塞，同時薄板加熱器和真空冷卻器的加工制造成本昂貴，因而實際應用并不廣泛。 至于主要發(fā)酵設備，國外如日本林原公司普魯蘭多糖生產(chǎn)廠家采用的是機械攪拌通風通用式發(fā)酵罐，罐體大小在15m3到50m3兩者之間。對于發(fā)

16、酵過程往往采用人工把控，檢測儀器不能及時反映發(fā)酵罐內(nèi)參數(shù)實時的變化，因而發(fā)酵的整個過程表現(xiàn)出明顯的波動性，產(chǎn)糖率極不穩(wěn)定。 由于普魯蘭多糖發(fā)酵為通風發(fā)酵過程，需要給予一定量的無菌空氣，所以發(fā)酵車間還配備有一套完整的空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔搜集足夠多的高空新鮮空氣，通過空氣壓縮機壓縮后排入冷凝器，再由油水分離器作兩級處理，然后導入貯氣罐中，進而經(jīng)瓷環(huán)填充、焦炭的纖維分過濾器以及主過濾器除菌后，輸送至生產(chǎn)所需部位。在北方地區(qū)由于空氣溫度低、濕度小、較干燥，還可使用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻裝置。   1.3.3.3普魯蘭多糖的后提取

17、  普魯蘭多糖的提取一般采用沉淀法和直接干燥法，沉淀法中最成熟的當屬醇沉淀和鹽沉淀，其中醇沉淀常用的醇沉淀劑有甲醇、異丙醇、乙醇等，而鹽沉淀中最常見的鹽沉劑主要有氯化鋁、氫氧化鈣、氯化鈣等，在堿性條件下，高價陽離子或有機陽離子如季銨鹽等可與多聚陰離子多糖結(jié)合形成沉淀，鹽沉淀多適用于多聚陰離子多糖，鹽沉淀的優(yōu)點表現(xiàn)為用醇量少于醇沉淀的2至3倍，但其得到的產(chǎn)品質(zhì)量略差，直接干燥法是將發(fā)酵液的水分蒸發(fā)而直接干燥獲得固體產(chǎn)品。在實驗室中冷凍干燥室達到這一目的的最理想方法，工業(yè)上常見的由噴霧干燥、鼓風干燥、轉(zhuǎn)筒烘烤等方法得到的產(chǎn)品都是粗制品，其中含有大量的菌體、小分子無機鹽、類黑色素

18、以及其他有機余物等雜質(zhì)，因此產(chǎn)品的水溶性差、色澤深、流變性也不好，應用范圍受到限制。微生物多糖主要提取步驟有預處理、脫色、脫蛋白和脫鹽等。多糖的脫色方法主要有活性炭吸附法、氧化脫色、金屬絡合物法、離子交換法。而多糖出蛋白的方法主要有savage法、三氯乙酸法、鞣酸法、蛋白酶法等，經(jīng)過脫色素、去蛋白等工藝處理的多糖可采用乙醇分級沉淀分離再通過膜分離技術除去溶液中帶有的無機鹽和其他小分子第二章 生產(chǎn)工藝基本計算2.1設計依據(jù)：產(chǎn)品：普魯蘭多糖主要生產(chǎn)原料:淀粉、蔗糖生產(chǎn)規(guī)模：100噸a生產(chǎn)方法：菌體發(fā)酵 醇沉淀膜分離2.2主要工藝參數(shù)的選擇和計算：指標名稱 單位 指標數(shù)年生產(chǎn)天數(shù) d 300產(chǎn)品質(zhì)

19、量 0.98發(fā)酵周期 h 72發(fā)酵得率 % 65接種量 % 8發(fā)酵初糖 kgm3 5分離得率 % 99倒罐率 % 22.3物料衡算：總物料衡算：生產(chǎn)100ta所需淀粉質(zhì)量為：G1=1000.98×0.99×0.65=156t每天實際普魯蘭多糖產(chǎn)量：G2=1000.98×0.99×300=0.3436t每天實際發(fā)酵液體積：V=G20.03=11.45m3設發(fā)酵罐裝料系數(shù)為0.8，則發(fā)酵罐體積為V=V0.8=14.3125m3查通用式發(fā)酵罐系數(shù)表可取公稱體積為15m3的發(fā)酵罐發(fā)酵液配制需水解糖液量：以純糖：m1=52×V=595.4kg52發(fā)酵培養(yǎng)

20、基終糖濃度（kgm3）種子培養(yǎng)液量：V2=8%V=0.916m3種子培養(yǎng)液所需水解糖量：m2=4V=4×11.45=45.8kg4種子液含糖量kgm3生產(chǎn)100噸普魯蘭多糖需要的水解糖總量：45.8+595.4=541.2kg尿素或氨水耗用量：1%×5×V1=0.5725kg5流加5次精制氮源耗用量：種子液耗用精制氮源量為0.2V2=0.1832kg發(fā)酵初始培養(yǎng)基耗用精制氮源量為0.5V=5.725kg合計耗用量為0.1832+5.725=5.9082kg磷酸二氫鉀耗用量：0.8（V+V）=9.8928kg硫酸銨耗用量：0.2（V+V）=2.4732kg硫酸鎂耗用

21、量：0.8（V+V）=9.8928kg發(fā)酵復加液耗用量：20V =229kg發(fā)酵液普魯蘭多糖含量：m1×0.65×（10.2%）=386.2kg實際生產(chǎn)的普魯蘭多糖為（提取率0,99）386.2×0.99=382.6kg普魯蘭多糖提取工序的物料衡算：發(fā)酵液體積為V=11.45m3活性炭耗用量：5V×1%=0.5725kg5發(fā)酵液稀釋倍數(shù)乙酸鋅耗用量：8%V×0.6=0.5496kg亞鐵氫化鉀耗用量：8%V×0.4=0.3664kg過氧化氫耗用量：2.5%V=0.2863kg酒精用量：4V=45,8m3查得95%酒精密度為804kgm3

22、對沉淀過程進行初步估算：沉淀分離后，酒精濃度為：C估=95%×0.8=0.76由0.95×4V×804=Cp5V得C=305.5p即cp=611.04kgm3表2-5 酒精濃度與密度關系表 質(zhì)量分數(shù)%（200C） 相對密度67.83 0.87277 68.94  0.87015 70.06 0.86749 71.19 0.86480 試差得C=70.68%是酒精濃度為864.46kgm3代入cp=611.04kgm3驗算恰好符合。故沉淀分離后酒精濃度為C=70.68

23、%干燥物料衡算：普魯蘭多糖適用于流化床干燥，普魯蘭多糖干基濕含率20%，所以干燥過程酒精蒸發(fā)量為100×20%（300×0.98）=0.6803td2.4熱量衡算：發(fā)酵車間熱量衡算：空消過程空消排放出121的水蒸氣，查表得Cp=4.232KJkg.c，p=942.6kgm3。以及20比熱容為Cp=4.181KJkg.c，p=998.2kgm3求算空罐發(fā)酵罐滅菌蒸汽耗用量：發(fā)酵罐容積為15立方米，是由比熱容為0.5KJkg.k的不銹鋼1cr18ni9ti制造而成，此時罐體重量為25.8t冷卻排管重0.45t，用0.1Mpa的表壓滅菌，使發(fā)酵罐由20 升溫至121，其蒸汽耗用量

24、為：W1=（450+2580）×0.5×（12120）（2709.2493.7）=62.2275kg。冷卻水耗用量為W2=1.8×105（2010）×4.181=4.38th每日投入使用發(fā)酵罐數(shù)：3×0.7=2.1個高峰耗用水量：4.38×2.1=9.2th日耗用水量：9.2×0.8×24=176.55th0.8發(fā)酵罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)均用水量：176.5524=7.36th實消過程假使每罐滅菌時間為3小時，那么需求的輸料流量為11.45×105024=0.501th滅菌所耗用的蒸汽量為W3=0.501&#

25、215;1000×4.181×（12120）（2209.2493.7）=86.04kgh日蒸汽滅菌耗用量：W4=86.04×3×1=258.12kg罐實消過程釋放出的熱量為Q=GCp=258.12×3×4.232×121=3.97×105KJ假設冷卻水出口溫度為45，進口溫度為20，則冷卻水耗用量為W5=3.97×105（4520）×4.181=3.97×103kgh高峰耗用水量：3.97×103×2.1=7.98×103kgh日耗用水量為7.98

26、5;103×0.8×24=1.54×105kgh均用水量：1.54××10524=6.42×103kgh提取車間熱量衡算：發(fā)酵液過濾后經(jīng)過陰離子交換樹脂，洗脫后所得解脫液常壓下加熱煮沸60min，解脫液中普魯蘭多糖的濃度約為16%,則解脫液的量：11.45÷16%=71.5625kg加熱煮沸60min，設溫度從15升至100，所耗熱量：Q1=71.5625×3.98×(100-25)=21361.40625KJ煮沸時間60min，蒸發(fā)量為每小時6%，則蒸發(fā)水量：71.5625×6%×1

27、6=0.715625kg故蒸發(fā)帶走熱量：Q2=0.715625×2269.1=1623.82KJ2269.1-煮沸溫度100下的飽和蒸汽的汽化潛熱，KJKg由上述計算得總熱量Q=1.15×(Q1+Q2)=22985.231KJ干燥過程熱量衡算：濃度為70.68%的酒精中乙醇含量：Gc=70.68%×0.6803=0.4808t，含水量：G水=0.68030.4808=0.1995t干燥溫度80，查手冊得乙醇汽化潛熱Rs=2258KJkg，比熱容Cc=3,63KJkg.則干燥過程需熱量：Q=GcCct+GsCst+GcRc+GsRs=1.064×106KJ

28、提取工段所耗總熱量為：22985.231+1.064×106=1086985.231KJ提取車間冷卻水耗用量：工藝要求在30min內(nèi)，將解脫液的溫度由100降至25，所用的冷凍介質(zhì)是2的自來水。所耗熱量：Q1=71.5625×3.98×(100-25)=21361.40625KJ所需冷卻介質(zhì)量：21361.40625÷（4.18×（70-2）=75.15kg提取車間其他用水主要包括設備沖洗水等，約18噸。鍋爐用水：蒸汽用量：4387.9kg，按產(chǎn)蒸汽率95%計算，則用水量：4387.9÷95%=4618.75kg其他用水主要包括管道沖

29、洗水、地面沖洗水及設備沖洗水等，按每噸普魯蘭多糖5t計。2.5發(fā)酵車間無菌空氣耗用量的計算：發(fā)酵罐個數(shù)的確定：實際發(fā)酵液的體積為V=11.450.8=14.3125m3故選取公稱體積為15立方米的發(fā)酵罐，每天放一罐，每罐發(fā)酵周期為72h，則發(fā)酵罐的個數(shù)為7224=3個所以N=3+1=4個，其中一個備用。發(fā)酵無菌空氣耗用量：發(fā)酵罐通氣量為0.5vvm，單罐發(fā)酵過程的耗用量V=15×0.8×0.5×60=360m3h單罐年用氣量：每年單罐發(fā)酵批次為3003=100次年單罐年用氣量Va=V×60×100=2160000m3種子培養(yǎng)基及其他無菌空氣耗用

30、量：發(fā)酵種子的培養(yǎng)都是在種子罐中進行的，因此可根據(jù)接種量、培養(yǎng)條件、空氣流量、通氣速率等求算，已知種子培養(yǎng)通氣量為1vvm，接種量為5%，培養(yǎng)48h，假設種子罐的裝料系數(shù)是70%，則種子罐的體積為Vg=11.45×5%70%=0.818m3，查通用式發(fā)酵罐系數(shù)可選用公稱體積為1立方米的種子罐。單罐用氣量：Vd=1×0.7×60=42m3h單罐年用氣量：Vd=Vd×48×150=302400m3發(fā)酵車間高峰無菌空氣耗用量：V=3（Vd+Vd）=1206m3h發(fā)酵車間年耗無菌空氣量：Vt=3×Va+Va=66782400m3a發(fā)酵車間無菌

31、空氣單耗：根據(jù)設計，實際普魯蘭多糖產(chǎn)量為G=17.5×0.8×300（11.45×300）100）=122.27ta，又由公式V0=VtG則可導出V0=546187m3t2.6電量衡算糖化車間 （1）斗式提升機 每噸普魯蘭多糖需要玉米1.56t，斗式提升機生產(chǎn)能力29t/h，電機功率17kw，則耗電量：1.56/29*17=1kw/h (2)粉碎機 每噸普魯蘭多糖需要玉米1.56t，粉碎機生產(chǎn)能力7t/h,電機功率74kw，則耗電量：1.56*75=14.24kw/h (3)膠帶輸送機 每噸普魯蘭多糖需要玉米粉1.42t，膠帶輸送機生產(chǎn)能力62t/h,電機功率19

32、kw，則耗電量：1.42/62*19=0.45kwh (4)玉米漿液化系統(tǒng)： 每噸普魯蘭多糖需要玉米漿7.88t，玉米液化系統(tǒng)生產(chǎn)能力19t/h,電機功率84kw，則耗電量：7.88/20*19=33.41kw/h發(fā)酵車間（1）發(fā)酵罐每噸普魯蘭多糖需要0.3436t，發(fā)酵罐體積15m3，電機功率22kw，則耗電量：0.3436/15*22*72=36.2kw/h (2)種子罐每噸普魯蘭多糖需要種子液0.03436t，種子罐體積1m3電機功率2.2kw，則耗電量：0.03436/1*2.2*72=5.44kw/h提取車間（1）離心機 每噸普魯蘭多糖需要離心溶液的量為0.34t，離心機生產(chǎn)能力0.

33、5kg/h，電機功率2.5kw，則耗電量：1.2/0.5*2.5=6kw/h（2）流化床干燥器 每噸普魯蘭多糖需要干燥的水分量為0,04t，流化床干燥器生產(chǎn)能力是0.2t/h,電機功率為7.4kw，則耗電量：0.04*7.4/0.2=1.48kw/h (3)鍋爐 燃氣鍋爐：每噸普魯蘭多糖產(chǎn)生的廢水處理后可產(chǎn)生27.15m3的沼氣，沼氣作為燃料可生成347.4kg的蒸汽，鍋爐的生產(chǎn)能力是5kg/h，配用電機功率是2kw則耗電量：347.4/5*2=138.96kw/h 燃煤鍋爐：每噸普魯蘭多糖需要燃燒煤產(chǎn)生的蒸汽量是4.825kg鍋爐生產(chǎn)能力是140kg/h,電機功率是3kw,則耗電量：4.82

34、5/140*3=0.103kw/h（4）制冷系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、沼氣處理系統(tǒng)、供氣系統(tǒng) 每生產(chǎn)1噸普魯蘭多糖制冷系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、沼氣處理系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)耗電量約為55kw/h（5）其他生產(chǎn)用電 每生產(chǎn)1噸普魯蘭多糖照明、檢測等其他用電量80kw/h。（6）生活用電 每生產(chǎn)1噸普魯蘭多糖生活用電約30kw/h(7)總用電量每噸普魯蘭多糖總耗電量：6+1.48+138.96+0.103+55+80+30+14.24+1+0.45+33.41+36.2+5.44=2158.323kw/h第三章 設備計算與選型食品工廠設計的加工品種很多，不同的產(chǎn)品在加工的過程中對設備的要求不一樣，所以在設計計算以及

35、選型中，就有很大的差異，應當是在對加工產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程充分認識的基礎上進行設計，首先要考慮產(chǎn)品的主要特點、生產(chǎn)類型、原料性質(zhì)、現(xiàn)階段生產(chǎn)水平能達到的技術經(jīng)濟指標、有效生產(chǎn)天數(shù)、各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)周期等因素。 輸送設備 一般分為固體輸送設備和液體輸送設備兩種 固體輸送設備由于其用途和功能不同，又分為帶式輸送機、斗式輸送機、螺旋輸送機、氣力輸送和液力輸送等，其中帶式輸送機是食品廠中最常用的一種連續(xù)運送機械，它常用于塊狀、顆粒狀等物料或整件物料進行水平或傾斜運送。同時，還可用于揀選工作臺、清洗和預處理操作臺燈。 清洗設備 CIP清洗系統(tǒng) 自20 世紀80年代以來，對設備的清洗工作，開始為機械所取代。

36、特別是采用管道連續(xù)化作業(yè)的工廠。在許多乳品工廠中采用自動就地清洗，即用來沖洗的水和洗滌液，是在設備的管道及生產(chǎn)線中筆錄循環(huán)進行的，無須將設備拆開。這種技術就稱為就地清洗。就地清洗是使洗滌劑和洗滌水以高數(shù)液流沖洗設備的內(nèi)部表面，形成機械作用而吧污垢沖走。這種作用用于管道、泵、換熱器、離心泵、分離器及閥門等的清洗是有效的。 對于大的儲罐、儲桶等，采用手工洗刷，在我國較為普遍的。目前在我國已有相當一部分工廠采用了就地清洗技術。就地清洗系統(tǒng)，可分為集中和分散兩種。集中清洗形的系統(tǒng)是在乳品廠中建立的一個CIP中心站，由該站將清洗水、熱的洗滌液及熱水通過管道網(wǎng)送到各分會路中去，然后將用過的液體，經(jīng)管道送中

37、心站的各自儲罐中，用這種方法，清洗液容易控制到正確的濃度，并重復使用。分散的清洗系統(tǒng)，其安裝位置是接近于被清洗工藝的設備。一般用手工按所需要的濃度，配置洗滌液。當前在我國盛行起來的CIP多為分散型系統(tǒng)，在加工車間交集中的中小型工廠，宜采用集中型的CIP清洗系統(tǒng)中心站。在這中心站中，設供冷卻水、堿加熱的熱交換器，水、酸、堿以及沖出系統(tǒng)的牛奶儲罐缸，此外還有用來維持洗滌液濃度的計量設備及用來中和廢棄酸堿液的儲液缸，這種形式的中心站，通常都是高度自動化的。各個儲液罐里裝有高低液位監(jiān)測電極，清洗液的循環(huán)由一用來車輛液體導電率或其他方式的傳感器來控制。 成品包裝機械設備 常用的成品包裝機械包括貼標機、裝

38、箱機、金屬探測機、捆扎機等。3.1發(fā)酵車間機械攪拌發(fā)酵罐選型及概述機械攪拌發(fā)酵罐是生物工程工廠常用類型之一，其主要部分是一圓柱形容器，其結(jié)構(gòu)形式與傳熱型式，罐內(nèi)裝蛇管、盤管等傳熱形式，電加熱形式等。載熱體一般用熱水、蒸汽等。若反應過程需要冷卻，一般利用冷卻水。攪拌反應器由于受結(jié)構(gòu)形式和尺寸的限制，換熱面積有一定的局限性。若工藝條件需要較大的換熱面積則可聯(lián)合幾種傳熱形式。根據(jù)工藝要求罐體上需要安裝多種工藝接管，如進出料管和儀表、控制接管等，由此可見，罐體設計的主要內(nèi)容包括：罐體結(jié)構(gòu)型式和尺寸的確定，傳熱結(jié)構(gòu)和形式的確定，以及多種工藝接管的安設等。 生產(chǎn)能力、數(shù)量、容積的確定 

39、攪拌罐內(nèi)筒的基本尺寸是Di和高度H，筒體的集合尺寸，首先要滿足化工反應所需空間的要求。對于機械攪拌發(fā)酵罐來說，容積V為主要決定參數(shù)。由于攪拌所需消耗的功率在一定條件下與攪拌器直徑5次方程正比，而攪拌器的直徑往往隨罐體直徑的增大而增大，因此，在同樣容積下，罐體直徑太大不經(jīng)濟的。從筒體的強度和穩(wěn)定性考慮，筒體的直徑也不宜太大。對于發(fā)酵類物料的反應器，為了使通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵物料充分接觸，需要一定的液面高度，故筒體的高度不能太低。若采用夾套結(jié)傳熱構(gòu)，單從傳熱角度考慮，也一般要求筒體高一些。根據(jù)長期的使用經(jīng)驗，對于一般的機械攪拌發(fā)酵罐。此外，在確定筒體高度和直徑時，還應根據(jù)操作時允許的裝滿程度裝料系

40、數(shù)等，予以綜合考慮。通常裝料系數(shù)一般可取0.6-0.85.如果物料在反應過程中要產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài)，裝料系數(shù)應取低值，一般取，若物料反應比較平穩(wěn)，裝料系數(shù)可取0.80.85，物料黏度大，可取大值。根據(jù)生產(chǎn)任務及計算，本設計發(fā)酵罐選用機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐。為滿足年產(chǎn)100t普魯蘭多糖的生產(chǎn)設計任務，查閱化工工藝設計手冊選用公稱體積15立方米的發(fā)酵罐，其相關參數(shù)：公稱直徑mmD440=，直高度mmH1000=，27.2/DH,直筒容積315.2mV，總高mh0.517。 能力、數(shù)量和容積的的確定發(fā)酵罐容積的確定：選用15立方米罐    

41、0; 生產(chǎn)能力的計算： 普魯蘭多糖年產(chǎn)量為100t，發(fā)酵操作周期為72小時（包括發(fā)酵罐的清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間），每天需要的實際發(fā)酵液量為:G2=100（0.98×0.99×300）0.3436t實際發(fā)酵液體積為：vG20.0311.45立方米      選取發(fā)酵罐的填充系數(shù)為80%，則需要發(fā)酵罐的總體積為：vv0.814.3125m3發(fā)酵罐個數(shù)的確定: 計算發(fā)酵過程中所需的發(fā)酵罐個數(shù)： 72243個,防止在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)突發(fā)情況，保留一個發(fā)酵罐留作備用，故發(fā)酵罐

42、的個數(shù)為：N3×114個主要尺寸的計算V(筒)=0.785D2H=0.785×4×5=15.7m3V(封)=24D3×2=2.1m3H封=700+50=750mm驗算全容積：V全（1）=15.7+×812+0.785×8×0.07=18.23m3 V全=2.1+15.7=17.8m3 V全（1）V全故公稱體積為15m3的發(fā)酵罐符合要求裝液量：對于公稱體積為15立方米的發(fā)酵罐，每天裝三罐，每罐裝液量為V1=11.45×1000300×3=12.722m3計算下封頭的裝液體積：V柱=V1下封頭體積=V10.2

43、5D2(h16D)=12.7221.20=11.522m3裝液高度：h1=4V柱D2=4.95m對于普魯蘭多糖發(fā)酵，每一立方米的發(fā)酵液，每一小時傳給冷卻器的最大熱量為4.18×6000kJm3h，采用豎式列管換熱器，取經(jīng)驗值K=4.18×500kJm3h。 2828發(fā)酵溫度 冷卻水溫度 2025出水口溫度8 3平均溫差tm=t1t2ln（t1t2）=5.1m3h冷卻水耗用量：由實際選用的進出口水溫分別為20、25，則W=Q總Cp（t2t1）=4.18×6000×12.7224.187×5=15240.96kgh=4.24kgs冷卻水體積流量為4

44、.241000=4,24×103m3s,取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1ms，根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總截面積S總=WVW冷卻水體積流量V冷卻水流速代入上式得S總=4.24×103m3s進水總管直徑為d總=（S總0.785）0.5=0.07m冷卻面積的計算:A=Q總Ktm=4.18×6000×12.7224.8×500×5.1=26.06m2冷卻管組數(shù)、管徑、總長度和總高度L=Ad=26.060.05=127.39m圓整取120m，分為四組，每組長L0=3om其中d=外徑壁厚每圈蛇管長度l=(Dp)2+Hp2)2=9.3mDp蛇管圈直

45、徑，3mHp蛇管圈之間的距離，取0.15m每組蛇管圈數(shù)Np=L0l=3圈，則總?cè)?shù)為12圈蛇管總高度H=（Np1）Hp=1.65m人孔和窺鏡:人孔的設置是為了便于安裝、拆卸、清洗和檢修設備內(nèi)部的裝置本次設計只設置了一個人孔，查閱文獻，選取標準號HG2059397，公稱壓力為2.5pa，直徑為500mm，高度為393mm的人孔視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設計設置了2個視鏡，選取標準號HG2059397，直徑為DN=100mm，高度為52mm法蘭型號：管式平焊鋼制管型HG2059397攪拌器類型選擇及尺寸設計攪拌器的作用安裝攪拌器的作用是使兩種或兩種以上的物料混合均勻，接觸良好。它能強化罐內(nèi)

46、傳質(zhì)和傳熱的效果，改善操作情況。傳質(zhì)增強可以促進化學反應，強化傳熱。對于放熱反應可以使反應放出的熱量通過夾套傳熱結(jié)構(gòu)的冷卻器順利帶走，對于吸熱反應，同樣可以使載熱體順利供熱。當反應器里的液體含有懸浮的固體使，如不進行攪拌，這些固體就會沉降下來，使操作難以進行。也有一些聚合過程，反應的結(jié)果可以嘗試一些粘稠的物料這些物料會粘著在筒壁上，叫做掛料。掛料對筒壁的傳熱由不利影響，因此也要進行攪拌，以防止或減少這種掛料的產(chǎn)生。攪拌器型式的選擇由于影響攪拌過程的因素十分復雜，故攪拌器的選型資料也較多，而且各自實驗的重點各不相同，結(jié)論也不盡相同。選型既要考慮攪拌效果，也應該考慮動力消耗問題，在達到同樣攪拌效果

47、時，不希望消耗過多的功率，而有時需要給攪拌過程較大的能量時，某些攪拌器又不能達到。另外，選型還須考慮到攪拌結(jié)構(gòu)。所以一個完整的選型方案需要滿足效果、安全和經(jīng)濟等各方面的要求。攪拌器的型式槳式攪拌器 槳式攪拌器是一種結(jié)構(gòu)比較簡單的攪拌器，一般以扁鋼制成。材料可以采用碳鋼、合金鋼、有色金屬等。由平直葉式和折葉式兩種形式。折葉式除了能讓液體做圓周運動外，還能使液體上下運動，起到充分攪拌作用。槳式攪拌器 的直徑D約取筒體內(nèi)經(jīng)的0.8左右，其中D/B=5 ，攪拌槳的轉(zhuǎn)速比較慢，一般取40r/min,槳式攪拌器外源線速度的范圍為3m/s。在料液層比較高時，為了將物料攪拌均勻，常常裝有及層槳葉，相鄰的兩層槳

48、葉常常交錯成90度安裝。渦輪式攪拌器 渦輪式攪拌器實際上有多種型式，實際上開啟式渦輪攪拌器和槳式攪拌器并無嚴格區(qū)別。習慣上把槳葉數(shù)少于4，圓周速度小于3m/s的開啟式渦輪攪作拌器稱槳式攪拌器。攪拌器的設計應使發(fā)酵液有足夠的徑向流動和適度的軸向運動。攪拌葉輪大多采用渦輪式，最常用的是六直葉圓盤渦輪攪拌器、六彎葉圓盤渦輪攪拌器、六箭葉圓盤渦輪攪拌器，圓盤作用是避免底部通入的空氣從罐中心上升走短路。為了強化軸向混合，可采用渦輪式和推進式葉輪共用的攪拌體系。單只渦輪攪拌器不通風時的攪拌功率計算式中 Po-不通風時攪拌器輸入的功率（W）n-渦輪轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）D-攪拌器直徑（m） -醪液密度（kg/m

49、3）Np-功率準數(shù)D 渦輪直徑，m若Po單位為kW，n單位為r/min。則：P0=31.6kw計算RemRem=D2NP=1.3×10610000 -醪液密度（kg/m3）=1050kgm3D -攪拌器直徑，D=0.7mN 攪拌轉(zhuǎn)速，N=200rmin 發(fā)酵謬黏度，=1.3×10-3因為Rem大于一萬所以發(fā)酵系統(tǒng)充分湍流狀態(tài)，既有對于多層攪拌器的軸功率可按下式估算：Pm=P0（0.4+0.6m）=69.52kwM攪拌器層數(shù)通風時攪拌功率（）計算.(kW) -（a）式中：、通風與不通風時的攪拌功率，單位kW。P02=31.62=998.56n攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）D攪拌器直徑

50、（m）Q通風量（ml/min） 設通風比vm=0.22 則Q=11.45×0.2×106=2.29×106 ml/min 代入式a 得通風時攪拌軸功率=23.8kW<31.6kw故通風時攪拌功率要比不通風時攪拌功率低，由于氣泡存在使攪拌的液體密度下降。求電機功率P電：P電=Pgn1n2n3×1.01采用三角帶傳動n1=0.92，滾動軸承n2=0.99，滑動軸承n3=0.98湍面密封增加的功率為0.01，代入上式得P電=26.9kw3.2設備材料的選擇罐體壁厚計算罐壁厚度取決于罐徑、材料及耐受的壓強。其壁厚可用下式進行計算：=0.3×200

51、0（2×170×0.80.3）+3=5.2mm圓整后取6mm選用6mm厚的1 cr18ni9ti鋼板制作，查表知，直徑2米，筒高8米，每米340kg，G筒=340×8=2720kg式中：耐受壓強，（設計壓力，MPA，表壓）；罐徑，mm；焊縫系數(shù)，雙面焊縫=0.8，無焊縫=1.0；腐蝕裕度，當-C1cm時，C=3mm；許用應力（kg/cm2）使用不銹鋼1Cr18Ni9Ti，其中鋼板許用應力為150攝氏度，137MPa罐體封頭壁厚計算：Td=KpDi（20.5P）+C=5.74mm圓整后取6mm對標準橢圓封頭開孔系數(shù)Kp取1罐徑，mm；P耐受壓強（取0.3mpa）焊縫

52、系數(shù)，雙面焊縫=0.8，無焊縫=1.0；腐蝕裕度，當-C1cm時，C=3mm；許用應力（kg/cm2）使用不銹鋼1Cr18Ni9Ti，其中鋼板許用應力為150攝氏度，137MPa罐體3.3接口管：反應器的工藝接管包括物料進出口管、觀察攪拌和反應情況的視鏡，為了方便檢修和俺責任開設的人孔，溫度、壓力控制等的接口。進料管一般從頂部引入。為了使物料順利地流入攪拌反應器內(nèi)爾不至于沿著封頭內(nèi)側(cè)流入法蘭密封面或沿著，反應器內(nèi)部流動，一般將接管接入設備內(nèi)部，并在進口管端開45度的切口，向著攪拌反應器中央，這樣也可以減少物料飛濺到筒內(nèi)壁上。反應器的溫度顯示，一般將溫度計插入液層中。由于液體受到攪拌而產(chǎn)生對溫度

53、計的沖擊力，為了保護溫度計不受破壞，可將溫度計放入金屬管中。但要求金屬管由足夠的強度和良好的傳熱性能。反應器的視鏡一般設在便于觀察的地方。但值得注意的是反應器的壓力和溫度常常隨化學反應過程而和變化，為了考慮安全，視鏡的玻璃要能承受反應器內(nèi)的最大壓力。當反應溫度溫度過高，視鏡內(nèi)外溫差較大時，容易在視鏡的表面結(jié)露而妨礙觀察，此時可安裝雙層鏡面的保溫視鏡。有時為了防止器內(nèi)的液體泡沫貼在鏡面上妨礙觀察，在工藝條件允許的情況下，視鏡處設置鏡片沖洗管。以進料口為例計算液體進料流速一般為=11.5ms，取=1ms，1.3h排盡，取發(fā)酵罐裝料系數(shù)為0.8，則發(fā)酵罐裝料液體積：V1=11,.522m3，物料體積

54、流量：Q=V11.3=8.86m3h，則排料管的直徑：d=（4Q3600）0.5=55mm,取無縫鋼管，查閱資料，平焊鋼管法蘭和HG2059397，取公稱直徑50，57×3.5管道接口（采用法蘭接口）進料口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型HG2059397，接口直徑57×3.5排料口：采用法蘭接口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型HG2059397，接口直徑57×3.5進氣口：57×3.5，開在封頭上，角度與水平線成45度排氣口：57×3.5，開在封頭上進氣口以人孔和封頭連線為對稱軸的對稱位置上，角度與水平線成45度冷卻水進出口：采用法蘭接

55、口，法蘭型號：管式平焊鋼制管型HG2059397，接口直徑為57×3.5，角度與水平線成45度 補料口：57×3.5，開在封頭上，角度與水平線成45度取樣口：57×3.5，開在封頭上，角度與水平線成90度壓力表：彈簧管壓力表（徑向型），直徑d1=20mm，精度2.5，型：Y250Z，開在封頭上3.4設備結(jié)構(gòu)的工藝工藝主要內(nèi)容包含：密封的方式、空氣分布器、擋板、機械攪拌器以及冷卻管的排列等?，F(xiàn)逐一介紹如下：  密封方式：隨著科技的飛速發(fā)展，已在發(fā)酵行業(yè)廣泛采用機械密封，本機械通風攪拌罐準備采用雙面機械密封方式。    冷卻管的

56、排列：為了利于拆卸、清洗，容積小于15m3的發(fā)酵罐一般采用夾套冷卻裝置。伴隨著發(fā)酵罐體積的逐步增加，比表面積漸漸變小，夾套形成的冷卻面積已完全無法滿足生產(chǎn)的實際要求，于是本罐擬采用管式冷卻裝置。 空氣分布器：對于好氣型發(fā)酵罐，主要有多孔式與單管式兩種分布器形式。對于通風量較小的裝置，應該加上環(huán)型或直管型空氣分布器；而對通氣量較大的發(fā)酵罐，則使用單管通風。經(jīng)綜合考慮，本罐擬采用單管進風方式3.5發(fā)酵設備的材料選擇優(yōu)先考慮的是滿足工藝的條件，其次是經(jīng)濟性。如激素、抗生素、有機酸發(fā)酵時，考慮到對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的影響、安全性、后道工藝的除鐵困難或腐蝕性強等，則必須使用加工最好、耐酸腐蝕的不銹鋼。如采用

57、1Cr18Ni9Ti等制作發(fā)酵設備，使用18-12Mo2Ti制作水解設備。為了降低造價也可在碳鋼設備內(nèi)襯薄的不銹鋼板。而像普魯蘭多糖發(fā)酵則可以用碳鋼制作發(fā)酵設備，精制時用除鐵樹脂去除鐵離子。隨著科學技術的進步，會出現(xiàn)一些復合材料和噴涂金屬和耐腐蝕涂料等新材料新技術，將會進一步降低設備投資費用。本設備選用1Cr18Ni9Ti制作發(fā)酵罐，以降低設備費用3.6車間的布置安排車間設置工藝流程如下：3.6.1空氣分過濾器3.6.1.1二級種子發(fā)酵罐分過濾器的計算超細玻璃纖維過濾器,工作溫度30，df=14m，K=0.252通風半小時一次，一次15min,通風比則通風量V風=2×8=16 m3空

58、氣/min=0.27m3/s培養(yǎng)周期按2.5h計算，過濾效果按107罐倒一罐計算求濾層厚度：N1=10-3 N2=10-6L=23.8cm取L=25cm求壓力降P:空氣在過濾器中速度Vs=0.15m/s填充系數(shù)8%，m=1.45C=，V=0.16P=LC=L=3225Pa經(jīng)過分過濾器后的空氣壓力為：gH=1000×9.8×4=4×104Pa進入分過濾器的空氣壓力：gH+P=40000+3225=43225Pa(表壓)進入分過濾器的空氣壓力<進入主發(fā)酵罐的空氣壓力，因此進入分濾器的壓力應等于進入主發(fā)酵罐的壓力即為2.317大氣壓求分濾器的直徑：分濾器中空氣體積

59、流量V濾=V空氣=0.27×=0.12 m3/s×d2×Vs=V濾 ×d2×0.15=0.12d=1m 總過濾器的設計選超細玻璃纖維過濾器，工作溫度30，公式：P=LC lg=-L其中=8%，df=14m查表得20時，空氣密度=1.205Kg / m330時,空氣粘度=18.6×10-6取過濾器中空氣流速Vs=0.15m/s查表得Vs=0.15m/s時，=0.252cm-1求濾層厚度：發(fā)酵周期按一代種子周期18小時計算濟南地區(qū)污染較嚴重，空氣中微生物多，取8000/ m3N1=8000×54×60×18=4.67×108個N2=1