生產(chǎn)20000噸檸檬酸的工藝設(shè)計

.23/26年產(chǎn)20000噸檸檬酸工藝設(shè)計目錄第一部分文獻綜述TOC\o"1-3"\h\u296881.檸檬酸133211.1簡介162851.2應(yīng)用1122842檸檬酸的生產(chǎn)工藝2167312.1生產(chǎn)工藝概述2132262.2工藝流程284942.3基本步驟392772.3.1原料預(yù)處理3116302.3.2玉米粉調(diào)漿和液化3151552.3.3發(fā)酵4134502.3.4提取和精制4175322.3.5成品包裝5135533國內(nèi)外檸檬酸生產(chǎn)情況及展望5第二部分課程設(shè)計部分15731物料衡算7247061.1全廠總物料衡算主要內(nèi)容716441.2工藝技術(shù)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)7227521.3原輔料消耗及中間產(chǎn)品衡算8111001.3.1總反應(yīng)式8212661.3.2液化醪量的計算8185311.3.3發(fā)酵液量的計算813521.3.4離子交換樹脂的計算944811.3.5陽離子交換樹脂960912熱量衡算11268802.1液化工段耗熱量11231302.2提取工段所耗熱量12255542.3總耗熱量13188192.4蒸汽用量135283水量衡算1330053.1調(diào)漿用水13174463.2冷卻水1431473.2.1液化清液冷卻用水14191223.2.2發(fā)酵冷卻用水14189853.3清洗用水14241073.3.1發(fā)酵罐清洗用水14255053.3.2洗濾布用水15257863.4提取工段解脫液煮沸后降溫所用冷耗量15274423.5其他用水15163713.5.1提取車間其它用水15145673.5.2鍋爐用水1564843.5.3清潔用水15172493.6總用水量1570874工藝設(shè)備的選型1697485總結(jié)體會2318666參考文獻23.第一部分文獻綜述1.檸檬酸1.1簡介檸檬酸<citricacid>,學(xué)名2-羥基丙烷三羧酸,分子式C6H8O7。為無色透明斜方晶系晶體顆粒,或白色結(jié)晶性粉末。無臭,有很強的酸味,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。檸檬酸根據(jù)結(jié)晶條件不同,它的結(jié)晶形態(tài)有無水檸檬酸和含結(jié)晶水檸檬酸。商品檸檬酸主要是無水檸檬酸<C6H8O7>和異檸檬酸<C6H8O7·H2O>。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70—75℃,密度1.542。放置在干燥的空氣中,異檸檬酸中的結(jié)晶水會逸出風(fēng)化。無水檸檬酸是在高于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水檸檬酸的臨界溫度為36.6士0.15℃[1]。1.2應(yīng)用檸檬酸是當(dāng)今利用微生物生產(chǎn)的一種極為重要的有機酸,廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、化工、冶金等領(lǐng)域。檸檬酸的用途主要分為食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和化學(xué)工業(yè)三個方面。在食品工業(yè)上的應(yīng)用：檸檬酸具有令人愉快的酸味,入口爽快,無后酸味,安全無毒,因此被稱為第一食用酸味劑,被廣泛用于飲料、果醬、果凍、釀造酒、冰激凌和人造奶油、淹制品、罐頭制品、豆制品及煙草中。在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：醫(yī)藥上廣泛用到檸檬酸及其鹽類。檸檬酸鹽用于補充相應(yīng)元素時,具有溶解度高,生理寬容性大,酸根直接被吸收代謝而無羈留等優(yōu)點。檸檬酸糖漿、檸檬酸鐵銨、檸檬酸鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸銅、檸檬酸鎂被廣泛應(yīng)用于臨床。在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用：檸檬酸及其鹽類在工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)展得最快。檸檬酸被廣泛用于緩沖劑、催化劑、激活劑、增塑劑、螯合劑、清洗劑、吸附劑、穩(wěn)定劑、消泡劑等。其中在洗滌劑方面的應(yīng)用增長最大。檸檬酸鈉鹽的螯合作用很有特異性,可以替代三聚磷酸鈉,作為綠色環(huán)保的無磷洗衣粉的原料[2]。2檸檬酸的生產(chǎn)工藝2.1生產(chǎn)工藝概述本項目采用玉米為原料,玉米粉碎調(diào)漿后利用噴射液化工藝進行玉米漿的液化,液化醪過濾除渣得液化清液,液化清液再進入發(fā)酵工段。在提取工段,本項目采用國內(nèi)先進的"吸交法"提取檸檬酸工藝。檸檬酸的生產(chǎn)全過程可劃分為四個工藝階段：<1>發(fā)酵原料的的預(yù)處理；<2>玉米粉調(diào)漿和液化；<3>發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸；<4>檸檬酸的提取和精制。與這四個工藝流程相適應(yīng),需要配置原料制備車間、發(fā)酵車間、分離純化車間。2.2工藝流程以玉米為原料,經(jīng)粉碎、調(diào)漿、液化、過濾、發(fā)酵、陰離子交換、解脫液煮沸、脫色、陽離子交換、二次脫色、蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心分離、干燥后得成品。工藝流程如下：玉米渣菌絲體↑↑玉米→除雜→粉碎→調(diào)漿→液化→過濾→發(fā)酵→過濾↓陽柱轉(zhuǎn)型←過濾←活性炭脫色←解脫液煮沸←陰離子交換附↓二次脫色→蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→離心分離→干燥→包裝→檸檬酸成品2.3基本步驟2.3.1原料預(yù)處理將原料玉米除雜后進行粉碎,60目過篩得合格的玉米粉。2.3.2玉米粉調(diào)漿和液化向調(diào)漿罐通過物料輸送機輸送玉米粉；按質(zhì)量比〔玉米粉：水為1:4.5的比例加入65℃的水,利用堿性鹽Na2CO3溶液調(diào)節(jié)漿料pH在5.0～7.0范圍內(nèi),并加入0.1%氯化鈣,作為淀粉酶的保護劑和激活劑。最后加入粉耐高溫α-淀粉酶〔酶活力20000U/g,加入量為10U/g玉米粉,混合均勻,將物料打入高壓噴射器,在噴射器中粉漿和蒸汽可直接瞬間接觸,出料溫度105℃。從噴射器中噴出的液料,經(jīng)過冷卻降溫系統(tǒng)使液料溫度降至97℃,并將其倒入層流罐保溫30分鐘,保溫罐溫度維持在95℃[3-5]。然后進行二次噴射,在第二只噴射器內(nèi)液料和蒸汽直接接觸使溫度迅速上升至130℃,并在維持罐內(nèi)維護8分鐘左右,徹底殺死耐高溫α-淀粉酶,進一步凝固聚沉蛋白質(zhì),對處理后的物料進行過濾處理,濾液經(jīng)過真空閃急冷卻系統(tǒng)進行冷卻,然后將液料打入二次液化罐,使液料溫度降低到95℃,在二次液化罐內(nèi)加入耐高溫α-淀粉酶〔酶活力為20000U/g,加入量為8U/g玉米粉,液化30分鐘,碘試合格后,結(jié)束液化。2.3.3發(fā)酵液化醪過濾除去玉米渣得液化清液,溫度降至37℃后打入發(fā)酵罐,同時按以下質(zhì)量體積比向發(fā)酵罐內(nèi)加入已滅菌的0.9%尿素、0.1%KH3PO4、0.25%MgSO4和10%種子液。發(fā)酵溫度控制在34℃,pH6.7左右,發(fā)酵周期約72h。發(fā)酵結(jié)束后,發(fā)酵液經(jīng)真空轉(zhuǎn)鼓過濾機除去菌絲體得發(fā)酵清液,菌絲體是優(yōu)質(zhì)飼料的原料,發(fā)酵清液進入提取精制工段[3-5]。2.3.4提取和精制發(fā)酵清液經(jīng)過8310＃陰離子交換吸附樹脂將檸檬酸和其它雜質(zhì)分離〔交換過程中,改變吸附交換柱內(nèi)壓力,調(diào)壓力為4.9×106Pa至放空,反復(fù)2到3次,然后用10%的NH4OH解脫得解脫液。向解脫液中加堿液調(diào)節(jié)pH9.0,在常壓下加熱煮沸10分鐘,取出后加入粉末狀活性炭〔5g活性炭/L解脫液,過濾除去有機雜質(zhì)和部分色素等殘渣獲得清液[6-8]。清液經(jīng)陽離子交換樹脂去除氨根離子,然后進行二次脫色得到18%的檸檬酸液。將此純凈檸檬酸液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后進行結(jié)晶,然后用離心機分離母液和晶體,母液返回再次吸附交換,晶體進行干燥得合格的檸檬酸[9]。過程可以使吸附交換樹脂充分攪動,所以不需要像離交法那樣在洗膠工序后樹脂仍需批批再生,降低了水、酸、堿的消耗。調(diào)節(jié)解脫液pH,提高分離雜質(zhì)的效果。從陰離子交換樹脂流出的解脫液加堿調(diào)節(jié)PH至8～10,可以破壞檸檬酸解脫液的膠體穩(wěn)定性,從而使混入的少量可溶性蛋白質(zhì)、糖、膠體、雜酸等雜質(zhì)絮凝從解脫液中分離。"吸交法"[10-13]。采用堿解脫法,避免原來酸解脫法存在的還原糖偏高、易碳化合物不達標(biāo)的缺點。與傳統(tǒng)的鈣鹽法相比,提取收率由原來的75%左右提高到80%,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本。2.3.5成品包裝干燥合格的檸檬酸晶體經(jīng)包裝后運送成品庫。3國內(nèi)外檸檬酸生產(chǎn)情況及展望自21世紀以來,檸檬酸產(chǎn)業(yè)的競爭加劇,許多小企業(yè)紛紛退出該領(lǐng)域,這使全球檸檬酸的生產(chǎn)和進出口更加集中。目前,檸檬酸的主要產(chǎn)地有中國、美國和西歐。檸檬酸的主要出口國有中國、奧地利、捷克、美國、英國、愛爾蘭、德國、巴西、荷蘭、哥倫比亞。20XX上半年,全球檸檬酸總出口量為36.5萬噸,上述十國的出口量之和占全球總出口量的92.6%。我國從20世紀60年代開始生產(chǎn)檸檬酸,近10年來,由于出口的刺激,生產(chǎn)能力和產(chǎn)量增長很快。1985年我國檸檬酸的產(chǎn)量只有3.7萬噸/年,到20XX產(chǎn)量達約38.0萬噸/年,20XX達到約40.0萬噸/年。20XX我國檸檬酸總產(chǎn)量達54萬噸。2007年國內(nèi)檸檬酸產(chǎn)量76萬噸,共出口70.83萬噸,檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)近百家,總產(chǎn)量居世界第一,出口遍布美國、比利時、荷蘭等國,是世界上最大的檸檬酸出口國。我國檸檬酸工業(yè)的技術(shù)改造和新技術(shù)開發(fā)近年來已有長足的發(fā)展、但和世界發(fā)達國家相比,顯然還達不到他們的水平[14]。第二部分課程設(shè)計部分年產(chǎn)20000噸檸檬酸工藝設(shè)計隨著全世界經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平提高,檸檬酸市場需求也在快速增長因此,檸檬酸市場就全世界而言具有較大的發(fā)展?jié)摿?。在化學(xué)工業(yè)中,檸檬酸是一種調(diào)節(jié)劑的重要組成部分,在制備緩沖劑、催化劑、激活劑、螯合劑、清洗劑、穩(wěn)定劑等試劑時起到重要的作用。檸檬酸鈉鹽作為一種螯合劑可以替代三聚磷酸鈉,綠色環(huán)保,可以作為無磷洗衣粉的重要原料。很多的油脂中含有一定的金屬離子,影響油脂的穩(wěn)定性,在生產(chǎn)各種食用油時,金屬離子的存在會對人體產(chǎn)生一定的危害。檸檬酸的提取一直是制約檸檬酸行業(yè)發(fā)展的瓶頸,傳統(tǒng)的鈣鹽法因為工藝成熟、設(shè)備簡單、原材料易得和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點而在國內(nèi)外被廣泛使用,但也存在缺陷。本設(shè)計擬以建設(shè)檸檬酸年產(chǎn)20000t的工廠為基礎(chǔ),從工藝路線、設(shè)備選擇、物料衡算、熱量衡算等角度探索果膠酶生產(chǎn)工藝,如果在輔之以市場調(diào)研,則可為檸檬酸投產(chǎn)做好理論準備。1物料衡算1.1全廠總物料衡算主要內(nèi)容〔1原料消耗的計算,主要原料為玉米,其他輔料有耐高溫α-淀粉酶、CaCl2、尿素、MgSO4、KH3PO4黑曲霉等?！?中間產(chǎn)品計算,主要有液化醪、發(fā)酵液量的計算?！?成品、副產(chǎn)品計算。1.2工藝技術(shù)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)〔1生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)20000t檸檬酸?！?生產(chǎn)方法：玉米粉液化過濾后發(fā)酵?！?生產(chǎn)天數(shù)：300天。〔4產(chǎn)品質(zhì)量：達到英國藥典、美國藥典標(biāo)準,檸檬酸含量為99.8%。〔5副產(chǎn)品年產(chǎn)量：玉米渣8000t,菌絲體13600t,<NH4>2SO411600t?！?玉米淀粉含量為70%,水含量低于13%。〔7玉米漿液化添加0.1%CaCl2,耐高溫α-淀粉酶〔酶活力為20000U/g,用量為8U/g玉米粉?！?檸檬酸發(fā)酵向發(fā)酵液添加0.9%尿素、0.1%KH3PO4、0.25%MgSO4?！?實際糖酸轉(zhuǎn)化率為94%、成品收得率為88%、產(chǎn)酸率為14%、發(fā)酵周期為72h。1.3原輔料消耗及中間產(chǎn)品衡算1.3.1總反應(yīng)式〔1糖化階段：<C6H12O5>n＋nH2OnC6H12O616218180發(fā)酵階段：2C6H12O6＋3O22C6H8O7＋4H2O2×1803×322×1924×18生產(chǎn)20000t無水檸檬酸玉米消耗量20000×99.8%×<162÷192>÷84%÷70%÷94%＝30469.766t玉米粉量20000×99.8%×<162÷192>÷84%÷70%=28641.58t99.8%——無水檸檬酸達到英國藥典標(biāo)準,檸檬酸含量為99.8%。70%——玉米淀粉含量為70%耐高溫α-淀粉酶的消耗量20000×99.8%×<162÷192>÷84%×18÷20000=18.06t耐高溫α-淀粉酶酶活力為20000U/g,用量為8U/g淀粉。液化醪量的計算玉米粉和水按1：4.5的比例混合,加入0.1%CaCl2,有關(guān)計算如下：玉米漿的量28641.58×5.5＝157528.69tCaCl2的用量157528.69×0.1%＝157.53t發(fā)酵液量的計算成品檸檬酸中檸檬酸的量：20000×99.8%＝19960t發(fā)酵液中檸檬酸的量：19960÷88%＝22681.82t發(fā)酵液總體積：22681.83÷14%＝1.62×108m3尿素耗量：1.62×108×0.9%＝1458tKH3PO4耗量：1.62×108×0.1%＝162tMgSO4耗量：1.62×108×0.25%＝405t1.3.4離子交換樹脂的計算〔18310#弱堿性陰離子交換樹脂8310#弱堿性陰離子交換樹脂的技術(shù)參數(shù)如下：型式：羥型粒度：20～60且＜90水分：60%～70%強度：＞90%濕視密度：0.65～0.75g/ml交換容量：0.8～1.0g/g干樹脂再生交換容量：＞9mmol/ml樹脂每噸檸檬酸所需發(fā)酵液的量是8100.65kg,所需濕樹脂的量：1÷〔0.9×0.14＝7.94t濕樹脂的體積：7.94÷1.25＝6.35m3ρ=1.25g/ml一般控制樹脂的吸附量僅為樹脂總交換量的70%,則所需樹脂的體積：6.35÷70%＝9.07m3用15%NH4OH解脫,液氨〔按100%計用量是40kg/m3,則所液氨的量：9.07×40＝362.81kg所需15%稀氨液的的量：〔362.81÷17×31÷15%＝4410.65kg陽離子交換樹脂[15]解脫液常壓煮沸后加活性炭脫色,過濾后要經(jīng)過陽離子交換樹脂轉(zhuǎn)型,選用XX三星樹脂科技有限公司生產(chǎn)的001×7強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。其技術(shù)參數(shù)如下：型式：H型水分：51%～56%濕視密度：0.73～0.83g/ml濕真密度：1.17～1.22g/ml磨后圓球率：90%質(zhì)量交換容量：1.75mmol/g樹脂全交換容量：＞5.0mmol/ml樹脂再生劑用量：H2SO4<按100%計>75～150kg/m3濕樹脂每噸檸檬酸所需的樹脂量：1000÷〔192×1.7×1000＝3060.73kg樹脂的密度取1.25g/ml,則樹脂的體積：3036.73÷1.25×103＝2.451×106ml一般控制樹脂的吸附量僅為樹脂總交換量的70%,則所需樹脂的體積：2.451÷70%＝3.5m3用H2SO4再生,所需的H2SO4〔按100%計量是75～150kg/m3,取130kg/m3,則H2SO4需要量3.5×130＝455kg再生的濃度為2%,所需量為：455÷2%＝22750kg再生后生成的<NH4>2SO4量：〔455÷98×132＝613kg經(jīng)濃縮烘干后得固體<NH4>2SO4設(shè)收得率為94%,則每噸檸檬酸可產(chǎn)副產(chǎn)品<NH4>2SO4的量：613×94%＝576.2kg年產(chǎn)副產(chǎn)品<NH4>2SO4的量576.2×20000=11524t表1物料衡算表序號名稱每噸產(chǎn)品耗量/t每天耗量/t每年耗量/t1玉米1.52101.5730569.772玉米粉1.4395.4728641.583玉米漿7.88525.10157528.694耐高溫α-淀粉酶0.00090.0618.045CaCl20.00852.51157.536尿素0.074.8614587KH3PO40.0080.541628MgSO40.021.354059液化醪8.21547.3316420010液化清液7.76157.3315520011發(fā)酵液8.154016200012種子液0.81541620013液氨0.5838.41115242熱量衡算2.1液化工段耗熱量液化醪冷卻水作為調(diào)漿水,玉米漿初溫為60℃。〔1玉米漿由60℃噴射加熱到105℃所耗熱量Q1＝157528.69×3.78×〔105-60＝2.68×1010kJ〔2層流罐流出的玉米漿由95℃噴射加熱到130℃所耗熱量Q2＝20000×8315.63×3.78×〔130-95＝2.2×1010kJ3.78——比熱容〔3高溫維持時間所耗熱量高溫維持時間為8min,蒸發(fā)量為每小時8%,則蒸發(fā)水分量為：V＝20000×8814.45×8%×8/60＝1880400kg所耗熱量Q3＝VI＝20000×94.02×2173.8＝4087613520kJ式中I為維持溫度下水的汽化潛熱,kJ/kg〔4熱損失其它過程總的熱損失為上述所耗熱量的15%?！?總熱量總熱量Q＝1.15×<Q1＋Q2＋Q3>＝6.082×1010kJ2.2提取工段所耗熱量〔1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10min,解脫液中檸檬酸的濃度約為16%,則解脫液的量：1134.09÷16%×20000＝7088.06×20000=141761200kg〔2加熱煮沸10min,設(shè)溫度從25℃升到100℃,所耗熱量:Q1＝141761200×3.98×〔100―25＝4.232×1010kJ煮沸時間10min,蒸發(fā)量為每小時5%,則蒸發(fā)水分量為:141761200×5%×1/6＝1181400kg故蒸發(fā)帶走熱量:Q2＝1181400×2257.2＝2.67×109kJ2257.2——煮沸溫度100℃下的飽和蒸汽的汽化潛熱,kJ/kg〔4熱損失其它過程總的熱損失為上述所耗熱量的15%?！?由上述計算得總熱量Q＝1.15×<Q1＋Q2>＝5.17×1010kJ〔6蒸發(fā)干燥所耗熱量約為1150000×20000=2.3×1010kJ。〔7提取工段所耗總熱量5.17×1010＋2.3×1010＝7.47×1010kJ其他工序所耗熱量約為6×1010kJ。2.3總耗熱量6.08×1010＋7.47×1010＋6×1010＝1.955×1011kJ2.4蒸汽用量使用0.5MPa的飽和蒸汽,I＝2748.9kJ/kg蒸汽用量D＝1.955×1011÷[<2748.9―643.2>×0.95]＝9.775×107kg643.2——噴射液化器加熱蒸汽〔0.5MPa的焓,kJ/kg95%——蒸汽的熱效率3水量衡算3.1調(diào)漿用水將玉米粉輸送到調(diào)漿罐,按玉米粉：水＝1：4.5的比例加入65℃的水,則水的用量：20000×1432.07×4.5＝128886400kg3.2冷卻水3.2.1液化清液冷卻用水按工藝要求,液化醪經(jīng)過濾后40min由90℃降到37℃,所用冷卻介質(zhì)為2℃的冷水,冷卻后,水溫約為70℃,則所耗熱量：7762.51×3.78×〔90-37×20000＝3.11×1010kJ所用冷卻介質(zhì)的量：3.11×1010÷[4.18×〔70―2]＝109424518kg3.2.2發(fā)酵冷卻用水發(fā)酵罐放出熱量發(fā)酵罐放出的熱量為：Q＝Q1-Q2-Q3發(fā)酵產(chǎn)熱Q1＝8100.65×2146＝3.477×1011kJ2146——每千克發(fā)酵液產(chǎn)生的發(fā)酵熱,kJ/kg蒸熱量Q2＝25%Q1射散熱量Q3＝3%Q1Q＝Q1―Q2―Q3＝3.477×1011×〔1―25%―3%＝2.50×1011kJ冷卻水用W＝Q/Cp<T2―T1>＝2.50×1011÷[4.18×<25―18>]＝855565904kg其中冷卻水的進、出溫度為18℃、25℃?？紤]到冷卻水可循環(huán)利用,因此可按3%的耗用率計算,則冷卻水用量：855565904×3%＝256669788.1kg3.3清洗用水3.3.1發(fā)酵罐清洗用水發(fā)酵結(jié)束后清洗發(fā)酵罐,每噸檸檬酸發(fā)酵罐清洗用水約500kg,20000噸檸檬酸需1×104噸3.3.2洗濾布用水液化醪過濾后過濾機的濾布要清洗,每噸檸檬酸用水約2760kg,20000噸檸檬酸需5.52×104噸3.4提取工段解脫液煮沸后降溫所用冷耗量工藝要求在30min內(nèi),解脫液的溫度由100℃降到25℃,所用的冷凍介質(zhì)是2℃的冷水。所耗熱量為4.232×1010kJ所用冷卻介質(zhì)：4.232×1010÷[4.18×〔70-2]＝148873200kg4.18——水的比熱容3.5其他用水3.5.1提取車間其它用水主要包括陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂、活性炭柱再生沖洗水、設(shè)備沖洗水等,約3.6×105t。3.5.2鍋爐用水蒸汽用量為87758t,按產(chǎn)蒸汽率95%計算,則用水量：87758÷95%＝92376.84t3.5.3清潔用水主要包括地面沖洗水、管道沖洗水和設(shè)備沖洗水等,按每噸檸檬酸5t計,20000噸檸檬酸需105噸3.6總用水量冷凍介質(zhì)用量：109424518＋148873200＝258297718kg除去調(diào)漿用水128886400kg,剩余水可再利用,損失按5%計,冷凍介質(zhì)可再利用量：128886400＋[〔258297718―128886400×95%]＝251827152kg綜上所述,冷凍介質(zhì)用量為251827152kg自來水用量為128886400＋256669788.1＋107＋5.52×107＋3.6×107＋92376840＋108-251827152＝226107067kg4工藝設(shè)備的選型基本參數(shù)：生產(chǎn)周期為4d,全年生產(chǎn)天數(shù)為300d,檸檬酸含量為99.8%,年產(chǎn)量為20000t.〔1粉碎機由物料衡算知,每天所需玉米量為20000×99.8%×〔162÷192÷84%÷70%÷300=95.47t,設(shè)原料粉碎過程中損失率為6%,則每天玉米處理量為：95.47÷94%＝101.57t每天粉碎機工作時間為8h,則每小時玉米處理量為：101.57÷8＝12.7t/h選擇2臺JFS-120-43粉碎機.選擇2臺XX市恒悅機械有限公司生產(chǎn)JFS-120-43粉碎機,電機功率：75kwh玉米產(chǎn)量：6.5～8t/h〔2調(diào)漿罐由物料衡算知,每天處理玉米漿的量為95.47×5.5=525.1t,體積約為447.36m3。需調(diào)漿罐的填充系數(shù)為70%,則所需體積為:447.36÷70%＝639.1m3取4個250m3的調(diào)漿罐即可滿足生產(chǎn),其中1個備用。委托XX進口機械制造有限公司制造?！?噴射液化器由物料衡算知,每小時處理玉米漿的量為22t。選擇2臺XX賽義德流體設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號是HYB20的不銹鋼低壓蒸汽噴射液化器,其生產(chǎn)能力為20m3/h,可以滿足生產(chǎn)?！?層流罐由物料衡算知,每小時噴射液化器流出的玉米漿的量為：153865.25÷300÷24＝21.37t/h,其體積流量為19.36m3/h。玉米漿在層流罐逗留時間是30min,層流罐的填充系數(shù)是80%,則層流罐的體積為：19.36×0.5÷80%＝12.1m3取15m3的層流罐1個即可。第二次噴射液化所需的液化維持罐同層流罐。〔5高溫維持罐由物料衡算知,每小時噴射液化器流出的玉米漿的量為：153865.25÷300÷24＝21.37t/h,其體積流量為19.36m3/h。玉米漿在高溫維持罐逗留時間是8min,高溫維持罐的填充系數(shù)是80%,則高溫維持罐的體積為：19.36×8/60÷80%＝3.23m3取5m3的高溫維持罐1個即可。〔8噴射液化系統(tǒng)設(shè)計一套噴射液化系統(tǒng),委托XX賽義德流體設(shè)備有限公司制造?！?板框壓濾機每天所需液化醪的量為：546.5t工藝要求24h內(nèi)將其過濾完,則板框壓濾機的處理能力應(yīng)該達到：546.5÷24＝22.77t/h選擇1臺XX天工科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的型號為BAB/1000-N的不銹鋼板框壓濾機,其技術(shù)參數(shù)如下：過濾能力：30t/h最大工作壓力：0.4MPa濾板片數(shù)：80端板片數(shù)：2總過濾面積：150m2外形尺寸：6500×1320×2100mm提取工段解脫液加活性炭脫色后要過濾,選擇相同型號的板框壓濾機,所以共選3臺。<10>發(fā)酵罐參數(shù)確定①由物料衡算知,每日所需發(fā)酵清液液的體積為514.32m3,裝料系數(shù)取75%,則每日所需發(fā)酵罐的體積：514.32÷75%＝685.76m3取200m3的發(fā)酵罐,則每天所需發(fā)酵罐的個數(shù)：685.76÷200＝3.4個發(fā)酵周期是72h,考慮放罐、洗罐等輔助時間為24h,則每個周期所需發(fā)酵罐的個數(shù)：[3.4÷24×〔72＋24]＋1＝14.6個選擇15個XX市華元化工設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的200m3的發(fā)酵罐即可滿足生產(chǎn),其中1個備用。其技術(shù)參數(shù)如下：公稱容積：200m3,筒體直徑：4700mm,筒體高度H：11700mm換熱面積：220m2攪拌軸轉(zhuǎn)速：200r/min攪拌軸功率：220kw發(fā)酵罐設(shè)計成噴環(huán)式好氧發(fā)酵罐。②發(fā)酵罐的工藝尺寸計算根據(jù)實際情況需要,選擇發(fā)酵罐的體積為200m3,則根據(jù)裝料系數(shù)可知發(fā)酵液體積為150m3,下面根據(jù)機械通用攪拌發(fā)酵罐各工藝尺寸要求就算計算發(fā)酵罐的其他重要參數(shù)：H/D=2~3,取H/D=2.54×200＝πD2H＝2.5πD3D=4.6723m,取整D=4.7H=2.5D=11.7m〔11種子罐檸檬酸發(fā)酵接種量約為10%,則種子罐的體積：200×10%＝20m3發(fā)酵罐每天平均上罐數(shù)是3.4個,需種子罐4個,種子罐培養(yǎng)菌種28h,輔助操作時間為10～12h,生產(chǎn)周期為38～40h,因此8個20m3的種子罐即可滿足生產(chǎn)。選擇XX市華元化工設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的20m3的發(fā)酵罐,其技術(shù)參數(shù)如下：公稱容積：20m3筒體直徑：2200mm筒體高度H：5000mm換熱面積：22m2攪拌軸轉(zhuǎn)速：280r/min攪拌軸功率：15kw〔12真空轉(zhuǎn)鼓過濾機發(fā)酵完畢后,發(fā)酵液用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機進行過濾,每個發(fā)酵周期所需發(fā)酵液的量為：540t工藝要求24h內(nèi)將其過濾完,則真空轉(zhuǎn)鼓過濾機的處理能力應(yīng)該達到：540÷24＝22.5t/h選擇1臺XX工大化工設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號為GF5.0/2.7-N真空轉(zhuǎn)股過濾機。其技術(shù)參數(shù)如下：過濾面積：50m2轉(zhuǎn)鼓直徑：2.7m轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速：90～140r/min電動機功率：3.5kw外型尺寸：7400×4250×3850mm〔13陰離子交換柱檸檬酸發(fā)酵液過濾后不經(jīng)過脫色直接上柱吸附,8310#弱堿性陰離子交換樹脂的吸交容量大,抗污染能力強。8310#弱堿性陰離子交換樹脂的技術(shù)參數(shù)如下：型式：羥型粒度：20～60且＜90水分：60%～70%強度：＞90%濕視密度：0.65～0.75g/ml交換容量：0.8～1.0g/g干樹脂再生交換容量：＞9mmol/ml樹脂每噸檸檬酸所需發(fā)酵液的量是8100.65kg,所需濕樹脂的量：1÷〔0.9×0.14＝7.94t濕樹脂的體積：7.94÷1.25＝6.35m3ρ=1.25g/ml一般控制樹脂的吸附量僅為樹脂總交換量的70%,則所需樹脂的體積：6.35÷70%＝9.07m3每天生產(chǎn)檸檬酸266.66/4=66.665t,則所需樹脂的體積：9.07×66.665＝604.65m3按裝柱系數(shù)為70%計,則所需離子交換柱的體積：604.65÷70%＝863.79m3取46個直徑1800mm,高7200mm的離子交換柱即可,委托翼州市中意玻璃鋼有限公司生產(chǎn)?！?4加熱脫色罐解脫液常壓下加熱煮沸10min,取出后加入粉末狀活性炭〔5g活性炭/L解脫液,過濾除去有機雜質(zhì)和部分色素等殘渣獲得清液。解脫液的流量7088.06×20000÷〔300×24×1050＝9.37m3/h7088.06——脫色液的量煮沸時間為10min,則加熱罐的體積為：9.37×1/6＝1.64m3體積圓整到2m3,取2個,1個備用?！?5陽離子交換柱解脫液常壓煮沸后加活性炭脫色,過濾后要經(jīng)過陽離子交換樹脂轉(zhuǎn)型,選用001×7強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。其技術(shù)參數(shù)如下：型式：H型水分：51%～56%濕視密度：0.73～0.83g/ml濕真密度：1.17～1.22g/ml磨后圓球率：90%質(zhì)量交換容量：1.75mmol/g干樹脂全交換容量：＞5.0mmol/ml樹脂再生劑用量：H2SO4<按100%計>75～150kg/m3濕樹脂每噸檸檬酸所需的樹脂量：1000÷〔192×1.75×1000＝3060.73kg樹脂的密度取1.25g/ml,則樹脂的體積：3036.73÷1.25＝2.451×103L一般控制樹脂的吸附量僅為樹脂總交換量的70%,則所需樹脂的體積：2.451÷70%＝3.5m3每天所需樹脂的體積：3.5×66.665＝233.33m3離子交換柱填充系數(shù)按70%計算,則離子交換柱的體積：233.33÷70%＝333.325m3取19個直徑1800mm,高7200mm的離子交換柱即可,委托翼州市中意玻璃鋼有限公司生產(chǎn)?！?6蒸發(fā)濃縮器檸檬酸進入蒸發(fā)濃縮器之前的濃度約為19%,則每周期生產(chǎn)檸檬酸清液的量：[66.665÷〔19%×96%]×96/24＝1461.95t流出檸檬酸的濃度為85%,其質(zhì)量：[66.665÷〔96%×85%]×96/24＝326.8t蒸發(fā)水分量：1461.95―326.8＝1135.15t工藝要求12h內(nèi)完成濃縮工作,則濃縮器的處理能力：1135.15÷12＝94.60t/h選擇4臺型號是JMZ-30多效蒸發(fā)器。蒸發(fā)量：30000kg/h生蒸汽耗量：7500～9000kg/h有效真空度：0＋448＋640mmHg各效蒸發(fā)溫度：99℃、76℃、53℃蒸發(fā)用蒸汽壓力：0.7MPa預(yù)熱用蒸汽壓力：0.25MPa〔17結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶罐采用進口304或316L不銹鋼制造,內(nèi)壁采用鏡面拋光,外壁采用304全焊接結(jié)構(gòu)保溫,外表面采用鏡面或亞光處理。選擇2臺WL520×100-L結(jié)晶罐。其技術(shù)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速：200r/min主電機功率：7.5kw外形尺寸：880×1266×950mm〔18離心機結(jié)晶后,部分母液和晶體需要分離,母液返回重新提取結(jié)晶,晶體則進入干燥工段。每天母液含量約為：540×10%＝54t工藝要求6h完成分離工作,則離心機的生產(chǎn)能力：54÷6＝9t/h選擇2臺SC1000三足式離心機。其技術(shù)參數(shù)如下：最大處理量：5500kg/h轉(zhuǎn)速：1200r/min功率：7.5kw〔19振動流化床干燥機振動干燥器生產(chǎn)能力大,可連續(xù)操作,物料彼此摩擦和撞擊作用輕微,晶形好。成品檸檬酸含水量要求低于0.02%,晶體進入干燥器前檸檬酸含量為96%,每天生產(chǎn)檸檬酸的量是66.665,除水量：〔66.665÷99.8%―〔66.665÷96%＝6.155t工藝要求4h完成干燥工作,則干燥機生產(chǎn)能力：6.155÷4＝1.54t/h選擇1臺GGNL-4.0振動流化床干燥機。技術(shù)參數(shù)如下：干燥能力：1000～1800