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1、 生化工程课程设计 课题名称：年产5.3万吨柠檬酸发酵工厂发酵罐设计 学生姓名： 冯佩全 学 号： 14801056 专 业： 生物工程 班 级： 14生物本2 成 绩： 指导老师： 杨立、龚乃超 设计时间：2017年4月10日 2017年4月21日目录摘 要IAbstractII前言11.1柠檬酸的性质和用途11.2柠檬酸的来源和发展情况1生产工艺21.3生产方法21.4工艺流程21.5操作工艺31.5.1原料的处理31.5.2发酵工序31.5.3醪液处理工序41.5.4提取工段41.5.5精制工段4工艺计算书51.6物料衡算51.6.1工艺技术指标及基础数据51.6.2原料消耗计算（基准：
2、一吨成品柠檬酸）51.6.3发酵醪量的计算61.6.4接种量61.6.5液化醪量计算61.6.6成品柠檬酸71.6.7淀粉质原料年产1.4万吨一水柠檬酸厂总物料衡算71.7热量衡算81.7.1液化热平衡计算81.7.2发酵过程中的蒸汽耗量的计算81.7.3发酵过程中的冷却水耗量计算101.7.4发酵过程中的无菌空气耗用量的计算111.8发酵罐的选型111.8.1发酵罐容积和台数的确定121.8.2主要尺寸的计算131.8.3发酵罐冷却面积的计算131.8.4发酵罐搅拌器的设计141.8.5发酵罐设备结构的工艺设计151.8.6发酵罐设备材料的选择171.8.7发酵罐壁厚的计算171.8.8发酵
3、罐接管设计181.8.9发酵罐支座的选择191.9贮罐选型191.9.1发酵成熟醪贮罐191.9.2硫酸銨贮罐19结论：21参考文献22附录123附录224参照优选#年产5.3万吨一水柠檬酸工厂发酵罐的设计摘 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
4、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。由于本设计为种子罐的工艺计算、设备选型。通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定种子罐的设计和选型。本设计还包括种子罐图，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AbstractThis design uses fermentation of dry raw materials, just dry powder, add water and slurry, directly into the small amounts of -amylase liquefaction a
5、fter sterilization, cooling can be inoculated fermentation. Preparation of citric acid generally use dried dried potatoes as raw material. Dry water 10%-15% around 70%, starch, proteins around 6%. Proteins in the dry raw materials can be used as nitrogen source for bacterial growth. Dry raw material
6、s containing inorganic salts such as iron, magnesium, potassium, calcium, selection of Aspergillus Niger C0527 insensitive to these ingredients, so no pretreatment of the raw materials to do it. This design uses submerged aerobic fermentation of citric acid, calcium salt extraction technology to pro
7、duce. Both of these methods are more popular in China, have significant practical experience, easy to operate, risk. Because of this design for process calculation of seeding tank, device selection. Through the whole material balance, plant heat balance, determine the design and selection of seed ta
8、nk. This design also includes seeding tank, flow chart. Key words: dry; deep aerobic fermentation;Aspergillus ;citric acid ;equipment design and selection.参照优选#前言1.1 柠檬酸的性质和用途柠檬酸（citric acid），学名为2-羟基-丙烷三羧酸，结构为分子量：192.14 ，是一种重要的有机酸。无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。其钙盐在冷水中比热水中易溶解，此性质常用来鉴定和分离柠檬酸。结晶时控制适宜的温度
9、可获得无水柠檬酸。柠檬酸在自然界分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝等。柠檬酸具有宜人风味、高的水溶性和强的金属螯合力，长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）。柠檬酸在化学技术上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂；用作络合剂，掩蔽剂；用以配制缓冲溶液。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，
10、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1。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
11、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2。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
12、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。近年来我国的檬酸的年出口量一直保持在10万吨以上3。生产工艺1.3 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。 1.4 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
13、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。成品的柠檬酸。淀粉糖净化空气菌种种子发酵消泡剂过滤废渣处理中和钙盐干燥湿柠檬酸纯水分离次品回溶蒸发结品过滤废渣处理酸解酸液活性炭酸解液离子交换处理灭菌配料筛选图1-1 柠檬酸生产工艺流程示意图1.5 操作工艺1.5.1 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13cm 大小的小块，以提高磨粉机的效率，便于物料的输送。粗碎后，
