年产5000吨柠檬酸工厂设计

建厂可行性研究报告

学生姓名:宋利宏

专业:食品科学与工程121

学号:

指导教师姓名:林勤

2015年10 月16 日

目录

第一章绪论1

企业概况1

目的和意义 1

立项的目的 1

项目投资的意义2

第二章工艺方案论证3

.设计依据3

设计范围3

工艺流程确定3

工艺论证和说明3

原料的预处理3

发酵液的预处理3

发酵4

提取和精制 4

成品包装5

产品与产量的确定5

生产方法评价5

第三章厂区平面设计6

厂址选择的原则6

选址6

总平面设计方案6

车间生产过程设计7

生产车间工艺布置原则7

生产所需建筑8

车间平面设计说明 8

4.工艺计算10

物料衡算10

全厂总物料衡算主要内容10

工艺技术指标和基础数据10

原辅料消耗及中间产品衡算11

总反应式11

液化醪量的计算11

发酵液量的计算13

离子交换树脂的计算13

年产5000吨柠檬酸工厂总物料衡算表14

热量衡算15

计算步骤15

液化工段耗热量15

总耗热量17

蒸汽用量17

年产5000吨柠檬酸发酵工厂热量衡算表17水量衡算17

计算步骤17

调浆用水17

液化清液冷却用水 17

发酵冷却用水18

发酵罐清洗用水18

洗滤布用水18

提取工段解脱液煮沸后降温所用冷耗量18提取车间其它用水18

锅炉用水18

其他用水19

总用水量19

年产5000吨柠檬酸工厂水量衡算表19

电量衡算19

计算步骤19

原料粉碎液化工段 19

发酵工段20

提取精制工段20

其他设备21

年产5000吨柠檬酸工厂电量衡算表22

第五章主要设备选型23

选择设备的原则23

设备的选型 23

第六章劳动定员与人员培训25

劳动定员25

劳动人员分类25

车间劳动人员安排 25

第七章公用工程的建设26

给排水系统 26

供电工程26

供热系统26

供冷系统26

采暖与通风系统27

辅助部门设计27

需要土建的辅助系统27

运输设备27

第八章投资概算和经济效益评价28

投资概算28

总投资估算 28

经济效益评价28

产品成本估算28

副产品收入估算29

收益估算29

参考文献： 30

年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计

食品科学与工程专业魏文姣

指导老师蒲传奋

摘要：本论文主要是进行年产量5000吨柠檬酸发酵工厂设计，在设计过程中进行了详细的工艺论证，对每个工艺过程进行了分析。并且在此基础上制定产品方案，设计生产工艺，对柠檬酸生产加工过程中的物料平衡进行计算，对主要设备进行选型以及水、电、汽平衡，劳动力平衡进行计算，最后进行车间设计。设定企业管理组织构架，实施环境保护规划并进行污水处理，对投资成本、利润、盈亏平衡点等进行估算。生产总投资为2080万元，年利润可达万元，投资回收期年左右。

关键词：柠檬酸；发酵；工厂设计

Design of an annual output of 5000 tons of Citric acid fermentation factory

Food science and engineering major Wei Wen jiao

Guide teacher Pu Chuan fen

Abstract: This paper is mainly for the annual output of 5000 tons of citric acid fermentation factory design, process has been proved in the design process, for each process are analyzed. Develop product solutions and on this basis, design and production process, the material balance of citric acid production in the process of calculation, selection and water, electricity, steam balance of main equipment, labor balance calculation, the workshop design. Set the corporate management structure, the implementation plan for environmental protection and sewage treatment, to estimate the investment cost, profit, profit and loss balance production of a total investment of yuan, annual profit of yuan, the investment recovery period is y ears or so.

Keywords: citric acid; fermentation; plant design

第一章绪论

企业概况

柠檬酸发酵工厂位于山东省潍坊，潍坊市安丘市位属暖温带大陆性气候，四季分明，光照充足，雨热同季。无霜期年平均213天，年均降雨量650余毫米，年平均气温18℃，适宜多种动植物生长。靠近原料生产基地，空气清新，水质清纯，环境幽雅无污染，经济发展环境良好。交通便利，利于材料以及产品的运输。

目的和意义

立项的目的

有机酸是微生物的初级代谢产物，与工业和人们的日常生活有着十分密切的关系，也是发酵产业中历史最悠久、吨位最大、价格最低廉的产品。微生物能够产生多种有机酸，能够大规模生产的只有少数，主要包括柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸和乳酸。目前产量最高两种有机酸分别是柠檬酸和葡萄糖酸，根据2005年的数据显示，2005年全世界的柠檬酸产量达到了100万吨，其中近50%的产量来自于中国。

由于柠檬酸的酸性、风味以及能够与金属离子形成复合物的能力，在工业中有着广泛的用途。据统计，目前75%的柠檬酸用于食品以及饮料工业，10%用于制药行业，15%用于其他行业。

柠檬酸具有酸味圆润滋美的特点，并且无毒，安全性高，又因为柠檬酸具有溶解性好、螯合能力强的特性，因此被广泛应用于食品工业中，常被用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、螯合剂等，此外，柠檬酸还可以作为冷冻水果和水果加工品种维生素的稳定剂以及作为软饮料、冷饮等食品的增香剂。

在医药工业中，由于酸根具有直接被吸收的特性，经常被作为某些医药的合成原料。医药中合成的柠檬酸盐被广泛用用于医学临床。医生在采取新鲜血液的时候，需要加入一些消毒过的柠檬酸钠就能起到防止血液凝固的作用，因此被称为抗凝血剂。作为抗氧化剂还可以防止维生素的氧化[1]。

在化学工业中柠檬酸也有着举足轻重的地位。作为一种弱有机酸，同时又具有螯合作用，可以引起金属表面层的轻微损坏，但是作为金属离子螯合剂又可以加速金属氧化物的迁移。因此现在多采用柠檬酸来取无机强酸用于金属表面氧化物的清洁。它还能增加去污性能，可以替代磷酸盐，作为无磷洗衣粉的重要原料，绿色环保。柠檬酸盐是最常用的电镀缓冲液和络合剂，其螯合作用使电镀操作稳定，产品质量较好。

虽然目前柠檬酸的世界年产量超过200万吨，柠檬酸的需求逐年迅速递增，但是仍然不能满足人们日益增长的物质需求。其中消耗量最大的国家是美国，年需求量近70万吨。随着全世界经济的发展和人民生活水平的提高，柠檬酸的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。

项目投资的意义

从广义上说，任何含有淀粉和糖的农产品、农产品加工品以及副产品，某些有机化合物，以及石油中的某些成分都是柠檬酸的原料。在我国，柠檬酸生产以薯干、玉米等淀粉质原料为主。传统的柠檬酸生产都是以薯干作为原材料，经过生物发酵和钙盐提取工艺制作的，这种方法生产的产品质量差而且成本高，环境污染严重，为了进一步扩大经济效益，提高生产效率，实现清洁无污染的生产，需要对柠檬酸生产提取工艺加以改进。在原料方面，目前研究出了玉米粉、稻米以及秸秆等，工艺上采用工业离子色谱法、母液净化处理以及循环利用废糖液技术，这样不仅有效地降低了成本，而且对于柠檬酸生产剩余的副产物，通过优化工艺的方式加以合理的利用，废物排放量少有利于环境保护[2]。

玉米中含有丰富的营养物质，以纯碳水化合物的淀粉为主，还存在一些蛋白质，纤维素，脂肪，无机盐灰分等非纯碳水化合物。

第二章工艺方案论证

.设计依据

根据安全有利位置设计一所坐落于潍坊安丘市的柠檬酸发酵工厂。本设计主要以国内柠檬酸主流生产技术为基础，结合国内外先进生产工艺和设备，参考发酵工厂设计、生物化工、柠檬酸发酵工艺、食品法规等有关文献资料，完成初步工厂设计。

设计范围

制定产品方案，设计生产工艺，进行物料平衡，设备选型，劳动定员，水电汽平衡，全厂卫生安全研究。设定企业管理组织架构并进行经济效果预测，绘制柠檬酸工厂总平面布置图、工艺流程图、车间布置图。

工艺流程确定

玉米→除杂→粉碎→调浆→液化→过滤→发酵→过滤→阴离子交换吸附→解脱液煮

↓ ↓

玉米渣菌丝体

→活性炭脱色→过滤→阳柱转型→二次脱色→蒸发浓缩→冷却结晶→离心分离→干燥

→包装→柠檬酸成品[3]

工艺论证和说明

原料的预处理

利用人工去除混入玉米中的固体杂质，如金属物、土、石、皮、芯、霉变块、粒等，排除污染。将玉米进行粉碎，使得玉米能够充分发酵，不浪费原材料。一般玉米不宜过碎或过大，60目过筛得到合格的玉米粉。

发酵液的预处理

淀粉液化实质上是在淀粉颗粒因受热吸水膨胀、糊化破坏了其晶体结构之后进行的，这是

因为淀粉颗粒对于酶作用的抵抗力较强，很难直接液化，因此淀粉糊化是酶法液化的一个重要步骤。淀粉被糊化后，体积就会膨胀很多，粘度增强，流动性很差，搅拌困难，传热性较差，难以糊化均匀。因此物料必须先进行液化，是料液的流动性变好，有利于料液的输送、灭菌完全、发酵初期菌体的生长、易于糖化、提高产酸率和淀粉的利用率。

使用物料输送机向调浆罐输送玉米粉，按照质量比为（玉米粉：水）为1:的比例加入65℃的水，利用碳酸钠溶液调节浆料的pH在~范围内，并加入%氯化钙，钙离子对淀粉酶具有激活和保护作用，也有助于杂质凝集，改善过滤性质。最后加入粉耐高温α-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95℃，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α-淀粉酶，进一步凝固聚沉蛋白质，对处理后的物料进行过滤处理，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α-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。

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，同时按质量体积比向发酵罐内加入已灭菌的%尿素、%磷酸氢钾、%二氧化硫和10%种子液。菌体生长的优劣完全取决于培养液内的氮源，这是因为细胞中铵离子浓度的升高能解除ATP和柠檬酸对于关键酶磷酸果糖激酶的反馈抑制，使得EMP代谢流增强，利于柠檬酸的生产和积累。无机盐也是构成微生物生命活动不可缺少的物质，在柠檬酸发酵中，有的构成菌体，有的促进代谢，有的促进产酸[4]。

黑曲霉是嗜热微生物，生长温度在33~37℃，由于培养基中固形物较多，对菌体起到保护作用，一般温度控制在（35±1）℃。发酵温度控制在34℃，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。

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×106Pa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，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），过滤除去有机杂质和部分色素等残渣获得清液[5]。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[6]。

成品包装

干燥合格的柠檬酸晶体经包装后运送成品库。

产品与产量的确定

根据潍坊当地的玉米农业产量、配套设备的生产能力和当地以及周边地区的柠檬酸的市场需求，将年产量定为5000吨。

根据充分的市场调研，结合潍坊当地的地理环境，根据当地农业产量和周边地区的消费需求，确定产品与产量。本文是以柠檬酸生产为依据设计的。全年均衡生产，全年工作日不少于300天，每天24h连续生产，每天的生产班次为3班。年产量5000t，则日产量为5000/300=天。

生产方法评价

本设计中的柠檬酸的生产过程是采取机械与人工相结合的作业方式，所采用方法在

保证产量的基础上，保证产品品质的营养卫生。目前我国各地建造的柠檬酸工厂都按照国际卫生组织的要求实施，因此，本工厂更要遵守，这样我们才能在国内的柠檬酸市场占有一席之地。

第三章厂区平面设计

厂址选择的原则[7]

厂址选择必须在符合工业布局、符合所在地区的规划的要求，按照国家有关法律、法规以及建设前期工作的规定进行。

充分利用各地区的有利条件，避开或者克服不利条件，充分利用当地的人力、物力、财力和自然资源，保护环境；节约用地，不占用良田及经济效益高的土地，并且符合国家现行的土地管理、环境保护、水土保持等法规有关规定。尽量远离风景游览区和自然保护区，不污染水源，有利于三废的处理，并符合现行的环境保护法规规定。

使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合格运输；总体经济效益好，有利于加快国民经济发展和人民生活的提高。

具体厂址所在地的选择要从场地的自然条件，技术经济条件以及所在行业的特点三方面考虑，依次满足相应的条件。

选址

柠檬酸工厂位于潍坊安丘市，安丘市位于山东半岛中部，是国务院批准的首批沿海对外开放的县市之一。安丘境内平原、丘陵、山地各占三分之一，同时也是山东省重要的水源地。东距青岛110公里，西距济南200公里，北距潍坊25公里，国道206、省道下小路、央赣路等多条主要干线交汇于境内，胶济铁路和济青、潍莱高速临境而过，规划建设的潍日高速横贯市境南北，交通十分便利。安丘地处暖温带湿润季风区，气候温和，四季分明，光照充足，雨热同季，适宜多种农作物的生长。靠近原料生产基地，空气清新环境无污染，

经济发展环境良好。

总平面设计方案

厂区占地总面积约28000平方米，东西向约200m，南北向约140m。厂区道路布置为环路，主干道宽8m，次干道宽5m，转弯半径为10m，满足消防要求。工厂分为生活区和生产区。生活区设有公寓、食堂等基本设施。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。

表1.厂区建筑面积

Table 1 .the factory building area

序号项目单位占地面积

1规划用地面积㎡28000

2建筑物占地面积㎡16000

3总建筑面积㎡18000

4建筑系数%57

5容积率%

6绿化率%25

车间生产过程设计

生产车间工艺布置原则[7]

一个优良的车间布置设计应该是，技术先进、经济合理、节省投资、操作维修方便、设备排列简洁、紧凑、整齐、美观。生物工程车间布置设计应遵循以下的原则：

满足生产工艺的要求。车间设备布置必须按照流程的流向顺序依次进行设备的排列，以保持物料顺畅地向前输送，按顺序进行加工处理，保证水平方向和垂直方向的连续性。

满足生产操作的要求。

满足设备安装、检修的要求。要为设备的安装、检修、拆卸提供充足的空间，满足设备能够顺利进出车间的要求。还要考虑到设备的检修盒抄写以及运送物料所需要的起重运输设备。

满足厂房建筑的要求。

满足节约建设投资的要求。可根据使用和操作特点，与设备设计配合采取露天布置，减少建筑费用。避免厂房的高层化，工艺管道集中布置。

满足安全、卫生和防腐蚀的要求。生物工程工厂车间卫生是首要环节，同时要为工人操作提供良好的安全卫生条件，易燃易爆车间要考虑方便疏散和防火灭火。

满足生产发展要求。根据生产需要与可能，考虑留有增加产量和设备的余地，设计中尽可能采用使原有建筑物变动少，不妨碍生产正常进行，且施工的工作量少的方案。

生产所需建筑

主生产车间：柠檬酸发酵设备及其他辅助部分；

原、辅材料库：存放生产用的原辅材料及包装材料；

粉碎车间：进行玉米的粉碎以及除杂；

调浆车间：进行原材料的调浆工艺

液化车间：原材料的液化；

提取车间：柠檬酸的提取；

烘干车间：去除柠檬酸的水分，保持干燥；

包装车间：进行产品的质检与包装

供水站：为生产、清洁、生活等提供水源；

变电站：保证电量维持工厂的正常运行；

空压站：提供某些设备自动化控制所需的压缩空气及生产过程的需求；

化验室：菌种的培养及车间成品的理化指标的检测；

污水处理区：进行污水再处理；

成品仓库：用于存放生产成品；

锅炉房：提供生产所需要的蒸汽；

更衣室、卫生间：供车间工人使用

车间平面设计说明

1.设计要求：

生产车间的门，应设置防蝇、防虫的装置，如水幕、风幕、暗道或飞虫控制器。若车间内有水蒸气制备设备，则需对车间进行机械强制通风，可在蒸汽设备附近或设备上部的屋顶开窗口，如果蒸汽产生量大，则多用轴流风机进行排汽。车间高度，侧窗的采光面积足以达到一定的采光系数，所以不需在屋顶上开天窗。维持车间的采光系数在~之间。车间内侧窗窗台高度取1m~。采用普通玻璃窗，并附带一层纱窗。地面保证生产车间耐受酸碱腐蚀以及车轮的碾压与冲撞。车间地面设计为水磨石地面，生产车间设有明沟排水，将生产车间的废水和腐蚀性介质排除。车间地坪采用石板地坪，其优点是能耐腐蚀，不起灰。

2.生产车间应设在市郊无污染区，避免与发电厂、化肥厂、水泥厂等相邻。所有会产生污染的车间，都要与重要的生产车间相隔离，这样才不会发生内部污染的情况，符合卫生要求。

3.厂区其他主要建筑有宿舍楼、食堂、停车场、休闲娱乐中心、浴室、厕所等；

4.厂区道路：主干道宽8米，两旁种有雪松、黄杨秋等；

5.绿化情况：厂区建有花坛、草坪，主车间周围建有绿化带；

6.厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水笼头及灭火器。

4.工艺计算

物料衡算

物料衡算包括该产品的原辅料和包装材料的计算，通过物料衡算，可以确定各种主要物料的采购运输和仓库储存量，并对生产过程中所需的设备和劳动力定员的需要量提供计算依据。根据工厂设计规模、产品方案，通过物料平衡计算，可确定单位时间生产过程主要原辅料的需求量以及水、电、蒸汽等流量与耗量，据此就可以计算出全年主要物料、包装材料的采购运输和仓储容量。同时通过物料衡算，还可以根据计算数值经济合理地选择生产设备，并进行车间的工艺布置和各工序劳动力的安排，也是进行经济分析不可缺少的根据，可以计算出原料和辅料的消耗定额，绘制出原、辅料耗用表和物料平衡图。并为下一步设备计算、热量计算、管路设计等提供依据和条件。还为劳动定员、生产班次、成本核算提供计算依据。因此，物料衡算在工艺设计中是一项既细致又重要的工作。本设计主要进行了柠檬酸车间相关内容的设计。

全厂总物料衡算主要内容[8]

（1）原料消耗的计算，主要原料为玉米，其他辅料有耐高温α-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。

工艺技术指标和基础数据

（1）生产规模：年产5000t 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：柠檬酸含量为%。

（5）副产品年产量：玉米渣2000t，菌丝体3400t，(NH4)2SO45400t。

（6）玉米淀粉含量为70%，水含量低于13%。

（7）玉米浆液化添加%CaCl2，耐高温α-淀粉酶（酶活力为20000U/g），

用量为4U/g玉米粉。

（8）柠檬酸发酵向发酵液添加%尿素、% KH3PO4、% 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。

原辅料消耗及中间产品衡算

以100 kg柠檬酸为例，原辅料消耗和中间产品衡算如下：

总反应式

（1）糖化阶段：(C6H12O5)n＋nH2O→ nC6H12O6

发酵阶段：2C6H12O6＋3O2 → 2C6H8O7 ＋4H2O

（2）生产100 kg无水柠檬酸理论淀粉消耗量

100×(162÷192) ＝

（3）生产100kg成品无水柠檬酸理论淀粉消耗量×%＝

（4）生产100kg无水柠檬酸实际淀粉消耗量

÷86%＝

（5）生产100kg无水柠檬酸玉米粉的消耗量

÷70%＝

（6）耐高温α-淀粉酶的消耗量

×18÷20000＝

耐高温α-淀粉酶酶活力为20000U/g，用量为8U/g玉米粉.液化醪量的计算

玉米粉和水按1：的比例混合，加入% CaCl2，有关计算如下：

（1）玉米浆的量：

×＝

（2）CaCl2的用量：

×%＝

（3）干物质含量为B0＝87%的玉米粉比热容C0为：

×(1―＝(kg·k)

玉米浆干物质的浓度B1为：

87÷（×100）＝%

液化醪的比热容为：

C1＝B1C0＋―B1)C W

＝%×＋―%)×

＝(kg·k)

C W——水的比热容，KJ/(kg·k)

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：

＋[×× （105―60）/（―105×）]＝

——喷射液化器加热蒸汽（）的焓，KJ/kg

（5）第一个真空冷却器出来的玉米浆的量：

―[××（105―97）÷]＝

——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：

―[××（97―95）÷]＝

——层流罐维持温度95℃下的饱和蒸汽的汽化潜热，KJ/kg

第二个喷射加热器出来的玉米浆的量：

＋[××（130―95）/（―130×）]＝

——喷射液化器加热蒸汽（）的焓，KJ/kg

130℃——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：

×8%×8/60＝

故流出量：

―＝

（9）第二个真空冷却器出来的玉米浆的量：

―[××（130―97）÷]＝

——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：

―[××（97―95）÷]＝

——层流罐维持温度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45kg，得液化清液。

发酵液量的计算

成品柠檬酸中柠檬酸的量：100×%＝

发酵液中柠檬酸的量：÷88%＝

发酵液总体积：÷14%＝

尿素耗量：×%＝

KH3PO4耗量：×%＝

MgSO4耗量：×%＝

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：20～60且＜90

水分：60%～70%

强度：＞90%

湿视密度：～ml

交换容量：～g干树脂

每100kg柠檬酸所需发酵液的量是，所需湿树脂的量：

（×）＝

湿树脂的体积：

＝

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：

70%＝

用15%NH4OH解脱，液氨（按100%计）用量是40kg/m3，则所液氨的量：

×40＝

所需15%稀氨液的的量：

（÷17）×31÷15%＝

（2）阳离子交换树脂

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,其技术参数如下：型式：H型

水分：51%～56%

湿视密度：～ml

湿真密度：～ml

磨后圆球率：90%质量交换容量：g树脂

全交换容量：＞ml 树脂

再生剂用量：H2SO4(按100%计)75～150 kg/m3湿树脂

每100kg柠檬酸所需的树脂量：

100÷（192×）×1000＝

则H2SO4需要量：

×130＝

再生的浓度为2%，所需量为：

÷2%＝2275kg

再生后生成的(NH4)2SO4量：

（÷98）×132＝

经浓缩烘干后得固体(NH4)2SO4，设收得率为94%，则每吨柠檬酸可产副产品(NH4)2SO4的量：×94%＝

年产5000吨柠檬酸工厂总物料衡算表

表2物料衡算表

Table 2 . Balance sheet of material

序号名称每100kg产品产

（耗）量/t

时产（耗）

量/t

日产（耗）

量/t

年产（耗）

量/t

1成品酒

精

5000

2玉米

3α-淀粉

酶

4CaCl2

5KH3PO4

6MgSO4

7玉米浆

8尿素

9液化醪

10液化清

液

11玉米渣450

12发酵液

13种子液

14H2SO4455

15液氮

热量衡算[9]

计算步骤

液化工段耗热量

液化醪冷却水作为调浆水，玉米浆初温为60℃。

（1）玉米浆由60℃喷射加热到105℃所耗热量

Q1＝××（105―60）＝

（2）层流罐流出的玉米浆由95℃喷射加热到130℃所耗热量

Q2＝××（130―95）＝

（3）高温维持时间所耗热量

高温维持时间为8min，蒸发量为每小时8%，则蒸发水分量为：

V＝×8%×8/60＝

所耗热量

Q3＝VI＝×＝

I为维持温度下水的汽化潜热，kJ/kg

（4）热损失

其它过程总的热损失为上述所耗热量的15%。

（5）由上述计算得总热量

Q＝×(Q1＋Q2)＝

（6）蒸发干燥所耗热量约为115000kJ。

（7）提取工段所耗总热量

＋115000＝

其他工序所耗热量约为300000kJ。

总耗热量

＋＋300000＝

蒸汽用量

使用的饱和蒸汽，I＝kg

蒸汽用量

D＝÷[―×]＝

——喷射液化器加热蒸汽（）的焓，KJ/kg

95%——蒸汽的热效率

年产5000吨柠檬酸发酵工厂热量衡算表

表3 热量衡算表

水量衡算

计算步骤

调浆用水

将玉米粉输送到调浆罐，按玉米粉：水＝1：的比例加入65℃的水，则水的用量：

×＝

液化清液冷却用水

按工艺要求，液化醪经过滤后40min 由90℃降到37℃，所用冷却介质为2℃的冷水，冷却后，水温约为70℃，则所耗热量：

××（90―37）＝

所用冷却介质的量：

÷[×（70―2）]＝

发酵冷却用水

发酵罐放出热量发酵罐放出的热量为：Q＝Q1―Q2―Q3

发酵产热

Q1＝×2146＝

2146——每千克发酵液产生的发酵热，kJ/kg

蒸热量Q2＝25%Q1、射散热量Q3＝3%Q1

Q＝Q1―Q2―Q3＝×（1―25%―3%）＝

冷却水用量

W＝Q/cp(T2―T1)＝÷[×(25―18) ]＝

其中冷却水的进、出温度为18℃、25℃。

考虑到冷却水可循环利用，因此可按3%的耗用率计算，则冷却水用量：

×3%＝

发酵罐清洗用水

发酵结束后清洗发酵罐，每100kg柠檬酸发酵罐清洗用水约50kg。

洗滤布用水

液化醪过滤后过滤机的滤布要清洗，每100kg柠檬酸用水约276kg。

提取工段解脱液煮沸后降温所用冷耗量

工艺要求在30min 内，解脱液的温度由100℃降到25℃，所用的冷冻介质是2℃的冷水。所耗热量：××（100―25）＝

所用冷却介质：÷[×（70―2）]＝

提取车间其它用水

主要包括阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、活性炭柱再生冲洗水、设备冲洗水等，约。锅炉用水

蒸汽用量为，按产蒸汽率95%计算，则用水量：

÷95%＝

其他用水

主要包括地面冲洗水、管道冲洗水和设备冲洗水等，按每100kg柠檬酸计。

总用水量

冷冻介质用量：＋＝

除去调浆用水，剩余水可再利用，损失按5%计，冷冻介质可再利用量：

＋[（―）×95%]＝

综上所述，冷冻介质用量为

自来水用量为＋＋50＋276＋1800＋＋500―＝

年产5000吨柠檬酸工厂水量衡算表

表4. 水量衡算表

号（耗）量/t量/t量/t量/t

1自来水5000

2冷水

电量衡算

计算步骤

原料粉碎液化工段

（1）斗式提升机

每100kg柠檬酸需要玉米，斗式提升机生产能力28t/h，电机功率18kw，则耗电量：

÷28×18＝

（2）粉碎机

每100kg柠檬酸需要玉米，粉碎机生产能力8t/h，电机功率75kw，则耗电量：

÷8×75＝

（3）胶带输送机

每100kg柠檬酸需要玉米粉，胶带输送机生产能力63t/h，电机功率20kw，则耗电量：

÷63×20＝

（4）玉米浆液化系统

每100kg柠檬酸需要玉米浆，玉米液化系统生产能力20t/h，电机功率85kw，则耗电量：

÷20×85＝·h

发酵工段

（1）发酵罐

每100kg柠檬酸需要发酵液，发酵罐体积200m3，电机功率220kw，则耗电量：

÷200×220×72＝·h

（2）种子罐

每100kg柠檬酸需要种子液，种子罐体积20m3，电机功率22kw，则耗电量：

÷20×22×28＝·h

提取精制工段

（1）真空转鼓过滤机

每100kg柠檬酸需要发酵液，真空转鼓过滤机生产能力25t/h，电机功率12kw，则耗电量：

÷25×12＝·h

（2）离交柱

每100kg柠檬酸离交时间约，离交工作功率15kw，则耗电量：

×15＝·h

（3）真空浓缩罐

每100kg柠檬酸蒸发水分量是，生产能力30t/h，电机功率30kw，则耗电量：

÷30×30＝·h

（4）结晶罐

每100kg柠檬酸结晶时间，结晶器电机功率kw，则耗电量：

×＝·h

（5）离心机

每100kg柠檬酸需要离心溶液的量为，离心机生产能力是h，电机功率是，则耗电量：÷×＝·h

（6）振动流化床干燥器

每100kg柠檬酸需要干燥的水分量是，振动流化床干燥器的生产能力是h，电机功率是16kw，则耗电量：

÷×16＝·h

其他设备

（1）离心泵

离心泵的数量为35个，电机功率是15kw，设每生产100kg柠檬酸泵工作时间是，则耗电量：

15×35×＝·h

（2）板框式压滤机

每100kg柠檬酸需板框压滤机处理的溶液量是×3＝，板框式压滤机的生产能力是30t/h，电机功率是18kw，则耗电量：

÷30×18＝·h

（3）锅炉

燃气锅炉：每100kg柠檬酸产生的废水处理后可产生沼气，沼气作为燃料可生成的蒸汽，锅炉的生产能力是2t/h，配用电机功率是，则耗电量：

÷2×＝·h

燃煤锅炉：每100kg柠檬酸需要燃烧煤产生的蒸汽量是，锅炉的生产能力是6t/h，配用电机功率是20kw，则耗电量：

÷6×20＝1kw·h

（4）供气系统、供水系统、制冷系统、污水处理系统、沼气处理系统

每生产100kg柠檬酸供气系统、供水系统、制冷系统、污水处理系统、沼气处理系统耗电量约为55kw·h。

（5）其他生产用电

每生产100kg柠檬酸照明、检测等其他用电约8kw·h。

（6）生活用电

每生产100kg柠檬酸生活用电约3kw·h。

（7）总耗电量

每吨柠檬酸总耗电量：·h

年产5000吨柠檬酸工厂电量衡算表

表4.电量衡算表

Table 4 .Balance sheet of electricity

序号

名称每100kg产品产

（耗）量/t

时产（耗）

量/t

日产（耗）

量/t

年产（耗）

量/t

电

第五章主要设备选型

设备的工艺设计与选型的任务是在工艺计算的基础上，确定车间内所有工艺设备的的台数、型号和尺寸。设备设计选型是否恰当，对投资建厂和工厂投产后的运行维修、工人的劳动强度、产品的质量都会有很大的影响，其重要性是显而易见的。

选择设备的原则

(1) 保证工艺过程实施的安全可靠（包括设备材质对产品质量的安全可靠；设备材质强度的耐温、耐压、耐腐蚀的安全可靠；生产过程清洗、消毒的可靠性）；

(2) 经济上合理，技术上先进；

(3) 投资省，耗材料少；

(4) 运行费用低，水电汽消耗少；

(5) 操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便；

(6) 结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备；

(7) 考虑生产波动与设备平衡，留有一定余量；

(8) 考虑设备故障及检修的备用。

设备的选型

表5 主要设备选型表

Table 5 . The table of major equipment selection

序号产品名称型号和技术参数数量生产厂家

1斗式提升机TD3151江苏三上机械有限公司

2粉碎机JFS-120-431常州市恒悦机械有限公司

3胶带运输机TD751山东曲阜应用技术研究所

4调浆罐V=150m32南京进口机械制造有限公司

5喷射液化系统HYB201南京赛义德流体设备有限公司

6板框压滤机BAB150/1000-N3合肥天工科技开发有限公司

7发酵罐V=200m34无锡市华园化工设备有限公司

8种子罐V=20m32无锡市华园化工设备有限公司

1石家庄工大化工设备有限公司

9真空转股过滤

机

10阴离子交换柱1800×72005翼州市中意玻璃钢有限公司

11加热罐V=2m31无锡市华园化工设备有限公司

12阴离子交换柱1800×73005翼州市中意玻璃钢有限公司

13蒸发浓缩器JMZ-302宜兴市信邦机械有限公司

14结晶罐WL520×100-L3广州市南方轻工机械有限公司

15三足式离心机SC10003辽阳隆达制药机械有限公司

2江苏省范群干燥设备厂

16振动流化床干

燥器

17包装机KD-38Ⅲ2天津科达包装机设备有限公司

18耐腐蚀泵80FB-4018海恒通耐腐蚀水泵厂

19储罐V=150m35辽宁盘锦富隆储罐有限公司

20尿素储罐V=5m32辽宁盘锦富隆储罐有限公司

21硫酸储罐V=6m32辽宁盘锦富隆储罐有限公司

22稀硫酸储罐V=100m32辽宁盘锦富隆储罐有限公司

23液氨储罐V=5m32辽宁盘锦富隆储罐有限公司

24稀氨液储罐V=25m32辽宁盘锦富隆储罐有限公司

25燃煤锅炉DZL41重庆重锅炉厂

26燃气锅炉WNS21宝成集团

27空气供给系统TRX 系列1张家港市亿利机械有限公司

28空气供给系统1日本寿力公司

29供水系统1辽宁沈阳水供应格兰富公司

第六章劳动定员与人员培训

劳动定员与设备的合理使用，人员配备以及对产品方案编排、产品产量、定额指标的制定行着密切的关系。

劳动定员

劳动人员分类

一般来说，企业所需人员按其工作岗位和劳动分工不同，可将其分为两大类：

(1) 生产人员：是指在生产车间中直接从事岗位生产的工人及动力、维修、化验、运输等辅助工人；

(2) 非生产人员：①管理人员即技术人员，②服务人员包括行政人员和后勤服务人员（警卫、卫生、炊事、清杂等）；

车间劳动人员安排

人员分配

根据车间生产工艺特点以及市场的情况，要求连续生产。实行工人三班倒生产，每班17人，共51人，具体分工：粉碎车间6人，液化车间8人，发酵车间10人，提取车间10人，成品车间5人，副产品车间4人，废水处理8人。

人员培训

要求全厂从业人员政治思想觉悟高，热爱柠檬酸加工事业，具有大专以上文化程度，具有较强的开拓进取精神，遵纪守法，身体健康。

对生产人员要经常性地进行专业培训，以提高哦职工队伍素质。建立健全各项管理制度，完善各项考核质素，明确以质量、产量、安全为内容的经济责任制。

第七章公用工程的建设

公用工程设计（辅助生产工程设计）是保证工厂正常生产不可缺少的重要组成部分，是根据工艺专业的设计要求进行工作的。它们相辅相成地组成工厂的各部分，形成一个有机的整体。

给排水系统

用水量大，用水质量高，排水量达，排出的废水对环境污染较严重，是生物工程工厂的特点之一，给排水系统设计的质量，将直接影响到生物工程的基建投资、生产经营管理、产品质量、成本核算等方面。

给水、排水设计的目的和任务，一是供给符合生物工程生产工艺要求的生产用水，符合生活饮水水质的生活用水和消防用水。二是排除工业废水，生活污水以及厂区福利区的雨水。供电工程

供电工程在生物工程工厂的总体设计中是个辅助部分，但却是一个重要的不可缺少的组成部分。对于工业企业来说，没有电力供应就没有生产。

一般来说，工厂的供电设计师电力系统的一个组成部分，必须符合电力系统的要求。工厂