柠檬酸厂糖化、发酵车间设计(改2)

摘 要21. 产品介绍22生产工艺32.1 生产方法32.2 工艺流程32.3 操作工艺43. 工艺计算书53.1 物料衡算53.1.1 工艺技术指标及基础数据53.1.2 原料消耗计算（基准：1吨成品柠檬酸）63.1.3 发酵醪量的计算63.1.4 接种量73.1.5液化醪量计算73.1.6 成品柠檬酸73.1.7 淀粉质原料年产4万吨一水柠檬酸厂总物料衡算83.2 热量衡算83.2.1 液化热平衡计算93.2.2 发酵过程中的蒸汽耗量的计算93.2.3 发酵过程中的冷却水耗用量计算113.2.4 发酵过程中的无菌空气耗用量的计算114. 糖化车间设备设计与选型124.1 调浆桶的选型124.2 喷射加热器的选型124.3 液化维持罐的选型134.4 板式换热器的选型145发酵车间设备设计与选型145.1 发酵罐的选型145.1.1 发酵罐容积和台数的确定155.1.2 主要尺寸的计算165.1.3 发酵罐冷却面积的计算165.1.4发酵罐搅拌器的设计175.1.5 发酵罐设备结构的工艺设计185.1.6 发酵罐设备材料的选择205.1.7 发酵罐壁厚的计算205.2 种子罐的选型215.2.1 种子罐容积和数量的确定215.2.2 种子罐主要尺寸确定215.2.3 种子罐型号确定225.3 贮罐选型225.3.1 发酵成熟醪贮罐225.3.3 设备一览表22结论23谢辞24参考文献24年产40000吨柠檬酸厂糖化、发酵车间的设计摘 要本设计采用薯干原料发酵,只需将薯干磨粉,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。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,故不必对原料做任何预处理。本设计采用好气液体深层发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。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。由于本设计为糖化、发酵车间的设计，着重于这两个车间的工艺计算、设备选型。通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定糖化、发酵车间主要设备发酵罐、种子罐、以及车间管道的设计和选型。本设计还包括车间布置设置，带控制点的车间工艺流程图设计，全厂布局图设计。关键词 ：薯干 柠檬酸发酵 深层好氧发酵 黑曲霉 柠檬酸设备设计及选型1. 产品介绍柠檬酸（citric acid，citrrus）又名枸橼酸，学名为3羟基3羧基戊二酸。柠檬酸在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝、梅等果实中，尤其以未成熟者含量较多。植物叶子中也含有柠檬酸。在动物中，柠檬酸存在于骨骼、肌肉、血液、乳汁、唾液、汗和尿中。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。柠檬酸的用途很广泛，其中以食品工业用量最多（约占70%），主要作为饮料的酸味剂。世界卫生组织（WHO）对柠檬酸在食物中的添加量未作任何限制。柠檬酸是一种三元羧酸，结构式为：OHHOOCCH2CCH2COOH，外观为白色颗粒或白色结晶性粉末，无臭，具有令COOH人愉快的强烈酸味。分子式为C6H8O7、C6H8O7H2O、C6H8O72H2O，相对密度为1.6550。柠檬酸易溶于水、酒精，不溶于醚、酯、氯仿等有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水柠檬酸，前者在高于36.6的水溶液中结晶析出，后者在低于36.6的水溶液中结晶析出。在这两种产品中，无水柠檬酸是目前国际市场比较紧缺的化工产品之一。在医药、食品、化妆品等各方面有着广泛的用途。2生产工艺2.1 生产方法本次生产工艺设计采用薯干原料为原料，采用薯干直接粉碎调浆、液化，进行好气液体深层发酵，钙盐法提取生产柠檬酸。2.2 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及净化压缩空气进行发酵；发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐加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，再加H2SO4酸解，并加入活性炭脱色；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。工艺流程图见图1所示： 图1：柠檬酸生产工艺流程示意图2.3 操作工艺（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，由斗式提升机提送至中间粉仓，由粉仓落入磨粉机粉碎，粉碎后进入粉仓再经计量送至配料罐。配料罐内加水调浆，同时加入一淀粉酶升温液化。液化完成后送至连消装置连续灭菌，再送至发酵车间。（2）发酵工序 由备料车间提供的经连续灭菌并冷却的料液，通过灭菌管道泵入已空消灭菌待料的发酵罐(或种子罐)，通过差压法或零磅火焰倒种法，接入已培养好的柠檬酸菌种，在通风、搅拌情况下，进行发酵或培养。在发酵培养过程中，对罐温、罐压、通风量、搅拌转速等实行连续记录监控，并定期检测原糖消耗情况、菌种生长状态、ph值、泡沫等变化情况。根据发酵的工艺特性要求，及时调整控制发酵工艺过程，以获得最佳工艺产酸率或种罐菌种活力，一般经66小时(种罐约25小时) 培养，大罐在残糖指标、产酸情况达到放罐条件即可放罐：种罐菌种活力及菌群数量达标后，即可移种。在发酵或培种过程的定期检测中，若发现异常情况，如染菌等，应针对具体情况及时处理，对中、前期染菌，可加大种量形成主菌群生长优势，或及时罐实消，补入适当营养源重新接种发酵；后期时可加强监控，提前放罐；对倒罐等应予灭菌排放处理，并认真查找原因，进一步强化灭菌操作中的各个环节。 （3）醪液处理工序 柠檬酸发酵完成后，应即时进行热处理，以灭活发酵，絮凝蛋白、提高收率，为提高设备利用率，增设醪液贮罐，通过热交换器，及时将醪液加热至80后进入醪液热贮罐，再经泵压入过滤机，除掉固形物及菌体残渣，将清醪液泵入下道工序。（4）提取工段 由压滤工段送来的柠檬酸清醪液泵人中和罐，在80下进行中和。 碳酸钙经密闭的输送机送入车间，经无 级调速下料螺旋分散投入中和罐，以防止局 部浓度过高，使中和沉淀反应均匀，经终点检 测合格后，将柠檬酸钙悬浮液排入带式过滤 机中，将固体柠檬酸钙从悬浮液中分离出来， 为满足玉米原料及薯干原料生产工艺的双重 要求，中和带式过滤机用特定的加长、强洗 型，生产原料操作灵活，以确保粗原料生产时 的中和洗糖要求及成品易碳的指标控制，要 求并使中和废水经分流至污水处理站。 分离后的柠檬酸钙经卸料螺旋送至酸解 桶中，由热水或酸解液调浆，浓硫酸由酸碱站 泵入，再计量到酸碱桶中与柠檬酸钙在80 下生成硫酸钙与柠檬酸的悬浊液送入酸解带 式过滤机进行过滤，清洗液即稀酸解液收集 用于调浆，硫酸钙运至渣场综合利用，柠檬酸 酸解送精制工段。 （5）精制工段 离子交换与脱色 柠檬酸液从暂贮灌中泵送离交纯化工序，经由阳离于交换塔，阴离子交换塔和活性炭脱色塔，离交脱色除去色泽及影响成品质量加速设备腐蚀的阴阳离子，阴阳树脂需经过酸洗、碱洗再生处理，离交后的柠檬酸精制母液送入蒸发工序。蒸发与结晶 在提纯溶液进入蒸发部分前，通过精过滤器除去清液中的微小树脂颗粒。精滤后的溶液经热交换器预热后送至双效真空浓缩器经浓缩至特定浓度后，转入真空结晶器，或者低温结晶器进行结晶。以确定产品(一水产 品或无水产品)，再经分离将柠檬酸晶粒从液 相中分离出来，液相(母液)在分离后分别放至各级母液贮罐，根据其杂质离交浓度情况，送往重新蒸发式回流到前工序处理提纯，晶体送往干燥机。干燥与包装 从离心机分离出来的湿柠檬酸晶粒被送到流化床干燥器，根据生产品种控制干燥空 气、温度及冷却空气量进行干燥，排空经湿式旋风分离器处理排放，干燥后的柠檬酸晶粒通过传送装置运到筛选机，不合格颗粒被筛分出来，溶解后返回到结晶系统，柠檬酸成品进行定量、包装，存放。3. 工艺计算书3.1 物料衡算3.1.1 工艺技术指标及基础数据（1）生产规模：40000t/a99.5%一水柠檬酸折合成36650.17t/a99.5%无水柠檬酸；（2）生产方法：外加耐高温-淀粉酶液化，深层液体发酵，钙盐干法提取；（3）生产天数：每年300天；（4）食用99.5%无水柠檬酸日产量：36650.17/300=122.17t，取整数为123；（5）食用99.5%无水柠檬酸年产量： 123300=36900t；（6）产品质量：国际食用柠檬酸99.5%（质量分数）实际产率为98%，副产品约占2%；（7）薯干粉成分：含淀粉量 70%，水分13%；（8）-淀粉酶用量：8U/g原料；（9）操作参数：淀粉糖转化率98.5%，糖酸转化率95%，提取阶段分离收率95%，精制阶段收率98%，倒罐率1%则其得率为；产酸率（即糖发酵液转化率） 13%；发酵周期75，发酵温度（351），发酵通风量。3.1.2 原料消耗计算（基准：1吨成品柠檬酸）年产4万吨一水柠檬酸，折合无水柠檬酸，按1995年5月，中国发酵工业协会柠檬酸分会制定的“柠檬酸行业统计办法”：无水柠檬酸需要量为：40000/1.0914=36650.17t/a（1）生产无水柠檬酸的总化学反应式：162 192 X 1000（2）生产1000kg99.5%无水柠檬酸所需的理论淀粉消耗量：X=1000*（162/192）*99.5%=839.53 kg（3）生产1000kg99.5%无水柠檬酸所需实际淀粉消耗量：kg（4）生产1000kg99.5%无水柠檬酸所需实际薯干粉原料消耗量：kg（5）-淀粉酶的消耗量:应用酶活力为20000u/g的-淀粉酶使淀粉液化。-淀粉酶用量按8u/g原料计算；有：1390.571038/20000=0.56kg3.1.3 发酵醪量的计算根据发酵液转化率为13%：1000*99.5%/（95%*98%*13%）=8221.13.1.4 接种量 接种量为发酵醪的10%，则：3.1.5液化醪量计算因为成熟蒸煮醪为：8221.1-747.37-0.56=7473.17则调浆浓度为： 1390.57*100%/7473.17=18.6%粉浆的干物质浓度为：973.4*100%/7473.17=13.02%蒸煮直接蒸汽加热,采用连续液化工艺:操作流程:(1) 混合后粉浆温度为50,应用喷射液化器迅速使粉浆升温至100.升温后进入维持罐,使料液保温2030min以完成液化,进蒸汽压力保持在0.30.4Mpa表压(2) 液化完成的醪液由板式换热器降温至35+1备用。(3) 调浆及液化灭菌时产生的泡沫可用少量泡敌消泡。工艺计算:干物质含量B0=70%的薯干原料比热容为: C0=4.18(1-0.7 B0)=2.13kJ/(kgK)粉浆的干物质浓度为B1=13.02%液化醪的比热容为:C1=B1C0+(1.0- B1)Cw =13.02%2.13+(1.0-13.02%)4.18 =3.91kJ/(kgK)Cw-水的比热容取4.18kJ/(kgK)为简化计算,假定液化醪的比热容在整个过程中维持不变.(1) 经喷射液化器前的液化醪量为X:X+X3.91(100-50)/(2731.2-1004.18)=7473.17(kg) 解得X=6890.79（kg） 其中2731.2-喷射液化器加热蒸汽0.3Mpa的焓3.1.6 成品柠檬酸日产柠檬酸量为：36650.17/300=122.17 即结晶液中柠檬酸的含量为：122.17需精制液中柠檬酸含量为：122.17/98%=124.66t/d 需分离液中柠檬酸的含量为：122.17/95%*98%=126.03t/d3.1.7 淀粉质原料年产4万吨一水柠檬酸厂总物料衡算即对生产36650.17 99.5%无水柠檬酸的薯干原料柠檬酸厂进行计算。（1）柠檬酸成品日产食用99.5% 无水柠檬酸量为122.17t，取整数为123t日产副产品为：123*2/98=2.51t 则日产总量为：125.51t实际年产量为：食用柠檬酸量为：123*300=36900 副产物为：2.51*300=753 总产量为：37653（2）主要原料薯干用量 日耗量：1390.57*10-3*125.51=174.5304t 年耗量：174.5304*300=52359t（3）根据以上计算，将物料衡算结果列于表3.1。表3. 40000薯干原料柠檬酸厂物料衡算表物料名称每吨产品耗物量年产4万吨耗物量每天（ 每年食用柠檬酸98012336900副产品202.51753薯干原料1390.57174.5352359淀粉973.4122.1736651.43-淀粉酶0.560.07021.09发酵醪8221.11031.83.08接种量747.3793.8028140.72成熟蒸煮醪7473.17937.96.27 薯干浆量6890.79864.86.923.2 热量衡算3.2.1 液化热平衡计算喷射加热器耗热喷射加热初温t1=50加热后t2=100醪液的比热容为C1 =3.91kJ/(kg)由工艺可知:经过喷射加热器温度由t1=50升温至t2=100Q= C1G醪液(100-50) =3.916890.79(100-50)=.44kJ3.2.2 发酵过程中的蒸汽耗量的计算（1）蒸汽用量的计算公式整个生产过程采用蒸汽间接加热，蒸汽耗用量计算公式为： 式中：为蒸汽的热效率，取；I汽化潜热。（2）基础数据在28下，查得：淀粉的比热容为1.55 水的比热容为4.174 加热蒸汽的热焓为2549.5 加热蒸汽的冷凝水的热焓为1250.60由前面的计算可知，日耗薯干粉量为174.53 t/d 日耗淀粉量为122.17t/d 日耗薯干浆量为864.86 t/d则日耗调浆用水量为：864.86-174.53=690.33 t/d日耗淀粉浆量为：122.17+690.33=812.50 t/d淀粉浆中含水量为：（690.33/812.50）*100%=84.96%淀粉浓度为：（122.17/812.50）*100%=15.04%由此可算得淀粉浆的比热容为： C=CX+CY=1.55*15.04%+4.174*84.96%=3.78 kJ/kgK式中：X淀粉浓度，15.04%Y水浓度，84.96%（3）生产过程中蒸汽耗量的计算培养基灭菌及管道灭菌：培养基采取连消塔连续灭菌，进塔温90，灭菌130则灭菌用蒸汽量：D=每罐的初始体积为180，初糖浓度是13g/100ml，灭菌前培养基含糖量19%。其数量为：180*13%/19%=123.16t灭菌加热过程中用0.3Mpa，蒸汽（表压）I=2725.3，由维持罐（90），进入连消塔加热至130，糖液比热容3.69。每罐灭菌时间3h，输料流量123.16/3=41.05 t/h，消毒灭菌用蒸汽量：D=41050*3.69*（130-90）/(2725.3-130*4.18)*95%=2638.08kg/h=2.64t/h；每天培养基灭菌用蒸汽量：2.64*3*6=47.52 t/d；所有用罐空罐灭菌及相关管道灭菌用蒸汽量，根据经验取培养基灭菌用蒸汽量的10%，则：D=47.52*10%=4.75t/d。 加热发酵醪所用的蒸汽量：柠檬酸水溶液的比热容可按下式近似计算：式中：0.99比热容 柠檬酸质量分数，=（126.03/1031.83）*100%=12.21% t 温度，代入上式，得：C=（0.99-0.66*12.21%+0.001*35）*4.19=3.96 那么由此可得为：（4）将发酵段蒸汽衡算列于表3.2。表3.2 发酵车间蒸汽衡算生产工序日用蒸汽量(t/d)平均蒸汽用量(t/h)年用蒸汽量（t/a）培养基灭菌47.522.6414256加热发酵醪149.426.2244826空罐灭菌4.750.201425合计201.658.4604953.2.3 发酵过程中的冷却水耗用量计算已知发酵过程中的发酵热为4.18*6000，200的发酵罐一般装料量为180（填充系数为0.9），则 =83.077t/h=1993.848t/d=.4t/a已知25的种子罐（填充系数0.7），装料量为17.5=8.077t/h=193.85t/d=58155t/a将发酵段水衡算列入表3.3。表3.3 发酵车间冷却水衡算表生产工序平均耗水量(t/h)日耗水量(t/d)年耗水量(t/a)发酵罐用水83.0771993.848.4种子罐用水8.077193.8558155合计91.1542187.7.43.2.4 发酵过程中的无菌空气耗用量的计算（1）单罐发酵罐用无菌空气量：根据无菌空气用量的计算公式：V=发酵罐体积*通气速率*填充系数已知：发酵罐体积为200 通气速率为0.18填充系数为60%则：V=200*0.18*60%=21.6（2）单个种子罐用无菌空气量：取种子罐的空气消耗量为发酵过程空气耗量的25%,则（3）将发酵车间蒸汽衡算列入表3.4。表3.4 发酵车间无菌空气用量衡算表设备 名称单罐每小时用气量()单罐每日用气量()每罐每年用气量()年总用气量发酵罐21.6518.4种子罐5.4129.6 38880总用量276484. 糖化车间设备设计与选型以薯干为原料生产柠檬酸是我国特有的柠檬酸粗料发酵工艺，原料预处理设备可全部采用国产定型的粮食及饲料处理机械 ，生产过程简单、处理成本低、设备投资省。4.1 调浆桶的选型(1)已知薯干浆的流量为G=36.03kg/h,即V=G/=36.03/1.66=21.70m3/h。设料液滞留时间为30min。V有效=V(m3)V有效-设备有效容积V-流量-滞留时间V有效=21.70/6030=10.85m3(2)设备数量的计算n=V有效/V单 V单-单台设备容积(m3)-填充系数(%)其中V单=6m3 =70% n=10.85/(670%)=2.58(台)，取3台。（3）根据以上计算，选用3个容积为6m3的调浆罐（考虑到料液的黏度较大,故选用大叶轮片转速低的搅拌器,罐体采用锚式）。4.2 喷射加热器的选型为保证营养不被破坏取停留时间为10s,物料流速取0.4m/s（1）加热器的长度L:L=Vt=4(m)（2）蒸汽消耗:流量为G=864.88/24=36.04kg/h固形物含量为x=13.02%，比热容为Cp=3.91kJ/(kg)温度由t1=50 加热到t2=100 ，加热蒸汽P=0.42Mpa饱和蒸汽温度145 ，干饱和蒸汽热焓=654.34.18kJ/kg比容=0.45m3/kg,100饱和蒸汽热焓量I=1004.18kJ/kg则蒸汽耗量D；D=Gc(t2-t1)/(-I)=360403.91(100-50)/4.18(654.3-100)=3040.96 kg/hV蒸汽=6757.68(m3/h)计损耗为10%则V蒸汽1=6757.681.1=7433.45(m3/h)（3）进气管直径计算:在此压力下取气速为45m/s,则进气管截面积为F=7433.45/（453600）=4.5910-2 直径d=0.242m取无缝钢管273mm8则内径=245mm,可以满足要求（4）进料管直径计算: V料=21.70m3/h,物料流速取0.5m/s则截面积F=0.012() d=0.124m 取无缝钢管133mm4，则内径=125mm可以满足要求。（5）出料管径计算: V出=G出/=39.08/1.66=23.54m3/h流速取0.42m/s F出=0.016()取 d出=0.142(m)无缝钢管159mm4.5则内径=150mm可以满足要求。4.3 液化维持罐的选型(1)生产能力,数量和容积的确定 G出=39.08kg/h 体积流量V出=23.54m3/h(2)数量取1个(3)容积:根据工艺,滞留时间=0.5h,填充系数取=80%，则维持罐总容量V维=V出/=23.540.580%=14.71m3每个维持罐的容量为V维=14.71/1=14.71m3,取为15m(4)设备主要尺寸的确定,现取H=3D采用椭圆封头。 V维=2V封+V筒=2D3 /24+2D0.785D2=15m解方程D=2.02m;取D=2.1m ；则H=3D=6.3m,封头高度h=h1+h2=475+25=500(mm); V封=0.97m3;总高H总=H+2h=6.3+20.5=7.3(m)核算总容量:V总=V筒+2V封=22.10.7852.1+23.142.1=16.96 (m)V总V维=16.96（m),可以满足要求。(5)根据以上计算，选用1个容积为15m的维持罐。 4.4 板式换热器的选型螺旋板式换热器投资小,效果好,可以回收热量,经济实用。(1)换热面积计算 醪液温度从100降到35醪液放热Q1=G1Cw(t2-t1)= 7473.173.91(100-35)=1.90106kJ/h设热损失为4%则实际传热为Q1=Q196%=1.82106kJ/h 用冷水冷却,设可能被加热到的温度t2=50,水初温为t1=18； Q2=G2Cw(t2-t1)=Q1 1.82103=G24.18(50-18) G2=13.61t/h 求平均温差t； 液化醪 35100 冷水 1850 17 50 t=30.59螺旋板式换热器面积F:取K=12004.18kJ/(h)则F= Q2/Kt=11.86（2）根据以上计算，选用 F=12的换热器一套。5发酵车间设备设计与选型5.1 发酵罐的选型当前，我国柠檬酸发酵占统治地位的发酵罐仍是机械涡轮搅拌通风发酵罐，即通常所说的通用罐。选用这种发酵罐的原因主要是：历史悠久，资料齐全，再比拟放大方面积累了较丰富的成功经验，成功率高。此外在柠檬酸发酵生产设备方面，大型气升式发酵罐仍处于试用攻关阶段。从试用情况看，由于气升式罐在生产周期、产酸率、供氧周期波动的影响、通风量增加的综合能耗、生产的稳定性及可重复性等因素，所以多数厂家目前仍延用机械搅拌通风式发酵罐。因而，就本项目而言，按技术成熟，可靠、稳妥的原则，结合柠檬酸工程中的设计经验，通过对罐内空气分配器进行适当改造，成为新型的通风式机械搅拌型发酵罐。其搅拌功率，比相同容积的通用发酵罐降低约10%。从生物发酵行业醪液处理供料的均衡性考虑，发酵放罐间隔时间不宜大于8小时，在技术可靠的前提下，大罐放料容积不大于400。结合目前本行业发酵技术的现状，目前国内行业成熟技术水平、加工技术水平，企业可能达到的发酵控制管理水平等，从生产的可靠性、可实施性等方面考虑，本设计拟采用放罐容积约200的新型通风发酵罐。 现以此类发酵罐进行设计选型。5.1.1 发酵罐容积和台数的确定（1）发酵初糖浓度：由前面的计算可知，发酵液中柠檬酸的含量为126.03，则根据： 180 192可计算出葡萄糖量为：126.03*180/192=118.15则发酵初糖浓度为：118.15*100%/1031.83=11.45% （2）生产能力的计算：现每天产99.5%纯度的柠檬酸123，柠檬酸发酵周期为75（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间）。则每天需糖液体积为。每天产纯度为99.5%的柠檬酸123，每吨100%的柠檬酸需糖液7.58；设发酵罐的填充系数，则每天需要发酵罐的总容积为（发酵周期为48h）。 =932.34/90%=1035.93m（3）发酵罐个数的确定：现选择公称容积为200的六弯叶机械搅拌通风发酵罐为例，则需要发酵罐的个数为。查表知公称容积为200的发酵罐，总容积为226.5，则：发酵罐所需个数=个取公称容积200发酵罐16个；每日投（放）罐次：123/24.2=5.08，圆整到4次。日运转15.88*66/75=13.97。（4）实际产量验算：226.5*0.9*6*300/7.58=48407.65；富裕量：（48407.65-36650.17）/36650.17=32.08%，能满足产量要求。5.1.2 主要尺寸的计算（1）现按公称容积200的发酵罐计算V全V筒+2V封230（m3），封头折边忽略不计，以方便计算：则V全0.785D22D+/24D32230解方程得：D5.007（m） 取D=5m，H=2D=10m；根据发酵工厂设计概论通用发酵罐系数表，查得封头高为H封ha+hb=1250+50=1300(mm)。（2）验算全容积： = =229.96=2305.1.3 发酵罐冷却面积的计算对柠檬酸酸发酵，每1发酵液，每1h传给冷却器得最大热量约为4.186000kJ/(h)。采用竖式列管换热器。取经验值K4.18500kJ/(h)。平均温差为：3535152820 7 代入得： =对公称体积200得发酵罐，每次放罐次4罐，每罐实际装液量为：932.34/6=155.39m换热面积F=5.1.4发酵罐搅拌器的设计选用六弯叶涡轮搅拌器。（1）主要尺寸：列该搅拌器的各部尺寸与罐径有一定的比例关系，如下：搅拌器叶径 叶宽 弧长 底距 盘径 叶弦长 叶距 弯叶板厚 12（2）转速：取四档搅拌，搅拌转速N可根据50罐，搅拌器直径1.05 m，转速n=110r/min,以等为标准放大求得：（3）搅拌轴功率：通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算有许多方法，现采用修正的脉凯尔式求搅拌轴功率，并由此选择电机。计算：式中：搅拌器直径，为1.7m搅拌器转速，为80/601.33(r/s)醪液密度，1050kg/ 醪液粘度，Ns/将数代入上式，得：视为湍流，则搅拌功率准数4.7计算不通气时的搅拌轴功率：式中：在湍流状态时其值为常数4.7搅拌器转速，为1.33(r/s)搅拌器直径，为1.7m 醪液密度，1050kg/代入上式得： 4.71050164.849kW四档功率则为：4675.396 kW计算通风时的轴功率： kW式中：不通气时的搅拌轴功率， 搅拌器转速，为80r/min搅拌器直径(cm)，通风量(ml/min)，通风比为，取低限，如通风量变大，会小，为安全，现取0.11，则：(1.983.835 kW求电机功率： 采用三角带传动0.92，滚动轴承0.99，滑动轴承0.98，端面密封增加的功率为1，代入公式数值得：482.326*1.01/(0.92*0.99*0.98)545.774 kW查取合适电机。5.1.5 发酵罐设备结构的工艺设计（1）空气分布器 本罐使用单管进风，风管直径计算见后面的接管设计。（2）档板 档板的作用是加强搅拌强度，促使液体上下翻动和控制流型，防止产生涡而降低混合与溶氧效果。本罐因有扶梯和竖式蛇管，故不设档板。（3）密封方式 本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。（4）冷却管布置 竖式蛇管冷却装置。 求最高热负荷下的耗好水量W：式中：- 每1醪液在发酵最旺盛时，1的发酵量与醪液总体积的乘积：Q=155.39*4.18*6000=3.9*10 - 冷却水的比热容，4.174KJ/h - 冷却水出温，15 代入上式得： 冷却水体积流量为，取冷却水在竖直蛇管中流速为，根据流体力学方程式，冷却管总截面积为： 式中：-冷却水体积流量，10.4*10 m/s -冷却水流速，1则有： 进水管直径m 冷却管组数和管径设冷却管总表面积为竖直蛇管得组数N，根据管的大小一般取3、4、6、8、12组，通常每组管圈数不超过6圈，增加组数可排下更多的冷却管，管与搅拌器的最小距离不应小于250mm；每圈管子的中心距为2.5，管两端U型或V型弯管，可弯制或焊接，安装是每组竖直蛇管用专用夹板夹紧，悬挂在托架上。夹板和托架则固定在罐壁上，管子与管壁的最小距离应大于100mm，主要考虑便于安装、清洗和良好传热。根据发酵罐的实际情况，取管径。由上式得：查金属材料表选取无缝管，68 mm ，72 mm，现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为200 mm，则两直管间距离为400 mm，总长度：3.144001256 mm 冷却管总长度L的计算： 冷却管总面积F155.3 ，无缝钢管为，每米的冷却面积为：冷却管占有体积： 每组管长和管组高度： 另需连接管 可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250 mm。设发酵罐内附件占有体积为0.5 ,则总占有体积：V总=V液+V管+V附件=155.39+2.68+0.5=158.57m3由前可知， =则管筒体部分液深为：（V总-V封）/S截=（158.57-17.335）/（0.785*52）=7.20m竖蛇管总高：H管=7.20+0.25=7.45m 又两端弯管总长： 则直管部分高度：h=H管-400=7450-400=7050m则一圈管长：l=2l+l0=2*7050+1256=15356mm=15.4m 每组管子数：n0=L0/l=92.4/15.4=6（圈），取n0=6（圈）现取管间距为竖蛇管与管壁的最小距离为0.15 m，则可计算出与搅拌器的距离在允许范围内（不小于200 mm）。 校核布置后冷却管的实际传热面积：可满足要求。4.1.6 发酵罐设备材料的选择发酵设备的材料选择，优先考虑的是满足工艺的要求，其次是经济性。有机酸发酵，考虑到对产品质量和产量的影响，安全性，后道工序除铁困难，腐蚀性强等，必须使用加工性能好，耐酸腐蚀的不锈钢，采用制作发酵设备。4.1.7 发酵罐壁厚的计算（1）确定发酵罐的壁厚S mm式中：P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPa; D发酵罐内径，5000 mm 不锈耐酸钢的许用应力； 焊封系数，由D=5000mm800mm,双面对接焊局部探伤，取=0.9； C壁厚附加量； 其中：- 钢板负偏量，视钢板厚度查表确定，其范围为 -为腐蚀余量，单面腐蚀取1mm，双面对接焊局部探伤，取=0.9； -加工减薄量，对冷加工 C=0.5+0+0=0.5mm则： S=0.4*5000/（2*131.29*0.9-0.4）+0.05=8.53mm选取10mm厚不锈耐酸钢。（2） 封头壁厚计算标准椭圆封头的厚度计算公式如下：代入数得：S=0.4*5000/（2*131.29*0.9-0.4）+1.5=9.98mm选取10mm厚不锈耐酸钢。5.2 种子罐的选型种子罐的选型同发酵罐，采用机械搅拌通风发酵罐。5.2.1 种子罐容积和数量的确定（1）种子罐容积的确定：接种量按10%计算，则种子罐容积为：式中：发酵罐总容积。（2） 种子罐个数确定：种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上6罐，需种子罐6个。种子罐培养20h,辅助操作810h,生产周期约25h，因此，种子罐6只就足够。5.2.2 种子罐主要尺寸确定种子罐仍采用