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《 年產(chǎn)2萬噸檸檬酸工程提取車間 》設計說明書

上傳人:仙*** 文檔編號:30561815 上傳時間:2021-10-10 格式:DOC 頁數(shù):12 大?。?06.04KB
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1、 《 年產(chǎn)2萬噸檸檬酸工程提取車間 》 設計說明書 系 別: 城市建設系 專業(yè)班級: 生物工程0701班 姓 名: 學 號: 指導教師: (課程設計時間:2011年 月 日—— 2011年 月 日) 華中科技大學武昌分校 目 錄 1.課題設計目的 ………………………………………………………………… 1 2.課題設計題目描述和要求 ………………………………………………

2、 1 3.課題設計報告內容 ……………………………………………………………2 3.1檸檬酸生產(chǎn)相關知識簡介 ……………………………………………………2 3.2年產(chǎn)2萬噸檸檬酸工程提取車間的物料衡算 ………………………………4 3.3提取工藝中雜質濃度的計算……………………………………………………11 3.4繪制工藝流程圖(附圖) 4.總結 ……………………………………………………………………………16 參考文獻 …………………………………………………………………………17 1課題設計的目的 1.1 主要內容

3、 1、生產(chǎn)工藝的確定并繪制帶控制點工藝流程圖; 2、工藝計算確定原材料、能源消耗; 3、設備計算與選型; 4、編寫設計說明書及繪制工程圖; 5、檢查及修改說明書及圖紙。 1.2 具體要求 1、 畢業(yè)設計開題報告不少于2000字;完成與畢業(yè)設計課題相關的外文文獻翻譯,不少于2000漢字; 2、 中、英文摘要:350字左右; 3、 完成設計說明書(工藝計算與設備選型):不少于1萬字(圖紙、程序、計算表格除外)。 4、繪制工程圖:A2圖,全部為CAD繪圖,包括設計內容中的帶控制點工藝流程圖、設備平立面布置圖、管道平立面布置圖、專業(yè)設備加工條件圖(一張) 2課題設計的描述

4、 2.1 檸檬酸概述 檸檬酸(citric acid,citrrus)又名枸櫞酸,學名為3-羥基-3-羧基戊二酸。檸檬酸在自然界中分布很廣,主要存在于檸檬、柑橘、菠蘿、梅等果實中,尤其以未成熟者含量較多。植物葉子中也含有檸檬酸。在動物中,檸檬酸存在于骨骼、肌肉、血液、乳汁、唾液、汗和尿中。檸檬酸是生物體主要代謝產(chǎn)物之一。檸檬酸的用途很廣泛,其中以食品工業(yè)用量最多(約占70%),主要作為飲料的酸味劑。世界衛(wèi)生組織(WHO)對檸檬酸在食物中的添加量未作任何限制。 2.1.1、檸檬酸的物理性質 檸檬酸為無色半透明晶體,或白色顆粒,或白色結品性粉末,無免雖有強烈酸味但令人愉快,稍有一點

5、后澀味。它在溫堰空氣中慚瀝風化,在潮濕空氣中微有溶解性。 結晶形態(tài)與性質: 檸檬酸結晶形態(tài)因結晶條件不同而不同,有無水檸檬酸,C6H8O7,也有合結晶水的檸檬酸2C6H8O7H2O、C6H8O7H2O或C6H8O72 H2O。 商品檸檬酸主要是無水檸檬酸和一水檸檬酸。 一水檸檬酸是由低溫(低于36.6℃)水溶液中結晶析出,經(jīng)分離干燥后的產(chǎn)品,分子量210.14,含結晶水量為8.5%,熔點70~75℃,密度的=1.542。20℃下,100g水中可溶解無水物147g.放置在干燥空氣中時,處于晶體品格中的結晶水逸出而風化。一水檸檬酸晶體緩慢加熱時,先在50~70℃開始失水,70~75

6、℃晶體軟化,開始熔化。加熱到130℃時完全喪失結晶水,最后在135~152℃范田內完全溶化化。—水檸檬酸劇烈加熱時,在100℃熔化,結塊變?yōu)闊o水檸檬酸,繼續(xù)加熱很精確地在153℃溶化。一水檸檬酸晶體為斜方棱晶,晶體較大,晶軸a:bc=0.6068:1:0.1106。折射率率n:=1.493-1.5090.無水檸檬酸是由高溫(高于36.6℃)水溶液中結晶析出的。一水檸檬酸轉變?yōu)闊o水檸檬酸肋臨界溫度為36.6+15℃。無水檸檬酸分子量192.12,熔點153℃,密度的=1.6650。晶體形態(tài)為單斜晶系的棱形—雙菱錐體。錐角A=99。7’,晶軸n:b:c=1.936:1:1.50。 2.2

7、檸檬酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題及策略 2.2.1開發(fā)綠色工藝 檸檬酸作為食品添加劑、醫(yī)藥原料、金屬清洗劑等領域的重要精細化學品,其應用領域日益廣泛。我國的檸檬酸產(chǎn)品幾乎銷售到了世界的每一個角落.出口量不斷增加,生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大,但隨著人們環(huán)境意識的提高,環(huán)保壓力日益加大,檸檬酸生產(chǎn)中的環(huán)境問題越來越引起人們的關注。檸檬酸的提取現(xiàn)在較多的仍是采用鈣鹽法,而鈣鹽法產(chǎn)生的CaSO4。對環(huán)境有很大的污染。目前國家已經(jīng)頒布了相關文件,禁止鈣鹽法的使用,這對檸檬酸的生產(chǎn)提出了巨大挑戰(zhàn)。檸檬酸工業(yè)要繼續(xù)發(fā)展下去必須開發(fā)出能夠取代現(xiàn)有鈣鹽法的新技術。 2.2.2持續(xù)發(fā)展 目前資源日

8、益緊缺,我國政府提出了循環(huán)經(jīng)濟的理念,號召開發(fā)新的可再生替代能源,發(fā)展生物質產(chǎn)業(yè),從根本上打破中國經(jīng)濟發(fā)展的能源瓶頸。我國雖然是檸檬酸生產(chǎn)大國,檸檬酸生產(chǎn)過程中使用的原料主要還是玉米等糧食作物,檸檬酸的發(fā)展受到一定的限制。而我國有著豐富的秸稈資源,每年的總資源不低于10億t干物質,以秸稈為原材料將是檸檬酸的生產(chǎn)新機遇。 2.2.3開發(fā)新產(chǎn)品 我國檸檬酸生產(chǎn)主要還是集中在一水檸檬酸等少數(shù)幾個產(chǎn)品上,產(chǎn)品層次單一,而對于如無水檸檬酸等市場急需產(chǎn)品的相關生產(chǎn)卻比較少。國內的檸檬酸企業(yè)應該抓住機遇,不斷改進技術工藝,開發(fā)新產(chǎn)品,滿足國內外市場對無水檸檬酸等的需求。 2.3檸檬酸提取

9、工藝 檸檬酸發(fā)酵液的成分比較復雜,除產(chǎn)物檸檬酸外,還包括殘?zhí)?、菌體、蛋白質、色素、膠體、無機鹽、有機雜酸等多種雜質,這些均來源于原材料和底物中未消耗的營養(yǎng)鹽以及發(fā)酵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物等。所以,發(fā)酵工藝和原材料的不同均影響著發(fā)酵液的組成,這也增加了檸檬酸提取工藝的難度。目前,我國檸檬酸生產(chǎn)廠家主要采用的提取工藝仍是傳統(tǒng)的鈣鹽法。但該法工藝復雜,收率低,能耗、料耗大,且產(chǎn)生大量難處理的廢水、廢渣,這些缺點已嚴重制約了我國檸檬酸行業(yè)的發(fā)展。因此,檸檬酸產(chǎn)業(yè)的清潔生產(chǎn)技術不僅對降低成本具有重要意 義,還事關行業(yè)的持續(xù)發(fā)展;高效、低污染的提取方法如氫鈣法、色譜法、離子交換吸附法、溶液萃取法、

10、膜分離法等得到了廣泛的研究,其中檸檬酸氫鈣法和模擬移動床色譜法在萬噸級規(guī)模檸檬酸生產(chǎn)中獲得了成功。 鈣鹽法提取檸檬酸其理論依據(jù)是將CaCO3或Ca(OH)2加入發(fā)酵清液中,形成檸檬酸鈣沉淀,然后將此沉淀與濃硫酸反應,形成硫酸鈣沉淀,析出檸檬酸溶液,再經(jīng)過離子交換及濃縮結晶后,便可以得到檸檬酸晶體。其工藝流程見圖1。這種方法雖然原理比較簡單, 工藝成熟, 但是勞動強度極大,使用了強酸且有廢棄物的排出,無論是對操作者還是對環(huán)境都造成了極大的危害; 同時此方法得到的檸檬酸收率也不高,一般只能達到70 %左右。 2.年產(chǎn)2萬噸檸檬酸工程提取車間設計 1.

11、1檸檬酸工程提取車間設計流程發(fā)酵醪 預處理 過濾 中和 石灰乳(石灰粉) 過濾 石膏渣 酸化 過濾 炭柱脫色 離子交換 結晶 干燥、分級 離心分級 菌體殘渣 加熱至80-90℃ 草酸鈣 膠體,有色質 金屬離子、陰離子 鋇鹽、黃血鹽 93%濃硫酸 金屬離子、SO42 ̄ 包裝 圖1檸檬酸提取車間所需設備 1:中和槽 2:石灰乳儲罐 3:檸檬酸鈣懸浮液叩送泵 4:壓濾機 5:檸檬酸鈣儲液罐 6:濾液澄清罐 7:泵 8:濾液儲罐 9:泵 10:酸解罐 11:酸液計量罐 12:黃血鹽溶液計量罐 13:帶式真空過濾機 14:

12、檸檬酸液真空收集槽 15:真空泵 16:酸液泵 17:檸檬酸儲液罐 18:一級真空蒸發(fā)器 19:一次濃縮液儲罐 20:板框壓濾機 21:濾液儲罐 22:酸液泵 23:檸檬酸液儲罐 24:二級蒸發(fā)器 25:真空冷卻器 26:水槽 27:水泵 28:二次濃縮液儲罐 29:泵 30:結晶罐 31:酸液分布器 32:離心機 33:一次母液儲罐 34:母液泵 35:送料器 36:干燥器 37:斗式提升機 38:振蕩結晶冷卻器 39:成品儲罐 1.2 檸檬酸發(fā)酵的原料: 檸檬酸發(fā)酵采用的原料是玉米,水,曲霉。 1.3 檸檬酸發(fā)酵原料處理:

13、 玉米的液化、糖化 1.4 檸檬酸發(fā)酵: 黑曲霉可以由糖類、乙醇和醋酸等發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸,這是一個非常復雜的生理生化過程。早在上一世紀末,人們就開始對檸檬酸的發(fā)酵機理進行了探比但都是從某些片面的現(xiàn)象或實驗事實提出的假說,基本上屬于猜測。只Raistrick和Clark(1919年)提出的假說最接近于現(xiàn)代的理論,他們認為檸檬酸是由草酰乙酸和醋酸縮合成的。而現(xiàn)在普遍認為檸檬酸是經(jīng)過EMF途徑、丙酮酸羧化和三羧酸循環(huán)形成的。 2檸檬酸提取車間物料衡算 檸檬酸提取車間的物料平衡計算主要項目為發(fā)酵醪中一水檸檬酸的衡算,中和劑石灰乳和酸化用濃硫酸的量,廢渣量(草酸鈣,石膏渣,金屬離子)等。

14、 2.1檸檬酸工程提取車間工藝流程示意圖 發(fā)酵醪 過濾 中和 Ca(OH)2 化 酸解 過濾 炭柱脫色 離子交換 濃縮 圖2鈣鹽離子交換法提取檸檬酸工藝流程示意圖 過濾 殘渣 鈣鹽 水洗 濃硫酸 有色質,膠體 Fe3+、Mg2+Al3+, SO42-等 結晶交換 離心 石膏 母液 干燥 CA產(chǎn)品 2.2 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) 根據(jù)表1的基礎數(shù)據(jù),首先進行100kg原料生產(chǎn)12淡色啤酒的物料計算,然后進行100L 12淡色啤酒的物料衡算,最后進行10000t/a啤酒廠糖化車間的物料平衡計算。 表

15、1檸檬酸生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù) 項 目 名 稱 百分比(%) 項 目 名 稱 百分比(%) 定 額 指 標 食用無水檬酸標準 99.5 α-淀粉酶用量 8U/g 實際產(chǎn)率 約為 98 操作參數(shù) (轉化率) 淀粉糖轉化率 98.5 糖酸轉化率 95 副產(chǎn)品 2 提取分離收率 94 玉米淀 粉含量 65 70 精制收率 96 水分 18 倒罐率 1 2.3 2萬噸一水檸檬酸提取車間物料衡算 (1)年產(chǎn)2萬噸一水檸檬酸折合無水檸檬酸,按1995年5月,中國發(fā)酵工業(yè)協(xié)會檸檬酸分會制定的“檸檬酸行業(yè)統(tǒng)計辦法”: 中和(總收率90%

16、) 進入提取工段的無水檸檬酸:20000/1.00914=18325.085t/a 每中和100kg一水檸檬酸所需的石灰乳的量計算如下: 2C6H8O7H2O+3CaCO3 Ca3(C6H5O7)4H2O+3CO2 +H2O 2C6H8O7H2O+3Ca(OH)2 Ca3(C6H5O7)4H2O+4H2O 根據(jù)上述反應式,可以計算出沒中和100kg的一水檸檬酸需要CaCO3 71.5kg 或Ca(OH)2 53kg(折合CaO40kg)。那么兩萬噸一水檸檬酸消耗的石灰乳總量為14300kg ,折合CaO為8000kg。 另外發(fā)酵液中的草

17、酸鈣在PH3以下沉淀析出。反應如下: 草酸 C2H2O4+Ca2+ CaC2O4 葡糖酸 2C6H12O7+Ca2+ Ca(C6H11O7)2 深層發(fā)酵液中葡糖酸含量為0.2~0.3%,此處取0.25%,草酸含量為0.1~0.3%,此處取0.15%,檸檬酸95%,其它1.0%。那么檸檬酸發(fā)酵液中葡糖酸、草酸、檸檬酸的總含量分別為: 發(fā)酵液總量 20000/0.95=21052.6t 葡糖酸 21052.6*0.0025=52.63t 草酸 21052.6*0.0015=31.57t

18、 檸檬酸 20000t 其中草酸在中和過程中(PH2.7~2.9)率先一草酸鈣鹽的形式沉淀下來。葡糖酸則因為溶解度比較大而繼續(xù)留在酸液中。 酸解 酸化用硫酸用量:Ca2++ SO42- CaSO4 因為硫酸與鈣鹽的用量比為1.02:1左右。過量的硫酸,目的在于盡量減少檸檬酸的損失。不能過多,是應為,硫酸對容易的沸點有影響,可能導致溫度過高時草酸鈣的分解。 有以上反應是可計算得硫酸用量為:14280t 酸解后的凈化:1.活性炭(粉狀)出去色素和膠體; 2.鋇鹽沉

19、淀法出去過量的硫酸根離子; 3.亞鐵氰化鈣(200g/l)去除Fe3+,Ni3+; 4.除Pb,As,可以以硫化物沉淀去除。通常用粒狀硫化鋇。 脫色,離子交換 ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK

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