青岛农业大学学士学位论文 年产5000吨柠檬酸发酵工厂设计
4.2 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： 4.2.1 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) ＝84.375kg
（3）生产100kg成品无水柠檬酸理论淀粉消耗量84.375×99.8%＝84.206kg （4）生产100kg无水柠檬酸实际淀粉消耗量 84.206÷86%＝100.245kg
（5）生产100kg无水柠檬酸玉米粉的消耗量 100.245÷70%＝143.207kg （6）耐高温 α-淀粉酶的消耗量 100.245×18÷20000＝0.0902kg
耐高温 α-淀粉酶酶活力为20000U/g，用量为8U/g玉米粉. 4.2.2液化醪量的计算
玉米粉和水按1：4.5的比例混合，加入0.1% CaCl2，有关计算如下：
（1）玉米浆的量：
143.207×5.5＝787.639kg
（2）CaCl2的用量：
787.639×0.1%＝0.788kg
（3）干物质含量为B0＝87%的玉米粉比热容C0为：
4.18×(1―0.7B0)＝1.63kJ/(kg·k)
玉米浆干物质的浓度B1为：
87÷（5.5×100）＝15.82%
液化醪的比热容为：
C1＝B1C0＋(1.0―B1)CW ＝15.82%×1.63＋(1.0―15.82%)×4.18
＝3.78kJ/(kg·k)
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CW——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：
7876.39＋[7876.39×3.78× （105―60）/（2748.9―105×4.18） ]＝8456.38kg16 2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）的焓，KJ/kg （5）第一个真空冷却器出来的玉米浆的量：
8456.38―[8456.38×3.78×（105―97）÷2264.0]＝8343.43kg 2264.0——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：
8343.43―[8343.43×3.78×（97―95）÷2269.1]＝8315.63kg 2269.1——层流罐维持温度95℃下的饱和蒸汽的汽化潜热，KJ/kg （7）第二个喷射加热器出来的玉米浆的量：
8315.63＋[8315.63×3.78×（130―95）/（2748.9―130×4.18）]＝8814.45kg
2748.9——喷射液化器加热蒸汽（0.5MPa）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：
8814.45×8%×8/60＝94.02kg
故流出量：
8814.45―94.02＝8720.43kg
（9）第二个真空冷却器出来的玉米浆的量：
8720.43―[8720.43×3.78×（130―97）÷2264.0]＝8239.96kg 2264.0——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：
8239.96―[8239.96×3.78×（97―95）÷2269.1]＝8212.51kg 2269.1——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 776.251kg。 4.2.3 发酵液量的计算
成品柠檬酸中柠檬酸的量：100×99.8%＝99.8kg
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发酵液中柠檬酸的量：99.8÷88%＝113.409kg 发酵液总体积：113.409÷14%＝810.065m3 尿素耗量：810.065×0.9%＝7.291kg KH3PO4耗量：810.065×0.1%＝0.810kg MgSO4耗量：810.065×0.25%＝2.025kg 4.2.4 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：0.65～0.75g/ml 交换容量：0.8～1.0g/g干树脂
每100kg柠檬酸所需发酵液的量是810.065kg，所需湿树脂的量：
0.1/（0.9×0.35）＝0.317t
湿树脂的体积：
0.317/1.25＝0.254m3
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：
0.254/70%＝0.363m3
用15%NH4OH解脱，液氨（按 100%计）用量是40kg/m3，则所液氨的量：
0.363×40＝14.52kg
所需15%稀氨液的的量：
（14.52÷17）×31÷15%＝176.52kg
（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：0.73～0.83g/ml
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湿真密度：1.17～1.22g/ml
磨后圆球率：90%质量交换容量：1.75mmol/g树脂 全交换容量：＞5.0mmol/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÷（192×1.7）×1000＝306.073kg
则H2SO4需要量：
0.35×130＝45.5kg
再生的浓度为2%，所需量为：
45.5÷2%＝2275kg
再生后生成的(NH4)2SO4量：
（45.5÷98）×132＝61.3kg
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：
61.3×94%＝57.62kg
4.2.5 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 1
名称 每100kg产品产（耗）量/t
时产（耗）
量/t 1.14
日产（耗）
量/t 3.33
年产（耗）
量/t 5000
成品酒精
0.1
2 3
玉米 α-淀粉酶
0.152 0.09
0.635 0.0001
5.078 0.003
15234.8 0.902
4 5 6 7
CaCl2 KH3PO4 MgSO4 玉米浆
0.0008 0.0008 0.002 0.788
0.001 0.001 0.003 1.094
20
0.026 0.027 0.068 26.255
7.88 8.1
20.25 7876.39