年产5000吨维生素C工厂规划设计.doc

江西科技师范学院
化工原理课程设计报告书

专 业： 生物工程
班 级： 09级（2）班
姓 名： 邱维曌 吴文婷 孙天琪
设计题目： 年产5000吨维生素C工厂设计
指引教师： 常军博士

11 月 13 日

目录

第一章 总论 5
第一节  设计根据 5
第二节  设计原则 5
第三节 重要原辅料供应状况 5
第二章 总平面布置及运送 7
第一节  总平面布置（图纸） 7
第二节  工厂运送 8
第三章 劳动定员 10
第四章 车间工艺 11
第一节  工艺流程及有关参数 11
第二节   物料衡算 11
第三节  设备及有关管道选型配套明细表 14
第五章 管道设计 19
第一节 管道计算与选用 19
第二节 管道附件与选用 19
第三节 管路布置（图纸） 19
第六章 项目经济分析 20
第一节  产品成本与售价 20
第二节  经济效益 21
参照文献 22
附图1 23
附图2 24

第一章 总论

绪论
1. 维生素C简介
维生素C（Vitamin C ，Ascorbic Acid）又叫L-抗坏血酸，分子式C6H8O6，分子量176.12u，是一种水溶性维生素。食物中维生素C被人体小肠上段吸取。一旦吸取，就分布到体内所有水溶性构造中，正常成人体内维生素C代谢活性池中约有1500mg维生素C，最高储存峰值为3000mg维生素C。正常状况下，维生素C绝大某些在体内经代谢分解成草酸或与硫酸结合生成抗坏血酸-2-硫酸由尿排出；另一某些可直接由尿排出体外。
2. 维生素C重要生理功能
①增进骨胶原生物合成。利于组织创伤口更快愈合。
　 ②增进氨基酸中酪氨酸和色氨酸代谢，延长肌体寿命。
　　③改进铁、钙和叶酸运用。
　　④改进脂肪和类脂特别是胆固醇代谢，防止心血管病。
　　⑤增进牙齿和骨骼生长，防止牙床出血，防止关节痛、腰腿痛。
　　⑥增强肌体对外界环境抗应激能力和免疫力。
　　⑦水溶性强抗氧化剂，重要作用在体内水溶液中。
　　⑧结实结缔组织。
⑨增进胶原蛋白合成，防止牙龈出血。
3. 维生素C药物作用
维生素C 在体内参加各种反映，如参加氧化还原过程，在生物氧化和还原作用以及细胞呼吸中起重要作用。从组织水平看，维生素C 重要作用是与细胞间质合成关于。涉及胶原，牙和骨基质，以及毛细血管内皮细胞间接合物。因而，当维生素C 缺少所引起坏血病时，伴有胶原合成缺陷，体现为创伤通难以愈合，牙齿形成障碍和毛细血管破损引起大量瘀血点，瘀血点融合形成瘀斑。
维生素C 和坏血病有一段很长历史渊源。希波克拉底是第一种提到坏血病人。她描述当时士兵牙床溃烂、牙齿脱落……；初期海上旅行引起了人们对坏血病注重，船队离开港口3～4 个月，船员往往会因而患上坏血病，人们开始发现这是由于海上旅行缺少新鲜蔬菜和水果缘故。1932 年英国军医从柠檬汁中离析出具备抗坏血病晶状物质，1933年瑞士科学家合成了维生素C，又叫做抗坏血酸。
近代研究表白VC 对人体健康至关重要：
①胶原蛋白合成需要维生素C 参加，因此VC 缺少，胶原蛋白不能正常合成，导致细胞连接障碍。人体由细胞构成，细胞靠细胞间质把它们联系起来，细胞间质核心成分是胶原蛋白。胶原蛋白占身体蛋白质1/3，生成结缔组织，构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤弹性，保护大脑，并且有助于人体创伤愈合。
②坏血病。血管壁强度和VC 有很大关系。微血管是所有血管中最细小，管壁也许只有一种细胞厚度，其强度、弹性是由负责连接细胞具备胶泥作用胶原蛋白所决定。当体内VC 局限性，微血管容易破裂，血液流到邻近组织。这种状况在皮肤表面发生，则产生淤血、紫癍；在体内发生则引起疼痛和关节涨痛。严重状况在胃、肠道、鼻、肾脏及骨膜下面均可有出血现象，乃至死亡。
③牙龈萎缩、出血。健康牙床紧紧包住每一颗牙齿。牙龈是软组织，当缺少蛋白质、钙、VC 时易产生牙龈萎缩、出血。
④防止动脉硬化。可增进胆固醇排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积，甚至可以使沉积粥样斑块溶解。
⑤是一种水溶性强有力抗氧化剂。可以保护其他抗氧化剂，如维生素A、维生素E、不饱和脂肪酸，防止自由基对人体伤害。
⑥治疗贫血。使难以吸取运用三价铁还原成二价铁，增进畅道对铁吸取，提高肝脏对铁运用率，有助于治疗缺铁性贫血。
⑦防癌。丰富胶原蛋白有助于防止癌细胞扩散； VC 抗氧化作用可以抵抗自由基对细胞伤害防止细胞变异；阻断亚硝酸盐和仲胺形成强致癌物亚硝胺。曾有人对因癌症死亡病人解剖发现病人体内VC 含量几乎为零。
⑧保护细胞、解毒，保护肝脏。在人生命活动中，保证细胞完整性和代谢正常进行至关重要。为此，谷胱甘肽和酶起着重要作用。
⑨提高人体免疫力。白细胞具有丰富VC，当机体感染时白细胞内VC 急剧减少。VC 可增强中性粒细胞趋化性和变形能力，提高杀菌能力。增进淋巴母细胞生成，提高机体对外来和恶变细胞辨认和杀灭。参加免疫球蛋白合成。提高CI 补体酯酶活性，增长补体CI 产生。增进干扰素产生，干扰病毒mRNA 转录，抑制病毒增生。
⑩提高机体应急能力。人体受到异常刺激，如剧痛、寒冷、缺氧、精神强刺激，会引起抵抗异常刺激紧张状态。该状态伴有一系列身体，涉及交感神经兴奋、肾上腺髓质和皮质激素分泌增多。肾上腺髓质所分泌肾上腺素和去甲肾上腺素是有酪氨酸转化而来，在次过程需要VC 参加。进入人体维生素C 不久分布于个组织器官，在正常状况下，人体维生素C 库为1500毫克。多余大某些随尿排出，少某些随大便、汗及呼吸道排出。但是在感染状况下，人体
所需为平时20～40 倍之多，并且所有药物都会破坏体内VC。因此在人体有状态状况下补充VC 是非常有益。美国知名营养学家戴维斯问过对营养学有研究医生，与否应将VC 当作家中常备药物，以便任何疾病初期都可以服用。大多数医生都说：“固然比任何阿司匹林安全多了”，第一次使用足够量比持续使用小剂量有更好效果。

第一节 设计根据
维生素C是人体不可缺少一种营养素，每天每人需要量为60毫克，坏血病就是由于维生素C缺少引起。维生素C又具备较强解毒作用，并可以治疗高血压、血管硬化、增强人体免疫力、增进伤口愈合等，同步还具备美白抗衰老作用，在食品、饲料、医药、化妆品等领域应用广泛。维生素C广泛应用于各种行业,它可改革这些行业生产工艺,增长产品构造,提高产品质量,并带来明显经济效益和社会效益。
当前,国内维生素C生产技术不断进步,生产规模日趋大型化,应用面也逐渐扩大。维生素C是当前全球维生素生产厂竞争最激烈、产销量最大和应用范畴最广泛维生素产品,也是国内最重要出口创汇原料药之一。当前,全球维生素C消费量每10万t以上,消费去向重要是医药、食品及饮料、动物饲料等三大领域,其中以食品饮料行业维生素C 需求量最大,而动物饲料是近年发展起来新领域,潜力很大。综上所述,维生素C是适应中华人民共和国健康产业发展大势,在中华人民共和国市场潜力无疑是巨大。随着国内维生素C生产工艺改进,生产成本逐渐减少,将使国内维生素C产品在国际市场上有较强竞争力,市场份额将会不断扩大。
正是基于此种背景，本文阐述了年产5000吨维生素C工厂设计，并制定产品方案，设计工艺，进行工厂厂区布局设计、生产车间设计，对维C发酵生产过程中物料平衡、热量平衡进行计算，设备选型，设定公司管理组织架构，并进行经济核算。

第二节 设计原则
维生素C工厂设施和建筑卫生设计是保证卫生操作规范有效实行基本条件。符合卫生设计规定厂房和设施不但能提高产品卫生和安全性，并且尚有助于保持环境卫生。新建、改建或扩建食醋工厂应当有筹划地按照卫生操作规范进行选址和设计。
1.维生素C工厂选址原则
1.1 维生素C工厂应有良好卫生环境，无有害气体、放射源、粉尘及其她扩散性污染源，如化工厂、水泥厂、医院、畜禽养殖场等。食醋工厂应与其保持1.0-1.5km距离。同步还应当注意防止在乳制品工厂周边后期建设此类设施。
1.2 维生素C工厂应设在工矿公司或其她污染源上风侧；且地势干燥、平坦，有充分水，水质要好。
1.3 维生素C工厂应有较以便运送条件。生产车间与都市公路须有30 m左右隔离区，隔离区内须充分绿化。
1.4 维生素C工厂应有一定供电条件(应有民用和工业用电线路)。厂址面积大小应满足生产规定，并留有发展余地。
基于以上维生素C选址原则，拟定将项目设立于四川攀枝花市盐边县。
盐边县属南亚热带干河谷气候区，具备典型南亚热带干旱季风气候特点，冬暖、春温高、夏秋凉快；气温年差较小；太阳辐射强，日照充分，热量丰富、四季分明；干雨季分明，干季蒸发量大，雨季集中，雨量充沛，多夜雨、雷阵雨；区域性小气候复杂多样，热量雨量分面不均。由低海拔到高海拔呈立体气候特性分布。年均降雨量1065.6毫米。年平均气温19.2℃。年平均日照数为2307.2小时，日照百分率54%，雨季前1—5月光能极为充沛，月平均日照时数均在220小时以上。年平均绝对湿度为14.7mb，相对湿度为66.6%。冬暖春温高，夏秋季节凉，冬春逆温明显，是天然“大地温室”，是全国少有热作区。
交通非常便捷，交通网络已经形成，全县31个乡（镇）均实现通车，通车里程达1200公里，全县基本实现乡乡通公路，通车里程达507公里（不含村道），县内二滩库区有5个码头，大小船泊600余只。成昆铁路横贯境内，有大小车站3个。即将修建雅攀高速公路通过县境，为维生素C工业生产提供了便捷高速交通条件。
本项目拟以XXX糖业有限责任公司为依托，既可以该公司生产白砂糖为原料，制得D—葡萄糖，生产产品，又可以该县广泛种植甘蔗为原料，制得初步原料D—葡萄糖，从而生产产品维生素C。具备就地取材长处，原料运送费用低。省内公路网络四通八达，必要时可从周边地区取材，交通便利。
2.总平面设计卫生设计原则
2.1 厂区布局紧凑合理，符合工厂生产工艺规定；划分生产区和生活区，生产区和生活区必要严格分开，生产区内各管理区通过设立标示牌和必要隔离设施来加以界定，以控制不同区域人员和物品之间交叉流动；节约用地，并有一定绿化用地。
2.2 厂区道路应当所有采用水泥和沥青铺制硬质路面，路面要平坦，不积水、无尘土飞扬。厂区内要植树种草进行绿化，以美化厂区环境。裸露地面更应进行绿化，但车间旁不得种植能为鸟类提供食宿树木或簇叶植物。
2.3 主车间、仓库等应按生产流程布置，并尽量缩短距离。全厂货流、人流、原料、管道等应有各自线路，力求避免交叉。避免物料来回运送。
2.4 生产区(各种车间和仓库等)和生活区(宿舍、托儿所、食堂、浴室、商店和学校等)、厂前区(传达室、医务室、化验室、办公室、汽车库等)和生产区别开。
2.5 主车间应与食品卫生有影响综合车间、废品仓库、及有大量烟尘或有害气体排出车间、锅炉房间隔一定距离，并设在上风侧。生产车间注意朝向，保证阳光充分，通风良好。
2.6 食品工厂重要建筑物、构筑物依照它使用功能俱全合理。
3.生产车间卫生设计原则
3.1 普通规定
3.1.1 建筑物柱网及层高应根据车间内设备布置规定结合土建模数决定。层高以4.5-6.Om为宜，车间内柱宜少。
3.1.2 进出车间人流和货流应分开。在生产过程中货流应按工艺流程设计，原辅材料、加工品、成品及废弃物进出车间通道应分开，避免往来交叉。
3.1.3 车间面积应与生产能力相适应，控制操作人员密度，提供足够人员操作空间，车间内人均工作面积不少于2m2。
3.1.4 生产车间与加工人员卫生设施，如更衣室、淋浴间和卫生间，在建筑上应当为联体构造。
3.1.5 包装或灌装工段、乳粉干燥工段宜单独布置。
3.2 建筑
3.2.1 天花板
①天花板应当可以防潮、防霉、防灰尘积聚和散落，表面涂层不脱落。
②天花板应当可以防止结露，在蒸汽较多加工区域应当装置倾斜顶棚以防止冷凝水滴落污染加工品。
3.2.2 墙面和隔断
①车间墙面和隔断应当铺有2m以上墙裙，墙裙用耐腐蚀、易清洗消毒、结实、不渗水材料铺制。
②车间墙面和隔断要用浅色、无毒、防水、防霉、不易脱落、可清洗材料覆涂。
3.2.3 地面
①车间地面要用防滑、结实、不渗水、易清洁、耐腐蚀、耐油材料铺制。
②为便于排水和防止周边水反流入车间，车间整个地面水平在设计和建造时应当比厂区地面水平高出不不大于0.15m，并在建造时使地面有1.5％-2.0％排水坡度，有良好排水系统，保证排水畅通。
3.2.4 门窗
①车间门窗应用浅色、平滑、易清洗、不渗水、耐腐蚀结实材料制作，并有防蝇虫、防尘及防鼠设施。如果在门外安装风幕，风幕应当具备一定风速(最小为500m／min)，以制止昆虫和空气污染物进入。风幕开关应当直接与门开关相连，以保证门一开风幕便开始工作，并持续到关门为止。
②车间供人员和原、辅材料出入门口通道要有防蝇虫飞入设施．
③车间内窗台离地应不少于lm，在设计上最佳在车间内不设内窗台。
④生产过程中必要或也许要启动窗户应当装设纱窗，纱窗应易于拆卸和清洗。
⑤进入清洁区门应当是双向开或者向清洁区推开．可以自行关闭．
3.3 人员卫生设施
3.3.1 更衣室、卫生间和淋浴间
①加工车间必要设有与加工人员数量相适应更衣室、卫生间和淋浴间，更衣室、卫生间和淋浴间应当设立在与车间相连接，但在生产区域之外并且不对生产区域卫生构成危害场合。
②更衣室需配备与人数相适应更衣柜，更衣柜最佳是用易清洗消毒非木质材料制作，柜顶呈450斜面。个人衣物、鞋要与工作服、靴分开分室放置。更衣室要保持良好通风和采光，室内安装紫外灯或臭氧发生器，对室内空气进行灭菌消毒，更衣室按照人均面积不低于0.5m2配备。
③卫生间蹲位可按生产现场最大班操作人员数量5％-10％配备。卫生间门应当可以自动关闭。卫生间内应当设立排气、通风设施，直接排放到车间以外地方。卫生间门窗不能直接开向加工工作区，卫生间墙面、地面和门窗应用浅色、易清洗消毒、耐腐蚀、不渗水材料建造，并配有冲水、洗手消毒设施，窗口有防蝇虫装置。
3.3.2 其他卫生设施
①生产区域入口处设立符合规定、数量足够且处在正常使用洗手、消毒及干手设施。洗手水龙头应为非手动开关(脚踏式或光电感应式)，数量可按生产现场最大班操作人员数量10％配备，200人以上每增长20人增长1个。
②生产区域入口处应当设立鞋、靴消毒池，消毒池宽度要与门道同宽，长度应当不不大于2m，以常人不易跨过为宜．消毒水深5-10cm。
③车间人员及物料进出口通道、与外界相通排水口及通风口应当安装防蝇虫、防鼠设施。

第三节 重要原辅料供应状况
1. 重要原料
甘蔗、甜菜、玉米；应符合GB2715-81 《粮食卫生原则》规定。
2. 其她辅料
水：应符合GB2760-85 《生活饮用水卫生原则》规定。
消泡剂：应符合GB2760-81《食品添加剂使用卫生原则》规定。
酒精：应符合GB2760-81《食品添加剂使用卫生原则》规定。
KH2PO4：应符合GB2760-81规定。
MgSO4：应符合GB2760-81规定。
CaCO3：应符合GB2760-81规定。

第二章 总平面布置及运送

第一节 总平面布置（图纸）
1. 总平面布置图纸（见附图1）
序号
项目
数据（m2）
1
厂区占地面积
25000
2
全厂建筑物面积
0
3
建筑系数
80%
4
绿化面积
5000
5
绿化率
20%

序号
建筑物
建筑面积（m2）
1
办公楼
500
2
展厅
314
3
综合楼（餐厅、公寓）
500
4
车库
300
5
自行车棚
250
6
原料库

7
发酵车间
2160
8
提取车间
5000
9
酒精回收车间
2160
10
成品库

11
技术研发中心
500
12
污水解决站
720
13
空压站
360
14
锅炉房
500
15
煤场
1000
16
机修车间
300
17
循环水池
1880
18
绿化地区
5000

2. 总平面设计阐明
（1）厂区重要建筑物：办公楼、仓库（高温、低温）、生产车间、包装车间，按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料来回运送。
（2）办公室（办公、化验室、会议室）在人流出口附近，距离车间较近，以便管 理，又与物流避免交叉。
（3）绿化状况：在厂房四周，各种建筑空地与预留地种植草坪。
（4）厂区道路：厂区主干道为8000 mm宽，非重要道路为6000 mm宽，交叉路口半径10000 mm，两旁均种植黄杨秋、雪松等。
（5）厂区考虑到防火规定，各重要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火器。
（6）全厂面积：25000平方米建筑物占地面积； 0平方米其他建筑面积。
3、建筑构造
门：车间采用双扇折叠门，各个门尺寸依照需要而定。厂房安全出入口普通不能少于两个。
窗：工业厂房惯用钢窗。本设计依照需要,采用宽1400㎜、1600㎜、㎜,高1800㎜、2400㎜等组合规格。
地坪：采用水磨石地面。
排水：厂区新建1880m3循环水池1座并购买配套冷却设备,可保证项目正常运营。循环水池同步兼作消防水池使用。
墙壁：除特殊隔热需要外，墙壁内墙铺设白磁砖至3 m高。
通风：排气扇通风，增长通风量。
采光：Ⅰ、窗户采光；Ⅱ、屋面采光板。
照明：满足车间照明，单位容量普通为6-8 W/㎡。

第二节 工厂运送
考虑到运送要快捷以便，选用汽车和叉车为重要运送工具。考虑到厂内仓库与车间、堆场与车间、车间与车间之间货品分流，以拟定原料、燃料等陆续供应，生产产品源源不断运出，在总平面设计时，厂内道路设计应考虑短捷，厂区主干线普通为宽7-9m次干道6-7m,单驶宽度4m左右。
在设计厂内道路时，应考虑消防规定，如酒精厂为易燃物品，道路设计必要符合消防规定，使消防车能到达厂内所有建筑物。
依照是维生素C工厂 特点，当前厂内道路布置形式为循环式布置，即道路为环绕厂房建、构筑物闭合系统道路网，并保证物流、人流运送以便、安全和高效以及消防规定。
为使厂区保持环境整洁，厂区大门宜设两个以上，煤、渣、菌丝渣等物料应由边门出入，而正门普通通过生活用车辆或外来联系车辆。

第三章 车间工艺

第一节 工艺流程及有关参数
1.采用生产办法
上世纪70 年代初,国内尹光琳等创造了VC 二步发酵法新工艺,并不久在国内推广使用。二步发酵法在莱氏法一步发酵之后又用微生物将D—山梨糖直接发酵转化成2—酮基—L—古龙酸(又称2—酮基—L—古洛糖酸,本文简称2—KLG),大大简化了莱氏法生产工序。此外,二步发酵法步使用有毒化学试剂,产品成本较低,转化率高达79．56％，因而得到国内外vc 生产商高度评价,先后在中华人民共和国、欧洲、日本和美国等申请了专利,并于上世纪80 年代向全球最大维生素生产商——瑞士Roche 公司进行了技术转让。本设计即采用两步发酵工艺。
所谓两步发酵法，第一步是在醋酸杆菌作用下将D—山梨醇氧化为L—山梨糖，俗称醇糖转化；第二步是在混合菌系作用下将L—山梨糖进一步氧化为2—酮基—L—古龙酸，俗称糖酸转化。
两步发酵法生产工艺流程图：

阐明：
第一步发酵：D—山梨醇由微生物氧化成L—山梨糖；
第二步发酵：L—山梨糖由大菌、小菌转化为2—酮基—L—古龙酸；
然后把2—酮基—L—古龙酸通过化学办法合成维生素C。
2. 2一KLG分离提纯工艺
分离提纯2一KLG工艺有加热沉淀法、化学凝聚法、超滤法。加热沉淀法能耗多，离子互换树脂容易污染，加热会破坏少量2一KLG，因而生产成本较高。化学沉淀法虽然使2一KLG提取收率比加热沉淀法高出4．49％，但是发酵液经化学絮凝剂解决后来，离心所得上清液中仍具有一定量蛋白质等杂质，这些杂质也许影响2一KLG质量。此外，该办法所使用化学絮凝剂也也许对环境导致污染。超滤法是一种新兴膜解决技术。由于该办法在提高2一KLG收率、改进生产环境、减少离子互换树脂损耗、实现自动化持续化生产等方面具备明显优势，因而本设计采用超滤法分离提纯2一KLG 。

第二节 物料衡算
1. 培养基配料
碳源
葡萄糖
山梨醇

氮源
尿素
玉米浆
酵母浸膏
微量元素
及无机盐
KH2PO4
MgSO4
CaCO3
消泡剂
泡敌
乳化硅油

2. 计算过程
维生素C发酵工艺技术指标：生产规模为5000t/y ,年生产天数为300d。维生素C发酵时间为76h,加上发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间,故生产周期为80h。一步发酵生黑醋酸杆菌对山梨醇转化率为92%。二步发酵对山梨糖转化率为98%,2-酮基-L-占龙酸转化生成维生素C得率为90% ,则维生素C总得率为92%(98%×90%)=0.81 。
（1）原料用量
每天产维生素C成品量为：5000/300=16.7t/d ,维生素C得率为81%,每天发酵液中需含维生素C：16.7/0.81=20.6t ,维生素C生产菌对山梨醇转化率为92%,则发酵培养基中山梨醇添加量为20.6/0.92=22.39t/d 。
若发酵培养基配方山梨醇添加量为4.87%,则发酵培养基量为22.39/(4.87%)=459.34m3/d 。
发酵培养基其她物质量：
山梨醇： 459.34×18%=82.68 t/d
玉米浆：459.34×0.25%=1.15t/d
尿素： 459.34×0.5%=2.30t/d
KH2PO4：459.34×0.01%= 4.59t/d
MgSO4：459.34×0.02%=0.09 t/d
CaCO3：459.34×0.01%=0.046t/d
二级种子液量：459.34×10%=45.93m3/d（8%为接种量）
按种子培养基配方得原料用量：
山梨醇：45.93×16%=7.35 t/d
玉米浆：45.93×0.25%=0.12 t/d
酵母膏：45.93×0.3%=0.14t/d
葡萄糖：45.93×0.01%=0.005 t/d
KH2PO4：45.93×0.5%=0.24 t/d
MgSO4：45.93×0.01%=0.005 t/d
CaCO3：45.93×0.01%=0.005t/d
则各原料用量为两者之和,即
山梨醇：82.68+7.35=90.03 t/d
玉米浆：1.15+0.12=1.27 t/d
酵母膏：0+45.93×0.3%=0.14t/d
葡萄糖：45.93×0.01%=0.005 t/d
尿素： 0+459.34×0.5%=2.30t/d
KH2PO4：4.59+0.24=4.83 t/d
MgSO4：0.09+0.005=0.095 t/d
CaCO3：0.046+0.005=0.051 t/d
（2）消泡剂用量：
泡敌添加量按0.2%计算,每天用量：0.2%×459.34=0.919m3 。
乳化硅油加入量为1%（质量浓度）,则用量：5000/0.9×1%=55.56t（即每天用量0.1852t）。
（4）酒精用量：
发酵液经浓缩后多糖质量分数由本来2%～3%提高到8%～10%,可按浓缩倍数3计算,则浓缩后发酵液体积为459.34×(1/3)=200m3,酒精总添加为发酵液1.2倍,即200×1.2=240m3。分离后进行酒精回收,酒精回收率为98%,则每天需补加酒精为(1-98%)×240=4.8m3,一年补加量为4.8×300=1440m3,第一年用量为1440+240=1680m3。

3.计算成果
5000t/y维生素C工厂物料衡算

物料名称
5000t/y维生素C物料量
每日物料量
发酵液（m3）
137802
459.34
二级种液（m3）
13779
45.93
发酵用玉米浆（t）
345
1.15
种子用玉米浆（t）
36
0.12
山梨醇（t）
27009
90.03
玉米浆总量（t）
381
1.27
葡萄糖（t）
1.5
0.005
酵母膏（t）
42
0.14
KH2PO4（t）
1449
4.83
MgSO4（t）
39
0.13
FeSO4（t）
28.5
0.095
CaCO3（t）
15.3
0.051
尿素（t）
690
2.30
95%食用酒精（m3）
1680
240

第三节 设备及有关管道选型配套明细表
一、设备选型与设计
1. 项目重要生产设备
（1）生化反映器
a.发酵罐
发酵罐设计为气升型发酵罐,材质选用不锈钢板,取罐径高比为5,即H=5D。
b.种子罐
（2）换热器：罐外冷却夹套；
（3）过滤设备：真空转鼓过滤机；
（4）离子互换罐：离子互换柱；
（5）转化罐；
（6）干燥设备：真空干燥；
（7）结晶罐；
（8）离心泵；
（9）空压机。
2.设备选型
（1）种子罐
每次培养种子供一次发酵周期14罐用,接种量按10%计,需种子液体积：150×0.75×14×10%=157.5 m3,种子罐装液系数0.75,则种子罐体积为：157.5/0.75=210 m3,故选30 m3种子罐10个。实际产量验算为30×0.75×10=225＞210,富裕量足够使用。
（2）发酵罐
每天发酵液量459.34 m3,发酵罐装液系数0.70,生产周期80h,故发酵罐总体积459.34×80/(0.70×24)=2187.33m3,可选用150m3发酵罐15个。维生素C生产粘度较大,材质为不锈钢,控温精准,容氧适当。
（3）发酵液贮罐
每天生产发酵液体积为459.34 m3,规定提取解决量为600 m3/d,因此发酵液贮罐可选取150 m34个、100 m31个。
（4）板框过滤机
提取过程为持续进行,每天只需解决发酵出量,过滤能力：600/24=25.0 m3/h,故选用生产能力为10 m3/h过滤机4台。
（5）中空纤维式超滤机
过滤得率为98%,对于较大发酵液体积期间少量可忽视不计。生产能力为：459.34/24=19.14 m3,故选用生产能力为8 m3/h中空纤维式超滤机3台。
（6）萃取罐
超滤浓缩后体积为：459.34×(1/3)=153.11 m3,加入酒精量为1:1,总体积400 m3 ,
装液90%,罐体积400/90%=444 m3,萃取周期为6h,罐可循环使用,每次需发酵罐体积444/4=111 m3,故选15 m3萃取罐8个。
（7）洗脱罐
沉淀得到维生素C量为18.6t左右,体积大概为：18.6×103/1000=18.6 m3,加入酒精量为60 m3,共需80 m3左右,洗脱周期为4h,需罐体积：80/6=13.4 m3,选和萃取罐体积相似15 m3罐2个,备用2个,这样萃取罐和洗脱罐可通用,共需12个。
（8）干燥机
洗脱分离后含水18%左右,量20t左右,需减少水分至10%,则需干燥机除水能力为20×(18%-10%)/24=0.07t/h,故选用气流干燥机,可实行自动化生产,是持续式干燥设备。其干燥速度快,温度低（物料温度为40～60℃）,能保证生产质量。
（9）粉碎机
干燥后质量17t左右,由于产品量较少,规定二班完毕。粉碎机解决能力为：17/16=1.0625 t/h,且规定粉碎粒度＜0.180mm。故选B型系列吸尘粉碎机组粉碎机。
（10）筛分机
其生产能力和粉碎机相似,选用ZS系列高效筛粉机ZS-600。
（11）酒精储罐
每天需酒精量200 m3,则需80m3储罐3个。
（12）CIP清洗设备
3.设备一览表
名称
规格/型号
数量
一级种子罐
MSF-L5
1
二级种子罐
MSF-L20
3
发酵罐
MSF-L100
15
发酵液贮罐
100m3
5
板框过滤机
KT-BF
4
中空纤维式超滤机
C1～4
4
萃取/洗脱罐
15 m3
12
气流干燥机
XFO0.25～2
2
粉碎机
30BIV.V.VI
2
筛分机
ZS-600
2
酒精储罐
80m3
3
CIP清洗设备

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二、管道布局设计（见附图2）
1. 工艺管道设计
在管道设计中,依照使用规定需要对的选取管子、管件和阀门类型、规格和材料等,这是管道设计中一项细致而重要工作。
管材选取：依照本设计中输送介质温度、压力及腐蚀状况等选取所用管子材料。本设计中管道重要用于输送工艺物料、蒸汽、压缩空气等,故选用无缝钢管,材料为碳钢。
管件与阀门：管道中除管子以外,为满足工艺生产和安装检修等需要,尚有许多其他构件,即管路附件,简称管件,如短管、弯头、三通、法兰、阀门等。阀门在管道中用来调节流量,切断或切换管道,或对管道起安全、控制作用。阀门选取依照工作压力、介质温度、介质性质和操作规定进行。
阀门选用：发酵系统所用阀门除自控系统外,公用工程管路手动阀门普通宜选用隔膜阀。这是由于其他类型阀门阀体较大,阀较重,加重了管路承担,而隔膜阀阀体小,重量轻,操作以便,易于维护。空气阀门在进入总空气过滤器前选用蝶阀。由于生产持续性及要满足管路灭菌规定,普通公用系统分支管路根部设立截止阀,以便于故障解决,而工艺物料放料及移种管路普通设立双阀以利设备和管路分别灭菌操作。
2.工艺物料管路
本设计中发酵罐及种子罐培养基采用实罐灭菌,即将培养基直接配制在罐内,通入饱和蒸汽进行加热保温,使培养基连同罐体一起灭菌,此种设计办法减少了培养基进料管路设计。在本设计中工艺物料管路重要是移种管路。
移种管路：从一级种子罐至次级种子罐及至发酵罐间移种管道,其配备方式为管路两端均设立双阀,并于两阀之间接入灭菌蒸汽和放净口,接种管路接近罐体阀门与罐体内物料同步灭菌,操作时,灭菌蒸汽从双阀之间进入罐体。每一次种子罐间及种子罐至发酵罐移种操作前,均需对移种管路进行灭菌。
3.管道连接
除上下水管可以用螺纹连接外,别的管道以焊接和法兰连接为宜。因螺纹连接由于管道受冷、热、振动等影响,活接头接口易松动,使密封面不能严密而导致渗漏。如在接种、输液时,因液体迅速流动导致局部真空,在渗漏处将外界空气吸入,空气中菌就被带入发酵罐中导致染菌。焊接连接办法简便,并且密封可靠,因此空气灭菌系统、培养基灭菌系统和其她物料管道以焊接连接。需要经常拆卸检修处应采用管法兰连接。
对接近发酵罐管道,如移种管道、空气管道等,均用弯管、焊接、法兰连接取代弯头、活接头等化工管件连接办法,减少接头处渗漏染菌。
4.管道布置
发酵车间管道布置,除满足生产工艺流程规定,便于安装、检修和操作管理外,还要考虑满足清洗和灭菌彻底规定。管道和阀门自身不能渗漏,尽量使管线最短、阀件至少,一方面节约投资,另一方面减少染菌机会。
车间内管道采用明线敷设,安装费用低,检修安装以便,操作人员容易掌握管道排列和操作。
车间内工艺管道布置采用沿墙、楼底板或柱子成排安装法,使管线成排成行平行直走,并协调各条管道标高和平面坐标位置,力求供架敷设,使其占空间小。
管架标高应不影响车辆和人行交通。分层布置时,大管径管道、热介质管道、气体管道、保温管道在上,小管径、液体、不保温、冷介质在下。引支管时,气体管从上方引出,液体管从下方引出。管径大、常温、支管少、不常检修管道靠墙,管径小、热力管道、常检修、支管多管道靠外。易堵塞管道在阀门前接上水管或压缩空气管。普通上下水管及废水管合用于埋地敷设,埋地管安装深度应在冰冻线如下。
要保证发酵罐（种子罐）罐体和关于管道都可用蒸汽进行灭菌,即保证蒸汽可以达到所有需要灭菌地方。对于某些蒸汽也许达不到死角（如阀）要装设与大气相通旁路（排气口）。在灭菌操作时,将旁路阀门打开,使蒸汽流畅通过。
在空气过滤器和发酵罐之间装有单向阀（止逆阀）,以免在压缩空气系统突然停气或发酵罐压力高于过滤器时,将发酵液倒压至过滤器,引起生产事故。发酵罐（种子罐）具备独立排气管、下水管道,防止互相串通,引起污染。

第四章 生产线设计
第一节 生产线设计根据及布局
第二节 生产线设计图（见附图3）

第五章 总结

维生素C生产所采用二步发酵法第—步是用假单孢杆菌将山梨醇转化成L-山梨糖。此外,弱氧化醋酸杆菌、生黑葡萄糖酸杆菌、恶臭醋酸杆菌、醋酸化醋酸杆菌、拟胶杆菌等细菌也有此转化功能。发酵第二步采用混合发酵法,即用巨大芽孢杆菌和氧化葡萄糖酸杆菌混合培养,将L-山梨糖转化为维生素C前体2-酮基-L-占龙酸,其中大菌为伴生菌,小菌为产酸菌。当前，VC 售价普遍在100 元/公斤,因而,进行这项研究将会带来非常可观经济效益,与此同步，将会带来明显社会效益。
本设计采用二步发酵法生产维生素C,在拟定了其工艺流程基本上,进行了年产5000吨维生素C发酵工厂设计,一方面依照需要选取国内外先进设备,再进行了物料和热量衡算,既保证生产可以持续进行,又使设备得到充分运用,同步对工厂进行了合理布局。设计过程中,也注意了环保,及时有效解决生产过程中产生废水,并为此建了循环水池。在此基本上绘制了工艺流程设计图、设备流程图、工厂平面布置图、车间平面设计图。本设计对建立拥有先进设备和先进技术维生素C生产工厂有一定应用价值。
以中华人民共和国为主亚洲国家,维生素C生产与消费严重不平衡。国内大某些维生素C依赖出口,而国内消费严重局限性,维生素C每年用量仅为4000t左右,国内维生素C人均年用量局限性4克,远远低于欧美发达国家人均年用量60-90克,因而国内维生素C市场潜力十分巨大。如按欧美发达国家人均年用量1/5计,国内需求量就有100%增长空间。国内是个农业大国,生产维生素C原料极为丰富,运用基因工程等手段对维生素C生物合成进行技术改进。通过微生物发酵工艺及提取工艺进行大规模工业生产,资源潜力巨大,对于增进国内食品添加剂开发,推动农产品深加工,满足国际国内市场需求,提高社会效益和公司经济效益具备重要意义。
维生素保健品市场正迅速形成,随着公民生活水平提高,公民自身保健意识正在不断增强，维生素C具备辽阔市场前景。在国外,维生素C是最重要营养保健品之一,维生素C对维持人体健康作用有充分科学根据,进一步人心。依照记录,美国保健品市场中,维生素C产品市场规模为8-10亿美元,占整个保健品市场15%份额。年初,发生在中华人民共和国和东南亚地区非典事件,极大地增进了公民健康意识提高。近几年,维生素产品作为最具备科学根据保健品,迅速被广大市民所接受,维C冲剂、维C、E复合冲剂等维生素C保健品供不应求,一种巨大维生素C保健品市场正在迅速形成。

参照文献

附图1