年产5000吨维生素C工厂设计.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
指导教师： 常军博士

2012年 11 月 13 日

目录

第一章 总论 5
第一节  设计依据 5
第二节  设计原则 5
第三节 主要原辅料供应情况 5
第二章 总平面布置及运输 7
第一节  总平面布置（图纸） 7
第二节  工厂运输 8
第三章 劳动定员 10
第四章 车间工艺 11
第一节  工艺流程及相关参数 11
第二节   物料衡算 11
第三节  设备及相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
参考文献 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。食物中的维生素C被人体小肠上段吸收。一旦吸收，就分布到体内所有的水溶性结构中，正常成人体内的维生素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。正常情况下，维生素C绝大部分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；另一部分可直接由尿排出体外。
2. 维生素C主要生理功能
①促进骨胶原的生物合成。利于组织创伤口的更快愈合。
　 ②促进氨基酸中酪氨酸和色氨酸的代谢，延长肌体寿命。
　　③改善铁、钙和叶酸的利用。
　　④改善脂肪和类脂特别是胆固醇的代谢，预防心血管病。
　　⑤促进牙齿和骨骼的生长，防止牙床出血，防止关节痛、腰腿痛。
　　⑥增强肌体对外界环境的抗应激能力和免疫力。
　　⑦水溶性强抗氧化剂，主要作用在体内水溶液中。
　　⑧坚固结缔组织。
⑨促进胶原蛋白的合成，防止牙龈出血。
3. 维生素C的药物作用
维生素C 在体内参与多种反应，如参与氧化还原过程，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 的主要作用是与细胞间质的合成有关。包括胶原，牙和骨的基质，以及毛细血管内皮细胞间的接合物。因此，当维生素C 缺乏所引起的坏血病时，伴有胶原合成缺陷，表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的历史渊源。希波克拉底是第一个提到坏血病的人。他描述当时士兵牙床溃烂、牙齿脱落……；早期的海上旅行引起了人们对坏血病的重视，船队离开港口3～4 个月，船员往往会因此患上坏血病，人们开始发现这是由于海上旅行缺乏新鲜蔬菜和水果的缘故。1932 年英国军医从柠檬汁中离析出具有抗坏血病的晶状物质，1933年瑞士科学家合成了维生素C，又叫做抗坏血酸。
近代研究表明VC 对人体健康至关重要：
①胶原蛋白的合成需要维生素C 参加，所以VC 缺乏，胶原蛋白不能正常合成，导致细胞连接障碍。人体由细胞组成，细胞靠细胞间质把它们联系起来，细胞间质的关键成分是胶原蛋白。胶原蛋白占身体蛋白质的1/3，生成结缔组织，构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤的弹性，保护大脑，并且有助于人体创伤的愈合。
②坏血病。血管壁的强度和VC 有很大关系。微血管是所有血管中最细小的，管壁可能只有一个细胞的厚度，其强度、弹性是由负责连接细胞具有胶泥作用的胶原蛋白所决定。当体内VC 不足，微血管容易破裂，血液流到邻近组织。这种情况在皮肤表面发生，则产生淤血、紫癍；在体内发生则引起疼痛和关节涨痛。严重情况在胃、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。健康的牙床紧紧包住每一颗牙齿。牙龈是软组织，当缺乏蛋白质、钙、VC 时易产生牙龈萎缩、出血。
④预防动脉硬化。可促进胆固醇的排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积，甚至可以使沉积的粥样斑块溶解。
⑤是一种水溶性的强有力的抗氧化剂。可以保护其它抗氧化剂，如维生素A、维生素E、不饱和脂肪酸，防止自由基对人体的伤害。
⑥治疗贫血。使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁，促进畅道对铁的吸收，提高肝脏对铁的利用率，有助于治疗缺铁性贫血。
⑦防癌。丰富的胶原蛋白有助于防止癌细胞的扩散； VC 的抗氧化作用可以抵御自由基对细胞的伤害防止细胞的变异；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的VC 含量几乎为零。
⑧保护细胞、解毒，保护肝脏。在人的生命活动中，保证细胞的完整性和代谢的正常进行至关重要。为此，谷胱甘肽和酶起着重要作用。
⑨提高人体的免疫力。白细胞含有丰富的VC，当机体感染时白细胞内的VC 急剧减少。VC 可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀菌能力。促进淋巴母细胞的生成，提高机体对外来和恶变细胞的识别和杀灭。参与免疫球蛋白的合成。提高CI 补体酯酶活性，增加补体CI 的产生。促进干扰素的产生，干扰病毒mRNA 的转录，抑制病毒的增生。
⑩提高机体的应急能力。人体受到异常的刺激，如剧痛、寒冷、缺氧、精神强刺激，会引发抵御异常刺激的紧张状态。该状态伴有一系列身体，包括交感神经兴奋、肾上腺髓质和皮质激素分泌增多。肾上腺髓质所分泌的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 的参与。进入人体的维生素C 很快分布于个组织器官，在正常情况下，人体维生素C 库为1500毫克。多余的大部分随尿排出，少部分随大便、汗及呼吸道排出。但是在感染情况下，人体
所需的为平时的20～40 倍之多，而且所有的药物都会破坏体内的VC。所以在人体有状态的情况下补充VC 是非常有益的。美国著名营养学家戴维斯问过对营养学有研究的医生，是否应将VC 当作家中常备药品，以便任何疾病初期都可以服用。大多数医生都说：“当然比任何阿司匹林安全多了”，第一次使用足够的量比连续使用小剂量有更好的效果。

第一节 设计依据
维生素C是人体不可缺少的一种营养素，每天每人需要量为60毫克，坏血病就是由于维生素C的缺乏引起的。维生素C又具有较强的解毒作用，并可以治疗高血压、血管硬化、增强人体免疫力、促进伤口愈合等，同时还具有美白抗衰老的作用，在食品、饲料、医药、化妆品等领域应用广泛。维生素C广泛应用于多个行业,它可改革这些行业的生产工艺,增加产品结构,提高产品质量,并带来显著的经济效益和社会效益。
当前,我国维生素C生产技术不断进步,生产规模日趋大型化,应用面也逐步扩大。维生素C是目前全球维生素生产厂竞争最激烈、产销量最大和应用范围最广泛的维生素产品,也是我国最主要的出口创汇原料药之一。目前,全球维生素C消费量每10万t以上,消费去向主要是医药、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的新领域,潜力很大。综上所述,维生素C是适应中国健康产业发展大势的,在中国市场的潜力无疑是巨大的。随着国内维生素C生产工艺的改进,生产成本逐渐降低,将使我国的维生素C产品在国际市场上有较强的竞争力,市场份额将会不断扩大。
正是基于此种背景，本文论述了年产5000吨维生素C的工厂设计，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，设定企业管理组织架构，并进行经济核算。

第二节 设计原则
维生素C工厂设施和建筑的卫生设计是保证卫生操作规范有效实施的基本条件。符合卫生设计要求的厂房和设施不但能提高产品的卫生和安全性，而且还有利于保持环境卫生。新建、改建或扩建的食醋工厂应该有计划地按照卫生操作规范进行选址和设计。
1.维生素C工厂的选址原则
1.1 维生素C工厂应有良好的卫生环境，无有害气体、放射源、粉尘及其他扩散性的污染源，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的距离。同时还应该注意防止在乳制品工厂周围后期建设此类设施。
1.2 维生素C工厂应设在工矿企业或其他污染源的上风侧；且地势干燥、平坦，有充足的水，水质要好。
1.3 维生素C工厂应有较方便的运输条件。生产车间与城市公路须有30 m左右的隔离区，隔离区内须充分绿化。
1.4 维生素C工厂应有一定的供电条件(应有民用和工业用电线路)。厂址面积大小应满足生产要求，并留有发展余地。
基于以上维生素C的选址原则，拟定将项目设置于四川攀枝花市盐边县。
盐边县属南亚热带干河谷气候区，具有典型的南亚热带干旱季风气候特点，冬暖、春温高、夏秋凉爽；气温年差较小；太阳辐射强，日照充足，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征分布。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，冬春逆温显著，是天然的“大地温室”，是全国少有的热作区。
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。即将修建的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的交通条件。
本项目拟以XXX糖业有限责任公司为依托，既可以该公司生产的白砂糖为原料，制得D—葡萄糖，生产产品，又可以该县广泛种植的甘蔗为原料，制得初步原料D—葡萄糖，从而生产产品维生素C。具有就地取材的优点，原料运输费用低。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.总平面设计的卫生设计原则
2.1 厂区布局紧凑合理，符合工厂生产工艺的要求；划分生产区和生活区，生产区和生活区必须严格分开，生产区内的各管理区通过设立标示牌和必要的隔离设施来加以界定，以控制不同区域的人员和物品之间的交叉流动；节约用地，并有一定的绿化用地。
2.2 厂区的道路应该全部采用水泥和沥青铺制的硬质路面，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的树木或簇叶植物。
2.3 主车间、仓库等应按生产流程布置，并尽量缩短距离。全厂的货流、人流、原料、管道等应有各自的线路，力求避免交叉。避免物料往返运输。
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)和生产区分开。
2.5 主车间应与食品卫生有影响的综合车间、废品仓库、及有大量烟尘或有害气体排出的车间、锅炉房间隔一定距离，并设在上风侧。生产车间注意朝向，保证阳光充足，通风良好。
2.6 食品工厂的主要建筑物、构筑物根据它的使用功能俱全合理。
3.生产车间的卫生设计原则
3.1 一般规定
3.1.1 建筑物柱网及层高应依据车间内设备布置的要求结合土建模数决定。层高以4.5-6.Om为宜，车间内柱宜少。
3.1.2 进出车间的人流和货流应分开。在生产过程中的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的通道应分开，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，提供足够的人员操作空间，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的卫生设施，如更衣室、淋浴间和卫生间，在建筑上应该为联体结构。
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天花板应当能够防潮、防霉、防灰尘的积聚和散落，表面涂层不脱落。
②天花板应当能够防止结露，在蒸汽较多的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车间的墙面和隔断应该铺有2m以上的墙裙，墙裙用耐腐蚀、易清洗消毒、坚固、不渗水的材料铺制。
②车间的墙面和隔断要用浅色、无毒、防水、防霉、不易脱落、可清洗的材料覆涂。
3.2.3 地面
①车间地面要用防滑、坚固、不渗水、易清洁、耐腐蚀、耐油的材料铺制。
②为便于排水和防止周围的水反流入车间，车间整个地面的水平在设计和建造时应该比厂区的地面水平高出不小于0.15m，并在建造时使地面有1.5％-2.0％的排水坡度，有良好的排水系统，保证排水通畅。
3.2.4 门窗
①车间的门窗应用浅色、平滑、易清洗、不渗水、耐腐蚀的坚固材料制作，并有防蝇虫、防尘及防鼠设施。如果在门外安装风幕，风幕应该具备一定的风速(最小为500m／min)，以阻止昆虫和空气污染物的进入。风幕的开关应该直接与门开关相连，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、辅材料出入的门口通道要有防蝇虫飞入的设施．
③车间内窗台离地应不少于lm，在设计上最好在车间内不设内窗台。
④生产过程中必须或可能要开启的窗户应当装设纱窗，纱窗应易于拆卸和清洗。
⑤进入清洁区的门应当是双向开或者向清洁区推开．能够自行关闭．
3.3 人员卫生设施
3.3.1 更衣室、卫生间和淋浴间
①加工车间必须设有与加工人员数量相适应的更衣室、卫生间和淋浴间，更衣室、卫生间和淋浴间应当设置在与车间相连接，但在生产区域之外并且不对生产区域的卫生构成危害的场所。
②更衣室需配备与人数相适应的更衣柜，更衣柜最好是用易清洗消毒的非木质材料制作，柜顶呈450斜面。个人衣物、鞋要与工作服、靴分开分室放置。更衣室要保持良好的通风和采光，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卫生间的蹲位可按生产现场最大班操作人员数量的5％-10％配备。卫生间的门应当能够自动关闭。卫生间内应当设置排气、通风设施，直接排放到车间以外的地方。卫生间的门窗不能直接开向加工工作区，卫生间的墙面、地面和门窗应用浅色、易清洗消毒、耐腐蚀、不渗水的材料建造，并配有冲水、洗手消毒设施，窗口有防蝇虫装置。
3.3.2 其它卫生设施
①生产区域入口处设置符合要求、数量足够且处于正常使用的洗手、消毒及干手设施。洗手的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的10％配备，200人以上每增加20人增加1个。
②生产区域入口处应当设置鞋、靴消毒池，消毒池的宽度要与门道同宽，长度应当大于2m，以常人不易跨过为宜．消毒水深5-10cm。
③车间的人员及物料进出口通道、与外界相通的排水口及通风口应当安装防蝇虫、防鼠设施。

第三节 主要原辅料供应情况
1. 主要原料
甘蔗、甜菜、玉米；应符合GB2715-81 《粮食卫生标准》的规定。
2. 其他辅料
水：应符合GB2760-85 《生活饮用水卫生标准》的规定。
消泡剂：应符合GB2760-81《食品添加剂使用卫生标准》的规定。
酒精：应符合GB2760-81《食品添加剂使用卫生标准》的规定。
KH2PO4：应符合GB2760-81的规定。
MgSO4：应符合GB2760-81的规定。
CaCO3：应符合GB2760-81的规定。

第二章 总平面布置及运输

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
20000
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
2000
7
发酵车间
2160
8
提取车间
5000
9
酒精回收车间
2160
10
成品库
2000
11
技术研发中心
500
12
污水处理站
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. 总平面设计说明
（1）厂区主要建筑物：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，避免物料的往返运输。
（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，方便管 理，又与物流避免交叉。
（3）绿化情况：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，非主要道路为6000 mm宽，交叉路口半径10000 mm，两旁均种植黄杨秋、雪松等。
（5）厂区考虑到防火要求，各主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； 20000平方米其它建筑面积。
3、建筑结构
门：车间采用双扇折叠门，各个门尺寸根据需要而定。厂房的安全出入口一般不能少于两个。
窗：工业厂房常用钢窗。本设计根据需要,采用宽1400㎜、1600㎜、2000㎜,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座并购置配套冷却设备,可保证项目的正常运行。循环水池同时兼作消防水池使用。
墙壁：除特殊的隔热需要外，墙壁内墙铺设白磁砖至3 m高。
通风：排气扇通风，增加通风量。
采光：Ⅰ、窗户采光；Ⅱ、屋面采光板。
照明：满足车间照明，单位容量一般为6-8 W/㎡。

第二节 工厂运输
考虑到运输要快捷方便，选用汽车和叉车为主要运输工具。考虑到厂内仓库与车间、堆场与车间、车间与车间之间的货物分流，以确定原料、燃料等陆续供应，生产的产品源源不断的运出，在总平面设计时，厂内的道路设计应考虑短捷，厂区主干线一般为宽7-9m次干道6-7m,单驶宽度4m左右。
在设计厂内道路时，应考虑消防要求，如酒精厂为易燃物品，道路设计必须符合消防要求，使消防车能到达厂内所有建筑物。
根据是维生素C工厂 的特点，目前厂内道路布置的形式为循环式布置，即道路为环绕厂房建、构筑物的闭合系统的道路网，并保证物流、人流的运输方便、安全和高效以及消防的要求。
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，而正门一般通过生活用车辆或外来联系车辆。

第三章 车间工艺

第一节 工艺流程及相关参数
1.采用的生产方法
上世纪70 年代初,我国的尹光琳等发明了VC 二步发酵法新工艺,并很快在国内推广使用。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),大大简化了莱氏法的生产工序。此外,二步发酵法步使用有毒的化学试剂,产品成本较低,转化率高达79．56％, 因此得到国内外vc 生产商的高度评价,先后在中国、欧洲、日本和美国等申请了专利,并于上世纪80 年代向全球最大的维生素生产商——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的的作用下将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：

说明：
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—古龙酸通过化学方法合成维生素C。
2. 2一KLG的分离提纯工艺
分离提纯2一KLG的工艺有加热沉淀法、化学凝聚法、超滤法。加热沉淀法能耗多，离子交换树脂容易污染，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的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处理以后，离心所得的上清液中仍含有一定量的蛋白质等杂质，这些杂质可能影响2一KLG的质量。此外，该方法所使用的化学絮凝剂也可能对环境造成污染。超滤法是一种新兴的膜处理技术。由于该方法在提高2一KLG收率、改善生产环境、减少离子交换树脂损耗、实现自动化连续化生产等方面具有明显优势，因此本设计采用超滤法分离提纯2一KLG 。

第二节 物料衡算
1. 培养基的配料
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的发酵时间为76h,加上发酵罐的清洗、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的的转化率为92%。二步发酵对山梨糖的的转化率为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）原料的用量
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生产菌对山梨醇的转化率为92%,则发酵培养基中山梨醇的添加量为20.6/0.92=22.39t/d 。
若发酵培养基的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 。
发酵培养基其他物质的量：
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）
按种子培养基的配方得原料用量：
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
则各原料的用量为二者之和,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）消泡剂的用量：
泡敌的添加量按0.2%计算,每天用量：0.2%×459.34=0.919m3 。
乳化硅油的加入量为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的质量分数由原来的2%～3%提高到8%～10%,可按浓缩倍数3计算,则浓缩后发酵液的体积为459.34×(1/3)=200m3,酒精的总添加为发酵液的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=4.8m3,一年的补加量为4.8×300=1440m3,第一年的用量为1440+240=1680m3。

3.计算结果
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 设备及相关管道选型配套明细表
一、设备的选型与设计
1. 项目主要的生产设备
（1）生化反应器
a.发酵罐
发酵罐设计为气升型发酵罐,材质选用不锈钢板,取罐的径高比为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）离子交换罐：离子交换柱；
（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.设备的选型
（1）种子罐
每次培养的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的种子罐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的发酵罐15个。维生素C生产粘度较大,材质为不锈钢,控温精确,容氧合适。
（3）发酵液贮罐
每天生产的发酵液体积为459.34 m3,要求提取处理量为600 m3/d,所以发酵液贮罐可选择150 m3的4个、100 m3的1个。
（4）板框过滤机
提取过程为连续进行,每天只需处理发酵出的量,过滤能力：600/24=25.0 m3/h,故选用生产能力为10 m3/h的过滤机4台。
（5）中空纤维式超滤机
过滤得率为98%,对于较大的发酵液体积期间少量可忽略不计。生产能力为：459.34/24=19.14 m3,故选用生产能力为8 m3/h的中空纤维式超滤机3台。
（6）萃取罐
超滤浓缩后体积为：459.34×(1/3)=153.11 m3,加入酒精的量为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
沉淀得到的维生素C量为18.6t左右,体积大约为：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,选和萃取罐体积相同的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,需降低水分至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,是连续式干燥设备。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
干燥后的质量17t左右,由于产品量较少,要求二班完成。粉碎机的处理能力为：17/16=1.0625 t/h,且要求粉碎粒度＜0.180mm。故选B型系列吸尘粉碎机组的粉碎机。
（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

1
二、管道布局设计（见附图2）
1. 工艺管道的设计
在管道设计中,根据使用要求需要正确选择管子、管件和阀门的类型、规格和材料等,这是管道设计中一项细致而重要的工作。
管材选择：根据本设计中输送介质温度、压力及腐蚀情况等选择所用管子材料。本设计中管道主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,还有许多其它构件,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。阀门的选择根据工作压力、介质温度、介质性质和操作要求进行的。
阀门选用：发酵系统所用阀门除自控系统外,公用工程管路的手动阀门一般宜选用隔膜阀。这是由于其它类型的阀门阀体较大,阀较重,加重了管路负担,而隔膜阀阀体小,重量轻,操作方便,易于维护。空气阀门在进入总空气过滤器前选用蝶阀。由于生产的连续性及要满足管路灭菌要求,一般公用系统分支管路根部设置截止阀,以便于故障处理,而工艺物料放料及移种管路一般设置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,此种设计方法减少了培养基进料管路的设计。在本设计中的工艺物料管路主要是移种管路。
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,其配置方式为管路两端均设置双阀,并于两阀之间接入灭菌蒸汽和放净口,接种管路靠近罐体的阀门与罐体内物料同时灭菌,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,其余管道以焊接和法兰连接为宜。因螺纹连接由于管道受冷、热、振动等的影响,活接头的接口易松动,使密封面不能严密而造成渗漏。如在接种、输液时,因液体快速流动造成局部真空,在渗漏处将外界空气吸入,空气中的菌就被带入发酵罐中造成染菌。焊接的连接方法简便,而且密封可靠,所以空气灭菌系统、培养基灭菌系统和其他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。
对靠近发酵罐的管道,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的方法,减少接头处渗漏染菌。
4.管道布置
发酵车间的管道布置,除满足生产工艺流程要求,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的要求。管道和阀门本身不能渗漏,尽可能使管线最短、阀件最少,一方面节省投资,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,检修安装方便,操作人员容易掌握管道的排列和操作。
车间内工艺管道布置采用沿墙、楼底板或柱子的成排安装法,使管线成排成行平行直走,并协调各条管道的标高和平面坐标位置,力争供架敷设,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。管径大的、常温的、支管少的、不常检修的管道靠墙,管径小的、热力管道、常检修的、支管多的管道靠外。易堵塞管道在阀门前接上水管或压缩空气管。一般的上下水管及废水管适用于埋地敷设,埋地管的安装深度应在冰冻线以下。
要保证发酵罐（种子罐）罐体和有关管道都可用蒸汽进行灭菌,即保证蒸汽能够达到所有需要灭菌的地方。对于某些蒸汽可能达不到的死角（如阀）要装设与大气相通的旁路（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的压力高于过滤器时,将发酵液倒压至过滤器,引起生产事故。发酵罐（种子罐）具有独立的排气管、下水管道,防止相互串通,引起污染。

第四章 生产线设计
第一节 生产线设计的依据及布局
第二节 生产线设计图（见附图3）

第五章 总结

维生素C生产所采用的二步发酵法的第—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的前体2-酮基-L-占龙酸,其中大菌为伴生菌,小菌为产酸菌。目前，VC 售价普遍在100 元/千克,因此,进行这项研究将会带来非常可观的经济效益,与此同时, 将会带来显著的社会效益。
本设计采用二步发酵法生产维生素C,在确定了其工艺流程的基础上,进行了年产5000吨维生素C发酵工厂的设计,首先根据需要选择国内外先进的设备,再进行了物料和热量衡算,既保证生产可以连续进行,又使设备得到充分利用,同时对工厂进行了合理的布局。设计过程中,也注意了环境保护,及时有效的处理生产过程中产生的废水,并为此建了循环水池。在此基础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的维生素C生产工厂有一定的应用价值。
以中国为主的亚洲国家,维生素C生产与消费严重不平衡。我国大部分维生素C依赖出口,而国内消费严重不足,维生素C每年用量仅为4000t左右,我国维生素C人均年用量不足4克,远远低于欧美发达国家的人均年用量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的1/5计,国内的需求量就有100%的增长空间。我国是个农业大国,生产维生素C的原料极为丰富,利用基因工程等手段对维生素C的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,对于促进我国食品添加剂开发,推动农产品深加工,满足国际国内市场需求,提高社会效益和企业经济效益具有重要意义。
维生素保健品市场正快速形成,随着公民生活水平的提高,公民自身的保健意识正在不断增强，维生素C具有广阔的市场前景。在国外,维生素C是最主要的营养保健品之一,维生素C对