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乳酸是世界上应用广泛的三大有机酸之一,目前生产乳酸主要采取的方法有传统发酵工艺以及固定化微生物法、电渗析连续发酵法、萃取发酵法、膜法发酵法、吸附发酵法、同时糖化发酵法等新工艺,在工业生产中多采用微生物发酵法生产L-乳酸乳酸的提取精制是乳酸生产中非常重要的步骤,工业生产中常用的乳酸提取工艺主要有钙盐法、锌盐法、离子交换法、溶剂萃取法和电渗析法等本设计采用德式乳杆菌为菌种,以大米为主要原料,效皮为辅助原料经糖化发酵并行式来生产乳酸在发酵时加入CaCO作为乳酸中和剂和发酵液稳定剂,3得到的发酵液经预处理一浓缩一冷却结晶一洗晶一离心分离一乳酸钙结晶一溶晶一酸解一过滤一脱色等一系列步骤得到粗乳酸;粗乳酸先经浓缩再经离子交换法(先通过732阳离子交换柱再通过331阴离子交换柱)得到纯乳酸根据上述工艺流程,在进行乳酸工厂提取车间设计时,根据工厂的实际生产工艺和产能采取最优的提取工艺,通过对乳酸生产平衡、设备平衡和能量平衡等的计算,选取相应的生产设备,合理布局设计,使生产操作可靠性、方便性达到生产要求,降低成本,最终使生产效益最大化,并设计出合理的工艺流程图、设备结构和布置图以及全厂平面布置图关键词发酵工艺;乳酸提取车间;工厂设计2生产工艺本次生产工艺设计以大米和秋皮为原料,采用直接粉碎、调浆、液化,进行好气液体深层发酵,钙盐法提取,最后结晶、干燥得到乳酸乳酸生产工艺流程为原料(辅料)一一>调浆一一>液化一一>发酵罐一一>预热罐一>板框过滤一>沉降罐一>板框过滤一>浓缩一>酸解一>板框过滤一>浓缩一一>脱色一一>离子交换—->脱色一一>浓缩一一>成品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者配制,配成发酵原料,进行连续杀菌并冷却后,进入发酵罐,加入菌种和净化压缩空气后进行发酵;发酵液经升温、过滤处理后,进入中和罐,用CaCOq中和处理;再经过过滤洗涤,得到乳酸钙固体,送入酸解罐,再添加h2sq酸解,并加入活性炭进行脱色;然后,通过带式过滤机过滤、酸解过滤,除去Cas4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,对得到的湿乳酸晶体进行干燥与筛选,最后得到成品乳酸,如图图2乳酸的生产工艺流程发酵工艺发酵工艺流程及特点发酵工艺工艺流程原料一一>调浆一一>蒸煮糊化一一>定溶一一>糖化发酵同时进行发酵工艺特点这是以无机酸或者有机酸为催化剂,在高压高温的条件下水解淀粉的方法其主要的优点是设备体积小,时间段,设备生产的能力较大并行发酵工艺是发酵与糖化同时进行的一种发酵工艺这是日本科学家根据清酒发酵清酒发酵也是一种并行发酵的原理发明出来的一种发酵方法其最大的有点事无需先行提取淀粉或者先制糖,于是可以减少设备的投资由于乳酸发酵温度50°C十分接近于糖化酶的最适温度55°C〜60°C所以并行发酵工艺十分适合乳酸的发酵根据实际生产中的经验,并行发酵工艺染杂菌机会极少,所以发酵容器可以敞开而不必耽心杂菌的污染发酵工艺条件原料以大米为主要原料,大米不需要粉碎,但是要先进行糊化糊化在糊化罐内进行以数皮为辅助原料;将大米与秋皮和水按4:1:5的比例加入罐内进行糊化
2.
1.
2.2菌种发酵法生产乳酸主要菌种为乳酸杆菌,生产中常用的是德氏乳酸杆菌和保加利亚乳酸杆菌国内外菌种保藏机构收藏的有德氏乳杆菌ATCC9649>米根霉ATCC
9363、干酪乳杆菌亚种ATCC1143我国大连科学研究所M
287、M
300、M301兰州工业试验所以及江苏省微生物研究所等单位收藏皆为根霉本设计发酵法采用德氏乳杆菌Lactobac川usdelbrueckii为菌种1分类大小
2.0-
9.0X
0.5^
0.8um属真菌目,乳杆菌科,乳杆菌属,细胞杆状单个或者成短链,,革兰氏阳性,不运动德式乳酸杆菌是淀粉糖创造乳酸的主要生产菌,能依靠蔗糖、麦芽糖、果糖等碳源发酵产生乳酸最适生长温度45°Co对德氏乳杆菌具有明显促进作用的物质有天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酸、维生素B
2、烟酸、叶酸具有明显抑制作用的物质有维生素B
1、苯胺绿、苯胺蓝、甲基橙等2菌种的扩大培养将种子培养基泵入种子罐内,种子罐体积是发酵罐的1/13~1/12其体积填充系数为80%大概没10000L罐装液8000Lo种子的培养基与发酵的培养基相同葡萄糖150麦根
3.75NH42HPO
42.5CaCO3100以上单位均为g/l发酵工艺操作要点及注意事项原料处理大米不需要粉碎粒径<
0.25mm但是要先进行糊化糊化在糊化罐内进行以熬皮为辅助原料;将大米与裁皮和水按4:1:5的比例加入罐内进行糊化调浆池将大米与熬皮和水按4:1:5的比例加入罐内进行糊化糊化锅搅拌均匀后进入糊化锅,直接通入蒸汽,蒸汽压为
1.5kg/cm2使糊化锅内的压力达到100Pa表压,维持此压力约20-30min后糊化结束糊化醪的要求是,大米无夹生,充分膨胀,即达到糊化醪的要求糊化结束后,降下糊化锅的压力,放出多余的蒸汽,在夹套中通入冷却水进行冷却,使糊化醪降至60℃以下,放到发酵罐中种子罐1配料种子培养基与发酵培养基相同,葡萄糖150麦根
3.75NH42HPO
42.5CaCO3100以上单位均为g小种子培养基与发酵培养基皆不必灭菌接入培养合格的德式乳酸杆菌1%将种子培养基投入种子罐中后开动搅拌,在50℃摆布的条件下培养24ho2放罐调节种子罐内pH
4.0摆布,产酸
0.6-
0.7如镜检合格,菌丝生长良好,则接入蒸煮罐内,进入进一步扩大培养发酵罐1发酵配料发酵罐中先入放一定量的冷水,水温50-55℃o放入原料,加水定容,发酵培养基浓度约100g/L往罐中通入压缩空气,使料液翻匀,加乳酸调至PH
4.8-
5.0温度50-52C时加糖化酶,每克大米120单位,接种量10%翻匀,进行发酵2发酵控制德式乳杆菌的特点是在45°C~50C时进行繁殖,是一种耐高温的乳酸菌,但是不能耐高酸度,故而在发酵过程中要保持pH4o培养基中的碳酸钙是中和剂,在发酵开始的约6小时后,开始加CaCOq进行中和,可以分批添加,但要注意不要使pH降到
5.0以下CaCOq添加的总量为大米总量0的75%每8小时加一次,分6次加完每一个班次要检查2~3次pH值和残糖以便于检测发酵过程是否一切正常培养基不必灭菌,但要保持50±1°C发酵3发酵后期管理当测试残糖降至1g/L以下,同时发酵醪带有一种特殊的粘性时,说明发酵结束,总发酵时间约5~6天由于此时乳酸菌活动减弱,而丙酸菌等开始活动,会影响产品的产率和纯度所以要往罐中添加石灰以中和,调节pH提高到10摆布,在加石灰时要通气搅拌均匀,待石灰彻底溶解后住手通气,使菌体和其他悬浮物沉淀下来,澄清后将上清液和沉淀物分别放出后,即可进入提取工序提取精制工艺提取工艺流程及特点提取工艺流程发酵液一一预热罐一一压料罐一一板框过滤一一沉降罐一一板框过滤一一浓缩——酸解一一板框过滤一一浓缩一一脱色一一离子交换一一脱色一一浓缩一一成品
221.2提取工艺特点发酵结束后,加石灰调节pH至10摆布,升温至80c以上,放入沉降罐使菌体和其他悬浮物沉淀下来,过滤后进行蒸发浓缩,冷却结晶后再在酸解罐中的加温加水溶解,再用硫酸中酸解过滤除去杂质,这时酸浓度为7-886蒸发浓缩至irBe后,先通过732#阳离子交换柱,再通过701#阴离子交换柱,除去其中所含杂质,再次进行蒸发浓缩,同时加入活性炭脱色处理,真空过滤,最后得到成品进行包装提取工艺条件预热沉淀流程预热罐和沉降罐均不能超过其容积的80%保持预热罐液pHIO.O煮沸5min沉降罐温度调节至pH=12以上,温度达到85-903Mg.加量不能超过2%0第一次板框过滤压料罐的进料不得超过其总体积的80%压力不得超过40atm滤渣中含钙量不得超过2%o双效蒸发工艺双效蒸发器内蒸汽压不超过
0.4atm真空度不能超过
0.8atm放料浓度不能低于20%o浓缩工艺蒸汽压力不能超过
0.4atm真空度必须控制在温度必须控制在70℃条件下蒸发,脱色罐进料不得超过其总体积的72%脱色时间大于等于24小时,脱色活性炭的加量不能得超过1%提取注意事项以及工艺操作要点预热将放罐后的发酵液泵入预热罐内进行加热(从50°C摆布加热到80度C)搅拌,加碱调节至pH10防止五水乳酸钙晶体析出,同时也防止整个发酵醪固体化后,给后续的操作带来不必要的麻烦压料罐设计温度为140℃设计压力为
0.3MPa公称容积为
2.78m3外形尺寸为1780x2700总分量为
1.03吨,工作介质为空气预热液由压缩机从压料罐压入板框压滤机进行第一次板框进行过滤第一次板框过滤压缩机先通入蒸汽预热至70°C-80°,如不预热则会浮现热料遇冷板框而析出乳酸钙结晶体而造成损失,同时也给过滤造成艰难铺好滤布后压紧板框,过热的料液先自流,形成一层滤层后再慢慢加入物料,当滤液析出量逐渐减少,不能再进物料通入热水冲洗滤渣,趁热将滤液送到沉降罐中澄清,操作前要注意板框与滤布之间知否有破损,防止走液沉降调节至pH=12以上,并加热至90℃并加入2%MgCl2使菌体及其他悬浮物沉淀下来第二次板框过滤操作同第一次板框过滤,此次过滤除去蛋白质、氨基酸等杂质,可大大降低杂质含量操作前要注意板框与滤布之间知否有破损,防止走液双效蒸发在经过双效蒸发后,乳酸钙浓度可达到26%O操作前要注意检查各阀门是否关闭,以保证操作正常进行酸解将乳酸钙晶体加入到酸解罐内,加入石膏洗涤水,直接通入蒸汽使其溶解,使乳酸钙的浓度达到180g/kg加入浓硫酸酸解酸解时要注意控制温度不高于70℃即防止碳化,同时防止对色度影响在操作时要用
0.1%甲基紫溶液检验,酸解合适时呈现橘黄色,在硫酸过量时呈现绿色,在乳酸钙过量时呈现紫色酸解结束后料液进入第三次板框过滤浓缩1工艺条件乳酸在常压下的沸点为190Co如在此温度下乳酸会彻底分解而不能蒸镭出来如果把压力降低则可以使沸点降低,使其低于乳酸的分解点,则使乳酸蒸储出来采用真空浓缩循环加热,真空浓缩又称减压浓缩,其原理是在较低的真空度下利用水的沸点较低将水蒸发掉在操作时要将真空度控制在摆布,物料达到70℃摆布,蒸汽压要控制在
0.4atm以下2工艺操作操作前要注意检查各阀门是否关闭,以保证操作正常进行检查完毕后打开真空系统,使蒸汽发生器工作一段时间后达到一定的真空度,到达指定真空度后再泵入物料加热时要特殊注意注意真空度的变化,保持真空度在一定范围之内到达浓缩后期时首先检测浓缩液的密度,当密度到达
1.18kg/cm3表示浓缩结束,先住手加热,再关闭真空系统3产品纯度乳酸钙酸解后经过初步净化,滤除去石膏渣,其浓度达到约110g/kg摆布,工业乳酸则需浓缩至500-600g/kg摆布;药典级乳酸需达850g/kg以上第一段浓缩在较低的真空度下进行,在蒸发器内抽真空达到80kPa浓缩后可得到工业级乳酸色度浓缩是因为酸度提高后杂质产生有色物质的反应,使色度增加,因此需活性炭脱色第二次浓缩则是在第一次浓缩后,需要在较高真空度下进行,以抵消浓缩液沸点升高在30~40kPa的压力下将溶液浓缩至90%o乳酸纯化1离子交换法离子交换色谱是通过带电的溶质份子与离子交换介质中的离子进行交换以达到分离纯化目的的该法的特点是分辨率高,容易操作而且工作容量大离子交换的目的是一是为了除去乳酸钙中的钙离子,二是净化乳酸使其达到工业级乳酸的标准2操作方法将料液引入已装有732型阳离子交换树脂的交换柱内,然后再流经701型阴离子交换柱离子交换时要特殊注意时常检测流出液中的离子,不得含有Ca2+和Fe3+o3离子交换树脂的再生离子交换树脂时常要多次使用,离子交换树脂的再生就是处理使用过的树脂,使其重新具有使用性能的过程再生过程包括离子交换树脂去杂,即用大量水清洗,然后再用酸和碱处理,除去与功能基团结合的杂质,使离子交换树脂回复原有的静电吸附能力3离子交换工艺流程A.发酵液一>稀释并调pH4〜5备用一>灌注一一>732型阳离子交换柱一>水洗一一>60℃3NNaOH溶液洗脱8小时一一>701型阴离子交换柱一一>水洗一>60℃3份NaOH溶液洗脱一>高纯度B.树脂处理离子交换柱一一>水洗正反洗一一>3NHCL再生一->水洗4离子交换影响因素离子交换树脂选择有弱型和强型,虽然强型离子交换树脂可在比较大的pH范围下操作,但由于强型离子交换树脂吸附后难于解吸,普通需要较强烈的条件下,如强酸强碱等因此在实际应用中,人们会更多考虑用弱型离子交换树脂3工艺计算及设备选型主要内容
1.物料衡算1原料计算2成品、发酵醪设计条件1生产规模年产乳酸量为5000吨,纯度为80%2原料中大米含量为10%;3原料中大米淀粉含量为70%;4淀粉一一葡萄糖的转化率为110%;5发酵周期72小时;6发酵转化率为90%;7生产天数按300天计算;8糊化温度按90℃计算;9提取总收率80%;10精制总收率80%;发酵工段物料平衡计算原料中大米及裁皮的使用量1原料中大米用量G=乳酸总量+各步转化率x各步总收率大米=5000x80%式80%80%x80%x110%x80%=
8.877x1032大米中大米裁皮比例按4:1计算;原料中秋皮的用量G=
8.877x103+4=
2219.5t/年秣皮液化酶及糖化酶的用量⑴以1g大米需要10个活力单位的液化酶投入2000活力单位1g的液化酶则每天液化酶用量G=
8.87x103x106x10x70%300x2000x1000=
103.6kg/天液化悔2以1g大米需100活力单位的糖化酶,则每天糖化酶量为G=
8.87x103x106x100x70%+300x2000x1000=1036kg/天糖化的312设备计算及选型发酵罐计算1发酵罐容积发酵罐单只体积为60m3设装液系数75%o2发酵罐数目每只发酵罐生产乳酸的产量V=Vx装液系数x糖浓度x转化率x总收率x1-染菌率单=60x75%x10%x70%x110%x90%x80%x80%x1-0=
2.00吨3总发酵罐罐数年产80%的乳酸5000吨,则纯乳酸量为5000x80%=4000吨N=4000-300x2x24+72=20个取体积为60m3的发酵罐20个调浆罐计算1调浆罐容积调浆罐单只体积为6m3设装液系数75%o2调浆罐数目N=20+3xVx发酵罐装液系数+调浆罐装液系数一V-8=204-3x60x75%+75%06+8=
8.3个按9个调浆罐计算
3.2提取工段生产平衡计算发酵液量发酵周期为72小时,所以每天应处理的发酵液的量为V=20+3x60x75%=300t/天
321.2硫酸用量硫酸酸解时,每2份子乳酸会消耗1份子硫酸每天所需硫酸量为M=
22.23x98x75%+90x2=
9.07t/天s
3.213碳酸钙用量每天产80%乳酸量应为M理论=5000-300a
16.67t/天因提取和精制阶段乳酸会有损失,于是实际上每天生应产乳酸量为:M=
16.67x80%式80%x80%含
20.83t/天实际使用碳酸钙中和乳酸时,中和2份子的乳酸需要1份子CaCO.o所以每天所需碳酸钙量为M=
20.83x100+90x
271.57t/天CaTHEDESIGNOFCRAFTWHICHPRODUCE1000TONOFLACTICACIDINAYEARABSTRACTLacticacidisoneofthethreeorganicacidswhichwidelyusedintheworld.Nowthemainapproachtoproducelacticacidinclude:thetraditionalfermentationprocessandimmobilizedmicroorganismscontinuouselectrodialysisfermentationextractionfermentationmembranefermentationadsorptionfermentationjawsaccharificationandfermentationtechnologyect.thesenewprocess.MicrobialfermentationistheprocesswhichmostwidelyusedinindustrialproductiontoproduceL-lacticacid.Extractionoflacticacidproductionisrefinedveryimportantstep;someprocesseslike:calciummethodzincsaltsjonexchangesolventextractionandelectrodialysislawwhicharenormallyusedinindustrialproductionoflacticacid;ThedesignusedtheGermanLactobacillusforstrainsandriceasthemainrawmaterialswheatbranasauxiliaryrawmaterialsandthenforparallelsaccharificationandfermentationtoproducelacticacid.TheCaCO3isusedaslacticacidneutralizerandstabilizerfermentationbrothinthefermentation.Thefermentationbrothobtainedfromthefermentationmustbetreatbythesesteptobecrudelacticby:thepretreatmentofthefermentationbroth一condensethebroth一coolingcrystallizationofconcentratedwashcrystal一washthecrystal一centrifugedissolved一crystallizethecalciumlactateintocrystal一dissolveitwithwater一dissolveitwithacid一filterit一decoloritect;crudelacticacidconcentrationfromthefirstusedtheviaionexchangefirstpaththroughthe732cationexchangecolumnandthenthroughthe331anion-exchangecolumntobepurelacticacid.Accordingtotheaboveprocessduringlacticacidplantextractionplantdesignbasedontheactualproductionprocessandproductionoftheplantcantakethe
3.
2.
1.4活性炭用量活性炭按每天乳酸产量的25%计算所以活性炭用量为M=
16.67x25%=
4.16t/天活设备平衡计算及选型预热罐计算1预热罐容积预热罐单只体积为12m3设装液系数为75%2数量N=20+3x60x75%式12x75%x3+24=
4.16个按5个预热罐计算压料罐计算1压料罐容积压料罐单只体积为15m3装液系数为80%2压料罐数量第一次:N=(20+3)x60x75%+(15x80%)+8=
3.125第二次:N=(20-3)x60x75%x
1.2-(15x80%)+8=
3.75按4个压料罐计算板框压滤第一次1板框压滤机选型选板框压滤机为BMS10/635-10型;BMS10/635-10型单位面积单位时间的过滤能力为
0.0562板框压滤机数量每一个工作日所需过滤的总面积S=20X45+24X
0.056-10=
66.96m3N=
66.96+10=
6.96之7台按7台板框压滤机计算,型号为BMS10/635-10型沉降罐计算1沉降罐体积沉降罐单只体积为15m3装液系数为80%2沉降罐数量N=20+3x60x75%x
1.2+15x80%+8=
3.75工4个板框压滤第二次1板框压滤机型号同第一次板框压滤中选用的板框压滤机2板框压滤机数量第一次洗水结束后液体量为V=20+3x60X75%x
1.2=360m3每天过滤面积为360+24x
0.056-10=
26.78m2N=
26.78+10=
2.367乏3台按3台板框压滤机计算,型号为BMS10/635-10型双效塔双效塔装填系数取75%出双效塔的液体体积为V=204-3x60x75%x
8.5%+26%x3+24=
12.26m3浓缩罐单只体积为10m3数量为1个双效塔数量N=
12.26-12x75%=
1.35=2个
3.227酸解锅装填系数为75%1酸解锅总容积进入酸解锅总的的料液量为V=20+3x60x75%力2V.5%+26%=
141.23m3每天的酸解料液量为V=
141.23+75%=
188.30m32酸解锅单锅容积酸解锅单锅容积取为10m33单锅单锅数量N=
188.30+10x6+24=
4.70必5按5个酸解锅计算板框压滤第三次1板框压滤机型号同第一,第二次板框压滤中选用的板框压滤机2板框压滤机每天需过滤面积S=
188.30+24x
0.056x75%+10=
10.51m33板框压滤机数目N=
10.51+10=
1.05必2台4车间布置设计随取车间蝌车间布置设计的目的是对厂房的配置和设备的罗列作出合理的安排,并决定车间、工段的长度、宽度、高度和建造结构型式,以及各车间之间与工段之间的相互联系车间布置设计是设计中重要组成部份,车间布置的好坏直接关系到车间建成后是否符合工艺要求,能否有良好的工作条件,使生产正常、安全地进行,设备的维护检修方面可行以及对建设投资、经济效益等都有很大影响所以在进行车间布置前必须掌握有关生产、安全、卫生等资料,在布置时要做到深思熟虑,子细推敲,以取得一个最佳方案车间布置以工业为主导,并在其它专业如总图、土建、设备安装、电力、暖风、外管等密切配合下完成
4.1设计依据这次设计的课题是年产4000吨乳酸工厂提取车间,以下列资料为设计依据1生产工艺流程图2物料衡算数据及物料性质3设备资料,包括外型尺寸、分量、支撑型式等4公用系统耗用量,耗冷,耗水、耗电等5土建资料和劳动安全、防火防爆等6车间组织及定员资料7厂区总平面布置,包括车间与车间、辅助车间、生活设施等8有关布置方面的规范资料
4.2车间布置厂房平面布置车间布置设计原则1车间布置应符合生产工艺的要求车间设备不知必须按流程的流向顺序挨次进行设备的罗列,按顺序进行加工处理2车间布置应符合生产操作的要求设备布置应考虑为操作工人能管理多台设备提供操作条件,设备布置不宜过松或者过紧3设备布置应符合设备安装,检修的要求应根据设备的大小及结构考虑设备安装、检修及拆卸所需的空间4车间布置应符合厂房建造的要求同时要考虑车间的发展和扩建以及要考虑建厂地区的气候、地理、水文等条件取车间财5车间所采取的劳动保护、防腐措施是否符合要求6车间布置应符合节约建设和投资的要求车间平面布置整个厂采用T型,而提取车间和精制车间采用长方形布置,其宽度为
10.7米,这个有利于设备罗列、易于安排交通及出入口车间立面布置因设备定位后最高也仅
7.9米摆布,所以采用单层布置,墙壁高取9米设备布置设备定位,除根绝设计计算所得设备装配图定位外,对满住生产工艺有如下要求1在布置设备时一定要满住工艺流程顺序,要保证水平方向和垂直方向的连续性;2凡属相同的几套设备或者同类型设备或者操作性质相似的设备尽可能地布置在一起,这样可以统一管理,集中操作,还可以减少备用设备或者互为备用;3设备布置时除了要考虑设备本身所占有的地位外,必须有足够的操作、进行及检修需要的位置;4要考虑相同设备或者相似设备呼叫使用的可能性,设备罗列要整齐,避免过松过紧;5要尽可能的缩短设备间的管线;6车间内要留有堆放原料、成品和包装材料的空地能堆放一批或者一天的量以及必要的运输通道,尽可能的避免固体物料的交叉运输;7传动设备要安装安全防护装置的位置;8要考虑物料特性对防火、防毒及控制噪音要求,譬如对噪音大的设备宜采用封闭式阁间等结论目前乳酸作为一种在食品、医药、轻型化工、农业等各个领域广泛应用的有第19页共23页机酸,在国内外越来越受到更多的注意对其及其衍生物的开辟力度也在加强,其主要的研发方向为高品质,高收率,同时也要尽可能降低成本,并且保证无污染芬兰的Link首先应用固定化细胞技术来进行乳酸发酵生产、如德氏乳杆菌用海藻酸钙爆麦后,再在循环分批反应塔内进行葡萄糖发酵,停留8小时后乳酸产率达到95%;产品为L-乳酸上世纪80年代初,乳酸的总需求量为40kt/a到1994年已经突破120kt/a欧洲的PURAC公司为世界上最大的乳酸发酵生产公司,生产能力为40ktT/a其他较大的公司还有美国的Monsanto公司、荷兰的CCA生化公司、日本的武藏野是亚洲最大的乳酸生产公司目前制约乳酸及其聚合物应用的重要因素仍在其成本较高,因此通过设计合理的乳酸提取工艺可以降低乳酸生产成本,对乳酸生产普及应用及现代社会的可持续发展具有重大的意义本次设计为年产5000吨乳酸工厂提取车间设计,采用如下设计指标1发酵工艺传统的微生物发酵法;2提取工艺钙盐法粗提取以及离子交换法精制;3总工艺流程原料一一调浆罐一一液化罐一一发酵罐一一预热罐一一第一次板框过滤一一沉降罐一一第二次板框过滤一一浓缩罐一一酸解罐一一第三次板框过滤一一浓缩一一脱色一一离子交换柱一一脱色一一浓缩一一成品4主要原料及用量大米
8.87x103吨/年;款皮2219吨/年;液化酶
103.6kg/天;糖化酶1036kg/天CaCOq
11.27吨/天硫酸
9.07吨/天活性炭
4.16吨/天5主要设备数量及规格型号:工艺流程图、设备装配图以及工厂平面图见附图参考文献
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449452.^^5000-嚼optimalextractionprocesslacticacidproductionandbalanceequipmentbalanceandenergybalancecalculationsselecttheappropriateproductionequipmentrationaldistributionofthedesignproductionandoperationalreliabilityconvenienceandmeetproductionrequirementsreducecostsandultimatelymaximizeproductionefficiencyanddesigntheprocessflowdiagramanddevicestructureandlayoutaswellasthewholefactoryfloorplan.Keywords fermentationprocess;theworkshopforextractedlactate;thefactorydesign绪论1孚L酸的嬲1乳酸的理化性质1112乳酸的工业生产2乳酸的用途及功能2乳酸的质量检验与储存3乳酸的发酵方法32生产工艺5发酵工艺6发酵工艺流程及特点6发酵工艺操作要点及注意事项7提取精制工艺8221提取工艺流程及特点8222提取工艺条件8提取注意事项以及工艺操作要点93工艺计算及设备选型12发酵工段13物料平衡计算13设备计算及选型1332提耳江段14生产平衡计算14设备平彳期计算及选型154车间布置设计17设计依据18车间布置(厂房平面布置)18车间布置设计原则18车间平面布置19车间立面布置19设备布置19结论19参考文献22致谢错误!未定义书签附件一附件二1绪论作为被世界使用最广泛的有机酸之一的乳酸,它在医药、食品等轻化工领域应用甚多,环保领域尤其突出目前在所有的工业化生产乳酸方法中,我国主要采用的方法是微生物发酵法,还对米根霉深层发酵产L-乳酸的研究工作,在生产、转化率、发酵周期等方面达到了国际水平,并建成为了千吨以上规模的L-乳酸生产数十家但目前乳酸的普及应用人有较大的瓶颈,特别是在乳酸提取精制方面,乳酸的提取精制占到了乳酸生产成本的一半以上,因此,以最低成本提取最优质的乳酸新技术是目前亟待解决的问题,近年来,不少国家在研究提取乳酸方面提出了新的方法,主要有乳酸锌提取技术,离子交换法提取技术,电渗析发提取技术等在设计乳酸提取车间工厂时根据生产工艺极其产能的实际情况,选用合适的生产设备和最优的生产工艺,对工厂进行合理布局,在达到生产要求的基础上降低生产成本,从而实现效益的最大化乳酸的概况乳酸的理化性质乳酸份子中有一个不对称硫原子,因此有旋光性L-乳酸为左旋性,D-乳酸为右旋性.份子量
90.08结构式表示如下D1-乳酸L+-乳酸图1乳酸的结构式表1乳酸的理化性质乳酸与水的互溶性很强,非常不容易从水中结晶出来但是当浓溶液达到60%以上时,就会具有很强的吸湿性基于此原理,商品乳酸几乎都是60%的溶液其中食品级乳酸含量为80%以上,药典级多为85%-90%o通过在67-133Pa的真空环境下反复进行分储,便可获得纯品乳酸结晶乳酸的工业生产乳酸是一种广泛存在于自然界的羟基竣酸1881年Avery在美国马萨诸塞州进行乳酸生产性试验获得成功,1895年德国的Ingelhein建立了第一家乳酸生产工厂,此技术随后传至欧洲其他国家1963年美国Monsanto公司在美国德克萨斯建立了第一家乳酸化学合成工厂,便浮现了化学合成法生产乳酸世界每年生产乳酸超过20万吨,实际消耗量超过15万吨我国2004年乳酸产量约
4.5万吨摆布,2005年达到10万吨,成为世界上第一的乳酸生产大国我国主要采用传统的微生物发酵法生产,产品有DL-乳酸,L-乳酸我国比较大的乳酸生产厂家主要有安徽丰原格拉特乳酸有限公司,河南金丹乳酸有限公司,湖北广水民族化工有限公司等乳酸的用途及功能乳酸及其盐类和衍生物在医疗、农业和许多工业部门都有广泛的用途乳酸不仅对人畜无害,而且有杀菌作用,可以用作手术室、病房、实验室、车间等场所的喷雾杀菌由于其酸性稳定,因此被广泛用在食品工业中作为酸味剂和防腐剂以保存食品的滋味还可用于蔬菜和鱼肉的加工和保存在卷烟工业中,它用于提高烟草的品质,保持烟草湿度由于乳酸可以通过将钙转化成可溶性钙盐,让皮革变得柔软不粗糙,所以乳酸常被用于制革工业脱石灰,从而创造出高级的皮革,使触感柔柔软发酵工业上调节发酵液酸度也常用乳酸乳酸盐、乳酸衍生物和聚合物的种类不下几千种,其用途之广是难以细述的乳酸钠、乳酸铁、乳酸铜、乳酸钙可以补充金属元素,以弥补某些东西金属元素的不足乳酸镂则可以作为反刍动物饲料的添加剂,从而把非蛋白氮转化为蛋白质供人类食用乳酸乙酯是名酒香味的主要成份之一乳酸丁酯能使硝酸纤维素、虫胶、色素等溶解世界上约有1/4的乳酸用来生产硬脂酰乳脂酸它的钙盐,硬脂酰乳脂酸钙CSL可以和面包团中的谷蛋白结合,于是被用作面团的改良剂它也可以与面粉中的淀粉作用,是面包质地柔软硬脂酰乳脂酸钠SSL具有类似的作用,此外他们还可以作为乳化剂两者都可以延长面包的保存期用聚乳酸制作而成的生物塑料可以用于制作手术缝合线,它能将伤口愈合,并分解被人体吸收,无需拆线甚至有人猜测可以用它来作生物植片,已修复骨折或者其他机体损伤乳酸的质量检验与储存通过乳酸的用途和需求不同的划分,它包括食品添加剂级、药典级和工业级三种,食品添加剂标和药典级的标准是乳酸必须是由糖质或者淀粉原料通过微生物发酵制成,检验乳酸质量首先要观察其外观,要求为无色或者黄色、澄清、粘性液体然后还要检验以下指标
1、Fe2+含量
2、SO;含量
3、易碳化物4乳酸含量、5a含量、6碑含量、7重金属以Pb计含量、8Ca2+含量、9灼烧含量乳酸制作成乳酸钙一定要符合药品卫生标准的规定,即每克乳酸钙中含有的细菌数量不能够超过1000个,霉菌数量不能够超过100个,并且不含有大肠杆菌乳酸制品的存储主要是运输环节和销售环节,在这两个环节下必须保证乳酸制品处于冷藏的环境,否则乳酸中的活性菌在很短的时间里面会大量死亡,更有甚者会因为它的变质而造成危害因此重视乳酸的储存有极其重大的意义乳酸的发酵方法创造乳酸的原料国外常用玉米淀粉糖、糖蜜或者乳清,而国内常用大米或者薯干作为碳源乳酸发酵原料包括葡萄糖、玉米淀粉、马铃薯淀粉、菊芋,使用淀粉类原料时需先用酸或者酶水解保加利亚乳酸菌、干酪乳杆菌能同化乳糖,这些菌种能以乳清作为原料生产乳酸但乳清含有大量的盐类杂质,会影响乳酸的提取糖蜜是乳酸发酵的重要原料之一但糖蜜原料杂质多,发酵乳酸需要用溶剂年产50Q0吨乳酸工厂提取车间设计抽提,才干制备出纯净的乳酸如果先用活性炭处理糖蜜或者用其他方法纯化糖蜜则能减轻产品提取阶段的负荷纤维素经纤维素酶水解后也可作为乳酸发酵原料除培养基碳源、氮源、PH等条件显著影响乳酸发酵外,许多化学因子能促进或者抑制乳酸发酵近年来还发现咖啡因、NaF、还原型谷胱甘肽对乳酸发酵有促进作用,而樟脑使乳杆菌细胞体积增加,但抑制产酸乳杆菌虽是一种微好氧菌,但乳酸的生物合成过程不需供氧,不需要连续搅拌与通气乳酸发酵罐普通配有搅拌或者通气装置作用间隙搅拌或者通气,防止CaC03沉淀乳酸发酵过程中产生的C02也有一定的搅拌作用乳酸发酵事宜的PH值为
5.5~
6.0在PH5时发酵被抑制为此预先在培养基中加入灭过菌的CaC03或者在发酵过程中间加CaC03或者NaOH中和名称数量单位规格型号发酵罐20个60m3调浆罐9个6n13预热罐5个121n3压料罐4个15nl3沉降罐4个15nl3浓缩罐2个10m3酸解锅5个10m3板框压滤机7台型号BMS10/635-10构型熔点/℃比旋光度[a]20解离常数(25C)熔化热KJ/molL25-26+
3.3°
1.37X
10416.87D25-26-
3.3°
1.37X
10416.87LD
1801.37X10-
411.35。