产1000吨丙酮酸工厂发酵车间工艺设计毕业设计_论文_开题报告.doc

天津科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告 学 院 生物工程学院 专 业 2011生物工程（生物化工） 题 目 年产1000吨丙酮酸工厂发酵车间工艺设计 姓 名 李晶晶 指导教师（签名） 年月日拟选题目年产1000吨丙酮酸工厂发酵车间工艺设计选题依据及研究意义丙酮酸(pyruvic acid)又称2-氧代丙酸(2-oxo-propanic acid)、-酮基丙酸（-ketopropionic acid）或乙酰基甲酸（Acetylformic acid）。它作为一种重要的有机中间产物1，同时含有羰基和羧基，属-酮酸，活性强，可以参与很多类型的化学反应，可广泛应用于化工、制药和农药等工业及科研等领域。在医药工业方面，丙酮酸是非常重要的中间产物，可用于生产如消炎镇痛药辛可芬、抗结核药异烟肼丙酮酸钙、激素诺孕烯酮、解热药2-苯基喹啉-4-羧酸，合成维生素B等2。丙酮酸还是合成-羰基苯丁酸和丙酮酸钙的重要原料，-羰基苯丁酸是合成血管紧张素转换酶(ACE)抑制剂的重要中间产物3，丙酮酸钙在减肥方面有很好的效果，因为它可以加速人体内脂肪酸的代谢；在农用化学品中，利用丙酮酸反应强的特点，可以合成杂环化合物，并可以进一步合成新种类杀菌剂和除草剂。另外丙酮酸在生物技术方面很有发展前景，在工业上是主要用来通过已知方法（酶法）合成多种有用化合物的前体，如L-色氨酸，L-酪氨酸和丙氨酸，以及L-多巴以及生化试剂和细胞培养等。丙酮酸是生物体代谢过程中承上启下的关键中间产物，为糖酵解途径的产物，同时它为EMP途径和TCA循环提供原料，它可经多种途径生产甲酸、乙酸、苹果酸、琥珀酸、草酸乙酸和丙氨酸等物质4，并且为生物的各项生命活动提供所需的能量。由于丙酮酸广泛用于医药，农药，化学和食品行业，所以它的市场需求不断增大（Yonehara 和Miyata 1994年a）5。作为一种用途广泛的化工产品，沿用Howardand Fraser(1932)开发的酒石酸脱水脱羧法生产丙酮酸早已实现了工业化，年生产能力约1000吨。该工艺非常简单：即将酒石酸与硫酸氢钾混合物在220下蒸馏，馏出物再经真空精馏便可得到丙酮酸；其缺点是环境污染比较严重，丙酮酸产率较低、原料消耗量较大，直接导致了丙酮酸的市场价格昂贵，限制了丙酮酸的广泛应用。发酵法生产丙酮酸，无论在成本效益和产品较高的纯度方面都有优点。但却没有实现工业化，若我国发酵法生产丙酮酸满足国内市场需要，便可为国家节约大量外汇，其具有明显的社会效益。因此，研究年产1000吨丙酮酸的发酵车间工艺设计是有一定意义的。文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）国内丙酮酸及其盐、酯的主要生产厂家有近10家企业，年生产能力只有约1000吨，而且大部分企业采用落后的酒石酸合成技术，在采用发酵法生产丙酮酸方面，目前我国只有江苏常州常茂生物化工有限公司采用中试设备在进行少量生产，没有形成发酵法生产丙酮酸的工业化。由于发酵法生产丙酮酸的生产工艺与其他有机酸和氨基酸类似，因此，有机酸和氦基酸厂对设备进行适当改造即可投入生产，设备投资很小。按丙酮酸产量5%、糖酸转化率40%、提取总收率80%进行经济核算，每吨丙酮酸的生产成本（原料、水、电、汽、人工）为4.5万5.5万元。一个年产250吨的丙酮酸发酵车间，每年销售收入可达2500万元，经济效益非常显著。、国内外丙酮酸生产研究现状国内状况：中国丙酮酸的合成技术进步很快，尤其是江南大学的葡萄糖发酵法技术和复旦大学的乳酸乙酯空气氧化法技术均已达到国际先进水平。丙酮酸类商品生产成本低，产品质量好，在国际市场上极具竞争力。中国已经加入WTO，这必将促进国内医药中间体产品的出口，因此应大力发展出口形势看好的丙酮酸。有条件的企业，可以采用先进技术开发生产系列化丙酮酸产品，做到产品系列化、精细化，同时加大下游产品的研究开发，必能获得丰厚的收益。7我国丙酮酸生产企业有十几家，如浙江省台州兴业化工厂，产品包括酸、各酯类和盐类，杭州金田化工公司产品包括酸、钙盐等浙江省湖州菱湖振兴助剂厂、湖州大中化工厂、建湖东风化工厂等。另外葛店化工厂、石家庄药厂生产丙酮酸乙酯。最近上海组建了太阳神复旦新技术发展公司，以发展丙酮酸系列产品为主业。据估计国内现有丙酮酸及其盐类和酯类的生产能力达1000吨以上。国内丙酮酸生产一直沿用酒石酸和焦硫酸甲混合加热，酒石酸脱水脱羧生成丙酮酸：但是该法污染严重，生产成本高，缺乏竞争性。近年国内已成功开发丙酮酸新的生产工艺，有两条路线，一种是复旦大学乳酸乙酯空气氧化法，该法是上海太阳神复旦新技术发展公司采用B2型催化剂，它优于国外铜等金属氧化物，转化率可高达100%，产率达60%，产品纯度可达98%以上。另一种是江南大学葡萄糖发酵法。该法在选用高产菌株的基础上对发酵条件进行优化，其产酸率达7.7%，葡萄糖转化率为70%，已达到国外先进水平。并且在综合国内外丙酮酸提取研究的基础上，自主开发了萃取法提取发酵液中丙酮酸的技术专利。当前此法尚未实现工业化，但它具有环境污染少、产品质量高等优点、是一条极具发展前景的工艺路线。国外状况：国外丙酮酸的生产主要是集中在日本，共有两家公司从事生产，其一是武藤野化学研究所，以乳酸乙酯为原料经氧化法生产，另一是东丽化工业公司，用发酵法生产。两家总生产能力达650吨，其中发酵法约为150吨。2、丙酮酸市场需求广泛丙酮酸作为一种新型医药、农药和日化中间产物，近年来国内外市场需求增长极其迅速，价格居高不下。目前我国丙酮酸系列产品主要是以出口为主。随着人民生活水平的提高，丙酮酸系列产品在国内的需求会越来越大，尤其作为减肥原料发展很有前途。另外，在其它医药方面需求也比较强劲。而且随着工艺技术的不断完善，生产成本下降空间较大，因此丙酮酸发展前景十分广阔。丙酮酸类商品生产成本低，产品质量好，在国际市场上也有一定的竞争力。 研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）研究方法1、研究发酵法生产丙酮酸的工艺及设计方案的确定1、 发酵生产工艺流程设计2、 发酵生产工艺的物料衡算及热量衡算3、 发酵车间以及控制的工艺流程图设计及设备布置图设计4、 丙酮酸发酵罐的设计及选型研究方法丙酮酸报告依托多年对丙酮酸行业的研究，结合丙酮酸行业历年供需关系变化规律，立足国内市场，兼顾全球市场环境，对丙酮酸行业内企业群体进行了 深入的调查与研究。同时，报告也针对丙酮酸行业及其上下游行业的特点，从不同角度切入行业，为丙酮酸行业企业提供了强大的数据支持与专级的市场导向。并为企业制定发展战略、进行投资决策和企业经营管理提供权威、充分、可靠的决考。报告侧重官方统计数据，采用定量及定性的科学研究方法撰写而成。水电气的计算1、液化热平衡计算2、发酵过程中的蒸汽量的计算3、发酵过程中的冷却水耗量计算4、发酵过程中的无菌空气耗用量的计算5月 车间布置设计最后结论、修改和完善主要参阅文献1B. Cooper. Preparation of Pyruvic Acid. US, patent 4900668. 1990.2沈冬钱.代谢工程大肠杆菌积累丙酮酸的研究D.杭州：浙江大学，2014.3V. Slavinskaa, D. Silea, E. Korchagovaa, M. Katkevicha and E. Lukevicsa. New Way for Preparation of 4-Phenyl-2-Oxobutyric Acid Ethyl Ester. Synthetic Communications: An International Journal for Rapid Communication of Synthetic Organic Chemistry, 1996,26(11): 2229一233.4马翠卿.生物催化法生产丙酮酸(盐)的研究D.济南:山东大学，2003.5Li Y;Chen J ; Lun S Y.Biotechnological production of pyruvic acidJ.Appl Microbiol Biotechnol ,2001, 57:4514595 华工.发酵工程与设备M.北京:轻工业出版社,1981:3338.6 赵国方.化工工艺设计概论M.上海:原子能出版社,1990:2330.7 周本省.工业水处理技术M.北京:化学工业出版社,2002:1318.8 丁浩.化工工艺设计M上海:上海科学技术出版社,1989:1232.9 冯敏.工业水处理技术M.北京:化学工业出版社,1992:123132.10 夏喜英.锅炉与锅炉房设备M.黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2003:1115.11 魏恩宗.锅炉与供热M.北京:机械工业出版社,2003:1617.12陈树辉.化工厂系统设计M.北京:化学工业出版社,2004:810.13 于信令.工业手册M.北京:中国轻工业出版社,1995:6870.14郁永章.制冷与热泵M.北京:化学工业出版社,1999: 118120.15 陈坚.发酵过程优化原理与实践M.化学工业出版社,1999:168170.16 吴思方.生物工程工厂设计概论M.中国轻工业出版社,2008:41-166.17QIANGH, KAZUYUKI .Effect of dissolved oxygen concentration on pyruvate fermentationJ .Biotechnology, 1999 :135147.18 VARMASD, Protective effect of pyruvate J .Biochemistry, 2003:246523.19 LIY, HUGENHOLTZ J, CHEN J, Enhancement of pyruvate producti