年产5000吨乳酸工厂提取车间设计

每年生产5000吨乳酸工厂的工厂设计乳酸是世界上广泛应用的三大有机酸之一，目前生产乳酸的方法有传统的发酵工艺和固定化微生物法、电透析连续发酵法、提取发酵法、膜法发酵法、吸附发酵法、同步糖化发酵法等新工艺，工业生产中多采用微生物发酵法生产L-乳酸。 乳酸的提取纯化是乳酸生产中非常重要的一步，工业生产中常用的乳酸提取工艺主要包括钙盐法、锌盐法、离子交换法、溶剂提取法和电透析法等。 本设计以德式乳杆菌为菌种，米为主要原料，麸质为辅助原料，糖化发酵同时生产乳酸。 发酵时添加乳酸中和剂和作为发酵液稳定剂的CaCO3，得到的发酵液在前处理浓缩冷却结晶晶析离心分离乳酸钙结晶晶析酸分解过滤脱色等一系列工序中得到粗乳酸，粗乳酸浓缩后，通过离子交换法(通过732阳离子交换柱，通过331阴离子交换柱)纯根据以上工艺流程进行乳酸厂工厂设计时，应根据工厂实际生产流程和生产能力采用最佳提取工艺，通过乳酸生产平衡、设备平衡和能源平衡等计算，选择相应的生产设备，合理配置设计，使生产作业的可靠性、便利性达到生产要求， 设计了降低成本、最终最大化生产效益、合理的工艺流程图、设备结构和布局图以及整个工厂的平面布局图。关键词：发酵工艺乳酸提取厂设计目录1绪论11.1乳酸概况11.1.1乳酸的理化性质11.1.2乳酸的工业生产21.1.3乳酸的用途和功能21.1.4乳酸的质量检测和贮藏31.2乳酸发酵方法32生产工序52.1发酵工艺62.1.1发酵工艺流程及特点62.1.3发酵工艺的操作要点和注意事项72.2萃取纯化工艺82.2.1提取工艺流程和特点82.2.2提取工艺条件82.2.3注意事项和过程操作点的提取8三过程计算和设备选型113.1发酵工序113.1.1物料平衡计算113.1.2设备的计算和选型123.2提取工序123.2.1生产平衡计算123.2.2设备平衡的计算与选型134现场布置设计154.1设计依据164.2现场布置(现场平面布置) 164.2.1现场布置设计原则164.2.2现场的平面布置174.2.3现场立面布置174.2.4设备配置17结论171引言作为世界上应用最广泛的有机酸之一的乳酸，在医药、食品等轻化学工业领域应用较多，环境保护领域尤为突出。 目前，在所有的工业乳酸生产方法中，我国采用微生物发酵法，对米根霉深层发酵生产的L-乳酸的研究，在生产、转化率、发酵周期等方面都达到了国际水平，建立了数十家千吨以上规模的L-乳酸生产公司。 但目前乳酸普及应用者存在很大的瓶颈，特别是在乳酸的提取纯化中，乳酸的提取纯化占乳酸生产成本的一半以上，因此最低成本提取最优质乳酸的新技术是目前亟待解决的问题，近年来许多国家研究了乳酸的提取方法，主要有乳酸锌提取技术、离子交换法提取技术、电透析提取技术等在设计乳酸提取厂的工厂时，要根据生产技术极其生产能力的实际情况，选择合适的生产设备和最佳的生产技术，合理配置工厂，在达到生产要求的基础上降低生产成本，实现利润最大化。1.1乳酸概况1.1.1乳酸的理化性质乳酸分子有非对称硫原子，因此具有旋光性。 L-乳酸向左转，D-乳酸向右转，分子量为90.08。 结构公式如下所示D(-)-乳酸L()-乳酸图1乳酸的结构式表1乳酸的理化性质布局熔点/比旋转光度D20解离常数量(25)熔化热/(KJ/mol )l25-26战斗机3.31.3710-416.87d.d25-26战斗机3.31.3710-416.87LD1801.3710-411.35乳酸与水的相互溶解性强，不易从水中结晶化。 但浓溶液达到60%以上时，具有较强的吸湿性。 根据这个原理，商品的乳酸几乎是60%的溶液。 其中食品级乳酸含量在80%以上，药典级多为85%-90%。 在67-133Pa的真空环境下反复分馏，可以得到纯品乳酸结晶。1.1.2乳酸的工业生产乳酸是广泛存在于自然界的羟基羧酸。 1881年，Avery在美国马萨诸塞州成功地进行了乳酸生产性试验，1895年德国elhein成立了第一家乳酸生产工厂，该技术传到欧洲其他国家。 1963年美国Monsanto公司在美国德克萨斯设立了第一家乳酸化学合成工厂，用化学合成法生产乳酸。世界每年生产乳酸20万吨以上，实际消费量超过15万吨。 我国2004年乳酸产量约4.5万吨，2005年达到10万吨，成为世界第一的乳酸生产大国。 我国主要以传统微生物发酵法生产，产品为DL-乳酸、L-乳酸。 我国较大的乳酸厂家有安徽丰原乳酸有限公司、河南金丹乳酸有限公司、湖北广水民族化工有限公司等。1.1.3乳酸的用途和功能乳酸及其盐类和衍生物在医疗、农业和许多工业部门有着广泛的应用。 乳酸不仅对人畜无害，而且具有杀菌作用，可在手术室、病房、实验室、工厂等场所用于喷雾杀菌。 由于酸性稳定，在食品工业中作为酸味剂和防腐剂被广泛用于保存食品的味道。 也可用于蔬菜和鱼的加工和保存。 在烟草工业中，被用来提高烟草的品质，保持烟草的湿度。 乳酸通过将钙变成可溶性钙盐，使皮革柔软而不粗糙，常用于制革工业脱钙，制成高级皮革，使触感柔软。 在发酵工业中调节发酵液的酸度也经常使用乳酸。乳酸盐、乳酸衍生物、聚合物的种类不足数千种，其用途广度难以详细阐述。 乳酸钠、乳酸铁、乳酸铜、乳酸钙可以补充金属元素，弥补某些金属元素的不足。 乳酸铵作为反刍动物饲料的添加剂，可以将非蛋白氮转化为蛋白质供人食用。 乳酸乙酯是名酒香气的主要成分之一。 乳酸丁酯能溶解硝酸纤维素、紫胶、色素等。 世界上约1/4的乳酸被用于硬脂酰乳酸的生产。 其钙盐、硬脂酰乳酸钙(CSL )可与面包中的面筋结合，因此用作面团的改良剂。 也能起到面粉淀粉的作用，面包的质量很软。 硬脂酰乳酸钠(SSL )具有同样的作用，也可作为乳化剂使用。 两者都可以延长面包的保存期。聚乳酸制备的生物塑料可用于手术缝合线的制作，不必将伤口愈合、分解后被人体吸收、拔丝。 并且，推测将其作为生物膜使用，修复了骨折和其他机体的损伤。1.1.4乳酸的质量检测与贮藏根据乳酸的用途和需求的不同，包括食品添加剂水平、药方水平和工业水平3种，食品添加剂水平和药方水平的标准，乳酸必须由糖质和淀粉原料通过微生物发酵制成，检测乳酸的质量必须首先观察外观，要求无色、黄色、澄清、粘性液体。 然后，验证以下指标： (1)Fe2含量(2)含量(3)易碳化物(4)乳酸含量(5)Cl-含量(6)砷含量(7)重金属(Pb换算)含量(8)Ca2含量(9)烧结含量. 由乳酸制备乳酸钙，必须符合药品卫生标准的规定，1克乳酸钙中含有的细菌数量不得超过1000个，霉菌数量不得超过100个，也不含大肠杆菌。乳酸产品的贮藏主要在运输和销售阶段，必须保证这两个阶段乳酸产品处于冷藏环境。 否则，乳酸中的活性菌会在短时间内大量死亡，并可能因其变质而受到危害。 因此，重视乳酸的贮藏具有极其重要的意义。1.2乳酸发酵方法制造乳酸的原料在国外经常使用玉米淀粉、糖蜜和乳清，在国内大米和薯的干燥是碳源。乳酸发酵原料包括葡萄糖、玉米淀粉、马铃薯淀粉和菊芋，使用淀粉类原料需要用酸和酶水解。保加利亚的乳酸菌、乳酪乳杆菌可以同化乳糖，这些菌种可以以乳清为原料生产乳酸。 但乳清含有大量盐类杂质，影响乳酸的提取。糖蜜是乳酸发酵的重要原料之一。 但是糖蜜原料的杂质很多，发酵乳酸为了制作纯乳酸需要用溶剂萃取。 用活性炭处理糖蜜，用其他方法精制糖蜜，可以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使用。培养基碳源、氮源、PH等条件对乳酸发酵有显着影响，许多化学因子还能促进或抑制乳酸发酵。 近年来，咖啡因、NaF、还原型谷胱甘肽对乳酸发酵有促进作用，樟脑增加了乳杆菌细胞的体积，但抑制了产酸。乳杆菌虽然是微好氧菌，但乳酸的生物合成过程中无需供氧，无需连续搅拌和通气。 乳酸发酵槽一般具有搅拌或通气装置作用的间隙搅拌或通气，防止CaCO3沉淀。 乳酸发酵过程中产生的CO2也有一定的搅拌作用。乳酸发酵的PH值为5.56.0，PH值为5时发酵受到抑制。 因此，在培养基中加入预先灭菌的CaCO3，或者在发酵过程中加入CaCO3和NaOH进行中和。二生产技术本次生产工艺以米和面筋为原料，直接粉碎、调和、液化，进行好氧液体深层发酵，采用钙盐法提取，最后结晶、干燥得到乳酸。乳酸生产工艺的流程如下：原料(辅助材料)浆料调整液化烘箱预热箱板框过滤沉降箱板框过滤浓缩酸分解板框过滤浓缩脱色离子交换脱色浓缩产品本次生产技术的基本过程是，收到糖浆后，根据糖浆的组成进行适当的处理和调配，调配发酵原料，连续杀菌冷却后，进入发酵槽，加入菌种净化压缩空气后，进行发酵的发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐， 用CaCO3进行中和处理过滤洗涤，得到乳酸钙固体，放入酸分解罐中，加入H2SO4酸分解，加入活性炭脱色后，用带式过滤机过滤，酸分解过滤，除去了CaSO4和废炭酸分解过滤液在离子交换处理后蒸发、浓缩，结晶化，结晶化后，用离心分离机固液分离，得到图乳酸的生产工艺乳酸生产工艺流程图乳酸钙厂包装结晶水罐粉碎离心脱水粉碎干燥填充破碎溶出结晶发酵中继罐挖铁锹母液回收静止晶体滤板框架后三效蒸腾调动工作岗位纯水盐酸板框过滤器带滤镜酸解开前三效蒸腾二次隔离脱色板框脱色硫酸钙、活性炭氢氧化钠活性炭活性炭成品的调配刮板浓缩离子交换板框过滤器脱色糖化厂葡萄糖浆发酵液温度： 37或5152.5； 发酵液PH:6.06.5转速： 2729转/min原料消灭细菌发酵厂无机盐、酵母、生物素种子逐步扩大培养发酵氢氧化钙絮凝物聚丙烯酰胺硫酸离子交换流量：45t/h、压力0.20.22Mpa图例：流程的主流程辅助材料添加过程废物处理自然结晶法2.1发酵工艺2.1.1发酵工艺流程及特点2.1.1.1发酵工艺流程：原料调合蒸煮糊化定溶糖化发酵(同时进行)2.1.1.2发酵技术特点：是以无机酸或有机酸为催化剂，在高压高温下水解淀粉的方法。 其主要优点是设备体积小，时间段、设备生产能力大。 并行发酵工艺是同时进行发酵和糖化的发酵工艺。 这是日本科学家基于清酒发酵(清酒发酵)也是并行发酵的原理发明的发酵方法。 其最大的要点是不需要先提取淀粉和砂糖，因此可以减少设备投资。 乳酸发酵温度(50C )接近糖化酶的最佳温度(55C60C )，因此并行发酵工艺适合乳酸发酵。 根据实际生产中的经验，并行发酵技术对杂菌的染色机会极少，可以在不担心杂菌污染的情况下开放发酵容器。2.1.2发酵工艺条件2.1.2.1原料以米为主原料，米不必粉碎，但首先糊化。 糊化在糊化罐内进行。 将以麸质为辅助原料的米、麸质和水以4333635305的比例装入罐中糊化。2.1.2.2菌种发酵法生产乳酸的主要菌种是乳酸杆菌，生产中常用的是德性乳酸杆菌和保加利亚乳酸杆菌。 国内外菌种保存机构收藏的有德性乳杆菌ATCC 9649、米根霉菌ATCC 9363、乳杆菌ATCC 1143。 我国大连科学研究所m87、M300、m01、兰州工业试验，江苏省微生物研究所等设施收藏根霉菌。本设计发酵法采用乳杆菌(lactobacterisdelbruleckii )作为菌种(1)分类：大小2.0-9.00.50.8um，真菌目，乳杆菌科，乳杆菌属，细胞棒状。 单链或短链，革兰阳性，不运动。 德国乳酸杆菌是由淀粉糖制备乳酸的主要生产菌，可通过蔗糖、麦芽糖、果糖等碳源发酵产生乳酸。 最佳生长温度45C。 对德氏乳杆菌有显着促进作用的物质有天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酸、维生素B2、烟酸、叶酸。 具有明显抑制作用的物质有维生素B1、苯胺绿、苯胺蓝、甲基橙等。(2)种菌扩大培养：将种子培养基放入种子罐。 种子罐体积为发酵罐的1/131/12，其体积填充系数为80%，罐液约10000L。 种子的培养基与发酵的培养基相同。葡萄糖150、麦根3.75、(NH4)2HPO4 2.5、CaCO3 100(上述单位均为g/l )2.1.3发酵工艺操作要点及注意事项