年产3000吨乳酸的生产车间工艺设计说明书

1、中北人学2013届毕业设计说明书年产3000吨乳酸的生产车间工艺设计摘 要目前乳酸是世界上应用广泛的三大有机酸之一。本设计综述了国内外乳酸的生产 工艺及其发展前景。在对各种乳酸生产工艺进行了详细比较后，选择了糖化发酵的生产 工艺。通过物料衡算、热量衡算、主体设备设计、辅助设备选型以及车间布置，完成了， 绘制了主体设备图、工艺流程图及车间布置图等，并对整个工艺方案进行了经济、环保 和安全评价，表明该工艺设计经济合理。关键词：乳杆菌，大米和鉄皮，糖化发酵法，工艺设计中北人学2013届毕业设计说明书The annual output of 3000 tons of lactic acid produ

2、ction workshop process designAbstract Lactic acid is one of the tluee organic acids which is widely used m the world. This design reviewed the pioduction teclmologv of lactic acid and its prospects for development both at home and abroad were. In production teclmology for a variety of lactic acid af

3、ter detailed compaiison, I chose the diastatic fennentation production process. Tluough the mateiial balance, heat balance, main equipment design, selection of auxiliary equipment and layout of the plant, Pm done the annual output of 3000 tons of lactic acid production workshop process design map th

4、e main equipment and process flow diagiam and workshop layout, etc., and probes into the whole process of economic, enviionmental and safety evaluation, which shows that its an economic and reasonable process design.Keywords: lactobacillus, rice and bran, diastatic fennentation, process design中北犬学20

5、13届毕业设计说明书1绪论11.1乳酸的概况11.1.1乳酸的性质和用途11.1.2乳酸的质量检验与储存21.2乳酸的生产技术31.2.1发酵法31.2.2化学合成法31.2.3乳酸生产新技术41.2.4乳酸的提取和精制技术52 生产工艺72.1 发酵工艺7 2.1.1发酵工艺流程及特点2.1.2发酵工艺条件72.1.3发酵工艺操作要点及注意事项82.2提取精制工艺102.2.1提取工艺流程及特点102.2.2提取工艺条件102.2.3提取工艺操作要点及注意事项103工艺平衡计算143.2发酵工段153.2.1发酵工段物料衡算153.2.3发酵工段热量衡算163.3提取精制工段173.3.1提

6、取精制工段物料衡算173.2.2热量衡算184设备平衡计算及选型194.1发酵工段19第I页共III页中北人学2013届毕业设计说明书4.1. 1发酵罐容积及罐数194.1.2调浆罐容积及罐数204.1.3种子罐容积及罐数204.1.4发酵储罐容积及数目204.2提取工段214.2.1预热罐容积及罐数214.2.3第一次板框压滤214.2.4沉降罐224.2.5第二次板框压滤224.2.6双效塔（双效塔装填系数取75%） 2242 7酸解锅（装填系数取75%） 23428第三次板框压滤机（型号同前两次）235车间布置设计245.1设计依据245.2车间布置（厂房平面布置）25521车间布置设计

7、原则255.2.2车间平面布置255.2.3车间立面布置255.2.4设备布置256经济分析环保分析266.1综合概算266.1.1基础数据266.1.2编制依据266.1.3概算过程276.2生产成本估算286.3经济分析297.安全与环境保护307.1厂房建筑安全307.2设备安装安全30第II页共36页中北犬学2013届毕业设计说明书7.3生产操作安全317.4安全防火317.4.1火灾与爆炸发生的原因317.4.2防火防爆措施327.5环境保护32致 谢34参考文献35第III页共III页中北大学2013届毕业设计说明书1绪论乳酸乂名乂名丙醇酸，它是世界上应用广泛的三大有机酸之一，它广

8、泛应用于食品、 医药等轻化工领域，特别是在环保领域更有广泛的应用前景。目前工业化生产中，我国 生产乳酸的主要釆取的方法是微生物发酵法，同时开展了以米根霉深层发酵产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，尤其是在乳酸提取 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，很多国家在乳酸提取新技术研究方面也有一定进展，主要有：乳酸锌提取技术, 溶剂萃取法提取技术，离子交换法提取技术，电渗析发提取技术等。在进行乳酸工厂提

9、 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，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。1.1乳酸的概况1.1.1乳酸的性质和用途乳酸(Lachc Acid)学名为2-疑基丙酸，其分子式为：C2H5OCOOH；分子中有一 个不对称碳原子，因此具有旋光性。常见的乳酸主要有L-乳酸(右旋性)、D-乳酸(左旋性)和它们的混合物外消旋 DL乳酸，乳酸纯品为无色液体，工业品为无色至浅黄色液体，无气味，具有吸湿性; 乳酸相对分子质量为90.08,相对密度1.2060(25/4) C,熔点18C,沸点122C (2KPa),

10、能与水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醸；在常压下加热分解。由于乳酸分子内有疑基和竣基，所以有自动酯化能力；乳酸浓度越高，这种趋势就 越强，一般浓乳酸溶液中20%或更多的乳酸自动酯化生成支链形式的乳酰乳酸的聚合 体，又称聚乳酸。H乳酸，乳酸盐及其衍生物，广泛应用于食品、医药、饲料、 H3C-C-C00H 化工等领域。在食品工业中，乳酸主要用作酸味剂、防腐剂和还原H剂。可用于饮料、糖果、糕点的生产，也可用于鱼。肉、蔬菜的加工和保藏。例如：乳酸盐第1页共36页中北大学2013届毕业设计说明书硬酯酰乳脂酸钙（CSL）大量用于面包加工，可使面包质地松软、细腻、而且可延长其 保存期。在医药方

11、面，由于乳酸，特别是L-乳酸，具有很强的杀菌作用且对人体无害，因此, 乳酸可以直接用作手术室、病房、实验室、车间场所的消毒剂。另外，L-乳酸还可以 与许多化学物质（葡萄糖、氨基酸等）配置成药品。此外，乳酸可以添加于烟草中，能 保持烟草的湿度，提高其品质，用于制革工业中的脱石灰，使皮革变得细腻，用于反刍 动物的饲料添加剂。而聚L-乳酸则以其可降解性和生物相容性广泛应用与许多产品的 生产，如：缓释剂胶囊制剂，可使血液中药物浓度相对降低，提高疗效，降低副作用。 制成生物降解纤维，可用來制成可自动被人体吸收的手术缝合线，制成生物植片，己修 复骨折或其他机体损伤。在环保产品方面，特别是在当今全球面临环境

12、污染问题的今天，作为可降解日常生 活用品工业原料的聚乳酸更是有广泛的应用前景。如，日常用的塑料袋，由于其很难降 解，一直是困扰世界环境污染的一大难题，但由于人类己适应使用，所以一直无法有效 控制婶白色污染娓但如果我们能以低成本生产聚乳酸，则可以将其推入市场，而从技术 上解决环境污染问题。此外，乳酸衍生物也广泛应用与工业上产中2习。表1-1工业上可利用的乳酸盐及其衍生物的用途乳酸盐及其衍生物用途乳酸铁治疗贫血乳酸钠增塑剂、吸湿剂乳酸乙酯溶剂、润滑剂1.1.2乳酸的质量检验与储存乳酸可根据其需求和用途不同分为：工业级、食品添加剂级和药典级三种，中药典级和食品添加剂标准相同，即必须是淀粉或糖质原料用

13、微生物发酵制成，外观为 无色或黄色、澄清、粘性液体。检验乳酸质量时，还除对其外观进行观察外，还需检验 以下指标：1乳酸含量、2 2含量、3 CT含量0勺重金属（以Pb计）含量、5 Fe2+ 含量、6Ca2+含量、7砌含量、8灼烧含量、9易碳化物。此外，在乳酸制成乳酸钙时， 乳酸钙还需符合药品卫生标准的规定，即每克乳酸钙含细菌数不得超过1000个，霉菌第2页共36页中北大学2013届毕业设计说明书数不得超过100个，不含大肠杆菌。乳酸生产中主要的分析项目有：原料（大米、玉米粉、菖干粉）中的淀粉、蛋白质、 水分含量，糖化酶的酶活力，发酵工序中的总糖含量、残糖含量、乳酸钙含量、细菌生 长及杂菌污染情

14、况，乳酸提取工序中的酸解终点测定、乳酸含量、铁离子、氯离子，以 及上述的乳酸及乳酸钙成品分析。一般乳酸制品特别是活性乳酸菌饮料必须在冷藏的条件下运输、销售和储存，否则 在很短的时间内，里面的活性菌就会大量死亡，从而失去其本生价值，其至可能因变质 而产生危害，因此乳酸的储存非常重要！在储存和运输过程应严格按照食品安全法的要 求处理。1.2乳酸的生产技术1.2.1发酵法传统的乳酸发酵法即为发酵一钙盐法，此方法是目前我国乳酸生产所主要采取的方 法。一般采用乳酸细菌或米根霉进行发酵。采用乳酸菌进行发酵时，发酵原料可选择如 玉米、马铃薯等淀粉物质；废纸等纤维素物质以及糖类物质等各种易得生物质作亦可作 为

15、发酵原料，除这些主要原料外，乳酸菌的生长和发酵还需要复杂的外来营养物。必须 提供各种氨基酸、维生素、核酸等营养因子，出于经济的考虑，工业上一般使用含上述 所需营养成分的天然廉价辅助原料，如麦根、鉄皮、米糠、玉米浆等。由于乳酸菌不能 直接发酵淀粉质原料，所以原料必须经过糖化过程，转变为糖质原料才能用于发酵。乳 酸菌发酵机理主要有：同性乳酸发酵、异型乳酸发酵和双岐发酵途径三种。产乳酸细菌 有很多，其中徳式乳杆菌是国内外乳酸生产中常用的乳酸菌。与乳酸菌相比，米根霉对糖的转化率较低，但其营养要求简单，只需无机氮及少量 无机盐即可，米根霉能产生淀粉酶和糖化酶，它既能利用糖也可以直接利用淀粉或淀粉 质原料

16、直接发酵生成L-乳酸。且米根壽菌丝较大，易分离，且生产的J乳酸的纯度较 高。1.2.2化学合成法利用化学合成法生产乳酸的方法很多，工业上使用的方法有三种：乙醛氢氟酸法；丙酸 氯化水解法；丙烯氧化法，其中实现规模化生产的是乳惰法。乳睛可以由丙烯睛生产的 副产物而來，亦可由乙醛与氢氤酸反应得到，乳腊水解即可得到乳酸，并可通过酯化法 精制。第3页共36页中北人学2013届毕业设计说明书CH3CHO+HCNCH3CH(OH)CN (1)CH3CH(OH)CN+2H2O 十H2SO4-CH3CH(OH)COOH(2)CH3CH(OH)COOH+C2H5OHtCH3CH(OH)COOC2H5十H2O (3

17、) CH3CH(OH)COOC2H5+H2OCH3CH(OH)COOH+C2H5OH(4)乙醛、氢鼠酸和循环水与少量的苛性钠一起注入搅拌式反应器。反应是在大气压力 下进行，通过水的蒸发驱散反应热。将反应温度降至15C以下，可促进惰生成。在间歇 式工艺中，停留时间为2040 nun,转化率可达90%95%。对于当量加成HCN和乙 醛.可获得96%以上的总收率。但由于乳月青法只能生产外消旋体乳酸，且其原料氢氤 酸的剧毒性大大限制了生产和发展。丙酸氯化水解法是以丙酸为原料，经氯化生成一氯 丙酸，用氢氧化钠将氯取代即得粗乳酸，将粗乳酸酯化、精係，再通过水解，即得精乳 酸。而丙烯氧化法是在1520C将丙

18、烯与液体N204反应，得到1-硝基2疑基丙烷，然后 用盐酸或硫酸水解。通过生物质化学降解的方法也可以得到乳酸。因为糖类在酸和碱催化条件下可以发 生降解，研究表明将纤维素和氢氧化钙等无机碱或镀类有机碱共混于水中，在250C、5 25 MPa的条件下可使纤维素迅速降解为乳酸。在300C、25MPa的亚临界水环境中以蔗 糖为原料加入少量如Co、C11等金属离子后，乳酸收率可达到42%。生物质化学降解的 研究是生物质资源利用的重要途径，而乳酸作为降解的产物之一具有很大的研究前景。 生物质化学降解过程的复杂性是其发展主要障碍之一，详细的降解机理探索和合适的催 化剂选择是生物质降解方法未來的重要研究方向。

19、除以上方法外，还曾有乙酸乙烯酯按基化法、乙醛一氧化碳合成法等化学合成技术 出现，除乙醛氢氤酸法外，其他的化学合成技术或因成本问题，或仅仅在理论探索，并 未实现实际的规模化生产。1.2.3乳酸生产新技术由于化学合成法的种种缺点，所以现在在乳酸合成新工艺的研究上还是以发酵法研 究的比较多，基于传统发酵生产过程存在菌种的发酵条件严格、效率低、成本高、分离 难、工艺步骤多等缺点，人们在筛选更优的菌种和改进乳酸发酵工艺方面做了相当的工 作；同时，针对传统工艺所存在的一些主要问题，近年出现了许多发酵新工艺，主要有: 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 化发酵工艺6

20、9。第4页共36页中北大学2013届毕业设计说明书表12发酵法生产乳酸新技术优缺点比较发酵方法优点缺点减少细菌流失，利于稳定和连固定化载体稳定性要求高，传固定化法续化生产递阻力和接触面积问题对菌种的生产能力有影响不需要中和沉淀，简化后工较高的电力等能量消耗;副产电渗析发酵艺：缩短了发酵周期：易于实人量盐类:膜污染影响生产效现连续化生产率和成本膜法发酵（超滤、反渗透等）町连续性的移出产物减小抑膜清洗和杀菌较为困难制:维持高细胞浓度利于发酵表面活性剂乳状液膜操作复液脸萃取（乳状液脸、支撑可实现固定化;大比表面积及杂，渗透溶胀影响人：支撑液液脸、中空纤维液膜）高选择性膜稳定性不足：中空纤维液膜对料液

21、要求较高，易于形成乳浊液萃取发酵能耗低、选择性高、分离效率萃取剂与发酵菌对环境的pH高：工业化技术成熟值要求不同：萃取剂的毒性分离效呆好，工艺技术研究较易受污染需再生过程:交换效吸附发酸（离子交换、多率易受进料条件影响;交换废活性炭等）液需处理同时糖化发酵（SSF）糖化发酵过程同时进行，减少需要寻找合适的糖化酶和发工艺步骤，利于降低成本酵菌种：工艺控制要求高发酵法的各种技术各具特点，近年来，不少研究者尝试多种技术耦合以实现取长补 短也取得了一些有益的进展。可以预见，多种技术的耦合、简化生产过程将是发酵法乳 酸生产技术研究的重要方向。1.2.4乳酸的提取和精制技术乳酸的提取精制是将粗产品制取成品

22、乳酸的重要步骤，在传统乳酸发酵法生产工艺 中，提取精制过程耗费的费用为整个乳酸生产成本的一半以上。传统乳酸生产采用钙盐 法提取乳酸，一般通过在发酵过程中加入钙中和剂生成含乳酸钙的发酵液，经过反复结 第5页共36页中北大学2013届毕业设计说明书晶、洗晶后加入硫酸酸解提取乳酸，并通过反复的吸附脱色等步骤精制得到产品。乳酸 提取的新工艺技术有：乳酸锌结晶工艺，釆用此工艺，粗制品收率可由70%提高到80% 以上，总体收率由40%50%提高到60%65%,溶剂萃取法提取乳酸，它具有操作简便, 对设备腐蚀性小，可连续自动化操作等优点，离子交换法提取乳酸，该工艺简单，乳酸 回收率高，产品质量高，电渗析法提

23、取乳酸等。第6页共36页中北大学2013届毕业设计说明书2生产工艺乳酸生产工艺流程主要包括：发酵工艺和提取精致工艺。2.1发酵工艺2.1.1发酵工艺流程及特点2.1.1.1工艺流程：原料（大米和鉄皮）-调浆-蒸煮糊化-定溶-糖化发酵（同时进行）2.1.1.2 特点：采用大米为原料，将糖化酶与乳酸菌同时接入糊化醪中，糖化与发酵是同时进行的, 其优点是不需要提取淀粉或者先行加糖，减少设备投资。由于乳酸发酵温度（50C）接 近糖化酶最适合作用温度（55-60C）,适合二者同时进行。根据工业经验该工艺杂菌污 染极少，这是因为乳酸有一定的杀菌功能，即使发酵容器敞开，也不必担心杂菌污染。2.1.2发酵工艺

24、条件2.1.2.1 原料：以大米为主要原料（大米粒径0.25）,鉄皮为辅助原料；大米：秋皮=4： 1；加水 比例为1： 4,按淀粉计加入510u伦耐高温淀粉酶。2.1.2.2菌种:采用徳氏乳杆菌（Lactobacillusdelbrueckii）为菌种。（1）分类：属真菌目，乳杆菌科，乳杆菌属，细胞呈杆状，大小2.0-9.0X0.50.8i】m。 单个或短链，革兰氏阳性，不运动。能利用麦芽糖，蔗糖，葡萄糖，果糖，半乳糖、 糊精等，发酵产生D蜉L酸，少数菌种产生DL-乳酸，在不加中和剂的情况下，最高生 成乳酸浓度可达16g/L,最适合生长温度为45C,在50C时仍能旺盛生长、产酸，最 高能耐55

25、Co在琼脂平板培养基上菌落扁平，呈锯齿形；明胶平板培养基上菌落呈灰 色，环状；在琼脂斜面培养基上呈半透明、灰色条纹。（2）菌种的扩大培养：乳酸发酵生产必须釆用纯种培养，并且接种量相当大，一 般为5%10%,因此生产中需要釆用菌种的扩大培养操作，其步骤如下：第7页共36页中北大学2013届毕业设计说明书试管原种TlOmL试管T200mL三角瓶1-3L三角瓶t200-300L种子罐T2000-3000L 种子罐。因徳氏乳杆菌为厌氧或者兼性好氧菌，应采用斜面冻结保存或冷冻干燥保存， 使用时先进行活化，将保存的原种转接到10ml 5汨x麦芽汁的试管中，然后在45。（3下 培养24h,可适当转接多次，再

26、经过一级种子活化，二级种子活化，最后即可使用。（3）徳式乳杆菌接种物成熟指标:醪液中积累乳酸5.7g/L,细胞密度7x10】。8x10】。 个/mL,细胞大小为（78） umx （0.50.8） um,镜检可见到24个细胞排列成链， 细胞原生质均匀，无大异染颗粒。不得检出形状和大小与徳式乳杆菌有明显差别的杂菌。（4）种子罐培养：接种量：10%；含酶4.0；酸度0.6-0.7；周期30-40小时。种子 培养基与发酵培养基皆不必灭菌，接入到三角瓶中培养，开动搅拌，在50C左右培养 30-40小时。（5）大罐发酵条件：a-淀粉酶用量：100单位/天，敞口发酵；周期：约为70小时; 发酵结束指标：乳酸

27、钙含量：8.5%左右；pH5.5-6.0,残糖低于O.lg/dL2】3。2.1.3发酵工艺操作要点及注意事项2.1.3.1原料处理大米需要粉碎（粒径0.25nun ）o2.1.3.2调浆池将大米：秋皮=4： 1进行投料，开动搅拌，加水比为1： 4o2.1.33糊化锅调浆池中搅拌均匀后进入糊化锅，通蒸汽，蒸汽压为1.5kg/cm2维持锅的压力为 lOOPa （表压），约20-30nuii即糊化醪要求；糊化结束后，降下锅的压力，放出多余的 蒸汽，夹套中通冷却水，使糊化醪降至60C以下，放到发酵罐中。2.1.3.4种子罐（1）配料：种子培养基与发酵培养基相同，皆不必灭菌，接种量10%,将种子培 养基

28、投入种子罐中，开动搅拌，在50C左右培养24小时。（2）放罐：调pH4.0左右，产酸0.6-0.7,镜检合格，菌丝生长良好，接入蒸煮罐 内，进入扩大培养，因发酵罐体积过大，浓度不易控制。第8页共36页中北大学2013届毕业设计说明书2.1.3.5发酵罐（1）配料：发酵罐中先放一定量的冷水，可利用糊化罐进冷却水，水温50-55C, 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pH4.8-5.0,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：乳酸菌不能耐高酸度，发酵过程中pH4,发酵开始后约6小时，

29、开始加CaCCh进行中和。CaCO3天家总量为大米总量的3/4,考虑发酵罐填充系数等因 数，CaCO3分批添加，每次加入总量的1/6,每8小时加一次，分6次加完。每加一次 都要通过压缩空气搅拌，发酵过程维持料温度50lC,每隔2小时测试一次。（3）发酵后期管理：当测试残糖降至lg/L以下时，表明发酵结朿，总发酵时间约 70小时，往罐中添加石灰以中和过量乳酸，使料液pH升至1112,再加碱时要通气 翻拌均匀，待石灰溶解后停止通气，使菌体杂质沉淀下來，用泵抽出液相，送入板框过 滤机，沉渣滤出，用少量冲洗发酵罐，沉渣与洗涤水一般置于另一容器中沉淀。这种上 清夜与上述滤液一并集中在处理池中升温至85C

30、,加入12g/L MgCi2 iW液及适量的石 灰乳，用压缩空气搅拌，此时可见大量絮状物出现，澄清后进行提取工序。（4）放罐：发酵结束时，乳酸钙含量&5%左右，pH5.5-6.0残糖低于lg/L,可放 罐，先将罐温升到70C,压入贮罐或板框，压完后关闭进空气阀，排出罐口空气，打 开人孔盖，用水洗罐，再盖上人孔盖，排出洗水。（5）发酵液处理应注意问题：乳酸发酵通常在过剩的CaCOs存在的情况下进行， 生成5个水的水合型乳酸钙，由于杂质存在，发酵近结束时，发酵醪有一种粘性。在初 糖浓度较高时，如不注意就会有五水乳酸钙针状晶体析出，晶体空隙也含水分，从而使 整个发酵醪固体化，给后面操作带來麻烦。因此

31、在乳酸菌活动减弱，料液浓度开始下降 时要及时升温至90-100C,并同时加入石灰乳调pH至9.5-10。搅匀后静置46小时， 使菌体悬浮物下沉，为避免乳酸钙结晶析出，澄清过程保温55C,将上清液放出，沉 淀单独处理。第9页共36页中北人学2013届毕业设计说明书2.2提取精制工艺2.2.1提取工艺流程及特点2.2.1.1工艺流程：发酵液T预热罐一压料罐-板框过滤T沉降罐T板框过滤T浓缩T酸解T板框过 滤-浓缩T脱色T离子交换T脱色T浓缩T成品221.2特点：发酵结束后，升温至80C以上，加石灰调节pH至10左右，放入沉降罐使菌体杂 质沉淀下來，过滤后进行双效蒸发，再在酸解罐中的硫酸中酸解。过滤

32、除石灰渣，这时 酸浓度达到7-8Be蒸发浓缩至lBe后，进行第一次脱色，经板框过滤后，先通过732 阳离子交换柱。再通过701阴离子交换柱，除去所含杂质离子，再次蒸发浓缩，同时加 活性炭脱色处理，经过滤后得乳酸清夜，放入计量罐，桶装成品。2.2.2提取工艺条件2.2.2.1预热沉淀流程预热、沉降罐不能超过其容积的80%,预热罐液pHlO.O,煮沸5mm,沉降罐料温 调至pH=12以上，温度达85-90Co MgCl2加量不超过2%。2.2.2.2第一次板框过滤压料罐进料不得超过其容积的80%,压力不超过40atm,滤渣含钙量不得超过2%。 2.2.23双效蒸发工艺双效蒸汽压不超过0.4述m。真

33、空度不得超过0.8atm,放料浓度不得低于20%,草酸 钙终点pH为2.02.2对Ca2+和 送&定性控制草酸钙板框滤渣含酸不得超过2%。 粉末活性炭加量根据料液颜色控制5-10%,脱色l-2h,以3.5%的草酸氨及5%的BaCb 检测酸解液，两者均清亮或均浑浊，则知酸解完毕。2.2.2.4浓缩工艺蒸汽压力不超做0.4atm,真空度控制在0.4-0.6atnio温度控制在70C条件下蒸发， 脱色罐进料不得超过其真空容积的72%。脱色时间不低于24h,成品脱色活性炭加量不 得超过1%。2.2.3提取工艺操作要点及注意事项223.1预热发酵液放罐后，泵入预热罐进行加热（以50C至80C以上）搅拌，

34、加石灰调pH第10页共36页中北大学2013届毕业设计说明书值至10,以防止五水乳酸钙针状晶体析出，同时防止整个发酵醪固体化，给后续操作 带來麻烦。223.2压料罐（KZ2号-046号）设计压力0.3MPa,公称容积2.78m3,设计温度140C,外形尺寸1780x2700, 总 重量1.02889T,工作介质为空气。配套设备：飞燕牌空气压缩机。型号：3W-0.9/FC型式：单级风冷移动式排气量：0.9m3/miii轴功率：6.66kw额定压力：2.7MPa转速：120（k/mm外形尺寸：1545x510x92总重量：239kg预热液由空气压缩机从压料罐压入第一次板框进行过滤。223.3第一次

35、板框过滤压缩机先通入热水或蒸汽预热至70-80Co否则热料遇冷板框会析出乳酸钙晶体而 造成损失，也给过滤造成困难。铺好滤布，压紧板框，过热的料液先自流，形成一层滤 层后再慢慢加物料，带滤液析出量逐渐减少，不能再进料。通热水冲洗滤渣。滤液会集 在清夜罐中，趁热送到沉降罐中澄清，操作前特别袄注意：检查板框与滤布有无破损漏 夜，否则易导致走料或逃液事故。223.4沉降调pH=12以上加热至90C,并加2%MgCl2,使菌体及杂质沉淀下來。223.5第二次板框操作同第3步，此次过滤除去蛋白质、氨基酸等杂质，可大大降低杂质含量。 223.6双效经双效蒸发后，乳酸钙浓度可达26%,注意进料前，应检查各阀门

36、是否关闭，以保 证正常操作。223.7酸解第11页共36页中北大学2013届毕业设计说明书酸解时要控制温度不高于70C,即防止碳化，有防止对色度影响，在酸解锅内加 入稀硫酸溶液并开始搅拌，并且保证温度T75%13.510.2可得：M H2SO4=9.8t/d注：CaCCh分子量为：100,乳酸分子量为：90,硫酸分子量为：98331.3活性炭用量(按每天乳酸理论产量的25%计)则活性炭用量为：M活=10.0x25%=2.5 t/d表3-2提取工段物料平衡表项目进料出料粗乳酸13.5x1030精乳酸08x103过程消耗05.5X&CaCC)37.5x1030CaSO4010.2x10sH2O01

37、.35x10sH2SO49.8x1032.45x10sco203.3X10?总计30.8x10330.8x1033.2.2热量衡算蒸汽用量计算(均采用间接加热)(1) 沉降罐需蒸汽量G2过滤洗水用80C左右温水，其量为：4x60x75%x20%=36 t/d则 Go=37O.5+36- (3000x80%) 一 (80%x75%x300) xlO%=404.7 t/d,AT2=90-80=10C;同理： C发畔成柿xGoxAT2=C水蒸汽xGqxATG2= (404.7x2.9x10) - (70x4.2) =39.9 t/d(2) 双效、浓缩需蒸汽量G3，双效每批料所需时间因每天进入双效塔的

38、液体量有4x60x75%x 1.22=259.211?第18页共36页中北大学2013届毕业设计说明书以装填系数75%计算，则需罐的体积为：259.2-75%=345.6m3；如果取1个10 的双 效塔，则每天需浓缩345.610=34.56035批，贝lj每批所需时间为24/35=0.691】。每天蒸发量V因出双效塔的料液量为V出=4x60x75%x8.5%x75%一26%=51.5m?则蒸发量为V=345.6-44.13=215.07m3每天需蒸汽量G3因双效塔内蒸汽不得高于0.4atm,以0.4atm计查化工工艺设计手册下册，此时水 的沸点为76C (表19-10),再查表19-8及19

39、-9得此温度下水及汽的热化焙分别为 69.99kcal/kg 和 629.1kcal/kg,则需蒸汽量为：G3=215.07x (629.1-69.99) x4.182- (4.2x70) =1710 t/d(注：cal=4.182J)2】4设备平衡计算及选型4.1发酵工段4.1. 1发酵罐容积及罐数(1) 单罐容积发酵罐单只容积V发取为6012,(装液系数为65%)(2) 发酵罐数目A. 单罐单批生产100%乳酸的量M=V发x装液系数x糖浓度x转化率x总收率x(l染菌率)x密度=60x65%x (10%x70%xlll%) x93%x (75%x80%) x (1-0.0001%) xl.2

40、 =2.028t(注：由于染菌的可能性很小可以忽略，因此染菌率取为0.0001%)B. 每年生产100%乳酸的量年产80%的乳酸为3000吨，则纯乳酸量为：3000x80%=2400tC. 所需发酵罐数N发=年产纯乳酸量一(年工作日x单罐单批生产纯乳酸量)=2400- (300x2.028) =3.94-4 个第19页共36页中北人学2013届毕业设计说明书（3）富裕系数=（4-3.94） -3.94xl00%=1.39%即：每天取4个容积为601（注：发酵周期为72h,即三天为一批，釆用每天投四罐）4.1.2调浆罐容积及罐数（1）单罐容积调浆罐单只容积V调取为61 （装液系数为75%）（2）

41、调浆罐数量N训=4xVx发酵罐装液系数一调浆罐装液系数-V旷8=4x60x75% 一 75%丸 一 8=5个综上即：取5个容积为61的调浆罐4.1.3种子罐容积及罐数（1）单批（3天）种子液用量（按发酵液量的10%接种）V1Yl=4x60x75%xl0%=18m3（2）总容积V总=单批种子液用量一种子罐装液系数=18-75%=24m3（3）单罐容积种子罐单只容积V种取为（装液系数为75%）（4）数量（种子培养周期为30小时）N种=种子液用量一（种子罐单罐容积x装液系数x24一培养周期）=24x75%- （10x75%一24一30）=3个即：取3个容积为101的种子罐4.1.4发酵储罐容积及数目

42、（1）总容积：贮罐容积应满足每天全罐发酵液装满。（贮罐装填系数为80%） 故储罐总容积为：V总=4x60x75%-80%=225n?（2）单罐容积第20页共36页中北大学2013届毕业设计说明书发酵储罐单只容积V储取为601 (装液系数为75%)(3) 数目N =V总-V储=225一60=3.753(4) 富裕系数=(4-3.75) -3.75xl00%=6.67%即：取4个容积为60m3的发酵储罐4.2提取工段4.2.1预热罐容积及罐数每天处理1罐发酵液，则处理量为V=60x75%=45m3)(1) 单罐容积预热罐单只容积V预取为12nf (装液系数为80%)(2) 数量N=4x60x75%

43、一(12x80%)x3一24=2.34处3 (个)(3) 富裕系数=(3-2.34) -2.34x100%=28.2%即：取3个容积为12】的预热罐4.2.2压料罐容积及罐数(1) 单罐容积压料罐单只容积V爪取为15m3 (装液系数为80%)(2) 数量第一次用于预热：N=4x60x75%- (15x80%) +8=1.875=2第二次用于沉降过滤：N=4x60x75%xl,2- (15x80%) 一8=2.25(3) 富裕系数=(3-2.25) -2.25xl00%=33.3%即:取3个容积为151的压料罐4.2.3第一次板框压滤每天处理1罐发酵液，则处理量V=60x75%=45m3(1)

44、选型：选板框压滤机为：BMS10/635-10型；单位面积单位时间的过滤能力为：0.056第21页共36页中北大学2013届毕业设计说明书(2) 台数每天所需过滤总面积 2x45- (24x0.056) -10=6.696.7m2N=6.7-10=0.67l (台)(3) 富裕系数(1-0.67) -0.67=49.3%即：取1台型号为BMS10/635-10的板框压滤机IM4.2. 4沉降罐(1) 单罐容积沉降罐单只容积V沉取为151(装液系数为80%)(2) 数量N=4x60x75%xl.2- (15x80%) -8=2.25处3(3) 富裕系数=(3-2.25) 一2.25xl00%=33.3%4. 2.5第二次板框压滤(1) 型号：同第一次板框压滤机(2) 台数设第一次洗水量为发酵液的1/5,则第一次洗完后液体体积为V=4x60x75%x (1+0.2) =21611?则每天过滤面积为 216一 (24x0.056) -10=16.07m2N=16.07-10=1.6072 (台)(3) 富裕系数=(2-1.607) -1.607xl00%=24.45%即：取2台型号为BMS10/635-10的板框压滤机4.2.6双效塔(双效塔装填系数取75%)因发酵液中乳酸钙液浓度为&5%,双效后乳酸钙浓度为26%,则出双效塔的液量为:V