整理版600吨年l-乳酸发酵车间的工艺设计

常州大学毕业小设计常州大学毕业小设计目录TOC\o"1-5"\h\z概述 IU产品概述 I\o"CurrentDocument"1.1.1乳酸的理化性质 I\o"CurrentDocument"1.1.2L-乳酸的用途及功能 I\o"CurrentDocument"1J.3国内外生产情况 2\o"CurrentDocument"1.2设计概述 4\o"CurrentDocument"12.1设计依据 4\o"CurrentDocument"1.2.2设计范围 4\o"CurrentDocument"1.2.3指导思想 5原材料及产品的主要技术规格 52J菌种的选择 52.2发酵原料的选择 5221种子培养基 5\o"CurrentDocument"2.2.2发酵培养基 5\o"CurrentDocument"生产流程简述 6「艺计算 6\o"CurrentDocument"4J物料衡算 74.1.1发酵罐 74.1.2种子罐 7\o"CurrentDocument"4.2热量衡算 84.2.1发酵罐 84.2.2种子罐 9主要设备的计算 105J发酵罐的设计 105.1.1发酵罐的尺寸设计 10\o"CurrentDocument"5.1.2发酵罐搅拌器轴功率计算 115.2种子罐的计算 12521种子罐的尺寸计算 12\o"CurrentDocument"5.2.2种子雉轴功率计算 13\o"CurrentDocument"5.3发酵液的贮罐计算 13\o"CurrentDocument"5.4配料罐的计算 13541发酵罐配料罐 13\o"CurrentDocument"542种子罐配料罐 13\o"CurrentDocument"其它 14参考文献 14&致谢 15

600吨/年L.乳酸发酵车间的工艺设计L概述1.1.1乳酸的理化性质乳酸(LacticAcid),学名为a.释基内酸(a-Hydroxy-Propanoic-Acid),分子式为C3H6O3,结构式为CH.QHOHCOOH,相对分子质量90.08,是一种常见的天然有机酸。乳酸分子内含有一个不对称碳原子，具有光学界构现象，有D型和L型两种构型⑴，其中L・乳酸为右旋，D-乳酸为左旋，其结构式见图I。半L■乳酸和D•乳酸等比例混合时，即成为外消旋的DL-乳酸。不同分子构型的乳酸有不同的理化性质，如表1所示纯净的无水乳酸是H色结晶体，熔点为I6.8C,沸点为I22C(2kPa),相对密度为1.249。乳酸通常是乳酸和乳酰乳酸的混合物，为无色透明或浅黄色糖浆状的粘稠液，儿乎无臭或微带有脂肪酸臭，味酸，易与水、乙醇、乙瞇、丙二醇、甘油混溶，儿乎不溶于氯仿、石油陋、二硫化碳和苯叫浓度达到60%以上的乳酸具有很强的吸湿性。一般丁业用乳酸含量为5()%・80%,食品及医药匸业用L•乳酸的含笊为80%-90%o乳酸分了内含有疑棊和按基，可以参与氧化、还原、缩合、酯化等反应叫同时乳酸具有自动酯化能力，脱水能聚合成聚L・乳酸。HO)HjCD(・).乳酸图1乳酸度表1乳酸的土八侦HL(+)■乳I结构式里化性质七构型熔点/C比旋光度［叫『°解离常数(25C)熔化热/(KJ/mol)L25-26+3.31.37X10』16.87D25-26-3.31.37X10416.87LD1801.37X10*411.351.1.2L.乳酸的用途及功能乳酸及其衍生物广泛应用于食品、医药、化工、皮革、纺织等领域忆叫常州大学毕业小设计常州大学毕业小设计22食品行业：主要用于糖果，饮料(如啤酒、葡萄酒及乳酸类饮料)等食品加工业中，作为酸味剂及II味调节剂，被称为安全的食品添加剂。另外还可川于清凉饮料、蔬菜的加工和保藏；医新行业：在医药方面广泛用作防腐剂、载体剂、助溶剂、药物制剂、pH调节剂等。乳酸是一种重要的医药中间体，可川作生产L■乳酸钙、L■乳酸钠、乳酸锌、L■乳酸亚铁等药物，还可用作手术室、病房、实验室等场所的消毒剂；化妆晶行业：町川作滋润剂、保湿剂、皮肤更新剂、pH调节剂、去粉刺剂、去齿垢剂；农药行业：L蜉L酸具有很高的生物活性，对农作物和土壤无毒无害，可用作生产新型环保农药，在日、美等发达国家己得到大力的推广；纺织、皮革、烟草行业：乳酸可用來处理纤维，可使之易着色，増加光泽和触感柔软；可使皮革柔软细腻，从而提高皮革的晶质；适量加入乳酸，可提高烟草的品质，并保持烟草的湿度；除上述用途外，L■乳酸最主要的川途是聚合生成聚乳酸，它具有良好的相容性和可生物降解性，己广泛应用于包装业、医药行业和纺织业。聚乳酸(PolylacticAcid),简称(PLA),在人体内降解成L•乳酸;在白然界屮，町在微生物作川下，最终变成C02和水，有利于坏保。聚乳酸具有与聚苯乙烯相似的光泽度和加丁性能，还具冇优良的牛•物相容性和生物分解吸收功能，伏I此广泛用于生产生物降解塑料、绿色包装材料(例如购物袋、保鲜膜、餐盒、桌布、餐巾)、农用薄膛、抗癌勿物、缓释胶囊制剂、手术缝合线等'’聚乳酸纤维强度高，延伸度较人，可川分散染料常压染色，制成的织物光泽柔和亮丽，抗皱防缩性能好，有吸湿排汗和抗紫外线功能，是近年来研究开发的纺织服装新材料。由于人和动物体内只有代谢L.乳酸的酶，因此若过屋摄入D.乳酸或DL.乳酸，会导致D■乳酸在血液中积聚，引起疲劳、代谢紊乱甚至酸中SoW此，1H：界卫生纽织规定人体毎天摄入的D.乳酸量不能超过lOOmg/kg体重，且禁止在3个月以下婴儿食品中添加D.乳酸或DL.乳酸，而对L■乳酸则不加限制。于是近年来L■乳酸的研究与开发引起了人们的广泛兴趣。特别是在沖今重视环保的绿色浪潮中，用L■乳酸生产的聚乳酸，具有良好的加匸性能和可生物降解性，是理想的生态循环使用的新烈高分子材料，用于生产生物降解塑料和纤维制品，具有广阔的市场日前景。1.13国内外生产情况(1)发酵法微生物发酵法生产乳酸，可通过菌种和培养条件的选择而得到具有专一性的L.乳酸。发酵法牛产乳酸除能以匍萄糖、乳糖等单糖为原料外，还能以淀粉、纤维索常州大学毕业小设计常州大学毕业小设计#枳匕加上底封头容积％之和。Vo=-D3+O.15D3=1202D=L91m,圆整D=2m, H=2D=4m己知一=1人1,取J=0.4D=0.8mD23ivII I己知一 ，取W二一D=0.2mD812 10己知-二0.8-1.0,IRB=0.9J=0.72m圆幣3=0.8md己知2=1.5〜2.5,取S=1.5J=1.2mclV,=AD2/7/?4-O.I3D3（仏取25mm）式中勺，为対头的直边高度，m；%为底対头容积，m-oD为内径，m；W为描板宽度，m；d为搅拌器亡径，m；S为两搅拌器间距；〃为卞搅拌器距底间距；S/为上搅拌器至液面间距。v=£x22x0.025+0j3x2—I]2m34发酵液的圆柱体积Vlt=16.7/2-1.12=7.23m3发酵液的柱体高白一=2.3m兀x（少假设用两层搅拌器，所以S=23-1.2=1Jm检验：S|/J=1.1/0.8=1.375在1〜2范围内。5丄2发酵罐搅拌器轴功率计算LL知d=O.8m,D=2m液位高H/=h-l-8=23+0.8=3Jmn-18()rpm=3r/sP=1050kg/m3u=0.1Pa*sR%二哑二3x().”*心5。二2.0I6X10>10,(J屈湍流状态)//0jP=kn\PP=4.8x33xO.85x1050=44.59kW校正系数戶丄J(D/d)(G/〃)二丄J(2/0.8)(3.1/0.8)=1.043 3实际严寸P=1.04x44.59=46.37kW因为有两层搅拌器P2=P*(0.4+0.6x2)=46.37x(0.4+0.6x2)=74.20标准状况卜的通气量Co=V/xVVM=0.8x16.7/2=6.68m'/min常州大学毕业小设计常州大学毕业小设计0.1013273+/.0.1013273» 一(0.1013+0.05)+-X1050x9.8Ixl(r6^=6.68x(密壇 °-1013273 (0.1013+0.05)4-Ax1050x9.81x10-6x3.1=4.42mVmin=0.096>0.035Pv=46.37x(0.62-1.85x0.096)=0.096>0.035Pv=46.37x(0.62-1.85x0.096)=20.51kW”一后一Pv/P=0.62・1.85人式中，。为「况通气fi,mVmin；〃为搅拌器直径，m；〃为搅拌器旋转转速，治，•仇为通气搅拌功率，kW；P为不通气搅拌功率，kW；0〃为标准状况通气量,m-7min；凶为通气准数，代表发酵罐内空气的表现流速与搅拌器叶端速度之比。5.2种子罐的计算521种子罐的尺寸计算H/D二|.7~3,取H/D=2.0v=-D2//+O.I5D3°4V：=-D3+0.l5D3=0.62D=().7m, H=2D=1.4m己知4二丄〜丄収J=0.4D=0.28m圆幣〃=0.3D2 3己知一 ，取一D=0.07m 圆整W=0AmD 812 10己知-=().8-1・()，取B=1-()厶().3md己知巴=1.5~2.5,取S=1.5J=0.45m圆整S=0.5md匕,二£»%,+()]3D、(勺取25mm)Vh=-x0.72X0.025+0.13X0.73=0.0542m3b4发酵液的圆柱体积Vh=0.42-0.0542=0.37m3发酵液的柱体启色二一r=0.96加岡整力二Im龙芬3.14x0.35-式中勺，为対头的直边高度，m；匕为底対头容积，m*o。为内径，m；W为挡板宽度，m；〃为搅拌器直径,m；S为两搅拌器间距;B为下搅拌器距底间距：，为上搅拌器至液面间距。假设用一层搅拌器，所以&=h=lm检验：Si/J=1/03=3.3不在卜2范围内。假设用两层搅拌器，则Si=/z/2=O.5niSi/J=0.5/0.3F.7,在1~2范［韦|内。所以采用两层搅拌器。522种子罐轴功率计算•••种子罐单位体积轴功率P'=7-8kW/m3取F=8kW/m3.・.P机=0.42x8=3.36kW5.3发酵液的贮罐计算V=16.7/2=8.35m3取T7o=0.75V；,=V/0.75=8.35/0.75=11.13m3査化丁•于册取两个12n?的贮罐公称直径DAA=1800mm,L|=3400mm5.4配料罐的计算5.4.1发®V=16.7/2=8.35m3取7o=O.S%=V/().8=8.35/0.8=10.44m3査化工手册取1个12n?的配料罐，型号为JB1423-740公称1*1径£>N=2200mm,〃=3200mm»D=2240mm5.4.2种子罐配料罐7A=—x5%=0.42m32取%=0.8V；=V/0.8=0.42/0.8=0.52m3査化工手册取1个0.5n?的配料罐，型号为JB1425-74o6.其它为期两个星期的课程设计将要结束了。在这两周的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。这两周中，在指导教师精心指导下我们小组分工合作、齐心协力，査阅资料、小组讨论、对资料进行分析，并在这段时间里完成了发酵课程设计的撰写和流程图的绘制，使我们对所学的知识有了更深入的理解和寧握，巩固了理论教学所学到的知识，扩展了学生的实践知识。通过这次课程设计使我明白了自己原來知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东两都会，什么东西都圖有点眼高于•低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的丁作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是力事开头难，不知道如何入手。报后终F做完了有种如禅重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的人家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。III金其荣，张继民，徐勤.有机酸发酵丁•艺学［M］.北京：中国轻工业出版社,1989|2］土博彦，金其荣.发酵有机酸生产与应用手册［M|.北京：中国轻丁业岀版补2000|3］凌关庭.食品添加剂手册［M|.化学丁•业岀版社，2000|4］RathinDattaetalHydroxycarboxylicacids|J］.EncyclopediaofChemicaltechnology.1995|5］徐忠，汪群慧，姜兆华丄•乳酸的制备及其应用的研究进展［J|.化学与粘合，2004⑹佟明友，方向忌，刘树也等丄-乳酸和聚乳酸的研究进展石油化丁，2003[7]土蓉，土元亮，陈国平等•米根霉发酵生产L•乳酸研究进展山•重庆大学报，2004|8|汪多仁L■乳酸的开发与应用进展[J].化丁中间体，2004|9|赵鹏，黄霞.利用可再牛资源及其有机废物发酵生产乳酸的研究进展[J|.食品与发酵工业|10]徐克勤.精细有机化工原料及中间体手册[M].北京:化学工业岀版ft,1998III]穆杂文.国内外乳酸及其衍生品的应用和市场前景[J].化工技术经济2001|12|刘俊，刘义荣.聚乳酸的合成及应用卩].生物医学工程学杂社,2001|13]钱志良，劳含章，土健等.匸业乳酸的近期进展[J].生物加丁匸程|14]刘伟雄.乳酸和聚乳酸的报新进展[J].食品与发酵匸业，20011151MartinO.AverousL.Poly(laticacid):plasticizationandpropertiesofbiodegradablemultiphasesystemsfJ].Polymer,2001116JHuangYS,cuiFZ.Preparationofbiodegradablepoly