年產4萬噸檸檬酸廠提取車間工藝設計正文-預覽頁

　

【正文】 selection of strains is the Aspergillums Niger G234. This method is mature. The raw material is easy to get. It39。在自然界中存在于檸檬、柑桔、梅、李子、桃、無花果等水果中。商品檸檬酸主要是無水檸檬酸(C6H8O7)和一水檸檬酸(C6H8O7℃的水溶液中結晶析出的。一分子結晶水檸檬酸主要用作清涼飲料、果汁、果醬、水果糖和罐頭等的酸性調味劑，也可用作食用油的抗氧化劑。檸檬酸的鹽類如檸檬酸鈣和檸檬酸鐵是某些食品中需要添加鈣離子和鐵離子的強化劑。檸檬酸在藥物、美容品、化妝品工業上也有著重要的應用。通過生成的乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成三羧酸（檸檬酸）開始，再通過一系列氧化步驟產生CONADH及FADH2，最后仍生成草酰乙酸進行再循環，從而為細胞提供了降解乙酰基并提供產生能量的基礎。1838年，由Liebig鑒定出它是一種含有一個羥基的三元酸。到1922年，世界檸檬酸的總銷售額的90%由美國、英國、法國等壟斷。1916年，美國農業部華盛頓化學局微生物研究室主任Thom和同事Currie以曲霉屬菌進行試驗，證實大多數曲霉菌如泡盛曲霉、米曲霉、溫氏曲霉、綠色木霉和黑曲霉都具有產檸檬酸的能力，而黑曲霉的產酸能力更強。1938年，Perquin在荷蘭發表論文，他將黑曲霉培養于低pH的含硫酸鋅、氯化鉀和氯化銨的糖溶液中獲得了一些檸檬酸，對深層培養法的pH控制，提出了有力的證據。1952年，美國Miles公司，首先成功地采用深層發酵法工業化規模生產檸檬酸。中國用發酵法制取檸檬酸以1942年湯騰漢等的報告為最早。薯干粉深層發酵檸檬酸，原料豐富，工藝簡單，不需添加營養鹽，產率高，是中國獨特的先進工藝。隨著生物技術的進步，檸檬酸工業有了突飛猛進的發展。1923年，美國菲澤公司建造了全球第一家以黑曲霉淺盤發酵法生產檸檬酸的工廠。中國的檸檬酸產業，較早地進入了國際市場，經過多年的技術革新，國內生產的檸檬酸品質大為改變，生產技術水準、原料、能耗和水耗指標都取得了巨大的進步。目前，國內的檸檬酸生產企業主要集中在山東、安徽、江蘇。（1） 總產量穩定增加，品種不斷延伸，集約化程度大幅提高。但是與發達國家相比，我國的檸檬酸生產單條生產線的規模還偏小，控制手段一般，企業自動化程度還不是很高，提取工藝和設備水平落后，生產單耗高，收率低，產品質量不高，規模效益差，深度產品開發少，廢渣廢水污染嚴重[2][5]。本設計范圍屬于工藝設計范圍，進行工藝流程的設計，并對相關車間、輔助設施提出工藝要求。水果提取法是早期制取檸檬酸的方法，是指檸檬酸從檸檬、橙、橘子、蘋果等檸檬酸含量較高的水果中提取。而生物發酵法發酵周期短，產率高，節省勞動力，占地面積小，便于實現儀表控制和連續化，現已成為檸檬酸生產的主要方法。還有用玉米、小麥淀粉的水解液，制備葡萄糖的母液等均可生產檸檬酸。這種工藝出現最早，至今工業上仍然沿用，主要用于糖蜜原料的發酵。固體發酵法也屬淺盤發酵法的一種，是將固體原料與曲霉菌絲體混合，經過微生物的代謝活動，將原料中的可發酵成分轉化為檸檬酸。深層發酵法和表面發酵的基本原理相似，只是發酵過程發生在密閉的大型發酵罐內，菌體的生長分散在整個液體介質內。發酵期間罐內始終通入無菌空氣，以增加培養基內的溶解氧，注意控制發酵溫度、pH、通氣量及攪拌速度，維持菌體的生長。至今世界上消費的檸檬酸主要采用發酵法生產，而最具優勢的是黑曲霉和解脂假絲酵母等菌種的深層發酵法。但從工業成本考慮，多采用廉價符合要求的原料。c原料成分對產品的提取、精制無影響。黑曲霉利用糖類發酵生成檸檬酸，其生物合成途徑普遍認為是：葡萄糖經過酵解途徑（EMP)和HMP途徑轉變為丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脫羧生成乙酰輔酶A，另一方面經二氧化碳固定反應生成草酰乙酸，草酰乙酸與CoA在檸檬酸合成酶的作用下產生檸檬酸[16][17]。 （1）液化的方法及選擇 酸法：以強酸為催化劑，高溫、高壓條件下進行，液化程度較難掌握。其方法按工藝條件分：間歇液化法（直接升溫液化法）、半連續液化法（高溫液化法）、連續液化法 （噴射液化法）；按設備條件分：罐式、管式、噴射式；按加酶方式分：一次、二次、三次加酶多段液化工藝。但這類噴射器，～。 發酵工藝 （1）菌種的擴大培養 菌種的擴大培養是檸檬酸發酵工藝所要求的。對孢子質量的要求是：形態整齊均一，無雜菌污染，發芽率高，發芽后生長速度適當，產酸活力高，無老化現象。其滅菌的方式分為間歇式（實消）與連續式（連消）。 （3）曲霉檸檬酸發酵條件控制 營養要求 黑曲霉檸檬酸生產菌是化能異養微生物，只能利用有機碳源。黑曲霉偏好生理酸性無機氮，這是因為生理酸性氮中的銨離子被利用后，使培養基變酸，可以使發酵中的黑曲霉生長階段結束，進入產酸階段，PH下降到較低水平有利于檸檬酸的積累。7H2OCa2+Cu2+Fe2+Mn2+ 國內黑曲霉檸檬酸生產菌的培養基培養基組成生孢培養基發酵培養基（1）斜面培養基麥芽汁蔗糖10～120Bx瓊脂2%（2）麩曲培養基2%麥麩（3）薯干粉約70g濕麩皮/1000mL瓶16%～20%（4）玉米液化液13%～14%NH4NO34%～5% 溫度控制 黑曲霉屬嗜熱微生物，一般認為，深層液體發酵中，溫度低于28℃會導致長菌和產酸緩慢，溫度高于37℃會導致菌體和雜酸形成過量，呼吸作用加強，影響糖酸轉化率。 接種量和接種方式 接種量：直接決定于進入培養系統的孢子數量。 溶解氧的控制 黑曲霉檸檬酸生產菌是嚴格的好氧微生物，不管生長、繁殖、還是產酸均需要氧。機械消泡是借助機械力將泡打碎或借壓力使泡沫破裂，其優點是不用在發酵液中加入其它物質，節省原料，減少染菌機會，缺點是不能從根本上消除引起穩定泡沫的因素，消泡效果不如化學消泡劑迅速可靠，需要一定的設備和動力。從檸檬酸發酵液中提取檸檬酸的方法主要是：鈣鹽—離子交換法、溶劑萃取法，離子交換法、離子色譜法等。國內的萃取工藝和設備不夠完善、反萃取水相檸檬酸濃度太低、萃余液的出路未做深入研究、存在產品毒性問題。色譜分離（ILCS）工藝：基本原理是基于離子交換樹脂自身的轉換，使用單一離子交換樹脂為固相離子交換劑。原料價格低廉，發酵體系為均一液體，發酵速率高，產品得率高過濾后的得到的玉米殘渣可以直接作為飼料或者經過固體發酵制得高蛋白飼料，使原來的生產成本大大降低。210192=(噸) 210——一水檸檬酸的分子量 192——無水檸檬酸的分子量 % 則每天處理發酵液的量：247。1921/2570=(噸） 570——檸檬酸鈣的分子量 90%——檸檬酸鈣的收率（4）H2SO4 每天H2SO4的用量：%247。12=(m2 ) % —— 收率 —— 生產能力（立方米/小時每平方米） 12 —— 每天的過濾時間（小時/天） 臺數為： 247。) 1/3 —— 洗水量為發酵液的1/3 臺數： 1/3247。24=（臺） 取3臺 3 —— 一天三班 24 —— 操作周期 CaCO3高位儲罐（1） 容積的確定 V取3m3（2） 個數的確定 取3個，起中間作用 中和桶（1） 容積的確定 V取50m3（2） 臺數的計算(%＋54＋14)85%247。100%=% 檸檬酸鈣過濾機采用帶式過濾 ,適用于城市給排水及化工。24%247。24%247。（2580%）247。50247。25%=（m3）（2） 容積的確定 V取50m3（3） 個數計算 2/3247。25%=（噸） 洗濾餅及洗板框用水：（%＋15%）=（噸） % —— 洗濾餅用水為發酵液的1/3 15% —— 洗板框用水為發酵液的15% 洗檸檬酸鈣用水：%247。［（100－85）］=(噸) 酸解液及CaSO4洗水加熱用蒸汽：%247。4=（噸） 平均用汽量：（＋＋＋）247。（2）發酵的質量是保證檸檬酸提取的首要因素。（5）繪制了檸檬酸生產工藝流程圖一張，全廠平面布置圖、提取車間工藝流程圖、提取車間設備布置圖一張。從課題的選擇到設計的最終完成，李尊華老師一直耐心的指導我，給我提供了很多寶貴的意見。再一次對幫助過我的老師同學表示感謝！ 范 佳 2013年5月10日