2023年年产3万吨水柠檬酸生产工艺设计.doc

生物制品工艺学课程设计 题目：年产3万吨一水柠檬酸生产工艺设计 学校：北方民族大学 学院：生物科学与工程学院 专业：生物工程 班级：101 组别：第二组 组长：略 组员：略 日期：2012年5月13日 目 录 ……………………………………………………………3 1.前言 ……………………………………………………………4 1.1柠檬酸简介……………………………………………………4 1.2目前柠檬酸发酵生产的状况及其主要的生产技术……………5 2.生产工艺 ………………………………………………………6 2.1生产方法………………………………………………………6 2.2生产流程………………………………………………………6 2.3操作工艺………………………………………………………7 2.3.1原料的处理 …………………………………………………7 2.3.2无菌空气的处理 ……………………………………………8 2.3.3 种子的培养…………………………………………………9 2.3.4发酵工序及醪液处理工序……………………………………9 2.3.5提取工段 ……………………………………………………10 2.3.6精制工段 ……………………………………………………11 2.3.7污水处理工序 ………………………………………………12 3.工艺计算书 ……………………………………………………13 3.1物料衡算………………………………………………………13 3.1.1 工艺技术指标及根底数据 …………………………………13 3.1.2 原料消耗计算基准 …………………………………………14 3.1.3发酵醪量的计算 ……………………………………………14 3.1.4接种量………………………………………………………14 3.1.5液化醪量的计算 ……………………………………………14 3.1.6成品柠檬酸 …………………………………………………14 3.1.7淀粉质原料年产3万吨一水柠檬酸总物料衡算 ……………15 4.柠檬酸生产的主要工艺设备 …………………………………16 4.1发酵罐的选型 …………………………………………………16 4.1.1发酵罐容积和台数确实定……………………………………16 4.2柠檬酸生产的主要工艺设备表…………………………………17 5.全厂及车间布置 ………………………………………………18 6.结束语……………………………………………………………19 参考文献 …………………………………………………………20 附图一 ……………………………………………………………21 附图二 ……………………………………………………………22 附图三 ……………………………………………………………23 附图四 ……………………………………………………………24 摘 要 本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接参加少量α－淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。制备柠檬酸一般采用晒干的薯干作为原料。其中薯干含水13%、淀粉75%、蛋白质6%左右。薯干原料中的蛋白质可作为氮源供菌体生长。薯干原料中含有铁、镁、钾、钙等的无机盐，选用的黑曲霉C0527对这些成分不敏感,故不必对原料做这方面的预处理。本设计采用液体深层好氧发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。这两种方法都是国内比较流行的生产方法，有着大量的实际经验，易于操作，风险小。 本设计对目前发酵生产柠檬酸的状况及其主要的生产技术做了阐述，并对发酵生产柠檬酸的工艺技术方法、工艺流程及设计技术说明给出了明确设计。因为知识有限，在工艺计算方面，只做了物料衡算和发酵罐选型的有关计算。确定了柠檬酸生产的主要工艺设备选型以及全厂及车间布置。 本设计还包括全厂平面图，车间平面布置图，工艺流程图等。 1. 前 言 1.1 柠檬酸的简介 1.1.1名称 柠檬酸，是一种重要的有机酸，又名枸橼酸。化学名称：2-羟基-1,2,3-已三酸 结构式为： 1.1.2物理性质 柠檬酸为白色结晶粉末，无臭。 熔点(℃)： 153 ℃； 密度： 1.542g/cm3 ； 溶解性： 溶于水、乙醇、乙醚，不溶于苯，微溶于氯仿。 1.1.3化学性质 从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质。加热至175 °C时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离； 加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反响。 1.1.4主要用途 柠檬酸是有机酸中第一大酸，由于物理性能、化学性能、衍生物的性能，是广泛应用于食品、医药、日化等行业最重要的有机酸。在食品和医学上用作多价螯合剂，也是化学过程的中间体。 柠檬酸在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、柑橘等。柠檬酸具有宜人风味、高的水溶性和强的金属螯合力，长期以来占据食用酸味剂70%左右的市场份额，除可口可乐和纯果汁以外，几乎所有的饮料〔包括固体和液体〕都使用柠檬酸作为酸味剂，通常的添加量为0.25%-0.4%〔m/m〕。此外，食品加工和奶制品也添加柠檬酸或柠檬酸盐。据不完全统计，使用柠檬酸的食品或药品〔如化学药的枸橼酸盐〕约有上千种之多。柠檬酸除用于食品和医药工业外，最大的用途是代替三聚磷酸钠作为洗涤剂的助洗剂，20世纪90年代初，国外还有人发现柠檬酸参加混凝土中可作为一种“减水剂〞，并能提高混凝土的凝固强度。可以认为，柠檬酸早已成为现代食品、医药业、日化行业及其他工业的通用原料[1]。 1.2目前柠檬酸发酵生产的状况及其主要的生产技术。 1.2.1柠檬酸发酵生产的状况 1917年，美国学者Currie发现了一株产柠檬酸的黑曲霉，并通过美国的Pfizer(辉瑞)公司于1923年采用浅盘发酵实现了工业化生产，原料主要是糖蜜。1952年，美国的Miles公司首先成功地采用液体深层发酵工业化规模生产柠檬酸。由于这种新工艺比传统的浅盘工艺有更多的优越性，因而推动了世界柠檬酸工业的迅速开展，深层发酵法也成为柠檬酸发酵生产的主要工艺。到2023年，全球柠檬酸的年生产能力在90万吨以上，并一直保持比较平稳的开展速度[1]。 我国柠檬酸发酵工业起步较晚，1969年上海酵母厂成功利用薯干粉深层发酵柠檬酸。在20世纪80年代，由于出口的需要，我国的柠檬酸生产开展速度，已成为世界上柠檬酸生产量最大的国家。全国有近90家柠檬酸生产企业，年生产能力达近50万吨，占世界总量的40%多。2023年全国产量30多万吨，2023年达40余万吨。我国开发的以白薯干为原料的产酸菌种具有其独到的特点，加之我国的许多地区对生产过程中排放的废水要求较低，多数生产企业对生产过程中产生的废水没能进行比较有效的处理，因此，我国柠檬酸生产本钱较低，在国际市场上具有较强的竞争力。近年来我国柠檬酸的年出口量一直保持在10万吨以上[1]。 随着生物技术的进步，柠檬酸工业有了突飞猛进的开展，全世界柠檬酸产量已达0.4Mt。在柠檬酸发酵技术领域，由于高产菌株的应用和新技术的不断开拓，柠檬酸发酵和提取收率都有明显提高，每生产1t柠檬酸分别消耗2.5～2.8t糖蜜，2.2～2.3t薯干粉或1.2～1.3t蔗糖。人们正在大力开发固定化细胞循环生物反响器发酵技术。 1.2.2主要的生产技术 柠檬酸的发酵工艺可分为外表发酵、固体发酵和深层发酵三种。外表发酵是利用生长在液体培养基外表的微生物的代谢作用，将可发酵微生物转化成柠檬酸的。这种技术出现最早，至今工业上仍有应用，主要用于糖蜜原料的发酵。固体发酵是将发酵原料及菌体吸附在疏松的固体载体上发酵生产柠檬酸的过程。深层发酵的特点是微生物菌体均匀的分布在液相中，利用溶解氧，发酵时不产生分生孢子，全部菌体细胞都参与合成柠檬酸代谢。由于这种工艺具有明显的有点，所以逐渐在柠檬酸工业上占据主导地位[1]。 图1 我国深层发酵柠檬酸根本工艺流程简图 2．生产工艺 2.1生产方法 本次生产工艺设计以薯干为原料，采用直接粉碎、调浆、液化，进行好气液体深层发酵，钙盐法提取，最后结晶、枯燥得到柠檬酸。 2.2工艺流程 本次生产工艺的根本过程是： 在接收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，参加菌种和净化压缩空气后进行发酵； 发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐，用CaCO3中和处理； 再经过过滤洗涤，得到柠檬酸钙固体，送入酸解罐，再添加H2SO4酸解，并参加活性炭进行脱色； 然后，通过带式过滤机过滤、酸解过滤，除去CaSO4及废炭； 酸解过滤液经离子交换处理后，进行蒸发、浓缩，再进行结晶； 结晶后，用离心机进行固液别离，对得到的湿柠檬酸晶体进行枯燥与筛选，最后得到成品的柠檬酸[2]。 成品柠檬酸 淀粉糖 净化 空气 菌种 种子 发酵 消泡剂 过滤 废渣处理 中和 钙盐 枯燥 湿柠檬酸 纯水 别离 次品回溶 蒸发结品 过滤 废渣处理 酸解 酸液 活性炭 酸解液 离子交换处理 灭菌 配料 筛选 图2 柠檬酸生产工艺流程示意图 2.3操作工艺 2.3.1 原料的处理 根据发酵的要求，对薯干原料，采用直接粉碎、磨粉、调浆、液化、连续灭菌的处理方法；以薯干原料生产时，根据我国薯干粗料的特征，发酵工艺要求将薯干从平仓运至备料车间，经过磁选装置除去原料中含铁杂质，以保护设备。然后进入粗粉碎机，将薯干先轧成1—3cm 大小的小块，以提高磨粉机的效率，便于物料的输送。粗碎后，由斗式提升机提送至中间粉仓，由粉仓落入磨粉机粉碎，粉碎后进入粉仓再经计量送至配料罐。配料罐内加水调浆，同时参加淀粉酶升温液化。液化完成后送至连消装置连续灭菌，再送至发酵车间[3]。 图3 薯干原料液化工艺流程 2.3.2 无菌空气的处理 目的：提高压缩空气的洁净度；去除压缩后空气中的油水 根本流程：吸入空气→前过滤→空气压缩机→压缩空气冷却至适当温度→别离去除油和水→加热至实罐温度，RH50-60%→空气过滤器→无菌空气