檸檬酸發(fā)酵工藝2013-4-4

1、5001000M3檸檬酸生產(chǎn)發(fā)酵罐的開發(fā)2.5檸檬酸的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及新工藝新技術(shù)檸檬酸的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及新工藝新技術(shù)2.5.1天津科技大學(xué)研究成功的吸交法提取檸檬天津科技大學(xué)研究成功的吸交法提取檸檬酸新工藝酸新工藝2.5.2中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境中心研究成功的色譜中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境中心研究成功的色譜分離（分離（ILCS）工藝）工藝2.5.3無(wú)錫江南大學(xué)和無(wú)錫分離技術(shù)研究所研究無(wú)錫江南大學(xué)和無(wú)錫分離技術(shù)研究所研究成功的成功的“熱水洗脫的檸檬酸色譜分離技術(shù)熱水洗脫的檸檬酸色譜分離技術(shù)”檸檬酸提取分離新工藝2.5.1 吸交法 該方法是利用特定的有機(jī)高分子樹脂的高選擇離子交換性，直接從處理后的發(fā)酵濾液中提取檸檬酸或

2、其鹽類。其流程是發(fā)酵液經(jīng)過(guò)濾后用離子交換柱交換吸附，氨水洗脫后過(guò)陽(yáng)離子交換柱轉(zhuǎn)型，再經(jīng)活性炭脫色、除雜后濃縮、結(jié)晶，最后得到檸檬酸產(chǎn)品。 主要基于以下幾個(gè)反應(yīng)： 離子交換法提取檸檬酸的工藝流程離子交換法提取檸檬酸的工藝流程 離子交換法工藝簡(jiǎn)單、能耗低，收率可達(dá)95%以上。當(dāng)然，該工藝也存在一些缺點(diǎn)，例如，離子交換樹脂在使用中需要頻繁再生，會(huì)產(chǎn)生大量廢液;再之，離子交換樹脂具有一定的壽命，也需要經(jīng)常更換。因此，尋求或研制高效、壽命長(zhǎng)、易回收利用的離子交換樹脂，就成為該工藝得以工業(yè)化推廣的關(guān)鍵。 工藝的主要特點(diǎn)工藝的主要特點(diǎn)1) 采用吸交量大，抗污染活性強(qiáng)，不易破碎的離子交換樹脂，采用吸交量大，抗

3、污染活性強(qiáng)，不易破碎的離子交換樹脂，作為分離材料，從檸檬酸發(fā)酵液中高效率地分離出檸檬酸。作為分離材料，從檸檬酸發(fā)酵液中高效率地分離出檸檬酸。2) 強(qiáng)化了發(fā)酵液過(guò)濾的予處理工作和采用了有效的除易炭化強(qiáng)化了發(fā)酵液過(guò)濾的予處理工作和采用了有效的除易炭化物的方法，使成品檸檬酸易炭化物含量低于標(biāo)準(zhǔn)。物的方法，使成品檸檬酸易炭化物含量低于標(biāo)準(zhǔn)。3) 提取液中檸檬酸濃度可達(dá)提取液中檸檬酸濃度可達(dá)20-30%，節(jié)省蒸發(fā)能耗。，節(jié)省蒸發(fā)能耗。4) 無(wú)石膏廢渣，副產(chǎn)品可制無(wú)石膏廢渣，副產(chǎn)品可制NH4SO4化肥，生產(chǎn)化肥，生產(chǎn)1噸檸檬酸噸檸檬酸可產(chǎn)可產(chǎn)0.6噸硫酸銨。噸硫酸銨。5) 提取總收率可超過(guò)提取總收率可超過(guò)

4、90%，提取成本比鈣鹽法下降，提取成本比鈣鹽法下降300-500元元/噸。噸。 2.5.2色譜法 色譜工藝的原理與高壓液相色譜儀的原理一樣,它根據(jù)固定相對(duì)流動(dòng)相具有不同的親和力導(dǎo)致料液中各組分通過(guò)樹脂床的速度的快慢得到分離，在固定相中分配系數(shù)大的組分遷藝速率慢，分配系數(shù)小的組分遷移速率快，因遷移的速率不同而使發(fā)酵液中的各成分得到分離。 色譜法提取檸檬酸的工藝流程色譜法提取檸檬酸的工藝流程工藝的主要特點(diǎn)是：1）采用對(duì)檸檬酸分子具有高效分離特性的離子交換樹脂作為分離材料，從檸檬酸發(fā)酵液中分離出檸檬酸。2）強(qiáng)化了發(fā)酵過(guò)濾液的予處理，除去非檸檬酸雜質(zhì)，使成品檸檬酸中易炭化物含量達(dá)標(biāo)。3）提取液中檸檬酸

5、濃度可高達(dá)20-40%，可減少其濃縮能耗。4）無(wú)石膏廢渣，LCS工藝分離液可用鹽酸、硫酸、硝酸磷酸；NaOH、K0H、NH4OH等無(wú)機(jī)酸或無(wú)機(jī)堿水溶液，因此分離廢水可通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶工序制成化肥，降低成本。5）從發(fā)酵液中總酸算起，總收率可達(dá)85-90%6)生產(chǎn)1噸檸檬酸產(chǎn)0.7噸硫酸鈉，因連續(xù)串聯(lián)運(yùn)行進(jìn)料壓力較高，樹脂破損率較大。 3、變溫色譜法和吸交法 變溫色譜法與吸交法結(jié)合新工藝是綜合了上述兩個(gè)原理的優(yōu)點(diǎn)，弱酸強(qiáng)堿兩性專用合成樹脂（熱再生樹脂）吸附檸檬酸，該樹脂對(duì)檸檬酸有很強(qiáng)的專一吸附能力, 對(duì)其它雜質(zhì)幾乎不產(chǎn)生吸附。樹脂的解吸洗脫劑是用熱水,水在不同溫度時(shí)離解度將產(chǎn)生顯著變化, 當(dāng)溫度從25

6、上升到85時(shí), H+和OH-的濃度可增大30倍,熱水代替酸、堿起到了改變離子交換平衡的推動(dòng)作用,因此可用90左右的熱水輕易地從吸附了檸檬酸的飽和樹脂上將檸檬酸洗脫下來(lái)。 但是在實(shí)際生產(chǎn)中不可能達(dá)到大孔吸附樹脂對(duì)檸檬酸的百分之百的吸附，肯定會(huì)有一少部分檸檬酸跟隨其它雜質(zhì)泄漏，因此我們又提出了吸交法吸附檸檬酸根，然后用氫氧化鈉洗脫生產(chǎn)檸檬酸鈉的工藝。這兩個(gè)工藝的有機(jī)結(jié)合能是檸檬酸的提取率達(dá)到90%以上，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)與計(jì)算檸檬酸與檸檬酸鈉兩種產(chǎn)品的質(zhì)量比大概是5：1也就是說(shuō)在生產(chǎn)5萬(wàn)噸檸檬酸的同時(shí)會(huì)生產(chǎn)1萬(wàn)噸的檸檬酸鈉產(chǎn)品。 該工藝具有以下特點(diǎn)： （1）徹底根除了原“鈣鹽法”提取檸檬酸所產(chǎn)生的大量的工業(yè)

7、垃圾硫酸鈣。減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了環(huán)境污染，改善了整個(gè)車間及廠區(qū)的面貌；（2）提高了檸檬酸生產(chǎn)的總收率；（3）提高了產(chǎn)品質(zhì)量：新工藝的提取液質(zhì)量?jī)?yōu)于原“鈣鹽法”提取液，不但提高了成品質(zhì)量，而且由于新工藝提取液中大幅度減少了Ca 2+ 、Fe2+等離子的濃度，大大降低了精致工段的壓力和費(fèi)用； （4）節(jié)省大量能源消耗和人力物力消耗：新工藝徹底取消了原工藝的“中和”、“酸解”工段，節(jié)省了這兩個(gè)工段的真空抽濾和攪拌電消耗，節(jié)省了因加熱和熱水洗滌所必須的煤耗，同時(shí)也節(jié)省了50%以上的操作工，省去了硫酸鈣運(yùn)輸費(fèi)用；（5）提高了社會(huì)效益：原“鈣鹽法”工藝每生產(chǎn)1t檸檬酸就有2t的酸性硫酸鈣工業(yè)垃圾產(chǎn)生。

8、新工藝在提取檸檬酸的同時(shí)可生產(chǎn)玉米蛋白渣、菌絲渣等副產(chǎn)品，使檸檬酸生產(chǎn)所投入的各種原輔材料，全部轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品出售，使自然資源進(jìn)入良性循環(huán)的軌道；（6）新工藝為整個(gè)生產(chǎn)自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)：采用新工藝后，發(fā)酵液經(jīng)過(guò)過(guò)濾后一直到濃縮結(jié)晶前，完全是在液體狀態(tài)下的封閉操作，減少了外界環(huán)境的污染，為檸檬酸生產(chǎn)的完全潔凈化、連續(xù)化、自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；（7）簡(jiǎn)化了操作：原工藝需要嚴(yán)格控制“中和”、“酸解”過(guò)程反應(yīng)終點(diǎn)，費(fèi)事、費(fèi)時(shí)，還經(jīng)常發(fā)生誤差，新工藝簡(jiǎn)化了操作。變溫色譜法和吸交法結(jié)合新工藝的效益估算變溫色譜法和吸交法結(jié)合新工藝的效益估算 采用色譜法和吸交法提取新工藝后，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，使檸檬酸生產(chǎn)成本下

9、降。每生產(chǎn)1t檸檬酸節(jié)約：（1）主要原輔材料消耗：110元（2）節(jié)省煤：約1t（3）節(jié)約電：約50200Kwh（3）提高收率：7%（4）節(jié)省人員：50%以上（5）節(jié)省運(yùn)費(fèi)620元（6）節(jié)省其他費(fèi)用：若干 目前，我國(guó)還大量采用傳統(tǒng)的鈣鹽法，針對(duì)這種落后局面，加強(qiáng)對(duì)新工藝、新技術(shù)的研究開發(fā)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少環(huán)境污染，對(duì)于保證我國(guó)檸檬酸在國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)，使我國(guó)檸檬酸行業(yè)跨入世界先進(jìn)行列有極其重要的意義。但是新型吸附檸檬酸能力大、抗污染能力強(qiáng)的樹脂的研發(fā)，“色譜柱”和“吸交柱”的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用仍然是我們必須要解決的問(wèn)題。2.5.4中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 8269-

10、200本品為無(wú)色或白色結(jié)晶狀顆粒或粉末（二級(jí)略顯灰黃色）；無(wú)臭，味極酸；易溶于水，溶于乙醇，微溶于乙醚；水溶液呈酸性反應(yīng)，一水檸檬酸在干燥空氣中略有風(fēng)化。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 8269-2002.5.5歐洲檸檬酸標(biāo)準(zhǔn)檸檬酸是指按無(wú)水（或含一結(jié)晶水）物質(zhì)計(jì)算不少于99.5%和不多于101.0%當(dāng)量的2-羥基丙烷-1，2，3-羧酸。本品無(wú)色或白色結(jié)晶狀顆?；蚍勰?，易溶于水，可與乙醇以任何比例相溶，微溶于乙醚，無(wú)水檸檬酸在153時(shí)邊熔化邊分解。歐洲檸檬酸標(biāo)準(zhǔn)2.5.6新工藝新技術(shù)在檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用(1)1995年金其榮與蚌埠檸檬酸廠共同開發(fā)了玉年金其榮與蚌埠檸檬酸廠共同開發(fā)了玉米去

11、渣發(fā)酵新工藝，同年黑龍江甘南檸檬酸廠干脫米去渣發(fā)酵新工藝，同年黑龍江甘南檸檬酸廠干脫胚玉米去渣發(fā)酵新工藝，經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)應(yīng)用和完胚玉米去渣發(fā)酵新工藝，經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)應(yīng)用和完善，現(xiàn)已在全行業(yè)中推廣普及。由粗料改為細(xì)料發(fā)善，現(xiàn)已在全行業(yè)中推廣普及。由粗料改為細(xì)料發(fā)酵，為高糖高酸發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用奠定技術(shù)支撐。提酵，為高糖高酸發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用奠定技術(shù)支撐。提高了發(fā)酵產(chǎn)酸和轉(zhuǎn)化率。高了發(fā)酵產(chǎn)酸和轉(zhuǎn)化率。(2)在生產(chǎn)原料的予處理過(guò)程中，采用罐外噴射液在生產(chǎn)原料的予處理過(guò)程中，采用罐外噴射液化技術(shù)，能耗和原料消耗明顯降低，發(fā)酵設(shè)備利用化技術(shù)，能耗和原料消耗明顯降低，發(fā)酵設(shè)備利用率不斷提高。率不斷提高。(3)檸檬

12、酸發(fā)酵罐由檸檬酸發(fā)酵罐由50M3100M3200M3500M3以上，輔之以上，輔之先進(jìn)的攪拌和通風(fēng)裝置，節(jié)能效果顯著，土先進(jìn)的攪拌和通風(fēng)裝置，節(jié)能效果顯著，土建和人工大為減少。建和人工大為減少。(4)在在“鈣鹽法鈣鹽法” 檸檬酸提取中，檸檬酸鈣檸檬酸提取中，檸檬酸鈣和硫酸鈣的過(guò)濾由間歇板框過(guò)濾和硫酸鈣的過(guò)濾由間歇板框過(guò)濾移動(dòng)盤式移動(dòng)盤式水平真空過(guò)濾機(jī)水平真空過(guò)濾機(jī)連續(xù)膠帶過(guò)濾機(jī)，過(guò)濾和連續(xù)膠帶過(guò)濾機(jī)，過(guò)濾和節(jié)能效果顯著。節(jié)能效果顯著。(5)膜過(guò)濾裝置廣泛應(yīng)用于空氣過(guò)濾、發(fā)酵膜過(guò)濾裝置廣泛應(yīng)用于空氣過(guò)濾、發(fā)酵液過(guò)濾和提取中間過(guò)濾，減少了發(fā)酵染菌，液過(guò)濾和提取中間過(guò)濾，減少了發(fā)酵染菌，極大地提高了

13、產(chǎn)品質(zhì)量。極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。(6)在在“鈣鹽法鈣鹽法” 檸檬酸提取中，采用高濃檸檬酸提取中，采用高濃度連續(xù)中和和酸解洗濾技術(shù)以及水和淡酸循度連續(xù)中和和酸解洗濾技術(shù)以及水和淡酸循環(huán)回收技術(shù)，提高了提取收率，極大地降低環(huán)回收技術(shù)，提高了提取收率，極大地降低水耗水耗(7)在檸檬酸濃縮、結(jié)晶生產(chǎn)過(guò)程中，引進(jìn)在檸檬酸濃縮、結(jié)晶生產(chǎn)過(guò)程中，引進(jìn)國(guó)外多效連續(xù)濃縮、結(jié)晶節(jié)能技術(shù)和裝置，國(guó)外多效連續(xù)濃縮、結(jié)晶節(jié)能技術(shù)和裝置，現(xiàn)已全部消化及國(guó)產(chǎn)化，并能滿足大規(guī)模生現(xiàn)已全部消化及國(guó)產(chǎn)化，并能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，自動(dòng)化程度高，投資、能耗和人產(chǎn)的需要，自動(dòng)化程度高，投資、能耗和人工大幅度減少。工大幅度減少。(8)為了消除硫酸鈣和大氣污染、減少原料為了消除硫酸鈣和大氣污染、減少原料消耗，實(shí)現(xiàn)清潔生，提高提取收率，降低生消耗，實(shí)現(xiàn)清潔生，提高提取收率，降低生產(chǎn)成本，檸檬酸行業(yè)一直在積極探索先進(jìn)的產(chǎn)成本，檸檬酸行業(yè)一直在積極探索先進(jìn)的無(wú)硫酸鈣提取工藝技術(shù)無(wú)硫酸鈣提取工藝技術(shù)，如中科院生態(tài)所和，如中科院生態(tài)所和阜陽(yáng)