年產(chǎn)1000噸乳酸的生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)課題年產(chǎn)1000噸乳酸的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)1001班課 題 簡(jiǎn)介乳酸在食品、醫(yī)藥、化工等方面廣泛應(yīng)用，且因聚乳酸的大量應(yīng)用導(dǎo)致 乳酸的國(guó)際市場(chǎng)需求日益增大，但原有生產(chǎn)方法存在很多不足，故本設(shè)計(jì)在 原有的生產(chǎn)工藝上加以改進(jìn)，以德氏乳桿菌為菌種，以玉米為主原料，利用 同步糖化發(fā)酵法，最終獲得純?nèi)樗?。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：年產(chǎn)1000噸純度為80%的純?nèi)樗嵩O(shè)計(jì)任務(wù)：1.查閱文獻(xiàn)，提出選題的初步設(shè)想2.乳酸生產(chǎn)工藝的綜述3確認(rèn)生產(chǎn)工藝流程4.工藝計(jì)算和設(shè)備選型5物料衡算和能量衡算今經(jīng)濟(jì)評(píng)估6.用CAD畫(huà)主設(shè)備圖和工藝流程圖7翻譯一篇相關(guān)文獻(xiàn)圖紙要求：1.繪制乳酸的工藝流程圖

2、（1#圖紙）2.繪制主設(shè)備圖（1#圖紙）設(shè)計(jì)要求通過(guò)查閱文獻(xiàn)及綜述，掌握乳酸的國(guó)外生產(chǎn)的研究進(jìn)展確定乳酸生產(chǎn)的設(shè)計(jì)方案和工藝流程進(jìn)行工藝計(jì)算和經(jīng)濟(jì)評(píng)估訓(xùn)練實(shí)事和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)指導(dǎo)教師 簽字系主任 簽字主管院長(zhǎng) 簽章課題名稱年產(chǎn)1000噸乳酸的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)課題來(lái)源結(jié)合實(shí)際，導(dǎo)師制定課題類型BX導(dǎo)師學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)生物工程資料準(zhǔn)備：收集有關(guān)乳酸的性質(zhì)及工廠生產(chǎn)方法的國(guó)外研究文獻(xiàn)，同時(shí)深入了解影響乳酸工廠 生產(chǎn)的影響因素，為乳酸設(shè)計(jì)生產(chǎn)方案的制定及論文寫(xiě)作奠定了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)目的：通過(guò)分析各乳酸生產(chǎn)方法工藝的利弊，確定最優(yōu)乳酸生產(chǎn)工藝。設(shè)計(jì)要求：1.通過(guò)查閱文獻(xiàn)及綜述，掌握乳酸的國(guó)外生產(chǎn)的研究進(jìn)展確定乳酸生

3、產(chǎn)的設(shè)計(jì)方案和工藝流程進(jìn)行工藝計(jì)算和經(jīng)濟(jì)評(píng)估訓(xùn)練實(shí)事和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)設(shè)計(jì)思路：1.研究乳酸生產(chǎn)的相關(guān)背景知識(shí)和現(xiàn)狀，并了解乳酸生產(chǎn)的最新研究進(jìn)展。針對(duì)乳酸生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，提出該設(shè)計(jì)研究的必要性。分析各種乳酸生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確認(rèn)乳酸生產(chǎn)方案；設(shè)計(jì)基本工藝流程圖；運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析，論證本設(shè)計(jì)的可行性；用CAD畫(huà)出工藝的設(shè)備圖和工藝流程圖預(yù)期成果：1.通過(guò)設(shè)計(jì)了解乳酸的生產(chǎn)技術(shù)。分析不同生產(chǎn)乳酸的方法、確定最優(yōu)乳酸生產(chǎn)方案。設(shè)計(jì)出生產(chǎn)效益高、生產(chǎn)周期短的生產(chǎn)工藝任務(wù)完成階段及時(shí)間安排：收集有關(guān)乳酸生產(chǎn)技術(shù)的資料2周(2014.2.252014.3.10)完成論文開(kāi)題報(bào)告和設(shè)計(jì)論文大綱。2周(20

4、14.3.112014.3.24)設(shè)計(jì)出乳酸生產(chǎn)工藝流程。2周(2013.3.253013.4.7)物料衡算和能量衡算。2周(2014.4.82014.4.21) 設(shè)備選型。2 周(2014.4.222014.5.5)CAD 設(shè)計(jì)繪圖。2 周(2014.5.62014.5.19)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益估算評(píng)析。2周 (3014.5.20_2014.5.26)完稿，論文排版，核對(duì)矯正，檢查。1周(2014.5.272014.6.2) 定稿，打印，裝訂。2天 (2014.6.32014.6.4)完成任務(wù)所具備的條件及因素：利用圖書(shū)館的資料、文獻(xiàn)，查閱的各種期刊和網(wǎng)絡(luò)資源，不斷提出 問(wèn)題，同指導(dǎo)老師探討，并融

5、合所學(xué)的相關(guān)知識(shí)。指導(dǎo) 教師 意見(jiàn)簽名：年 月 日交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)學(xué)生自查表(中期教學(xué)檢查用)學(xué)生專業(yè)生物工程班級(jí)指導(dǎo)教師姓名職稱講師課題名稱乳酸生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)個(gè)人精力實(shí)際投入日平均工 作時(shí)間8 小時(shí)周平均工 作時(shí)間40小時(shí)迄今缺席天數(shù)無(wú)出勤率100%指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù)5次每周指導(dǎo)時(shí)間(h)10小時(shí)備注2小時(shí)/天畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度(完成) 容及比重已完成主要容%待完成主要容%設(shè)計(jì)整體規(guī)劃。查閱有關(guān)乳酸的相關(guān) 文獻(xiàn)及書(shū)籍并概括出乳 酸的各種生產(chǎn)工藝。翻譯了一篇與乳酸相 關(guān)的外文文獻(xiàn)。分析各種乳酸提取方 法的比較。確定乳酸的生產(chǎn)工藝 流程方案。設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝流程。初步完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的

6、撰寫(xiě)。70設(shè)備選型及物料衡算和 能量衡算。經(jīng)濟(jì)效益分析。主設(shè)備圖和流程圖的繪 制。30存在問(wèn)題由于缺乏實(shí)踐以及初次接觸工藝的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，所以生產(chǎn)線的設(shè) 計(jì)還需進(jìn)一步完善。由于本設(shè)計(jì)缺乏實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，故其實(shí)際生產(chǎn)的可行性還有待實(shí) 踐驗(yàn)證。指導(dǎo)教師簽字：年 月 日摘要乳酸是應(yīng)用最為廣泛的三大有機(jī)酸之一，本設(shè)計(jì)采用同步糖化發(fā)酵法來(lái)生產(chǎn)乳酸， 同步發(fā)酵技術(shù)克服了傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)物抑制作用，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。該設(shè)計(jì)的 生產(chǎn)方案為：以大米為主生產(chǎn)原料，麩皮為輔助原料，以德氏乳桿菌為菌種，添加碳酸 鈣作為乳酸發(fā)酵的中和劑和穩(wěn)定劑，經(jīng)過(guò)發(fā)酵得到的發(fā)酵液。發(fā)酵液經(jīng)過(guò)預(yù)處理和一系 列分離反應(yīng)，從而得到粗乳酸，

7、在經(jīng)過(guò)離子交換法處理得到純度為80%的純?nèi)樗帷?關(guān)鍵詞：乳酸生產(chǎn)工藝，微生物發(fā)酵，同步糖化發(fā)酵法AbstractLactic acid is one of the three organic acids which widely usedin the world, this design uses simultaneous saccharification and fermentation to produce lactic acid. Simultaneous saccharification and fermentation overcomes the inhibitory effect

8、of traditional fermentation product, saving production cost, improving production efficiency. The design used the German Lactobacillus for strains and rice as the main raw materials, wheat bran auxiliary raw materials, adding CaCO as neutralizing agent and stabilizer of lactic acid fermentation, aft

9、er fermentation, the fermentation liquid was pretreated, then a series of separation and reaction were used , finally, ion exchange treatment was adopted, we obtained lactic acid with a purity of 80%.Keywords: production of lactic acid, fermentation technology, synchronous fermentation technology TO

10、C o 1-5 h z 緒論0 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.1乳酸的性質(zhì)和應(yīng)用0 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1.1.1乳酸的性質(zhì)01.1.2乳酸的應(yīng)用01.1.3乳酸的質(zhì)量檢測(cè)01.2全球市場(chǎng)狀況及生產(chǎn)狀況11.2.1全球市場(chǎng)狀況1 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 1.2.2全球乳酸的生產(chǎn)狀況 11.3乳酸的生產(chǎn)方法21.3.1化學(xué)合成法2 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 1

11、.3.2酶法合成2 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 1.3.3發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸2 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 1.4乳酸發(fā)酵過(guò)程的介紹2 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 菌種3 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 1.4.2乳酸的發(fā)酵方法 3 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 1.4.3乳酸發(fā)酵提取分離方法4 HYPERLINK l book

12、mark70 o Current Document 1.5我國(guó)發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸的現(xiàn)狀 5 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 1.6我國(guó)發(fā)酵乳酸過(guò)程中存在的問(wèn)題的解決方案6 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 工藝設(shè)計(jì)及控制7 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 2.1同步糖化法生產(chǎn)乳酸的工藝流程72.2乳酸發(fā)酵條件及控制 8原料8 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 2.2.2發(fā)酵的菌種8 HYPERLI

13、NK l bookmark91 o Current Document 2.2.3發(fā)酵工藝控制及注意事項(xiàng)8 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 2.3提取工藝及其控制 102.3.1提取工藝流程 10 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 2.3.2提取工藝條件 102.3.3提取工藝的控制 10 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 工藝計(jì)算及設(shè)備選型13 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 3.1設(shè)

14、計(jì)工藝的條件和要求133.2 設(shè)備計(jì)算及選型133.2.1發(fā)酵罐的選型13 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 3.2.2調(diào)漿罐的選型 14 HYPERLINK l bookmark157 o Current Document 3.2.3種子罐的選型14 HYPERLINK l bookmark166 o Current Document 3.2.4預(yù)熱罐的計(jì)算14 HYPERLINK l bookmark171 o Current Document 3.2.5壓料罐計(jì)算15 HYPERLINK l bookmark176 o Current

15、Document 第一次壓濾 15 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 第二次板框壓濾 15 HYPERLINK l bookmark188 o Current Document 3.2.8雙效塔153.2.9酸解鍋 16 HYPERLINK l bookmark195 o Current Document 3.2.10 第三次板框壓濾 16 HYPERLINK l bookmark209 o Current Document 3.3生產(chǎn)過(guò)程的物料衡算163.3.1發(fā)酵過(guò)程的物料平衡計(jì)算162提取過(guò)程的物料衡算 17 HYPERLINK l b

16、ookmark221 o Current Document 3.4生產(chǎn)過(guò)程的能量衡算 183.4.1發(fā)酵過(guò)程的能量計(jì)算182提取過(guò)程的能量衡算 194效益評(píng)估204.1員工工資204.2概算過(guò)程204.2.1建筑工程費(fèi)204.2.2設(shè)備購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用21 HYPERLINK l bookmark238 o Current Document 4.2.3生產(chǎn)成本總估算 22 HYPERLINK l bookmark244 o Current Document 4.2.4經(jīng)濟(jì)分析 22 HYPERLINK l bookmark247 o Current Document 工業(yè)三廢的處理24 HYPERLI

17、NK l bookmark250 o Current Document 5.1有機(jī)廢水的處理24 HYPERLINK l bookmark253 o Current Document 5.2廢氣的處理24 HYPERLINK l bookmark256 o Current Document 5.3廢渣的處理24 HYPERLINK l bookmark259 o Current Document 工廠生產(chǎn)的安全措施26 HYPERLINK l bookmark268 o Current Document 結(jié)論27 HYPERLINK l bookmark275 o Current Docume

18、nt 致28 HYPERLINK l bookmark278 o Current Document 參考文獻(xiàn)29附錄一：英文文獻(xiàn)附錄二：英文文獻(xiàn)翻譯附錄三：設(shè)備流程圖附錄四：主設(shè)備圖1緒論1.1乳酸的性質(zhì)和應(yīng)用1.1.1乳酸的性質(zhì)乳酸英文名稱lactic acid，學(xué)名2-羥基丙酸，分子式為CHO，相對(duì)分子質(zhì)量為3 6 390。呈強(qiáng)酸性，并具有吸濕性、旋光性，可與水、乙醇、乙醚、丙酮混溶。葡萄糖可以在人體中分解產(chǎn)生水、二氧化碳和丙酮酸，同時(shí)產(chǎn)生少量ATP，隨后丙 酮酸和氫結(jié)合可以生成乳酸。當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)過(guò)于劇烈或著持久時(shí)，葡萄糖將會(huì)因缺氧而在 身體大量分解為乳酸，造成體乳酸累積，使體液呈酸性，削弱

19、細(xì)胞的正常功能。1.1.2乳酸的應(yīng)用乳酸在工業(yè)、食品、醫(yī)藥等多方面有很多用途。乳酸被廣泛用作防腐劑、酸味劑 和還原劑。在罐頭、醬類和飲料等的生產(chǎn)中，乳酸可以替代苯甲酸、山梨甲酸等對(duì)人體 有毒副作用的防腐劑，劑，同時(shí)又可作為這些食品柔和的酸味劑；在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中， 利用乳酸調(diào)節(jié)pH值，不僅能促進(jìn)原料糖化，而且還可以抑制雜菌的生長(zhǎng)；乳酸乙酯是 調(diào)配新香型白酒的不可缺少的香料；添加0.3%0.5%的硬酯酰乳酸鈣就可以使面包的 體積增加30%40%，同時(shí)還能防止面包老化。乳酸在醫(yī)療方面有很多重要的應(yīng)用，可以作消毒劑和載體劑。乳酸鈉制成的溶液可 以治療酸中毒、高鉀血癥等疾病，該溶液還可解除由糖尿病或胃炎

20、引起的中毒。乳酸酯 類物質(zhì)可以用做溶解藥物的溶劑，增加人體對(duì)藥的吸收量，降低毒副作用，該物質(zhì)還能 制成片劑的潤(rùn)滑劑。由聚乳酸制成在臨床上有廣泛應(yīng)用的有緩釋膠囊制劑、可生物降解 手術(shù)縫合線、生物植入片等。在化學(xué)工業(yè)中，乳酸是生物可降解塑料聚乳酸的主要原料，聚乳酸因其具有良好的 機(jī)械性能和透氣性等優(yōu)點(diǎn)廣泛被應(yīng)用的同時(shí)。聚乳酸還是代替聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯 (PP)消除由“白色污染”所造成的環(huán)境危機(jī)的物質(zhì)。乳酸還可以用于皮革制造行業(yè)，使 皮革柔軟細(xì)膩，能使紡織纖維有光澤。乳酸和乳酸鈉對(duì)改善皮膚結(jié)構(gòu)有很好的效果，同 時(shí)乳酸酯具有溶解性好、無(wú)毒、增塑性、容易回收等優(yōu)點(diǎn)。乳酸還可用做合成樹(shù)脂涂料、 膠

21、黏劑、香料、和石油管道的清洗劑。1.1.3乳酸的質(zhì)量檢測(cè)乳酸的監(jiān)測(cè)除檢查外觀外，還需檢查乳酸的含量、重金屬的含量、Fe2+和Ca2+含量等 指標(biāo)。明恒磊等對(duì)傳統(tǒng)的EDTA檢測(cè)方法做了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)方法變色欠佳的缺點(diǎn)， 他們?cè)谥甘緞┲刑砑榆缢厝芤鹤鰹橐r色劑，提高顯色的對(duì)比度13。1.2全球市場(chǎng)狀況及生產(chǎn)狀況1.2.1全球市場(chǎng)狀況全球乳酸的應(yīng)用主要在工業(yè)科技、食品飲料、醫(yī)藥與個(gè)人護(hù)理等幾大方面，乳酸主 要分布在歐洲、亞洲和北美洲等三大區(qū)域，截止2007年，世界乳酸需求呈快速增長(zhǎng)的 趨勢(shì)，供需缺口在擴(kuò)大，20082010年之間，乳酸行業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，世界各國(guó)致 力于開(kāi)發(fā)利用生物制品，將谷物等原

22、料加工成乳酸，再進(jìn)一步制成其衍生物和聚乳酸。 2008年和2013年乳酸的全球消費(fèi)情況如下表所示：表1： 2008年和2013年乳酸消費(fèi)情況20082013消費(fèi)量（千噸）比例/%消費(fèi)量（千噸）比例/%工業(yè)應(yīng)用160.846.0260.452.7食品飲料139.840.0168.634.1醫(yī)藥及個(gè)人護(hù)理48.814.065.113.2總計(jì)349.4100494.1100乳酸主要應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)方面，而且其發(fā)展呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2008年工業(yè)生產(chǎn)方面的消 費(fèi)量占整體消費(fèi)的46%，到2013年時(shí)已達(dá)到52.7%，全球來(lái)說(shuō)，美國(guó)、西歐和亞洲將在 未來(lái)幾年有很大的增長(zhǎng)勢(shì)頭。1.2.2全球乳酸的生產(chǎn)狀況（1）國(guó)外

23、乳酸的生產(chǎn)狀況美國(guó)的乳酸生產(chǎn)量和消費(fèi)量都是呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其主要應(yīng)用是在工業(yè)應(yīng)用方面 （包括聚乳酸的生產(chǎn)），該項(xiàng)消費(fèi)量占總消費(fèi)量的67%，食品飲料方面市場(chǎng)需求也呈逐年 增加的趨勢(shì)，總之美國(guó)的乳酸消費(fèi)量以68%的速度增長(zhǎng)，美國(guó)90%的乳酸進(jìn)口量都是從 泰國(guó)和西班牙進(jìn)口的，乳酸鹽主要從中國(guó)和荷蘭進(jìn)口。2008年西歐的乳酸生產(chǎn)量降低，其主要原因是當(dāng)時(shí)乳酸生產(chǎn)成本太高，使得PURAC 停止其在西歐的乳酸生產(chǎn)，同時(shí)大部分廠家也因成本太高而停止生產(chǎn)，2005-2008年消 費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率為7.7%，20082013年年均消費(fèi)增長(zhǎng)量為9.1%。西歐乳酸的消費(fèi)主要 是公業(yè)應(yīng)用，尤其是PLA生產(chǎn)的應(yīng)用19。

24、(2)國(guó)乳酸的生產(chǎn)狀況曉宇a研究了我國(guó)2005年到2009年乳酸的市場(chǎng)狀況，其中我國(guó)2009年乳酸的總 產(chǎn)量是160千噸，主要使用的生產(chǎn)方法是發(fā)酵法。在這五年，我國(guó)乳酸市場(chǎng)的進(jìn)出口情 況發(fā)生了很大的變化，進(jìn)口數(shù)量逐年增加，進(jìn)口價(jià)格也有上下波動(dòng)，但其變化不大。出 口數(shù)量和價(jià)格總體呈上升趨勢(shì)。我國(guó)乳酸的消費(fèi)量以每年6%的增長(zhǎng)率增加。1.3乳酸的生產(chǎn)方法1.3.1化學(xué)合成法化學(xué)合成法生產(chǎn)乳酸的方法主要有乳腈法、丙酸法和丙烯腈法。丙酸法主要是由丙 酸和C進(jìn)行反應(yīng)，生成2-Cl丙酸，再與NaOH反應(yīng)生成乳酸。丙烯腈法是指先將丙烯 腈和硫酸反應(yīng)，再將反應(yīng)產(chǎn)物和甲醇反應(yīng)，從而得到乳酸，再將其經(jīng)過(guò)分離和精餾得

25、到 純?nèi)樗岬倪^(guò)程。乳腈法是乙醛和HCN反應(yīng)產(chǎn)物與水和硫酸得到產(chǎn)物，再與乙醇反應(yīng)生成 酯，在水解得到乳酸的生產(chǎn)過(guò)程。化學(xué)合成法的主要不足是其生產(chǎn)原料具有毒性，且不 能生產(chǎn)單旋光性的乳酸。通過(guò)該法生產(chǎn)的乳酸主要應(yīng)用于食品行業(yè)方面，因此必須除去 其中有毒的化學(xué)物質(zhì)。1.3.2酶法合成酶法合成主要有本崎等9人研究的1, 2-氯丙酸酶法和Hummd等人研究的丙酮酸酶 法轉(zhuǎn)化法，但這兩個(gè)方法都有個(gè)缺點(diǎn)，就是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，不適用與工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)今 主要應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)室研究。1.3.3發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸目前，工業(yè)化生產(chǎn)乳酸一般均采用糖類物質(zhì)發(fā)酵法，發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸首先要將淀粉 類物質(zhì)經(jīng)過(guò)糖化、糊化之后酶解再進(jìn)行發(fā)酵，同

26、時(shí)加入碳酸鈣進(jìn)行中和，發(fā)酵完后經(jīng)過(guò) 過(guò)濾處理得到乳酸鈣溶液，再接著將其通過(guò)75%的濃硫酸分解得到乳酸和硫酸鈣沉淀， 再經(jīng)過(guò)過(guò)濾就可得到粗乳酸溶液，最后采用吸附脫色和離子交換法去除溶液中的雜質(zhì)離 子而得到純?nèi)樗帷０l(fā)酵法生產(chǎn)乳酸的主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)條件溫和和產(chǎn)品光 學(xué)純度高7。1.4乳酸發(fā)酵過(guò)程的介紹乳酸發(fā)酵微生物的過(guò)程主要分為菌種的選育、發(fā)酵和后期提取。菌種對(duì)發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)條 件、生長(zhǎng)周期、產(chǎn)量等起著決定性因素，發(fā)酵方法是指對(duì)優(yōu)良菌種提供良好的生存環(huán)境 和營(yíng)養(yǎng)需求，保證菌種的正常生長(zhǎng)。后期提取是指利用發(fā)酵液的性質(zhì)從其中提取出有用 物質(zhì)的過(guò)程。1.4.1菌種發(fā)酵乳酸的微生物主要有細(xì)菌類和霉菌類

27、兩大類，細(xì)菌類主要有乳桿菌、鏈球菌和 芽孢桿菌，霉菌主要是根霉菌。發(fā)酵法一般使用的微生物都具有同型發(fā)酵、營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn) 單、產(chǎn)酸迅速、產(chǎn)酸量高、耐高溫和耐高濃度產(chǎn)物的抑制作用等特點(diǎn)Un。一般野生菌都 不滿足該要求，只有通過(guò)誘變等方法選育出適合發(fā)酵的菌種。菌種的傳統(tǒng)誘變方法主要有化學(xué)誘變、物理誘變等方法，傳統(tǒng)誘變方法存在著工作 量大和不確定性因素多的缺點(diǎn)。目前研究新型育種方法有誘變育種、基因工程與代工程 育種、基因組改組和染色體融合技術(shù)育種，各種方法各有利弊，可根據(jù)目的不同選擇適 宜的誘變方法，獲得目的菌株12。現(xiàn)今工業(yè)上的菌種主要有細(xì)菌發(fā)酵和根霉菌發(fā)酵。（1）細(xì)菌發(fā)酵細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的主要機(jī)理是同

28、型發(fā)酵，該法主要是將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸。利用 同型乳酸發(fā)酵葡萄糖生產(chǎn)乳酸得率超過(guò)85%，此發(fā)酵過(guò)程中，1mol葡萄糖可以生成2 mo1乳酸。細(xì)菌發(fā)酵的發(fā)酵產(chǎn)物純度高，副產(chǎn)物少，能耗少，發(fā)酵無(wú)需空氣，攪拌動(dòng)力低，成 本較低，理論轉(zhuǎn)化率100%，實(shí)際轉(zhuǎn)化率大于90%，后期提取與生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)控比較簡(jiǎn)單 還無(wú)污染。該法的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高，后期難以分離和純化。（2）根霉菌發(fā)酵根霉屬中米根霉生產(chǎn)乳酸的能力最強(qiáng)。菌絲匍匐爬行，無(wú)色，在37-40笆下能生長(zhǎng)。 根霉發(fā)酵的機(jī)理是好氧異型發(fā)酵，通過(guò)糖酵解途徑發(fā)酵生產(chǎn)，再生成乳酸的同時(shí)還生成 唬拍酸、蘋(píng)果酸和乙酸等其他代產(chǎn)物，導(dǎo)致乳酸光學(xué)純度降低了，其理論轉(zhuǎn)化率為

29、75%。 米根霉?fàn)I養(yǎng)要求低，可以直接利用淀粉質(zhì)等生物質(zhì)原料生產(chǎn)L-乳酸，其培養(yǎng)基比較簡(jiǎn)單， 只需添加少量的無(wú)機(jī)氮源，菌絲體大而且易于分離，生產(chǎn)的L-乳酸純度高且易于精制， 有利于工業(yè)化生產(chǎn)高純度的L-乳酸，理論轉(zhuǎn)化率75%，實(shí)際轉(zhuǎn)化率65%左右，發(fā)酵過(guò)程 中需要通氣攪拌導(dǎo)致能源消耗大，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本增加，原料利用率降，后期很難除去 發(fā)酵產(chǎn)生的雜酸，容易污染且工藝控制困難。1.4.2乳酸的發(fā)酵方法乳酸發(fā)酵方法主要有半連續(xù)發(fā)酵法、連續(xù)發(fā)酵法、同步糖化發(fā)酵法、固定化發(fā)酵法 和原位分離法發(fā)酵。目前乳酸的發(fā)酵原料多為淀粉質(zhì)，其發(fā)酵工藝包括多個(gè)步驟，首先高溫條件下對(duì)底 物進(jìn)行糊化和液化，然后用淀粉酶等將其

30、糖化，轉(zhuǎn)化成葡萄糖等可發(fā)酵糖，再進(jìn)一步經(jīng) 微生物發(fā)酵生成乳酸。淀粉糖化時(shí)間一般較長(zhǎng)，溫度較高，能耗高，因此以淀粉質(zhì)為原 料，經(jīng)糖化和發(fā)酵兩步工藝的經(jīng)濟(jì)性較差，有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。同步糖化發(fā)酵中的糖化過(guò)程和發(fā)酵過(guò)程是在同一個(gè)反應(yīng)器器中進(jìn)行的，即將酶與菌 種同時(shí)加入到反應(yīng)罐，使酶催化水解反應(yīng)和微生物發(fā)酵過(guò)程耦合的生產(chǎn)工藝。糖化過(guò)程 中產(chǎn)生的葡萄糖立即就發(fā)酵生成乳酸，該法克服了高濃度葡萄糖對(duì)反應(yīng)的抑制作用和糖 化酶對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)物抑制作用。同時(shí)加快了整個(gè)工藝周期，縮短生產(chǎn)時(shí)間，節(jié)約設(shè)備投資。 在較低溫度下進(jìn)行同步糖化發(fā)酵仍然有較高的利用率，該發(fā)酵法是高低物濃度在低反應(yīng) 體積下進(jìn)行低生產(chǎn)成本的最佳方式。同

31、步糖化發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸的量受多種外界因素的影響，其中主要的影響因素就是原 料、水解酶、菌種和溫度等，理論上以淀粉類材料為發(fā)酵的主要原料，該法可以避免由 于葡萄糖濃度過(guò)高而引起的底物抑制作用，該法的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98%，發(fā)酵周期為47 小時(shí)。該方法中糖化酶的最適反應(yīng)溫度應(yīng)該較高，且在一定圍，仍保持有酶活性，可以 通過(guò)提高溫度來(lái)增加酶活性，同時(shí)加快反應(yīng)速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量。淀粉糖化酶能在常溫條件下將淀粉分子的a-1，4和a-1，6糖昔鍵切開(kāi)，而使淀粉 轉(zhuǎn)化為葡萄糖。糖化酶能隨作用的溫度升高活力增大，超過(guò)55笆又隨溫度升高而活力急 劇下降，本品是最適作用溫度是50-55C，最適作用PH舒值在4.0-4.5

32、左右。糖化酶的特點(diǎn)主要是糖化酶對(duì)設(shè)備沒(méi)有腐蝕性，使用安全，工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、 有利于各廠的穩(wěn)定生產(chǎn)；使用糖化酶對(duì)淀粉水解比較安全，可提高出酒率，麩曲法能減 少雜菌感染，節(jié)約糧食可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；使用糖化酶有利于生產(chǎn)機(jī)械化， 有利于實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。1.4.3乳酸發(fā)酵提取分離方法分離方法主要有分子蒸餾提純、酯化水解法、膜分離法、結(jié)晶法、雙極膜電滲析法 等幾種。分子蒸餾技術(shù)是指極高真空的條件下依據(jù)分子運(yùn)動(dòng)均勻自由程的距離差分離的液 一液分離技術(shù)。分子蒸餾技術(shù)的蒸發(fā)器部件主要分為降膜式、離心式和刮模式等三大類， 其主要分離原理是根據(jù)蒸發(fā)器與冷凝器之間的距離為10-20.2m，該距離值小于分

33、子間 平均自由程來(lái)分離。該技術(shù)可以達(dá)到清除小分子雜質(zhì)和提純的目的。酯化水解法是指通過(guò)甲醇與發(fā)酵液反應(yīng)后，蒸餾出的乳酸甲酯后再水解得到高純度 的乳酸，從而獲得精品級(jí)乳酸的有效方法。由于化學(xué)反應(yīng)平衡的限制，其產(chǎn)率不高。近 年來(lái)，高效催化劑和工藝的使用使這種傳統(tǒng)的乳酸精制技術(shù)得到了新的發(fā)展。猛等人對(duì)乳酸提純的反應(yīng)精餾工藝建立了非平衡級(jí)穩(wěn)態(tài)模型。但由于酯化反應(yīng)的特 性，所以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的主要手段是及時(shí)從體系中脫除產(chǎn)物和水。Tanaka等采用T沸 石膜將體系中的水及時(shí)移除體系，使得酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率高于平衡轉(zhuǎn)化率，接近與 100%Sun等采用銨鹽中和發(fā)酵法，采用丁醇與乳酸銨酯化，然后精餾出乳酸丁酯再水

34、解制備得到純度極高的乳酸產(chǎn)品，總收率達(dá)85.6%。催化反應(yīng)和滲透汽化等集成技術(shù)的 使得傳統(tǒng)的乳酸酯化水解法得到了新的發(fā)展，雖然過(guò)程能耗較高，但也為乳酸精制方法 提供了一種新的精制方法。膜分離是一種新型的化工分離方法，現(xiàn)今膜分離技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛 應(yīng)用。乳酸精制過(guò)程則主要采用納濾、反滲透或電滲析的方法。微濾和超濾的孔徑能達(dá) 到除雜菌的目的，可以將乳酸菌體從發(fā)酵液中分離出來(lái)進(jìn)行重復(fù)使用，過(guò)濾過(guò)程中吸附 和濃差對(duì)通量的衰減起主要的作用。納濾和反滲析能一定程度上提高乳酸質(zhì)量，達(dá)到食 品乳酸的要求。雙極膜電滲析發(fā)酵法實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵過(guò)程中乳酸的在線移除。此法制備乳酸 的最大優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程簡(jiǎn)單、物耗降低

35、、三廢排放少和乳酸產(chǎn)品質(zhì)量高。結(jié)晶法是一種傳統(tǒng)的分離方法，采用降溫處理使乳酸鹽在發(fā)酵液中結(jié)晶從而分離出 來(lái)。鈣鹽法是目前國(guó)工廠中采用最多的方法。在發(fā)酵液中加入碳酸鈣與乳酸反應(yīng)，調(diào)節(jié) 反應(yīng)體系的pH值，發(fā)酵結(jié)束后濃縮降溫結(jié)晶從而得到乳酸鈣晶體，乳酸鈣再與硫酸反應(yīng) 制備乳酸，運(yùn)用此法生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量較高，但其收率低（50%以下）、物耗高和廢水量大 等缺點(diǎn)，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此可以采用鋅鹽結(jié)晶的方法來(lái)提取乳酸，在粗乳酸鈣 的溶液中加入硫酸鋅溶液反應(yīng)，在發(fā)酵液還未變冷時(shí)濾去石膏再冷卻結(jié)晶，然后將分離 出來(lái)的晶體溶解后，再通入硫化氫制備出乳酸，反應(yīng)生成的硫化鋅沉淀再與硫酸反應(yīng)生 成硫酸鋅和硫化氫，兩者均

36、可回收再利用，用此方法可以使乳酸的收率提高到60%左右 14。1.5我國(guó)發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸的現(xiàn)狀現(xiàn)今我國(guó)乳酸生產(chǎn)主要采用的方法是利用微生物發(fā)酵法，微生物發(fā)酵法是國(guó)家重 點(diǎn)支持的高新技術(shù)，該技術(shù)符合我國(guó)產(chǎn)業(yè)政策和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方向。當(dāng)今主要有三大因素刺激我國(guó)乳酸工業(yè)的工業(yè)化發(fā)展，第一個(gè)因素是我國(guó)大量的白 色塑料污染垃圾，用乳酸生產(chǎn)的聚乳酸替代聚氯乙烯，聚乳酸在自然條件下可以降解， 其具有良好的可塑性和生物相容性，經(jīng)過(guò)特殊處理的聚乳酸克服了耐熱性差和抗沖擊強(qiáng) 度低的缺點(diǎn)，使聚乳酸具有優(yōu)良的機(jī)械性能和物理性能。第二個(gè)主要因素是乳酸可以解 決溫室效應(yīng)問(wèn)題，二氧化碳和水反應(yīng)生成乳酸，乳酸又可通過(guò)降解成

37、二氧化碳，所以其 在降低溫室氣體方面有很大的作用。最后一個(gè)因素就是乳酸在生物燃料方面有很大的作 用，是當(dāng)前解決減少化石燃料消耗的重要方法之一。1.6我國(guó)發(fā)酵乳酸過(guò)程中存在的問(wèn)題的解決方案我國(guó)發(fā)酵采用傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)，其發(fā)酵受底物和產(chǎn)物的抑制作用，生產(chǎn)規(guī)模小、L- 乳酸產(chǎn)品拓展和聚乳酸研究滯后，還有糖化和發(fā)酵兩步工藝的經(jīng)濟(jì)效益低，有待于進(jìn)步， 制約著L-乳酸工廠化規(guī)?；陌l(fā)展。同步糖化發(fā)酵是將酶催化水解碳水化合物底物和細(xì)菌發(fā)酵結(jié)合的生產(chǎn)模式，具有操 作簡(jiǎn)單，無(wú)需單獨(dú)糖化，即克服了糖化酶的產(chǎn)物抑制作用，還可避免因初始糖濃度過(guò)高 而引起的底物抑制作用，還可以減少生產(chǎn)周期，節(jié)約其生產(chǎn)成本和提高乳酸生產(chǎn)效

38、率的 作用。2工藝設(shè)計(jì)及控制同步糖化發(fā)酵技術(shù)是將糊化液直接通入發(fā)酵罐中，并向其中添加糖化酶使淀粉糖化 生成葡萄糖，糖化酶的酶活力隨溫度升高而增大，最適溫度為55笆，最適pH為4.0-4.5。 該技術(shù)克服傳統(tǒng)發(fā)酵中糖化酶的產(chǎn)物抑制作用和因初始糖濃度過(guò)高而引起的底物抑制 作用，節(jié)約生產(chǎn)成本且提高乳酸生產(chǎn)效率的作用。2.1同步糖化法生產(chǎn)乳酸的工藝流程圖1：同步糖化法生產(chǎn)乳酸的工藝流程該工藝的生產(chǎn)過(guò)程主要為：大米和麩皮經(jīng)粉碎糊化處理后，與水以4:1:5的比例混 合配成發(fā)酵原料，經(jīng)過(guò)滅菌后通入發(fā)酵罐，再加入菌種、凈化空氣和淀粉糖化酶進(jìn)行發(fā) 酵。發(fā)酵液經(jīng)過(guò)升溫和過(guò)濾處理，再將其通入中和罐，以CaCO3做中

39、和劑處理；再經(jīng)過(guò) 過(guò)濾洗滌，得到乳酸鈣固體，送入酸解罐酸解。酸解罐中添加濃H2SO4進(jìn)行酸解，并加 入活性炭進(jìn)行脫色；然后通過(guò)板框壓濾機(jī)過(guò)濾和沉降過(guò)濾，除去CaSO4及雜質(zhì)。酸解后 的過(guò)濾液經(jīng)離子交換處理，再進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮和結(jié)晶；結(jié)晶完成后，用離心、機(jī)進(jìn)行固液 分離，最后通過(guò)干燥和篩選得到成品乳酸。2.2乳酸發(fā)酵條件及控制2.2.1原料該工藝生產(chǎn)的主要原料為大米，輔助原料為麩皮，大米與麩皮和水的比例為4： 1： 5。2.2.2發(fā)酵的菌種該生產(chǎn)工藝選擇的菌種是德氏乳酸桿菌。德氏乳桿菌在分類學(xué)上是屬于真細(xì)菌目、 乳桿菌科、乳桿菌屬。其大小是2.09.0X0.50.8微米，是革蘭氏陽(yáng)性菌。該菌種 可

40、以利用麥芽糖、葡萄糖、半乳糖和糊精等碳源來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，德氏乳桿菌的最適生 長(zhǎng)溫度是45笆，但該菌在50笆時(shí)仍具有生物活性，能耐受55笆高溫。菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)乳酸發(fā)酵一般為純種培養(yǎng)，接種量為10%，所以必須進(jìn)行菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)，其生產(chǎn) 方法是將試管原種先接種到 10ml試管培養(yǎng)一段時(shí)間后轉(zhuǎn)接到 200ml的三角瓶 中，再轉(zhuǎn)接到1L三角瓶后轉(zhuǎn)接到1000L種子罐再轉(zhuǎn)接到60m3發(fā)酵罐。該菌種為兼性好 氧菌，應(yīng)采用斜面凍結(jié)保存菌種，使用時(shí)進(jìn)行活化處理，將原種轉(zhuǎn)接到10ml試管，在 45笆下培養(yǎng)24小時(shí)，適當(dāng)轉(zhuǎn)接多次，再接種到發(fā)酵罐中。接種物成熟標(biāo)志發(fā)酵液中乳酸菌種細(xì)胞密度為7X10108X1010個(gè)/

41、ml，大小為(78)umX (0.50.8) um，鏡檢時(shí)無(wú)大的異染顆粒，無(wú)與菌種有明顯差別的雜菌。2.2.3發(fā)酵工藝控制及注意事項(xiàng)糊化鍋先將原料混合均勻后再將其通入糊化鍋，并通入1.5Kg/cm2的蒸汽，使得糊化鍋的 表壓達(dá)到100Pa,保持表壓100Pa不變30分鐘后，然后再結(jié)束糊化反應(yīng)，此項(xiàng)過(guò)程結(jié)束 的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)夾生大米且充分膨脹。糊化過(guò)程結(jié)束時(shí)，先降低壓力釋放出多余的蒸汽，然 后向夾套入冷卻水使糊化液的溫度降低到60笆以下，再將糊化液和夾套的冷卻水都通入 發(fā)酵罐。種子罐種子培養(yǎng)基的組成成分與發(fā)酵培養(yǎng)基的組成成分基本相同，每升培養(yǎng)基中葡萄糖量 為150 g，磷酸氰胺量為2.5g，碳酸鈣量為

42、100 g。接入菌種量為料液的0.01倍，投入 培養(yǎng)基后開(kāi)始攪拌，在50笆下培養(yǎng)24小時(shí)。調(diào)節(jié)酸堿度為4. 0左右，產(chǎn)酸為0.60.7，如果鏡檢合格菌絲體生長(zhǎng)良好，接入蒸 煮罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。發(fā)酵罐發(fā)酵配料：發(fā)酵罐入糊化鍋夾套中的冷卻水，節(jié)約生產(chǎn)成本，水溫為50笆左右， 加入原料然后定容，培養(yǎng)基濃度為100g/L，然后通入無(wú)菌空氣，即能使料液混合均勻， 還能增加溶氧量，加乳酸調(diào)節(jié)酸堿度為4.8-5. 0時(shí)，每克大米添加120活力單位的活化 酶，其接種量為10%。發(fā)酵控制：德氏乳桿菌的特點(diǎn)是在4550笆時(shí)進(jìn)行繁殖，是一種耐高溫的乳酸菌， 但不耐高酸，因此發(fā)酵過(guò)程保證酸堿值大于等于4,現(xiàn)今乳酸發(fā)酵所

43、用的中和劑是碳酸 鈣。該工藝采用分批添加碳酸鈣來(lái)控制酸堿度，在發(fā)酵后6小時(shí)開(kāi)始添加(酸堿度不得 小于5.0)，每8小時(shí)添加一次，添加次數(shù)為6次，碳酸鈣添加總量為大米總量的3/4。泡沫的控制：如果在工業(yè)生產(chǎn)中泡沫控制不當(dāng)，使發(fā)酵液中產(chǎn)生大量泡沫時(shí)將會(huì) 對(duì)該生產(chǎn)過(guò)程造成的巨大危害，比如使得發(fā)酵罐裝填系數(shù)減小，引起原材料的浪費(fèi)以及 產(chǎn)物的損失等。我們可以通過(guò)改變發(fā)酵液成分配比以及發(fā)酵工藝的操作條件的控制來(lái)減 少泡沫的產(chǎn)生?；蛘卟捎没瘜W(xué)方法即添加化學(xué)消泡劑的方法削弱泡沫的產(chǎn)生，我們還可 以通過(guò)利用物理的方法使液膜某些部分的局部受力改變，從而使得泡沫破裂。物理法消 泡主要采用的生物機(jī)械消泡器的結(jié)構(gòu)形式主

44、要有柵式、旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)式、渦輪式和旋風(fēng)分離 式等幾種。發(fā)酵后期管理：殘?zhí)菨舛冉档偷? g/L時(shí)，并且發(fā)酵醪有特別黏性時(shí)，結(jié)束發(fā)酵， 此時(shí)德式乳酸菌活動(dòng)減弱，丙酸等雜菌開(kāi)始生長(zhǎng)，向發(fā)酵液中加入石灰石調(diào)節(jié)酸堿度， 使發(fā)酵液的pH=10左右，并向其入空氣使其混合均勻，待石灰完全溶解時(shí)停止通空氣， 然后將其靜置、澄清后進(jìn)入后期提取上清液和沉淀物。2.3提取工藝及其控制2.3.1提取工藝流程發(fā)酵液一預(yù)熱罐一壓料罐第一次板框過(guò)濾一沉降罐一第二次 板框過(guò)濾一濃縮一酸禪第三次板框過(guò)濾濃縮脫色離子交 k脫色濃縮 乳酸制品2.3.2提取工藝條件預(yù)熱沉淀流程預(yù)熱罐和沉降罐中的裝液系數(shù)為0.8,所以其中的溶液總量均不能超

45、過(guò)其總?cè)莘e的 80%，預(yù)熱罐中液體的pH值保持為10.0，在其中煮沸5min，沉降罐中調(diào)節(jié)其酸堿度不 得使其pH低于12，該罐中溫度可達(dá)到85-90C, MgCl2加量小于2%。第一次板框過(guò)濾壓料罐的的裝液系數(shù)為0.8,所以其進(jìn)料量不得超過(guò)其總體積的80%，壓料罐中的 壓力要小于等于40atm，濾渣中含鈣量不能超過(guò)2%。雙效蒸發(fā)工藝雙效蒸發(fā)器的蒸汽壓不能超過(guò)0.4atm，其雙效塔中的真空度必須低于0.8atm,向 該罐中投料的濃度必須大于20%。濃縮工藝濃縮罐中的蒸汽壓力必須小于0.4atm，罐中的真空度要控制在0.4-0.6atm之間。 該壓力下，使溫度達(dá)到70C的條件時(shí)就能蒸發(fā)濃縮乳酸，脫

46、色罐的裝填系數(shù)為0.72, 其進(jìn)料量不能超過(guò)其總體積的72%,該罐中的工作時(shí)間不能小于24小時(shí)，脫色活性炭的 添加量小于等于1%。2.3.3提取工藝的控制預(yù)熱將發(fā)酵結(jié)束的發(fā)酵液用泵泵入預(yù)熱罐進(jìn)行加熱，使發(fā)酵醪的溫度由50C升高到80C 左右，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢?，通過(guò)添加堿來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)酵醪的pH值到10,整個(gè)過(guò)程要防止析 出無(wú)水乳酸鈣晶體和固體化整個(gè)發(fā)酵醪，為后續(xù)的操作帶來(lái)不必要的麻煩。壓料罐壓料罐中的溫度為140C,其中的壓力0.3MPa,總?cè)莘e為2.78m3,以空氣做為介質(zhì)。 壓縮機(jī)將預(yù)熱液從壓料罐壓入板框壓濾機(jī)，使板框壓濾機(jī)進(jìn)行第一次板框過(guò)濾。第一次板框過(guò)濾:先給壓縮機(jī)入75笆左右的的熱蒸汽，預(yù)

47、防發(fā)酵醪的熱料遇冷之后析出碳酸鈣晶體， 并用板框壓緊鋪好的濾布，使得熱料液自流形成一層過(guò)濾層后再慢慢向其中加入物料， 進(jìn)行過(guò)濾，當(dāng)濾液的析出量逐漸減少時(shí)，停止向其物料。并通入熱水沖洗濾渣，同時(shí)將 濾液沖送到沉降罐中澄清。沉降沉降罐中的酸堿度必須調(diào)節(jié)在pH=12以上，并將發(fā)酵液加熱到90笆，并加入2%的 MgC!，使菌體及其他懸浮物在沉降罐中沉淀下來(lái)。2第二次板框過(guò)濾第二次板框過(guò)濾的主要過(guò)濾物質(zhì)為蛋白質(zhì)、氨基酸等雜質(zhì)，可以很大程度上降低雜 質(zhì)含量。其操作方法與第一次板框過(guò)濾相同，但在操作前必須要注意板框與濾布之間是 否有破損，防止漏液。雙效蒸發(fā)在經(jīng)過(guò)雙效蒸發(fā)塔處理后，可以使得乳酸鈣的濃度可達(dá)到2

48、6%。雙效塔處理操作前 要必須用注意檢查各閥門(mén)是否關(guān)閉。酸解先將乳酸鈣的晶體添加到酸解罐中，再向其中加入石膏洗滌水，然后再直接通蒸汽 使乳酸鈣晶體溶解，并使得乳酸鈣的濃度達(dá)到180g/kg左右，然后再向酸解罐加入濃硫 酸酸解。該過(guò)程需要注意的是要控制溫度不得高于70笆，防止發(fā)酵液的碳化和溫度對(duì)色 度比色度的影響。酸解時(shí)用0.1%的甲基紫溶液進(jìn)行檢驗(yàn)乳酸鈣，當(dāng)溶液呈現(xiàn)橘黃色時(shí)表 示酸解反應(yīng)完成，酸解反應(yīng)結(jié)束后料液即進(jìn)入第三次板框過(guò)濾。濃縮工藝條件：常壓下乳酸的在190笆的溫度下乳酸會(huì)完全分解，所以不能被蒸餾出 來(lái)。通過(guò)降低壓力來(lái)使沸點(diǎn)降低，使其低于常壓下乳酸的分解點(diǎn)，則會(huì)使乳酸蒸餾出來(lái)。 該工藝

49、中濃縮采用的是真空濃縮循環(huán)加熱的方法，該方法濃縮的主要特點(diǎn)是能在較低真 空度下利用水的沸點(diǎn)比較低的原理將水蒸發(fā)掉，完成濃縮的目的。操作過(guò)程中，其真空 度要控制在0.4-0.6atm之間，物料溫度必須達(dá)到70笆左右，蒸汽壓必也要控制不能超 過(guò) 0.4atm。工藝操作：操作前需要注意的是首先要檢查閥門(mén)是否關(guān)閉好，必須要保證操作的 正常進(jìn)行。然后再打開(kāi)真空系統(tǒng)，使蒸汽發(fā)生器保持工作一段時(shí)間后使其真空度達(dá)到一 定的值，到達(dá)特定值后再向其中添加物料。加熱時(shí)要保持真空度在一定的圍之。后期的 檢查指標(biāo)主要是濃縮液的密度，當(dāng)其密度到達(dá)1.18kg/cm3時(shí)表示濃縮反應(yīng)結(jié)束，結(jié)束濃 縮時(shí)要先停止加熱，再關(guān)閉真空

50、系統(tǒng)。產(chǎn)品純度：乳酸鈣溶液酸解后經(jīng)過(guò)初步凈化，再通過(guò)過(guò)濾除去石膏渣，使其乳酸 的濃度達(dá)到約110g/kg左右。第一次濃縮在較低的真空度下可得到35%的乳酸，第二次 濃縮是在在80kPa的蒸發(fā)器下濃縮后得到工業(yè)級(jí)乳酸。色度濃縮指的是因?yàn)樗岫忍岣吆螅?雜質(zhì)中的有色物質(zhì)的反應(yīng)，使的其色度增加，因此需要用活性炭脫色。（9）乳酸純化離子交換法是指通過(guò)帶電的溶質(zhì)分子與離子交換介質(zhì)中的離子相互交換，使帶電 粒子附著在離子交換柱上，從而達(dá)到分離純化的目的。該法的主要特點(diǎn)是其操作分辨率 高，操作容易且工作容量大。該法的目的即能除去乳酸鈣中的鈣離子還能使乳酸達(dá)到工 業(yè)級(jí)乳酸的標(biāo)準(zhǔn)。操作方法：先向交換柱添加732型

51、的陽(yáng)離子，再將料液通入添加有732陽(yáng)離子的 離子交換樹(shù)脂的交換柱，然后再使料液流經(jīng)701型的陰離子交換柱。離子交換時(shí)要經(jīng)常 檢測(cè)流出液中的是否含有Ca2+和Fe3+。離子交換樹(shù)脂的再生離子交換樹(shù)脂是可回收再利用的，離子交換樹(shù)脂的再生主要指的是處理已經(jīng)經(jīng)過(guò)使 用的樹(shù)脂，使其重新具有使用性能。再生過(guò)程主要是去除離子交換樹(shù)脂中的雜質(zhì)，具體 方法是用大量水清洗之后，用酸和堿處理除去與功能基團(tuán)結(jié)合的雜質(zhì)，使離子交換樹(shù)脂 回復(fù)靜電吸附能力。3工藝計(jì)算及設(shè)備選型工藝計(jì)算的主要容是物料衡算和能量衡算，物料衡算主要有原料（大米和麩皮）消 耗的計(jì)算，還有液化酶、糖化酶、碳酸鈣、濃硫酸和活性炭等含量使用的計(jì)算。能量

52、計(jì) 算主要是蒸汽用量的計(jì)算和冷卻水用量的計(jì)算。3.1設(shè)計(jì)工藝的條件和要求（1）規(guī)模：年產(chǎn)乳酸總量為1000噸，其乳酸的純度要80%（2）原料：大米含量為10%；（3）淀粉：淀粉在大米中的含量為70%；（4）淀粉與葡萄糖的理論轉(zhuǎn)化率：111%；（5）總發(fā)酵周期：72小時(shí)；（6）發(fā)酵的轉(zhuǎn)化率：90%；（7）年生產(chǎn)天數(shù)：300天計(jì)算；（8）糊化的溫度：90笆計(jì)算；（9）提取過(guò)程總收率：75%；第一次過(guò)濾收率為0.9；第二次為0.92；濃縮的效率為 0.9；（10）精制過(guò)程總收率：80%；酸解總收率0.92；離子交換效率為0.9；濃縮率0.96；3.2設(shè)備計(jì)算及選型3.2.1發(fā)酵罐的選型發(fā)酵罐的體積單

53、個(gè)發(fā)酵罐的體積為60m3,（其裝液系數(shù)為0.65）。發(fā)酵罐的數(shù)目單個(gè)發(fā)酵罐單批次生產(chǎn)100%的乳酸的生產(chǎn)量M單管單批量二V發(fā)X裝液系數(shù)X糖濃度X轉(zhuǎn)化率X總收率X（1 0.0001%）X密度 =60X0.65X10%X70%X111%X93%X75%X0.8X（1 0.0001%）X1.2=2.028 噸年產(chǎn)100%乳酸的量純?nèi)樗崃繛?000X0.8=800噸發(fā)酵罐所需的罐數(shù)N發(fā)酵罐數(shù)二年產(chǎn)純?nèi)樗崃浚海昕偣ぷ魅諄V單罐單批生產(chǎn)量X24!72）=800(300X2.028X2472)二4個(gè)取體積為60m3的發(fā)酵罐4個(gè)。3.2.2調(diào)漿罐的選型調(diào)漿罐的容積單個(gè)調(diào)漿罐的體積是60m3,(其裝液系數(shù)0.7

54、5)。調(diào)漿罐的數(shù)目N=4XV發(fā)酵罐容積X發(fā)酵罐的裝液系數(shù)！(調(diào)降灌裝液系數(shù)XV調(diào)漿罐) =4X60X0.65(0.75X60)=3.47 個(gè)取6 0m3的調(diào)漿罐4個(gè)。3.2.3種子罐的選型單批種子液中的用量(發(fā)酵時(shí)間72小時(shí)，接種量是0.1)V 單=4X60X0.65X0.1=15.6m3種子液的總量V總=15.30.75=20.8 m3罐數(shù)(種子罐體積為10 m3,裝液系數(shù)是0.75，種子的培養(yǎng)時(shí)間是30小時(shí))N 種二20.8!(10X0.75X24!30)=3.47 個(gè)種子罐的罐數(shù)為4個(gè)。3.2.4預(yù)熱罐的計(jì)算預(yù)熱罐容積預(yù)熱罐的單個(gè)體積為12m3 (其裝液系數(shù)為0.8)數(shù)量N =4X60X

55、0.65(12X0.8)X324預(yù)熱=3個(gè)生產(chǎn)需要3個(gè)12 m3的預(yù)熱罐3.2.5壓料罐計(jì)算壓料罐容積：?jiǎn)喂摅w積是15m3(裝液系數(shù)是0.8)壓料罐數(shù)量預(yù)熱過(guò)程：N=4X60X0.65! (15X0.8X8)=2個(gè)3.2.6第一次壓濾處理量為60X0.75=45m3板框壓濾機(jī)選型：選擇過(guò)濾能力為0.056的板框壓濾機(jī)，型號(hào)為BMS10!635-10型。板框壓濾機(jī)的數(shù)量每天過(guò)濾總面積S=2X45!(24X0.056X10) =6.7N=6.7!10e1 臺(tái)沉降罐體積單沉降罐的體積是15m3 (其裝液系數(shù)是0.8)沉降罐的數(shù)量N 沉降罐=4X60X0.65X1.2! (15X0.8X8)33.2.

56、7第二次板框壓濾板框壓濾機(jī)型號(hào)與第一次相同：板框壓濾機(jī)數(shù)量(假設(shè)第一次吸水量為發(fā)酵液的20%)：洗完第一次后液體總量為V=4X60X0.65X(1+0.2)=216m3每天的過(guò)濾面積是216!(24X0.056) =16.1臺(tái)數(shù) N=16.1!10e 2 臺(tái)3.2.8雙效塔雙效塔的裝填系數(shù)為0.75，發(fā)酵液中乳酸鈣濃度為0.085,經(jīng)過(guò)雙效塔其濃度變?yōu)?0.26,則其總液量為：=240X0.65X0.85(0.26X8)=7.37m3雙效塔的數(shù)量N=7.37!(12X0.75)213.2.9酸解鍋(容積是10m3，裝填系數(shù)是0.75)酸解的總料液量為 240X0.75X1.22X0.085!0

57、.26=84.74 每日酸解量 84.74!0.75=113m3酸解鍋的數(shù)量N=113!10X6!24=2.825則生產(chǎn)所需3個(gè)酸解鍋3.2.10第三次板框壓濾板框壓濾機(jī)型和前面所用機(jī)型相同需要過(guò)濾的總面積為8=113(24X0.056)X0.7510=6.31所需板框壓濾機(jī)的數(shù)目N=6.31!1021 臺(tái)3.3生產(chǎn)過(guò)程的物料衡算3.3.1發(fā)酵過(guò)程的物料平衡計(jì)算原料米和麩皮的使用量原料米用量：仔=乳酸的產(chǎn)量乂乳酸需要濃度！生產(chǎn)天數(shù)1=1000X0.8300=2.667 噸/天表示乳酸每天的生產(chǎn)量仔二純?nèi)樗岬牧浚【齐A段的總轉(zhuǎn)化率2=2.667(0.9X0.96X0.92X0.99)=3.389

58、 噸/天G2是指經(jīng)提取工藝后的乳酸含量仔二乳酸量！提取工藝階段的總轉(zhuǎn)化率3=3.389(0.92X0.9X0.9)=4.548 噸/天G3指發(fā)酵工藝后的乳酸含量因?yàn)榈矸坜D(zhuǎn)化為葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為111%，理論轉(zhuǎn)化率是100%,除去損耗后實(shí)際轉(zhuǎn)化率是 98%；G4二發(fā)酵后乳酸含量！(發(fā)酵轉(zhuǎn)化率X葡糖轉(zhuǎn)化率X實(shí)際轉(zhuǎn)化率X淀粉含量)=4.548(0.93X1.11X0.98X0.7)=6.422 噸/天G4為每天消耗的大米量年消耗量為6.422X300=1926.6噸原料米與麩皮的比例4:1；原料中麩皮的用量：G麩皮二大米用量X0.25=6.422X0.25=1.601 噸/天年總用量為1.601X30

59、0=480.3噸液化酶和糖化酶的用量以1克大米需要10個(gè)活力單位的液化酶液化，投入的液化酶中1克含有2000活力單位，則液化酶每天的用量為：G = (6 . 42 2X106X10 X 70%)!(2000X1000) =22.477kg/ 天液化酶年用量為 22.477X300=6743.1 kg以1克大米需要糖化酶的量為100活力單位，則糖化酶的量為：G 糖化酶二(6.422X106X100X70%)!(2000X1000) =224.77kg/天糖化酶的年用量為：67431噸3.3.2提取過(guò)程的物料衡算碳酸鈣的用量由前面計(jì)算可知發(fā)酵后每天乳酸的生產(chǎn)量為4.548噸，碳酸鈣中和乳酸的反應(yīng)中

60、，1分子乳酸與2分子乳酸完全反應(yīng)。所以M-4-100=4.548(2X90)碳酸鈣M碳酸鈣=2.527噸/天年用量為2.527 X 300=677.7噸硫酸用量硫酸酸解的時(shí)候，每2分子乳酸會(huì)與1分子硫酸完全反應(yīng)。則每天所需硫酸量為：(M X0.75)4100=4.5484(2X90)硫酸鈣M硫酸鈣=3.369噸/天年總用量為3.369X300=1010.7噸活性炭的用量活性炭按每天生產(chǎn)乳酸的產(chǎn)量的0.25計(jì)算所以其活性炭的用量為：M 活=3.389 X 0.25=0.847 噸/天年用量為254. 1噸。3.4生產(chǎn)過(guò)程的能量衡算3.4.1發(fā)酵過(guò)程的能量計(jì)算(1)蒸汽使用量的計(jì)算(間接加熱)每日