【正文】 檸檬酸提取工段工藝設(shè)計(jì)檸檬酸提取工段工藝設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)采用薯干為原料發(fā)酵。將薯干磨成粉，加水調(diào)漿，直接加入少量α淀粉酶液化后滅菌、冷卻即可接種發(fā)酵。采用液體深層好氧發(fā)酵、鈣鹽法和離子交換吸附提取技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸。 本設(shè)計(jì)從檸檬酸的性質(zhì)及其用途，總體工藝建設(shè)方案，原料及其處理，發(fā)酵及醪液處理工藝。粗提與精制工藝蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥等幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)本著因地制宜、能量綜合利用和清潔生產(chǎn)的原則，選擇了工藝比較成熟和先進(jìn)的工藝路線。并依據(jù)上述工藝完成了檸檬酸提取工段的流程圖、設(shè)備裝置圖，全廠平面圖初步設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:檸檬酸 鈣鹽法 離子交換吸附 解吸 設(shè)備設(shè)計(jì)和選型AbstractIn the design, potatoes are used as raw materials for fermentation. The potatoes are milled to waterpaste, and a small amount of αamylase are added liquefaction, sterilization, cooling, the fermentation can be vaccinated. The design use deep liquids fermentation, dry calcium and ionexchange adsorption citrate extraction technology production. In the design, it describes the properties and uses of citric acid, the overall construction plan process, raw materials and processing, fermentation and mash treatment process. Process of refining crude and evaporation, crystallization, separation, drying, and several other areas, introduction of 120,000 t/a new projects in the basic method of process design.The lines of riper and more advanced technology are chosen according to the principle that treatment in accordance with local conditions, total energy utilize, cleaning production in this design. And the preliminary design of the flow chart, equipment charts, the factory plan of citric acid are draw based on the pletion.Keyword：Citric acid。 Dry calcium。 Ionexchange adsorption。 Disadsorption。 Equipment design and Selection第一章 文獻(xiàn)綜述檸檬酸，又名枸櫞酸，是世界產(chǎn)量較大的一種有機(jī)酸。主要用于食品工業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、化學(xué)工業(yè)，并且在電子、紡織、石油、皮革、建筑、攝影和塑料鑄造等方面也有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的檸檬酸生產(chǎn)是以薯干為原料，經(jīng)生物發(fā)酵工藝和鈣鹽法提取工藝制得。傳統(tǒng)工藝存在環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品質(zhì)量不高等問題。近年來(lái)，在生產(chǎn)新原料方面，研究出了以玉米粉、稻米、秸桿等為原料的生產(chǎn)方法[14]，使生產(chǎn)成本大大降低，廢物排放減少。采用離子色譜法、母液凈化處理、循環(huán)利用廢糖液等技術(shù)[57]對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，降低了生產(chǎn)成本、能耗及污染物的排放。為保護(hù)環(huán)境，使用了離子交換樹脂法、電滲忻、膜分離和吸交法等提取技術(shù)[812]，基本實(shí)現(xiàn)了清潔的生產(chǎn)工藝。通過(guò)這些改進(jìn)，使檸檬酸的生產(chǎn)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，減少了對(duì)環(huán)境的污染等。1784年瑞典科學(xué)家ScheeLe首次從檸檬汁中結(jié)晶出固體檸檬酸。1860年意大利開始用添加石灰乳的方法從果汁中得到檸檬酸，從而進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。直到20世紀(jì)初，檸檬酸主要是從檸檬中提取產(chǎn)量很低，主要應(yīng)用于食品工業(yè)和洗滌劑，主要產(chǎn)地以意大利的西西里島為主。1893年德國(guó)微生物學(xué)者Wehmer發(fā)現(xiàn)一種青霉能夠積累檸檬酸，但未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1917年，美國(guó)學(xué)者Currie發(fā)現(xiàn)了一株產(chǎn)檸檬酸的黑曲霉，并通過(guò)美國(guó)的Pfizer(輝瑞)公司于1923年采用淺盤發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，原料主要是糖蜜。1952年，美國(guó)的miLes公司首先成功地采用液體深層發(fā)酵工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸。由于這種新工藝比傳統(tǒng)的淺盤工藝有更多的優(yōu)越性，因而推動(dòng)了世界檸檬酸工業(yè)的迅速發(fā)展，深層發(fā)酵法也成為檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的主要工藝。到2000年，全球檸檬酸的年生產(chǎn)能力在90萬(wàn)噸以上，并一直保持比較平穩(wěn)的發(fā)展速度[13]。我國(guó)檸檬酸發(fā)酵工業(yè)在1949年以前是個(gè)空白。1969年上海酵母廠成功利用薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸。在20世紀(jì)80年代，由于出口的需要，我國(guó)的檸檬酸生產(chǎn)發(fā)展速度，已成為世界上檸檬酸生產(chǎn)量最大的國(guó)家。全國(guó)有近90家檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力達(dá)近50萬(wàn)噸，占世界總量的40%多。2002年全國(guó)產(chǎn)量30多萬(wàn)噸，2003年達(dá)40余萬(wàn)噸。我國(guó)開發(fā)的以白薯干為原料的產(chǎn)酸菌種具有其獨(dú)到的特點(diǎn)，加之我國(guó)的許多地區(qū)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水要求較低，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水沒能進(jìn)行比較有效的處理，因此，我國(guó)檸檬酸生產(chǎn)成本較低，在國(guó)際市場(chǎng)上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)我國(guó)檸檬酸的年出口量一直保持在10萬(wàn)噸以上[13]。 檸檬酸，學(xué)名為2羥基丙烷三羧酸。檸檬酸在自然界中分布很廣，主要存在于檸檬、柑橘等。檸檬酸具有宜人風(fēng)味、高的水溶性和強(qiáng)的金屬螯合力，長(zhǎng)期以來(lái)占據(jù)食用酸味劑70%左右的市場(chǎng)份額，除可口可樂和純果汁以外，幾乎所有的飲料（包括固體和液體）都使用檸檬酸作為酸味劑，%%（m/m）。檸檬酸為無(wú)色半透明晶體，或白色顆粒，或白色結(jié)晶粉末，它的結(jié)晶形態(tài)因結(jié)晶條件不同而不同，雖有強(qiáng)烈酸味但令人愉快，稍有一點(diǎn)后澀味。商品檸檬酸主要有無(wú)水檸檬酸和一水檸酸。檸檬酸易溶于水，能溶于乙醇，而不溶于醚、苯、甲苯、氯仿等有機(jī)溶劑。檸檬酸由于具有無(wú)毒、安全、溶解性好、酸味可口、以及調(diào)節(jié)pH值和對(duì)金屬離子的鰲合作用等特點(diǎn)，傳統(tǒng)用途以食用為主，作為酸味劑和抗氧化劑應(yīng)用于食品與飲料工業(yè)。70年代以后，檸檬酸在其他工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，特別是在洗滌劑中代替磷酸鹽作為增效助劑，在生產(chǎn)無(wú)磷洗滌劑中擔(dān)任了重要角色。 產(chǎn)品用途（1） 用于食品與飲料檸檬酸及其鈉鹽、鉀鹽，廣泛地應(yīng)用于各種飲料與食品中，作為酸味劑加入果醬、果凍、蜜餞、糖果、糕點(diǎn)和各種飲料中。在海產(chǎn)品、罐頭水果和蔬菜中加入檸檬酸，可降低其pH值，從而抑制微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)保存時(shí)間。（2） 用于醫(yī)藥和化妝品檸檬酸是生產(chǎn)多種藥品的原料，如檸檬酸鐵銨可作為補(bǔ)血?jiǎng)?，檸檬酸鈉用作輸血?jiǎng)┑?。另外，檸檬酸及其鹽類可作為酸化劑，加入許多藥品中，使pH值控制在最佳條件，同時(shí)鰲合金屬離子，以保持藥品的性能穩(wěn)定，防止有效成分氧化。在各種化妝品中，如洗發(fā)劑、染發(fā)液、洗滌劑、牙膏中加入檸檬酸，可以作為緩沖劑調(diào)節(jié)pH值，以防止產(chǎn)品分解和變質(zhì)。（3）在工業(yè)中的應(yīng)用檸檬酸鈉可代替磷酸鹽作為增效劑，應(yīng)用于各種日用和工業(yè)洗滌劑生產(chǎn)中。由于磷酸鹽在水中富集會(huì)使藻類迅速生長(zhǎng)繁殖，嚴(yán)重影響生態(tài)平衡。因此，許多國(guó)家都已經(jīng)禁用或限用含磷洗滌劑。檸檬酸鈉能夠螯合硬水離子，使斑點(diǎn)分散，去污效果很好，而且檸檬酸可被生物降解，不會(huì)造成環(huán)境污染。所以，檸檬酸鈉可用于生產(chǎn)無(wú)磷洗滌劑。（4）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用檸檬酸及其錢鹽可以和液體肥料中的鐵、銅、鋅等微量營(yíng)養(yǎng)元素整合，形成可溶性整合物，使肥效增加。在動(dòng)物飼料中加入檸檬酸及其鹽類，可增強(qiáng)飼料的效力。（5） 在塑料工業(yè)中的應(yīng)用檸檬酸和碳酸氫鹽可代替氯氟化碳，在聚苯乙烯泡沫塑料中用作發(fā)泡劑。檸檬酸鈉可用作無(wú)毒增塑劑，生產(chǎn)聚氯乙烯薄膜。此外，檸檬酸及其鹽類還廣泛應(yīng)用于鍋爐清洗業(yè)、無(wú)氰電鍍、石油工業(yè)以及水泥緩凝、織物、紙張、陶瓷等的加工過(guò)程中。主要參考國(guó)內(nèi)行業(yè)先進(jìn)的檸檬酸生產(chǎn)技術(shù)工藝。第二章 工藝流程設(shè)計(jì)檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)是好氣液體深層發(fā)酵，需要大量無(wú)菌空氣；另外在物料輸送過(guò)程中也需要使用壓縮空氣，因此需要設(shè)計(jì)空氣凈化裝置。對(duì)于潔凈空氣的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，熱殺菌法效果明顯，并且可靠，但是要消耗大量的能量，使用許多換熱設(shè)備，總有來(lái)看，成本較高，不經(jīng)濟(jì)。輻射殺菌法需要時(shí)間長(zhǎng)，效率不高，需要用化學(xué)除菌法進(jìn)行配合，其工業(yè)化應(yīng)用還需要完善。靜電除菌法對(duì)設(shè)備的維護(hù)和安全技術(shù)措施要求較高。目前過(guò)濾除菌法是生物技術(shù)工業(yè)中最常用的方法，其技術(shù)成熟，相對(duì)生產(chǎn)成本較低。對(duì)于液體培養(yǎng)基進(jìn)行濕熱滅菌時(shí)，采用較高的溫度和較短的時(shí)間工藝，可以達(dá)到既滅菌徹底，營(yíng)養(yǎng)成份損失又較少的工藝目的。對(duì)于大型發(fā)酵罐來(lái)說(shuō)，采用連續(xù)滅菌法對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：其一是可以大大減少輔助生產(chǎn)時(shí)間，提高設(shè)備利用率，提高產(chǎn)量。其二是與分批滅菌相比較，培養(yǎng)基受熱時(shí)間較短，營(yíng)養(yǎng)成份損失較少。其三是降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，適合于自動(dòng)控制。 發(fā)酵液預(yù)處理的原理 檸檬酸發(fā)酵完成后，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行熱處理，以滅活發(fā)酵，絮凝蛋白、提高收率，為提高設(shè)備利用率，增設(shè)醪液貯罐，通過(guò)熱交換器，及時(shí)將醪液加熱至80℃后進(jìn)入醪液熱貯罐，再經(jīng)泵壓入過(guò)濾機(jī)，除掉固形物及菌體殘?jiān)瑢⑶艴惨罕萌胩崛」ば騕6]。 離子交換吸附法是利用特定的有機(jī)高分子樹脂對(duì)檸檬酸或檸檬酸鹽的高選擇性，將檸檬酸或檸檬酸鹽從發(fā)酵液中提取出來(lái)的方法。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)離子交換吸附法提取檸檬酸的研究很多。國(guó)內(nèi)有代表性的流程是張鴻勛等[8]研究的流程：發(fā)酵液過(guò)濾活性炭脫色弱堿陰離子交換柱吸附用檸檬酸和檸檬酸銨緩沖液洗脫用氨水解析H型陽(yáng)離子樹脂轉(zhuǎn)型溶液經(jīng)濃縮、結(jié)晶，制成產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)一般的流程是用氨水洗脫后用陽(yáng)離子交換柱轉(zhuǎn)型。而國(guó)外一般用稀無(wú)機(jī)酸，如H2SO4 、HCHNO3和H3PO4洗脫，直接得到檸檬酸稀溶液，省去了轉(zhuǎn)型這一步[1516]，也有用水或丙酮的水溶液洗脫的[17]。提取檸檬酸的離子交換樹脂主要是陰離子樹脂，大多是具有叔胺和吡啶官能團(tuán)的弱堿型樹脂[9,15]，但也有帶季銨官能團(tuán)的強(qiáng)堿型樹脂[16,1820]和中性[16,17]陰離子樹脂，如交聯(lián)的聚苯乙烯聚合物和非離子疏水性聚丙烯酸酯聚合物，并且還有酸性陽(yáng)離子樹脂[21]。應(yīng)用上述工藝技術(shù)，檸檬酸收率可達(dá)94%以上，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB826987食品添加劑級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同鈣鹽法相結(jié)合，產(chǎn)品收率提高27%，能耗降低10%，生產(chǎn)成本降低20%以上。同時(shí)，該工藝減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。但離子交換樹脂會(huì)產(chǎn)生大量廢液，工作穩(wěn)定性差。（1）流程說(shuō)明空氣由吸風(fēng)塔進(jìn)入空氣處理系統(tǒng)，經(jīng)由7個(gè)GSAⅡ