【正文】 ，論證本設計的可行性； 預期成果：。設計任務設計要求：年產1000噸純度為80%的純乳酸設計任務：，提出選題的初步設想 3確認生產工藝流程5物料衡算和能量衡算今經濟評估7翻譯一篇相關文獻圖紙要求：（1圖紙） （1圖紙）設計要求，掌握乳酸的國內外生產的研究進展 指導教師簽字系主任簽字主管院長 簽章 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）開題報告表課題名稱年產1000噸乳酸的生產工藝設計課題來源結合實際，導師制定課題類型BX導 師 學生姓名學 號專 業(yè)生物工程資料準備：收集有關乳酸的性質及工廠生產方法的國內外研究文獻，同時深入了解影響乳酸工廠 生產的影響因素，為乳酸設計生產方案的制定及論文寫作奠定了基礎。設計目的：通過分析各乳酸生產方法工藝的利弊，確定最優(yōu)乳酸生產工藝。 、確定最優(yōu)乳酸生產方案。 2周 （——）5. 設備選型。 1周 (——)9. 定稿，打印，裝訂。（3） 翻譯了一篇與乳酸相關的外文文獻。（7）初步完成設計說明書的撰寫。30存在問題（1） 由于缺乏實踐以及初次接觸工藝的生產線設計，所以生產線的設計還需進一步完善。發(fā)酵液經過預處理和一系列分離反應，從而得到粗乳酸，在經過離子交換法處理得到純度為80%的純乳酸。當人體運動過于劇烈或著持久時，葡萄糖將會因缺氧而在身體內大量分解為乳酸，造成體內乳酸累積，使體液呈酸性，削弱細胞的正常功能。乳酸在醫(yī)療方面有很多重要的應用，可以作消毒劑和載體劑。在化學工業(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械性能和透氣性等優(yōu)點廣泛被應用的同時。乳酸還可用做合成樹脂涂料、膠黏劑、香料、和石油管道的清洗劑。2008年和2013年乳酸的全球消費情況如下表所示：表1：2008年和2013年乳酸消費情況2008 2013消費量（千噸）比例/%消費量（千噸）比例/%工業(yè)應用食品飲料醫(yī)藥及個人護理總計100100乳酸主要應用與工業(yè)生產方面，而且其發(fā)展呈增長趨勢，2008年工業(yè)生產方面的消費量占整體消費的46%，%，全球來說，美國、西歐和亞洲將在未來幾年內有很大的增長勢頭。（2）國內乳酸的生產狀況 楊曉宇[18]研究了我國2005年到2009年乳酸的市場狀況，其中我國2009年乳酸的總產量是160千噸，主要使用的生產方法是發(fā)酵法。 乳酸的生產方法 化學合成法化學合成法生產乳酸的方法主要有乳腈法、丙酸法和丙烯腈法。化學合成法的主要不足是其生產原料具有毒性，且不能生產單旋光性的乳酸。發(fā)酵法生產乳酸的主要特點是設計工藝簡單、生產條件溫和和產品光學純度高 [7]。 菌種發(fā)酵乳酸的微生物主要有細菌類和霉菌類兩大類，細菌類主要有乳桿菌、鏈球菌和芽孢桿菌，霉菌主要是根霉菌。目前研究新型育種方法有誘變育種、基因工程與代謝工程育種、基因組改組和染色體融合技術育種，各種方法各有利弊，可根據目的不同選擇適宜的誘變方法，獲得目的菌株[12]。細菌發(fā)酵的發(fā)酵產物純度高，副產物少，能耗少，發(fā)酵無需空氣，攪拌動力低，成本較低，理論轉化率100%，實際轉化率大于90%，后期提取與生產過程的調控比較簡單還無污染。根霉發(fā)酵的機理是好氧異型發(fā)酵，通過糖酵解途徑發(fā)酵生產，再生成乳酸的同時還生成唬拍酸、蘋果酸和乙酸等其他代謝產物，導致乳酸光學純度降低了，其理論轉化率為75%。淀粉糖化時間一般較長，溫度較高，能耗高，因此以淀粉質為原料，經糖化和發(fā)酵兩步工藝的經濟性較差，有待于進一步的改進。在較低溫度下進行同步糖化發(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體積下進行低生產成本的最佳方式。糖化酶能隨作用的溫度升高活力增大，超過55℃又隨溫度升高而活力急劇下降，本品是最適作用溫度是5055℃， 。分子蒸餾技術的蒸發(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蒸發(fā)器與冷凝器之間的距離為102 ~，該距離值小于分子間平均自由程來分離。近年來，高效催化劑和工藝的使用使這種傳統(tǒng)的乳酸精制技術得到了新的發(fā)展。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解制備得到純度極高的乳酸產品，％。微濾和超濾的孔徑能達到除雜菌的目的，可以將乳酸菌體從發(fā)酵液中分離出來進行重復使用，過濾過程中吸附和濃差對通量的衰減起主要的作用。結晶法是一種傳統(tǒng)的分離方法，采用降溫處理使乳酸鹽在發(fā)酵液中結晶從而分離出來。 我國發(fā)酵法生產乳酸的現狀 現今我國乳酸生產主要采用的方法是利用微生物發(fā)酵法 [3]，微生物發(fā)酵法是國家重點支持的高新技術，該技術符合我國產業(yè)政策和高新技術產業(yè)化生產的方向。 我國發(fā)酵乳酸過程中存在的問題的解決方案我國發(fā)酵采用傳統(tǒng)的發(fā)酵技術，其發(fā)酵受底物和產物的抑制作用，生產規(guī)模小、L乳酸產品拓展和聚乳酸研究滯后，還有糖化和發(fā)酵兩步工藝的經濟效益低，有待于進步，制約著L乳酸工廠化規(guī)?；陌l(fā)展。 同步糖化法生產乳酸的工藝流程圖1：同步糖化法生產乳酸的工藝流程 原料粉碎糊化擴大培養(yǎng)發(fā)酵罐滅菌處理過濾凈化糖化酶離子交換處理水濾渣空氣預熱斜面培養(yǎng)壓料板框過濾板框過濾酸解酸液活性炭濃縮乳酸成品酸解液配料該工藝的生產過程主要為：大米和麩皮經粉碎糊化處理后，與水以4:1:5的比例混合配成發(fā)酵原料，經過滅菌后通入發(fā)酵罐，再加入菌種、凈化空氣和淀粉糖化酶進行發(fā)酵。 乳酸發(fā)酵條件及控制 原料該工藝生產的主要原料為大米，輔助原料為麩皮，大米與麩皮和水的比例為4：1：5。該菌種可以利用麥芽糖、葡萄糖、半乳糖和糊精等碳源來發(fā)酵生產乳酸，德氏乳桿菌的最適生長溫度是45℃，但該菌在50℃時仍具有生物活性，能耐受55℃高溫。 發(fā)酵工藝控制及注意事項（1）糊化鍋先將原料混合均勻后再將其通入糊化鍋，使得糊化鍋的表壓達到100Pa，保持表壓100Pa不變30分鐘后，然后再結束糊化反應，此項過程結束的標準是無夾生大米且充分膨脹。，~，如果鏡檢合格菌絲體生長良好，接入蒸煮罐內進行擴大培養(yǎng)。③泡沫的控制：如果在工業(yè)生產中泡沫控制不當，使發(fā)酵液中產生大量泡沫時將會對該生產過程造成的巨大危害，比如使得發(fā)酵罐裝填系數減小，引起原材料的浪費以及產物的損失等。④發(fā)酵后期管理：殘?zhí)菨舛冉档偷? g/L時，并且發(fā)酵醪有特別黏性時，結束發(fā)酵，此時德式乳酸菌活動減弱，丙酸等雜菌開始生長，向發(fā)酵液中加入石灰石調節(jié)酸堿度，使發(fā)酵液的pH=10左右，并向其中通入空氣使其混合均勻，待石灰完全溶解時停止通空氣，然后將其靜置、澄清后進入后期提取上清液和沉淀物。（4）濃縮工藝。壓縮機將預熱液從壓料罐壓入板框壓濾機，使板框壓濾機進行第一次板框過濾。（5）第二次板框過濾第二次板框過濾的主要過濾物質為蛋白質、氨基酸等雜質，可以很大程度上降低雜質含量。（7）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到180g/kg左右，然后再向酸解罐內加入濃硫酸酸解。通過降低壓力來使沸點降低，使其低于常壓下乳酸的分解點，則會使乳酸蒸餾出來。然后再打開真空系統(tǒng)，使蒸汽發(fā)生器保持工作一段時間后使其真空度達到一定的值，到達特定值后再向其中添加物料。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)級乳酸。該法的目的即能除去乳酸鈣中的鈣離子還能使乳酸達到工業(yè)級乳酸的標準。再生過程主要是去除離子交換樹脂中的雜質，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結合的雜質，使離子交換樹脂回復靜電吸附能力。②發(fā)酵罐的數目單個發(fā)酵罐單批次生產100%的乳酸的生產量M單管單批量=V發(fā)裝液系數糖濃度轉化率總收率（1－%）密度 =6010%70%111%93%75%（1－%） =年產100%乳酸的量純乳酸量為1000=800噸發(fā)酵罐所需的罐數N發(fā)酵罐數=年產純乳酸量247。72） =4個取體積為60m3的發(fā)酵罐4個。（60） =取6 0m3的調漿罐4個。30） =種子罐的罐數為4個。(158) =2個 第一次壓濾處理量為60=45m3①板框壓濾機選型：，型號為BMS10247。10≈1臺③沉降罐體積單沉降罐的體積是15m3（）④沉降罐的數量N沉降罐=460247。（8）=②雙效塔的數量 N=247。106247。10≈1臺 生產過程的物料衡算 發(fā)酵過程的物料平衡計算（1）原料中大米和麩皮的使用量①原料中大米用量：G1=乳酸的產量乳酸需要濃度247。（） =G2是指經提取工藝后的乳酸含量G3=乳酸量247。（） =G4為每天消耗的大米量300=②原料中大米與麩皮的比例4:1；原料中麩皮的用量：G麩皮=大米用量==300=(2)液化酶和糖化酶的用量①以1克大米需要10個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液化酶=（1061070%）247。100=247。（290） M硫酸鈣=300=（3）活性炭的用量所以其活性炭的用量為：M活==。K)蒸汽與發(fā)酵之間的熱平衡為C比熱G△T1=C水蒸氣G1△T△T1為發(fā)酵的溫差，其值=8050=30△T為水蒸氣升溫，值為12020=70代入數據可知G1=30247。=。298 =1711噸/天4 效益評估 員工工資年生產時間為300天，每天24小時，實行四班三到制度。 設備購買費用（1）設備購買