【正文】 附錄三：設(shè)備流程圖附錄四：主設(shè)備圖1 緒論 乳酸的性質(zhì)和應(yīng)用 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C3H6O3，相對(duì)分子質(zhì)量為90。 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[2]。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引起的中毒。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)。 全球乳酸的生產(chǎn)狀況（1） 國(guó)外乳酸的生產(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6~8%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。在這五年內(nèi)，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。丙酸法主要是由丙酸和Cl2進(jìn)行反應(yīng)，生成2Cl丙酸，再與NaOH反應(yīng)生成乳酸。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)。 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。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)[11]。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。該法的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高，后期難以分離和純化 [8]。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。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。同步糖化發(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)。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)。該技術(shù)可以達(dá)到清除小分子雜質(zhì)和提純的目的。張猛等人對(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。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。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。鈣鹽法是目前國(guó)內(nèi)工廠中采用最多的方法。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。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)效率的作用。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。 發(fā)酵的菌種該生產(chǎn)工藝選擇的菌種是德氏乳酸桿菌。（1）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。糊化過(guò)程結(jié)束時(shí)，先降低壓力釋放出多余的蒸汽，然后向夾套中通入冷卻水使糊化液的溫度降低到60℃以下，再將糊化液和夾套的冷卻水都通入發(fā)酵罐。（3）發(fā)酵罐①發(fā)酵配料：發(fā)酵罐中通入糊化鍋夾套中的冷卻水，節(jié)約生產(chǎn)成本，水溫為50℃左右，加入原料然后定容，培養(yǎng)基濃度為100 g/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，每克大米添加120活力單位的活化酶，其接種量為10%。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。 提取工藝及其控制 提取工藝流程發(fā)酵液 預(yù)熱罐 壓料罐 第一次板框過(guò)濾 沉降罐 第二次 板框過(guò)濾 濃縮 酸解 第三次板框過(guò)濾 濃縮 脫色 離子交換 脫色 濃縮 乳酸制品 提取工藝條件（1）預(yù)熱沉淀流程，所以其中的溶液總量均不能超過(guò)其總?cè)莘e的80%，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8590℃，MgCl2加量小于2%。該壓力下，使溫度達(dá)到70℃的條件時(shí)就能蒸發(fā)濃縮乳酸，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%。（3）第一次板框過(guò)濾：先給壓縮機(jī)中通入75℃左右的的熱蒸汽，預(yù)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)，停止向其中通物料。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。該過(guò)程需要注意的是要控制溫度不得高于70℃，防止發(fā)酵液的碳化和溫度對(duì)色度比色度的影響。該工藝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。加熱時(shí)要保持真空度在一定的范圍之內(nèi)。色度濃縮指的是因?yàn)樗岫忍岣吆?，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。②操作方法：先向交換柱內(nèi)添加732型的陽(yáng)離子，再將料液通入添加有732陽(yáng)離子的離子交換樹(shù)脂的交換柱內(nèi)，然后再使料液流經(jīng)701型的陰離子交換柱。3 工藝計(jì)算及設(shè)備選型工藝計(jì)算的主要內(nèi)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。（年總工作日單罐單批生產(chǎn)量24247。 調(diào)漿罐的選型①調(diào)漿罐的容積 單個(gè)調(diào)漿罐的體積是60m3，（）。 種子罐的選型（1）單批種子液中的用量（發(fā)酵時(shí)間72小時(shí)，）V單=460 = (2)種子液的總量V總=247。 預(yù)熱罐的計(jì)算①預(yù)熱罐容積預(yù)熱罐的單個(gè)體積為12m3（）②數(shù)量N預(yù)熱=460247。63510型。(158) ≈3 第二次板框壓濾①板框壓濾機(jī)型號(hào)與第一次相同：②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=460（1+） =216m3每天的過(guò)濾面積是216247。（12）≈1 酸解鍋（容積是10m3，）①酸解的總料液量為240247。24=則生產(chǎn)所需3個(gè)酸解鍋 第三次板框壓濾①板框壓濾機(jī)型和前面所用機(jī)型相同②需要過(guò)濾的總面積為S=113247。生產(chǎn)天數(shù) =1000247。提取工藝階段的總轉(zhuǎn)化率 =247。（20001000）=300= kg②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=（10610070%）247。（290） M碳酸鈣=300=（2）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)。 生產(chǎn)過(guò)程的能量衡算 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）①每日成熟乳酸發(fā)酵液的量：每天投料為：（170%）247。（70） = 提取過(guò)程的能量衡算（1）沉降罐蒸汽量G2過(guò)濾水為80攝氏度左右，用量為：240=36噸/天G0=+36(1000) 247。 出雙效塔的料液為=240247。每班有投料工2人，發(fā)酵工1人，提取工1人，精制工作人員2人，包裝工2人，泵工1名，其他工作人員（包括技術(shù)員、安全人員、維修工等）2名，每班總?cè)藬?shù)為11人，本廠總?cè)藬?shù)44人。（2）。，1000=768480元=純度為75%的濃硫酸每噸價(jià)格1500元，1500=3032100元=。（2）產(chǎn)品總值每噸硫酸銨的銷售價(jià)格為2000元，年生產(chǎn)總值為10002=2000萬(wàn)元（3）稅款，2000=100萬(wàn)元。設(shè)該工藝的壽命為15年，折舊率為：1/15=。==。污水的處理方法主要有物化法、生化法和化學(xué)法三種，物化法主要包括稀釋、混合、篩網(wǎng)和吸附等，化學(xué)法包括氧化反應(yīng)、中和反應(yīng)和還原反應(yīng)，生化處理方法主要是好氧氧化法、厭氧消化法和厭氧好氧合并法。二氧化碳等氣體需要用氨水或氫氧化鈉溶解吸收。其次是盡量對(duì)廢渣回收再利用，從其中提取有用物質(zhì)和生產(chǎn)副產(chǎn)品。電器必須選用可靠安全件，電器設(shè)備均有安全可靠的接地措施；潮濕環(huán)境的電器設(shè)備選用密閉型；(3)防機(jī)械傷害：對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)部分，均配置安全防護(hù)罩，并定期檢查，以保證設(shè)備在良好狀態(tài)下工作。(5)衛(wèi)生防護(hù)：加強(qiáng)安全衛(wèi)生操作規(guī)程的制定和執(zhí)行，操作中配置必須的防護(hù)用具，設(shè)置應(yīng)急沖洗水龍頭，以及保健藥箱。該工藝的主要特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，處理效率較高，耗能低，污染小，無(wú)需單獨(dú)糖化，提高了糖化酶的生產(chǎn)效率，解決了傳統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程中糖化酶和初始糖濃度對(duì)生產(chǎn)的抑制作用。在這里首先要感謝導(dǎo)師曾小英老師給我的耐心指導(dǎo)和督