【正文】 產(chǎn)過程的能量衡算 19 發(fā)酵過程的能量計算 19 提取過程的能量衡算 204 效益評估 21 員工工資 21 概算過程 21 建筑工程費 21 設(shè)備購買費用 22 生產(chǎn)成本總估算 23 經(jīng)濟分析 235 工業(yè)三廢的處理 25 有機廢水的處理 25 廢氣的處理 25 廢渣的處理 256 工廠生產(chǎn)的安全措施 27結(jié) 論 28致 謝 29參考文獻 30附錄一：英文文獻附錄二：英文文獻翻譯附錄三：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，相對分子質(zhì)量為90。葡萄糖可以在人體中分解產(chǎn)生水、二氧化碳和丙酮酸，同時產(chǎn)生少量ATP，隨后丙酮酸和氫結(jié)合可以生成乳酸。 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]。在罐頭、醬類和飲料等的生產(chǎn)中，乳酸可以替代苯甲酸、山梨甲酸等對人體有毒副作用的防腐劑，劑，同時又可作為這些食品柔和的酸味劑；在啤酒生產(chǎn)過程中，利用乳酸調(diào)節(jié)pH值，不僅能促進原料糖化，而且還可以抑制雜菌的生長；乳酸乙酯是調(diào)配新香型白酒的不可缺少的香料；％~％的硬酯酰乳酸鈣就可以使面包的體積增加30％～40％，同時還能防止面包老化。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。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。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)境危機的物質(zhì)。乳酸和乳酸鈉對改善皮膚結(jié)構(gòu)有很好的效果，同時乳酸酯具有溶解性好、無毒、增塑性、容易回收等優(yōu)點。 乳酸的質(zhì)量檢測乳酸的監(jiān)測除檢查外觀外，還需檢查乳酸的含量、重金屬的含量、Fe2+和Ca2+含量等指標(biāo)。 全球市場狀況及生產(chǎn)狀況 全球市場狀況全球乳酸的應(yīng)用主要在工業(yè)科技、食品飲料、醫(yī)藥與個人護理等幾大方面，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的趨勢，供需缺口在擴大，2008~2010年之間，乳酸行業(yè)迎來新的發(fā)展機遇，世界各國致力于開發(fā)利用生物制品，將谷物等原料加工成乳酸，再進一步制成其衍生物和聚乳酸。 全球乳酸的生產(chǎn)狀況（1） 國外乳酸的生產(chǎn)狀況美國的乳酸生產(chǎn)量和消費量都是呈逐年增長的趨勢，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)），該項消費量占總消費量的67%，食品飲料方面市場需求也呈逐年增加的趨勢，總之美國的乳酸消費量以6~8%的速度增長，美國90%的乳酸進口量都是從泰國和西班牙進口的，乳酸鹽主要從中國和荷蘭進口。西歐乳酸的消費主要是公業(yè)應(yīng)用，尤其是PLA生產(chǎn)的應(yīng)用[19]。在這五年內(nèi)，我國乳酸市場的進出口情況發(fā)生了很大的變化，進口數(shù)量逐年增加，進口價格也有上下波動，但其變化不大。我國乳酸的消費量以每年6%的增長率增加。丙酸法主要是由丙酸和Cl2進行反應(yīng)，生成2Cl丙酸，再與NaOH反應(yīng)生成乳酸。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)過程。通過該法生產(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)。 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)過糖化、糊化之后酶解再進行發(fā)酵，同時加入碳酸鈣進行中和，發(fā)酵完后經(jīng)過過濾處理得到乳酸鈣溶液，再接著將其通過75%的濃硫酸分解得到乳酸和硫酸鈣沉淀，再經(jīng)過過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?乳酸發(fā)酵過程的介紹乳酸發(fā)酵微生物的過程主要分為菌種的選育、發(fā)酵和后期提取。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)的過程。發(fā)酵法一般使用的微生物都具有同型發(fā)酵、營養(yǎng)要求簡單、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[11]。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。現(xiàn)今工業(yè)上的菌種主要有細菌發(fā)酵和根霉菌發(fā)酵。利用同型乳酸發(fā)酵葡萄糖生產(chǎn)乳酸得率超過85%[6]，此發(fā)酵過程中，1 mol葡萄糖可以生成2 mo1乳酸。該法的主要缺點是生產(chǎn)成本高，后期難以分離和純化 [8]。菌絲匍匐爬行，無色，在3740℃下能生長。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)基比較簡單，只需添加少量的無機氮源，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%，實際轉(zhuǎn)化率65%左右，發(fā)酵過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。目前乳酸的發(fā)酵原料多為淀粉質(zhì)，其發(fā)酵工藝包括多個步驟，首先高溫條件下對底物進行糊化和液化，然后用淀粉酶等將其糖化，轉(zhuǎn)化成葡萄糖等可發(fā)酵糖，再進一步經(jīng)微生物發(fā)酵生成乳酸。同步糖化發(fā)酵中的糖化過程和發(fā)酵過程是在同一個反應(yīng)器器中進行的，即將酶與菌種同時加入到反應(yīng)罐，使酶催化水解反應(yīng)和微生物發(fā)酵過程耦合的生產(chǎn)工藝。同時加快了整個工藝周期，縮短生產(chǎn)時間，節(jié)約設(shè)備投資。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高而引起的底物抑制作用，該法的轉(zhuǎn)化率可達到98%，發(fā)酵周期為47小時。淀粉糖化酶能在常溫條件下將淀粉分子的a1，4和a1，6糖苷鍵切開，而使淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖。糖化酶的特點主要是糖化酶對設(shè)備沒有腐蝕性，使用安全，工藝簡單、性能穩(wěn)定、有利于各廠的穩(wěn)定生產(chǎn)；使用糖化酶對淀粉水解比較安全，可提高出酒率，麩曲法能減少雜菌感染，節(jié)約糧食可降低勞動強度，改善勞動條件；使用糖化酶有利于生產(chǎn)機械化，有利于實現(xiàn)文明生產(chǎn)。分子蒸餾技術(shù)是指極高真空的條件下依據(jù)分子運動均勻自由程的距離差分離的液－液分離技術(shù)。該技術(shù)可以達到清除小分子雜質(zhì)和提純的目的。由于化學(xué)反應(yīng)平衡的限制，其產(chǎn)率不高。張猛等人對乳酸提純的反應(yīng)精餾工藝建立了非平衡級穩(wěn)態(tài)模型。Tanaka等采用T沸石膜將體系中的水及時移除體系，使得酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率高于平衡轉(zhuǎn)化率，接近與100％。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。乳酸精制過程則主要采用納濾、反滲透或電滲析的方法。納濾和反滲析能一定程度上提高乳酸質(zhì)量，達到食品乳酸的要求。此法制備乳酸的最大優(yōu)點是過程簡單、物耗降低、三廢排放少和乳酸產(chǎn)品質(zhì)量高。鈣鹽法是目前國內(nèi)工廠中采用最多的方法。因此可以采用鋅鹽結(jié)晶的方法來提取乳酸，在粗乳酸鈣的溶液中加入硫酸鋅溶液反應(yīng)，在發(fā)酵液還未變冷時濾去石膏再冷卻結(jié)晶，然后將分離出來的晶體溶解后，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]。當(dāng)今主要有三大因素刺激我國乳酸工業(yè)的工業(yè)化發(fā)展，第一個因素是我國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)過特殊處理的聚乳酸克服了耐熱性差和抗沖擊強度低的缺點,使聚乳酸具有優(yōu)良的機械性能和物理性能。最后一個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。同步糖化發(fā)酵是將酶催化水解碳水化合物底物和細菌發(fā)酵結(jié)合的生產(chǎn)模式，具有操作簡單，無需單獨糖化，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。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。發(fā)酵液經(jīng)過升溫和過濾處理，再將其通入中和罐，以CaCO3做中和劑處理；再經(jīng)過過濾洗滌，得到乳酸鈣固體，送入酸解罐酸解。酸解后的過濾液經(jīng)離子交換處理，再進行蒸發(fā)、濃縮和結(jié)晶；結(jié)晶完成后，用離心機進行固液分離，最后通過干燥和篩選得到成品乳酸。 發(fā)酵的菌種該生產(chǎn)工藝選擇的菌種是德氏乳酸桿菌?！歉锾m氏陽性菌。（1）菌種的擴大培養(yǎng)乳酸發(fā)酵一般為純種培養(yǎng)，接種量為10%，所以必須進行菌種的擴大培養(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。（2）接種物成熟標(biāo)志發(fā)酵液中乳酸菌種細胞密度為71010~81010個/ml，大小為（7~8）um（~）um，鏡檢時無大的異染顆粒，無與菌種有明顯差別的雜菌。糊化過程結(jié)束時，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。投入培養(yǎng)基后開始攪拌，在50℃下培養(yǎng)24小時。（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%。該工藝采用分批添加碳酸鈣來控制酸堿度，在發(fā)酵后6小時開始添加（），每8小時添加一次，添加次數(shù)為6次，碳酸鈣添加總量為大米總量的3/4。我們可以通過改變發(fā)酵液成分配比以及發(fā)酵工藝的操作條件的控制來減少泡沫的產(chǎn)生。物理法消泡主要采用的生物機械消泡器的結(jié)構(gòu)形式主要有柵式、旋轉(zhuǎn)圓盤式、渦輪式和旋風(fēng)分離式等幾種。 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 第一次板框過濾 沉降罐 第二次 板框過濾 濃縮 酸解 第三次板框過濾 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，該罐中溫度可達到8590℃，MgCl2加量小于2%。（3）雙效蒸發(fā)工藝，向該罐中投料的濃度必須大于20%。該壓力下，使溫度達到70℃的條件時就能蒸發(fā)濃縮乳酸，其進料量不能超過其總體積的72%，該罐中的工作時間不能小于24小時，脫色活性炭的添加量小于等于1%。（2）壓料罐壓料罐中的溫度為1