1、中北大学 2013 届毕业设计说明书年产 3000 吨乳酸的生产车间工艺设计摘 要 目前乳酸是世界上应用广泛的三大有机酸之一。本设计综述了国内外乳酸的生产工艺及其发展前景。在对各种乳酸生产工艺进行了详细比较后,选择了糖化发酵的生产工艺。通过物料衡算、热量衡算、主体设备设计、辅助设备选型以及车间布置,完成了,绘制了主体设备图、工艺流程图及车间布置图等,并对整个工艺方案进行了经济、环保和安全评价,表明该工艺设计经济合理。关键词: 乳杆菌,大米和麸皮,糖化发酵法,工艺设计中北大学 2013 届毕业设计说明书The annual output of 3000 tons of lactic acid p
2、roduction workshop process designAbstract Lactic acid is one of the three organic acids which is widely used in the world. This design reviewed the production technology of lactic acid and its prospects for development both at home and abroad were. In production technology for a variety of lactic ac
3、id after detailed comparison, I chose the diastatic fermentation production process. Through the material balance, heat balance, main equipment design, selection of auxiliary equipment and layout of the plant, Im done the annual output of 3000 tons of lactic acid production workshop process design,m
4、ap the main equipment and process flow diagram and workshop layout, etc., and probes into the whole process of economic, environmental and safety evaluation, which shows that its an economic and reasonable process design.Keywords: lactobacillus, rice and bran, diastatic fermentation, process design中
5、北大学 2013 届毕业设计说明书第 I 页 共 页目 录1 绪论 .11.1 乳酸的概况 .11.1.1 乳酸的性质和用途 .11.1.2 乳酸的质量检验与储存 .21.2 乳酸的生产技术 .31.2.1 发酵法 .31.2.2 化学合成法 .31.2.3 乳酸生产新技术 .41.2.4 乳酸的提取和精制技术 .52 生产工艺 .72.1 发酵工艺 .72.1.1 发酵工艺流程及特点 .72.1.2 发酵工艺条件 .72.1.3 发酵工艺操作要点及注意事项 .82.2 提取精制工艺 .92.2.1 提取工艺流程及特点 .92.2.2 提取工艺条件 .102.2.3 提取工艺操作要点及注意事项
6、 .103 工艺平衡计算 .143.2 发酵工段 .143.2.1 发酵工段物料衡算 .143.2.3 发酵工段热量衡算 .163.3 提取精制工段 .173.3.1 提取精制工段物料衡算 .173.2.2 热量衡算 .184 设备平衡计算及选型 .194.1 发酵工段 .19中北大学 2013 届毕业设计说明书第 II 页 共 36 页4.11 发酵罐容积及罐数 .194.1.2 调浆罐容积及罐数 .194.1.3 种子罐容积及罐数 .194.1. 4 发酵储罐容积及数目 .204.2 提取工段 .204.2.1 预热罐容积及罐数 .204.2.3 第一次板框压滤 .214.2. 4 沉降罐
7、 .214. 2.5 第二次板框压滤 .224. 2.6 双效塔(双效塔装填系数取 75%) .224.2. 7 酸解锅(装填系数取 75%) .224.2.8 第三次板框压滤机(型号同前两次) .235 车间布置设计 .245.1 设计依据 .245.2 车间布置(厂房平面布置) .245.2.1 车间布置设计原则 .245.2.2 车间平面布置 .255.2.3 车间立面布置 .255.2.4 设备布置 .256 经济分析环保分析 .266.1 综合概算 .266.1.1 基础数据 .266.1.2 编制依据 .266.1.3 概算过程 .276.2 生产成本估算 .286.3 经济分析
8、.297安全与环境保护 .307.1 厂房建筑安全 .307.2 设备安装安全 .30中北大学 2013 届毕业设计说明书第 III 页 共 页7.3 生产操作安全 .307.4 安全防火 .317.4.1 火灾与爆炸发生的原因 .317.4.2 防火防爆措施 .317.5 环境保护 .32致 谢 .34参考文献 .35中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 36 页1 绪论乳酸又名又名丙醇酸,它是世界上应用广泛的三大有机酸之一,它广泛应用于食品、医药等轻化工领域,特别是在环保领域更有广泛的应用前景。目前工业化生产中,我国生产乳酸的主要采取的方法是微生物发酵法,
9、同时开展了以米根霉深层发酵产 L-乳酸的研究工作,在生产、转化率、发酵周期等方面达到了国际水平,并建成了千吨以上规模的 L-乳酸生产数十家。但目前乳酸的普及应用人有较大的瓶颈,尤其是在乳酸提取精制方面,乳酸的提取精制占到了乳酸生产成本的一半以上,因此,以最低成本提取最优质的乳酸新技术是目前亟待解决的问题,近年来,很多国家在乳酸提取新技术研究方面也有一定进展,主要有:乳酸锌提取技术,溶剂萃取法提取技术,离子交换法提取技术,电渗析发提取技术等。在进行乳酸工厂提取车间设计时根据工厂的实际生产工艺和产能采取最优的提取工艺,选取相应的生产设备,合理布局设计,使生产操作可靠性、方便性达到生产要求,降低成本
10、,最终使生产效益最大化。1.1 乳酸的概况 1.1.1 乳酸的性质和用途 乳酸(Lactic Acid)学名为 2-羟基丙酸,其分子式为:C 2H5OCOOH;分子中有一个不对称碳原子,因此具有旋光性。常见的乳酸主要有 L-乳酸(右旋性) 、D-乳酸(左旋性)和它们的混合物外消旋DL乳酸,乳酸纯品为无色液体,工业品为无色至浅黄色液体,无气味,具有吸湿性;乳酸相对分子质量为 90.08,相对密度 1.2060(25/4 ) ,熔点 18,沸点 122(2KPa) ,能与水、乙醇、甘油混溶,不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚;在常压下加热分解 1。由于乳酸分子内有羟基和羧基,所以有自动酯化能力;乳酸浓度
11、越高,这种趋势就越强,一般浓乳酸溶液中 20%或更多的乳酸自动酯化生成支链形式的乳酰乳酸的聚合体,又称聚乳酸。乳酸,乳酸盐及其衍生物,广泛应用于食品、医药、饲料、 化工等领域。在食品工业中,乳酸主要用作酸味剂、防腐剂和还原剂。 可用于饮料、糖果、糕点的生产,也可用于鱼。肉、蔬菜的加工和保 藏。例如:乳酸盐硬酯酰乳脂酸钙(CSL)大量用于面包加工,可使面包质地松软、细腻、中北大学 2013 届毕业设计说明书第 2 页 共 36 页而且可延长其保存期。在医药方面,由于乳酸,特别是 L-乳酸,具有很强的杀菌作用且对人体无害,因此,乳酸可以直接用作手术室、病房、实验室、车间场所的消毒剂。另外, L-乳
12、酸还可以与许多化学物质(葡萄糖、氨基酸等)配置成药品。此外,乳酸可以添加于烟草中,能保持烟草的湿度,提高其品质,用于制革工业中的脱石灰,使皮革变得细腻,用于反刍动物的饲料添加剂。而聚 L-乳酸则以其可降解性和生物相容性广泛应用与许多产品的生产,如:缓释剂胶囊制剂,可使血液中药物浓度相对降低,提高疗效,降低副作用。制成生物降解纤维,可用来制成可自动被人体吸收的手术缝合线,制成生物植片,已修复骨折或其他机体损伤。在环保产品方面,特别是在当今全球面临环境污染问题的今天,作为可降解日常生活用品工业原料的聚乳酸更是有广泛的应用前景。如,日常用的塑料袋,由于其很难降解,一直是困扰世界环境污染的一大难题,但
13、由于人类已适应使用,所以一直无法有效控制媈白色污染媉但如果我们能以低成本生产聚乳酸,则可以将其推入市场,而从技术上解决环境污染问题。此外,乳酸衍生物也广泛应用与工业上产中 25。表 1-1 工业上可利用的乳酸盐及其衍生物的用途乳酸盐及其衍生物 用 途乳酸铁乳酸钠乳酸乙酯治疗贫血增塑剂、吸湿剂溶剂、润滑剂1.1.2 乳酸的质量检验与储存乳酸可根据其需求和用途不同分为:工业级、食品添加剂级和药典级三种,其中药典级和食品添加剂标准相同,即必须是淀粉或糖质原料用微生物发酵制成,外观为无色或黄色、澄清、粘性液体。检验乳酸质量时,还除对其外观进行观察外,还需检验以下指标: 1 乳酸含量、2 2 含量、3 Cl-含量、4 重金属(以 Pb 计)含量、5 Fe2+含量、 6 Ca2+含量、7 砷含量、8 灼烧含量、9 易碳化物。此外,在乳酸制成乳酸钙时,乳酸钙还需符合药品卫生标准的规定,即每克乳酸钙含细菌数不得超过 1000 个,霉菌数不得超过 100 个,不含大肠杆菌。乳酸生产中主要的分析项目有:原料(大米、玉米粉、薯干粉)中的淀粉、蛋白