【基于同步糖化发酵法的10万吨LA工艺设计10000字（论文）】

基于同步糖化发酵法的10万吨LA工艺设计目录摘要： 摘要：在当今的工业大环境下，对环保材料的研究和突破是各方不约而同的追求。环保需求带动了对聚LA的生产原料LA的研究和发展，本文将介绍用同步糖化发酵法进行年产10万吨LA的生产工艺设计。在合适的原料，稳定剂，反应条件下，结合物料衡算设计合理的生产工艺。本文从LA的结构入手，在对其生产方法进行研究，然后开始设计该方法下的生产工艺，画出其工艺流程并分析计算，最终完成年产10万吨LA的生产工艺设计。关键词：LA；发酵法；稳定剂；物料衡算； 1概述1.1LA的结构LA，化学式C3H6O3。英文名LacticAcid（LA）。是一种可以溶于水并且显示酸性的羧酸。LA分子中间的碳原子四个键所连接的官能团各异，这个碳原子就是手性碳原子。LA两种异构体分别是D-型LA和L-型LA。结构如下[1]。图1-1LA的结构式1.2LA的性质LA是一种无色的液体。可以与水和乙醇互溶，少部分的LA是可以溶解在醚之中的，但不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。LA会和空气中的水分子结合，所以在储存的时候应该隔绝空气，避湿保存。LA因为在大自然中可以被细菌等微生物完全分解为CO2和H2O对环境无太大危害。LA基本性质如下表。表1-2LA的物理性能参数性能参数熔点（℃）18固体密度（g/cm3）1.33折射率(20℃)1.4392分子量90.08沸点(℃)122密度（g/cm3）1.209电导率（S/cm）0.0050离子强度/(mol/L)0.08表面张力/(N/m)52粘度/mPa·s)2.127氧化还原电势/V0.25~0.35pH6.62LA的合成方法LA的合成方法主要有发酵法和化学合成法[2,3,4]。其中发酵法是最常用的方法，目前，大部分企业都是用发酵法来生产LA，其具有很大的市场。因为发酵法所用的原料都是天然物质，没有毒性，而化学合成法所用的原料基本都有毒性。2.1发酵生产法发酵生产法是用淀粉作为原料通过发酵手段来生产LA。除淀粉外，葡萄糖，糖蜜等也可以作为原料。其生产原理基本相同，钙盐法发酵生产LA的工艺分为三步：第一步是将淀粉糖化；第二步是接入筛选后的菌种；第三步是加入适量的CaCO3用来中和LA的酸性，使其pH值保持在5.0~5.5之间，然后让菌种在适合温度下自由发酵3~6天。最终得到粗LA钙的发酵液。发酵法生产LA最重要的是选择用来发酵LA的菌种。工业上用来生产LA的菌种基本是细菌和根霉[4]。2.1.1细菌细菌的发酵有两种方法（1）同型LA发酵：第一步：葡萄糖发酵降解为丙酮酸第二步：LA脱氢酶催化丙酮酸还原成LA同型发酵方程式如下： （2）异型LA发酵：第一步是在差向异构酶的影响下转变成5-磷酸木酮糖；第二步是由磷酸酮解酶裂解生成乙酰磷酸和3-磷酸甘油醛；第三步是3-磷酸甘油醛发生还原反应得到产物。我们最经常用的就是能够进行同型发酵的杆菌德式乳杆菌发酵。2.1.2根霉在生产根霉中，我们常用米根霉来作为原料，而且都是选择用游离的细胞来发酵米根霉，将其放入搅拌罐中，在发酵的过程中，其霉丝会聚拢成团，导致氧气和营养物质难以进入，会导致其缺氧和营养不良。所以，我们要把这些霉丝固定在载体上，使其分布均匀，接触面积广。还有一种方法，就是用气升式反应器来固定米根霉的霉丝，从而生产LA[4,5]，还可以直接改变接种量或者碳酸钙的含量，这样也可以是根霉的生长形态发生改变，使其能够很好的吸收氧气和营养物质，最终能够得到高浓度的，比较纯的LA[6]。另外，我们也可以在其发酵过程中，不定期的取出浓度较高的发酵液，并且继续加入原料，这样也可以提高LA的产量[7]。在用根霉发酵LA的过程中，发生消旋作用的概率极低，从而更有可能得到纯净的L-LA[8]。在人体含有的一种叫作L-LA脱氢酶，这种酶的只能分解L-LA，所以我们在食品和医药领域中，应尽可能使用L-LA，这样才能被人体所分解。2.1.3发酵液中LA的分离用发酵法来生产LA，最合适的pH在5.5~6.0之间。在发酵的过程中，由于会一直产生LA，所以会使得发酵液的酸性一直变强。一直到pH<5时，发酵生产LA的过程就会收到抑制，从而使得速率降低，所以，要想提高LA的产率，就需要控制好发酵液的pH值。之前，通常是用CaCO3来中和产生的LA，从而保证在生产过程中始终保存合适的pH值。但是这样会生成LA钙，而要从LA钙中提取LA是非常困难的，整个过程极其繁杂，而且LA盐还对细胞代谢有着消极影响。这几年LA的需求量大幅增长，这使得我们一直在积极发明新的分离方法[9,10]。最近，原位分离技术（InSituProductRemove,简称ISPR）的诞生风靡一时，如溶剂萃取发酵法（使用油酸、叔胺等为萃取剂）、吸附法（离子交换树脂、活性炭、高分子树脂等）[11]、膜法发酵（渗析、电渗析、中空纤维超滤膜、反渗透膜等）[12]等，原理千篇一律，都是在反应过程中移走产物LA，改变反应平衡，从而减少产物对反应的抑制作用。萃取发酵萃取发酵是一种以有机溶剂为萃取剂来萃取发酵产物的，以改变产物对发酵的阻碍为目标的一种耦合发酵技术。萃取发酵有能量消耗低、溶剂的选择性好、且无细菌侵扰等优点。常用的萃取剂有十二烷醇、油醇、叔胺等，其萃取效果都很好[13]。但是萃取剂基本上都是有毒的，虽然其对人体的毒性不是很大，但如果其直接接触到了细胞，那就是另一回事了，因为细胞非常脆弱，接触到就会使得活性降低，从而对人体产生威胁。在萃取过程中，我们需要降低其毒性，基本有三个方法：（1）膜隔离细胞和溶剂；（2）细胞固定；（3）在载体中加入植物油。其中，双水相体系萃取的最大的优点就是没有危害，可以为反应提供一个无毒的环境。在使用双水相体系萃取的过程中，产物和催化剂会分别游离在不同的两相之中。因此，我们只需要改变相的组成，就可以使得含有产品的相体积增大，从而得到更多的产品，提高了LA的产率。但是该体系的前提是两相间需要有一个密度差，而且其很容易就会形成乳化液，影响萃取效果，因此，我们需要澡两相中间放一个多重接触器来进行分离，这样使得两相可以在膜孔的两侧进行交换，而有了膜的隔离，使得两相之间不会发生交融，分离液不在需要密度差，萃取效果更好，产率更高[14]。2.吸附发酵在吸附发酵中，我们经常用到离子交换和活性炭吸附。其具体操作为：向反应罐中加入活性炭，在吸附LA的过程中控制发酵时的酸碱度，使其保持在合适的pH值，从而提高LA的产量。但是用活性炭作为吸附剂也有一些缺点：（1）吸附容量小；（2）选择性差；（3）不同批次的活性炭差别很大等。因此，工业上我们通常使用离子交换树脂法来生产LA，相较于活性炭法，其选择性更高，交换容量更大，操作也更简单，且易于自动控制。3.膜法发酵膜法发酵就是将发酵与分离整合在一起，同时进行，让LA通过膜从发酵罐中就开始不断的分离，这样便可以得到一个比较高的细胞浓度，从而提高产物纯度。在此过程中，我们可以使用不同类型的膜来分离LA，如：渗析（依靠扩散排阻）、电渗析（依靠离子排阻）、微滤和超滤（依靠分子排阻）等。膜细胞循环生物反应器的优点有：（1）LA浓度和生产率同时增大；（2）可在相当高的透过率下长期操作；（3）机械稳定性好，允许蒸气灭菌．4.分子蒸馏提纯分子蒸馏提纯技术是高真空蒸馏技术中一种非常常见的技术，比起一般的蒸馏过程，该方法没有操作温度较高、受热的时间较长、分离的效率低等缺陷，而且分离高沸点、热敏性物质和易氧化物质的效果极其突出[15]，分离效率也高。在分子蒸馏的操作过程中，需要保证蒸发器与冷凝器之间的距离一定要小于分子间的平均自由程。相比于一般的分离方式，分子蒸馏技术不会分解掉有效成分，这使得产物的产率更高。当我们用分子蒸馏技术来工业生产LA时，其分离效果不管是从经济上还是效益上来看，都比其他分离技术更加优异。2.2化合生产法在化合生产法中，乳腈法、丙酸法和丙烯腈法尤为突出，也应用得最为广泛。丙酸法生产LA是用丙酸和氯气反应，反应所生成的取代物再在一定的条件下与氢氧化钠反应，从而得到LA。而丙腈法是用丙烯腈与硫酸发生反应，再向反应所得的产物里加入甲醇，与甲醇反应后生成LA，之后再将反应所得的LA进行分离和提纯。乳腈法生产LA分为四步，第一步是乙醛和HCN反应，第二步是向其反应所得产物中再加入水和硫酸，第三步是再加入乙醇，使其与第二步所得的产物反应从而生成酯，最后将酯进行水解，从而得到LA。但是用化学合成法生产LA的原料基本具有毒性，而且生产得来的LA基本都是用到食品产业，必须除去毒性，但是去除毒性物质是非常棘手的。所以各企业基本都会选择发酵生产法来生产LA，此法不需要太多的技术支撑而且没有毒性，耗能也比较少。2.3设计目的在遵循生产许可和生产原则的前提下，设计年产量为10万吨的LA工艺。2.4设计意义因为现在我们国家LA生产的量暂时难以达到我们现在的需求量，所以部分厂家因为需求从国外进口LA。为了能够提高整个国家的LA生产总值，所以要在符合生产许可的前提下，尽可能的节约经济成本，还要在所有生产过程不污染环境的前提下，设计出产量较高，纯度较高的LA生产工艺。2.5设计内容1.确定生产目标2.查阅资料设计生产工艺3.选择合适原料和添加剂4.选择设备大小并进行物料衡算5.总结生产工艺2.6设计原则1.符合国家安全生产原则2.经济适用性原则3.环保低能耗性原则

3LA的应用3.1食品领域LA是乳制品中非常常见的成分，其能够抗微生物的作用功不可没，而且LA还可以给乳制品提供酸性[2]；LA是天然有机酸，我们在加工和储存肉类食品的过程中，也会用到LA，在其中可以作为天然的屏障，来保护产品，使其不受细菌的侵害；LA还具有吸湿性，能够降低水的活度，在海产品的生产中被广泛应用，作用非常显著；利用LA的吸水性，还可以改变面制品的pH值，使其保存时间变长；LA具有温和的酸味，可以加在糖果或者酒水饮料中[16,17]，具有保健牙齿的作用。3.2日化领域里LA和LA盐的成分可以起到美白皮肤的作用，可以制成很好的美白产品，也可以和其他的美白产品一起使用，能够使美白效果更好；头发中也有一种成分是LA，所以我们可以将LA加入到头发的洗护产品中来调节头发的酸碱性，可以把其调到弱酸性；LA还具有很强的吸水性，可以将其添加在洗浴用品中来保持其的湿润度；LA是弱酸性的，所有我们还可以将其用在香皂、肥皂和润肤露等洗护用品中[18]，来调节这些产品的酸碱性。3.3工业领域对于镍离子来说，LA是非常特别得，因为LA对于镍离子有着独一无二的络合常数，97％以上的镍离子在LA中是络合离子，而且LA在化学镀镍的应用中也是非常特别的存在。LA的稳定性很强，可以很好的控制化学沉积时的速率，从而可以保证镀镍是镀层的均匀和镀液的稳定；LA在化学镀镍中是凤毛麟角的存在。LA的稳定性是比较强的，可以有效控制化学沉积的速率，从而可以保证镀层均匀细密和镀液稳定；LA还能让烟草的湿润度保持良好，可以吸收烟草中混合的其他味道，使得抽烟的人有更好的口感。LA还可以使烟草保持良好的湿润度，吸收掉烟草中的其他味道，给吸食烟草的人更好的口感。LA可以和尼古丁发生烟碱反应，能够减少尼古丁对人们身体健康的危害；而且LA还是自然代谢的产物，因此发挥其酸性作用时并不会伤害畜禽。3.4医药领域LA蒸汽的的温度高，足够杀死细菌，这使得其在药房和医院能有很好的应用，可以抑制和杀死细菌，在一定程度上降低了疾病的传染率[19]。而且其还可以作为药品的防腐剂、载体、助溶剂、pH调节剂等。也可以直接添加在药物之中。3.5产品前景随着科技的不断发展，国家经济质量的不断提高，我们的生活质量也得到了明显的提高，这主要体现在我们对于生活用品质量的要求不断提高，但是由于近些年对大自然的不断索取，使得环境变差，让我们不得不对在生产产品的同时也要注重对环境的保护，让工业生产与环境保护形成一种平衡。而用微生物法生产LA，在对于环境保护上就做的很好，因此，将近四分之三的企业都会选择这个方法。而在整个世界的市场中，中国生产的LA能占到全球LA生产总量的三分之一。我国是LA生产大国，从80年代开始，到现在已有四十多年的发展历程，有些小企业在市场竞争中因为不能跟上脚步而被淘汰，而这也使得LA企业的整体水平有了很大的提高，虽然这样的LA产量已然不低，但还是远远满足不了国内市场，从而形成了19年和20年从国外大量进口LA的局面。因此，提高LA的产量迫在眉睫。目前，我国对于LA的消耗主要集中在食品和饮料领域，因为LA是一种无害的食品添加剂，而且还能承载营养物质，是食品和饮料行业所必需的原料。而且随着我们国家的发展，已经全面进入了小康社会，国民的收入水平也有了很大的提升，形成了创造美好生活消费观念，这让LA的市场前景一片大好。再加上我国近期颁布了禁塑令，而且这些年来，国家对于绿色环保企业的大力支持，也使得聚LA材料的应用得到了很大的推广。而且聚LA在生活中的应用非常广，替代了许多其他产品，使得聚LA的需求量一直在上升。但是由于技术上的制约，我国LA的产量依然是供不应求。本文将研究大量生产LA的生产工艺，为保护环境，节约资源，献出微弱的力量。图3-12019年中国LA消费结构4工艺设计原料加水糊化过滤，再经过灭菌处理，通入发酵罐，加入已经培养好的菌种，净化空气和淀粉酶进行发酵。发酵后的料液经过升温过滤处理，再输送进中和罐，中和管中的碳酸盐中和酸液。再经过过滤洗涤，得到LA钙固体，输送至酸解管中分解，其中要加入硫酸和活性炭。再经过过滤，除去沉淀杂志，酸反应后的溶液经过离子交换和蒸发、浓缩、重结晶处理。最后离心、干燥、选择得到纯净的LA。4.1LA的生产工艺流程1.原料处理选用淀粉，加入麦麸和水糊化，其中淀粉，麦麸和水的比例是14∶5∶25。将混合好的原料进行过滤处理，除去原料中的滤渣，将所得的滤液进行灭菌处理，为菌种提供更好的生存环境。表4-1原料占比原料淀粉麦麸水比例145252.菌种培养德式LA杆菌是D-LA发酵菌种中经常使用的一种，生产出的LA纯度比较高。生长温度为30~40℃。菌体长约2um-8um，宽约0.5um-0.8um。淀粉、葡萄糖、糖蜜等碳源都可以通过这种菌种发酵产生LA。（1）菌种的扩大培养LA发酵一般是纯种培养，接种量为40％，所以必须进行菌种的培养，通常的生产方式就是试管培养。第一步把菌种放在10mL的试管中培养，第二部转入200毫升的锥形瓶中接着培养，第三步转到1L的锥形瓶中，第四步均匀分至种子罐，第五步移至100m3发酵罐中。菌种不使用时是冷冻保存的，所以使用前要活化。（2）接种物可应用时期发酵液中的杆菌细胞密度＞7×1010个大小约为（7~8）um×（0.5~0.8）um镜检无大的异常颗粒，无杂菌3.发酵把培养好的德式LA杆菌，已处理的原料，淀粉糖化酶和经过净化的空气一起输入至发酵罐中。在发酵的过程中，每隔9个小时往发酵罐中放入适量的碳酸钙来中和发酵过程中的酸，以求保证德式LA杆菌一直处在pH为4~5之间，在最适合LA杆菌生长的区间，同时发酵罐的温度要保证在55℃~60℃之间，所以期间要不定期根据发酵罐的温度来进行降温。4.反应过程：将发酵后的发酵液输入至预热罐中进行加热，将发酵液加热至70℃~80℃，加入碱调节pH到10~11。压料的过程中压料罐的温度最好保持到145℃左右，压力0.3MPa.在进行压料后以净化后的空气为媒介进行板框过滤。为了不让发酵液遇冷导致碳酸钙结晶析出，所以在进行板框过滤前要通入75℃热蒸汽，滤渣的洗涤也要用热水洗涤，第一次板框压滤过滤到滤液中只有很少的滤渣过滤出停止。板框过滤后要在沉降罐中沉降，沉降罐中的pH要大于11，同时发酵液也得加热至90℃以上。沉降后进行第二次板框压滤，第二次的板框压滤主要是为了去除一些杂质。之后再将其进行离子交换和浓缩处理，最终得到LA成品。4.2LA的提取工艺流程图4-1LA的提取工艺流程4.2.1提取工艺流程图图4-2提取工艺流程4.2.2提取工艺的条件控制1.预热过程条件预热罐和沉降罐的装液系数一致，都为0.8；其中，由于菌种不耐酸，预热罐中的pH值应保持在10左右，然后将其加热至沸腾，保持5分钟；而在沉降罐中，其pH值应保持在12，沉降罐中的温度保持在85℃~90℃，并且氯化镁的添加量不得超过2%。2．第一次板框过滤条件压料罐的装液系数与预热罐和沉降罐一样，也是0.8，且其内部的压力不得超过40atm，经过滤后，剩余滤渣中的钙含量不得超过2%。双效蒸发工艺的条件双效蒸发器中的蒸气压应低于0.4atm，而且其塔内的真空度也不能超过0.8atm，投入该塔内的料液，其浓度一定要超过20%。浓缩工艺的条件浓缩罐中的蒸汽压力一定不能超过0.4atm，且该罐中的真空度也要保持在0.4~0.6atm之间。在这个压力下，只要达到70℃就能使浓缩LA被蒸发，此时，脱色罐的装液系数应为0.72，而且脱色罐的连续工作时间不得超过24小时，其中脱色活性炭的加入量不得超过液体总量的1%。4.2.3提取工艺过程的控制1．预热过程发酵结束之后，将发酵好的发酵液转移到预热罐中进行加热，将发酵罐中的温度升到80℃上下，边加热边搅拌，使其受热均匀。然后向发酵罐中加入碱来调节pH值，使其pH值保持在10，在整个预热的过程中，要预防无水LA钙晶体的析出。2.压料罐中压料罐的容积为30m3，其罐内的压力保持在0.3MP，温度保持在140℃，并以空气作为介质。此过程中，压缩机将经过预热后的料液压入板框压滤机中，对其进行压滤。第一次板框压滤过程首先，我们要将压缩机中通入热蒸汽，目的是为了防止料液遇冷后会析出碳酸钙晶体，以妨碍后续操作。然后对其在压滤机中进行压滤，直至其滤液量慢慢减少，停止继续通料，该为通入热水，对剩下的滤渣进行清洗，并将其滤液转移到沉降罐中进行沉降。沉降过程在沉降罐中，要加入不超过料液2%的氯化镁，是料液在沉降罐中沉降下来，在整个沉降过程中，需保持其pH在12以上。第二次板框过滤过程此过程的目的是主要为了过滤掉蛋白质和氨基酸，过滤方法和第一次相同，不过在操作前需要检查设备，防止出现滤布破损等情况。6．双效蒸发过程开始操作前，需检查设备，关闭各处阀门。经过此次处理之后，可以得到浓度为26%的LA钙。酸解过程首先，将LA钙转移到酸解罐之中，然后加入洗涤水，通入蒸汽，使其溶解，然后会得到浓度为180/kg的LA钙，最后，再向其中加入浓硫酸，使其酸解。并加入0.1%的甲基紫溶液，当溶液变为橘黄色时，说明酸解完成，之后再将溶液进行第三次板框过滤。浓缩过程此工艺中，采用的是真空浓缩且循环加热的浓缩方法，再真空下，水的沸点会比较低，因此，可以将水蒸发，从而达成浓缩。此过程中，真空度为0.4~0.6atm之间，温度为70℃，蒸气压在0.4atm以下。当浓缩结束时，要先停止加热，然后再关闭真空系统。LA纯化过程通过离子交换法对其进行纯化，其原理是带电的溶质分子与介质中的离子进行交换，是带电的离子进行附着，进而达到纯化的目的。通过离子交换后，可以除去LA钙的钙离子，得到可以达到工业级LA标准的LA。4.3工艺计算和设备选择4.3.1设计工艺参数及要求产量要求：LA年产量10万吨，LA纯度90％原料：淀粉含量32％淀粉与葡萄糖的理论转化率：111％总发酵周期：48h发酵转化率：95％年生产天数：320天糊化温度：90℃提取总收率：75％；第一次过滤收率0.9；第二次0.92；浓缩效率0.9精制总收率：80％；酸解总收率0.92；离子交换效率0.9；浓缩率0.964.3.2发酵罐的选型（1）发酵罐的体积发酵罐：V1=100m3/个（装液系数：0.65）发酵罐数量单个发酵罐一批次生产100％的LA量为：M=V×M=100×0.65×32%×111％×93％×75％×0.8×（1−0.0001％）×1.2=15.46吨/天上式中：F1装液系数w淀粉含量，％α转化率，％ρLA密度，g/cm3（4）单个发酵罐年产量为：MM1上式中：M1单个发酵罐年产量，吨/年M单个发酵罐一批次生产100％LA量，吨/年T年生产天数，天T1总发酵周期，hT2单个工作日时长，h（5）所需罐数：NN1=100000/2473.6=40.42个（取N1上式中：N1所需罐数，个W目标产量，吨/年M1单个发酵罐年产量，吨/年（6）总结：需100cm3发酵罐41个4.3.3调浆罐的选型（1）调浆罐体积：V2=100m3(液装系数0.75)（2）调浆罐个数：NN=35.53个（取N2为36个）上式中：N2调浆罐数，个V1发酵罐体积，m3F1发酵罐装液系数F2调浆罐装液系数V2调浆罐体积，m3（3）总结：需100m3调浆罐36个4.3.4种子罐的选型（1）一批种子液中的用量（发酵时间48h，接种量是0.4）VV=1066m上式中：V3一批种子液的用量，m3A接种量（2）种子液的总量VV=1421.33上式中：V4种子液的总量，m3F3种子罐的装液系数（3）罐子数量（种子罐子的体积是60m3,液装系数是0.75，种子的培养时间是30h）N=39.48上式中：N3种子罐数量，个（4）总结：需种子罐40个4.3.5预热罐的选型（1）V（2）数量N=8.32上式中：V预热罐预热罐体积，m3N4预热罐数量，个（3）总结：需预热罐9个，每个50m34.3.6压料罐计算（1）V=30m（2）N=13.88个上式中：V压料罐体积，m3N5压料罐数量，个（3）总结：需压料罐14个，每个30m34.3.7第一次压滤处理量100×0.75=75（1）板框压滤机选型选择生产能力为2.375m3/h的板框压滤机，BMS20/830-20型（2）板框压滤机的数量每天过滤V=24×2.375≈18.42N=30（3）总结：需板框压滤机23台（4）沉降罐的体积单沉降罐的体积是50m3，液装系数0.8（5）沉降罐的数量N=41×100×0.65×1.2÷（50×0.8×8）≈10个4.3.8第二次板框压滤（型号：BMS20/830-20）（1）板框压滤机数量（第一次吸水量为发酵液的20％）洗完后第一次后液体总量是V=41×100×0.每天的过滤体积是V=台数N=64.74（2）总结：需板框压滤机28台4.3.9双效塔（体积为65m3）（1）双效塔的装填系数0.75，发酵液中LA钙的浓度为0.085，经过双效塔其浓度变为0.26，则其液量为：V=4100×0.65×0.85÷（2）双效塔的数量N=1090÷(65×0.75)=23个4.3.10酸解锅（体积是70m3,装填系数是0.75）（1）V每日酸解量V=1223.45÷0.75=1631.26（2）N酸解锅上式中：V酸解总酸解总量，m3N酸解锅酸解锅数量，个（3）需酸解锅5个4.3.11第三次板框压滤（BMS20/830-20）（1）板框压滤机数量N=1631.26所需板框压滤机26台4.4物料衡算4.4.1发酵过程中的物料衡算（1）原料中淀粉用量原料中淀粉使用量：LA每天的生产量G1G=100000×0.9÷320=281.25经提取后的LA含量G2G=281.25÷（0.9×0.96×0.92×0.99）=357.40发酵工艺后的LA含量G3G=357.40÷（0.92×0.9×0.9）=479.60G4每天消耗的淀粉量G=479.60÷（0.95×1.11×0.98）=478.75年消耗为478.75×320=153200吨（2）原料中麦麸与淀粉的比例是5：14原料中麦麸的用量是52714.29吨（3）淀粉酶用量1g淀粉酶的活力是400个单位，1g淀粉完全转变成葡萄糖要10个活力单位。所以至少需要38.3吨淀粉酶才能把153200吨淀粉转化为葡萄糖。4.4.2提取过程中的物料衡算（1）碳酸钙MM年总量为85097.6吨H2SO4(M年总量为113481.6吨（3）活性炭M年总量为22500吨4.5能量衡算4.5.1发酵过程（1）蒸汽使用量每天成熟LA发酵液的量每天投料量：478.75×（每天投料时一罐发酵液中水的用量为：41×100×75％每天成熟的发酵醪总量为335.125＋3075=3410.125吨/天w=3075÷3410.125=90.2（2）发酵醪的比热C比热=4.18w=3.77+0.098×1.756=3.942KJ/（Kg·K）蒸汽与发酵之间的热平衡为：CΔT1为发酵的温差，其值ΔT为水蒸气升温，其值代入数据可知：G=1371.714.5.2提取过程中的物料衡算（1）沉降罐蒸汽量G2过滤水为80℃左右，用量为：41×100×0.75×0.2=615G=4025.125+4.167=4029.292ΔT2为10CG（2）双效塔和浓缩塔的蒸汽量G3 双效塔的总进入量为：4100×0.75×1.22=3751.5需要罐的体积为：3751.5÷0.75=5002出双效塔的料液为：4100×0.75×0.085×0.75÷0.26=753.97蒸发量为：V=5002−753.97=4248.030.4atm的蒸气压下水的沸点为76℃，水和蒸汽的汽化热分别为66.99和629.1kcal/Kg.G=31191.42

结论本设计采用的生产菌种是德式乳酸杆菌，原料为玉米和麸皮，通过比对LA的多种生产工艺以及结合实际情况的要求下，最终选择同步糖化发酵法作为生产工艺。本次设计1×106吨LA的工厂的主要指标如下：（1）发酵工艺：同步糖化发酵法（2）提取工艺：板框压滤和离子交换法（3）主要原料及用量淀粉：153200吨/年麦麸：52714.29吨/年淀粉酶：38.3吨/年 CaCO3：85097.6吨/年浓硫酸：113481.6吨/年活性炭：22500吨/年（4）主要设备发酵罐41个，每个100m3种子罐40个，每个60m3调浆罐36个，每个100m3预热罐9个，每个50m3压料罐14个，每个30m酸解锅5个，每个70m3板框压滤机77台(BMS20/830-20)，处理能力（2.637m3/h）本工艺的主要优点是设备简单，操纵方便，有较高的处理效率，对能量消耗较低，产生的污染小。采用离子交换法和板框压滤机处理，最终可以获得高纯度的LA。

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