本科毕业设计(论文)开题报告

题目：             年产1000吨柠檬酸

发酵车间的设计

 

课 题 类 型：       模拟

学 生 姓 名：      

学       号：      3060402107

专 业 班 级：   

系       别：    

指 导 教 师：    

开 题 时 间：    

年产1000吨柠檬酸发酵车间的设计

一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）

本毕业设计主要是以玉米为原料，以黑曲霉为生产菌种设计柠檬酸的发酵生产车间。

毕业设计（论文）内容：

（1）柠檬酸的生产工艺，车间设计，车间设备及相关的CAD图。

    （2）按要求完成文献综述一篇；

（3）按要求完成英文翻译一篇；

二、柠檬酸概述

柠檬酸，又名构栋酸，是世界产量较大的一种有机酸。主要用于食品工业、医药业、化学工业。    传统的柠檬酸生产是以薯干为原料，经生物发酵工艺和钙1hm,_法提取工艺制得。传统工艺存在环境污染严重，生产成木高，产品质量不高等问题。近年来，在生产新原料方而，研究出了以玉米粉、稻米、秸杆等为原料的生产方法，使生产成木大大降低，废物排放减少。采用工业离子色谱法、母液净化处理、循环利用废糖液等技术对生产工艺进行了改进，降低了生产成木、能耗及污染物的排放。为保护环境，使用了离子交换树脂法、电渗析、膜分离和吸交法等提取技术，基木实现了清洁的生产工艺。通过这些改进，使柠檬酸的生产提高了产品质量，降低了生产成木，减少了对环境的污染等。

三、柠檬酸的生产方法

柠檬酸的生产方法共可分为3种:水果提取法，化学合成法，生物发酵法。

1. 1水果提取法

    柠檬酸可以从柠檬、橙、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。当今，水果的生产己经产业化，水果产量也随之增加，‘比较集中，在考虑生态果园}I!综合利用时，可以利用这种方法来提取柠檬酸。但此法成木较高，不利于投入工业化生产。

2化学合成法

  化学合成法的原料有丙酮、以一氯丙酮为原料的合成路线如一氯丙酮或乙烯酮。

山于化学合成法工艺复杂，成木高，安全性较低，很少使用。

1. 3生物发酵法

1.3.1表面发酵法

    此法又称浅层发酵法，多以甜菜糖蜜为原料。工艺过程为:将原料先放入煮沸锅内加水煮沸，依次加黄血盆和ETD1钠盆煮沸灭菌，再用无菌水配成培养基液，加入适量的硫酸钱、磷酸一氢钾作为氮源和营养盆，将培养基液在45- 50 0C卜送入发酵室内装入浅底的铝盘或不锈钢盘中，干抱子接入黑曲霉干抱，发酵;过滤掉菌丝后将发酵液中和、酸解、净化、浓缩、结晶等后处理而得柠檬酸。

1. 3. 2固体表面发酵法

    此法多以海藻酸钙为载体，也有采用聚丙烯酞胺一种常用的包埋材米协，其具有相当好的强度、弹性和化学惰性。固定化方法以后者为例，将丙烯酞胺中-体l和NN亚甲基双丙烯酞胶溶于水后与微生物细胞混合，搅拌，加入四甲基乙一胶犯入fl〕和过硫酸钾，室温放置30 分钟，使之聚合完全，制得凝胶，将其切成3 MM3 MM 3 MM的小块，用生理盐水洗净后作为载体进行发酵，提取，制得柠檬酸。

1.3.3深层发酵法

此法采用定向培养，紫外线诱变以及化学处理等的配合作用对出发株并进行了选育，使其适应以糖蜜为原料的深层发酵，提高了菌种的产酸率和转化率，对糖蜜进行预处理、处理，后经发酵、提取等工艺过程，得到柠檬酸。

四、我国柠檬酸生产技术开发状况

我国柠檬酸主产除少数厂家采用糠蜜或术薯作原料外，其余都是以红薯干为原料。目前我国的薯粉直接深层发酵法工艺已处于世界先进水平，该工艺的生产菌种，还在不断更新，如1968年我国的生产菌N-588,  r-144的平均产酸率仅为7%，而现在普遍使用的主产菌3008,’5016产酸率已达12、13%。新菌种Co-827,  T419等产酸率更高，而且可以曲麸直接接仲发酵，发酵周期短，操作简单。

    我国有丰富的塘蜜、淀粉资源，国外生产柠檬酸一般以糠蜜为主兼用玉米淀粉水解糠作原料。以糠蜜或淀扮为原料直接发酵，其发酵液中残渣少，并可高浓度发酵，提高发.酵设备的利用率。由于我国薯干价格的上涨，加紧选育以糖蜜、淀粉为原抖的高产菌株是当前柠檬酸生产的重要课题之一。最近以土豆淀粉作原料生产柠檬酸即将在山西试车投产。

    在柠檬酸发酵液中，大部分是柠檬酸，但还含有微生物代谢产物和其他杂质，为获得纯净约产品，必须采取一系列的物理，化学方法处理，这一过没称为柠檬酸的提取工艺。

    目前，国内外大多数厂家约发酵液是用碳酸钙或石灰乳中和，生成的柠檬酸钙经洗涤后用硫酸唆解，再脱色经离子交换树脂精制，浓缩结晶成为产品。该工艺俗称‘钙盆法”，基本上沿用200前年Scheele的方法.

    我国提取工艺采用的全是“钙盐法”.该法寿点是工艺成热，设备简单，原材料易

得、产品质量稳定.

    为提高产品质量，降低生产成本，人们对柠檬酸的提取工艺做了大量工作。湖北省

化学研究所与黄石柠檬酸厂198 3年进行了  “改性一u灰乳代替碳酸钙中和新工艺”、试

验，获得成功并通过了省级鉴定.该新工艺虽然仅是对“钙盐法”中和部分的一种改进.但是新工艺推广的结果表明:新工艺明显地缩短了中和时间和柠檬酸钙的洗涤时间，中和时无大量CO:气体逸出，改善了劳动条件，提高了设备刊用率，并且产品质量稳定。改性石灰乳本身内特点是浓度高，粘度低，便于输送一这些特点又为发酵液的中和管道化连续生产创造了条件。中和反应管道化大致过程是:发酵清液由泵打出，经流量计后预加热进入文氏管，与由石灰乳i}}料槽来并经计量的石灰乳予混合后进入管道混合器，"; }J流体的动能及湍流进行充分沂合和反应。中和反应完成后，中和液从分离器上部自然流出，反应所产生的少量气体从分离器顶部逸出，因体泞狡钙从底部排出，用带式过滤机或传盘式真全过复和机洗涤过液调节。管道化反应可校大地提高劳动生产率，减少动力消耗和设备占地面积。

    湖北省化学研究所在柠檬峻结晶母液净化处理新工艺的研究中，最近己取得了新的进展。在柠檬酸生产中，每生产1吨产品，产生约0.2吨母液，这母液不能再结晶出合格的产品，需进行处理.现行月母液处理方法是将母液回中和工序，用碳酸钙中和，再用90 `C热水洗涤生成钙盐，然后再加硫酸酸解这钙盐，随后精制得到产品。这种母液处理法不仅耗费大量的硫酸、碳酸钙和热水等原料和能原，而且还有一定问损失率.有人试验用活性白土或硅藻土吸附母液中易碳物和色素使之净化，但在生产试验中，该法存在着活性白土难以通过等问题。国外有人用过氧化氢、硝装等物质氧化母液中杂质，随后再用吸附剂加以去除.但这种方法耗费大，效果不显著。湖北省化学研究所采用一种新‘的方法，使每液净化处理后，不用其它工序，而是进入酸解工序、由于不用碳演钙中和及硫酸酸解，新工艺可使每吨柠檬酸产品

降低成本15。元左右。现经蚌埠柠檬酸厂的工业生产规模试验( 2000吨/年)，基本成功，结果表明，该工艺不仅能降低生产成本，而且能提高产品质量。该工艺的另一优点是工艺简单，操作方便，处理费用极低，具有投资少，见效快，易推广的特点。该新工艺己申请专利，专利申请号87102195 ,

    钙盐法虽然工艺成熟，操作简单，但劳动强度大，单元操作损失多，硫酸钙废渣对环境污染严重，提取设备腐蚀严重。人们为克服钙盐法的缺点，积极开展了其他提取方法的研究。我国研究的有:萃取法、电渗析法、离子交换树脂吸附法和柠檬酸酸解法.

    湖北省化学研究所与江西国药厂利用柠檬酸水溶液代替硫酸酸解柠檬酸钙，形成均相透明的酸解液，然后经阳离子交换树脂脱去钙离子，再浓缩结晶得到产品柠檬酸。试脸结果表明柠檬酸酸解新工艺在工业上完全T行。批量产品质量均达到英典so版标准。白于新工艺不用硫酸，产品中硫酸根含量大弋减少，并提高了结晶率.另外，由于不产仁硫酸钙废渣，从而减少了环境污染。虽然亥工艺还在完善之中，然而初试结果表明，亥工艺具有很强的竟争力。

    一步发酵黄姜联产柠檬酸和薯芋皂素新亡艺也是湖北省化学研究所与黄石柠檬酸厂乡单位的一项科研成果。薯芋皂素和柠檬酸一洋都是重要的化工原料。原薯芋皂素的生}.是用黄姜自然发酵，占原料重量50肠的黄r淀粉作为废渣除掉，产率也低0为充分利邵黄姜中的淀粉，提高皂素的产率，湖北省匕学研究所等单位以黄姜为原料，用黑曲霉蒙发酵联产柠檬酸和薯芋皂素两个产品。该七验己通过省级鉴定。试验结果表明，该法盆使薯芋皂素产率有所提高.即用同样多的I料，除可多增产1吨皂素外，还多产m吨‘檬酸.由于先将黄姜重量500的淀粉转化为柠檬酸，使皂素生产中投六水解的固体物 成倍减少，从而降低了能耗、酸耗和溶剂耗量，具有较高的绎济效筱和实用价值。

    其他提取工艺中，特别值得提及的是华 东化工学院研究的溶剂萃取法，作为直接 发酵液中提取柠檬酸的溶剂萃取法，近来倍受国际上的重视，科学工作者做了大量的研究工作.如用三月桂酸按、正辛醇、三烷基 氧磷(TRPO)、磷酸三T脂、C,。或Cii 异构烷烃的混合物直接从发酵液中进行多级 连续萃取柠檬酸，然后再升温，使柠檬酸从 有机相中多级连续反萃取到水相，这两步的 差别仅在温度的控制。萃取法与钙盐法相比，省略了中和、酸解等步骤，不产生废 值，收得率高，且能连续生产，是一种极有发展前途的提取工艺。但目前国内外萃取法生产试验中，还存在不少问题有待进一步研究解决。其他提取方法由于各种原因，现在还难以在工业推广上应用.东、结束语

    我国柠檬酸工业建立较晚，但建立不久产品就进入国际市场竟争，目前，柠檬酸生

产的发酵技术和提取技术己达到了相当的水平，某些方面甚至居世界领先地位.这是我国柠檬酸产品能在国际市场上具有强大竞争力的主要原因。从柠檬酸的生产成本上看，美国为1016美元/吨，我国为3700元/吨.(1985年数字)，成本相当.我国柠檬酸生产与主要生产国相比，差距主要表现为提取率、机械化程度、和劳动生产率均较低，最为突出的是能耗太大因此，从我国实际出发，加强对柠檬酸生产技术的开发研究，努力推广新技术、新工艺、进一步降低生产成本和能源消耗，对于保证我国柠檬酸在国际市场上的优势，使我国柠檬酸行业跨入世界先进行列有极重要的意义.、

五、柠檬酸的生产前景

   近年来，国际市场柠檬酸销售兴旺，前景看好。美国各大柠檬酸生产商已先后提高了销售价格，无水柠檬酸市场价达到每吨1800美元，进口价每吨达到1410美元.据分析。国际市场柠檬酸价格还将继续上涨。随着全球经济复苏，对饮料的无醉化要求的进一步提高。柠檬酸的需求量将进一步扩大。目前国际柠檬酸的年生产能力约45万吨。年需求量在9 0-50万吨之间，其中欧洲20万吨.当前国际市场对柠橡酸的需求量每年以5-8%的速度递增，而供给量仅以3-5%的速度增长，供求差距越来越大。另一方面，东欧国家社会经济振荡，柠橡酸的出口量大大减少，更加剧了供应紧张的局势。

当前国际市场柠檬酸形势看好，给我国柠檬酸扩大出口提供了契机。我国自so年代后期才开始生产柠檬酸，其生产厂家目前已达49家，其中年产5000吨以上的企业只有5家，规模上与国外相比还存在着相当大的差距，但产品大部分还是销往国外，主要是日本、西欧、印度及东南亚国家和地区。据统计，1992年我国柠檬酸产量11.29万吨，出口达9. 5万吨。占8000以上;1993年产最增至5-17万吨.由于柠橡酸市场走俏，市道看好，因而价格呈“刚性”上升，如四川健为产出口级柠檬酸，每吨价曾由8000元升至10000元.其货紧价升的原因:一是需求量随饮料生产厂家和品种的增加而增加，使货源处于偏紧状态;二是出口量增加，分流了部分货源，使国内市场供应量下降，导致价格上扬;三是生产成本持续上升，迫使厂家不断提高出厂价.商业供应价也随之上涨。当前柠檬酸的价格稍有滑落，但每吨价格仍在8200-8500元。

  我国是一个农业大国，柠檬酸生产采用薯干料发酵，与国外采用蜜塘、精料发酵相比，产品成本较低，而且环保等各方面费用也较少。因此，我国的柠檬酸在国际市场竞争中具有一定的优势，即使一些中小型厂也不例外。加速发展我国柠檬酸的生产，已引起有关方面的重视。如陕西省安康地区化工厂和合阳县柠檬酸厂以薯干为原料，分别新建了年产1500吨柠檬酸的生产装置;云南省楚雄县化工厂也以薯干为原料，采用直接深层发酵新工艺，新建了年产200吨柠檬酸生产装置;河南省商丘县化工厂利用本地薯干资源。引进外资，新建一条年产1000吨的柠檬酸生产线，由香港高妈有限公司投资99万美元，产品由该公司包销，估计年产值8q0万元，税利290万元。国家还利用奥地利政府贷款。先后从奥地利引进年总生产能力为1.9万吨的5条柠檬酸生产线。这5条生产线分银川进行兴建。目前除宁夏发酵厂的年产3000p屯柠檬酸生产线已建成投产外，其余4条生产线也即将陆续建成投产。

  此外，日本扶桑化学公司已着手在山东建造生产与精制柠檬酸的基地，计划在1995年建成年产约2万吨的工厂，并以该基地为中心，向海外和40多个国家出口产品。

  六、主要参考文献

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第二篇：开题报告

学位论文开题报告

姓         名：                         

学   院 （室）：      机电工程学院       

学        科 ：     机械设计及理论      

研  究  方  向： 现代机械测试与控制技术

指  导  教  师：                        

入  学  年  月：                           

               

         

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