75吨L-苹果酸发酵

年产75吨L-苹果酸发酵车间设计1目录1文献综述....................................................................................................................21.1结构式.................................................................................................................21.2L-苹果酸的名称.................................................................................................21.3L-苹果酸酸的理化性质.....................................................................................21.4L-苹果酸的用途.................................................................................................31.5国内外生产需求及发展情况..............................................................................32工业生产方法的选择和论证....................................................................................42.1比较不同工艺路线的优缺点..............................................................................42.2直接发酵法生产苹果酸工艺.............................................................................62.2.1工艺流程.......................................................................................................62.2.2发酵工艺条件...............................................................................................63计算书........................................................................................................................73.1工艺技术指标.....................................................................................................73.1.1工艺技术指标列表......................................................................................73.2物料衡算.............................................................................................................83.2.1年产75吨L-苹果酸发酵车间的物料衡算表.........................................103.3热量衡算...........................................................................................................103.3.1蒸汽消耗量计算........................................................................................103.3.2冷却水用量计算.........................................................................................113.3.3耗电用量计算............................................................................................124环境保护及职业卫生安全......................................................................................125总结..........................................................................................................................146参考文献..................................................................................................................147致谢..........................................................................................................................14年产75吨L-苹果酸发酵车间设计2年产75吨L-苹果酸发酵车间设计1文献综述近年来，随着食品工业，医药工业，化学工业的迅速发展，国内外市场对苹果酸的需求量越来越大。1.1结构式1.2L-苹果酸的名称L-苹果酸;L-羟基丁二酸;L-羟基琥珀酸;L-Hydroxybutanedioicacid分子式:HOOCCH(OH)CH2COOH，分子量为134.09。1.3L-苹果酸酸的理化性质苹果酸在正常情况下稳定，湿度高时有吸湿性。易溶于甲醇、乙醇、丙酮和其他许多极性溶剂。酸性较强，其0.001%水溶液pH值为3.80,0.01%者pH值为2.80,1%者pH值为2.35。离解常数k1为4E-4，k2为9E-6。三斜晶系白色晶体。相对密度1.601(20/4℃)。摩尔燃烧热1.340mJ/mol(293℃）。摩尔溶解热-20.516kJ/mol。粘度（SO2水溶液，25℃）6.5mPa?s。苹果酸有旋光性，其左旋体广泛存在于自然界，是苹果的主要酸组分。右旋体为一种化学实验品。外消旋体广泛用作食品酸化剂，用合成法制得的苹果酸是外消旋体。熔点：d-苹果酸98～99℃；l-苹果酸100～103℃，dl-苹果酸约130℃。加热至180℃时分解。dl-苹果酸在水中的溶解度5℃时为48g/100g、25℃时58g/100g、75℃时80g/100g，在乙醇中25℃年产75吨L-苹果酸发酵车间设计3时为39.15g/100g，在乙醚中25℃时为1.41g/100g。苹果酸能进行许多二元酸、一元醇和羟基羧酸的特征性反应，生成酯、酰胺和酰氯。1.4L-苹果酸的用途L-苹果酸是一种天然存在的重要有机酸，在人体内易被代谢，是生物体重要的代谢循环—三羧酸循环的成员之一。L-苹果酸有特殊的苹果香味和明显的呈味作用，具有酸度大，味道柔和，香味独特及不损害口腔和牙齿等特点，在食品，医药，化工等行业有着非常广泛的用途。在食品工业，L-苹果酸广泛应用于饮料，果酒，露酒，果冻，果酱，罐头，口香糖等产品的加工生产，做酸味剂和防腐剂。在医药工业，L-苹果酸是医药工业中的重要原料。L-苹果酸用于各种片剂，制剂，糖浆的生产，可使片剂，糖浆呈水果味，并有利于药物在体内的吸收，扩散。L-苹果酸用于配制复合氨基酸注射液，可提高氨基酸的利用率，有助于手术后虚弱和肝功能障碍病人迅速恢复健康。L-型苹果酸钾是良好的钾补亢药，它能保持人体水分平衡，治疗水肿，高血压和脂肪积聚等病症。L-苹果酸钠则是治疗肝病，尤其是肝功能障碍导致的高血氨症的良好药物，这是因为苹果酸直接进入三羧酸循环，可以减少氨基酸的代谢损失和弥补肝功能的障碍。在日用化工和化学工业，L-苹果酸是合成各种香精，香料和洗涤剂以及配制牙膏不可缺少的重要添加剂之一。也可用于生产清洁剂和除臭剂，用来清除体臭和食品贮藏过程中的异味。在化工产品生产中，L-苹果酸可添加到虫胶清漆和其他清漆中，用来防止漆面结皮；L-苹果酸作为合成聚合物的单体，可用于聚脂和醇酸树脂的生产。此外，L-苹果酸还可用在水垢清除剂和化学电镀等方面。另外，L-苹果酸衍生物可用于烟草加工，改善烟叶香味。L-苹果酸也可作为饲料添加剂用于家畜家禽饲养，可改善牛奶的质量，促进家禽的生长。[4]1.5国内外生产需求及发展情况国际市场上对L-苹果酸的年需求量日益增长，目前只有日本，中国，韩国，英国，美国等国生产。全世界化学合成的DL-苹果酸市场需求40000吨/年，产量在35000吨/年以上，其中一半以上用于食品工业。由于FDA最近禁止在食品年产75吨L-苹果酸发酵车间设计4中使用DL-苹果酸，并且FDA又限制了柠檬酸在儿童，老年食品中的应用，所以L-苹果酸在食品，保健及化妆品的应用市场极为广阔。20世纪90年代中期，我国以国产富马酸为原料，采用固定化菌体工艺，生产L-苹果酸，有数十家小厂。由于种种原因，产品中富马酸残留量较高，以致出口困难，因而，关停并，转了很多厂，现仅有几个厂在生产，且产品多外销。目前国内已有少量应用于高级饮料，医药，化装品，由于L-苹果酸酸味及调味效果大大优于柠檬酸，可在国内市场大量推广，若考虑老年，儿童饮料的需求，国内将发展到数千吨的要求。2工业生产方法的选择和论证2.1比较不同工艺路线的优缺点目前L-苹果酸的生产方法主要有3种：（1）马来酸或延胡索酸通过水合反应的化学合成法；（2）以延胡索酸为原料的酶转化法。酶转化法又可分为固定化细胞及固定化酶两类；（3）直接发酵法。直接发酵法又可分为一步发酵法和混合菌两步发酵法。化学合成法以苯为原料，经催化气象氧化为马来酸，再经高温高压反应转化为DL-苹果酸，由于国外消费者对化学合成与半合成产品作为食用酸的安全持怀疑态度，因此，在苹果酸生产上，发酵法占有主导地位。下面对酶转化法和直接发酵法在菌种、生产原料、生产工艺、产品及其纯度等作初步分析对比：⑴微生物及L-苹果酸积累机理[2]L-苹果酸是三羧酸循环中的一员。在生物体内L-苹果酸的生物合成途径有三条：①丙酮酸羧化支路生成草酰乙酸，草酰乙酸由苹果酸脱氢酶作用转变成苹果酸。此过程涉及到二氧化碳的固定；②乙醛酸循环；③延胡索酸由延胡索酸酶作用变成苹果酸。生物合成途径不同，则苹果酸对葡萄糖的理论转化率不同，依次分别为200%、150%、100%。采用直接发酵法，积累L-苹果酸的机制依菌种及发酵工艺条件的控制而有所不同。以色列GOLDBREG教授研究小组的研究表明，丙酮酸羧化支路途径是年产75吨L-苹果酸发酵车间设计5黄曲霉积累L-苹果酸的主要途径。他们在15L发酵罐中苹果酸对葡萄糖的实际摩尔转化率达128%。从积累机制来看，直接发酵法提高产酸的能力很大，关键是选择高产菌及掌握最佳发酵条件。酶法生产L-苹果酸，理论上最大可达100%的转化率，由于反应体系中存在一个平衡关