生产吨柠檬酸工艺设计.docx

1、生产吨柠檬酸工艺设计年产20000吨柠檬酸工艺设计第一部分 文献综述第二部分 课程设计部分第一部分 文献综述1. 柠檬酸1.1 简介柠檬酸(citric acid)，学名 2-羟基丙烷三羧酸，分子式 C6H8O7。为无色透明斜方晶系晶体颗粒，或白色结晶性粉末。无臭，有很强的酸味，味阈值为 0.0025%。在温暖的空气中渐渐风化，在潮湿空气中微有潮解性。柠檬酸易溶于水，能溶于乙醇，而不溶于乙醚、氯仿、苯、CS2、CCl4及脂肪酸。 柠檬酸根据结晶条件不同，它的结晶形态有无水柠檬酸和含结晶水柠檬酸。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸(C6H8O7)和异柠檬酸(C6H8O7H2O)。异柠檬酸由低温(低于36

2、.6)的水溶液中结晶析出，经分离干燥后的产品，分子量210.14，熔点7075，密度1.542。放置在干燥的空气中，异柠檬酸中的结晶水会逸出风化。无水柠檬酸是在高于36.6的水溶液中结晶析出的，分子量192.12，密度1.665。异柠檬酸转变为无水柠檬酸的临界温度为36.6士0.151。1.2应用柠檬酸是当今利用微生物生产的一种极为重要的有机酸，广泛应用于食品、饮料、医药、化工、冶金等领域。柠檬酸的用途主要分为食品工业、医药工业和化学工业三个方面。 在食品工业上的应用：柠檬酸具有令人愉快的酸味，入口爽快，无后酸味，安全无毒，因此被称为第一食用酸味剂，被广泛用于饮料、果酱、果冻、酿造酒、冰激凌和

3、人造奶油、淹制品、罐头制品、豆制品及烟草中。 在医药工业上的应用：医药上广泛用到柠檬酸及其盐类。柠檬酸盐用于补充相应元素时，具有溶解度高，生理宽容性大，酸根直接被吸收代谢而无羁留等优点。柠檬酸糖浆、柠檬酸铁铵、柠檬酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸铜、柠檬酸镁被广泛应用于临床。 在化学工业上的应用：柠檬酸及其盐类在工业上的应用发展得最快。柠檬酸被广泛用于缓冲剂、催化剂、激活剂、增塑剂、螯合剂、清洗剂、吸附剂、稳定剂、消泡剂等。其中在洗涤剂方面的应用增长最大。柠檬酸钠盐的螯合作用很有特异性，可以替代三聚磷酸钠，作为绿色环保的无磷洗衣粉的原料2。 2柠檬酸的生产工艺2.1生产工艺概述 本项目采用玉米为原料，玉

4、米粉碎调浆后利用喷射液化工艺进行玉米浆的液化，液化醪过滤除渣得液化清液，液化清液再进入发酵工段。在提取工段，本项目采用国内先进的“吸交法”提取柠檬酸工艺。 柠檬酸的生产全过程可划分为四个工艺阶段：(1)发酵原料的的预处理；(2)玉米粉调浆和液化 ；(3)发酵生产柠檬酸；(4)柠檬酸的提取和精制。及这四个工艺流程相适应，需要配置原料制备车间、发酵车间、分离纯化车间。2.2 工艺流程以玉米为原料，经粉碎、调浆、液化、过滤、发酵、阴离子交换、解脱液煮沸、脱色、阳离子交换、二次脱色、蒸发浓缩、结晶、离心分离、干燥后得成品。工艺流程如下：玉米渣菌丝体玉米 除杂 粉碎 调浆 液化 过滤 发酵 过滤 阳柱转

5、型过滤活性炭脱色 解脱液煮沸 阴离子交换附 二次脱色 蒸发浓缩冷却结晶离心分离干燥包装柠檬酸成品2.3基本步骤2.3.1 原料预处理将原料玉米除杂后进行粉碎，60 目过筛得合格的玉米粉。 2.3.2 玉米粉调浆和液化向调浆罐通过物料输送机输送玉米粉；按质量比（玉米粉：水）为 1:4.5 的比例加入65的水，利用碱性盐Na2CO3溶液调节浆料 pH在5.07.0范围内，并加入 0.1%氯化钙，作为淀粉酶的保护剂和激活剂。最后加入粉耐高温-淀粉酶（酶活力 20000U/g，加入量为10U/g 玉米粉），混合均匀，将物料打入高压喷射器，在喷射器中粉浆和蒸汽可直接瞬间接触，出料温度 105。从喷射器中

6、喷出的液料，经过冷却降温系统使液料温度降至 97，并将其倒入层流罐保温 30分钟，保温罐温度维持在 953-5。然后进行二次喷射，在第二只喷射器内液料和蒸汽直接接触使温度迅速上升至 130，并在维持罐内维护 8 分钟左右，彻底杀死耐高温-淀粉酶，进一步凝固聚沉蛋白质，对处理后的物料进行过滤处理，滤液经过真空闪急冷却系统进行冷却，然后将液料打入二次液化罐，使液料温度降低到 95，在二次液化罐内加入耐高温-淀粉酶（酶活力为 20000U/g，加入量为 8U/g 玉米粉），液化 30 分钟，碘试合格后，结束液化。2.3.3 发酵液化醪过滤除去玉米渣得液化清液，温度降至 37后打入发酵罐，同时按以下质

7、量体积比向发酵罐内加入已灭菌的 0.9%尿素、0.1%KH3PO4、0.25%MgSO4和 10%种子液。发酵温度控制在 34，pH6.7 左右，发酵周期约 72h。发酵结束后，发酵液经真空转鼓过滤机除去菌丝体得发酵清液，菌丝体是优质饲料的原料，发酵清液进入提取精制工段3-5。 2.3.4 提取和精制发酵清液经过 8310阴离子交换吸附树脂将柠檬酸和其它杂质分离（交换过程中，改变吸附交换柱内压力，调压力为 4.9106Pa 至放空，反复 2 到 3 次），然后用 10%的 NH4OH 解脱得解脱液。向解脱液中加碱液调节 pH9.0，在常压下加热煮沸 10 分钟，取出后加入粉末状活性炭（5g 活

8、性炭/L 解脱液），过滤除去有机杂质和部分色素等残渣获得清液6-8。清液经阳离子交换树脂去除氨根离子，然后进行二次脱色得到 18%的柠檬酸液。将此纯净柠檬酸液经蒸发浓缩后进行结晶，然后用离心机分离母液和晶体，母液返回再次吸附交换，晶体进行干燥得合格的柠檬酸9。 过程可以使吸附交换树脂充分搅动，所以不需要像离交法那样在洗胶工序后树脂仍需批批再生，降低了水、酸、碱的消耗。 调节解脱液 pH，提高分离杂质的效果。从阴离子交换树脂流出的解脱液加碱调节 PH 至 810，可以破坏柠檬酸解脱液的胶体稳定性，从而使混入的少量可溶性蛋白质、糖、胶体、杂酸等杂质絮凝从解脱液中分离。 “吸交法” 10-13。采用

9、碱解脱法，避免原来酸解脱法存在的还原糖偏高、易碳化合物不达标的缺点。及传统的钙盐法相比，提取收率由原来的 75%左右提高到80%，提高了产品质量，降低了生产成本。2.3.5 成品包装干燥合格的柠檬酸晶体经包装后运送成品库。 3 国内外柠檬酸生产情况及展望自21世纪以来，柠檬酸产业的竞争加剧，许多小企业纷纷退出该领域，这使全球柠檬酸的生产和进出口更加集中。目前，柠檬酸的主要产地有中国、美国和西欧。柠檬酸的主要出口国有中国、奥地利、捷克、美国、英国、爱尔兰、德国、巴西、荷兰、哥伦比亚。2005年上半年，全球柠檬酸总出口量为36.5万吨，上述十国的出口量之和占全球总出口量的92.6%。我国从20世纪

10、60年代开始生产柠檬酸，近10年来，由于出口的刺激，生产能力和产量增长很快。1985年我国柠檬酸的产量只有3.7万吨/年，到2001年产量达约38.0万吨/年，2002年达到约40.0万吨/年。2004年我国柠檬酸总产量达54万吨。2007 年国内柠檬酸产量76 万吨，共出口70.83 万吨，柠檬酸生产企业近百家，总产量居世界第一，出口遍布美国、比利时、荷兰等国，是世界上最大的柠檬酸出口国。我国柠檬酸工业的技术改造和新技术开发近年来已有长足的发展、但和世界发达国家相比，显然还达不到他们的水平14。第二部分 课程设计部分年产20000吨柠檬酸工艺设计随着全世界经济的发展和人民生活水平提高，柠檬酸

11、市场需求也在快速增长因此，柠檬酸市场就全世界而言具有较大的发展潜力。 在化学工业中，柠檬酸是一种调节剂的重要组成部分，在制备缓冲剂、催化剂、激活剂、螯合剂、清洗剂、稳定剂等试剂时起到重要的作用。柠檬酸钠盐作为一种螯合剂可以替代三聚磷酸钠，绿色环保，可以作为无磷洗衣粉的重要原料。很多的油脂中含有一定的金属离子，影响油脂的稳定性，在生产各种食用油时，金属离子的存在会对人体产生一定的危害。 柠檬酸的提取一直是制约柠檬酸行业发展的瓶颈，传统的钙盐法因为工艺成熟、设备简单、原材料易得和产品质量稳定等特点而在国内外被广泛使用，但也存在缺陷。本设计拟以建设柠檬酸年产20000t的工厂为基础，从工艺路线、设备

12、选择、物料衡算、热量衡算等角度探索果胶酶生产工艺，如果在辅之以市场调研，则可为柠檬酸投产做好理论准备。1物料衡算1.1 全厂总物料衡算主要内容（1）原料消耗的计算，主要原料为玉米，其他辅料有耐高温-淀粉酶、CaCl2、尿素、MgSO4、KH3PO4 黑曲霉等。 （2）中间产品计算，主要有液化醪、发酵液量的计算。 （3）成品、副产品计算。 1.2 工艺技术指标和基础数据（1）生产规模：年产 20000t 柠檬酸。 （2）生产方法：玉米粉液化过滤后发酵。 （3）生产天数：300 天。 （4）产品质量：达到英国药典、美国药典标准，柠檬酸含量为 99.8%。 （5）副产品年产量：玉米渣 8000t，菌

13、丝体 13600t，(NH4)2SO411600t。 （6）玉米淀粉含量为 70%，水含量低于 13%。 （7）玉米浆液化添加 0.1%CaCl2，耐高温-淀粉酶（酶活力为 20000U/g），用量为 8U/g 玉米粉。 （8）柠檬酸发酵向发酵液添加 0.9%尿素、0.1% KH3PO4、0.25% MgSO4。 （9）实际糖酸转化率为 94%、成品收得率为 88%、产酸率为 14%、发酵周期为 72h。1.3原辅料消耗及中间产品衡算1.3.1总反应式（1）糖化阶段：(C6H12O5)n nH2O nC6H12O6162 18 180 发酵阶段：2C6H12O6 3O2 2C6H8O7 4H2

14、O 2180 332 2192 418（2）生产20000t 无水柠檬酸玉米消耗量 2000099.8%(162192) 84%70%94%30469.766t 玉米粉量 2000099.8%(162192) 84%70%=28641.58t99.8%无水柠檬酸达到英国药典标准，柠檬酸含量为 99.8%。70%玉米淀粉含量为 70%（3）耐高温 -淀粉酶的消耗量 2000099.8%(162192) 84%1820000=18.06t耐高温 -淀粉酶酶活力为 20000U/g，用量为 8U/g 淀粉。1.3.2 液化醪量的计算玉米粉和水按 1：4.5 的比例混合，加入 0.1% CaCl2，有

15、关计算如下：（1）玉米浆的量28641.585.5157528.69t （2）CaCl2的用量157528.690.1%157.53t 1.3.3 发酵液量的计算成品柠檬酸中柠檬酸的量：2000099.8%19960t发酵液中柠檬酸的量：1996088%22681.82t发酵液总体积：22681.8314%1.62108m3尿素耗量：1.621080.9%1458tKH3PO4耗量：1.621080.1%162tMgSO4耗量：1.621080.25%405t1.3.4 离子交换树脂的计算（1）8310#弱碱性阴离子交换树脂 8310#弱碱性阴离子交换树脂的技术参数如下： 型式：羟型 粒度：2060 且90 水分：60%70% 强度：90% 湿视密度：0.650.75g/ml 交换容量：0.81.0g/g 干树脂 再生交换容量：9mmol/ml 树脂 每吨柠檬酸所需发酵液的量是 8100.65kg，所需湿树脂的量：1（0.90.14）7.94t 湿树脂的体积： 7.941.256.35m3=1.25g/ml一般控