年产1.5万吨无水柠檬酸的工厂设计开题报告

1. 研究目的与意义

柠檬酸，又名枸橼酸，化学名称是2一羟基丙烷三羧酸。

因其具有令人愉悦的酸味，人口爽快，无后酸味，安全无毒，已成为当世界上生产量和消费量最大的食用有机酸。

世界上柠檬酸行业的集约化程度非常高，生产重心已转移至中国，我国柠檬酸产量和出口量已连续多年居世界第一。

2. 国内外研究现状分析

柠檬酸生产工艺分为水果提取法，化学合成法和生物发酵法三种。但① 水果提取法：柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。此法提取的成本较高，不利于工业化生产。 ② 化学合成法：这种方法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮。此法工艺复杂，成本高，安全性低。所以此次采用生物发酵法生产柠檬酸发酵机理1940年h.a.克雷伯斯提出三羧酸循环学说以来，柠檬酸的发酵机理逐渐被人们所认识。已经证明，糖质原料生成柠檬酸的生化过程中，由糖变成丙酮酸的过程与酒精发酵相同，亦即通过e-m途径（双磷酸己糖途径）进行酵解，然后丙酮酸进一步氧化脱羧生成乙酰辅酶a，乙酰辅酶a和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸缩合成为柠檬酸并进入三羧酸循环途径。柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中，当微生物的乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低，而柠檬酸合成酶活性很高时，才有利于柠檬酸的大量积累。发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵3种方法①固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵。多以海藻酸钠为载体，也有采用聚丙烯酰胺。固定化方法以后者为例，将丙烯酰胺单体（acam）和n,n-亚甲双丙烯酰胺（bis）溶于水后与微生物细胞混合，搅拌，加入四甲基乙二胺和过硫酸钾，室温下放置30min，使之聚合完全，制得凝胶，将其切成3mm*3mm*3mm的小块，用生理盐水洗净后作为载体进行发酵。固态发酵生产柠檬酸优点是设备简单，操作容易。②液态浅盘发酵多以甜菜糖蜜为原料，工艺过程是：将原料先放入煮沸锅内加入水煮沸，一次加皇血盐和edta二钠盐煮沸灭菌，再用无菌水配成培养基液，加入适量的硫酸铵、磷酸二氢钾作为氮源和营养盐，将培养基液在45-50度下送入发酵室内装入浅底的铝盘或不锈钢盘中，干孢子接入黑曲霉干孢，待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。

③深层发酵法

深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。现多采用通用发酵罐。它的主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器，轴封及其他附属装置。发酵罐径高比例一般是1:2.5，应能承受一定的压力,并有良好的密封性。除通用式发酵罐外，还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐等。并采用定向培养，紫外线诱变及ntg处理等的配合作用对菌株选育，使其适应以糖蜜为原料的深层发酵，并提高菌株的产酸率和转化率。

3. 研究的基本内容与计划

依照毕业设计计划任务书，遵循发酵工厂设计的基本原则和规范，根据原材料和产品质量要求，结合国内外设备的现有制造和供应条件，力求采用先进的工艺技术和设备。生产原料：葡萄糖

生产能力：年产1.5万吨无水柠檬酸

生产工艺要求：采用深层发酵法生产无水柠檬酸，产品质量和技术指标符合国际,国家或行业的相关标准。

4. 研究创新点

本课题采用国内外先进的生物发酵法生产无水柠檬酸，以葡萄糖为原料，采用改进过的钙盐法提取柠檬酸，具有原料消耗低、产品收率高、生产成本低、环境污染小等优点，具有显著的环境效益和经济效益，无疑为柠檬酸的生产和环境保护提供了一种更为先进的生产方法。