年产5000吨乳酸工厂提取车间设计说明

年产5000吨乳酸工厂车间设计

乳酸是世界上应用广泛的三大有机酸之一，目前生产乳酸主要采取的方法有传统发酵工艺以及固定化微生物法、电渗析连续发酵法、萃取发酵法、膜法发酵法、吸附发酵法、同时糖化发酵法等新工艺，在工业生产中多采用微生物发酵法生产L-乳酸。乳酸的提取精制是乳酸生产中非常重要的步骤，工业生产中常用的乳酸提取工艺主要有：钙盐法、锌盐法、离子交换法、溶剂萃取法和电渗析法等。本设计采用德式乳杆菌为菌种，以大米为主要原料，麸皮为辅助原料经糖化发酵并行式来生产乳酸。在发酵时加入CaCO3作为乳酸中和剂和发酵液稳定剂，得到的发酵液经预处理→浓缩→冷却结晶→洗晶→离心分离→乳酸钙结晶→溶晶→酸解→过滤→脱色等一系列步骤得到粗乳酸；粗乳酸先经浓缩再经离子交换法（先通过732阳离子交换柱再通过331阴离子交换柱）得到纯乳酸。

根据上述工艺流程，在进行乳酸工厂提取车间设计时，根据工厂的实际生产工艺和产能采取最优的提取工艺，通过对乳酸生产平衡、设备平衡和能量平衡等的计算，选取相应的生产设备，合理布局设计，使生产操作可靠性、方便性达到生产要求，降低成本，最终使生产效益最大化，并设计出合理的工艺流程图、设备结构和布置图以及全厂平面布置图。

关键词：发酵工艺；乳酸提取车间；工厂设计

目录

1 绪论 (1)

1.1 乳酸的概况 (1)

1.1.1 乳酸的理化性质 (1)

1.1.2 乳酸的工业生产 (2)

1.1.3 乳酸的用途及功能 (2)

1.1.4 乳酸的质量检验与储存 (3)

1.2 乳酸的发酵方法 (3)

2 生产工艺 (5)

2.1 发酵工艺 (6)

2.1.1 发酵工艺流程及特点 (6)

2.1.3 发酵工艺操作要点及注意事项 (7)

2.2 提取精制工艺 (8)

2.2.1 提取工艺流程及特点 (8)

2.2.2 提取工艺条件 (8)

2.2.3 提取注意事项以及工艺操作要点 (8)

3 工艺计算及设备选型 (11)

3.1 发酵工段 (11)

3.1.1 物料平衡计算 (11)

3.1.2 设备计算及选型 (12)

3.2 提取工段 (12)

3.2.1 生产平衡计算 (12)

3.2.2 设备平衡计算及选型 (13)

4 车间布置设计 (15)

4.1 设计依据 (16)

4.2 车间布置（厂房平面布置） (16)

4.2.1 车间布置设计原则 (16)

4.2.2 车间平面布置 (17)

4.2.3 车间立面布置 (17)

4.2.4 设备布置 (17)

结论 (17)

1 绪论

作为被世界使用最广泛的有机酸之一的乳酸，它在医药、食品等轻化工领域应用甚多，环保领域尤为突出。目前在所有的工业化生产乳酸方法中，我国主要采用的方法是微生物发酵法，还对米根霉深层发酵产L-乳酸的研究工作，在生产、转化率、发酵周期等方面达到了国际水平，并建成了千吨以上规模的L-乳酸生产数十家。但目前乳酸的普及应用人有较大的瓶颈，尤其是在乳酸提取精制方面，乳酸的提取精制占到了乳酸生产成本的一半以上，因此，以最低成本提取最优质的乳酸新技术是目前亟待解决的问题，近年来，很多国家在研究提取乳酸方面提出了新的方法，主要有：乳酸锌提取技术，离子交换法提取技术，电渗析发提取技术等。在设计乳酸提取车间工厂时根据生产工艺极其产能的实际情况，选用合适的生产设备和最优的生产工艺，对工厂进行合理布局，在达到生产要求的基础上降低生产成本，从而实现效益的最大化。

1.1 乳酸的概况

1.1.1 乳酸的理化性质

乳酸分子中有一个不对称硫原子，因此有旋光性。L-乳酸为左旋性，D-乳酸为右旋性.分子量90.08。结构式表示如下：

D(-)-乳酸 L(+)-乳酸

图1 乳酸的结构式

表1 乳酸的理化性质

H 3

构型熔点/℃比旋光度

[α]D20

解离常

数（25℃）

熔化热/

（KJ/mol）

L 25-26 ﹢3.3° 1.37×10-416.87

D 25-26 ﹣3.3° 1.37×10-416.87

LD 18 0 1.37×10-411.35

乳酸与水的互溶性很强，非常不容易从水中结晶出来。但是当浓溶液达到60%以上时，就会具有很强的吸湿性。基于此原理，商品乳酸几乎都是60%的溶液。其中食品级乳酸含量为80%以上，药典级多为85%-90%。通过在67-133Pa的真空环境下反复进行分馏，便可获得纯品乳酸结晶。

1.1.2 乳酸的工业生产

乳酸是一种广泛存在于自然界的羟基羧酸。1881年Avery在美国马萨诸塞州进行乳酸生产性试验获得成功，1895年德国的Ingelhein建立了第一家乳酸生产工厂，此技术随后传至欧洲其他国家。1963年美国Monsanto公司在美国德克萨斯建立了第一家乳酸化学合成工厂，便出现了化学合成法生产乳酸。

世界每年生产乳酸超过20万吨，实际消耗量超过15万吨。我国2004年乳酸产量约4.5万吨左右，2005年达到10万吨，成为世界上第一的乳酸生产大国。我国主要采用传统的微生物发酵法生产，产品有DL-乳酸，L-乳酸。我国比较大的乳酸生产厂家主要有丰原格拉特乳酸，金丹乳酸，广水民族化工等。

1.1.3 乳酸的用途及功能

乳酸及其盐类和衍生物在医疗、农业和许多工业部门都有广泛的用途。乳酸不仅对人畜无害，而且有杀菌作用，可以用作手术室、病房、实验室、车间等场所的喷雾杀菌。由于其酸性稳定，因此被广泛用在食品工业中作为酸味剂和防腐剂以保存食品的味道。还可用于蔬菜和鱼肉的加工和保存。在卷烟工业中，它用于提高烟草的品质，保持烟草湿度。由于乳酸可以通过将钙转化成可溶性钙盐，让皮革变得柔软不粗糙，所以乳酸常被用于制革工业脱石