年产50000吨柠檬酸发酵车间设计

南阳理工学院本科生毕业设计学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生： ****指导教师：李慧星（讲师）完成日期 2009 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计年产50000吨柠檬酸发酵车间设计Design an citric acid fermentation workshop plant with 50,000tons annual output总计：毕业设计（论文）38页表格： 7 个插图： 3 幅南阳理工学院本科毕业设计年产50000吨柠檬酸发酵车间设计Design an citric acid fermentation workshop plant with 50,000tons annual output学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生姓名： ****学号：****指导教师（职称）：李慧星（讲师）评阅教师：完成日期： 2010年2月~6月南阳理工学院Nanyang Institute of Technology年产50000吨柠檬酸发酵车间设计生物工程专业田彬[摘要]本设计采用玉米原料发酵,只需将玉米磨粉,加水调浆,直接加入少量α－淀粉酶液化后,灭菌、冷却,即可接种发酵。

制备柠檬酸一般采用晒干的玉米作为原料。

玉米含水13%、淀粉70%左右、蛋白质6%左右。

玉米原料中的蛋白质可作为氮源供菌体生长。

玉米原料中含有铁、镁、钾、钙等的无机盐,选用的黑曲霉C0527对这些成分不敏感,故不必对原料做任何预处理。

本设计采用好气液体深层发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。

这两种方法都是国内比较流行的生产方法，有着大量的实际经验，易于操作，风险小。

通过工艺流程设计、工艺衡算、设备选型和车间布置设计，设计出年产50000吨柠檬酸发酵车间采用20个200m3发酵罐和7个30m3种子罐等。

并依据生物工程工厂车间布置原则，对发酵车间进行合理布置，绘制了工艺流程图和车间布置图.完成了年产50000吨柠檬酸发酵车间的设计。

工艺设计结果为柠檬酸的生产提供一定参考。

[关键词]玉米深层好氧发酵黑曲霉柠檬酸设备设计及选型Design an citric acid fermentation workshop plant with 50,000tons annual outputBio-engineering Major TianbinAbstract The design of raw materials used corn fermentation, simply corn mills, water-paste, adding a small amount of direct α-amylase liquefaction, sterilization, cooling, fermentation can be vaccinated. Preparation of citric acid normally used as raw materials dried corn. Corn moisture content of 13%, about 70 percent of starch, protein about 6 per cent. Corn raw materials in the protein can be used as source of nitrogen for cell growth. Corn raw materials containing iron, magnesium, potassium, calcium of inorganic salt, optional black Aspergillus niger C0527 is not sensitive to these ingredients, it need not do any pretreatment of the raw materials. The design of a good gas liquids deep fermentation, dry calcium citrate extraction technology production, moreover introduced the citric acid ferments in technical process and fermentative process each control main point. The two methods are more popular domestic production methods, has a great deal of practical experience, easy to operate, the risk small. Through process design, process cross operator, equipment selection and facility layout design to the annual output of 50,000 tons of citric acid fermentation plant by 11 fermenters with 550m3and 4 seeds cans with 55m3. And factory floor layout based on the principles of biological engineering, the reasonable layout of the fermentation plant, rendering the process flow diagram and plant layout. Design an citric acid fermentation workshop plant with 50,000 tons annual output. Process design for the citric acid production results provide some reference.Key words:Corn Deep-seated aerobic fermentation Aspergillus niger Citric acid Equipment Design and Selection目录1．前言1柠檬酸的介绍1.1.1柠檬酸的性质柠檬酸(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。

商品柠檬酸有二种形式：一种是一水物，是由低温（≤36.6℃）水溶液中结晶析出，经分离、干燥后的产物，含结晶水量为8.58%，熔点70～75℃，相对密度d204=1.542。

在20℃下100克水中可溶解一水柠檬酸147克。

在干燥空气中久置，晶格中的结晶水逸出而风化。

另一种是无水物，是由较高温度（>36.6℃）水溶液中结晶析出的。

一水柠檬酸转变为无水柠檬酸的临界温度为（36.6±0.15）℃，无水柠檬酸的熔点153℃、相对密度d204=1.6650。

[1]1.1.2柠檬酸的发酵机理1 黑曲霉的柠檬酸生物合成途径已知生长在葡萄糖培养基上的黑曲霉存在着糖酵解途径(EMP)、磷酸戊糖途径(HMP)、三羧酸(TCA)循环和乙醛酸循环的酶系。

经过多年研究，现在普遍认为，黑曲霉利用糖类产生柠檬酸的生物合成途径是：葡萄糖经EMP或HMP降解，形成丙酮酸；丙酮酸一方向氧化脱羧生成乙酰COA、另一力面经CO2固定羧化成草酰乙酸：然后草酰乙酸与乙酰COA缩合生成柠檬酸(图1-1)。

图1—1柠檬酸的生物合成途径1-丙酮酸脱氢酶； 2-柠檬酸合成酶； 3-乌头酸水合酶； 4-异柠檬酸脱氢酶； 5-α-酮戊二酸脱氢酶； 6-琥珀酸脱氢酶 7-富马酸酶； 8-苹果酸脱氢酶 9-丙酮酸羧化酶； 10-磷酸烯醇丙酮酸羧激酶也即是：图1-2 柠檬酸合成途径2 由淀粉或糖类发酵转化为柠檬酸是一个非常复杂的过程。

虽然详细的柠檬酸生物合成及三羧酸(TCA)循环[2][3]的调控机制尚不十分清楚，然而在1981 年Rohr 及Kubick 曾就前人的研究成果及其本身的研究，对黑曲霉发酵生产柠檬酸的调控，包括糖酵解（EMP ）及TCA 循环作了解释[4]。

三羧酸循环又称柠檬酸循环，因在循环反应过程中有柠檬酸等三梭酸而得名，也称克雷布斯循环（Krebs Cycle ）。

即葡萄糖酵解成为丙酮酸，由丙酮酸氧化脱羧生成活葡萄糖丙酮酸乙酰-COA草酰乙酸柠檬酸EMP 途径氧化脱羧羧化性乙酸或称乙酞辅酶A 和羧化生成草酞乙酸。

活性乙酸与草酞乙酸缩合成柠檬酸。

1.1.3柠檬酸的主要用途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、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。

1、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，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、冰激凌和人造奶油、制品、罐头制品、豆制品及烟草中。

2、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，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。

3、在建筑工业中，可做混凝土缓凝剂，提高工程抗拉、抗压、抗冻性能，防治龟裂。

4、在化妆品业中，可做抗氧剂和发泡剂。

5、在油田工业方面，柠檬酸铝是一种新型油田化学品，用作水溶性聚合物的交联剂。

国外在压裂、堵水、剖面调整等采油工艺中已广泛使用，提高了采油率。

6、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，为绿色环保的无磷洗衣粉的原料。

在国际市场上（以1999年欧洲市场为例），柠檬酸用作食品添加剂（主要是饮料）占62%，作洗涤剂的助剂为12%，用于医药和化妆品占11%，其它工业方面的应用占15%。

美国柠酸的用量是世界上最大的，年需求量约为25万吨，最大的消费领域是饮料，占45%，加上它食品共占70%，洗涤剂行业消费占20%，还有10%用于化工和医药。