毕业设计年产3200吨乳酸工厂提取车间设计含图纸.docx

毕业设计年产3200吨乳酸工厂提取车间设计含图纸.docx

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毕业设计年产3200吨乳酸工厂提取车间设计含图纸

毕业设计（论文）

年产3200吨乳酸工厂提取车间设计

Thedesignoftheextractedworkshopwhichproduce3200tonoflacticacidinayear

学生姓名：

学号：

所在系部：

专业班级：

指导教师：

日期：

毕业设计（论文）任务书

系部

生化工程系

指导教师

职称

学生姓名

专业班级

学号

设计题目

年产3200吨乳酸厂提取车间设计

设

计

内

容

目

标

和

要

求

（设计内容目标和要求、设计进度等）

一．内容

设计生产能力为3200吨乳酸工厂提取车间及总平面布置设计。

主要完成物料、设备衡算，工艺流程设计，设备布置以及主体设备的结构设计。

二．目标

通过这次设计，使学生对乳酸生产技术及知识进行补充学习，对乳酸生产平衡、设备平衡、能量平衡计算进行训练。

掌握发酵工艺的流程设计、设备布置设计、设备结构设计以及全厂平面布置设计。

提高学生工程设计能力和综合知识应用能力，从而培养学生的实践能力。

二．要求

1．查阅20—25篇中文资料及10篇以上英文资料。

2．设计过程要在到孝感凯风生物实习的基础上完成。

3．阅读和使用《化工工艺设计手册》（上、下册）、《化工工程制图》、《有机酸发酵工艺学》、《发酵工厂工艺设计概论》等书籍。

4．设计说明书书写条理清楚，论述充分，设计图纸规范、整洁。

5．设计阶段应严格遵守规章制度，认真严谨，不得随意请假。

三．进度

本次设计是从二月二十三号查找资料开始，经过大约三个月的设计过程于五月底完成设计。

指导教师签名：

年月日

系部审核

此表由指导教师填写由所在系部审核

2-1

毕业设计（论文）学生开题报告

课题名称

年产3200吨乳酸工厂提取车间设计

课题来源

自选

课题类型

AY

指导教师

学生姓名

学号

专业班级

本课题的研究现状、研究目的及意义

一、研究现状：

1，乳酸性质

乳酸又名2-羟基丙酸，其分子式为C3H6O3；常见的乳酸主要有L-乳酸、D-乳酸和它们的混合物外消旋DL—乳酸，纯品为无色液体，工业品为无色至浅黄色液体，无气味，具有吸湿性；相对密度1.2060（25/4℃），熔点18℃，沸点122℃（2kPa），能与水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚；在常压下加热分解。

2，生产工艺

乳酸是世界上应用广泛的三大有机酸之一，广泛应用于食品、医药等轻工、化工领域；目前生产乳酸主要采取的方法有：

（1）发酵法，包括传统发酵工艺和新工艺；传统发酵法即发酵-钙盐法，其发酵工艺一般包括原料的预处理、糖化和发酵过程，它先采用乳杆菌或米根霉等发酵，由于乳酸菌不耐酸，所以通常发酵是在过剩的CaCO3存在的条件下进行，乳酸和CaCO3反应生成乳酸钙，再进一步提取精制成精乳酸。

由于传统发酵生产过程存在菌种的发酵条件严格、效率低、成本高、分离难、工艺步骤多等缺点，人们在筛选更优的菌种和改进乳酸发酵工艺方面做了相当的工作；同时，针对传统工艺所存在的一些主要问题，近年出现了许多发酵新工艺，主要有：

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、同时糖化发酵工艺。

（2）化学合成法，包括：

乙醛氢氰酸法（乳腈法）、丙酸氯化水解法、丙烯氧化法、生物质化学降解法等；其中只有生物质降解法具有较大的应用前景，其他化学方法则因为各种原因无法应用于实际大规模生产。

3，提取精制工艺

传统乳酸生产采用钙盐法提取乳酸，一般通过在发酵过程中加入钙中和剂生成含乳酸钙的发酵液，经过反复结晶、洗晶后加入硫酸酸解提取乳酸，并通过反复的吸附脱色等步骤精制得到产品。

其工艺流程如下：

发酵液的预处理-过滤-浓缩-冷却结晶-洗晶-离心分离-乳酸钙结晶--解热溶解-酸解（硫酸）-过滤-活性炭脱色-粗乳酸-纯水溶解-活性炭脱色-过滤-浓缩-二次结晶-晶体分离-干燥-粉碎-包装。

由于其提取精制过程步骤繁多，劳动强度和生产成本都很大，产品质量也不稳定；此外，传统的发酵钙盐法在中和过程和酸解过程中会消耗大量的碱和硫酸，且会副产大量硫酸钙，因此人们也在寻找改进方法来进行改进，如使用碳酸钙作为中和剂，将得到的含乳酸钙的发酵液与碳酸氢钠反应，生成的碳酸钙循环使用，而乳酸钠则与CO2在3MPa压力下反应并通过萃取分离乳酸和碳酸氢钠，碳酸氢钠循环使用，同样解决了大量副产物的问题。

乳酸提取的新工艺技术有：

乳酸锌结晶工艺，采用此工艺，粗制品收率可由70%提高到80%以上，总体收率由40%~50%提高到60%~65%，溶剂萃取法提取乳酸，它具有操作简便，对设备腐蚀性小，可连续自动化操作等优点，离子交换法提取乳酸，该工艺简单，乳酸回收率高，产品质量高，电渗析法提取乳酸等。

近年来不断有研究者将酯化、膜分离、萃取、吸附、精馏等各种分离手段应用于乳酸的提取和精制，新的乳酸分离技术不断出现。

此外，通过类似前述原位发酵乳酸技术中耦合的分离技术同样可应用于乳酸的提取精制过程。

离子交换法、溶剂萃取法、膜分离法和吸附分离法等均有相关研究，其优缺点也相类似。

为了得到品质较高尤其是耐热性好的乳酸，在乳酸精制中又引入了酯化法的使用，酯化法最初用于化学合成法中乙醛氢氰酸法乳酸的精制，通过乳酸高温酯化后水解的方法精制乳酸。

总之，乳酸的提纯与精制正向着高效、经济、连续化、自动化方向迈进。

各种提取新工艺、新技术和新设备的应用，将有利的推进乳酸生产的发展。

二、研究目的及意义：

1、目的：

通过对乳酸性质及其发酵生产工艺参数及设备参数的充分认识，了解乳酸生产的原料组成，能源消耗情况；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，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。

2、意义：

乳酸广泛应用与现代化工，轻工领域，尤其在复合环保材料方面有广阔的应用前景，但现在乳酸生产成本仍然较大，不利于乳酸制品的广泛应用。

乳酸的提取精制是将粗产品制取成品乳酸的重要步骤，在传统乳酸发酵法生产工艺中，提取精制过程耗费的费用为整个乳酸生产成本的一半以上。

因此，通过设计合理的乳酸提取工艺可以降低乳酸生产成本，对乳酸生产普及应用及现代社会的可持续发展具有重大的意义。

课题类型：

（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；

E—综合应用型

（2）X—真实课题；Y—模拟课题；

（1）、

（2）均要填，如AY、BX等。

2-2

本课题的研究内容

1、本设计内容

设计生产能力为3200吨乳酸工厂提取车间及总平面布置设计。

主要完成：

（1）物料、设备衡算；根据要求产能和生产工艺算出所需物料量，进而选取合理的标准生产设备型号算出所需数量。

（2）工艺流程设计；根据得到的设备型号及数量采取合理的生产工艺流程，画出工艺流程图。

（3）设备布置以及主体设备的结构设计；通过得到的设备型号及数量，根据工艺流程图和要求产能对提取车间进行合理布局，画出设备布置及主体设备的结构设计图。

此外，还需编写设计说明书。

本课题研究的实施方案、进度安排

（1）实施方案：

通过查阅相关文献，了解乳酸生产工艺，根据给定的产能要求算出所需产能物料量，查阅化工工艺设备标准，选取合理的生产设备，确定工艺流程图，进而画出提取车间设计图。

（2）进度安排：

内容

时间安排（周）

文献查阅、实习及方案制定

1-2

确定参数、计算及撰写设计说明书

3-6

绘制草图

7-9

绘制正式图纸

10-13

答辩

14-15

2-3

已查阅的主要参考文献

[J].化工进展,2006（25）.

[2]曹本昌，徐建林．食品与发酵工业[M].化学工业出版社，1993．

[J].当代石油石化,2007（6）.

[M].化学工业出版社，2007.

[M].高等教育出版社，2006.

[M].中国轻工出版社，2007.

[M].中国轻工业出版社，1989.

[M].中国轻工业出版社，1995.

[M].中国轻工业出版社，2000.

[10]汪镇安．化工工艺设计手册[M].中国石化集团上海工程，2003.

[11]DANNERH,MADZINGAIDZOL,HOLZERM,etal;Extractionandpurificationoflacticacidfromsilages[M];BioresourceTechnology;2000.

[12]KIMYH,MOONSH;Lacticacidrecoveryfromfermentationbrothusingone-stageelectrodialysis[M];Journalofchemicaltechnologyandbiotechnology;2001.

[13]TsaoGeorgeT，eta1．Fermentationprocessforproducinglacticacid：

WO，9306226[P].993．

[14]RobertsonNC，eta1．Preparationoflacticacid：

US，2847464[P].1998.

[15]HaroldBurahamTinker．Productionoflacticadd：

US，4072709[P].1998．

指导教师意见

指导教师签名：

年月日

3

毕业设计（论文）学生申请答辩表

课题名称

年产3200吨乳酸工厂提取车间设计

指导教师（职称）

申请理由

本次设计各项内容全部完成并通过导师审核

学生所在系部

专业班级

学号

学生签名：

日期：

毕业设计（论文）指导教师评审表

序号

评分项目（理工科、管理类）

评分项目（文科）

满分

评分

1

工作量

外文翻译

15

2

文献阅读与外文翻译

文献阅读与文献综述

10

3

技术水平与实际能力

创新能力与学术水平

25

4

研究成果基础理论与专业知识

论证能力

25

5

文字表达

文字表达

10

6

学习态度与规范要求

学习态度与规范要求

15

总分

100

评

语

（是否同意参加答辩）

同意答辩

该毕业设计工作量满足要求，参考了足够量的相关文献，文字表达水品及相关内容都合格，在对发酵、化工等相关专业知识结合上都做到了较好的应用，学习态度热情，积极思考，敢于发问，非常配合老师的工作。

但在一些细节问题上还有待改进。

指导教师签名：

另附《毕业设计（论文）指导记录册》年月日

4

毕业设计（论文）评阅人评审表

学生姓名

专业班级

学号

设计（论文）题目

年产3200吨乳酸工厂提取车间设计

评阅人

评阅人职称

序号

评分项目（理工科、管理类）

评分项目（文科）

满分

评分

1

工作量

外文翻译

15

2

文献阅读与外文翻译

文献阅读与文献综述

10

3

技术水平与实际能力

创新能力与学术水平

25

4

研究成果基础理论与专业知识

论证能力

25

5

文字表达

文字表达

10

6

学习态度与规范要求

学习态度与规范要求

15

总分

100

评

语

该设计内容较全面，准备也较充分，文献查阅和外文翻译都经过了仔细琢磨，在设计中的计算处理和设备选型上都参照了相应的标准，语言较流畅，思路清晰，学习态度端正，设计严格按照规范要求进行。

在设计中也出现了一些小的差错，希望能改进。

评阅人签名：

年月日

5

毕业设计（论文）答辩表

学生姓名

专业班级

学号

设计（论文）题目

年产3200吨乳酸工厂提取车间设计

序号

评审项目

指标

满分

评分

1

报告内容

思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。

40

2

报告过程

准备工作充分,时间符合要求。

10

3

创新

对前人工作有改进或突破，或有独特见解。

10

4

答辩

回答问题有理论依据，基本概念清楚。

主要问题回答准确，深入。

40

总分

100

答

辩

组

评

语

该设计内容较完整，思路清晰，语言文字表达较流畅，计算正确，设备选型符合相应标准，在一些设备选择上根据实际做了相应处理，问题回答与本次设计内容相符，并有独特见解。

答辩组组长（签字）：

年月日

答

辩

委

员

会

意

见

本设计完全按照相关要求进行，文件查阅真实有效，计算较准确，设备选型符合相关标准，问题回答正确，有一定自己的见解。

答辩委员会负责人（签字）：

年月日

6-1

毕业设计（论文）答辩记录表

学生姓名

专业班级

学号

设计（论文）题目

年产3200吨乳酸工厂提取车间设计

答辩时间

答辩地点

答辩委员会名单

问题1

提问人：

问题：

回答（要点）：

问题2

提问人：

问题：

回答（要点）：

问题3

提问人：

问题：

回答（要点）：

记录人签名

（不足加附页）

6-2

问题4

提问人：

问题：

回答（要点）：

问题5

提问人：

问题：

回答（要点）：

问题6

提问人：

问题：

回答（要点）：

问题7

提问人：

问题：

回答（要点）：

问题8

提问人：

问题：

回答（要点）：

记录人签名

7

毕业设计（论文）成绩评定总表

学生姓名：

专业班级：

毕业设计（论文）题目：

年产3200吨乳酸厂提取车间设计

成绩类别

成绩评定

Ⅰ指导教师评定成绩

Ⅱ评阅人评定成绩

Ⅲ答辩组评定成绩

总评成绩

Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40%

评定等级

注：

成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分（以百分记），最后按“优（90--100）”、“良（80--89）”、“中（70--79）”、“及格（60--69）”、“不及格（60以下）”评定等级。

其中，

指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。

摘　　要

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，设计出合理的工艺流程图，通过对乳酸生产平衡、设备平衡和能量平衡等的计算，选取相应设备，设计出设备结构和布置图以及全厂平面布置图。

关键词：

并行发酵　乳酸提取车间　工厂设计

Abstract

Lacticacidisoneofthethreeorganicacidswhichwidelyusedintheworld.Nowthemainapproachtoproducelacticacidinclude:

thetraditionalfermentationprocessandimmobilizedmicroorganisms,continuouselectrodialysisfermentation,extraction　fermentation,membranefermentation,adsorptionfermentation,lawsaccharificationandfermentationtechnologyect.thesenewprocess．MicrobialfermentationistheprocesswhichmostwidelyusedinindustrialproductiontoproduceL-lacticacid.Extractionoflacticacidproductionisrefinedveryimportantstep;someprocesseslike:

calciummethod,zincsalts,ionexchange,solventextractionandelectrodialysislawwhicharenormallyusedinindustrialproductionoflacticacid;ThedesignusedtheGermanLactobacillusforstrainsandriceasthemainrawmaterials,wheatbranasauxiliaryrawmaterialsandthenforparallelsaccharificationandfermentationtoproducelacticacid.TheCaCO3isusedaslacticacidneutralizerandstabilizerfermentationbrothinthefermentation.Thefermentationbrothobtainedfromthefermentationmustbetreatbythesesteptobecrudelacticby:

thepretreatmentofthefermentationbroth→condensethebroth→coolingcrystallizationofconcentratedwashcrystal→washthecrystal→centrifugedissolved→crystallizethecalciumlactateintocrystal→dissolveitwithwater→dissolveitwithacid→filterit→decoloritect;crudelacticacidconcentrationfromthefirstusedtheviaionexchange（firstpaththroughthe732cationexchangecolumnandthenthroughthe331anion-exchangecolumn）tobepurelacticacid.Designprocessflowchartareasonableonthebasedofaboveprocess.Selecttheappropriateequipment,calculationthebalanceonthelacticacidproduction,equipmentandenergy,thendesignthestructureandlayoutofequipmentandfactoryfloorplanatlast.

Keywords:

ParallelfermentationTheworkshopforextractedlactateThefactorydesign

摘要i

Abstractii

1绪论1

1.1乳酸的概况1

1.1.1乳酸的性质和用途1

1.1.2乳酸的质量检验与储存3

1.2乳酸的生产技术3

1.2.1发酵法3

1.2.2化学合成法4

1.2.3乳酸生产新技术5

1.2.4乳酸的提取和精制技术6

2生产工艺7

2.1发酵工艺7

2.1.1发酵工艺流程及特点7

2.1.2发酵工艺条件7

2.1.3发酵工艺操作要点及注意事项8

2.2提取精制工艺10

2.2.1提取工艺流程及特点10

2.2.2提取工艺条件10

2.2.3提取工艺操作要点及注意事项11

3工艺计算及设备选型14

3.1发酵工段15

3.1.1生产平衡计算15

3.1.2设备平衡计算及选型15

3.2提取工段17

3.2.1生产平衡计算17

3.2.2设备平衡计算及选型18

3.3水平衡及能量平衡计算20

3.3.1水平衡计算20

3.3.2能量平衡计算20

4车间布置设计22

4.1设计依据22

4.2车间布置（厂房平面布置）22

4.2.1车间布置设计原则22

4.2.2车间平面布置23

4.2.3车间立面布置23

4.2.4设备布置23

致谢25

参考文献26

附录28

1绪论

乳酸又名又名丙醇酸，它是世界上应用广泛的三大有机酸之一，它广泛应用于食品、医药等轻化工领域，特别是在环保领域更有广泛的应用前景。

目前工业化生产中，我国生产乳酸的主要采取的方法是微生物发酵法，同时开展了以米根霉深层发酵产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，很多国家在乳酸提取新技术研究方面也有一定进展，主要有：

乳酸锌提取技术，溶剂萃取法提取技术，离子交换法提取技术，电渗析发提取技术等。

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，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。

1.1乳酸的概况

1.1.1乳酸的性质和用途

乳酸（LacticAcid）学名为2一羟基丙酸，其分子式为：

C2H5OCOOH；分子中有一个不对称碳原子，因此具有旋光性。

常见的乳酸主要有L-乳酸（右旋性）、D-乳酸（左旋性）和它们的混合物外消旋DL—乳酸，乳酸纯品为无色液体，工业品为无色至浅黄色液体，无气味，具有吸湿性；乳酸相对分子质量为90.0