檸檬酸發(fā)酵課程設(shè)計

《生物化學工程》課程設(shè)計檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)及其生物反響器的設(shè)計目錄一、引言………………31.1檸檬酸簡介………31.2檸檬酸生產(chǎn)的開展歷史…………31.3檸檬酸的應(yīng)用……………………41.4檸檬酸的發(fā)酵方法………………5二、檸檬酸的生產(chǎn) ……………………52.1原料 ……………52.2菌種………………52.3生產(chǎn)發(fā)酵機理……………………62.4生化過程…………72.5工藝流程…………92.6工藝流程圖………10三、生物反響器…………113.1生物反響器構(gòu)造圖 …………113.2生物反響器的應(yīng)用………………123.3發(fā)酵生產(chǎn)中的條件控制…………16四、檸檬酸生產(chǎn)的后提取技術(shù)…………174.1提取技術(shù)…………17五、深層液體檸檬酸發(fā)酵技術(shù)需改良方面……………19六、參考文獻……………19一、引言1.1檸檬酸簡介檸檬酸又名枸櫞酸，學名2-羥基-丙烷-1，2，3羧酸，英文名稱：citricacid，分子量：192.14檬酸是一種含羥基的三元梭酸,其化學式為,學名為一羥基一羧基戊二酸,為無色半透明晶體,或白色顆粒,或白色結(jié)晶粉末,它的結(jié)晶形態(tài)因結(jié)晶條件不同而不同,雖有強烈酸味但令人愉快,稍有一點后澀味。商品檸檬酸主要有無水檸檬酸C6H8O7和一水檸檬酸C6H8O7·H2O。檸檬酸易溶于水,能溶于乙醉,而不溶于醚、苯、甲苯、氯仿等有機溶劑。1.2檸檬酸的開展簡史1784年C.W.舍勒首先從柑橘中提取檸檬酸。他是通過在水果榨汁中參加石灰乳以形成檸檬酸鈣沉淀的方法制取檸檬酸的。天然檸檬酸最初產(chǎn)于美國加利福尼亞州、意大利和西印度群島。意大利的產(chǎn)量居首位。1922年，世界檸檬酸的總銷售額的90％由美國、英國、法國等壟斷。發(fā)酵法制取檸檬酸始于19世紀末。1893年C.韋默爾發(fā)現(xiàn)青霉〔屬〕菌能積累檸檬酸。1913年B.扎霍斯基報道黑曲霉能生成檸檬酸。1916年湯姆和柯里以曲霉屬菌進行試驗，證實大多數(shù)曲霉菌如泡盛曲霉、米曲霉、溫氏曲霉、綠色木霉和黑曲霉都具有產(chǎn)檸檬酸的能力，而黑曲霉的產(chǎn)酸能力更強。如柯里以黑曲霉為供試菌株，在15％蔗糖培養(yǎng)液中發(fā)酵，對糖的吸收率達55％。1923年美國菲澤公司建造了世界上第一家以黑曲霉淺盤發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸的工廠。隨后比利時、英國、德國、蘇聯(lián)等相繼研究成功發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸。這樣，依靠從柑橘中提取天然檸檬酸的方法逐漸為發(fā)酵檸檬酸所取代。1950年前，檸檬酸采用淺盤發(fā)酵法生產(chǎn)。1952年美國邁爾斯試驗室采用深層發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸。此后，深層發(fā)酵法逐漸建立起來。深層發(fā)酵周期短，產(chǎn)率高，節(jié)省勞動力，占地面積小，便于實現(xiàn)儀表控制和連續(xù)化，現(xiàn)已成為檸檬酸生產(chǎn)的主要方法。中國用發(fā)酵法制取檸檬酸以1942年湯騰漢等報告為最早。1952年陳聲等開始用黑曲霉淺盤發(fā)酵制取檸檬酸。輕工業(yè)部發(fā)酵工業(yè)科學研究所于1959年完成了200l規(guī)模深層發(fā)酵制檸檬酸試驗，1965年進行了生產(chǎn)100t甜菜糖蜜原料淺盤發(fā)酵制取檸檬酸的中間試驗，并于1968年投入生產(chǎn)。1966年后，天津市工業(yè)微生物研究所、上海市工業(yè)微生物研究所相繼開展用黑曲霉進行薯干粉原料深層發(fā)酵檸檬酸的試驗研究，并獲得成功，從而確定了中國檸檬酸生產(chǎn)的這一主要工藝路線。薯干粉深層發(fā)酵檸檬酸，原料豐富，工藝簡單，不需添加營養(yǎng)鹽，產(chǎn)率高，是中國獨特的先進工藝。中國石油發(fā)酵檸檬酸的研究起步較早。1970年，天津、上海、沈陽、常州等地研究單位利用解脂假絲酵母(candidalipolytica)進行石蠟油〔正構(gòu)烷烴〕發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的試驗。1979年徐子淵等篩選出一株對氟乙酸敏感的變異株解脂假絲酵母，其烏頭酸水合酶的活性很低，檸檬酸的生成比例從原來的50％提高至80％，從而提高了石油發(fā)酵檸檬酸的產(chǎn)率。隨著生物技術(shù)的進步，檸檬酸工業(yè)有了突飛猛進的開展,全世界檸檬酸產(chǎn)量已達0.4Mt。在檸檬酸發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，由于高產(chǎn)菌株的應(yīng)用和新技術(shù)的不斷開拓，檸檬酸發(fā)酵和提取收率都有明顯提高，每生產(chǎn)1t檸檬酸分別消耗2.5～2.8t糖蜜,2.2～2.3t薯干粉或1.2～1.3t蔗糖。人們正在大力開發(fā)固定化細胞循環(huán)生物反響器發(fā)酵技術(shù)1.3檸檬酸的應(yīng)用檸檬酸由于具有無毒、平安、溶解性好、酸味可口、以及調(diào)節(jié)pH值和對金屬離子的鰲合作用等特點，傳統(tǒng)用途以食用為主，作為酸味劑和抗氧化劑應(yīng)用于食品與飲料工業(yè)。70年代以后，檸檬酸在其他工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，特別是在洗滌劑中代替磷酸鹽作為增效助劑，在生產(chǎn)無磷洗滌劑中擔任了重要角色。用于食品與飲料檸檬酸及其鈉鹽、鉀鹽，廣泛地應(yīng)用于各種飲料與食品中，作為酸味劑參加果醬、果凍、蜜餞、糖果、糕點和各種飲料中。在海產(chǎn)品、罐頭水果和蔬菜中參加檸檬酸，可降低其pH值，從而抑制微生物的生長，延長保存時間。用于醫(yī)藥和化裝品檸檬酸是生產(chǎn)多種藥品的原料，如檸檬酸鐵銨可作為補血劑，檸檬酸鈉用作輸血劑等。另外，檸檬酸及其鹽類可作為酸化劑，參加許多藥品中，使pH值控制在最正確條件，同時鰲合金屬離子，以保持藥品的性能穩(wěn)定，防止有效成分氧化。在各種化裝品中，如洗發(fā)劑、染發(fā)液、洗滌劑、牙膏中參加檸檬酸，可以作為緩沖劑調(diào)節(jié)pH值，以防止產(chǎn)品分解和變質(zhì)。在工業(yè)中的應(yīng)用檸檬酸鈉可代替磷酸鹽作為增效劑，應(yīng)用于各種日用和工業(yè)洗滌劑生產(chǎn)中。由于磷酸鹽在水中富集會使藻類迅速生長繁殖，嚴重影響生態(tài)平衡。因此，許多國家都已經(jīng)禁用或限用含磷洗滌劑。檸檬酸鈉能夠螯合硬水離子，使斑點分散，去污效果很好，而且檸檬酸可被生物降解，不會造成環(huán)境污染。所以，檸檬酸鈉可用于生產(chǎn)無磷洗滌劑。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用檸檬酸及其錢鹽可以和液體肥料中的鐵、銅、鋅等微量營養(yǎng)元素整合，形成可溶性整合物，使肥效增加。在動物飼料中參加檸檬酸及其鹽類，可增強飼料的效力。在塑料工業(yè)中的應(yīng)用檸檬酸和碳酸氫鹽可代替氯氟化碳，在聚苯乙烯泡沫塑料中用作發(fā)泡劑。檸檬酸鈉可用作無毒增塑劑，生產(chǎn)聚氯乙烯薄膜。此外，檸檬酸及其鹽類還廣泛應(yīng)用于鍋爐清洗業(yè)、無氰電鍍、石油工業(yè)以及水泥緩凝、織物、紙張、陶瓷等的加工過程中。1.4檸檬酸的發(fā)酵方法發(fā)酵有固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵3種方法固態(tài)發(fā)酵：以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品為原料，配好培養(yǎng)基后，在常壓下蒸煮，冷卻至接種溫度，接入種曲，裝入曲盤，在一定溫度和濕度條件下發(fā)酵。液態(tài)淺盤發(fā)酵：以糖蜜為原料，其生產(chǎn)方法是將滅菌的培養(yǎng)液通過管道轉(zhuǎn)入一個個發(fā)酵盤中，接入菌種，待菌體繁殖形成菌膜后添加糖液發(fā)酵。發(fā)酵時要求在發(fā)酵室內(nèi)通入無菌空氣。深層發(fā)酵：產(chǎn)檸檬酸的主體設(shè)備是發(fā)酵罐。微生物在這個密閉容器內(nèi)繁殖與發(fā)酵。二、檸檬酸的生產(chǎn)2.1原料檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)可使用的原料品種很多,但共可劃分為兩類,即糖質(zhì)原料和石油原料。糖質(zhì)原料包括薯干、薯渣、淀粉、淀粉渣及玉米粉,各種粗制糖粗蔗搪,怡糖等、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜,葡萄糖母液等。石油原料主要包括一的正烷烴。以石油為原料檸檬酸發(fā)酵的研究以日本、美國的研究報道占多數(shù)。雖然用于檸檬酸生產(chǎn)的菌種可采用多種碳源,但以蔗糖和葡萄糖為佳,許多原料需進行純化,因為有些微量元素會影響檸檬酸的產(chǎn)生。本設(shè)計主要以薯干為原料。2.2菌種常用菌種為產(chǎn)黑曲霉〔Aspergillusniger〕。本設(shè)計使用黑曲霉CO827。2.3生產(chǎn)發(fā)酵機理 檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)薯干內(nèi)含有淀粉，經(jīng)過粉碎打漿后，在黑曲霉分泌的淀粉酶的作用下，氧化分解為葡萄糖，此時黑曲霉的大量的胞內(nèi)NH4+和呼吸活性提高，使通過糖酵解途徑的代謝得到加強，葡萄糖經(jīng)EMP通絡(luò)分解成為丙酮酸，進入三羧酸循環(huán)，在丙酮酸脫氫酶復合物的作用下氧化成為乙酰CoA以及CO2，然后在檸檬酸合成酶作用下與草酰乙酸縮合而形成檸檬酸，而異檸檬酸脫氫酶、烏頭酸酶因受抑制，而使檸檬酸得以積累如下列圖：檸檬酸合成途徑糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)：正常情況下，檸檬酸、ATP對磷酸果糖激酶有抑制作用，而AMP、無機磷、銨離子對該酶那么有激活作用，特別是還能解除檸檬酸、ATP對磷酸果糖激酶的抑制作用。銨離子濃度與檸檬酸生成速度有密切關(guān)系，正是由于細胞內(nèi)濃度升高，使磷酸果糖激酶對細胞內(nèi)積累的大量檸檬酸不敏感。合成代謝中酶的作用：TCA環(huán)的起始酶：檸檬酸合成酶是一種調(diào)節(jié)酶。但在黑曲霉中，檸檬酸合成酶沒有調(diào)節(jié)作用，這是黑曲霉TCA環(huán)的第一個特點。順烏頭酸酶：順烏頭酸酶會將糖酵解途徑所積累的檸檬酸進一步轉(zhuǎn)化，從而使檸檬酸無法積累，因此順烏頭酸酶失活，阻斷TCA環(huán)是檸檬酸積累的必要條件，順烏頭酸水合酶需要Fe2＋。順烏頭酸酶、異檸檬酸酶在pH2.0時失活，線粒體順烏頭酸酶在催化時有檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90：3：7的平衡，這個平衡可能就是造成檸檬酸的最初積累而使pH值降低。2.4生化過程 1.薯干內(nèi)含豐富淀粉，經(jīng)粉碎打漿后，淀粉由黑曲霉分泌的淀粉酶水解為葡萄糖：(C6H10O5)n(淀粉)+nH2OnC6H12O6(葡萄糖)2.葡萄糖經(jīng)EMP途徑生成丙酮酸：EMP反響式：葡萄糖+2NAD++2ADP+2磷酸→2NADH+2丙酮酸+2ATP+2H2O+2H+3.EMP途徑：4.TCA循環(huán)途徑：TCA循環(huán)反響式：乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2O2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoASH其詳細過程如下：(1)乙酰-CoA進入三羧酸循環(huán)乙酰CoA具有硫酯鍵，乙?；凶銐蚰芰颗c草酰乙酸的羧基進行醛醇型縮合。首先檸檬酸合酶的組氨酸殘基作為堿基與乙酰CoA作用，使乙酰CoA的甲基上失去一個h+，生成的碳陰離子對草酰乙酸的羰基碳進行親核攻擊，生成檸檬酰CoA中間體，然后高能硫酯鍵水解放出游離的檸檬酸，使反響不可逆地向右進行。該反響由檸檬酸合成酶催化，是很強的放能反響。由草酰乙酸和乙酰CoA合成檸檬酸是三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點，檸檬酸合成酶是一個變構(gòu)酶，ATP是檸檬酸合成酶的變構(gòu)抑制劑，此外，α-酮戊二酸、NADH能變構(gòu)抑制其活性，長鏈脂酰CoA也可抑制它的活性，AMP可對抗ATP的抑制而起激活作用。(2)異檸檬酸形成檸檬酸的叔醇基不易氧化，轉(zhuǎn)變成異檸檬酸而使叔醇變成仲醇，就易于氧化，此反響由順烏頭酸酶催化，為一可逆反響。(3)第一次氧化脫羧在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸的中間產(chǎn)物，后者在同一酶外表，快速脫羧生成α-酮戊二酸、NADH和co2，此反響為β-氧化脫羧，此酶需要Mg2+作為激活劑。此反響是不可逆的，是三羧酸循環(huán)中的限速步驟，ADP是異檸檬酸脫氫酶的激活劑，而ATP，NADH是此酶的抑制劑。(4)第二次氧化脫羧在α-酮戊二酸脫氫酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA、NADH·H+和CO2，反響過程完全類似于丙酮酸脫氫酶系催化的氧化脫羧，屬于α氧化脫羧，氧化產(chǎn)生的能量中一局部儲存于琥珀酰CoA的高能硫酯鍵中。α-酮戊二酸脫氫酶系也由三個酶(α-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶)和五個輔酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+、FAD)組成。此反響也是不可逆的。α-酮戊二酸脫氫酶復合體受ATP、GTP、NADH和琥珀酰CoA抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的調(diào)控。(5)底物磷酸化生成ATP在琥珀酸硫激酶的作用下，琥珀酰CoA的硫酯鍵水解，釋放的自由能用于合成GTP(三磷酸鳥苷〕在細菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳動物中，先生成GTP，再生成ATP，此時，琥珀酰CoA生成琥珀酸和輔酶A。(6)琥珀酸脫氫琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化成為延胡索酸。該酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，而其他三羧酸循環(huán)的酶那么都是存在線粒體基質(zhì)中的，這酶含有鐵硫中心和共價結(jié)合的FAD，來自琥珀酸的電子通過FAD和鐵硫中心，然后進入電子傳遞鏈到O2，丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶強有力的競爭性抑制物，所以可以阻斷三羧酸循環(huán)。(7)延胡索酸的水化延胡索酸酶僅對延胡索酸的反式(反丁烯二酸)雙鍵起作用，而對順丁烯二酸(馬來酸)那么無催化作用，因而是高度立體特異性的。(8)生成蘋果酸(9)草酰乙酸再生在蘋果酸脫氫酶(malicdehydrogenase)作用下，蘋果酸仲醇基脫氫氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，NAD+是脫氫酶的輔酶，接受氫成為NADH·H+5.代謝合成檸檬酸的總生化反響方程式：葡萄糖丙酮酸CO2+乙酰CoA檸檬酸2.5.工藝流程1.原料的預(yù)處理：將薯干粉碎打漿后，用淀粉酶在80～105℃的條件下將淀粉水解，當料液與典反響不呈藍色即為液化終點。2滅菌：將上述水解后的漿液在121℃下滅菌30分鐘，之后至于發(fā)酵罐內(nèi)進行發(fā)酵，陳皮50克，糖蜜大于500毫升，置于三角瓶→121℃、30分鐘滅菌→接種孢子接種體〔約3×10-6孢子/瓶〕→加50倍的蒸餾水抽提→過濾→加碳酸鈣→過濾后的固形物→加硫酸處理→過濾除去硫酸鈣→濾液濃縮→結(jié)晶→成品。3、加碳酸鈣：待發(fā)酵結(jié)束后，參加2%的活性炭吸附過濾，濾液中參加碳酸鈣，邊加邊攪拌。檸檬酸與碳酸鈣形成難溶性的檸檬酸鈣。從發(fā)酵液中別離沉淀出來，過濾除去濾液。4、酸解：把檸檬酸鈣用水稀釋成糊狀物，加熱到85℃，慢慢參加硫酸〔一般根據(jù)投入碳酸鈣的用量來計算硫酸用量,以碳酸鈣用量的92-95%為宜〕，在參加計算量的80%以后，即要開始測定終點，方法如下：取甲、乙兩支試管，甲管吸取20%硫酸1毫升，乙管吸取20%氯化鈣1毫升，分別參加過濾后的酸解液，水浴內(nèi)加熱至沸，冷卻后觀察兩管溶液，如果不產(chǎn)生混濁，再分別參加1毫升95%的酒精，如甲乙兩管仍不呈混濁，即認為到達終點。甲管有混濁，說明硫酸加量缺乏，需要補加硫酸。如果乙管有混濁，說明硫酸過量，應(yīng)再補加一些檸檬酸鈣。5、濃縮、結(jié)晶：將脫色后過濾所得清液，加熱濃縮到36.5-37Be°時即可出罐。冷卻至檸檬酸結(jié)晶成品體后，用離心機將母液脫凈，然后用冷水洗滌晶體，放在陰涼處除去外表的水即為成品。2.6工藝流程圖三、生物反響器眾所周知,檸檬酸發(fā)酵是黑曲酶素代謝過程失調(diào)的一種特殊過程,這種失調(diào)來源于營養(yǎng)條件(原材料的質(zhì)量、數(shù)量),環(huán)境條件(生產(chǎn)工藝條件和設(shè)備的合理性)以及細胞化學組成、結(jié)構(gòu)和酶系的一系列復雜變化,在這一復雜的生化反響過程中,通氣和攪拌是整個檸檬酸發(fā)酵過程中的兩個重要參數(shù),它不僅影響到溶氧水平,而且影響到發(fā)酵體系的傳質(zhì)和菌體的形態(tài),最終必將影響到產(chǎn)酸水平。由于檸檬酸菌體是好氧性微生物,在其菌體生長發(fā)育和生物成過程中需要氧,菌體長得愈旺盛,氧的需要量就愈大,但氧氣是難溶于水的。因此，選擇機械攪拌通氧型的發(fā)酵罐較為適合。3.1生物反響器構(gòu)造圖根據(jù)所查閱的資料【1】，采用噴環(huán)式好氧發(fā)酵罐：反響器構(gòu)造圖示如下：噴環(huán)式好氧發(fā)酵罐發(fā)酵罐參數(shù)：罐體容積：70m3罐體尺寸：￠3600×10000，徑高比1:2:5筒體高度:9000mm;傳熱面積:140m3攪拌轉(zhuǎn)速:125轉(zhuǎn)/分;設(shè)計功率:135kW;傳動:減速機。發(fā)酵罐主要構(gòu)造：罐體,換熱裝置、機械密封和傳動裝置、氣—液型噴射混合攪拌裝置、環(huán)流反響器、二級彎葉渦輪式攪拌器和穩(wěn)定器噴環(huán)式好氧發(fā)酵罐的特點：1、利用低能實現(xiàn)乳化傳質(zhì):充分利用通入罐內(nèi)0.005-0.015MPa壓縮空氣的釋放能量,通過氣—液型噴射混合攪拌裝置引射發(fā)酵液進行能量與質(zhì)量的傳遞轉(zhuǎn)換并實現(xiàn)乳化操作,使氣泡上升速度降低,容量傳質(zhì)系數(shù)KLa提高。2、氧利用率高:利用環(huán)流反響器導流筒內(nèi)、外發(fā)酵液的重度差和靜壓力差,實現(xiàn)氣液二相軸向環(huán)流運動和氣—液噴射混合攪拌裝置中乳化操作,使深層發(fā)酵液中的氧得到充分利用。3、無中間軸承和底軸承:利用穩(wěn)定器在機械攪拌過程中對流體產(chǎn)生的阻尼作用抵消攪拌器的局部徑向力,使攪拌軸的運轉(zhuǎn)撓度和擺動量在允許范圍內(nèi),從而取消發(fā)酵罐任何型式的中間軸承和底軸承,消除染菌隱患,節(jié)省設(shè)備制造費和日常維修費用。4、低罐壓操作:僅需0.015～0.025MPa的操作罐壓,比傳統(tǒng)發(fā)酵罐降低50%以上,既可降低攪拌功率,又可減輕空壓機的運行負荷與能耗。5、氣液夾帶量少:從液面均勻逸出的小氣泡群不易帶液且操作液面平穩(wěn),使氣液夾帶量減少,放罐體積增加。3.2生物反響器的應(yīng)用生化反響中的動力學cscsKs+csMonod方程：μ=μmFFV連續(xù)培養(yǎng)到達穩(wěn)定狀態(tài)時：μ==DυmaxυmaxcsKm+cs米氏方程：υ=生物反響器的選型：以年處理量1500噸的檸檬酸為例，進行生物反響器的選型：設(shè)分立工段損失率為5%，那么：發(fā)酵工段須產(chǎn)生半成品：1500/95%=1579t本設(shè)計以木薯為原料，干木薯粉淀粉含量為70%，產(chǎn)酸率：14±1%，轉(zhuǎn)化率：95±2%，發(fā)酵：≤70小時。設(shè)發(fā)酵工段其他操作〔包括滅菌，洗罐等〕為一天，一周期定為4天，一年300天計算，共75個周期，溫度35℃，PH=2～3每個周期產(chǎn)量為：21.1t，產(chǎn)酸率為14%。每周期料液為150.38t，圓整為151t。設(shè)料液的密度近似為1000kg/，發(fā)酵液體積為151。發(fā)酵的總反響式：木薯→淀粉→2分子量為180分子量為192所以每周期生產(chǎn)21.1t料設(shè)葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為80%那么需要葡萄糖約為26.4t培養(yǎng)基組分〔據(jù)文獻所查〕：培養(yǎng)基組分培養(yǎng)基中濃度所需質(zhì)量葡萄糖16026.4t硝酸銨2.50.41t磷酸二氫鉀2.50.41t0.250.041t0.000069.90.000254.10.00132.10.0011.6料液總重為150.38，葡萄糖含量為=18%可得水量約為216.64t糖化率為95%，那么須淀粉：43.4t木薯的淀粉含量為70%，那么木薯62t總發(fā)酵液為258t,那么需加水194.7t發(fā)酵料液總重258t水194.7t木薯干粉62t其他約1.3t檸檬酸21.1t1.發(fā)酵罐選型物料系數(shù)==0.6-0.75，取=0.75，那么=151/0.63=200選用3個100的發(fā)酵罐，2個做發(fā)酵用，1個備用，那么總體積為200。=1.7～3，取=2.5取25mm=100D=3.6mH=9m封頭選型查《有機酸生產(chǎn)與應(yīng)用手冊》，由發(fā)酵罐公稱直徑可得封頭尺寸如下公稱直徑曲面直度直邊高度內(nèi)外表積容積3.6m0.90m0.05m14.66.622.攪拌器的選型取d=0.4D=1.44m，圓整到1.5m,取W=D=0.36m，圓整到0.4m，取B=1.0d=1.5m,取S=1.6d=2.4m〔取25mm〕=6.32發(fā)酵液的圓柱體積V柱=151/3－6.32=44.68發(fā)酵液的柱體高h=4.4m假設(shè)用兩層攪拌器，所以S1=4.4－2.4=2.0m檢驗：S1/d=2.0/1.5=1.333在1~2范圍內(nèi)。d–攪拌器直徑W–擋板寬度S–兩攪拌器間隔B–下攪拌器距離底間距S-上攪拌器距離液面距離3.攪拌器的軸功率計算據(jù)《化工工藝設(shè)計手冊》查得，所選用的攪拌器軸功率為110kW攪拌軸轉(zhuǎn)速為100r/min4.發(fā)酵時產(chǎn)熱計算發(fā)酵階段的熱量主要來自于兩局部，即為生物熱和攪拌熱攪拌熱kJ由文獻查得檸檬酸發(fā)酵過程最大產(chǎn)熱為12500kJ/(·h)發(fā)酵時間約為70h，共51發(fā)酵液，得發(fā)酵產(chǎn)熱：kJ=kJ循環(huán)水溫度：27℃～32℃冷凝水用量：循環(huán)水流量：W==30.52檢驗傳熱面積：℃,℃,℃,℃<116.34滿足要求。3.3發(fā)酵生產(chǎn)中的條件控制檸檬酸發(fā)酵過程的控制要點〔1〕控制Mn2+、NH4+濃度，解除檸檬酸對PFK的抑制，使EMP暢通無阻?！?〕控制溶氧，防止側(cè)系呼吸鏈失活?！?〕控制培養(yǎng)基中的Fe2+的濃度，使順烏頭酸水合酶失活。生產(chǎn)中條件控制：溫度控制：工業(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需要加熱，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，需要冷卻的情況較多。利用自動控制或手動調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。PH的控制：微生物發(fā)酵的最適PH值范圍一般是5～8之間，最適PH值是通過實驗結(jié)果確定的。可將發(fā)酵培養(yǎng)基調(diào)節(jié)程不同PH值，進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中測定和調(diào)節(jié)PH值，分別觀察菌體的生長情況，以菌體生長到達最高的PH值為菌體生長適合的PH值。在發(fā)酵過程中直接不加酸或堿和補料的方式控制PH值，補充生理酸性物質(zhì)如硫酸銨，生理堿性物質(zhì)如硝酸鈉。3溶氧量的控制：調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速或通氣速率來控制供氧，采用調(diào)節(jié)溫度〔減低培養(yǎng)溫度可提高溶氧濃度〕、液化培養(yǎng)基、中間補水、添加外表活性劑等工藝措施，來改善溶氧水平。發(fā)酵通風控制：檸檬酸發(fā)酵是典型的好氧發(fā)酵，對氧十分敏感，當發(fā)酵進入產(chǎn)酸期，只要有幾分鐘缺氧就會對發(fā)酵造成嚴重影響，因此要注意通風攪拌。四、檸檬酸生產(chǎn)的后提取技術(shù)檸檬酸成熟發(fā)酵液呈黃褐色至深褐色，發(fā)酵液除含有主要產(chǎn)物檸檬酸之外，還含有纖維、菌體、有機雜酸、糖、蛋白質(zhì)膠體物質(zhì)、色素、礦物質(zhì)及其他代謝產(chǎn)物等雜質(zhì)，其來源于原材料、未消耗的營養(yǎng)鹽和發(fā)酵的副產(chǎn)物等。通過各種物理化學方法，去除這些雜質(zhì)，得到符合各級質(zhì)量標準的檸檬酸產(chǎn)品的全過程，即為檸檬酸的別離提取技術(shù)，是一個確保檸檬酸生產(chǎn)豐產(chǎn)又“豐收”，提高企業(yè)效益的生產(chǎn)系統(tǒng)工程。4.1提取技術(shù)目前檸檬酸生產(chǎn)中后提取工藝根本上都是采用“鈣鹽沉淀”法，此法的優(yōu)點在于操作簡便、易于掌握、產(chǎn)品平安、費用較低等，但產(chǎn)生大量的石膏渣和二氧化碳，那么是此工藝的最大缺陷。其次那么是工序較多，化工原料用量較大。鈣鹽-離交提取檸檬酸工藝流程：此工藝從檸檬酸生產(chǎn)實現(xiàn)工業(yè)化開始，一直沿用至今，已經(jīng)幾十年。其工藝經(jīng)典、成熟、投資少、特別在硫酸價格低下時的生產(chǎn)本錢上有明顯的優(yōu)勢等。近年來我國吸取國內(nèi)外的先進技術(shù)和經(jīng)驗對鈣鹽法進行較大改良，如連續(xù)中和與連續(xù)酸解新工藝的推廣，極大地降低化工原料、水、能源的消耗。但鈣鹽法工藝路線長，提取收率較低，每噸檸檬酸成品要消耗1t硫酸和1t碳酸鈣，且產(chǎn)生大量的廢氣、廢水、廢渣〔生產(chǎn)1t檸檬酸將產(chǎn)生480kg二氧化碳，40m3廢水和2t硫酸鈣廢渣〕成為企業(yè)的沉重包袱，三廢處理費用占生產(chǎn)本錢的10%~15%。為解決以上難題，國內(nèi)外進行了萃取別離技術(shù)研究來替代鈣鹽沉淀法生產(chǎn)工藝。其中萃取別離技術(shù)以色列已研究成功，并在美國某公司組織生產(chǎn)。但由于生產(chǎn)中萃取溶劑的乳化及產(chǎn)品中萃取溶劑的殘留，使產(chǎn)品在食品、醫(yī)藥行業(yè)中的使用受到影響，因此技術(shù)至今無法推廣使用。目前具有工業(yè)化生產(chǎn)潛力的是〔1〕吸交法；〔2〕色譜法：〔3〕在此根底上提出的變溫色譜法和吸交法相組合法。吸交法該方法是利用特定的有機高分子樹脂的高選擇離子交換性，通過尋找、