论文总字数：12420字

摘 要

2-KGA即2-酮基-L-古龙酸是维生素C的重要前体，而维生素C是人体必须的微量元素，对伤口愈合、人体免疫力、血管硬化、高血压等有治疗作用，还具有美白抗衰老的效用，在化妆品、药品、食料、食品等领域应用颇广。古龙酸的生产过程包括制备和提取两部分，其制备过程选用二步发酵法，通过大小菌的互相作用发酵而成。本设计进行了二步发酵法工艺步骤的设计，工艺的物料衡算，热量恒算，水汽计算。并且进行了设备选型的计算，主发酵罐选用体积150m³的气升式环流发酵罐。本文还对车间的布置进行设计，选用每层5米共20米高的厂房。最后对生产废水进行处理，保证环境的可持续。

关键词：2-KGA 工厂设计 二步发酵法 维生素C

5000 TONS OF VITAMIN C PLANT DESIGN

ABSTRACT

2-KGA 2-keto-L-gulonic acid is an important precursor of vitamin C, and vitamin C is trace elements necessary for human body, on wound healing, the immunity of the human body, vascular sclerosis, hypertension and have a therapeutic effect, whitening anti-aging effect, which is used in the field of cosmetics, medicines, food, food and other quite widely. Gulonic acid production process including preparation and extraction of two parts, the preparation process of the selection of two step fermentation, fermentation by the interaction of bacterial size. The design of the two step fermentation process, the design of the process, the process of material balance, heat calculation, the calculation of water vapor. And the equipment selection calculation was carried out, and the main fermentation tank with the volume 150m3 of the air lift circulation fermentation tank. In this paper, the layout of the workshop design, selection of each layer of 20 meters of a total of 5 meters of the plant. In the end, the production wastewater is treated to ensure the sustainable development of the environment.

Key words: Vitamin C; Plant Design; two-step fermentation；2-KGA

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 7

1.1 2-酮基-L-古龙酸 7

1.2 古龙酸的功能与应用 7

1.3 古龙酸的生产工艺 7

1.3.1古龙酸的制备 7

1.3.1.1莱氏法 8

1.3.1.2二步发酵法 8

1.3.2 古龙酸的提取 8

第二章 工艺流程设计 9

2.1生产工艺流程 9

2.2 第一步发酵过程 9

2.2.1 菌种 9

2.2.2 培养基成分 9

2.2.3 发酵过程 10

2.3 第二步发酵过程 10

2.3.1 菌种选取 10

2.3.2 培养基 10

2.3.3 发酵过程 10

2.3.4 2-酮基-L-古龙酸的提取 11

第三章 工艺计算 11

3.1物料衡算 12

3.1.1培养基的配料 12

3.1.2计算过程 12

3.2 热量衡算 14

3.2.1 种子罐中的热量衡算 15

3.2.2 主发酵罐热量衡算 16

第四章 设备的设计与选型 17

4.1设备的选型与设计 18

4.1.1种子罐 18

4.1.2发酵罐 18

4.1.3发酵液贮罐 19

4.1.5超滤机 19

4.1.6萃取罐 19

4.1.7洗脱罐 19

4.1.8干燥机 19

4.1.9筛分机 20

4.1.10CIP清洗设备 20

4.2 设备一览表 20

第五章 车间布置设计 20

5.1 发酵工厂常用设备的布置 21

5.1.1蒸煮设备 21

5.1.2糖化设备 21

5.1.3发酵设备 21

5.1.4蒸发器 21

5.1.5贮罐 22

第六章 环境评价与保护 22

6.1 三废情况 23

6.2 治理方案 23

致谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1 2-酮基-L-古龙酸

2-酮基-L-古龙酸，简称古龙酸，英文名缩写2-KGA，分子式：C₆H₁₀O₇,分子量194，性状在常温下呈白色结晶,易溶于水、微溶于醇、味无臭、微酸,是一种有机弱酸；在硝酸的氧化下可生成草酸,同时产生氮氧化物和在甲醇和浓硫酸的共同作用下发生酷化反应,生成古龙酸甲酷,再经碱化、酸化后生成维生素C。

结构式：

图1-1 古龙酸的结构式

1.2 古龙酸的功能与应用

2-酮基-古龙酸的用途主要是在医药工业上。古龙酸是维生素的重要前体。维生素是一种人体代谢所必需的维生素,在人体内的生理作用主要包括参与体内氧化还原反应对抗自由基损伤改善机体免疫功能参与胶原蛋白和细胞间质的合成参与神经递质的合成参与氨基酸代谢与铁代谢抑制血小板及白细胞活化等等。因此,在坏血病、感冒、心血管缺陷、高胆固醇、糖尿病、精神抑郁症、危重型克山病等疾病的临床治疗中均具有重要的用途。此外,还可以用作食品添加剂、饲料添加剂、农作物催熟剂、化妆品防锈剂等等^[1][2]。

1.3 古龙酸的生产工艺

1.3.1古龙酸的制备

古龙酸的制备方法有莱氏法和微生物发酵法，其中微生物发酵法又分二步发酵法、葡萄糖直接发酵法和山梨醇直接发酵法。

1.3.1.1莱氏法

莱氏法又称化学合成法。1933年，德国化学家hechsten以D-葡萄糖为原料，通过采用化学合成的方法人工制备出古龙酸，并于1937年实现了工业化大规模生产，此法的优点是工艺成熟，KGA产品质量好，收率可达60%。莱氏法的主要缺点是生产工序繁多，劳动强度大，需要消耗大量有毒易燃的化学物质例如丙酮、氯气、苯等，环境污染较严重。

1.3.1.2二步发酵法

二十世纪七十年代初，由中国科学院北京微生物研究所和东北制药厂联合研制出一种新型得KGA生产工艺——二步发酵法。二步发酵法的主要优点在于通过利用生物体内的代谢途径替换了莱氏法中的化学氧化过程，精简了生产流程，减少了对丙酮，氯气、苯等有害物质的使用，降低了生产成本和环保费用，因此，该法受到国内外KGA生产商的广泛欢迎。

1.3.2 古龙酸的提取

现今，我国多数维生素C厂家仍在使用二步发酵法工艺制备KGA，发酵液中KGA含量约为7 0，并且菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质含量较多，发酵液色泽偏深，这直接导致了提取工艺的复杂性，致使下游处理费用占总成本比例较大，由此可见，研究KGA的提取工艺，对降低总生产成本至关重要。

2-KGA主要提取方法有化学凝聚法、加热沉淀法、溶媒萃取法、超滤法和离子交换法^[4]~[7][23]。

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