Оптимизация процесса кристаллизационной очистки лимонной кислоты

• Автор: Сорокодумова, Светлана Викторовна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 194 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ.

1.1. Общая характеристика продукта лимонная кислота.

1.2. Химизм образования лимонной кислоты из мелассы.

1.3. Способы культивирования микроорганизмов в биопроизводсгве лимонной кислоты.

1.4. Продуцент лимонной кислоты гриб

i i.

1.4.1.Получение посевного материала для производства лимонной кислоты.

1.4.2.Влияние микроэлементов на процесс биосинтеза продуцента лимонной кислоты.

1.5.Технологическая схема производства лимонной кислоты поверхностным способом.

1.5.1.Меласса заготовки и требования. 1.5.2.0брабогка и установление оптимальных концентраций
составных компонентов питательной среды.
1.5.3.Влияние внешних условий ферментации. .б.Особенности биотехнологии производст ва лимонной
кислот ы поверхностным способом.
1.6.1.Технологический процесс бродильною цеха.
1.6.2.Технологический процесс химического цеха.
1.7.Выводы но главе.
ГЛАВА 2.МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТАДИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ.
2.1 .Особенности механизма кристаллизации.
2.1.1.Пересыщение, зародышеобразоваиие и рост
кристаллов.
2.1.2.Роль диффузии в процессе кристаллизации.
2.1.3.Роль примесей в механизме кристаллизации.
2.2.Системный подход к исследованию и
моделированию процессов массовой кристаллизации.
2.3.Экспериментальные исследования процесса кристаллизации лимонной кислоты в лабораторном кристаллизаторе.
2.4.0ценка констант входящих в уравнение зародышеобразования и скорости роста кристаллов лимонной кислоты.
2.5.сслсдованис влияния примесей на качество
готового продукта.
2.6.Математическая модель процесса периодической кристаллизации
лимонной кислоты.
2.7.Расчетная часть.
2.8.Выводы по главе. ГЛАВА З.УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И
АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ОТДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ.
3.1.Пред посылки к усовершенствованию стадии
кристаллизации лимонной кислоты.
3.2.Экспериментальное исследование способности растворов лимонной кислоты к образованию пересыщенных состояний на лабораторной установке.
З.З.Экенериментальные исследования кристаллизации лимонной кислоты на пилотной установке.
3.4.Выбор технологической схемы усовершенствований опытнопромышленной установки.
3.5.Технологический расчет холодильника раствора лимонной кислоты.
3.6.Иепытанис усовершенствованной опытнопромышленной установки.
3.7.Технологический регламент усовершенствованной установки
кристаллизации лимонной кислоты.
3.8.Выводы по главе.
ГЛАВА 4.ТОПОЛОГИЧЕСКИИ АНАЛИЗ И
ОПТИМИЗАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВОЙ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ.
4.1 .Общие понятия топологического анализа и
оптимизации биотехнологических систем.
4.2.Тонологический метод составления систем
уравнений материальнотепловых балансов ХТС. 1 .Топологический анализ схемы производства пищевой лимонной кислоты
поверхностным способом.
4.3.1.Построение материальнопотокового и циклического потокового графа.
4.3.2.Построение циклических материальнопотоковых и теплового графов.
4.3.3.Построение цикл оматн ческой матрицы циклического потокового графа ХТС.
4.4. Градиентный метод поиска экстремума функции.
4.5. Оптиматизация процесса кристаллизационной очистки лимонной кислоты.
4.5.1. Моделирование и оптимизация процесса кристаллизации лимонной кислоты с целыо снижения примесей и повышения качества сортности продукта.
4.5.2. Оптимизация процесса кристаллизации за счет аппаратурнотехнологического решения предварительного переохлаждения раствора
ЛИМОННОЙ КИСЛО 1Ы.
4.5.3. Оптимизация технологической схемы топологический анализ с учетом состава компонентов поступающего
сырья для повышения выхода лимонной кислоты.
4.6.Выводы но главе.
4.7.Техникоэкономическая оценка результатов исследования.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Химизм образования лимонной кислоты определяет схему ее производства в виде 2х стадий 1 стадия брожения 2 стадия очистки. Бродильное производство. Стадия брожения. Химическое производство. Стадия очистки. При помощи хроматографического анализа был установлен кислотный состав исходных меласс и приготовленных из них бродильных растворов. В большинстве случаев приготовленные мелассные растворы содержали следующие кислоты яблочную, янтарную, адининовую, фумаровую, сахарную. Анализ так же показал, что в начале брожения первая проба через 3е суток при всех использованных мелассах в сброженном растворе находились следующие кислоты лимонная, яблочная, одининовая, щавелевая, сахарная, глюконовая. К концу брожения е сутки из этих кислот во всех случаях оставались только одининовая, щавелевая, сахарная, глюконовая кроме лимонной кислоты. В зависимости от химического состава применяемых меласс в сброженных растворах было обнаружено присутствие яблочной, малоновой, фумаровой, аконитовой, янтарной и молочной кислот. Таким образом, химизм образования лимонной кислоты на 1ой стадии включает реакцию глюколиза и ряд реакций, замкнутых в цикле Кребса. При каждом обороте этого цикла молекула щавелевоуксусной кислоты вступает во взаимодействие с молекулой уксусной кислоты, образуя лимонную кислоту. Побочные органические кислоты в процессе лимоннокислой поверхностной ферментации в основном синтезируются в течении суток от начала цикла, поэтому можно сделать вывод, что мелассная среда влияет на образование такого мицелия, который способен продуцировать значительное количество различных кислот. Присутствие разных ферментов в мицелии . Однако наряду с этими реакциями происходит и различные побочные, например, реакции конденсации соединений С4 и С2 образующихся согласно теории М. Также возможно получение незначительного количества лимонной кислоты в начале цикла образования яблочной кислоты. С точки зрения химизма процесса особенности 2ой стадии очистки состоят в следующем. Сброженные растворы представляют собой смесь лимонной, глюконовой и щавелевой кислот, несброженного сахара и минеральных примесей. Лимонную кислоту из раствора выделяют путем связывания ее катионами кальция с образованием слаборастворимой соли цитрата кальция. При нейтрализации сброженного раствора образуются соли лимонной, глюконовой и щавелевой кислот. Глюканаг кальция СаСбНц2 вместе с основной частью органических и минеральных примесей остается в растворе. Для отделения образовавшегося осадка горячую реакционную смесь подвергают вакуумфилы рации. При строгой дозировке НО, оксалат кальция вместе с образовавшимся гипсом остается в осадке, а освобождающаяся при разложении цитрата кчьция лимонная кислота переходит в раствор. Заключительными операциями 2ой стадии очистки производства лимонной кислоты являются упаривание раствора лимонной кислоты кристаллизация выделение кристаллов из маточного раствора сушка лимонной кислоты. Способы культивирования микроорганизмов в биопроизводстве лимонной кислоты. Культивирование на поверхности твердой среды твердофазная ферментация. Гриб продуцент Алнег выращивают в неглубоких лотках на поверхности влажных отрубей риса или пшеницы. Во время ферментации массы отрубей падает до 1,,0. После окончания процесса лимонная кислота вместе с небольшим количеством одновременно образовавшихся глюконовой и щавелевой кислот экстрагируется водой, а затем осаждается в виде соли кальция. В связи с тем, что отруби богаты железом и другими микроэлементами, используют штаммы А. Такой наиболее простой метод получения лимонной кислоты применяется только в Японии. Твердофазная ферментация предусматривает использование импрегнированного средой пористого твердою материала, такого как багасса, картофель, пульпа сахарной свеклы и др. Материал стериализуют и инокулируют суспензией спор. Инкубируют в лотках при иС в течении дней. После инкубирования содержимое экстрагируют водой, концентрируют, цитрат осаждают и очищают. В Японии в процессе Ко получают пятую часть выпускаемой в стране лимонной кислоты. Это твердофазное культивирование специальных штаммов Азр.