1、年產(chǎn)100000噸衣康酸提取車間的初步設(shè)計一、內(nèi)容及研究意義(一)設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計是根據(jù)有機(jī)酸進(jìn)行當(dāng)代工業(yè)化生產(chǎn)的需要所確定的名為年產(chǎn)10000噸衣康酸提取車間的初步設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容包括多方面，比如：國內(nèi)外衣康酸的研究概況；衣康酸的性質(zhì)、用途及生產(chǎn)衣康酸的技術(shù)；設(shè)計出衣康酸生產(chǎn)及提取工藝；進(jìn)行物料衡算、能量衡算；進(jìn)行主要生產(chǎn)設(shè)備的工藝計算及選型；繪制藝流程圖、主要設(shè)備圖、管道布置圖和總廠平面布置圖等12。(二)研究意義衣康酸是一種高科技、高利潤、高創(chuàng)匯產(chǎn)品，該有機(jī)酸學(xué)名為甲叉琥珀酸，亞甲基丁二酸，是不飽和二元有機(jī)酸。它含不飽和雙鍵，具有活潑的化學(xué)性質(zhì)，可進(jìn)行自身間的聚合，也能與其他單體如丙烯睛等

2、聚合，溶于水，乙醇等其它溶劑。能進(jìn)行各種加成反應(yīng)，酯化反應(yīng)和聚合反應(yīng)，是化學(xué)合成工業(yè)的重要原料，也是化工生產(chǎn)的重要原料，該有機(jī)酸(itaconicacid),化學(xué)式為CH2=C(COOH)CH2COOH,由絲狀菌特別是生長在梅汁表面的分解烏頭酸曲霉(Aspergill-usitaconicus)大量生成，是通過順烏頭酸脫竣而形成，目前世界上僅有少數(shù)國家可以生產(chǎn)。衣康酸及其酯類是生產(chǎn)月青綸等化學(xué)纖維、合成樹脂、塑料、表面活性劑、橡膠、無毒食品包裝材料、除草劑、粘著劑以及塑料制品的重要工業(yè)原料7。由于衣康酸分子內(nèi)部含有兩個活潑的竣基及一個雙鍵，雙鍵與竣基成共腕關(guān)系，使得衣康酸的性質(zhì)非?；顫?，除了可

3、以自身聚合以外，也可以和不同數(shù)目的其他單體聚合，形成聚合高分子，因此廣泛地應(yīng)用于化學(xué)合成行業(yè)。衣康酸及其聚合物添加少量天然物質(zhì)可制成高效除臭劑，可與氨、胺類堿性惡臭物及硫化氫等酸性惡臭物反應(yīng)，還可以制成具有除臭功能的紙張、塑料膜等系列產(chǎn)品。衣康酸酯類的聚合物透明而且有特殊的光澤，適于制造人造寶石”和特種透鏡。衣康酸與苯乙烯及丁二烯共聚可制成S.B.R乳膠，可用于紙張涂膜，使紙張強(qiáng)韌及印刷圖案鮮艷；用于金屬、混凝土涂料，易于著色且不受自然條件影響；用于油漆添加劑可提高油漆品質(zhì)；用于地毯上漿可使合成纖維地毯經(jīng)久耐用。衣康酸與丙烯酸或甲基丙烯酸或其酯類聚合制成樹脂，可用于表面涂層及乳化漆。作為皮革涂

4、層可增加皮革的可塑性；用作汽車、電器、冷庫涂料具有粘著力強(qiáng)、色澤美觀且抗惡劣氣候等優(yōu)點；用作電泳涂料具有優(yōu)良的附著力；加入多價金屬氧化物可制成擠壓性能好、粘結(jié)力強(qiáng)、生理適應(yīng)性好的牙科粘合劑；添加氯烷基二甲基茱基氯化錢可制成水溶性涂料，用于食品包裝材料，可減少包裝物表面細(xì)菌污染。衣康酸制成酯類可用于油漆、弱酸性離子交換樹脂、潤滑油添加劑、粘結(jié)劑和增塑劑、粉壓塑料以及密封膠。衣康酸用于其它衍生物可用作醫(yī)藥、化妝品試劑、潤滑劑、增稠劑、除草劑以及改善絲毛織物性能。衣康酸和丙烯酸的高分子共聚物是一種高分子螯合劑，用作水處理中的除垢劑，對防止堿性鈣、鎂垢的形成特別有效。以衣康酸為原料制成的塑料，質(zhì)輕、易

5、塑、絕緣、防水、抗化學(xué)腐蝕，由它制成的高強(qiáng)度玻璃鋼代替鋼材，用于制造飛機(jī)、船舶外殼。衣康酸與芳香二胺生成的叱咯烷酮衍生物是高級潤滑油的增稠劑，與其他胺生成的叱咯烷酮衍生物可用作洗滌劑、醫(yī)藥和除草劑，衣康酸作為紙的上膠劑、地毯的粘著劑、改性丙烯酸乳膠方面的應(yīng)用也在不斷增加。衣康酸是生產(chǎn)檸康酸、中康酸、衣康酸酊等的原料。衣康酸其分子內(nèi)部含有兩個活潑的竣基和一個雙鍵，雙鍵和竣基呈共腕關(guān)系，使得衣康酸的性質(zhì)非?；顫?，除可自身聚合外，也可以和不同數(shù)目的其他單體聚合，形成聚合高分子，因此廣泛應(yīng)用于化學(xué)合成行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各個行業(yè)之間的交叉滲透，衣康酸的新用途也在不斷地被開發(fā)出來5'6&#

6、39;7。由于衣康酸生產(chǎn)技術(shù)由少數(shù)幾個國家壟斷，因此國際市場缺口較大，日本、澳大利亞、新西蘭、美國、西班牙都急需進(jìn)口衣康酸，國際市場缺口大約7萬噸,我國近兩年總需求量將達(dá)到2.2萬噸左右，我國當(dāng)前衣康酸生產(chǎn)規(guī)模為1.4萬噸左右，因此該產(chǎn)品在國際、國內(nèi)市場十分看好。目前國內(nèi)市場丁苯乳膠行業(yè)用量達(dá)到2000噸左右，化工行業(yè)用量達(dá)到1500噸左右，離子交換樹脂行業(yè)用量為1000噸左右。另外，衣康酸在水處理技術(shù)、高強(qiáng)度玻璃鋼及農(nóng)藥中間體、除垢劑等領(lǐng)域中也具有廣泛的用途。隨著衣康酸產(chǎn)品的開發(fā)成功以及衣康酸系列產(chǎn)品的獨特性能日益引起生產(chǎn)廠家和消費者的重視，其應(yīng)用范圍正迅速擴(kuò)大，因而衣康酸的潛在市場是不容忽

7、視的，具有廣闊的發(fā)展前景。因此對生產(chǎn)及提取衣康酸的工廠的設(shè)計有其一定的實用價值及社會意義。二、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（一）有機(jī)酸在飼料中的應(yīng)用現(xiàn)狀有機(jī)酸作為飼料添加劑可分為兩大類：（1）通過降低環(huán)境pH值，間接降低細(xì)菌數(shù)量的有機(jī)酸，如延胡索酸、檸檬酸、蘋果酸、乳酸等。這類有機(jī)酸添加到飼料中主要在胃中起作用。（2）在降低環(huán)境pH值的同時還可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜、干擾細(xì)菌酶的合成、影響細(xì)菌DNA復(fù)制直接抗菌的有機(jī)酸。這一類有機(jī)酸包括甲酸、乙酸、丙酸和山梨酸等。有機(jī)酸能提高飼料的酸度，降低飼料的緩沖能力，同時具有殺菌、抑菌、防止飼料霉變作用，可添加在飼料或飲水中發(fā)揮作用，廣泛應(yīng)用于豬、雞的飼料中，牛、魚的飼料

8、中也有越來越多的研究應(yīng)用。隨著抗生素的禁用，有機(jī)酸替代抗生素或與一些抗生素同用產(chǎn)生協(xié)同作用，從而可將細(xì)菌抗藥性的危險降低到最低限度。飼料中添加有機(jī)酸可促進(jìn)鐵、銅等微量元素的吸收利用，減輕其對環(huán)境的污染。有些有機(jī)酸還可防止維生素的氧化，以及促進(jìn)維生素在腸道中的吸收。眾多研究表明，添加復(fù)合有機(jī)酸具有用量少、酸化效果好的優(yōu)點，如再與高鋅等結(jié)合運用效果會更明顯。另外，無機(jī)酸與有機(jī)酸復(fù)合酸制劑可降低費用，提高酸度15,16,18,20，21,22。（二）有機(jī)酸作為抗生素替代品的應(yīng)用有機(jī)酸具有超過抗生素的多種作用，其中包括降低pH值和增強(qiáng)胰腺分泌。長久以來有機(jī)酸就因其對健康和生長的有益作用已應(yīng)用于斷奶仔豬

9、的日糧之中，并且還因其抗細(xì)菌和抗真菌作用而常常被用作食品防腐劑?？股氐闹饕饔檬强咕?；具對于飼料消化和生產(chǎn)性能的所有作用都可認(rèn)為是其對腸道菌群的影響以及由此致使免疫刺激減弱的結(jié)果。有機(jī)酸具有抗菌活性，但其作用還不止于抗菌。有些細(xì)菌數(shù)量的減少與飼喂有機(jī)酸有關(guān)，有機(jī)酸對于抗擊大腸桿菌、沙門氏菌和彎曲桿菌等非耐酸細(xì)菌特別有效。由于抗生素的負(fù)面作用遠(yuǎn)較有機(jī)酸突出，一些國家已經(jīng)撤消了對非治療性抗生素用于動物飼料的許可，飼喂低劑量促生長抗生素的做法正在全世界迅速消失。意圖在無藥殘市場上出售其產(chǎn)品的生產(chǎn)商正在搜尋抗生素的非藥物性替代品。有機(jī)酸就在最有效的替代品之列，無論是單個的有機(jī)酸還是多種有機(jī)酸的合劑1

10、7'19。（三）國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國衣康酸的研究起步較早，但進(jìn)展緩慢。直到20世紀(jì)90年代才取得突破安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）性進(jìn)展，1993年云南燃料二廠率先建成年產(chǎn)300噸工業(yè)化裝置。之后，其他如四川、無錫、上海等地的相關(guān)研究單位也在積極進(jìn)行中試。為進(jìn)一步降低成本，國家八五”生物技術(shù)攻關(guān)項目由四川食品發(fā)酵研究設(shè)計院承擔(dān)，采用淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸，目的是使該產(chǎn)品的生產(chǎn)原料更加廣泛，并有利于淀粉質(zhì)原料的深加工，以提高生產(chǎn)的綜合效益。山東省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計院采用以玉米淀粉為原料，深層發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸的工藝，通過幾年的努力，經(jīng)過小試、中試及工業(yè)性生產(chǎn)試驗證明，選育出的衣康酸高產(chǎn)

11、突變株土曲霉HA6080性能穩(wěn)定，產(chǎn)酸率、轉(zhuǎn)化率高，分別達(dá)到6.0%-7.0%和60%以上，且有產(chǎn)雜酸少，耐高糖、抗污染能力強(qiáng)，發(fā)酵速度快，周期短，生產(chǎn)條件溫和，易于控制，操作簡單，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，成為國內(nèi)衣康酸技術(shù)的主要來源。目前國內(nèi)衣康酸每年的需求量為1100-1160噸，主要用于高分子聚合材料，人造纖維、涂料等領(lǐng)域。隨著我國人造纖維工業(yè)，涂料工業(yè)及水處理工程技術(shù)發(fā)展，衣康酸的需求量將逐年增加，預(yù)計到2006年總需求量可達(dá)到1160噸以上。近年來由于衣康酸依賴進(jìn)口，且價格較高，國內(nèi)一些在康酸應(yīng)用領(lǐng)域都部分采用富馬酸等其他有機(jī)酸代替衣康酸，從而刺激了富馬鞍生產(chǎn)能力的迅速增長，據(jù)統(tǒng)計，幾年來

12、，我國富馬酸生產(chǎn)能力增長了數(shù)倍，達(dá)到1200噸，加上最近新上馬的富馬酸合資，獨資項目，到2012年富馬酸的生產(chǎn)能力將超過1.8萬噸。屆時富馬酸除滿足出口及國內(nèi)使用外，將會有相當(dāng)數(shù)量用于代替衣康酸。所以這種情況將對衣康酸的國內(nèi)應(yīng)用和生產(chǎn)構(gòu)成一定威脅?，F(xiàn)在我國衣康酸的生產(chǎn)力能約為760-800噸/年，主要集中在云南，四川，江蘇和山東等省，產(chǎn)品質(zhì)量已基本達(dá)到國外先進(jìn)國家的水平，由于我國衣康酸產(chǎn)品原料成本比美、日低15%20%,因此在市場上有一定的競爭力，但生產(chǎn)廠家經(jīng)濟(jì)規(guī)模小，技術(shù)裝備尚未完全過關(guān)，影響了衣康酸行業(yè)的健康發(fā)展。目前，國內(nèi)生產(chǎn)衣康酸的銷售仍以國際市場為主，產(chǎn)品主要銷往歐美、俄羅斯、日本、

13、韓國等幾十個國家和地區(qū)。國內(nèi)市場的需求也穩(wěn)步上升，預(yù)計在丁苯乳膠行業(yè)用量達(dá)到7000噸左右，化纖行業(yè)為1500噸左右，離子交換樹脂行業(yè)1000噸。僅蘭州化纖總廠每年就進(jìn)口衣康酸500噸左右，上海巴斯弗公司每年需要衣康酸1200噸左右。衣康酸國際市場需求量仍將以每年12%左右的速度增長。根據(jù)有關(guān)外貿(mào)部門提供的資料信息，已有多家美國公司來內(nèi)地洽談進(jìn)口衣康酸產(chǎn)品，每個公司的年需求量均在千噸以上。僅日本的扶桑公司去年從國內(nèi)收購銷往日本的衣康酸就達(dá)3000噸，據(jù)市場調(diào)查，山東省內(nèi)兩家以玉米淀粉為原料的衣康酸生產(chǎn)廠近年來的銷售呈供不應(yīng)求的形勢，產(chǎn)品銷往日本、美國、韓國、印度及我國的臺灣等國家和地區(qū)。隨著衣

14、康酸下游產(chǎn)品的不斷開發(fā)成功及衣康酸所具有的獨特性能日益被人們所認(rèn)識，其應(yīng)用范圍正迅速擴(kuò)大，因而衣康酸的潛在市場是不容忽視的，具有較好的發(fā)展前景。建立年產(chǎn)數(shù)千噸的衣康酸生產(chǎn)線，不僅可以滿足部分國內(nèi)化工行業(yè)的需求，同時也可以打入國際市場，發(fā)展產(chǎn)品對外貿(mào)易，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（四）國外研究現(xiàn)狀目前，國際上只有美國、日本和俄羅斯生產(chǎn)衣康酸，美國P巾zer公司產(chǎn)量較大，壟斷國際市場，日本自1971年起開始引進(jìn)美國專利進(jìn)行消化吸收，自行生產(chǎn)衣康酸，當(dāng)時僅有磐田化學(xué)公司獨家生產(chǎn)。目前日本的黑金化成株式會社和美國P巾zer公司幾乎壟斷了衣康酸酯類的生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量上，美國和日本的精制衣康酸標(biāo)準(zhǔn)要求衣

15、康酸含量不低于99%。從世界范圍來看，衣康酸的市場呈現(xiàn)嚴(yán)重的供不應(yīng)求狀況。造成這種情況的原因是，上世紀(jì)90年代以來隨著高分子聚合材料和人造纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，衣康酸需求量快速增長。另一方面衣康酸在化學(xué)合成，新材料和造紙，醫(yī)藥，食品等領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，也促使其消費量日趨增加。從衣康酸的生產(chǎn)方面來看，發(fā)酵法工藝中的原料利用率，酸產(chǎn)率及回收水平等均受菌種的限制，而在衣康酸發(fā)酵菌種的遺傳工程尚無重大突破的情況下，短時期內(nèi)生產(chǎn)能力不可能有大的提高，同時，隨著食糖等農(nóng)產(chǎn)品價格的不斷上漲，生產(chǎn)衣康酸的正常生產(chǎn)。其次是俄羅斯等東歐國家近年甜菜連續(xù)幾年減產(chǎn)，影響到衣康酸的生產(chǎn)，產(chǎn)量大幅度下降，從而增加衣康

16、酸的進(jìn)口，進(jìn)一步加劇了衣康酸供不應(yīng)求的矛盾，所以到新世紀(jì)初國際衣康酸市場供求緊張的局面將不可能得到緩解。（五）衣康酸的理化性質(zhì)表開2-5-1衣康酸的理化性質(zhì)列表性質(zhì)諸元數(shù)據(jù)或性狀性質(zhì)諸元數(shù)據(jù)或性狀分子式C5H6O4熔點165-169C分子質(zhì)量130.10單質(zhì)形態(tài)白色結(jié)晶相對密度1.6320可溶性可溶：水、乙醇、丙酮微溶：苯、氯仿、乙醴氣味特殊氣味聚合性易聚合，口聚合其他單體揮發(fā)性不易揮發(fā)1穩(wěn)定性加熱可分解能否升華真空卜口升華文字描述：分子式為C5H6。4,分子質(zhì)量為130.10,熔點為165-169C,白色結(jié)晶,相對密度為1.6320。溶于水、乙醇、丙酮；微溶于氯仿、苯、乙醴。有特殊氣味,在真

17、空下能升華。易聚合，也能與其他單體共聚。不易揮發(fā)，過熱能分解23o（六）衣康酸質(zhì)量的檢測原理根據(jù)中國輕工業(yè)聯(lián)合會提出、由全國食品發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)化中心歸口、成都拉克生物工程實業(yè)有限公司和南京華錦生物制品有限公司起草、國家發(fā)改委首次發(fā)布、2003年10月1日正式實施的QB/T-259-2003標(biāo)準(zhǔn)，合格衣康酸的理化指標(biāo)應(yīng)符合下表規(guī)定：表開2-6-1合格衣康酸的理化性質(zhì)列表項目指標(biāo)優(yōu)級一級含量，%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）>99.599.0熔點，C165-169色度，APH左1020干燥失重，%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）<0.30.5灼燒殘渣，%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）00.1氯化物（以Cl計）,mg/kg<25硫酸鹽（以SO

18、42-計）,mg/kg<100鐵（以Fe3+計）,mg/kg<10重金屬（以Pb十計），mg/kg<30外觀檢測：取試樣約10g放在濾紙上，置于明亮處，觀察其顏色，檢查其有無外來雜質(zhì)，做好記錄23。水溶性檢測：稱取試樣1.25g置于50mL比色管中，力口25mL水溶解，檢查是否混濁，做好記錄23。含量檢測原理：（1）碘量法檢測原理：澳酸鹽與澳化鉀在酸性介質(zhì)中釋放出澳，安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)澳與衣康酸發(fā)生加成反應(yīng)，過量的澳加入碘化鉀使其還原釋放出碘，再用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定游離的碘，即可計算出試樣中衣康酸的含量230(2)氯化物檢測原理：在硝酸介質(zhì)中，氯離子與銀

19、離子生成難溶的氯化銀。當(dāng)氯離子含量很低時，在一定時間內(nèi)氯化銀呈懸浮體，使溶液混濁，可用目視比蝕法測定23。(3)硫酸鹽檢測原理：在酸性介質(zhì)中，鋼離子與硫酸根離子生成難溶的硫酸鋼。當(dāng)硫酸根離子含量很低時，在一定時間內(nèi)硫酸鋼呈懸浮體，使溶液混濁，可用目視比濁法測定23。(4)鐵含量檢測原理：在酸性介質(zhì)中，鐵離子與硫鼠酸錢作用，生成血紅色的硫氟酸鐵，其顏色的深淺與鐵離子的濃度成正比，可進(jìn)行比色測定23。(5)重金屬檢測原理：在酸性介質(zhì)中，重金屬離子與負(fù)二價硫離子生成有色硫化物沉淀。重金屬元素含量較低時，形成穩(wěn)定的暗色懸浮液，可進(jìn)行目視比色測定230(七)發(fā)展趨勢目前，衣康酸的合成方法主要有合成法與發(fā)

20、酵法，合成法又分為檸檬酸合成法和順酊合成法。檸檬酸合成法由于成本高工業(yè)上不宜采用，順酊合成法具有生產(chǎn)成本低、選擇性高等優(yōu)點，但尚未實現(xiàn)工業(yè)化；而發(fā)酵法原料易得，工藝技術(shù)成熟，是目前國內(nèi)外生產(chǎn)廠家一致采用的方法。衣康酸常用的提取工藝有重結(jié)晶法與離子交換法，這兩種提取方法的最大缺點是能耗大、工藝復(fù)雜、操作不方便。又有學(xué)者研究了溶劑萃取法提取衣康酸的新工藝。實驗表明，溶劑萃取法具有能耗低、收率高、操作簡單的特點。衣康酸作為一類用途廣泛、市場缺口大的一類有機(jī)酸，生產(chǎn)工藝要求高、產(chǎn)品科技含量高，輻射帶動性強(qiáng)，是國家鼓勵和發(fā)展的項目，市場前景看好。相信隨著社會的不斷發(fā)展，市場對各種有機(jī)酸工業(yè)化生產(chǎn)的迫切需

21、求，衣康酸工業(yè)將會有更廣闊的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)：1江潔,劉曉蘭，吳耘紅，陳士學(xué)，李勇.衣康酸生產(chǎn)菌種的定向選育和產(chǎn)酸條件的研究J.微生物學(xué)通報,2003,(02):20-24.2謝衛(wèi)國，李洲.溶劑萃取法分離提取衣康酸J.化工學(xué)報,2001,(01):46-49.3查智明，俞志敏，吳克，於娟.液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)衣康酸的條件研究J.合肥學(xué)院學(xué)報,2010(8):72-74.4楊陽,陸魯生.衣康酸發(fā)酵生產(chǎn)后提取研究J.生物技術(shù),2001,(06):46-48.5劉建軍，姜魯燕，李丕武，趙祥穎，田延軍，張家祥，賈士儒.衣康酸的性質(zhì)、生產(chǎn)及應(yīng)用J.山東科學(xué)，2002,(03):38-42.6來智超，張光華，李

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