湖北大学发酵工程与设备课程设计题目醋酸的发酵生产专业年级 05生物工程学生姓名刘进学号 205221107210003 指导老师李亚东2008 年 6 月 23 日目录1前言 (3)1.1醋酸简介 (3)1.2全球醋酸的生产状况 (3)1.3国外生产研究现状 (3)1.4国内醋酸的生产状况如下 (3)1.5国内生产研究现状 (3)1.6主导生产方法 (4)1.7食用醋酸生产研究现 (4)1.8生产技术的革新与改造 (4)1.8.1纯种固态食醋生产技术的建立 (4)1.8.2纯种液态食醋生产技术的建立 (4)1.8.3传统酿造食醋的技术改造 (4)1.9我国目标 (4)2发酵机制 (4)2.1淀粉水解 (4)2.2酒精发酵 (4)2.2.1精发酵微生物 (4)2.2.2 酒精发酵中的物质变化 (4)2.3 醋酸发酵 (5)2.3.1 醋酸发酵微生物 (5)2.3.2 醋酸发酵中的物质变化 (5)2.4 醋酸的提取 (5)3 发酵工艺及特点 (5)3.1 原料 (5)3.2 调浆 (6)3.3 液化和糖化 (6)3.4 酒精发酵 (6)3.4.1 前发酵期 (6)3.4.2 主发酵期 (7)3.4.3后发酵期 (7)3.5 醋酸发酵 (7)3.5.1淋醋发酵工艺 (7)3.5.2 深层发酵工艺 (7)3.5.3固定化细胞发酵法 (8)3.5.5 醋酸提取 (8)菌种的制备及种子的扩大培养 (9)4.1实验室种子制备： (9)4.1.1选育酿酒酵母株的方法 (9)4.1.2 醋酸菌筛选流程 (9)4.2 扩大培养 (10)4.2.1酒母的制备 (10)4.2.2醋酸菌扩大培养 (10)5.培养基的组成及制备 (10)5.1酒精发酵培养基组成 (10)5.2醋酸发酵培养基 (10)5.3发酵罐灭菌 (10)5.4灭菌流程 (11)6无菌空气制备系统 (11)6.1发酵生产中制备无菌空气过程 (11)6.2特点 (12)6.3设备选择 (12)7工艺计算 (12)7.1.说明 (12)7.2 计算 (12)8.三废处理 (15)8.1废气 (15)8.2废水 (15)8.3废渣 (15)发酵工程与设备课程设计正文1 前言1.1 醋酸简介：醋酸(Acetic Acid)是食用醋的主要化学成分，是无色透明液体（低于16.7°C时为白色晶体）,有刺激性的酸味,它的蒸汽对粘膜,尤其是对眼睛的粘膜有刺激作用。
浓醋酸能引起皮肤的灼伤。
醋酸与水、醇、苯、甘油、脂肪油等有机液体能互溶。
醋酸是一种重要的有机化工产品, 主要用于醋酸乙烯、对苯二甲酸、醋酸纤维、醋酸酯等产品的生产, 是合成纤维、胶粘剂、医药、染料和农药的重要原料。
醋酸还是优良的有机溶剂, 在塑料、橡胶、印刷等行业有着十分广泛的用途[1] 。
食醋是人们生活中不可或缺的酸性调味品，其兼有防止腐败、增进食欲、保健防病、缓解疲劳等功能。
近来醋在色拉调料、调味番茄酱以及其他调味酱领域里也扮演着非常重要的角色[2]。
食用醋酸的生产技术主要是醋酸菌发酵产生。
对于生产纯醋酸来说，目前化学合成法的成本较低，所以发酵法并不广泛在工业上生产纯醋酸。
工业化的醋酸生产技术主要有：甲醇羰基化法、乙醛氧化法、乙烯直接氧化法和轻油(丁烷或石脑油)氧化法。
1.2 全球醋酸的生产状况如下：2004 年, 全球醋酸生产能力约为987 万吨/年,其中各地区的生产能力分别为: 北美347 万吨、欧洲142 万吨、亚洲435 万吨; 分别占世界总生产能力的35%、14%和44%。
近年来, 亚洲地区产能增加较快,年均增长率约为7.7%, 高于世界2.9%的年均增长率。
1.3 国外生产研究现状：塞拉尼斯公司是世界两大醋酸生产商之一, 总产能为242.5 万吨/年。
其装置主要在美国和新加坡,在美国甲醇羰基合成法装置的能力已达到120 万吨/年, 是世界上最大的生产装置, 在新加坡羰基法装置的能力为50 万吨/年, 而在其他地区的乙醛氧化生产醋酸的装置相继关闭。
现有装置主要采用甲醇羰基合成法和丁烷液相氧化法。
目前, 该公司正在南京独资建设一套60 万吨/年的生产装置, 2007 年建成投产。
BP 也是世界主要的醋酸生产商, 在全球4 个地区拥有醋酸生产装置, 总能力为177 万吨/年, 占全球总产能的17.9%。
其在英国的羰基合成法装置能力为50 万吨/年; 在韩国是BP 和三星的合资公司,现装置能力已达42 万吨/年, BP 持股51%; 在马来西亚是和Petronas 公司的合资企业, 装置能力为40万吨/年; 与中石化四川维尼纶厂合资建设的醋酸装置产能现已扩大为35 万吨/年。
世界两大醋酸生产商塞拉尼斯和BP 控制了全球的醋酸生产,总产能已达到419.5 万吨/年, 占全球总产能的40%以上。
1.4 国内醋酸的生产状况如下：目前, 我国共有20 多套醋酸生产装置( 一些乙醇法的生产企业多数处于停产, 只有几家还在生产,产量很低) , 至2005 年年底, 我国的总生产能力达到了176.5 万吨/年, 2005 年全年产量为140 万吨, 比去年增长21.5%。
1.5 国内生产研究现状：我国现有甲醇羰基合成法醋酸生产企业 4 家,生产能力为100 万吨/年, 占总产能的63%; 乙烯法生产企业有4 家, 生产能力为44.5 万吨/年, 占总产能的28.4%;其余为乙醇法。
目前, 我国甲醇羰基合成法醋酸生产已占据了主导地位, 并且产能和产量都有了较大幅度的增长, 装置开工率接近100%; 而随着国际油价的不断上升, 占主导地位的乙烯法产量有所下降, 开工率约为74%。
我国甲醇羰基化法的最大生产企业是江苏索普(集团)公司, 有两套生产装置, 总产能约为40 万吨/年, 2005 年产量为40.3 万吨。
四川扬子江乙酰化工有限公司是我国第二大甲醇羰基合成法醋酸生产企业, 1998 年一期工程完成, 当时产能为15 万吨/年;二期工程于2002 年完成, 产能扩大至23 万吨/年;三期工程于2005 年7 月投料试车, 产能已达到35万吨/年, 2005 年产量为25 万吨。
上海吴泾化工公司醋酸生产装置通过技术攻关, 现有的生产能力已从10 万吨/年扩大为现在的25 万吨/年, 2005 年产量为20 万吨。
山东兖矿国泰化工公司是由兖矿集团和香港彩福按70∶30 合资成立的公司。
经过2 年多的建设, 投资11 亿元的兖矿国泰化工公司的年产20 万吨醋酸, 已于2005 年11 月16 日竣工, 它是我国第一套完全自主研发和设计的甲醇羰基合成醋酸生产装置。
1.6 主导生产方法：目前, 全球醋酸生产以甲醇羰基合成法占主导地位, 生产能力已达到617.5 万吨/年, 约占总产能的63%[3]。
1.7 食用醋酸生产研究现：目前传统醋工艺、纯种固体制醋工艺和纯种液态制醋工艺已经形成3大工艺路线并存。
1.8 生产技术的革新与改造1.8.1 纯种固态食醋生产技术的建立从20 世纪50年底开始,我国就开始了纯种固态法生产食醋的尝试。
20 世纪60 年代,上海创造了酶法液化自然通风回流的固体发酵工艺, 分别使用了纯种培养的曲霉菌、酵母菌、醋酸菌作为发酵剂进行液化、糖化、酒精发酵、醋酸发酵。
20 世纪70 年代初,山西长治试验生料制醋获得成功,主辅料全部采用生料。
这是一条全新的纯种固态制醋工艺,主要的技术难题是防止杂菌污染与提高原料利用率。
1.8.2 纯种液态食醋生产技术的建立纯种液态发酵制醋是借鉴抗生素、氨基酸等其他发酵工业的经验,应用现代发酵工程、细胞工程和酶工程技术建立起来的一类先进的新型制醋生产技术,包括自吸式发酵罐液态制醋、固定化细胞发酵制醋和酶制剂发酵制醋3种工艺。
1.8.3 传统酿造食醋的技术改造我国传统酿醋技术在世界上独具一格,在长期的生产实践中已形成了固定的工艺模式和操作习惯。
然而醋业界的有识之士和科研工作者追求传统酿醋技术进步的活动从来没有停止过,不断探索传统酿醋微生物的活动规律,优化工艺操作条件,改进生产设备与扩大生产规模,使传统食醋酿造技术向现代方向逐步迈进。
1.9 我国目标：新中国成立以后, 特别是改革开发以后的20 多年来,我国制醋业的发展环境有了很大变化。
在政府领导、科研人员和醋业工作者的共同努力下,开展了酿醋微生物、制醋生产工艺和生产设备的多学科研究。
选育了优良的微生物菌种, 建立了纯种固态食醋生产技术和纯种液态食醋生产技术,改进了质检方法, 优化了制醋设备,极大地提高了我国食醋的生产技术水平,使我国食醋产量和人均消费水平得到明显提高,制醋工业朝着科学化、机械化与大型化的方向发展的格局[4]。
2 发酵机制醋酸的生产分为3个过程:淀粉水解成糖,糖发酵成酒精,酒精氧化成醋酸。
这3个发酵过程都是依靠不同的微生物分泌的酶作用下进行的,所以发酵过程就是创造有关微生物发育与酶作用有利条件的过程。
2.1 淀粉水解淀粉是碳水化合物中重要多糖之一,为植物通过光合作用合成的天然高分子化合物。
但它不能被酵母利用,必须首先把淀粉转化为可发酵的糖类,然后才能被酵母将糖发酵为酒精。
淀粉转化为可发酵性糖类的过程,称之为淀粉水解。
常规淀粉水解过程为:( C6H1 0O5)n+ nH2O → X ( C6H1 0O5)10 - 20→nC6H1 2O62.2 酒精发酵2.2.1 精发酵微生物酒精发酵所用微生物为酵母,其主要特点有①.呈椭圆形,大小约4×5μm; ②.生长的适宜温度28～34℃, 35℃以上活力减退, 60℃5分钟死亡,5℃可缓慢生长; ③.耐酸,适合pH值为4～6, pH值低于3. 5时生长受到抑制; ④.在通气条件下细胞繁殖,不通气条件下酒精发酵。
2.2.2 酒精发酵中的物质变化酒精发酵中的物质变化具体过程为:葡萄糖在己糖激酶的催化下,由ATP供给磷酸基转化为6 - 磷酸葡萄糖; 6 - 磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶的催化下转化为6 - 磷酸果糖; 6 - 磷酸果糖在磷酸果糖激酶的催化下,由ATP供给磷酸基,进一步磷酸化,生成1, 6 - 二磷酸果糖; 1, 6 - 二磷酸果糖在醛缩酶的催化下,分裂为磷酸二羟丙酮和3 - 磷酸甘油醛;磷酸二羟丙酮和3 - 磷酸甘油醛在磷酸丙糖异构酶的催化下相互转化; 3 - 磷酸甘油醛在3 - 磷酸甘油醛脱氢酶的催化下,并经磷化,生成1, 3 - 二磷酸甘油酸; 1, 3 - 二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下,变为3 - 磷酸甘油酸; 3 - 磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶的催化下,转变为2 - 磷酸甘油酸; 2 - 磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化脱水,生成为2 - 磷酸烯醇式丙酮酸; 2 - 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下,失去高能磷酸键,生成烯醇式丙酮酸;由于烯醇式丙酮酸极不稳定,变为丙酮酸;丙酮酸在脱羧酶的催化下脱羧,生成乙醛;乙醛在乙醇脱氢酶及辅酶(NADH2)的催化下,还原成乙醇。