Технологический процесс производства лимонной кислоты

Содержание

Введение …………………………………………………………………………. 3

Глава 1. Технологический  процесс производства лимонной кислоты ……… 5

Глава 2. Негативные факторы  на производстве …………………………….... 14

Глава 3. Методы и средства защиты от опасностей …………………………. 17

Заключение……………………………………………………………………… 23

Список использованных источников………………………………………….. 24

 

Введение

 

Лимонная кислота является важным соединением, как в метаболизме  живых организмов, так и в промышленности.

Сама кислота, как и  ее соли, широко используется как вкусовая добавка, регулятор кислотности и консервант в пищевой промышленности, для производства напитков, сухих шипучих напитков. Она содержится, по крайней мере, в половине всех пищевых продуктов. Применяется в медицине, в том числе в составе средств, улучшающих энергетический обмен. В косметике используется, как регулятор кислотности, буфер, хелатирующий агент, для шипучих композиций.

Лимонная кислота, являясь  главным промежуточным продуктом  метаболического цикла трикарбоновых  кислот, играет важную роль в системе  биохимических реакций клеточного дыхания множества организмов.

По объему производства лимонная кислота является одним из главных продуктов микробного синтеза, и мировой объем ее производства достигает 400 тыс. тонн в год, что в денежном выражении составляет около 325 млн. евро.

Производственная среда  – это часть техносферы, обладающая повышенной концентрацией негативных факторов. Основными носителями травмирующих и вредных факторов в производственной среде являются машины и другие технические устройства, химически и биологически активные предметы труда, источники энергии, нерегламонтированные действия работающих, нарушения режимов и организации деятельности, а также отклонения от допустимых параметров микроклимата рабочей зоны.

Травмирующие и вредные  факторы подразделяют на физические, химические, биологические и психофизиологические. Физические факторы – движущиеся машины и механизмы, повышенные уровни шума и вибраций, электромагнитных и ионизирующих излучений, недостаточная освещенность, повышенный уровень статического электричества, повышенное значение напряжения в электрической цепи и другие; химические – вещества и соединения, различные по агрегатному состоянию и обладающие токсическим, раздражающим, сенсибилизирующим, канцерогенным и мутагенным воздействием на организм человека и влияющие на его репродуктивную функцию; биологические–патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы и др.) и продукты их жизнедеятельности, а также животные и растения; психофизиологические–физические перегрузки (статические и динамические) и нервно-психические (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

Цель курсовой работы: анализ технологического процесса производства лимонной кислоты, выявление негативных факторов и мер безопасности на производстве.

Задачи:

1. Описать технологический процесс производства лимонной кислоты,
2. Определить негативные факторы на производстве,
3. Изучить меры по предотвращению опасностей.

 

Глава 1. Технологический процесс производства лимонной кислоты

 

ВР 1. Прием и хранение материала

Технологический процесс  выработки продукта начинается с  приемки и оценки качества сырья. В производстве используется меласса  свекловичная соответствующая ОСТ 18-395-82. Процессуально-технологическая схема производства лимонной кислоты представлена на рис. 1. При оценке качества контролируются параметры, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры  мелассы свекловичной

Массовая доля сухих веществ, не менее	75 %
Сахара по прямой поляризации, не менее	46 %
Инвертного сахара, не более	1%
Окиси кальция, не более	0,7 %
Диоксида серы, не более	0,03 %
Р2О2, не более	0,05 %
Жироподобных веществ, не более	0,5 %
рН среды	От 6,5 до 8,5

 

ТП 1. Подготовка питательной  среды.

Для приготовления питательной  среды необходимы следующие вещества, соответствующие по характеристикам: меласса свекловичная ОСТ 18-395-82, глюкоза ГОСТ 6038 – 79, (NH₄)₂SO₄ ГОСТ 3769-78, К2НРО4 ГОСТ 4198-75, ZnSO4 ГОСТ 4197-74.

Для приготовления производственной питательной среды требуется (%): меласса свекловичная – 20; глюкоза – 7 %; К₂НРО₄ – 0,008; (NH₄)₂SO₄ – 0,2; ZnSO₄ – 1,5*10^-4; дистиллированная вода 1 л

pH 6,8 – 7,0

ТП 1.1. Смешивание компонентов  питательной среды.

Рис. 1. Процессуально-технологическая  блок-схема получения лимонной кислоты  

Смешивание компонентов  среды происходит в смесителе  из нержавеющей стали, снабженном рубашкой из полутруб. Внутри аппарата расположено  перемешивающее устройство с турбинной  открытой мешалкой. Частота вращения мешалки 3—3,3 с-1.

Загрузка производится сыпучих  компонентов с помощью гибкого  механического транспортера.

Компоненты питательной  среды подаются в смеситель через  дозаторы, и готовится водный раствор. Далее раствор подается на обеспложивание в стерилизатор.

ТП 1.2. Стерилизация.

Стерилизацию питательной  среды проводят при помощи острого  пара в стерилизационной установке  непрерывного действия при температуре 125 ^оС с выдержкой 30 минут. Установка непрерывной стерилизации состоит из приемника, нагревателя, выдерживателя, охладителя.

ТП 1.3. Выдерживание

Выдерживатель представляет собой змеевик, состоящий из одиннадцати  витков трубы диаметром 89 мм, общей  длиной 3 м. Объем выдерживателя равен 170 л и обеспечивает продолжительность выдерживания при температуре 37 °С около 24 ч.

ТП 1.4. Охлаждение

Стерильную питательную среду охлаждают до 30 °С

ТП 2. Подготовка посевного  материала.

Посевной материал представляет собой конидии Aspergillus niger производственного штамма, обладающие высокими всхожестью и продуктивностью, не содержащие посторонней микрофлоры.

Посевной материал получают размножением конидий на сусло-агаровых средах в стерильных условиях.

ТП 2.1. Выращивание A. niger в условиях лаборатории. Перед началом технологического процесса культуру A. niger размножают в лаборатории в стерильных условиях на питательной среде того же состава, которая используется для ферментации. Культивирование проводится при температуре 32 ⁰С в течение 24 часов, рН=7,0.

ТП 2.2. Выращивание A. niger в производственных условиях. Выращивание посевного материала в инокуляторах проводится при температуре 32⁰C. Количество питательной среды в аппарате не должно превышать 60%. Длительность выращивания 48 часов. Для засева производственной питательной среды расходуется 2 % посевного материала (от объема питательной среды). Выращенный посевной материал из инокулятора передается в ферментатор.

ТП 3. Ферментация.

Культивирование A. niger ведут при температуре 32^оС в течение 5 - 7 суток, рН среды должен быть равен 7. Культивирование проводят в эрлифтном ферментере. Характеристика режима работы представлена в таблице 2.

Таблица 2 – основные параметры  эрлифтного ферментера

Рабочая температура		макс. 100 С
Рабочее давление рубашки  нагрева		6 бар/г
Материал частей на контакте с продуктом		6 бар/г
Материал частей на контакте с продуктом		316 L
Мощность мотора	20 кВт
Скорость (стандартная)		макс. 1750 об/мин

После окончания процесса ферментации культуральную жидкость нагревают острым паром до 60—65 ^оС и сливают в сборник.

ТП 4. Фильтрация.

Культуральную жидкость подают на вакуум-фильтр для отделения и промывки биомассы мицелия.

Промытый мицелий используется как корм для скота. Основной раствор  лимонной кислоты вместе с промывными водами передается в химический цех  для выделения лимонной кислоты.

ВР 3. Подготовка известкового молока.

Известковое молоко приготовляют гашением извести водой. Завод получает известь готовой, обжигают. При гашении извести эквивалентным количеством воды образуется рыхлая масса гидроксида кальция.

ТП 5. Нейтрализация  культуральной жидкости.

Для получения трехкальциевого цитрата лимонную и другие органические кислоты, содержащиеся в культуральной жидкости, нейтрализуют известковым молоком до рН=6. Нейтрализацию ведут в нейтрализаторах, выполненных из кислотоупорной стали, - цилиндрических емкостях вместимостью от 6 до 16 м³, снабженных вытяжной вентиляцией и паровым барботером.

Проводят нейтрализацию  при 55 ⁰С, заканчивают за 5-7 мин. и продолжают перемешивание около 10 мин для созревания осадка.

ТП 6. Фильтрация.

При фильтровании используют фильтр - пресс типа ФПАК-М. При фильтрации, происходящем со сжатыми плитами  и рамами, суспензия подается насосом  под давлением до 0,25 Мпа через  коллектор в раму. Отжим жидкости (цитратного фильтрата) проводится диафрагмой, которая под водяным давлением  до 0,9 Мпа растягивается и нажимает на суспензию. Фильтрат проходит через  ткань, перфорацию в плите и удаляется  по коллектору.

ТП 7. Промывка кристаллов цитрата и оксалата кальция.

На промывку осадка по тому же коллектору, что и для суспензии  цитрата, подают горячую воду, затем  ее отжимают, а осадок подсушивают  воздухом. Давление промывной воды и сжатого воздуха около 0,25 Мпа. По окончании подсушки плиты с  рамами раздвигают, ленту из ткани  приводят в движение и сбрасывают осадок.

ВР 5. Подготовка серной кислоты.

Техническая серная кислота  улучшенного качества (ГОСТ 2184-67).

ВР 6. Подготовка активного  угля.

Активный уголь – пористый сорбент, получаемый карбонизацией  углеродистого материала с последующей  активацией угля-сырца водяным паром  при температуре 800-900 ⁰С и тонким измельчением.

ТП 8. Разложение цитрата  кальция.

Промытый цитрат кальция, содержащий оксалат кальция, разлагают  серной кислотой в реакторе из кислотоупорной стали. Температура цитратной суспензии  не должна быть ниже 75 ⁰С. В результате образуется лимонная кислота и труднорастворимый гипс. При разделении процессов разложения цитрата и осветления раствора лимонной кислоты в реактор добавляют отработавший активный уголь.

ТП 9. Фильтрование.

Горячая реакционная масса (гипсовая суспензия с примесями) передается на ленточные вакуум-фильтры. В ленточном фильтре бесконечная  рифленая резиновая лента с прорезями, покрытая фильтровальной тканью, надета на два барабана. Гипс промывают  водой температурой около 90 ⁰С до тех пор, пока содержание лимонной кислоты в промывной жидкости не снизится до 0,1 %. Гипс удаляют.

ВР 8 Подготовка пара

Для производства водяного насыщенного пара применяют парогенератор  электрический тэновый ЭПГ-600 производительностью 600 кг/ч, мощностью 450 кВт, максимальным давлением 5,5 кг/см. Парогенератор предназначен для работы по замкнутому циклу в с возвратом отработанного пара в виде конденсата. Обеспечивает экономию за счет повторного использования конденсата в виде горячей воды (экономия расхода воды до 95%, нет необходимости в ее повторном нагреве и соответственно энергозатрат - экономия электроэнергии до 20%).

ТП 10. Первое упаривание растворов лимонной кислоты.

Растворы лимонной кислоты  выпаривают до плотности 1,26 – 1,28 под  разрежением около 80 кПа. Выпаривание  проводят в вакуум-выпарных аппаратах.

ТП 11. Фильтрование.

Раствор лимонной кислоты  после выпаривания направляют в  рамный фильтр-пресс для отделения  гипса. Фильтр-пресс состоит из чередующихся плит и рам размером 820х820. В одном  фильтре-прессе от 22 до 42 рам толщиной 25-46 мм. На каждую плиту надевают фильтрующую  ткань (салфетку). В процессе фильтрования растворов лимонной кислоты выпадает гипс.

ВР 10. Подготовка пара.

ТП 12. Второе упаривание раствора лимонной кислоты.

Осветленные растворы подвергают второму упариванию под разрежением  около 80кПа, концентрируя до плотности 1,37-1,38 (69-71 % мас. безводной кислоты).

ТП 13. Кристаллизация.

Проводят кристаллизацию с охлаждением горячих растворов. Кристаллизуют лимонную кислоту  в кристаллизаторе – вертикальном цилиндрическом сосуде со сферическим  днищем, изготовленном из кислотоупорной стали, снабженном рубашкой для охлаждения  водой и мешалкой.

ТП 14. Центрифугирование.

Кристаллы отделяют от маточного  раствора на ценрифугах тип ПМ-1200 с ручным управлением.

ТП 15. Промывка кристаллов лимонной кислоты.

Через 1-1,5 мин, когда маточный раствор перестает вытекать, кристаллы  промывают от прилипшего маточного  раствора (отбеливание), равномерно опрыскивая чистой мягкой водой температурой не выше 35 ⁰С. Влажность кристаллов 2-3 %.