1、年產(chǎn) 100000 噸衣康酸提取車間的初步設計一、內(nèi)容及研究意義（一）設計內(nèi)容 本設計是根據(jù)有機酸進行當代工業(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計 ，設計的內(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)； 設計出衣康酸生產(chǎn)及提 取工藝；進行物料衡算、能量衡算；進行主要生產(chǎn)設備的工藝計算及選型；繪制 藝流程圖、主要設備圖、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，該有機酸學名為甲叉琥珀酸， 亞甲基丁二酸，是不飽和二元有機酸。它含不飽和雙鍵，具有活潑的化學性質(zhì)， 可進行自身間

2、的聚合，也能與其他單體如丙烯睛等聚合，溶于水， 乙醇等其它溶 劑。能進行各種加成反應，酯化反應和聚合反應，是化學合成工業(yè)的重要原料， 也是化工生產(chǎn)的重要原料， 該有機酸（itaconic acid），化學式為 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-us itaconicus）大量生成， 是通過順烏頭酸脫羧而形成， 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)腈綸等化學纖維、 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)部含有兩個活潑的羧基

3、及一個雙鍵， 雙鍵與羧基成共軛關(guān) 系，使得衣康酸的性質(zhì)非常活潑， 除了可以自身聚合以外， 也可以和不同數(shù)目的 其他單體聚合，形成聚合高分子， 因此廣泛地應用于化學合成行業(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，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 乳膠，可用于紙張涂膜， 使紙張強韌及印 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

4、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、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、 生理適應性好的牙科粘合劑； 添加氯烷基二甲基芐 基氯化銨可制成水溶性涂料，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。

5、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、易塑、絕緣、防水、抗化學腐蝕， 由它制成的高強度玻璃鋼代替鋼材，用于制造飛機、船舶外殼。 衣康酸與芳香二 胺生成的吡咯烷酮衍生物是高級潤滑油的增稠劑， 與其他胺生成的吡咯烷酮衍生 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用也在不斷增加。衣康酸是生產(chǎn)檸康酸、中康酸、 衣康酸酐 等的原料。 衣康酸其分子內(nèi)部含有兩個活潑的羧基和一個雙鍵， 雙鍵和羧基呈共 軛關(guān)系， 使得衣康酸的性質(zhì)非常活潑， 除可自身聚合外，

6、也可以和不同數(shù)目的其 他單體聚合，形成聚合高分子， 因此廣泛應用于化學合成行業(yè)。 隨著科學技術(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 5，6，7。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到 2.2萬噸左右，我國當前衣康酸生產(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 達到 2000 噸左右，化工行業(yè)用量達到 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

7、水處理技術(shù)、高強度玻璃鋼及農(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， 其應用范圍正迅速擴大， 因而衣 康酸的潛在市場是不容忽視的， 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）有機酸在飼料中的應用現(xiàn)狀有機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 細菌數(shù)量的有機酸 ,如延胡索酸、檸檬酸、蘋果酸、乳酸等。這類有機酸添加到 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菌細胞膜、

8、 干擾細菌酶的合成、 影響細菌 DNA 復制直接抗菌的有機酸。 這一類有機酸包括 甲酸、乙酸、丙酸和山梨酸等。 有機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 泛應用于豬、雞的飼料中 , 牛、魚的飼料中也有越來越多的研究應用。隨著抗生 素的禁用 , 有機酸替代抗生素或與一些抗生素同用產(chǎn)生協(xié)同作用 , 從而可將細菌 抗藥性的危險降低到最低限度。 飼料中添加有機酸可促進鐵、 銅等微量元素的吸 收利用, 減輕其對環(huán)境的污染。 有些有機酸還可防止維生素的氧化 ,以及促進維生 素在腸道中的吸收。眾多研究表明 , 添加復合

9、有機酸具有用量少、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,無機酸與有機酸復合酸制劑可 降低費用 , 提高酸度 15,16,18,20,21,22。（二）有機酸作為抗生素替代品的應用有機酸具有超過抗生素的多種作用 , 其中包括降低 pH 值和增強胰腺分泌。 長久以來有機酸就因其對健康和生長的有益作用已應用于斷奶仔豬的日糧之中 , 并且還因其抗細菌和抗真菌作用而常常被用作食品防腐劑。抗生素的主要作用是抗菌 ; 其對于飼料消化和生產(chǎn)性能的所有作用都可認 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。 有機酸具有抗菌活 性 , 但其作用還不止于抗菌。有些細菌數(shù)量的減少

10、與飼喂有機酸有關(guān) , 有機酸對 于抗擊大腸桿菌、沙門氏菌和彎曲桿菌等非耐酸細菌特別有效。由于抗生素的負面作用遠較有機酸突出， 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。有機酸就在最有效的替代品之列 , 無論是單個的有機酸還是多種有機酸的合 劑 17，19 。（三）國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國衣康酸的研究起步較早， 但進展緩慢。直到 20世紀 90年代才取得突破安徽工程大學機電學院畢業(yè)設計（論文）性進展， 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，

11、其他如 四川、無錫、上海等地的相關(guān)研究單位也在積極進行中試。為進一步降低成本， 國家 “八五 ”生物技術(shù)攻關(guān)項目由四川食品發(fā)酵研究設計院承擔， 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)突變株土曲霉 HA6080 性能穩(wěn)定， 產(chǎn)酸 率、轉(zhuǎn)化率高，分別達到 6.0%-7.0%和 60%以上，且有產(chǎn)雜酸少，耐高糖、抗污 染能力強，發(fā)酵速度快，周期短，生產(chǎn)條件溫和，易于

12、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，預計到 2006 年總需求量可達到 1160 噸以上。 近年來由于衣康酸依賴進口， 且價格較高， 國內(nèi)一些在康酸應用領(lǐng)域都部分 采用富馬酸等其他有機酸代替衣康酸，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，我國富馬酸生產(chǎn)能力增長了數(shù)倍，達到 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 18

13、 萬噸。 屆時富馬酸除滿足出口及國內(nèi)使用外， 將會有相當數(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)量已基本達到國外先進國家的水平， 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、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，預計在丁苯 乳膠行業(yè)用量達到 7000 噸左右，化

14、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 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

15、被人們所認識， 其應用范圍正迅速擴大， 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 Pfizer 公司產(chǎn)量較 大，壟斷國際市場，日本自 1971 年起開始引進美國專利進行消化吸收，自行生 產(chǎn)衣康酸， 當時僅有磐田化學公司獨家生產(chǎn)。 目前日本的黑金化成株式會社和美 國 Pfizer 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 康酸標準要求衣康酸含量

16、不低于 99%。從世界范圍來看， 衣康酸的市場呈現(xiàn)嚴重的供不應求狀況。 造成這種情況的 原因是，上世紀 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合成，新材料和造紙，醫(yī)藥，食 品等領(lǐng)域應用范圍的不斷擴大，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)，

17、產(chǎn)量大幅度下降， 從而增加衣康酸的進口， 進一步加劇了衣康 酸供不應求的矛盾， 所以到新世紀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165-169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、乙醚氣味特殊氣味聚合性易聚合，可聚合其他單體揮發(fā)性不易揮發(fā)穩(wěn)定性加熱可分解能否升華真空下可升華文字描述： 分子式為 C5H6O4，分子質(zhì)量為 130.10，熔點為 165-169，白色結(jié)晶， 相對密度為 1.6320。溶于水、

18、乙醇、 丙酮；微溶于氯仿、苯、乙醚。有特殊氣味， 在真空下能升華。易聚合，也能與其他單體共聚。不易揮發(fā)，過熱能分解23 。（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)酵標準化中心歸口、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標準，合格衣康酸的理化指標 應符合下表規(guī)定：表開 2-6-1 合格衣康酸的理化性質(zhì)列表項目指標優(yōu)級一級含量， % （質(zhì)量分數(shù) ） 99.599.0熔點，165-169色度， APHA1020干燥失重， % （質(zhì)量分數(shù) ）0.30.5灼燒殘渣， % （

19、質(zhì)量分數(shù) ）0.1氯化物 （ 以 Cl 計）, mg/kg25硫酸鹽 （以 SO42-計 ），mg/kg100鐵（以 Fe3+計）， mg/kg10重金屬 （以 Pb 十計），mg/kg30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 50m L 比色管中，加 25m L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 ：溴酸鹽與溴化鉀在酸性介質(zhì)中釋放出溴，安徽工程大學機電學院畢業(yè)設計(論文)溴與衣康酸發(fā)生加成反應， 過量的溴加入碘化鉀使其還原釋放出碘， 再用硫代

20、硫 酸鈉標準溶液滴定游離的碘，即可計算出試樣中衣康酸的含量23 。(2) 氯化物檢測原理： 在硝酸介質(zhì)中，氯離子與銀離子生成難溶的氯化銀。當氯 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，鋇離子與硫酸根離子生成難溶的硫酸鋇。 當硫酸根離子含量很低時，在一定時間內(nèi)硫酸鋇呈懸浮體，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，鐵離子與硫氰酸錢作用，生成血紅色的硫 氰酸鐵，其顏色的深淺與鐵離子的濃度成正比，可進行比色測定 23 。(5) 重金屬檢測原理： 在酸性介質(zhì)中，重金屬離子與

21、負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， 可進行目視比色測定 23。( 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)酵法， 合成法又分為檸檬酸合成 法和順酐合成法。 檸檬酸合成法由于成本高工業(yè)上不宜采用， 順酐合成法具有生 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、工藝復雜、 操作不方便。 又有學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。

22、衣康酸作為一類用途廣泛、市場缺口大的一類有機酸，生產(chǎn)工藝要求高、產(chǎn) 品科技含量高，輻射帶動性強，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， 市場對各種有機酸工業(yè)化生產(chǎn)的迫切需求， 衣康酸工業(yè)將 會有更廣闊的發(fā)展前景。參考文獻：1 冮潔,劉曉蘭 ,吳耘紅 ,陳士學 ,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. 合肥學院學 報 ,2010(8) :72-

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