衣康酸清潔生產工藝的研究

【摘要】： 根據現有衣康酸生產的現狀和我國清潔生產相關的法律法規(guī),建立了衣康酸清潔生產的指標評價體系,并以此為依據對現有衣康酸生產的工藝首次從清潔生產的角度進行了系統(tǒng)的研究,找出現有工藝中存在的問題,分析問題產生的原因,并提出衣康酸清潔生產工藝改進的方案,本研究沿著先從實驗室研究規(guī)模入手得到相關的基礎數據,再以此為依據逐步擴大實驗規(guī)模直至在大規(guī)模生產中取得應用,通過三年的研究與實踐,其中的多項研究成果已經在生產中得到應用,并取得了良好的效果。具體研究結果如下: 1、衣康酸清潔生產的必要性 《中華人民共和國清潔生產促進法》對清潔生產的定義為:“不斷采取改進設計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術與設備、改善管理、綜合利用等措施,從源頭削減污染,提高資源利用效率,減少或者避免生產、服務和產品使用過程中污染物的產生和排放,以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。”從中可以看出,清潔生產是循環(huán)經濟在企業(yè)層次的具體體現,它已不是單純的環(huán)保技術問題,而是謀求解決人類社會和自然和諧共存的大問題。國外清潔生產的實踐證明了清潔生產作為污染防治戰(zhàn)略的重要手段,是對傳統(tǒng)的末端治理手段的根本變革。我國的資源利用率與發(fā)達國家相距甚遠,高消耗是造成重污染的根源,也成為制約工業(yè)生產經濟效益的基本原因。我國衣康酸規(guī)模化生產始于20世紀90年代初,隨著衣康酸產能的不斷提高,企業(yè)的競爭日趨激烈,改進工藝、降低成本成為衣康酸生產企業(yè)實施清潔生產工藝改造的內部動力;從宏觀角度考慮,開展清潔生產,推進節(jié)能降耗符合目前國家倡導的循環(huán)經濟、可持續(xù)發(fā)展的精神,這成為從外部推動企業(yè)進行衣康酸的清潔生產的動因;由于衣康酸產品絕大部分出口,國外衣康酸用戶在考查衣康酸產品的質量的同時也對越來越多地關注到產品的生產過程是否符合清潔生產的要求,因此,從客戶要求的角度考慮,開展衣康酸的清潔生產也迫在眉睫。 我國的生物化工行業(yè)在節(jié)能降耗方面一直缺乏比較系統(tǒng)的研究,盡管衣康酸工業(yè)化生產在我國開展較晚,但目前采用的生產工藝中仍是借鑒傳統(tǒng)發(fā)酵產業(yè)的操作單元,沒有從節(jié)能降耗、原料的最有效利用及廢物綜合治理等清潔生產角度開展深入地研究,因此需要對現有衣康酸生產工藝的全過程進行系統(tǒng)的研究,使現有工藝水平有一個大的提升,概括地講需要解決提高原料的利用率、降低產品的能耗、減少廢水及廢渣的排放并對產生的污染物進行綜合治理三個層面的問題。 2、衣康酸清潔生產評價體系的建立 清潔生產評價體系是評價企業(yè)清潔生產的重要基礎,對于推動可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施具有重要的意義。目前國內清潔生產評價方法不夠完善和規(guī)范,尤其在生物化工領域一直沒有系統(tǒng)的清潔生產評價體系的建立,因此,本研究參照已有的其它行業(yè)的清潔生產評價體系的規(guī)范,結合衣康酸生產工藝的現狀,建立衣康酸清潔生產的評價體系,為生物化工領域清潔生產的規(guī)范化提供依據。 衣康酸清潔生產體系分成原材料指標、資源指標、污染物產生指標及產品指標四個方面共十五個單項指標。為了便于實施,建立各單項指標與不同的生產操作單元的聯系,將衣康酸生產全過程分成糖化、發(fā)酵、提取、菌渣綜合利用及衣康酸母液綜合治理五個部分進行研究。 3、衣康酸生產糖化工藝的改進 .衣康酸生產中的淀粉制糖已經采用了雙酶法制糖工藝,盡管現有工藝的水解程度可以達到98%以上,但從衣康酸發(fā)酵的結果來看,還有進一步改進的必要。由于生產中每次衣康酸發(fā)酵結束時,發(fā)酵液中總會有至少的殘還原糖存在,這部分糖的存在,一方面降低了原料的利用率,另一方面會降低母液中衣康酸的提取率,增加污水治理的負荷。本研究依據脫支酶對淀粉分子的作用原理,對現有的糖化工藝進行改進,使發(fā)酵液中殘?zhí)堑暮棵黠@降低,有利于母液中衣康酸的提取,同時還縮短了糖化周期。 4、衣康酸生產發(fā)酵工藝的改進 發(fā)酵工序是衣康酸生產的關鍵,這一步實現了由原料向衣康酸的轉化,生產菌株是完成這一步驟的主體。衣康酸生產菌為土曲霉(Aspergillus terreus),采用深層發(fā)酵培養(yǎng)方式。實現衣康酸發(fā)酵清潔生產工藝改進,關鍵是菌種水平的提高。本研究對衣康酸生產菌進行了過多步定向誘變,發(fā)酵產酸水平提高5%,發(fā)酵周期縮短了20小時,轉化率提高3%以上;此外,對衣康酸發(fā)酵培養(yǎng)基配方進行了調整,降低了無機鹽的加量,既減少了原材料的消耗,又減輕了后提取脫鹽的負荷。 5、衣康酸生產提取工藝的改進 衣康酸的提取過程就是從發(fā)酵液中分離出各種雜質,最終得到精制衣康酸的過程,由一系列的操作單元組成,決定著衣康酸最終收率的高低。本研究從操作工藝和生產設備兩方面對提出衣康酸提取工藝的清潔生產改進方案。改進了離子交換工藝,提高了母液質量并減輕了雜質陰離子對管道、設備的腐蝕;提出了濃縮冷凝水的回收和二次利用,大大降低了新水的消耗;活性炭的二次使用方案,可提高活性炭的使用效率,降低炭渣的總排放量;三效濃縮設備的應用使蒸汽消耗明顯下降;真空轉鼓過濾和臥螺式離心機的使用改善了生產操作的連續(xù)性,降低了工人的勞動強度;將膜過濾設備應用于衣康酸的提取中,對提高產品的質量起到了顯著的改善作用。 6、衣康酸發(fā)酵廢菌絲體的綜合利用 菌絲體是衣康酸生產中固體廢渣的主要來源,占發(fā)酵液的2%(W/V),由于適口性差,不能直接作為動物飼料,當前主要處理方式是鍋爐燒掉或在空場堆放,對廠區(qū)環(huán)境造成嚴重污染。本研究從廢菌體的化學成分分析入手,借鑒國內外的其它發(fā)酵行業(yè)的廢菌體利用的經驗,找出衣康酸廢菌絲體的綜合利用的途徑。利用回收的樹脂再生酸、堿從菌絲體中分離出甲殼素和菌體蛋白,提高的菌體的綜合效益。 7、衣康酸提取母液的綜合治理方案 由于衣康酸的提取采用的是重結晶法,因此,生產過程中會產生大量的母液,母液中除了含有衣康酸外,還含有殘?zhí)?、無機離子及少量小分子膠質物質等,這些成分的濃度相對較高,抑制了母液中衣康酸的結晶和提取,導致這部分母液只能排放,不僅使衣康酸的提取率降低,也加重了污水處理的負荷。根據衣康酸母液的特點,本研究提出新的綜合治理方案,首先采用離子交換樹脂法使母液中的還原糖與衣康酸分離,再對樹脂吸附的衣康酸洗脫后結晶提取,而含糖較多的流出液使用耐酸酵母處理,消耗其中的還原糖等,得到的菌體可作為蛋白飼料出售。 8、本研究衣康酸清潔生產工藝的指標評價 總結本研究對整個衣康酸各生產環(huán)節(jié)的清潔工藝改進方案,以年產5000噸衣康酸生產規(guī)模為例,按照先前建立的衣康酸清潔生產指標評價體系的要求,對原有衣康酸生產工藝和改進后的衣康酸清潔生產工藝進行了評分,累計分值分別為51.8和75.2分,這表明,原有衣康酸生產工藝從清潔生產角度考核屬于相對落后行業(yè),按照本研究清潔生產方案進行改進后,可使企業(yè)的清潔生產水平達到中等偏上的行列。 【關鍵詞】：清潔生產 衣康酸 工藝改進
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TQ225.144
【目錄】：

• 摘要2-6
• Abstract6-13
• 第一章 綜述13-26
• 1.1 清潔生產的意義13-14
• 1.2 衣康酸生產現狀14-19
• 1.2.1 衣康酸的理化性質及用途14-16
• 1.2.2 衣康酸生產工藝現狀16-19
• 1.3 衣康酸清潔生產的必要性19-24
• 1.3.1 制糖工序清潔生產的潛力21
• 1.3.2 發(fā)酵工序清潔生產的潛力21-22
• 1.3.3 提取工序清潔生產的潛力22-24
• 參考文獻24-26
• 第二章 衣康酸清潔生產評價指標體系的建立26-32
• 2.1 衣康酸清潔生產評價指標體系的建立26-29
• 2.2 衣康酸生產工藝的清潔生產治理方案29-31
• 參考文獻31-32
• 第三章 衣康酸清潔生產之糖化工序工藝改進32-44
• 3.1 概述32-34
• 3.2 材料與方法34-37
• 3.2.1 實驗材料34-35
• 3.2.3 培養(yǎng)基35
• 3.2.4 實驗儀器35
• 3.2.5 實驗方法35-36
• 3.2.6 測定方法36-37
• 3.3 結果與討論37-43
• 3.3.1 脫支酶與糖化酶不同配比對淀粉水解液中還原糖和葡萄糖含量的影響37-38
• 3.3.2 脫支酶對不同淀粉漿濃度下的糖化過程的影響38-40
• 3.3.3 脫支酶濃度對淀粉水解糖液中葡萄糖占還原糖比例的影響40-41
• 3.3.4 不同比例復合糖化酶糖液對衣康酸發(fā)酵的影響41-43
• 3.4 結論43
• 參考文獻43-44
• 第四章 衣康酸清潔生產之發(fā)酵工藝的改進44-58
• 4.1 概述44-45
• 4.2 材料與方法45-48
• 4.2.1 出發(fā)菌株45
• 4.2.2 培養(yǎng)基45-46
• 4.2.3 試劑的配制46
• 4.2.4 突變株篩選方法46-47
• 4.2.5 測定方法47-48
• 4.3 結果與討論48-56
• 4.3.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的調整48-51
• 4.3.2 定向篩選高產衣康酸突變株51-56
• 4.4 結論56
• 參考文獻56-58
• 第五章 衣康酸清潔生產之提取工藝的改進58-86
• 5.1 概述58-60
• 5.2 提取單元操作工藝的改進60-74
• 5.2.1 離子交換工藝的改進60-70
• 5.2.2 工藝水的循環(huán)使用70-73
• 5.2.3 活性炭的重復利用實驗73-74
• 5.3 衣康酸提取設備的改進74-84
• 5.3.1 連續(xù)真空轉鼓過濾機在衣康酸生產中的應用74-76
• 5.3.2 三效濃縮在衣康酸生產中的應用76-79
• 5.3.3 臥螺式離心機在衣康酸提取中的應用79-81
• 5.3.4 精密膜過濾器在減少衣康酸機械雜質上的作用81-84
• 5.4 結論84-85
• 參考文獻85-86
• 第六章 衣康酸清潔生產之發(fā)酵廢菌絲體的綜合利用86-99
• 6.1 概述86-88
• 6.2 材料與方法88-90
• 6.2.1 實驗材料88
• 6.2.2 實驗方法88-90
• 6.3 結果與討論90-97
• 6.3.1 菌體成分的測定結果90-91
• 6.3.2 從衣康酸廢菌體中提取殼聚糖工藝的研究91-94
• 6.3.3 酸法脫乙酰實驗結果94-97
• 6.4 結論97
• 參考文獻97-99
• 第七章 衣康酸清潔生產之母液的綜合治理方案99-114
• 7.1 概述99-102
• 7.2 離子交換樹脂法處理母液102-106
• 7.2.1 材料與方法102-103
• 7.2.2 結果與討論103-106
• 7.3 生物法處理母液106-112
• 7.3.1 材料與方法106-107
• 7.3.2 結果與討論107-112
• 7.4 結論112
• 參考文獻112-114
• 第八章 衣康酸清潔生產工藝總結及指標評價114-121
• 8.1 衣康酸清潔生產工藝指標控制效果114-116
• 8.2 衣康酸清潔生產工藝指標評價體系對比116-119
• 8.3 總結與展望119-121
• 致謝121-123
• 附錄123

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