年产一万吨维生素C新工艺

成果简介

技术投资分析：
原料山梨醇按计算量加入一级发酵罐，接入已增殖培养好的菌种、营养物质等进行发酵，发酵成熟醪为D-山梨糖溶液，进入二级发酵罐，接入小菌和大菌，进行二次发酵，用NaOH调节PH，发酵所得2-酮基-L-古龙酸钠成熟醪液经超滤除去菌体和部分可溶性蛋白后，进行膜浓缩，将浓度提高一倍后，浓缩液入蒸发—结晶装置，进行连续结晶，晶浆进入筛网导流离心机，分离所得晶体在氮气保护下干燥得到古龙酸钠中间产品。将古龙酸钠投入甲酯化反应釜，在硫酸催化下，与甲醇反应得到古龙酸甲酯溶液和硫酸钠，滤除硫酸钠后，古龙酸甲酯继续进行内酯化反应，在碱催化下，古龙酸甲酯实现内酯化，生成VC-Na，离心分离出VC钠晶体，回收甲醇，VC-Na晶体溶解后用离子交换膜酸化，回收NaOH，VC溶液进行蒸发浓缩、脱色和阴离子交换树脂处理，再用ISMB模拟流动床分离回收古龙酸，得到的纯品VC溶液进行常温连续结晶，离心分离和低温干燥得到成品维生素C。
工艺特点
（1）新的发酵工程技术：本工程采用底料发酵，浓料连续流加技术，将醇酸转化率由原工艺80%，提高到90%，产酸率由6-7%提高到10%以上，大幅度降低原辅材料消耗。
（2）用连续结晶技术提取古龙酸钠，使古龙酸钠提取工序大为简化，收率提高，同时发酵液不会因离交而稀释，古龙酸钠溶解度又较古龙酸低，所以提取能耗大幅度降低。
（3）古龙酸钠甲酯化技术取代古龙酸甲酯化的传统工艺，大幅提高产品收率，产品质量好。古龙酸钠提取总收率可达到95%以上，古龙酸钠产品纯度可达到98%左右；而离子交换膜酸化技术和ISMB色谱分离技术的采用，使VC钠转化收率可达到95%以上，其纯度可达到90%以上，VC连续结晶技术的进一步改造使VC的精制收率可达到95%以上，VC最终产品可达到英国药典的要求，而且采用连续结晶技术生产的VC产品的粒度分布及光泽度均超过国内“四大家”的品质，达到国际先进水平。
（4）由于在古龙酸钠提取过程中及VC钠酸化过程中均不采用普通离子交换树脂柱处理工艺，“离交”废水不存在了，而古龙酸钠结晶母液又采用了新技术处理，VC钠结晶母液，进入甲醇脱水塔前也采用了新技术进行处理，故基本上解决了VC生产过程中的工艺废水，实现了“闭环生产”和“资源回收再利用”。
（5）由古龙酸浓缩结晶改为古龙酸钠浓缩结晶，提取工艺的改进也降低了对设备耐蚀的要求，用普通不锈钢取代钛材，设备造价大幅降低，显著节约了技改投资。
系统功能
(1)控制功能
控制系统提供了连续控制、顺序控制、逻辑控制、数据采集和通讯等功能。
(2)网络与数据采集功能
SIMATIC S7是一个高性能、模块化的监控网络控制系统。采用该系统能大大降低生产成本，并提高生产效率。系统规模配置灵活可靠。
(3)报警管理功能
系统具有综合报警管理功能，可及时地将生产过程的非正常情况和系统运行的异常情况及时地通知操作员，在操作站的显示器上有专用报警及显示栏显示各种报警情况，并采用声光报警形式输出。
(4)历史趋势功能
历史数据也可按照1秒到24小时的不同间隔采集，在采集数据后，对历史数据作历史趋势显示画面，可及时准确地对过程点和系统点的历史数据进行分析。可滚动显示、放大和缩小显示，用瞄准线来读取某一时刻历史数据值。已存档的历史数据也可以用来进行趋势分析，可将它们与在线的历史数据放在“最佳批量”与“当前批量”进行比较，操作员可以据此立即找出偏差，并采取相应修正措施。
(5)报表功能
系统提供各种打印报表。采用标准格式报表，操作员只要用填表的方法就可以组态生成报表。该报表可有键盘上特定的按钮或显示画面的目标来启动报表打印和按周期和事件生成报表，报表可以直接输出到报表打印机。
（6）操作员/工程师站的功能
●总貌画面
●报警汇总画面
●工艺流程图画面
●模拟量显示画面
●调节回路显示画面
●开关状态显示画面
●报表汇总
●组态菜单
●系统故障显示
●控制及系统组态
●系统编程
●变量存档
●系统设置
系统配置
该工程由发酵车间、古龙酸钠提取车间、转化车间及VC提取车间组成。古龙酸钠提取车间由超滤、蒸发浓缩、连续结晶、洗涤干燥等单元组成。转化车间由甲酯化、内酯化等单元组成、VC提取车间由浓缩、连续结晶、洗涤干燥、色谱分离等组成。其中超滤、色谱分离、干燥包装等单元的控制由设备制造厂配套提供；其余采用PLC系统，设置在车间控制室内。


技术的应用领域前景分析：
风险分析
维生素C的工业化生产已有近70年历史，已被人们广泛认同，在发达国家已形成稳定的市场需求，目前全球市场消费量在10万吨左右，而发展中国家如我国、亚太地区和东欧国家的需求正在稳定增长之中，维生素C生产巨头巴斯夫公司认为：未来维生素市场将出现购销两旺局面，年增长率将达到4%左右。业界普遍预测维生素C的年增长速度约为5%。
市场风险，从全球市场看，目前产能略大于需求，市场是有竞争的。但从竞争格局看，自从我国维生素C产业崛起以后，昔日的国际巨头已雄风不再，目前我国的维生素C产能占全球的60%，而产量已超过总量的70%。2006年我国出口维生素C均价3.3美元/公斤，我国四大厂家采取限产保价措施后，情况改变，加上国外帝斯曼维生素C停产，水产养殖料需求增加，进入2007年维生素C市场价格上升迅速，6月份国内维生素C成交价格最高达到100元/公斤，今年5月我国出口维生素C报价已达9美元/公斤，而且有价无货。由此可见，我国维生素C产业在国际市场上已掌握了相当的话语权，帝斯曼、巴斯夫已不能主宰全球市场了。之所以出现这种局面，是因为我国维生素C生产技术已得到明显提高。对山梨醇的发酵收率由早期的48%，提升至目前的70%左右，发酵单位可高达115-130mg/ml，工艺技术水平的提高直接导致生产成本的下降，在与国外厂商的竞争中，优势已向我方倾斜，迫使国外厂商不得不关闭落后生产装置。进入市场要靠挤，市场风险是可以化解的，只要我们掌握了先进的工艺技术，在市场竞争中就可立于不败之地，这些年维生素C市场的变化充分说明了这一点。
从市场发展前景看：眼下我国维生素C的市场需求正处于井喷的前夕，正像上世纪80年代初，谁也料想不到国内彩电市场会有那么大的需求，时至今日我国已成为世界上彩电拥有量最多的国家，也是生产量最大的国家。维生素C的市场发展也将是这样，即使不计及广大农村居民的需求，仅就城市而言，如果8亿城镇人口维生素C消费水平能达到发达国家人均年消费水平，即人均年消费60克维生素C，国内市场新增维生素C需求量将超过4万吨。
国外发达国家维生素C的应用领域不断扩展，需求增加，亚太及东欧经济发展迅速，对维生素C的消费需求也日趋旺盛，因此，维生素C市场目前产能大于需求的局面不久将得到改变，当此转折的关口，采用新技术、新工艺，改造现有装置，抢占市场制高点，是一招明智之举。
价格风险，近年来维生素C市场竞争导致价格波动频繁而激烈，国际市场维生素C报价从3.2美元/公斤到12美元/公斤反复波动，曾狂跌至2.8美元/公斤，也一度曾高至15.82美元/公斤。国内市场维生素C价格最低曾至20元/公斤低谷，今年以来，已达100元/公斤，最高成交价格曾达150元/公斤。恶意压价竞争是坚持不多久的，成本是最终的决定因素，从目前技术水平来看，我国维生素生产企业总体水平与国外相当，原料成本也大致相当，虽然玉米淀粉价格可能略有差距，但其它原辅材料公用工程等并不比国外高，甚至略低，因此生产成本国内外也大致相当，甚至国内要更低一些。目前国内维生素C生产成本约为30-32元/公斤，市场售价不可能长期低于此价格水平。本项目所采用ISMB色谱，膜分离等现代提取技术及节能降耗技术走在国内各企业前面，将可使生产成本较国内先进水平降低10%左右，因此在面对价格变动时，有更大的抗风险能力。
同时应当看到，我国维生素C产业在提取、精制技术方面与国外存在差距，成品品质较差，迄今为止主要是以原料粉剂形式出口，价格较低，且易受制于人，相反国外厂商以精制成品形式打入我国市场的维生素C产品价格高昂，根据2002-2003年我国海关维生素C产品进出口统计：2002年我国出口维生素C4.4万吨，出口金额1.4627亿美元，均价3.32美元/公斤；2003年出口维生素C5.4万吨，出口金额3.2981亿美元，均价6.10美元/公斤。而同期进口维生素C产品价格远远高于此，2002年进口124吨，进口金额166.23万美元，均价13.406美元/公斤，2003年进口172吨，金额229.05万美元，均价13.37美元/公斤。进出口差价2-4倍。本技改工程将使维生素C产品品质达到国外先进水平，将能更有效地抵御价格风险。
原料风险，维生素C生产以山梨醇为原料，原中原制药厂有配套的生产装置，因此原料供应是有保障的，不存在太大的风险。
技术风险，本技改工程将采用古龙酸钠直接转化为古龙酸甲酯新工艺，该工艺简化工序，提取收率高，减少废水排放，但在技术上有一定难度，国内外一些生产厂家曾做过一些尝试，未能取得预期结果，在实验室试验阶段即无法正常进行下去。我们在吸取前人经验教训的基础上，经反复试验验证，取得了较为满意的结果，尤其是在将反应副产物移出反应体系之外，这一导致前述厂家止步不前的关键环节上实现了成功突破。并在精制工序中引进了用现代先进的色谱分离技术，为提高产品的质量及系统收率提供了可靠保证，因此已将技术风险降至最低。

效益分析：
本技改工程完成后，该厂VC生产技术水平，将达到或超过目前国内VC生产先进水平，这可从以下指标对比中看出。
序号 项目名称 国内先进水平 本技改工程所达指标
1 发酵产酸率 10% ≥10%
2 醇/酸转化率 90% ≥90%
3 古龙酸提取收率 85% ≥95%
4 转化收率 90% ≥93%
5 VC结晶收率 90% ≥95%
6 吨耗电 6000 KwH 4500 KwH
7 吨耗蒸汽 40 T 30 T
8 吨耗水 300 m3 200 m3
9 吨产品排放废水：大量高浓度废水（约100m3左右） 低浓度废水 2.0m3
本技术经济效益很好.
厂房条件建议：








备注：
产品质量标准
序号 检验项目 单位 出口标准
1 性状 白色或类白色晶体或晶体粉末
2 鉴定 呈正反应
3 溶液清晰度 澄清
4 溶液颜色 ≤RY7
5 溶点 ℃ 191-192
6 含量 ％ 99.0-100.0
7 PH 2.2-2.5
8 灼炽残渣 ％ ≤0.1
9 比旋度 ° +20.5-+21.5
10 重金属 ％ ≤0.01
11 草酸 ％ ≤0.2
12 铜 ％ ≤0.0005
13 铁 ％ ≤0.0002
14 铅 ppm ≤2
15 有机挥发性杂质 符合USP30的规定
产品质量完全符合最新版的中国药典、美国药典、英国药典

技术创新点

技术指标或产品性能

应用领域及市场前景分析

产业化效益与风险预测

产业化条件要求

备注