柠檬酸生产工艺流程

长寿花 （CAM-植物 "Crassulacean acid metabolism" (CAM)）属于C4类植物。 晚上: CO2吸收和固定于磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。生成的草酰乙酸(OA)会被还原为苹果酸，并储存于细胞的液泡中。该过程中伴随有酸化，pH值降低在日间光反应里产生的还原物质也会在这里发挥作用。 日间: 在液泡里的酸性物质(主要是苹果酸，但也有天门冬氨酸)会被脱羧。释放的 CO2进入卡尔文循环。 所以它储氧能力很强,白天气孔关闭,晚上气孔张开,放氧的同时吸收CO2 可以净化空气

（1）好氧性发酵 在发酵过程中需要不断地通人一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行柠檬酸发酵、利用棒状杆菌进行谷氨酸发酵、利用黄单抱菌进行多糖发酵等等。

（2）厌氧性发酵 在发酵时不需要供给空气，如乳酸杆菌引起的乳酸发酵、梭状芽抱杆菌引起的丙酮、丁醇发酵等。

（3）兼性发酵 酵母菌是兼性厌氧微生物，它在缺氧条件下进行厌气性发酵积累酒精，而在有氧即通气条件下则进行好氧性发酵，大量繁殖菌体细胞。

按照设备来分，发酵又可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵。

一般敞口发酵应用于繁殖快并进行好氧发酵的类型，如酵母生产，由于其菌体迅速而大量繁殖，可抑制其他杂菌生长。所以敞口发酵设备要求简单。相反，密闭发酵是在密闭的设备内进行，所以设备要求严格，工艺也较复杂。浅盘发酵（表面培养法）是利用浅盘仅装一薄层培养液，接人菌种后进行表面培养，在液体上面形成一层菌膜。在缺乏通气设备时，对一些繁殖快的好氧性微生物可利用此法。深层发酵法是指在液体培养基内部（不仅仅在表面）进行的微生物培养过程。

液体深层发酵是在青霉素等抗生素的生产中发展起来的技术。同其他发酵方法相比，它具有很多优点：

①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。

②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）易于扩散，使发酵可在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模。

③液体输送方便，易于机械化操作。

④厂房面积小，生产效率高，易进行自动化控制，产品质量稳定。

⑤产品易于提取、精制等。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。

需氧生物处理法　 利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法。

生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为COHNS。在废水需氧生物处理中全部反应可用以下两式表示：

微生物细胞+COHNS+O2—→较多的细胞+CO2+H2O+NH3

生物体系中这些反应有赖于生物体系中的酶来加速。酶按其催化反应分为：氧化还原酶：在细胞内催化有机物的氧化还原反应，促进电子转移，使其与氧化合或脱氢。可分为氧化酶和还原酶。氧化酶可活化分子氧，作为受氢体而形成水或过氧化氢。还原酶包括各种脱氢酶，可活化基质上的氢，并由辅酶将氢传给被还原的物质，使基质氧化，受氢体还原。水解酶：对有机物的加水分解反应起催化作用。水解反应是在细胞外产生的最基本的反应，能将复杂的高分子有机物分解为小分子，使之易于透过细胞壁。如将蛋白质分解为氨基酸，将脂肪分解为脂肪酸和甘油，将复杂的多糖分解为单糖等。此外还有脱氨基、脱羧基、磷酸化和脱磷酸等酶。

许多酶只有在一些称为辅酶和活化剂的特殊物质存在时才能进行催化反应，钾、钙、镁、锌、钴、锰、氯化物、磷酸盐离子在许多种酶的催化反应中是不可缺少的辅酶或活化剂。

在需氧生物处理过程中，污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分三个阶段：第一阶段，大的有机物分子降解为构成单元——单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二阶段中，第一阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种：二氧化碳、水、乙酰基辅酶A、α-酮戊二酸(或称α-氧化戊二酸)和草醋酸(又称草酰乙酸)。第三阶段(即三羧酸循环，是有机物氧化的最终阶段)是乙酰基辅酶A、α-酮戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段，都释放出一定的能量。

在有机物降解的同时，还发生微生物原生质的合成反应。在第一阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，再进一步合成细胞原生质。合成能量是微生物在有机物的氧化过程中获得的。

厌氧生物处理法　 主要用于处理污水中的沉淀污泥，因而又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水，所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。

城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为三个阶段(见图)。在第一阶段，污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第二阶段是在产酸菌的作用下将第一阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等；同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。

第一、二阶段又称为液化过程。第三阶段是在甲烷菌的作用下将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳，因此又称为气化过程，其反应可用下式表示：

一些有机酸或醇的气化过程举例如下：

乙酸：CH3COOH—→CO2+CH4

丙酸：4CH3CH2COOH+2H2O—→5CO2+7CH4

甲醇：4CH3OH—→CO2+3CH4+2H2O

乙醇：2CH3CH2OH+CO2—→2CH3COOH+CH4

为了使厌氧消化过程正常进行，必须将温度、pH、氧化还原电势等保持在一定的范围内，以维持甲烷菌的正常活动，保证及时地和完全地将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷。

生物化学反应的速率直接受温度的影响。进行厌氧消化的微生物有两类：中温消化菌和高温消化菌。前者的适应温度范围为17℃～43℃，最佳温度为32℃～35℃；后者则在50℃～55℃具有最佳反应速率。

近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。

利用生物法处理废水的具体方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地处理系统和污泥消化等。

外观

白色结晶粉末

应用

工业,食品业,化妆业

别名

枸橼酸、3-羧基-3-羟基戊二酸、2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸

理化性质

从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离。[1]

在室温下，柠檬酸为白色结晶性粉末，无臭、味极酸[2]，密度1.542g/cm3，熔点153-159℃，175℃以上分解释放出水及二氧化碳。柠檬酸易溶于水，20℃时溶解度为59%，其2%水溶液的pH为2.1。柠檬酸结晶形态因结晶条件不同而存在差异，在干燥空气中微有风化性，在潮湿空气中有吸湿性，加热可以分解成多种产物，可与酸、碱、甘油等发生反应。柠檬酸溶于乙醇时与乙醇反应，生成柠檬酸乙酯[3]

柠檬酸

电离情况

柠檬酸的电离常数为：pK1=3.13；pK2=4.76；pK3=6.40，从电离常数来看，柠檬酸酸性比较强。柠檬酸电离后主要存在形式和pH有关。在化学镀镍操作的pH值条件下，绝大部分柠檬酸都已电离成三价的柠檬酸根离子。

柠檬酸在不同pH值下的电离情况0

药物制剂中的作用机理

增强酸疼

柠檬酸盐能增强酸疼，但不引起酸疼。药物制剂中的柠檬酸通过增强酸感觉离子通道1（ASIC1）引起疼痛。数据表明，ASIC 1和是皮下酸灌注引起的伤害性反应所必需的，中性柠檬酸盐尽管不诱导ASIC 1电流或伤害性行为本身，通过去除细胞外钙离子对ASIC 1的抑制作用，也可以增强酸伤害性感受。实验确定了ASIC 1作为用于检测酸引起的注射部位疼痛的关键受体，中性柠檬酸盐不刺激ASIC 1。此外，实验证明了柠檬酸通过去除钙对受体胞外侧的抑制作用来增强ASIC 1。[14]

天然存在

天然柠檬酸在自然界中分布很广，天然的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的。

很多种水果和蔬菜，尤其是柑橘属的水果中都含有较多的柠檬酸，特别是柠檬和青柠——它们含有大量柠檬酸，在干燥之后，含量可达8%（在果汁中的含量大约为47g/L）。在柑橘属水果中，柠檬酸的含量介于橙和葡萄的0.005mol/L和柠檬和青柠的0.30mol/L之间。这个含量随着不同的栽培种和植物的生长情况而有所变化。[4]

注意事项

食用危险

柠檬酸为食用酸类，可增强体内正常代谢，适当的剂量对人体无害。在某些食品中加入柠檬酸后口感好，并可促进食欲，在中国允许果酱、饮料、罐头和糖果中使用柠檬酸。[5]

基于柠檬酸对钙的代谢可产生的影响，经常食用罐头、饮料、果酱、酸味糖果的人们，特别是孩子，要注意补钙，多喝牛奶、鱼头、鱼骨汤、吃些小虾皮等，以免导致血钙不足而影响健康，胃溃疡、胃酸过多、龋齿和糖尿病患者不宜经常食用柠檬酸。柠檬酸不能加在纯奶里，否则会引起纯奶凝固。乳制品行业常把柠檬酸配成10%左右的溶液加入低浓度的牛奶溶液中，加入时应快速的搅拌。[5]

贮藏条件

应贮藏于气密容器内，置阴凉干燥处保存。[6]

生产工艺

菌种的培养

在柠檬酸的工业生产中都采用微生物发酵法，而有价值的只有几种曲霉菌和酵母菌，其中黑曲霉菌是工业中具有竞争力的菌种，酵母中竞争力强的有解脂假丝酵母和季也蒙赤酵母等。[7]

黑曲霉是在琼脂上培养的，在琼脂上成局限菌落，在室温下培养10~14天，成为丰富密集的孢子梗，菌落为黑色，有时也为深褐黑色。考虑到柠檬酸生产菌应具有产酸能力强和耐柠檬酸浓度高的特点，可采用酸性滤纸法、变色圈法和单孢子移植法将黑曲霉分离出来，以避免其他杂菌干扰，使其成为生产柠檬酸用黑曲霉。[7]

酵母的培养可用于柠檬酸生产的酵母有解脂假丝酵母和季也蒙假丝酵母2种。前者有很强的分解脂肪的能力，较好的炭源是正烷烃。后者可由烷烃发酵生成柠檬酸，也可由糖类发酵生成柠檬酸，酵母发酵pH值为3.5~4.0。[7]

发酵

1940年，H.A.克雷伯斯提出三羧循环学说以来，柠檬酸的发酵机理逐渐被人们所认识。已经证明，糖质原料生成柠檬酸的生化过程中，由糖变成丙酮酸的过程与酒精发酵相同，亦即通过E-M途径（二磷酸己糖途径）进行酵解。然后丙酮酸进一步氧化脱羧生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸缩合成为柠檬酸并进入三羧循环途径。[8]

三羧酸循环

柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中，当微生物体内的乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低、而柠檬酸合成酶活性很高时，才有利于柠檬酸的大量积累。[8]

发酵工艺分表面发酵和固体发酵，按不同工艺制备不同原料的培养基，然后进行蒸料。蒸料的目的是将淀粉糊化，并进行灭菌。蒸料时要使物料受热均匀，蒸汽通畅，边蒸边加料，把料加在冒汽的地方，逐层加入。蒸好的物料要扬散摊凉，当温度降至37℃以下，即可补水接种，装盘发酵，发酵终点以酸度来决定，定期测定酸度，保证在酸度最高时出料，以免柠檬酸被细菌分解。[7]

提取

发酵结束后，要对发酵醛进行处理。表面发酵要即时把菌盖和发酵液分开，再用少量水洗涤菌盖和浅盘，发酵液和洗水合并；固体发酵中的柠檬酸要用水浸出，水温80℃，浸出2~3次，浸水合并。发酵酸用压滤机过滤，滤液和洗水合并，打入滤液槽。柠檬酸与钙盐和钙碱反应生成柠檬酸钙从液相中沉淀出来，与可溶性杂质分开。酸液中若含草酸多，则可在热的中和液中，于pH值3以下沉淀析出，从而使草酸盐先分离出来。中和终点用精密试纸测试，保持pH值在6.0~6.8。在85℃左右搅拌30分钟，使硫酸钙充分析出，过滤。柠檬酸钙用硫酸酸解，按溶液中柠檬酸含量确定硫酸的用量，一般硫酸过量不超过0.2%。酸解后，酸液进行过滤。柠檬酸溶液的净化通过吸附脱色和离子交换除去溶液中的色素、胶体和铁离子、钙离子、铜离子、镁离子等金属阳离子以及硫酸根离子等阴离子。

氯化铝，是一种无机化合物，化学式为AlCl3，是氯和铝的化合物。氯化铝熔点、沸点都很低，且会升华，为共价化合物。熔化的氯化铝不易导电，和大多数含卤素离子的盐类（如氯化钠）不同。

AlCl3是“YCl3”结构，为Al3+立方最密堆积层状结构，而AlBr3中Al3+却占Br−最密堆积框架的相邻四面体间隙。熔融时AlCl3生成可挥发的二聚体Al2Cl6，含有两个三中心四电子氯桥键，更高温度下Al2Cl6二聚体则离解生成平面三角形AlCl3，与三氟化硼（BF3）结构类似。

氯化铝是白色结晶性粉末。氯化铝的蒸气或溶于非极性溶剂中或处于熔融状态时，都以共价的二聚分子（Al2Cl6）形式存在。可溶于水和许多有机溶剂。水溶液呈酸性。芳烃存在下，氯化铝与铝混合可用于合成二（芳烃）金属配合物。例如，二苯铬就是通过特定金属卤化物经由Fischer-Hafner合成制备的。

中文名

氯化铝[2]

外文名

aluminium chloride[2]

别名

无水氯化铝[2]

化学式

AlCl3[2]

分子量

133.34[2]

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简介物理性质化学性质主要用途泄漏应急处理防护措施急救措施安全信息TA说

简介

氯化铝，化学式为AlCl3，是铝的氯化物。氯化铝熔点、沸点都很低，会升华，为共价化合物。熔化的氯化铝不易导电，与大多数含卤素离子的盐类（如氯化钠）不同。

AlCl3是“YCl3”结构，为Al3+立方最密堆积层状结构，而AlBr3中Al3+却占Br−最密堆积框架的相邻四面体间隙。熔融时AlCl3生成可挥发的二聚体Al2Cl6，含有两个三中心四电子氯桥键，更高温度下Al2Cl6二聚体则离解生成平面三角形AlCl3，与BF3结构类似。

氯化铝是无色透明晶体或白色而微带浅黄色的结晶性粉末。氯化铝的蒸气或溶于非极性溶剂中或处于熔融状态时，都以共价的二聚分子形式存在。可溶于水和许多有机溶剂。水溶液呈酸性。芳烃存在下，氯化铝与铝混合可用于合成二（芳烃）金属配合物。例如，二苯铬就是通过特定金属卤化物经由Fischer-Hafner合成制备的。

物理性质

氯化铝，白色结晶性粉末，有强盐酸气味，工业品呈淡黄色。易溶于水、醇、氯仿、四氯化碳，微溶于苯。熔化的氯化铝不易导电，和大多数含卤素离子的盐类（如氯化钠）不同。氯化铝的水溶液完全解离，是良好的导电体。

氯化铝

氯化铝在178℃升华，它的蒸气是缔合的双分子。在空气中能吸收水分，一部分水解而放出氯化氢。

氯化铝为无色透明晶体或白色而微带浅黄色的结晶性粉末。极易吸收水分并部分水解放出氯化氢而形成酸雾。易溶于水并强烈水解，溶液显酸性。也溶于乙醇和乙醚，同时放出大量的热。[1]

化学性质

氯化铝是强路易斯酸，可和路易斯碱作用产生化合物，甚至也可和二苯甲酮和均三甲苯之类的弱路易斯碱作用。 若有氯离子存在，氯化铝会生成四氯合铝酸根离子（AlCl4-）：

AlCl3(aq) + Cl-(aq) ⇌ AlCl4-(aq)

在水中，氯化铝会部分水解，形成氯化氢气体或H3O+离子。其水溶液和其他含铝物质的溶液相同，含有水合铝离子，跟适当份量的氢氧化钠反应可生成氢氧化铝沉淀：

AlCl3(aq) + 3 NaOH(aq) =Al(OH)3(s) + 3NaCl(aq)

AlCl3(aq) + 3H2O =AlO2-+ 3HCl + H3O+

AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O

氯化铝容易潮解，由于水合会放热，遇水可能会爆炸。它会部分水解，释放氯化氢。

溶液呈酸性，这是由于铝离子部分水解造成的。

[Al(H2O)6]3+ + H2O ⇌ [Al(OH)(H2O)5]2+ + H3O+

主要用途

1、氯化铝主要用在傅-克反应中，例如以苯和光气为原料制备蒽醌，应用于染整工业中。 在广义的傅-克反应中，酰氯或卤代烷和芳香族物质的反应式：

傅-克反应

2、苯及其衍生物在发生上述反应时，主产物是对位的异构物。相比较下，烷基化反应涉及的问题较多，不如酰基化反应应用广泛。无论是哪种反应，氯化铝和其他原料和仪器都必须是中等干燥的，少量的水有助于反应进行。

由于氯化铝可与反应产物配位，因此应用在傅克反应时，它的用量必须与反应物相同，而非“催化量”。反应后的氯化铝很难回收，会产生大量的腐蚀性废料。为了达到绿色化学的要求，化学家开始使用氟化钇或氟化镝来替代氯化铝，减少污染。

3C5H7O5COOH+AlCl3==(C5H7O5COO)3Al+3HCl

。

聚合氯化铝颜色为黄色或淡黄色，聚合氯化铝铁为深红色或深褐色、黑色。

聚合氯化铝铁是在聚合氯化铝和聚合硫酸铁的基础上,适应市场的要求,结合二者的优点,开发出既具有聚合氯化铝的水解熟读开,处理的水浊度小,有具有聚合硫酸铁分子量高,沉降快的新产品.在水处理领域得到了广泛的应用技术指标 聚合氯化铝铁（PAFC）是由铝盐和铁盐混凝水解而成一种无机高分子混凝剂,依据协同增效原理,加入 聚合氯化铝铁单质铁离子或三氧化铁和其它含铁化合物复合而制得的一种新型高效混凝剂.它集铝盐和铁盐各自优点,对铝离子和铁离子的形态都有明显改善,聚合程度大为提高.取铝、铁混凝剂各自对气浮操作有利之处,改善聚合氯化铝的混凝性能；对高浊度水和低温低浊水的净化处理效果特别明显,可不加碱性助剂或其它助凝剂.