年产200吨L-丝氨酸发酵车间的设计

目录1．概述..................................................................................................................21.1产品概述..................................................................................................21.2设计概述..................................................................................................21.2.1设计依据：...................................................................................21.2.2设计范围.......................................................................................31.2.3指导思想.......................................................................................32.原材料及产品的主要技术规格.........................................................................33.生产流程简述.....................................................................................................44．工艺计算..........................................................................................................44.1物料衡算..................................................................................................44.1.1发酵罐...........................................................................................44.1.2种子罐...........................................................................................44.2热量衡算..................................................................................................54.2.1发酵罐（不锈钢蛇管传热）.......................................................54.2.2种子罐...........................................................................................65.主要设备的计算.................................................................................................65.1发酵罐的设计..........................................................................................65.2搅拌器轴功率计算..................................................................................85.3接种罐的计算..........................................................................................85.4种子罐轴功率计算..................................................................................95.5贮罐计算..................................................................................................95.6配料罐的计算........................................................................................105.6.1发酵罐配料罐.............................................................................105.6.2种子罐配料罐.............................................................................105.7离心机计算............................................................................................106.其它...................................................................................................................108.致谢...................................................................................................................12年产200吨L-丝氨酸发酵车间的设计1．概述1.1产品概述丝氨酸(简称Ser.)是一种重要的生化试剂和药剂,在氨基酸输液和氨基酸胶囊以及多肽合成等方面发展迅速。同时丝氨酸的衍生物也具有优良的药用和生物活性,如α-取代丝氨酸被应用于设计肽,而且是免疫抑制剂ISP（多球壳菌素Myriocin,嗜热菌杀酵母素Thermozymocidin）和免疫激活剂,神经鞘真菌素E等生物活性物质的有效组成部分；L-丝氨酸的磷酸脂具有解除疲劳,恢复体力等功效偶氮丝氨酸常用于治疗肿瘤。目前L-丝氨酸生产水平还较低,在世界氨基酸生产行业中L-丝氨酸是工业化生产难度较大的氨基酸。日本用前体发酵法生产L-丝氨酸,在1969年产量为4t,在1990年70t,在1996年100t,2002年280t。中国以前大多采用蛋白质水解法提取,然而分离困难,始终未能形成生产规模。四川南充药厂生产是用发酵法,生产周期长,收率低也不宜推广应用。而湖北八峰药化采用酶促法转化生产L-丝氨酸,2003年3月建成一条年产50t的生产线,产酸量及转化率均达到国际先进水平。1.2设计概述本设计是关于年产200吨L-丝氨酸发酵车间的初步设计，包括生产车间的设计和布置，发酵工段的工艺设计，设备选型。最后完成任务书要求的相关图纸的绘制。1.2.1设计依据：（1）依据与工厂设计和生产工艺相关的各种资料。如《化工工艺设计手册》（2）GB/T50103—2001《总图制图标准》（3）GB50187—93《工业企业总平面设计规范》（4）GB12348—90《工业企业厂界噪声标准》（5）《化工原理》（6）《生物工艺原理》（7）《生物工程设备》1.2.2设计范围（1）L-丝氨酸生产工艺的设计和生产工段的计算（2）主要设备的计算和选型（3）带控制点的工艺流程图1.2.3指导思想发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。发酵工程的三个阶段均分别有它们各自的工艺原理和设备及过程控制原理，它们一起构成发酵工程原理。千百年，特别是最近几十年的发酵工业生产的实践证明:微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。从生物科学的角度重新审视发酵工程，发现发酵工程最基本的原理是其生物学原理，而前述的发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上。因此，发酵工程的生物学原理是发酵工程最基本的原理，并且可以把它简称为“发酵原理”。2.原材料及产品的主要技术规格培养基：LB培养基蛋白胨10g酵母浸出液5g氯化钠5g水1000ml3.生产流程简述1.将LB培养基共0.25m3放入0.3m3的种子罐配料罐中，待搅拌均匀后，用泵打入种子罐中，种子罐用138℃水蒸气进行夹套加热灭菌（使培养基从25℃升至121℃），再用冷却水使之冷却到37℃，接入菌种后培养到对数期待用。2．在12m3的发酵罐配料罐中加入8.35m3的LB培养基，开启搅拌待混匀后，用泵打入发酵罐中，进行灭菌，用138℃水蒸气先进行间接加热（使培养基从25℃升至90℃），再用蒸汽直接加热（使培养基从90℃升至121℃），然后用冷却水使之冷却到37℃，待用。3.将种子罐中的料液放入发酵罐中发酵14h，再用离心机进行离心分离，收集菌体，废液放入贮罐中。4．工艺计算4.1物料衡算已知LB培养基的成分：酵母提取物5g，蛋白胨10g，NaCl5g，水1000ml4.1.1发酵罐发酵液G=8768kg，酵母提取物G1=87684310205kg蛋白胨G2=876886102010kgNaClG3=87684310205kg水G水=8768860010201000kg=8.6610ml4.1.2种子罐发酵液G=263.6kg酵母提取物G1=263.629.110205kg蛋白胨G2=263.658.2102010kgNaClG3=263.629.110205kg水G水=263.64.25810201000kg=2.58510ml4.2热量衡算4.2.1发酵罐（不锈钢蛇管传热）1.间接加热过程的蒸汽量（培养基温度从25℃升到90℃）已知G=1050876835.8kg，t1=25℃，t2=90℃c=4.18kJ/(kg·℃)st=138℃查表得r=2155.6kJ/kgK=1250~1900kJ/(m2·h·℃)取K=1674kJ/(m2·h·℃)=5%~10%，取10%)1()(12rttGcS=%)101(6.2155)2590(18.48768=1215.7kg已知=1~1.5h取=1hKFGc㏑Fttttss167418.4876821㏑9013825138=1F=18.7m22.直接加热过程的蒸汽量（培养基温度从90℃升到121℃）t1=90℃，t2=121℃查表得138℃下i=2735.2kJ/kg，sc=4.18kJ/(kg·℃)=5%~10%，取10%1.560%)101(12118.42.2735)90121(18.48768)1()(212tcittGcSskg3.冷却阶段的冷却水用量1211st℃st2=