年产6000万吨赖氨酸车间发酵工段工艺设计

-1-海南大学生物工程专业生物工艺课程设计说明书题目：年产6000万吨赖氨酸车间发酵工段工艺设计学号：姓名：年级：11级生物工程指导教师：王新广老师完成日期：2014年05月28日-2-目录1设计任务书…………………………………………………………32设计说明书…………………………………………………………52.1项目概述…………………………………………………………52.2原材料选择………………………………………………………82.3生产方法…………………………………………………………82.4生产流程简述……………………………………………………92.5工艺计算…………………………………………………………152.6主要设备选型及一览表…………………………………………192.7废料处理…………………………………………………………222.8总结………………………………………………………………222.9设计参考文献……………………………………………………23-3-设计任务书一、课程设计的性质与目的生物工程课程设计是一门以生物工艺学、生物工程设备以及相关科学理论和工程技术为基础的、综合性与实践性很强的应用性工程训练。课程设计旨在加强学生对本课程及相关课程理论及专业知识的理解和掌握，训练并提高其在理论计算、结构设计、工程绘图、资料文献查阅、运用相关标准与规范及计算机应用等方面的能力；同时，为其它专业课程的学习和毕业设计（论文）奠定良好的基础。二、课程设计基本要求（一）通过生物工程课程设计的训练，提高学生以下几方面的能力：1.搜集实际工业生产工艺数据，熟悉技术文献、资料；2.合理设计工艺流程，准确进行工艺计算和设备设计选型计算；3.以精简的文字、清晰的图表来表达个人设计思想、设计结果；4.树立科学、经济的设计思想，兼顾安全、劳保、环保等要求。（二）总体要求1.在设计过程中，要发挥独立思考、独立工作的能力；2.本课程设计的重点训练，是物料衡算和设备计算与选型；3.设计计算说明书，应内容完整，简明扼要，文句通顺，字迹端正。设计图纸应按标准绘制，内容完整，主次分明。（三）课程设计过程中学生应做到以下要求：1.树立正确的设计指导思想，严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索的作风和学风。2.认真查阅资料，并根据所给资料，按照任务书中提出的要求按时独立完成，不得延误，不得抄袭他人成果。3.遵守课程设计时间安排。学生要发挥自主学习的能力，充分利用时间，安排好课程设计进程，并在设计过程中不断检查计划完成情况，及时的向教师汇报。4.认真书写报告，按照教学要求务必在规定时间内完成课程设计任务并提交所有文档及材料。三、课程设计的指导思想1.在工艺上的选择和设备的选用上为确保工艺稳定、可靠和产品质量，部分采用传统式，同时进行革新改造，引进一部分国外较先进的技术和设备。2.设计中考虑尽量降低操作费用及产品的单耗量，使其具有上马快、收效大的特点。3.设计考虑到工厂今后的发展趋势（如增加品种、扩大产量等），在建筑和平面布置上-4-及设备选取上，都留有适当的余地，同时又不致于造成现有设备、场地的太大浪费。4.设计考虑到工人劳动条件的改善及劳动强度的降低，采用一些新工艺、新设备，同时又确保产品质量。5.考虑到工厂的环境，进行了污水处理，改善环境污染。6.设计采用部分自动化仪表控制，缩短本厂在机械化、自动化水平上与国外先进水平差距。四、课程设计要点（一）确定生产工艺流程和工艺条件按照给定的设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数和数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定。选择、确定的原则主要有：合法性；技术先进性和成熟可靠性；经济合理性；安全性；结合实际情况；并且要简洁、简单。并对所选工艺进行说明。（二）就设计题目、确定的生产方法和基础数据进行产品生产过程的总物料衡算，列出物料衡算表。(三)绘制工艺流程图1.要求以图解的形式表示出：设备形象示意图、大小及相互位置与距离，定性地标出物料去向，连接的管线，泵、阀门、电机的位置。2.物料用粗实线，设备、管线用细实线。3.列出设备一览表。五、课程设计成果及要求课程设计说明书和设计图纸，是反映设计成果的技术文件，课程设计应满足初步设计深度对设计文件的要求。设计完成后应提交设计说明书(含计算书)一份，设计图纸一份。设计说明书内容(1)设计任务；(2)设计资料；(3)流程确定。包括流程的阐述论证，物料衡算，绘出工艺流程示意图；设计要求1、方案选择应论据充分，具有说服力。2、设计参数选择有根据，合理全面。3、计算所选用的公式要有来源依据，计算应有足够的准确性。设计计算说明书应层次清楚，语言简练，书写工整，说明问题。六、生物工艺课程设计题目6200t/a赖氨酸车间发酵工段工艺设计七、原始资料1、产品名称：味精（L-谷氨酸单钠盐-水化合物，MonosodiumL-Glutamate，简写MSG）2、工厂厂址：海口近郊。3、生产原料：淀粉-5-4、生产天数：全年生产300天。5、气候条件：温度：极端高温39℃，最低温度6℃，平均温度23.8℃。湿度：最高湿度92%，平均湿度85%。水温：河水（1米以下），最高30℃，最低10℃。自来水，最高30℃，最低10℃。深井水，18℃。风频率：年平均风速：3.3m/s。降水量：年平均：1691mm/s。风向：东北风和东风。八、时间分配与计划进度1、设计期限1.5周2、时间分配指导教师讲解设计原则与程序，布置设计任务0.5天(1)查阅资料，拟定工艺流程、制定方案、熟悉了解和掌握设计原理2天(2)物料衡算1.5天(3)绘制设计图2天(4)整理编写设计说明书2天合计8天（1.5周）设计说明书2.1项目概述2.1.1赖氨酸的介绍赖氨酸（L-Lysine）：名称2，6-二氨基己酸，化学结构简式为H2N（CH2）4CH(NH2)COOH，相对分子质量：146.19。赖氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的21种氨基酸之一。L—赖氨酸是人体必需氨基酸，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用，而又是人体内不能合成的八种氨基酸(色氨酸，苯丙氨酸，赖氨酸，苏氨酸，蛋氨酸，亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸等，这八种氨基酸称营养必需氨基酸)之一缺少时则产生蛋白质代谢障碍和机能障碍。而且在人们的主食大米和面粉蛋白质中赖氨酸含量极少。如缺乏则引起蛋白质代谢障碍及功能障碍，导致生长障碍。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸。饲料中添加的赖氨酸有两种，即L－赖氨酸和DL－赖氨酸。因动物只能利用L－赖氨酸。作为商品的饲用级赖氨酸通常是纯度为98.5％以上的L－赖氨酸盐酸盐，相当于含赖氨酸-6-（有效成分）78.8％以上，为白色一淡黄色颗粒状粉末，稍有异味，易溶于水。90％以上的L－赖氨酸是以糖蜜为原料发酵生产的产品。此外，日本、美国、德国等国已利用化学合成的2－氨基ω－己内酰胺作原料，通过微生物酶消旋和水解生产L－赖氨酸。2.1.2赖氨酸的性质纯品为白色针状结晶，无味或稍带特殊臭味，易溶于水，溶液的PH值为5.0~6.0，难溶于有机溶液，有旋光性，熔点263~264C。赖氨酸难于结晶，市售商品通常为98%的L-赖氨酸盐酸盐。具有旋光性。由于游离的L-赖氨酸极易潮解，因具有氨基酸而易发黄变质，并具有刺激性腥味，难于长期保存。因此，一般商品都是L-赖氨酸盐酸盐。赖氨酸盐酸通常较稳定，高温下易结块，相对湿度60%以下稳定，60%以上则生成二水合物，与维生素C和维生素K并存则着色。碱性条件及直接在还原糖存在加热则分解，易溶于水，水溶液呈中性至微酸性，与磷酸、盐酸、氢氧化钠、离子交换树脂等一起加热，能起到外消旋作用。2.1.3赖氨酸的作用赖氨酸的作用包括建立肌肉组织，从创伤或受伤恢复，并帮助更有效吸收钙。它还有助于身体产生抗体，酶和激素。其作用主要包括：(1)调节人体代谢平衡(2)有助于身体产生抗体(3)控制人体生长的重要物质(4)有效吸收钙，防止骨质流失。缺乏赖氨酸的症状包括疲劳，虚弱，恶心，呕吐，头晕，没有食欲，发育迟缓，贫血等。可以在医疗专业人员建议下采取赖氨酸营养补品。赖氨酸每日的建议摄入量是儿童每磅体重10毫克，成年人每天在3000-9000毫克之间。已经证明它对一些特定疾病是有益的。已知赖氨酸的功效包括治疗单纯疱疹病毒和带状疱疹引起的唇疱疹。摄入赖氨酸可以大大缩短治愈的时间。研究已经表明，它具有改善免疫系统，抵制单纯疱疹和带状疱疹病毒的功效。2.1.4赖氨酸研究出现的问题我国是世界上赖氨酸用量第一大国，第十个五年计划末，我国赖氨酸年需求量将达到20万吨。L-赖氨酸是玉米深加工的重要产品。产品的附加值高，经济效益十分显著。但我国赖氨酸生产仍存在一些问题：（1）自动化程度不高。目前我国赖氨酸生产中，大部分操作是人工完成的，因此不能对一些控制因素（如糖耗、pH、温度）作出迅速反应；另外，一些关键的仪表（如耐高温的pH计、溶氧仪）、阀门等检测仪器水平和设备水平也有待提高。赖氨酸生产是一项生物工程的高新技术，应加强对赖氨酸发酵机理的理论研究，找出发酵中各影响因素关联式，以便于用-7-计算机控制生产，提高生产过程自动化程度。（2）能耗问题。国外生产1t赖氨酸需要标准煤8t，而我国需要15-20t，因此开发低能耗的浓缩装置十分必要。（3）培育高产新品种、加强赖氨酸结晶最佳条件的研究也是当前生产中亟需解决的问题；另外，合成法和酶法都较为经济，又便于大规模生产，应加大研究开发的力度。赖氨酸是世界上仅次于味精的第二大氨基酸，目前全球赖氨酸的生产能力近60万吨。2.1.5建设规模及产品方案1）建设规模：年产6000T。2）产品标准：L—赖氨酸盐L—ＬYSINE·HCL分子式：C6H14N2O2·HCL3）生产方法：采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，日本多采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经过发酵、过滤、中和、精制、干燥而得成品，必要时进行重结晶。4）工作制度：年工作日按300d计5）生产指标指标名称指标数单位生产规模年工作日产品日产量发酵周期一周期产量提纯收率（自发酵液计算）倒罐率6000300209680000800.1t/adt/dhkg%%-8-质量纯度提取率糖酸转化率产品纯度998047.897%%%%2.2原材料的选择工业上选择生产原料时，不但要考虑工艺上的要求，还要考虑生产管理和经济上的可行性。在大规模工业生产中，选择原料一般要考虑到下述要求：(1)因地制宜，就近取材，价格低廉；(2)原料中可利用成分高，末严重污染，抑制生长和产酸的物质要少或能够去除，能满足工艺上的要求；(3)原料资源丰富，便于采购运输，适于大规模储藏，保证生产上的供应。因此，我们通常采用玉米淀粉或糖蜜。2.3生产方法1960年日本的木下祝郎等用紫外线照射谷氨酸柞杆菌得到一株营养缺陷型变异株，从此开始了发酵法工业生产商品赖氨酸。世界上生产的主要方法有微生物发酵法、化学酶法、提取法和合成法四种。其中最重要的是化学酶法和微生物发酵法。2.3.1化学酶法此法是借助于有机合成与生物化学工程相结合的生产技术，可以己内酰胺或二氢呋喃为起始原料，或以糠醛为原料制取。制取尼龙原料己内酰胺时，有大量的还己烯生成，用环己烯易于合成DL—氨基己内酰胺（DL-ACL），以此为原料采用水解酶法生产赖氨酸，分为两步反应进行。先用L—ACL水解酶，不对称水解L-ACL的环状酰胺链，生成L—赖氨酸，再用ACL消旋酶使残存的D-ACL消旋化反应。具体工艺中采用罗氏隐环酵母等进行水解反应，用奥巴无色杆菌进行消旋反应。100/L的DL-ACL几乎全部转化为L—赖氨酸。2.3.2微生物发酵法发酵法包括一步法和经由二氨基庚二酸的二步法。通常以废糖蜜，淀粉为原料，采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，日本多采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经过发酵、过滤、中和、精制、干燥而得成品，必要时进