年产5000吨L-苯丙氨酸发酵工厂设计

课程设计设计题目：年产5000吨L-苯丙氨酸发酵工厂设计摘要本设计主要是进行年产5000吨苯丙氨酸工厂的初步设计。在对苯丙氨酸的结构及其在工业中重要应用作了分析后，拟在湘潭九华经济区投资L-苯丙氨酸生产工厂。首先，对投资项目进行了认真的地分析及对厂址进行认真地选择。同时，对L-苯丙氨酸的生产工艺作了优化，然后依据拟定的产量与工艺流程对生产车间进行了物料衡算、热量衡算、与主要生产设备的选型，其次，对三废处理等方面也作了一个初步的设计方案。整个设计充分考虑了目前的经济状况和今后发展的需要，从节能的角度出发选择设备。生产流程尽量提高机械化、自动化水平，同时力求技术上先进，质量上可靠，布局上合理、规范。关键字：L-苯丙氨酸；发酵；工厂设计目录1.引言......................................................................................32.概述......................................................错误!未定义书签。2.1产品需求初步预测.............................错误!未定义书签。2.2投资的必要性和经济意义...............错误!未定义书签。2.3地理环境............................................错误!未定义书签。2.4生产工艺选择...................................错误!未定义书签。2.5产品方案.............................................错误!未定义书签。2.6工艺流程图.......................................错误!未定义书签。2.7工艺要点............................................错误!未定义书签。3.物料恒算..............................................错误!未定义书签。3.1.原料的物料恒算...............................................................84.设备选型..............................................错误!未定义书签。4.1.设备选型原则.................................................................154.2.选型过程.........................................................................194.2.1.生产能力计算过程....................................................194.3.主要设备选型表.............................................................325.热量恒算..............................................错误!未定义书签。5.1.培养基连续灭菌用蒸汽量...............错误!未定义书签。5.2.发酵罐空罐灭菌蒸汽量...................错误!未定义书签。5.3...........................................................液化工艺热量衡算415.4L-苯丙氨酸发酵的水平衡计算.....................................416.车间布置设计..............................................................416.1发酵工厂的车间组成.......................错误!未定义书签。6.2.车间建筑...........................................................................436.3厂内部总平面布置的卫生...............................................436.4厂房内部卫生...................................................................436.5管道卫生.............................................错误!未定义书签。7.环境保护与综合利用....................错误!未定义书签。7.1.处理方案.............................................错误!未定义书签。8.结论....................................................................................45参考文献....................................................................................46附录............................................................................................47致谢..............................................................错误!未定义书签。1.引言L-苯丙氨酸分子式：L-苯丙氨酸（英文名：L-Phenylalanine）为无色至白色片状晶体或白色结晶性粉末，是一种营养增补剂，是必需氨基酸之一。无色至白色片状晶体或白色结晶性粉末。略有特殊气味和苦味。在受热、光照、空气中稳定。营养增补剂。必需氨基酸之一。在大多数食品的蛋白质中几乎非限制氨基酸。可添加于焙烤食品，除强化苯丙氨酸外，与糖类起氨基-羰基反应，可改善食品的香味。功用：L-苯丙氨酸是重要的食品添加剂-甜味剂阿斯巴甜（Aspartame）的主原料，人体必需氨基酸之一，在医药行业主要用于氨基酸输液和氨基酸类药物。L-苯丙氨酸是人体不能合成的一种必需氨基酸。食品工业上主要用作食品甜味剂阿斯巴甜的合成原料;也可作为营养增补剂。生化研究。配制培养基。营养学研究。L-苯丙氨酸是必需的氨基酸之一。用作营养强化剂、氨基酸输液和复合氨基酸制剂的成分。该品是多种抗癌药物及二肽甜味的原料。氨基酸类药。用于氨基酸输液、综合氨基酸制剂及营养强化剂，大量用于合成新型甜味剂天冬甜素（L-天冬氨酸、L-苯丙氨酸结合的二肽甲酯）是合成阿斯巴甜的主要原料。2.概述2.1.产品需求初步预测目前国内仅有5家企业生产L-苯丙氨酸，即福建省麦丹生物集团有限公司、丽珠集团福州福兴医药有限公司、江苏汉光甜味剂有限公司（江苏汉光生物工程有限公司）、溧阳维多生物工程有限公司和杭州富阳市东辰生物工程有限公司。其余原生产企业主要受缚于技术水平等因素，生产成本过高，均以陆续停产或关闭生产线。2009年上述5家企业的年产能为：麦丹生物4500吨、福兴医药1500吨、江苏汉光500吨、溧阳维多300吨、富阳东辰200吨。可向市场上供应苯丙氨酸的企业仅有福建省麦丹生物集团有限公司、丽珠集团福州福兴医药有限公司，杭州富阳市东辰生物工程有限公司仅有少量的产品流向市场，而江苏汉光、溧阳维多的产品仅能部分供给其自身的阿巴斯甜生产使用，市场上未见其苯丙氨酸产品。厂家分布在福建、江苏、浙江三省，最大的两家企业均在福建省，麦丹生物地址在福建省沙县，福兴医药地址在福建省福州市；而浙江省仅有一家规模最小的企业；江苏省的两家企业分别在江苏省无锡市和江苏省溧阳市。目前L-苯丙氨酸国际上主要生产国：美国7000吨/年（以纽特公司为主）、日本5000吨/年（以味之素公司为主）、法国3000吨/年、荷兰3000吨/年、韩国3000吨/年（以大象公司为主）、德国有少量生产约500吨/年。作为全国最大的苯丙氨酸生产企业福建省麦丹生物集团有限公司，由于其在苯丙氨酸基因工程菌及工业化生产技术的领先优势，使其苯丙氨酸的年产量已跻身于该领域世界前三位2.2投资的必要性和经济意义行业前景：随着阿斯巴甜在饮料、乳制品、口香糖、咖啡、医药工业等行业的应用持续深入，阿斯巴甜无论在国内外都得到了广泛的应用。国际市场对阿斯巴甜相关产品的需求量以年均15%～20%的速度增长，近年增长率高达30%，远远高于其他人工甜味剂年均5%的增长速度；在国内氨基酸大输液和抗癌药的开发利用，特别是在限制糖精生产、甜菊糖甜味剂遭遇麻烦的情况下，市场对阿斯巴甜的需求量锐增。益。2.3结论与建议鉴于国内外对此产品需求量增大，市场供应也相当紧张，且价格不断上扬。因此，开发L-苯丙氨酸，市场前景好，其经济效益和社会效益更为显著。本设计即是针对我国苯丙氨酸发展现状，本着迎合消费者需求，求新，求变的原则，对苯丙氨酸的生产进行了更为优化的设计，设计了年产5000吨丙氨酸的生产车间，在工艺分析的基础上，进行了物料衡算、设备选型，并对生产车间进行了合理的布局。同时，设计过程中，也注意环境保护，及时有效的处理生产过程中产生的三废问题。2.4生产工艺选择L-苯丙氨酸制备经历了由蛋白水解提取法、发酵法到酶法(固定化细胞法或游离整体细胞法)的过程。现在工业化生产的方法就是酶法转化,即通过富有L-天冬氨酸-β-脱羧酶活力的微生物细胞催化L-天冬氨酸而得到的。固定化法与游离整体细胞法生产L-苯丙氨酸各有优缺点,就我国而言,游离整体细胞法的生产成本低于固定化细胞法。故到目前为止,游离整体细胞仍显示较大的优越性。表3固定化细胞法与游离细胞法生产L-丙氨酸的对比Table13ComparisonbetweeninmobilizedandfreewholecellforproductionofL-alanine由于苯丙氨酸具有旋光性，而生物所能利用的只有左旋(L)型，恰好酶法所得的全部为L型，因此利用酶法生产苯丙氨酸是最重要的方法。酶法的原理是发酵罐上培养假单胞菌NX-1,获得高L-天冬氨酸-β脱羧酶酶活，,以L-天冬氨酸为底物游离细胞法转化生产L-苯丙氨酸。每升培养液可转化L-天冬氨酸2kg,最高达2.5kg,摩尔转化率100%，反应液产生的L-苯丙氨酸浓度达90%，绝大部分结晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,提取收率90%。2.5产品方案年产L-苯氨酸5000吨,可根据市场开发新产品。L-丙氨酸的计划产量为5000t/年，计划年工作日为330天，德阿昆合假单胞菌发酵时间26小时，转化时间三天，实际控制于5天，则生产周期66。2.6工艺流程图原料→配料→高温高压杀菌、无菌空气↓保藏菌种→茄子瓶培养→摇瓶种子培养→液体种子扩大培养→液体深层发酵→酶反应→分离晶体→发酵液→除菌体（膜过滤）→调PH，活性炭脱色↓↓粗品←压滤分离晶体←结晶←降膜蒸发浓缩←压滤↓溶解→纯化→降膜蒸发浓缩结晶→离心干燥→包装图1工艺流程图Figure1Chartofproductionprocess具体工艺过程是将细菌培养基进行灭菌处理，然后送发酵釜内发酵，采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌，加入德阿昆合假单胞菌发酵26个小时后，加入L-天门冬氨酸进行转化，转化时间约为3d，温度37℃。转化完毕后析出的晶体压滤分离，剩下的的转化液经金属膜超滤分离系统除去菌体，然后活性炭脱色处理,浓缩至一半,析出大量丙氨酸结晶,静置过夜使结晶完全,压滤回收晶体,两次压滤得到的晶体用少量水洗涤。将滤液和洗涤晶体的液体合并后进一步浓缩