赖氨酸个工厂设计.doc
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1、本科生毕业设计中文题目 年产15万吨赖氨酸发酵工厂工艺设计 英文题目 A design of lysine fermentation factory of annual output of 150,000 tons 目 录第一章 绪论- 35 -1.1 前言- 35 -1.2赖氨酸的理化性质- 35 -1.3赖氨酸的实际应用- 35 -1.3.1 食品行业- 35 -1.3.2 医药行业- 35 -1.3.3 饲料行业- 35 -1.4赖氨酸的生产流程- 35 -1.5 赖氨酸的提取工艺- 35 -1.6赖氨酸工业现状及发展方向- 35 -第二章 赖氨酸生产工艺的选择- 35 -2.1原料及菌
2、种的选择- 35 -2.1.1L-赖氨酸的代谢控制育种- 35 -2.2 原料的预解决- 35 -2.3种子培养- 35 -2.4工艺流程的选择- 35 -2.5培养基的配制(%)- 35 -2.6具体操作- 35 -第三章 物料衡算和能量衡算- 35 -3.1 生产指标- 35 -3.2物料衡算- 35 -3.3物料衡算总量- 35 -3.4热量衡算- 35 -3.4.1蒸汽消耗量计算:- 35 -3.4.2冷却水消耗量计算- 35 -第四章 设备选型- 35 -4.1 发酵罐的选择- 35 -4.2种子罐的选择- 35 -4.3搅拌器的选择- 35 -4.4贮罐计算- 35 -4.5重要设
3、备一览表- 35 -第五章 车间布置- 35 -5.1 车间布置设计的原则与规定- 35 -5.2 车间布置设计的内容与说明- 35 -第六章 工厂平面设计- 35 -6.1工厂平面设计的原则与规定- 35 -6.2 工厂设计的厂房面积- 35 -6.3 工厂平面设计的内容与说明- 35 -结论28致谢29参考文献30摘 要众所周知,人体生长发育过程中各种氨基酸起到了不可或缺的作用,赖氨酸便是其中极其重要的一种。现在市面上所出售的赖氨酸产品大多是以赖氨酸化合物形式存在的。人们一开始得到它的方法是从蛋白质的分离物中得到,后来可以运用酶法和化学合成法。20世纪60年代,世界上一方面出现了微生物发酵
4、生产的方法,原料为淀粉等水解后所得到的糖类,通过一系列发酵提纯工艺获得饲料级赖氨酸 ,可以再通过一系列的提纯和精致得到食品级和药级的产品。本次毕业设计的任务是设计一个年产15万吨赖氨酸发酵工厂。以玉米淀粉等为原料,根据各项已知数据进行物料衡算,并根据所得的结果进行发酵罐的设计和选择,依次进行车间平面图,工艺流程图,以及工厂车间布置图的设计与绘制,并最终完毕本次设计的任务。关键词 工厂设计 赖氨酸 发酵AbstractL-Lysine is one of the essential amino acids, lysine products on the market are most of th
5、e lysine single-hydrochloride. L-lysine was firstly isolated from the protein hydrolyzate derived from later gradually appeared in the chemical synthesis, enzymatic, 1960, Japan produced it firstly by the way of microbial fermentation, the raw materials for a variety of starch hydrolysis of sugar or
6、 molasses , the genus Brevibacterium and Corynebacterium genus mutant fermentation, separation, concentration, evaporation, crystallization, dry feed-grade lysine, and then refined ,food grade can be got, pharmaceutical grade products.According to the lysine market demand, we need to design an annua
7、l output of 100,000 tons of lysine factory. Selecting corn as raw material, calculate the material balance and heat balance, according to the above results,and designing of the fermenter, and then draw a process flow diagram according to the selection of equipment, plant layout diagram based on the
8、known data, factories graphic design Figure of the drawings, and the finally complete the design.第一章 绪论1.1 前言L-赖氨酸在生物体内发挥着极其大的作用。L-赖氨酸是组成蛋白质所必须的八大氨基酸中最重要的一种氨基酸,必需氨基酸是人体内部能合成而必须从外界摄入的一种氨基酸,在人和动物的生长过程中和新陈代谢中起着无可替代的作用。化学名称为L-2,6-二氨基己酸,分子式为C6H14N2O2,白色结晶,无臭。熔点为215摄氏度。考虑到其天生的理化特性,赖氨酸多以盐酸盐的形式存在。1赖氨酸被广泛应用到
9、食品、饲料、医药等行业和领域,并且需求量正在以较大的幅度增长,有着很好地发展前景。想产出优质的产品,就要选择优良的菌种和最高产率的生产条件。1.2赖氨酸的物理以及化学性质赖氨酸2,6-二氨基己酸 ,化学式 C6H14O2N2 ,在通常状态下为淡黄色颗粒,式量146.19,熔点 215 (dec.)比旋光度 +210 , 溶解度 53.6g/100ml。 通常条件下,赖氨酸很难保存,极易变质而影响其使用,所以,一般赖氨酸都以赖氨酸化合物(赖氨酸盐)的形式存在和保存。 赖氨酸性质通常条件下是比较稳定的,在某特定温度以上形成水合物。分解于PH大于7.0的条件下 和 存在还原性糖的条件下,在水中很容易
10、溶解,水 溶 液 呈 中 性 或者是PH值略小于7.0的环境下与 磷 酸 、 盐 酸 、 氢 氧化 钠 、 离 子 交 换 树 脂 等 一 起 加 热能 起 到消 旋 作 用 。它作为一种碱性的氨基酸,可以调节人体内的各种平衡。细胞内脂肪酸的合成离不开肉碱,而赖氨酸则是合成这种肉碱不可缺少的一种原料。赖氨酸尚有促进人体生长发育的作用。在食品中添加少量的赖氨酸,可以促进人体对钙的吸取,可以加速青少年的生长。同样的,假如人体缺少赖氨酸则会出现生长缓慢,钙吸取不良、厌食、甚至是贫血等状况。赖氨酸的重要作用还体现在可以合成各种重要的氨基酸,并能有效的促进其他各种氨基酸在生物体内的运用。赖氨酸对人体的中
11、枢神经以及周边神经都起着重要的作用,同时它还是人体内重要的活性物质抑长素的重要组成成分,生物功能非常强大。赖氨酸很容易与空气中游离的二氧化碳结合,形成赖氨酸盐。21.3赖氨酸在现实生活中的应用L-赖氨酸产品重要应用于医药食品以及牲畜饲料等应用。结合市场调研结果估计,L-赖氨酸的实际应用比例为:食品和医药行业的总和仅占5%左右,其他所生产出来的赖氨酸基本全用于动物牲畜饲料行业 3。 1.3.1 食品行业 随着科技的发展和人类的进步,人类对于赖氨酸的科学研究也变得越来越细致。人们发现,它对人的中枢神经和周边神经系统都起着重要作用。它是一种必需氨基酸,必需从外来的食物中摄取。 人类充足吸取其它营养物
12、质的关键生物素就是赖氨酸。一般条件来说,只有生物体内储备了充足的赖氨酸含量,才可以很好地运用营养物质,提高蛋白质的吸取和运用,从而达成促进生物体生长和发育的目的。 1.3.2 医药行业 赖氨酸是人体最为需要的一种必需氨基酸,它对于促进伤口愈合、治疗病人营养不良、虚弱、疲劳、食欲不振、精神不佳等状况与病症。生殖细胞、。血红蛋白、脑神经细胞的合成与完毕生物机能离不开赖氨酸。 假如人体内缺少了赖氨酸的存在,集体则会表现出蛋白质代谢不良和功能性障碍等症状。 实验以及临床已经表白,赖氨酸对于某些特定的疾病有着特殊的疗效。同时研究还表白,赖氨酸与某些兹体抗炎药结合,对于妇女经期综合症以及先关的经期疾病如偏
13、头痛和腹部绞痛有着很好地治疗效果。4,51.3.3 饲料行业 我国是一个畜牧业大国,因此对于牲畜饲料的需求变得尤为的紧迫和庞大,我国在世界上饲料的产量位居次席。并且近些年来产量仍然以不久的速度飞速增长,同时饲料的质量与成分派比也显得尤为重要。添加了赖氨酸的动物饲料有着很好地品质,可以提高牲畜的蛋白质运用率,增长肉料比,并且动物很容易消化。 我国畜牧业发展迅猛,在动物饲料中添加赖氨酸同样有着很严格的标准,一般比例在0.16-0.30%之间。低于0.16%,赖氨酸含量过于低,起不到很好地总用;高于0.30%,又会带来很高的附加成本。这样才干最佳的运用添加了赖氨酸的饲料,做到养殖业利益最大化6。1.
14、4生产赖氨酸的重要流程现如今赖氨酸产业的重要生产赖氨酸的方法为生物发酵法。生产工艺是以葡萄糖为原料,添加硫酸铵以及生物素等,运用谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等高效产酸菌种发酵生产。1.5 提取赖氨酸的重要方法现如今,生产赖氨酸的厂家重要拥有四种提取赖氨酸的方法:(1)沉淀法:使赖氨酸生成难溶性化合物。如赖氨酸盐等,使之沉淀下来,然后结晶析出。(2)有机融合剂提取法;(3)树脂离子互换吸附法;(4)电渗析法。现如今,世界上大多数的生产赖氨酸的厂家提取成品赖氨酸采用的方法为离子互换吸附法,大体流程如下:发酵液 调节pH,加入絮凝剂 上清液 菌体 水洗 上清液 菌体 离子互换真空浓缩 冷却、调等电点
15、结晶离心分离粗结晶 母液重结晶离心分离二次母液结晶干燥 成品7。1.6赖氨酸工业现状及发展方向现如今,国内生产赖氨酸的公司和厂家有:长春大成集团、四川川化味之素公司、福建泉州大泉赖氨酸公司、山东金玉米生化公司、安徽丰原生物化学股份公司和宁夏伊品生物工程集团股份公司等。在这其中,中国最大的赖氨酸生产厂家当属长春大成集团,它目前集团赖氨酸产品总产能已达成30万吨每年,赖氨酸盐酸盐的产量 (含量98.5) 为15 万t吨每年、赖氨酸硫酸盐(含量65)的产量为15万吨每年5。前几年,广东星湖科技公司3万吨每年赖氨酸生产线正式投产并投入使用,之后的几年不久,东方希望集团包头生物工程有限公司两万吨每年赖氨
16、酸生产线正式改造完毕投产。 第一,赖氨酸在饲料行业的应用呈现了逐年递增的趋势,在饲料中添加赖氨酸、维生素以及各种生物素可以大大的提高牲畜对于饲料的运用率,以达成利益的最大化,而这其中赖氨酸的市场份额占到了将近20%,不容小视。第二是在其他领域如医药、食品和化妆品行业,赖氨酸也越来越得到了人们的重视,赖氨酸被添加到临床病人的输液中。21世纪以来,一些西方国家乃至日本、韩国等一些亚洲国家发展了赖氨酸饮品的产生,把赖氨酸添加到了饮料当中,假如发展到了中国,势必会引起一阵潮流,加大赖氨酸产量的需求,赖氨酸产业前景看好。 赖氨酸添加到化妆品中是一个不错的选择。中国是一个化妆品消费大国,添加了赖氨酸的化妆
17、品受到了广大消费者的一致好评,在此行业可以占到一定的市场份额,也是一个很好地发展方向8。第二章 赖氨酸生产工艺2.1生产方法的选择和工艺流程的设计原则为所建设的工厂选一种最为合适的生产方法,是生物工程工厂设计的关键环节。一般要对可选择的各种生产方法进行全面的比较和分析,从中选择出技术先进、经济合理的工艺路线,以保证项目投产后能达成高产、低耗、优质和安全运转。(1) 原料来源和种类以及性质如需应用进口原料乳啤酒生产的麦芽,则必须采用先进的生产方法和技术,以保证生产数高质量的产品,供出口和内销。原料的种类和性质不同,则生产方法也要相应改变。对酒精生产,采用不同的糖类来源作为原料,则工艺路线就大不相
18、同。即便是淀粉质原料,也有谷类、薯类原料和野生植物与淀粉之分,其工艺流程也有一定的差异。(2) 产品的质量和规格糖蜜原料发酵生产三级酒精,可采用两塔式液相过塔蒸馏流程;若生产一级或者优质酒精,则必须选用三塔式或者多塔式流程。又如啤酒生产中,不同类别啤酒的糖化、煮沸工艺就不相同。(3) 生产规模及技术水平生产规模较小时,可采用分批发酵法,而间歇生产则较易掌握。对于大型公司,则采用连续发酵工艺有助于生产过程的机械化、自动化和稳产高产的实现。生产水平很大部分取决于技术所在的高度。如酒精生产,连续发酵拘束规定较高的操作技术,而间歇性生产很容易掌握。又如味精生产,应用糖蜜原料发酵谷氨酸的方法,具有产酸高
19、、经济好的优点,但对菌种和生产技术规定严格。所以生产工艺既要跟得上时代的步伐,又要保证切实可行。(4) 建厂地区的自然环境如在热带地区建厂,就必需配套冷冻系统,才干保证正常发酵的温度规定。(5) 经济和理性对选用的生产方法应当切实做好经济技术指标的比较,尽量选用投资省、生产效率高、能耗低的生产方法,以获得良好的经济效益。2.2生产菌种及其所用原料的选择本设计规定以玉米淀粉为原料,但是在实际工业生产上选择生产原料时,不仅要考虑工艺上的规定, 还要考虑生产管理和经济上的可行性以及供销需求等多方面的因素。在现如今现代化生产中,一般要考虑到如下的因素: (1)靠近原料的产地,取材比较方便,大大的节约成
20、本; (2)原料中可运用成分高,末严重污染,克制生长和产酸的物质要少或可以去 除, 能满足工艺上的规定 (3)能供应大规模的生产,来源丰富,运送以及贮存条件温和,方便生产。 赖氨酸产生菌有:细菌中涉及棒状杆菌、短杆菌、诺卡氏菌、念球菌、假单孢菌、埃希氏菌、芽孢杆菌等;真菌中重要有酵母、加斯酵母、隐球酵母等。现如今国内重要的赖氨酸生产菌的原始菌株一般是谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、黄色短杆菌(Brevibacterium favum)、乳酸发酵杆菌(Brevibacterium lactofermentus)及大肠杆菌(E-coli)等菌种。2.2.1L-
21、赖氨酸的代谢控制育种9-112.2.1.1L赖氨酸的生物合成调节机制以黄色短杆菌为出发菌株,天冬氨酸激酶(AK)是变构酶,具有两个变构部位,可以与终产物结合,受终产物影响,当只有一种终产物(赖氨酸或苏氨酸)与酶变构部位结合时,酶活性不受影响,当两种终产物(赖氨酸和苏氨酸)同时过量存在,即两种 终产物同时与酶两个变构部位结合时,酶的活性受到克制,这种终产物的反馈克制称为协同反馈克制。在图1-1,在代谢途径第一个分支点,由于高丝氨酸脱氢酶活性比DDP合成酶约高15倍,所以代谢优先向合成高丝氨酸方向进行;在第二个分支点,由于琥珀酰高丝氨酸合成酶活性比高丝氨酸激酶高,代谢优先向合成甲硫氨酸方向进行。当
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