赖氨酸课程设计

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1、1南 京 工 业 大 学生 物 与 制 药 工 程 学 院 发 酵 设 备 及 工 厂 设 计 课 程 设 计设计项目名称：年产 1 万吨赖氨酸生产线的工艺设计专业班级：生工 0603指导老师：2009 年 12 月2目 录1 设计任务书32 设计说明书42.1 项目概述42.2 原材料及产品的主要技术规格52.3生产方法及工艺路线的确定52.4 生产流程简述62.5 工艺计算102.6 主要设备的选择212.7 车间主要设备一览表232.8 设计参考文献243一、设计任务书项目名称：年产 1 万吨赖氨酸生产线的工艺设计一、 建设规模、产品方案、生产方法和工作制度1）建设规模：年产 10000

2、T。2）产品标准：L赖氨酸盐 LYSINEHCL分子式：C6H14N2O2HCL分子量：18264性状：淡棕色粒、易溶于水。国家标准 GB824587规定了饲料级 L氨基酸盐酸盐产品的质量准。 3）生产方法：以玉米淀粉乳为原料，采用双酶法，使淀粉乳先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 计二、 目建设地点为南方某市其气候条件为：年平均气温：15.3历年平均最高气温：38历年平均最低气温：-4.2最热平均相对湿度：85%最冷平

3、均相对湿度：75%年平均气压：1016.5mP夏季平均气压：1004.5mP年均风速：3.6m/s年均降落量：1025.6mm日最大降水量：219.6mm三、 求达到的技术经济指标要求达到的技术经济指标：发酵产酸率 13% 染菌率 1%转化率 100% 发酵周期 64hr提取收率 90%平均通过气比为1:0.2四 设计要求4就该项目的发酵工段或空气处理系统进行工艺设计，要求完成：2 确定合理的工艺路线，提供工艺流程示意图；3 进行工段的工艺计算，包括物料、热量、水、压缩空气耗量等平衡计算，并提供相应的工艺计算平衡图；4 对标准设备及非标设备的数量进行计算，选定标准设备型号并就至少一种非标设备的

4、结构进行简单的结构计算，提供所需设备的一览表并至少提供一种非标设备的总装图。5 绘制带控制节点的工艺流程图；6 绘制车间设备布置图；7 绘制设备配管图；8 编写初步设计说明书。二、设计说明书2.1 项目概述赖氨酸（L-Lysine）,化学名称 2，6-二氨基己酸，分子式为 C6H4N2O2,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5.06.0，难溶于有机溶液，有旋光性，熔点 263264C.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

5、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。 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 ， 故 主 要 为 L 赖 氨 酸 产 品 ， DL 赖 氨 酸 产 品 应 标 明 L 赖 氨 酸 含 量 保 证 值 。 作 为 商 品 的 饲 用 级 赖 氨 酸

6、 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 （ 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 己 内 酰 胺 作 原 料 ， 通 过 微 生 物 酶 消 旋 和 水 解 生 产 L 赖氨 酸 。建设规模及产品方案1）建设规模：年产 10000T。2）产品标准：L赖氨

7、酸盐 LYSINEHCL分子式：C6H14N2O2HCL分子量：18264性状：淡棕色粒、易溶于水。国家标准 GB824587规定了饲料级 L氨基酸盐酸盐产品的质量准。 53）生产方法：以玉米淀粉乳为原料，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，必要时进行重结晶。4）工作制度：年工作日按 300d 计2.2 原材料及产品的主要技术规格2.2.1 原材料的选择及技术规格本设计要求以玉米淀粉乳为原料，但是，工业上选择生产原料时，不但要考虑工艺上的要求，还要

8、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。2.3生产方法及工艺路线的确定赖氨酸是人和动物自身不能合成的一种氨基酸，必须从外界摄取，而植物中所含的各种赖氨酸很少，被称为植物中的第一限制性氨基酸。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

9、法四种。其中最重要的是化学酶法和微生物发酵法。其具体操作过程如下。 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 LACL 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

10、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（或直接用木薯片粉碎至 80 目）为原料，采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化6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。成品对糖总得率为 35%，每吨成品耗糖蜜8 吨（或淀粉 4.4 吨） ，成本约 1 万元(折人民币)。L-赖氨酸的生产工艺与味精（谷氨酸钠）类似，工艺较简单，日本的技术经济指标较先进。 微生物发酵法为生产 L-赖氨酸的最主要技术，反应所用碳源为玉米、甘蔗等淀粉

11、质或葡萄糖母液、甘蔗糖蜜等废料，所用高产菌种有BrevibacteriumSP。PIB 等，在优选菌种配方中含有 HPPKH2PO4、乙酸钠等组分，在添加 2%硫酸铵后可获得高产菌种。将适宜的配方组分注入 500ml 的三角烧瓶内于 120C 加热 15min 加压灭菌后，在通氧下培养出菌种在高峰期内接入种子培养液在常温常压下发酵，再用膜分离法或化学法分离。 制备 L赖氨酸在 14L 的发酵器中进行。通过菌种培养，生长菌体和发酵工艺生产赖氨酸，筛选出的 FHI28 高产菌株，遗传性能稳定，是一株适合工业化生产的优良菌种，在 20ml 发酵罐中产 L赖氨酸 8.59.2%，发酵周期 5967h.

12、 工艺的关键技术在于培养和优选最适宜的菌种，采用不同的原料其结果会大不相同，甚至同一原料也会因原料产地和产出时间的差异使结果有很大差别。 国内的发酵法工艺提取率为 80%85%,糖转化率 40%43%，产品收率大于90%。 在发酵和菌种培养中，必须有专人负责，在经过对菌种培养和溶变处理，培养出变异菌种，经筛选和最优化选择出最佳菌种，在培养高峰期加入碳源内，经调整 PH 后，在发酵期内灭菌处理，在接入种子培养物使其发酵后，按照规定处理方法经分离后得精品 L赖氨酸。 微生物发酵法是利用微生物合成其自身所需的各种氨基酸的能力，通过菌株的溶变等处理，选育出各种营养缺陷型及抗性的变异菌种，以解除代谢调节

13、重的反馈与阻遏，达到过量合成某种氨基酸的一种方法。 发酵法生产赖氨酸通常以淀粉、甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜为原料，其工艺过程为：淀粉在酸或酶的作用下水解成淀粉糖，假如营养盐调 PH 值后，进入发酵罐进行灭菌处理，然后接入种子培养物使其发酵，经过微生物发酵后的浓缩液冷冻结晶、离心分离、烘干提纯后即得产品。 制备 L赖氨酸在 14L 的发酵器中进行。通过菌种培养，生长菌体和发酵工艺生产赖氨酸，筛选出的 FHI28 高产菌株，遗传性能稳定，是一株适合工业化生产的优良菌种，在 20ml 发酵罐中产 L赖氨酸 8.59.2%，发酵周期5967h. 2.3.3 其他方法 生产赖氨酸的方发出上述两种方法外，还

14、有由血粉、酪蛋白、脱脂大豆水解后，用离子交换树脂分离而生产的蛋白质水解法，以及用化学合成制得廉价中间体，借助酶的生物催化作用生产赖氨酸的化学合成法，但这些方法应用较少。72.4 生产流程简述不同原科的深层发酵工艺大同小异，主要差别在于前面的原料处理工艺，而在发酵工段的区别仅在于两个方面，即是否采用种子培养和是否采用补料工艺。赖氨酸生产工艺流程图：空气 菌种 水 淀粉加压 -淀粉酶 液化 冷却 糖化酶 糖化 除水 玉米浆 过滤 交换柱脱铁棉花过滤 糖蜜 糖化液 滤渣 恢柱脱色 二级种子 无机盐 配料 脱色液 补糖 连续灭菌 消泡剂 蒸发结晶 发酵 液氨 储晶等电点 分离回收谷氨酸 分离 母液 赖氨酸赖氨酸 母液 干燥活性炭 中和 粉碎脱色 赖氨酸过滤废炭 过滤液2.4.1 原料预处理目前国内外生产上采用淀粉加工葡萄糖的液化、糖化方法主要有：双酶法、酶酸法、酸法、酸酶法等几种。与传统酸法水解淀粉相比，酶法具有独特的优点：可在常温常压和温和酸度下，高效地进行催化反应，简化了设备，改善了劳动条件和降低了成本；酶催化所需的活化能极低，催化效率远比无机酸高