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1、淮 阴 工 学 院综合训练（论文/说明书）作 者： 葛成振 学 号： 1101604201 系 ： 生 化学院 专 业： 生 物 工 程 题 目： 年产200吨L-脯氨酸车间设计-提取工段指导者： 于鹄鹏 2013 年 12月 淮 安 1 目录1 引言-42 提取工艺概述-42.1 提取工艺流程图-42.2 工艺流程基本要求-42.2.1 发酵液的预处理-42.2.2 树脂的预处理-52.2.3 阳离子树脂交换分离提取过程-52.2.4 洗脱-52.2.5 结晶过程-52.2.6 树脂的重利用-62.3 L-脯氨酸分离纯化优化工艺条件-62.3.1 离心法除发酵液中的蛋白及菌体-62.3.2
2、上柱吸附-62.3.3 洗脱-62.3.4 粗结晶-62.3.5 脱色-62.3.6 精制-63 提取工段概述-73.1 吸附条件的优化-73.2 洗脱条件的优化-73.3 脱色的优化-73.4 结晶条件的优化-74.工艺分离与物料衡算-84.1 物料衡算-84.1.1 离子交换罐-84.1.2 浓缩罐-94.1.3 离心机-94.2 能量衡算-94.2.1浓缩罐-94.2.2 冷却器-105.主要设备的计算-105.1 离子交换罐的计算-105.2 浓缩罐设计-105.3 冷却器-115.4 离心机-115.5 储罐-125.5.1 高位槽-125.5.2 废液储罐-136 车间平面布置设计
3、-13参考文献-151 引言 L-脯氨酸是明胶、麸蛋白（麦醇溶蛋白）、玉米醇溶蛋白、鲱精蛋白、鲑精蛋白、酪蛋白等多种蛋白的组成成分，为非必需氨基酸，在生物体内经谷氨酸被代谢。 L-脯氨酸是合成人体蛋白质的重要氨基酸之一，是氨基酸输液的重要原料，也是合成卡托普利、依那普利等一线降压药物的主要中间体，已被广泛应用于食品与医药工业。 以微生物直接发酵生产L-脯氨酸，在国内外已经形成一定规模的工业生产能力。发酵法生产L-脯氨酸需要对发酵液中L-脯氨酸的提取工艺进行研究。已知的纯化方法有氧化铝层析法、乙醇-乙醚法、水-乙醇-丙酮法以及氯乙酰氯法等，这些方法存在提取收率偏低，产品质量不高、操作周期长、成本
4、较高等诸多问题。为了挖掘现有设备的潜力，简化工艺，缩短生产周期，提高产品收率，我们以膜过滤处理发酵液为基础，通过阳离子交换柱-醇提工艺进行高纯度L-脯氨酸的制备。本文研究用717型离子交换树脂吸附分离L一脯氨酸，使提取率得到了进一步的提高。本论文主要是关于年产200吨了L-脯氨酸车间设计的提取工段。对L-脯氨酸从分离到纯化整个过程的工艺和设备做一系列的设计和选型，阐明如何加强各工艺指标的控制，使提取率得到了进一步的提高。2 提取工艺概述2.1提取工艺流程图2.2工艺流程基本要求2.2.1 发酵液的预处理发酵液的预处理是提取产品的关键，在这一步中要将发酵液中的湿菌体、蛋白质等固形物除掉,否则就会
5、造成提取困难。发酵液中的高价无机离子如不能够除去,也会严重影响阳离子树脂交换中的吸附量并造成成品中灰分偏高的情况。这在工厂中常有不被重视的情况,因此,根据表一，本设计加PAS絮凝加磷酸钠并加硅藻土过滤发酵液。 表1 不同的预处理对提取收率的影响2.2.2 树脂的预处理在应用时最好选用大小合适、分布均匀的球形树脂。粒度过大时可稍加粉碎，最好不用机械粉碎树脂，因为粉碎过程中总要损失树脂并增加裂纹及棱角。由于新树脂在生产和运输途中会引入一些中间体和一些杂质，所以应用前要处理。用蒸馏水、乙醇浸泡后，再用约2molL的NaOH和2molL的HCl反复冲洗。可用十倍树脂量的液体，各3次：每次酸和碱处理转换
6、时用水洗至中性，最后用水洗至中性。树脂柱的径高比可根据需要选择，一般1：4-1：8，考虑到阴阳离子树脂在转型时体积的变化，一般不宜太高。上柱前药液必须澄清，不含有絮状物和沉淀，否则容易使柱堵塞。上柱时的流速应以流出液检测不到有效成分为指标。2.2.3 阳离子树脂交换分离提取过程 采用717型离子交换树脂，将其装入离子交换罐，保证其密实。然后用氢氧化钠水溶液处理（溶液浓度为1M，体积为66040L）使离子交换柱呈碱性，处理完之后上样。上样后，L-脯氨酸吸附在交换树脂上，可用酸性溶液洗脱，本设计采用pH=2的Hcl溶液洗脱，用量为66040L，洗脱前需要用去离子水洗涤，最终可得氨基酸溶液为1651
7、0L，其中L-脯氨酸为7945L。2.2.4 洗脱即用一定的洗脱剂将氨基酸从树脂上解吸下来的过程。沈脱液的浓度随沈脱时间的先后顺序是有变化的，因此根据下一步工序的需要，对不同浓度的沈脱液进行分部收集。2.2.5结晶过程离子交换层析完毕后，对料液进行浓缩。采用蒸汽加热，可将料液浓缩至原体积的1/10，待浓缩液冷却后，加入208L无水乙醇，使L-丝氨酸结晶，最后离心烘干可得产品267kg/天。年操作日为300天。简述: 717型离子交换树脂装入离子交换罐用氢氧化钠溶液处理上样用去离子水洗涤用Hcl溶液洗脱浓缩冷却加入无水乙醇结晶离心过滤烘干产品2.2.6 树脂的重利用树脂可以重复使用，使用其吸附有
8、效成分后，将有效成分沈脱下来，可以再利用，需要用酸碱转型，用水洗至中性，但是用的次数多了，会有一些杂质在上面影响效率，需要彻底再生或换新树脂，一般树脂可以使用20次以上。如果用来处理水或者处理杂质，一般可以用二、三次，吸附饱和以后影响出水，杂质去除能力降低。重复使用时，用氢氧化钠处理、浸泡(阴树脂)，或用盐酸处理、浸泡(阳树脂)，也可以用饱和赫水浸泡。动念再生方法比一般再生方法优越。2.3 L-脯氨酸分离纯化优化工艺条件2.3.1离心法除发酵液中的蛋白及菌体离心转速：10000rrain；离心时间：20rain。2.3.2上柱吸附717型离子交换树脂。温度：室温：pH：80；流速：10mlmin：发酵液中L一脯氨酸浓度：18mgml左右。2.3.3洗脱去离子水沈柱，去除盐类等杂质。温度：室温；氨水浓度：20molFL；流速：05mYmin。2.3.4粗结晶将洗脱液减压浓缩至原发酵液体积的15，稍冷后，缓慢加入定量的乙醇，使最终乙醇浓度达10左右，4C放置24h，得到脯色氨酸粗品。2.3.5脱色将得到的L一脯氨酸粗品溶于热水中，充分溶解。D
