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1、仅供个人参考1 P.序号学号 08439103课程设计设计课程名称：发酵工程课程设计题目:年产80吨L-丝氨酸分离纯化车间的工艺设计学生姓名：*学院（系）：制药与生命科学学院专业班级:生工081指导教师：王利群专业技术职务：副教授设计时间：2011 年 12 月 19 日：2011 年 12月30 日目录1.概述错误！未定义书签1.1产品概述错误！未定义书签错误！未定义书签错误！未定义书签1.2设计概述错误！未定义书签错误！未定义书签错误！未定义书签错误！未定义书签2.原材料及产品的主要技术规格 错误！未定义书签2.1生产原料 .错误！未定义书签2.2产品的主要技术规格错误！未定义书签不得用于
2、商业用途仅供个人参考不得用于商业用途3. 生产流程简述错误！未定义书签3.1 离子交换层析过程错. 误！未定义书签3.2 结晶过程错. 误！未定义书签4. 工艺分离错误！未定义书签4.1 物料衡算错. 误！未定义书签错. 误！未定义书签 错. 误！未定义书签 错. 误！未定义书签4.2 能量衡算 错. 误！未定义书签错. 误！未定义书签错. 误！未定义书签.错. 误！未定义书签 错. 误！未定义书签 .错. 误！未定义书签 .错. 误！未定义书签 .错. 误！未定义书签5. 主要设备的计算 错误！未定义书签5.1 离子交换罐的计算5.2 浓缩罐设计 5.3 冷却器 5.4 离心机 5.5 储罐
3、 错. 误！未定义书签错. 误！未定义书签6. 心得体会7. 参考文献错误！未定义书签错误！未定义书签8.致谢 错误！未定义书签年产80吨L丝氨酸分离纯化车间的工艺设计1.概述1.1 产品概述L-丝氨酸的主要生产方法有以下四种。方法一、水解法： 以蚕茧茧衣为原料进行酸水解， 然后用离子交换水进行分 离纯化。方法二、添加前体发酵法：L-丝氨酸在生物体内代谢运转速度极快，直接发 酵法生产困难。 一般采用添加前体的发酵法。 添加的前体主要有甘氨酸、 甘氨酸 三甲内盐或甘油酸， 其中以甘氨酸为前体的已工业化。 产生菌可分为两类： 异养 型和甲基营养型细菌。方法三、化学合成法： DL- 丝氨酸可有以羟基
4、乙醛为原料的合成法等，然后 再拆分得 L- 丝氨酸。方法四、酶法：以化学合成 DL-丝氨酸的中间体 DL-2-氧代恶唑烷4羧酸 (DL-OOC)为原料，使用睾丸酮假单胞菌生产的L-OOC水解酶或从枯草杆菌生产的OOC消旋酶作用，生产L-丝氨酸。国外最早用生丝微菌属静息细胞生产 L-丝氨酸。Yoshida,，Mitsunaga, 等考察了 26株甲基营养型细菌静息细胞以甲醇和甘氨酸为底物生产 L-丝氨酸 的能力。有七株菌的生产能力超过 500mg/ml。其中NCIB10099生产能力最强。目前L-丝氨酸生产水平还较低，在世界氨基酸生产行业中 L-丝氨酸是工业 化生产难度较大的氨基酸。日本用前体发
5、酵法生产L-丝氨酸，在1969年产量为4t,在1990年70t,在1996年100t,2002年280t。中国以前大多采用蛋白质水解 法提取 , 然而分离困难 , 始终未能形成生产规模。 四川南充药厂生产是用发酵法， 生产周期长，收率低也不宜推广应用。而湖北八峰药化采用酶促法转化生产 L- 丝氨酸，2003年3月建成一条年产50t的生产线，产酸量及转化率均达到国际先 进水平。丝氨酸(简称Ser.是一种重要的生化试剂和药剂，在氨基酸输液和氨基酸胶 囊以及多肽合成等方面发展迅速。 常用于组织培养基的制备， 医药上用作氨基酸 类营养药 。同时丝氨酸的衍生物也具有优良的药用和生物活性，如a -取代丝氨
6、酸被应 用于设计肽，而且是免疫抑制剂ISP (多球壳菌素 Myriocin,嗜热菌杀酵母素 Thermozymocidin)和免疫激活剂，神经鞘真菌素E等生物活性物质的有效组成 部分；L-丝氨酸的磷酸脂具有解除疲劳，恢复体力等功效偶氮丝氨酸常用于治疗 肿瘤。1.2 设计概述(1) 依据与工厂设计和生产工艺相关的各种资料。如化工工艺设计手册(2) GB/T 501032001 总图制图标准（3）GB50187 93 工业企业总平面设计规范（4）GB 1234890工业企业厂界噪声标准（5）化工原理（6）生物工艺原理（7）生物工程设备（1） L-丝氨酸分离纯化车间的工艺设计（ 2 ）主要设备的计算
7、和选型（3）带控制点的工艺流程图（ 4）主要设备图发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。 发酵 工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、 发酵和提炼（包 括废水处理） 等三个阶段， 这三个阶段都有各自的工程学问题， 一般分别把它们 称为发酵工程的上游、 中游和下游工程。 发酵工程的三个阶段均分别有它们各自 的工艺原理和设备及过程控制原理，它们一起构成发酵工程原理。千百年，特别是最近几十年的发酵工业生产的实践证明： 微生物是发酵工程 的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化， 发酵工程正在 走近科学。从生物科学的角度重新审视发酵工程， 发现
8、发酵工程最基本的原理是其生物 学原理，而前述的发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上。 因此，发酵工程的生物学原理是发酵工程最基本的原理， 并且可以把它简称为“发 酵原理2. 原材料及产品的主要技术规格2.1 生产原料氢氧化钠溶液用量 66040L 浓度 1M盐酸用量 66040L pH=2无水乙醇用量 2080L去离子水用量 99060L717 型离子交换树脂用量 49530L2.2 产品的主要技术规格生产规模： 80 吨 /年生产方法： 717型离子交换树脂 离子交换层析后，进行浓缩，之后添加乙 醇结晶，离心分离生产天数： 300 天生产周期： 1 天生产方式：间歇生产3.
9、生产流程简述本设计采用离子交换层析对两种氨基酸（L-丝氨酸和L-甘氨酸）进行分离。3.1 离子交换层析过程采用 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-丝氨酸和L-甘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16510L，其中L-丝氨酸为6934L。3.2 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
10、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 -用去离子水洗涤一用 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4. 工艺分离生产条件：已知L-丝氨酸的小试纯化工艺为：717型离子交换树脂用1M的NaOH溶液 处理成OH-型，水洗至中性后装柱（三根 25x 500mm的柱子）。对第一根柱 子上样，上样结束后水洗。然后连接另 2根柱子，用pH=2的Hcl洗脱，分别收 集只含L-丝氨酸、L-甘氨酸，以及同时含这两种氨基酸的洗脱液。假设一个柱 子的体积为V，已知
11、NaOH溶液用量为4V，洗涤水用量为2V，洗涤液用量为4V，其中含氨基酸的洗脱液体积为 1V，含L-丝氨酸的洗脱液体积为0.42V。将 含L-丝氨酸的洗脱液浓缩液浓缩至原体积的1/10，加入3倍体积的无水乙醇，将晶体（湿含量15%）离心烘干，L-丝氨酸的分离得率为77%。年操作日300 天，生产方式：间歇生产。水蒸气138C，冷却水由27C进，37C出。4.1物料衡算已知柱子25x 500mm, 个柱子的体积为 V，已知NaOH溶液用量为4V， 洗涤水用量为2V，洗涤液用量为4V,其中含氨基酸的洗脱液体积为1V，含L- 丝氨酸的洗脱液体积为 0.42V。将含L-丝氨酸的洗脱液浓缩液浓缩至原体积
12、的 1/10，加入3倍体积的无水乙醇，将晶体（湿含量 15%）离心烘干，L-丝氨酸的 分离得率为77%。年操作日300天。小试生产时：放大后：4.2能量衡算查表得：采用间接蒸汽加热至沸腾：（加热蒸汽为138 C）根据能量守恒定律得：其中：代入公式：求得：m水蒸气=6674Kgn卄=5%10%，取 10%即:水蒸气的估计用量为7341Kg.假定物料冷却至37 T根据能量守恒定律得：其中：得: m冷凝水=5512Kg、n=5%10% 取 10%5. 主要设备的计算51离子交换罐的计算选择反吸附离子交换罐已知离子交换树脂总体积:V放尢总二 49530L离子交换罐高径比（H/D）为3,即H / D =
13、 3树脂层高度占圆筒高度的50%,即 °.5HD21=V放尢总二 49530LD =3.5m圆整得 H 二 3D = 10.5m5.2浓缩罐设计进料体积6934L选择搪玻璃蒸发器10m3 HG5-38-79假设H/D二2H =3.8m求得D =1.9m5.3冷却器假设冷却时间为0.5h,即t=0.5h查表得换热系数：K=8301250kJ/(m2h I)取 K=1000kJ/(m2 - h - T)对数平均温度 tm=T2 -tAT3tA(100-37卜(37-27)_ 28 89巾1003737-27根据换热面积选型得列管式石墨换热器 HG5-1320-80换热面积为20.7m2有
14、效管长为4000mm根数为61筒径为400mm5.4离心机已知离心机分离物料为固液混合，所以采用过滤离心机其中V乙醇二®丝，缩=3 6934 = 2°8°.2L所以离心机所需容积假设离心分5次进行，则每次进料量为554.7L 其中丝氨酸浓缩液每次进料138.7，乙醇进料416L。 选用SS1800过滤离心机其转速为510r/min有效容积为660L过滤面积为2.7m2夕卜形尺寸为2350 1800 1200mm5.5储罐 NaOH总体积为66040L，分3个高位槽安放。选型为 F25000 HG/T 2374-98公称容积为25000L实际容积为27790L直径D
15、为2800mm高度H为5379mm液位计直径为65/50mm HCI总体积为66040L，分3个高位槽安放。选型为 F25000 HG/T 2374-98公称容积为25000L实际容积为27790L直径D为2800mm高度H为5379mm液位计直径为65/50mm 洗脱水体积为99060,分4个高位槽安放选型为 F25000 HG/T 2374-98实际容积为27790L直径D为2800mm高度H为5379mm液位计直径为 65/50mm 无水乙醇体积 2080L选型为 F3000 HG/T 2374-88公称容积为 3000L实际容积为 3337L直径 D 为 1450mm高度 H 为 29
16、33mm液位计直径为 65/50mm已知此液总体积为 16510L选用搪玻璃卧式储罐型号为 HG/T2375 94公称容积为 20000L实际容积为 22332L直径 D 为 2400mm长度 L 为 5374mm液位计直径为 65/50mm6. 心得体会通过这一次的课程设计，我不仅仅学到了专业知识，更使我懂得如何做事 , 如何去思考问题。这是我们第二次做课程设计，但这次课程设计与以前的化工课程设计不同， 以前老师给我们模板， 这次的课程设计全是靠自己思考整理思路。 刚开始做课程 设计时都不知道该从何着手， 在拿到任务书后， 花了很长时间来摸索讨论， 在小 组成员一起的努力下渐渐理清思路，开始
17、步入正轨。中间也有很多次卡在那儿， 不知道如何往下做， 但在王老师的细心指导下， 我们一层层拨开云雾， 最后完成 了设计。这次课程设计使我进一步逇了解了自己，知道自己的专业知识还不够扎实， 还存在着很多盲点，在以后有限的校园生活中， 应该多注重扎实自己的专业知识。 同时也知道了理论和实际相结合的重要性， 在实际设计中提高了自己独立思考问 题的能力。 整个设计过程是我们小组一起完成的， 这让我也感受到了团队协作的 力量，也真正懂得了那句老话“团结就是力量”。最后很感谢老师的辛苦指导和同学们的互相帮助， 这将是我以后生活中的宝 贵经验。这次的课程设计，让我们初步了解了做设计的一般要求，格式，内容和
18、 方法，既学到许多知识，又为今后的设计打下基础。7. 参考文献1 国家医药管理局上海医药设计院编 .化学工艺设计手册（第二版）（ M ）. 北京：化学工业出版社， 19962 沈自法，唐孝宣编 .发酵工厂工艺设计（ M ）.上海：华东理工大学出版社， 20043 陈国豪主编 .生物工程设备（ M ）.北京：化学工业出版社， 20074 梁世中主编 .生物工程设备（ M ）.北京：化学工业出版社， 20025 陈敏恒主编 .化工原理（ M ）北京：化学工业出版社， 20048.致谢此次课程设计的制定、 实施、完成到撰写都是在王利群老师的精心指导下完 成的。整个课程设计过程中王老师给我们提供方法，
19、答疑解难，纠正错误。短短 的两个星期， 王老师给了我们很大帮助， 值此课程设计完成之际我向老师表示深 深的谢意。 同时还要感谢课程设计中帮助过我的同学们， 没有大家的相互帮助与 讨论，我根本不可能顺利完成课程设计。通过这次的课程设计， 我们不仅学到很多设计知识， 锻炼了解决问题的能力， 使自己的视野更加开阔。 更重要的是我们体会到团队合作的重要。 怎样以最高的 效率去完成一件事。 这些都是在课本上学不到的经验， 对我来说相当宝贵。 我想 再一次对老师和同学们表示由衷的感谢。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and resear
20、ch; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerciales.to员bko gA.nrogeHKO TOpMenob3ymoiflCH6yHeHuac egoB u HHuefigoHMucno 员 B30BaTbCEb KOMMepqeckuxqe 员 ex.以下无正文