年產(chǎn)80噸L絲氨酸分離純化車間的工藝設(shè)計(jì)發(fā).docx

序號(hào): 學(xué)號(hào): 08439103 課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)課程名稱： 發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì) 題 目： 年產(chǎn)80噸L-絲氨酸分離純化車間的工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： * 學(xué) 院（系）： 制藥與生命科學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)： 生工081 指 導(dǎo) 教 師： 王利群 專業(yè)技術(shù)職務(wù)： 副教授 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011 年 12 月 19 日 2011年 12 月 30 日目錄1.概述11.1產(chǎn)品概述11.1.1L-絲氨酸生產(chǎn)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況11.1.2用途與發(fā)展前景21.2設(shè)計(jì)概述21.2.1設(shè)計(jì)依據(jù)31.2.2設(shè)計(jì)規(guī)模和范圍31.2.3指導(dǎo)思想32. 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格32.1生產(chǎn)原料32.2產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格43.生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述43.1離子交換層析過程43.2結(jié)晶過程44.工藝分離44.1物料衡算54.1.1離子交換罐54.1.2濃縮罐64.1.3離心機(jī)64.2能量衡算64.2.1濃縮罐64.2.2冷卻器75.主要設(shè)備的計(jì)算85.1離子交換罐的計(jì)算85.2濃縮罐設(shè)計(jì)85.3冷卻器85.4離心機(jī)95.5儲(chǔ)罐95.5.1高位槽95.5.2廢液儲(chǔ)罐106.心得體會(huì)107.參考文獻(xiàn)118.致謝11年產(chǎn)80噸L絲氨酸分離純化車間的工藝設(shè)計(jì)1.概述1.1產(chǎn)品概述1.1.1L-絲氨酸生產(chǎn)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況L-絲氨酸的主要生產(chǎn)方法有以下四種。方法一、水解法：以蠶繭繭衣為原料進(jìn)行酸水解，然后用離子交換水進(jìn)行分離純化。方法二、添加前體發(fā)酵法：L-絲氨酸在生物體內(nèi)代謝運(yùn)轉(zhuǎn)速度極快，直接發(fā)酵法生產(chǎn)困難。一般采用添加前體的發(fā)酵法。添加的前體主要有甘氨酸、甘氨酸三甲內(nèi)鹽或甘油酸，其中以甘氨酸為前體的已工業(yè)化。產(chǎn)生菌可分為兩類：異養(yǎng)型和甲基營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌。方法三、化學(xué)合成法：DL-絲氨酸可有以羥基乙醛為原料的合成法等，然后再拆分得L-絲氨酸。方法四、酶法：以化學(xué)合成DL-絲氨酸的中間體DL-2-氧代惡唑烷-4-羧酸（DL-OOC）為原料，使用睪丸酮假單胞菌生產(chǎn)的L-OOC水解酶或從枯草桿菌生產(chǎn)的OOC消旋酶作用，生產(chǎn)L-絲氨酸。國(guó)外最早用生絲微菌屬靜息細(xì)胞生產(chǎn)L-絲氨酸。Yoshida,T.，Mitsunaga,T.，等考察了26 株甲基營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌靜息細(xì)胞以甲醇和甘氨酸為底物生產(chǎn)L-絲氨酸的能力。有七株菌的生產(chǎn)能力超過500mg/ml。其中NCIB10099 生產(chǎn)能力最強(qiáng)。 目前L-絲氨酸生產(chǎn)水平還較低, 在世界氨基酸生產(chǎn)行業(yè)中L-絲氨酸是工業(yè)化生產(chǎn)難度較大的氨基酸。日本用前體發(fā)酵法生產(chǎn)L-絲氨酸, 在1969年產(chǎn)量為4t, 在1990年70t, 在1996年100t,2002年280t。中國(guó)以前大多采用蛋白質(zhì)水解法提取, 然而分離困難, 始終未能形成生產(chǎn)規(guī)模。四川南充藥廠生產(chǎn)是用發(fā)酵法，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，收率低也不宜推廣應(yīng)用。而湖北八峰藥化采用酶促法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L-絲氨酸，2003年3月建成一條年產(chǎn)50t的生產(chǎn)線，產(chǎn)酸量及轉(zhuǎn)化率均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。1.1.2用途與發(fā)展前景絲氨酸(簡(jiǎn)稱Ser.)是一種重要的生化試劑和藥劑, 在氨基酸輸液和氨基酸膠囊以及多肽合成等方面發(fā)展迅速。常用于組織培養(yǎng)基的制備，醫(yī)藥上用作氨基酸類營(yíng)養(yǎng)藥 。同時(shí)絲氨酸的衍生物也具有優(yōu)良的藥用和生物活性, 如-取代絲氨酸被應(yīng)用于設(shè)計(jì)肽, 而且是免疫抑制劑ISP（多球殼菌素 Myriocin, 嗜熱菌殺酵母素 Thermozymocidin）和免疫激活劑, 神經(jīng)鞘真菌素E等生物活性物質(zhì)的有效組成部分；L-絲氨酸的磷酸脂具有解除疲勞, 恢復(fù)體力等功效偶氮絲氨酸常用于治療腫瘤。1.2設(shè)計(jì)概述1.2.1設(shè)計(jì)依據(jù)（1）依據(jù)與工廠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝相關(guān)的各種資料。如化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（2）GB/T 501032001 總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)（3）GB5018793 工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范（4）GB 1234890工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)（5）化工原理（6）生物工藝原理（7）生物工程設(shè)備1.2.2設(shè)計(jì)規(guī)模和范圍（1）L-絲氨酸分離純化車間的工藝設(shè)計(jì)（2）主要設(shè)備的計(jì)算和選型（3）帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（4）主要設(shè)備圖1.2.3指導(dǎo)思想發(fā)酵工程是用來解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問題的學(xué)科。發(fā)酵工程從工程學(xué)的角度把實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的發(fā)酵工業(yè)過程分為菌種、發(fā)酵和提煉（包括廢水處理）等三個(gè)階段，這三個(gè)階段都有各自的工程學(xué)問題，一般分別把它們稱為發(fā)酵工程的上游、中游和下游工程。發(fā)酵工程的三個(gè)階段均分別有它們各自的工藝原理和設(shè)備及過程控制原理，它們一起構(gòu)成發(fā)酵工程原理。 千百年，特別是最近幾十年的發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)踐證明：微生物是發(fā)酵工程的靈魂。近年來，對(duì)于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識(shí)愈益明朗化，發(fā)酵工程正在走近科學(xué)。 從生物科學(xué)的角度重新審視發(fā)酵工程，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵工程最基本的原理是其生物學(xué)原理，而前述的發(fā)酵工程原理均必須建立在發(fā)酵工程的生物學(xué)原理的基礎(chǔ)上。因此，發(fā)酵工程的生物學(xué)原理是發(fā)酵工程最基本的原理，并且可以把它簡(jiǎn)稱為“發(fā)酵原理”。2. 原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格2.1生產(chǎn)原料氫氧化鈉溶液 用量66040L 濃度1M鹽酸 用量66040L pH=2 無水乙醇 用量2080L去離子水 用量99060L717型離子交換樹脂 用量49530L2.2產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)規(guī)模：80 噸/年生產(chǎn)方法：717型離子交換樹脂 離子交換層析后，進(jìn)行濃縮，之后添加乙醇結(jié)晶，離心分離生產(chǎn)天數(shù)：300天生產(chǎn)周期：1天生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)3.生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述本設(shè)計(jì)采用離子交換層析對(duì)兩種氨基酸（L-絲氨酸和L-甘氨酸）進(jìn)行分離。3.1離子交換層析過程采用717型離子交換樹脂，將其裝入離子交換罐，保證其密實(shí)。然后用氫氧化鈉水溶液處理（溶液濃度為1M，體積為66040L）使離子交換柱呈堿性，處理完之后上樣。上樣后，L-絲氨酸和L-甘氨酸吸附在交換樹脂上，可用酸性溶液洗脫，本設(shè)計(jì)采用pH=2的Hcl溶液洗脫，用量為66040L，洗脫前需要用去離子水洗滌，最終可得氨基酸溶液為16510L，其中L-絲氨酸為6934L。3.2結(jié)晶過程離子交換層析完畢后，對(duì)料液進(jìn)行濃縮。采用蒸汽加熱，可將料液濃縮至原體積的1/10，待濃縮液冷卻后，加入208L無水乙醇，使L-絲氨酸結(jié)晶，最后離心烘干可得產(chǎn)品267kg/天。年操作日為300天。簡(jiǎn)述: 717型離子交換樹脂裝入離子交換罐用氫氧化鈉溶液處理上樣用去離子水洗滌用Hcl溶液洗脫濃縮冷卻加入無水乙醇結(jié)晶離心過濾烘干產(chǎn)品4.工藝分離生產(chǎn)條件:已知L-絲氨酸的小試純化工藝為：717型離子交換樹脂用1M的NaOH溶液處理成OH-型，水洗至中性后裝柱（三根25500mm的柱子）。對(duì)第一根柱子上樣，上樣結(jié)束后水洗。然后連接另2根柱子，用pH=2的Hcl洗脫，分別收集只含L-絲氨酸、L-甘氨酸，以及同時(shí)含這兩種氨基酸的洗脫液。假設(shè)一個(gè)柱子的體積為V，已知NaOH溶液用量為4V，洗滌水用量為2V，洗滌液用量為4V，其中含氨基酸的洗脫液體積為1V，含L-絲氨酸的洗脫液體積為0.42V。將含L-絲氨酸的洗脫液濃縮液濃縮至原體積的1/10，加入3倍體積的無水乙醇，將晶體（濕含量15%）離心烘干，L-絲氨酸的分離得率為77%。年操作日300天，生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)。水蒸氣138，冷卻水由27進(jìn)，37出。4.1物料衡算已知柱子25500mm，一個(gè)柱子的體積為V，已知NaOH溶液用量為4V，洗滌水用量為2V，洗滌液用量為4V，其中含氨基酸的洗脫液體積為1V，含L-絲氨酸的洗脫液體積為0.42V。將含L-絲氨酸的洗脫液濃縮液濃縮至原體積的1/10，加入3倍體積的無水乙醇，將晶體（濕含量15%）離心烘干，L-絲氨酸的分離得率為77%。年操作日300天。4.1.1離子交換罐小試生產(chǎn)時(shí)： 放大后：4.1.2濃縮罐4.1.3離心機(jī)4.2能量衡算查表得：4.2.1濃縮罐采用間接蒸汽加熱至沸騰：（加熱蒸汽為138）根據(jù)能量守恒定律得：其中：代入公式： 求得:=5%10%，取10% 即:水蒸氣的估計(jì)用量為7341Kg.4.2.2冷卻器假定物料冷卻至37根據(jù)能量守恒定律得：其中：、=5%10%，取10% 5.主要設(shè)備的計(jì)算5.1離子交換罐的計(jì)算選擇反吸附離子交換罐已知離子交換樹脂總體積：離子交換罐高徑比（H/D）為3，即樹脂層高度占圓筒高度的50%,即圓整得5.2濃縮罐設(shè)計(jì)進(jìn)料體積選擇搪玻璃蒸發(fā)器10m3 HG5-38-79假設(shè)求得5.3冷卻器假設(shè)冷卻時(shí)間為0.5h,即t=0.5h查表得換熱系數(shù)：K=8301250kJ/(m2h) 取K=1000kJ/(m2h)對(duì)數(shù)平均溫度根據(jù)換熱面積選型得列管式石墨換熱器HG5-1320-80換熱面積為20.7m2有效管長(zhǎng)為4000mm根數(shù)為61筒徑為400mm5.4離心機(jī)已知離心機(jī)分離物料為固液混合，所以采用過濾離心機(jī).其中所以離心機(jī)所需容積假設(shè)離心分5次進(jìn)行，則每次進(jìn)料量為554.7L其中絲氨酸濃縮液每次進(jìn)料138.7，乙醇進(jìn)料416L。選用SS1800過濾離心機(jī)其轉(zhuǎn)速為510r/min有效容積為660L過濾面積為2.7m2外形尺寸為5.5儲(chǔ)罐5.5.1高位槽NaOH總體積為66040L，分3個(gè)高位槽安放。選型為F25000 HG/T 2374-98公稱容積為25000L實(shí)際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計(jì)直徑為65/50mmHCl總體積為66040L，分3個(gè)高位槽安放。選型為F25000 HG/T 2374-98公稱容積為25000L實(shí)際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計(jì)直徑為65/50mm洗脫水體積為99060，分4個(gè)高位槽安放選型為F25000 HG/T 2374-98實(shí)際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計(jì)直徑為65/50mm無水乙醇體積2080L選型為F3000 HG/T 2374-88公稱容積為3000L實(shí)際容積為3337L直徑D為1450mm高度H為2933mm液位計(jì)直徑為65/50mm5.5.2廢液儲(chǔ)罐已知此液總體積為16510L選用搪玻璃臥式儲(chǔ)罐型號(hào)為HG/T2375 94公稱容積為20000L實(shí)際容積為22332L直徑D為2400mm長(zhǎng)度L為5374mm液位計(jì)直徑為65/50mm6.心得體會(huì)通過這一次的課程設(shè)計(jì)，我不僅僅學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，更使我懂得如何做事,如何去思考問題。這是我們第二次做課程設(shè)計(jì)，但這次課程設(shè)計(jì)與以前的化工課程設(shè)計(jì)不同，以前老師給我們模板，這次的課程設(shè)計(jì)全是靠自己思考整理思路。剛開始做課程設(shè)計(jì)時(shí)都不知道該從何著手，在拿到任務(wù)書后，花了很長(zhǎng)時(shí)間來摸索討論，在小組成員一起的努力下漸漸理清思路，開始步入正軌。中間也有很多次卡在那兒，不知道如何往下做，但在王老師的細(xì)心指導(dǎo)下，我們一層層撥開云霧，最后完成了設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步逇了解了自己，知道自己的專業(yè)知識(shí)還不夠扎實(shí)，還存在著很多盲點(diǎn)，在以后有限的校園生活中，應(yīng)該多注重扎實(shí)自己的專業(yè)知識(shí)。同時(shí)也知道了理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性，在實(shí)際設(shè)計(jì)中提高了自己獨(dú)立思考問題的能力。整個(gè)設(shè)計(jì)過程是我們小組一起完成的，這讓我也感受到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的力量，也真正懂得了那句老話“團(tuán)結(jié)就是力量”。最后很感謝老師的辛苦指導(dǎo)和同學(xué)們的互相幫助，這將是我以后生活中的寶貴經(jīng)驗(yàn)。這次的課程設(shè)計(jì)，讓我們初步了解了做設(shè)計(jì)的一般要求，格式，內(nèi)容和方法，既學(xué)到許多知識(shí)，又為今后的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。7.參考文獻(xiàn)1國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編.化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）（M）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19962沈自法，唐孝宣編.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)（M）.上海：華東理工大學(xué)出版社，20043陳國(guó)豪主編.生物工程設(shè)備（M）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20074梁世中主編.生物工程設(shè)備（M）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20025陳敏恒主編.化工原理（M）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 8.致謝此次課程設(shè)計(jì)的制定、實(shí)施、完成到撰寫都是在