蘇氨酸生產(chǎn)工藝原理-劉松20110529

1、講解人：劉松日 期：2011-5-292011-5-29 蘇氨酸生產(chǎn)工藝目錄蘇氨酸基礎(chǔ)知識(shí) 蘇氨酸生產(chǎn)工藝蘇氨酸生產(chǎn)概況蘇氨酸概況蘇氨酸概況 一一 國內(nèi)外蘇氨酸生產(chǎn)廠家國內(nèi)外蘇氨酸生產(chǎn)廠家 國外：日本的味之素，德國的德固賽，韓國希杰等。國外：日本的味之素，德國的德固賽，韓國希杰等。 國內(nèi)：梅花生物，廣東星湖，浙江國光，山東恩貝，寧夏國內(nèi)：梅花生物，廣東星湖，浙江國光，山東恩貝，寧夏伊品等。伊品等。 二二 市場規(guī)模與發(fā)展前景市場規(guī)模與發(fā)展前景 目前生產(chǎn)的目前生產(chǎn)的L-蘇氨酸大部分用于飼料行業(yè)蘇氨酸大部分用于飼料行業(yè) （1）2003年全球產(chǎn)量年全球產(chǎn)量5萬噸，到萬噸，到2010年全球產(chǎn)量增至年全球

2、產(chǎn)量增至21萬噸，年均復(fù)合增長率為萬噸，年均復(fù)合增長率為22.75% （2）國內(nèi)蘇氨酸產(chǎn)量）國內(nèi)蘇氨酸產(chǎn)量2004年為年為5000噸，到噸，到2010年全國年全國產(chǎn)量達(dá)到產(chǎn)量達(dá)到9.6萬噸，年均復(fù)合增長率為萬噸，年均復(fù)合增長率為64%。我公司蘇氨酸的生產(chǎn)概況我公司蘇氨酸的生產(chǎn)概況 1、 通遼梅花生物科技有限公司目前共建設(shè)通遼梅花生物科技有限公司目前共建設(shè)3個(gè)個(gè)蘇氨酸生產(chǎn)車間，分別為西區(qū)的蘇氨酸一車間，蘇氨酸生產(chǎn)車間，分別為西區(qū)的蘇氨酸一車間，蘇氨酸二車間，以及東區(qū)的蘇氨酸三車間。蘇氨酸二車間，以及東區(qū)的蘇氨酸三車間。 2、公司計(jì)劃、公司計(jì)劃 年產(chǎn)蘇氨酸年產(chǎn)蘇氨酸6萬噸，其中蘇氨酸一車萬噸，其中

3、蘇氨酸一車間和蘇氨酸二車間為年產(chǎn)間和蘇氨酸二車間為年產(chǎn)1.5萬噸，蘇氨酸三車間萬噸，蘇氨酸三車間為年產(chǎn)為年產(chǎn)3萬噸。萬噸。蘇氨酸基礎(chǔ)知識(shí)蘇氨酸基礎(chǔ)知識(shí)蘇氨酸（包裝成品）蘇氨酸（包裝成品）L-L-蘇氨酸化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)蘇氨酸化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)蘇氨酸基礎(chǔ)知識(shí)蘇氨酸基礎(chǔ)知識(shí) 1、目前我公司用來生產(chǎn)蘇氨酸的菌種為大腸桿目前我公司用來生產(chǎn)蘇氨酸的菌種為大腸桿菌基因工程菌，屬于好氧異養(yǎng)型的菌種。其生長菌基因工程菌，屬于好氧異養(yǎng)型的菌種。其生長特點(diǎn)是生長繁殖快，代謝能力強(qiáng)，能夠積累大量特點(diǎn)是生長繁殖快，代謝能力強(qiáng)，能夠積累大量所需的代謝產(chǎn)物。所需的代謝產(chǎn)物。 2、初級(jí)的蘇氨酸菌種經(jīng)過二級(jí)種子罐的擴(kuò)大培、初

4、級(jí)的蘇氨酸菌種經(jīng)過二級(jí)種子罐的擴(kuò)大培養(yǎng)后植入到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，再利用物理養(yǎng)后植入到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，再利用物理分離的方式得到濕的蘇氨酸，最后經(jīng)閃蒸烘干生分離的方式得到濕的蘇氨酸，最后經(jīng)閃蒸烘干生產(chǎn)出成品產(chǎn)出成品L-蘇氨酸。蘇氨酸。蘇氨酸總工藝路線蘇氨酸總工藝路線冷冷凝凝水水浸浸泡泡液液水處理中心水處理中心胚胚 芽芽纖纖 維維蛋蛋 白白玉玉 米米淀淀粉粉乳乳葡葡萄萄糖糖蘇蘇氨氨酸酸蘇蘇氨氨酸酸發(fā)發(fā)酵酵菌菌體體蛋蛋白白尾尾 液液洗洗 布布 水水沉沉淀淀水水有有機(jī)機(jī)肥肥工藝工藝路線路線蘇蘇氨氨酸酸提提取取冷凝水冷凝水蘇氨酸的生產(chǎn)工藝蘇氨酸的生產(chǎn)工藝 目前國內(nèi)大多采用的是周期性發(fā)酵，發(fā)酵的周

5、期目前國內(nèi)大多采用的是周期性發(fā)酵，發(fā)酵的周期在在3640小時(shí)。小時(shí)。 我公司生產(chǎn)的蘇氨酸是由發(fā)酵和提取兩道工序共同完成的。我公司生產(chǎn)的蘇氨酸是由發(fā)酵和提取兩道工序共同完成的。 1 發(fā)酵工段是提供給菌種生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，利用菌發(fā)酵工段是提供給菌種生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，利用菌種的自身新陳代謝的作用，得到蘇氨酸發(fā)酵液的過程。由種的自身新陳代謝的作用，得到蘇氨酸發(fā)酵液的過程。由連消，二級(jí)，發(fā)酵罐三個(gè)主要崗位組成。連消，二級(jí)，發(fā)酵罐三個(gè)主要崗位組成。 2 提取工段是將發(fā)酵工段生產(chǎn)出來的發(fā)酵液經(jīng)過物理分離提取工段是將發(fā)酵工段生產(chǎn)出來的發(fā)酵液經(jīng)過物理分離的方式得到成品蘇氨酸的過程。主要由膜過濾，蒸發(fā)，分

6、的方式得到成品蘇氨酸的過程。主要由膜過濾，蒸發(fā)，分離，烘干，包裝五個(gè)崗位組成。離，烘干，包裝五個(gè)崗位組成。蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝發(fā)酵罐發(fā)酵罐二級(jí)罐二級(jí)罐 液氨儲(chǔ)罐液氨儲(chǔ)罐 風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)系統(tǒng)流加糖罐流加糖罐消泡劑儲(chǔ)罐泡劑儲(chǔ)罐維持罐維持罐 噴射器噴射器 配料池配料池原輔料原輔料 四效四效 儲(chǔ)糖罐儲(chǔ)糖罐 滅菌罐滅菌罐 消泡劑消泡劑 維持罐維持罐噴射器噴射器 配料池配料池原輔料原輔料 低糖低糖 尾氣罐尾氣罐蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝 二二 崗位職責(zé)崗位職責(zé) 1 連消崗位連消崗位 為菌種提供生長代謝所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，以及對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)為菌種提供生長代謝所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，以及對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行消毒滅菌，保證菌

7、種在無菌環(huán)境下正常生長。進(jìn)行消毒滅菌，保證菌種在無菌環(huán)境下正常生長。 2 二級(jí)崗位二級(jí)崗位 將初級(jí)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，使其達(dá)到發(fā)酵所需菌種生長量將初級(jí)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，使其達(dá)到發(fā)酵所需菌種生長量的過程。的過程。 3 發(fā)酵崗位發(fā)酵崗位 滿足菌種的繁殖生長，利用自身新陳代謝積累大量蘇氨酸滿足菌種的繁殖生長，利用自身新陳代謝積累大量蘇氨酸代謝產(chǎn)物的過程。代謝產(chǎn)物的過程。蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝濕熱滅菌：濕熱滅菌：當(dāng)溫度超過最高限度時(shí)，微生物細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶起當(dāng)溫度超過最高限度時(shí)，微生物細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時(shí)間內(nèi)死亡，加熱滅菌即是根據(jù)了不可逆的凝固變性，使

8、微生物在很短時(shí)間內(nèi)死亡，加熱滅菌即是根據(jù)微生物這一特性而進(jìn)行的。微生物這一特性而進(jìn)行的。噴射器：可使料液和蒸汽迅速接觸，充分混合，加熱是在瞬時(shí)內(nèi)完成噴射器：可使料液和蒸汽迅速接觸，充分混合，加熱是在瞬時(shí)內(nèi)完成的。溫度：的。溫度：123123維持罐：使加熱后的培養(yǎng)基在維持罐中保溫一段時(shí)間，以達(dá)滅菌目的。維持罐：使加熱后的培養(yǎng)基在維持罐中保溫一段時(shí)間，以達(dá)滅菌目的。維持維持8-10min8-10min。四效蒸發(fā)器：借加熱作用使部分水汽化，達(dá)到生產(chǎn)所需要的糖液濃度。四效蒸發(fā)器：借加熱作用使部分水汽化，達(dá)到生產(chǎn)所需要的糖液濃度。蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝 二二 級(jí)級(jí) 二級(jí)

9、種子的擴(kuò)大培養(yǎng)是為二級(jí)種子的擴(kuò)大培養(yǎng)是為了保證發(fā)酵所需的足夠的了保證發(fā)酵所需的足夠的菌體數(shù)量。菌體數(shù)量。菌體的生長四階段，即適菌體的生長四階段，即適應(yīng)期、對(duì)數(shù)生長期、穩(wěn)定應(yīng)期、對(duì)數(shù)生長期、穩(wěn)定和衰亡期。和衰亡期。蘇氨酸二級(jí)種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：蘇氨酸二級(jí)種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： OD:0.3OD:0.3、Rg2.0/1.0Rg2.0/1.0。二級(jí)控制條件：二級(jí)控制條件：溫度：溫度： 3737、pH:7.1pH:7.1、通風(fēng)比通風(fēng)比1 1：0.4v/v.min0.4v/v.min、接種量接種量0.012%0.012% 、罐壓罐壓:0-:0-8h 0.08MPa8h 0.08MPa 、8-12h 8-12h 0.1

10、MPa0.1MPa 、初定、初定21-23m21-23m。 蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝葡萄糖葡萄糖EMP 丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶乙酰輔酶ATCA草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸蘇氨酸蘇氨酸纈氨酸纈氨酸發(fā)酵機(jī)理：發(fā)酵機(jī)理：L-L-蘇氨酸生物合成經(jīng)過蘇氨酸生物合成經(jīng)過EMPEMP、TCATCA途徑導(dǎo)向天冬氨酸族途徑導(dǎo)向天冬氨酸族代謝、代謝、HMPHMP途徑及賴氨酸、纈氨酸的生物合成也是其菌體代謝的重途徑及賴氨酸、纈氨酸的生物合成也是其菌體代謝的重要途徑。要途徑。大罐控制條件：大罐控制條件： 溫度：溫度：3737、pHpH：7.07.0、接種量、接種量14.3% 14.3% 、罐壓、罐壓0h 0.0

11、7MPa 0h 0.07MPa 、0h0h風(fēng)量風(fēng)量 1300m/h1300m/h 、初定容、初定容148m148m。補(bǔ)糖：初糖補(bǔ)糖：初糖3.0%3.0%、運(yùn)行、運(yùn)行8h8h左右加糖維持較低的底糖左右加糖維持較低的底糖0-0.3%0-0.3%。蘇氨酸發(fā)酵工藝蘇氨酸發(fā)酵工藝儲(chǔ)風(fēng)罐：是消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈動(dòng)，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時(shí)也可以利儲(chǔ)風(fēng)罐：是消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈動(dòng)，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時(shí)也可以利用重力沉降作用分離部分油霧。用重力沉降作用分離部分油霧。冷卻器：將空氣冷卻后除去冷凝水。冷卻器：將空氣冷卻后除去冷凝水。氣液分離器：利用離心力的作用除水除油。氣液分離器：利用離心力的作用除水

12、除油。加熱器：空氣中水分進(jìn)一步汽化、殺菌作用；加熱器溫度：加熱器：空氣中水分進(jìn)一步汽化、殺菌作用；加熱器溫度：60。粗濾：過濾精度一般為粗濾：過濾精度一般為0.5m，過濾效率，過濾效率95%左右。左右。預(yù)濾：過濾精度預(yù)濾：過濾精度:0.3-0.5m，過濾效率，過濾效率: 95%-99.9%。作用將空氣前處理系統(tǒng)中的。作用將空氣前處理系統(tǒng)中的鐵銹等雜物進(jìn)行預(yù)濾。鐵銹等雜物進(jìn)行預(yù)濾。 蒸汽過濾器則是阻擋蒸氣管路中的銹蝕物和鍋爐污垢等雜質(zhì)。蒸汽過濾器則是阻擋蒸氣管路中的銹蝕物和鍋爐污垢等雜質(zhì)。精濾：過濾精度精濾：過濾精度0.01m，過濾效率，過濾效率99.9999%以上，滅菌要求：以上，滅菌要求：0

13、.1Mpa、30min。風(fēng)系統(tǒng)蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝 膜過濾膜過濾濾清液儲(chǔ)罐濾清液儲(chǔ)罐三效濃縮蒸發(fā)器三效濃縮蒸發(fā)器 原液晶漿罐原液晶漿罐 原液分離機(jī)原液分離機(jī) 絞龍絞龍 閃蒸閃蒸 包裝包裝 成品高濃透析液截流液儲(chǔ)罐截流液儲(chǔ)罐低濃透析液低濃透析液冷凝水儲(chǔ)罐冷凝水儲(chǔ)罐一次母液罐 二次母液罐二次母液罐 母液分離機(jī)母液分離機(jī) 單效蒸發(fā)器單效蒸發(fā)器 污水車間污水車間 復(fù)合肥車間復(fù)合肥車間發(fā)酵液蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝 一一 崗位職責(zé)崗位職責(zé) 膜過濾：將發(fā)酵輸送過來的發(fā)酵液利用膜的過濾作用過濾膜過濾：將發(fā)酵輸送過來的發(fā)酵液利用膜的過濾作用過濾出雜質(zhì)，得到發(fā)酵液的濾清液。出雜質(zhì)，得到發(fā)酵液的濾清液

14、。 蒸蒸 發(fā)：將濾清液等進(jìn)行蒸發(fā)濃縮得到濃度較高的蘇氨酸發(fā)：將濾清液等進(jìn)行蒸發(fā)濃縮得到濃度較高的蘇氨酸發(fā)酵液。發(fā)酵液。 分分 離離：利用轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作為推動(dòng)力，利用轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作為推動(dòng)力，使晶漿液中蘇氨酸和母液分離開來。使晶漿液中蘇氨酸和母液分離開來。 烘烘 干：指利用熱能使?jié)裎锪现袧穹指桑褐咐脽崮苁節(jié)裎锪现袧穹?如水如水)汽化并排除，汽化并排除，從而得到較干物料的過程。從而得到較干物料的過程。 包包 裝：裝： 將成品蘇氨酸進(jìn)行裝料，封包，儲(chǔ)存。將成品蘇氨酸進(jìn)行裝料，封包，儲(chǔ)存。蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝膜過濾原理膜過濾原理 過濾機(jī)理：篩分過濾機(jī)理：篩分 過濾方

15、式：切向過濾。過濾方式：切向過濾。 描述膜透性的參數(shù)：膜通量，指單位面積的膜在單位時(shí)間內(nèi)透過的透液體積。描述膜透性的參數(shù)：膜通量，指單位面積的膜在單位時(shí)間內(nèi)透過的透液體積。 根據(jù)截留物分子量的大?。焊鶕?jù)截留物分子量的大小：微濾微濾、超濾超濾、反滲反滲透透、納濾等納濾等微濾膜孔徑較大，以微米孔徑較大，以微米m表示如，孔徑表示如，孔徑0.10.1、0.50.5m等等超濾膜孔徑太小，則以截留分子量表示截留分孔徑太小，則以截留分子量表示截留分子量子量1000-101000-10萬萬道爾頓道爾頓反滲透和和納濾在電子顯微鏡下也看不到孔道，在電子顯微鏡下也看不到孔道，以截留小分子量表示。納濾截留分子量以截留

16、小分子量表示。納濾截留分子量200-200-10001000小分子；反滲透截留分子量小分子；反滲透截留分子量100100左右左右的鹽的鹽分分v蒸發(fā)器種類：升膜、降膜、順流、逆流蒸發(fā)器種類：升膜、降膜、順流、逆流v多效蒸發(fā)原理多效蒸發(fā)原理（1 1）在水蒸汽的焓中，潛熱占很大比例）在水蒸汽的焓中，潛熱占很大比例（2 2）二次蒸汽仍有相當(dāng)高的焓值，可用來作為下一效的加熱蒸）二次蒸汽仍有相當(dāng)高的焓值，可用來作為下一效的加熱蒸汽；汽；蒸發(fā)蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝v結(jié)晶過程：結(jié)晶過程： 首先是產(chǎn)生晶核；首先是產(chǎn)生晶核； 晶核在良好的環(huán)境中長大。晶核在良好的環(huán)境中長大。 v結(jié)晶的推動(dòng)力是溶質(zhì)的濃度差（結(jié)

17、晶的推動(dòng)力是溶質(zhì)的濃度差（c c c*） c：實(shí)際濃度：實(shí)際濃度c*:飽和濃飽和濃度度蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝根據(jù)飽和曲線和過飽和曲線圖，析出結(jié)晶根據(jù)飽和曲線和過飽和曲線圖，析出結(jié)晶的手段：的手段：（1）冷卻：）冷卻：EFGH 由于降溫降低了溶質(zhì)的溶解度。由于降溫降低了溶質(zhì)的溶解度。（2）蒸發(fā)濃縮）蒸發(fā)濃縮:EFG 以除去溶劑的方式，使溶液中溶質(zhì)濃度以除去溶劑的方式，使溶液中溶質(zhì)濃度超過飽和溶解度。超過飽和溶解度。 （3）蒸發(fā)）蒸發(fā)+冷卻冷卻: EG 結(jié)晶良好區(qū)域是在介穩(wěn)區(qū)左下方，結(jié)晶良好區(qū)域是在介穩(wěn)區(qū)左下方， CD 線和線和 AB 線之間線之間育晶的原理：育晶的原理：當(dāng)溶液中同時(shí)有大晶粒

18、存在，當(dāng)溶液中同時(shí)有大晶粒存在， 則微小晶粒溶解而大晶粒長大，直至則微小晶粒溶解而大晶粒長大，直至 微小晶粒消失微小晶粒消失蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝分離 利用轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作為推動(dòng)力，利用轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作為推動(dòng)力，使晶漿液中蘇氨酸使晶漿液中蘇氨酸 和母液分離開來。和母液分離開來。平板式刮刀下卸料自動(dòng)離心機(jī)懸浮液在離心力場下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過濾介懸浮液在離心力場下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過濾介質(zhì)質(zhì)( (濾網(wǎng)或?yàn)V布濾網(wǎng)或?yàn)V布) )上，使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液；上，使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液；而固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面而固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面, ,形成濾渣，從而形成濾渣，從而實(shí)現(xiàn)固實(shí)現(xiàn)固- -液分離。過濾型轉(zhuǎn)鼓圓周壁上有孔，在內(nèi)壁液分離。過濾型轉(zhuǎn)鼓圓周壁上有孔，在內(nèi)壁襯以過濾介質(zhì)。襯以過濾介質(zhì)。 蘇氨酸提取工藝蘇氨酸提取工藝 干燥：指利用熱能使?jié)裎锪现袧穹指稍铮褐咐脽崮苁節(jié)裎锪现袧穹?如水如水)汽化并排除，從汽化并排除，從而得到較干物料的過程。而得到較干物料的過程。 干燥目的：一便于產(chǎn)品包裝貯存運(yùn)輸；二水分低產(chǎn)品性質(zhì)干燥目的：一便于產(chǎn)品包裝貯存運(yùn)輸；二水分低產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，穩(wěn)定， 有較長的保質(zhì)期。有較長的保質(zhì)期。 加熱空氣經(jīng)風(fēng)道由主機(jī)底部進(jìn)風(fēng)口切向進(jìn)入，在塔內(nèi)加熱空氣經(jīng)風(fēng)道由主機(jī)底部進(jìn)風(fēng)口切向進(jìn)入，在塔內(nèi)形成高速旋轉(zhuǎn)的氣流；物料由加料器均勻