丝氨酸课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业生物制药工艺课程设计说 明 书论文题目 年产100吨丝氨酸的车间工艺设计 姓 名 学 号 班 级 指导教师 二O一四年十一月 摘要：本工艺设计全面综述了丝氨酸的发酵工艺路线，在此基础上，对100T/a丝氨酸发酵车间工艺进行了初步设计。本设计对工艺路线中出现的问题，包括车间的“三废”处理及综合利用，车间布置，工程经济等进行了较为合理地设计，并同时进行了主要的工艺计算和工艺设备选型，绘制了物料平衡图、工艺流程图等一系列图表。关键词：丝氨酸，车间工艺设计，工艺计算，工艺流程图

2、，物料平衡图前言1.1产品介绍L-丝氨酸（L-Serine）， 简写：Ser， ：CH2OHCH(NH2)COOH 分子量：105.09，：5.68， 密度：1.53， 熔点：240C白色结晶体或结晶粉末，味微甜，易溶于水和，不溶于和乙醚。 丝氨酸是一种非必需氨基酸，富含于鸡蛋、鱼、大豆，人体亦可从甘氨酸中合成丝氨酸。丝氨酸可以从大豆、酿酒发酵剂、乳制品、鸡蛋、鱼、乳白蛋白、豆荚、肉、海鲜、种子、乳清和全麦获取。丝氨酸在医药上有着广泛用途。丝氨酸可促进和的，有助于维持。(PS)是在人体中合成的丝氨酸化合物，、斯堪的纳维亚半岛和其他国家都广泛应用磷脂酰丝氨酸补充剂来治疗年老引发的痴呆症和正常的老

3、年记忆损失。1.2产品用途L-丝氨酸属于非必需，具有许多重要的生理功能和作用 1.合成嘌呤、胆碱的前体； 2.L-丝氨酸羟基经作用后能衍生出具重要生理功能的磷丝氨酸，是磷脂的主要成分之一； 3.具有稳定滴眼液pH值的作用，且滴眼后无刺激性； 重要的自然保湿因子(NMF)之一，皮肤角质层保持水分的主要角色，高级化妆品中的关键添加剂。应用： 1. 医药原料：L-丝氨酸广泛用于配置第三代复方输液和营养增补剂，并用于合成多种丝，如心血管 、抗癌、艾滋病新药及基因工程用保护氨基酸等； 2.食品：L-丝氨酸用于运动饮料 、减肥饮料等； 3.饲料：L-丝氨酸用于动物饲料，可促进动物生长发育；1.3发展状况和

4、研究意义丝氨酸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。同时丝氨酸的衍生物也具有优良的药用和生物活性, 如-取代丝氨酸被应用于设计肽, 而且是免疫抑制剂ISP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。 国内外生产L-丝氨酸的方法主要有化学合成法，蚕丝水解法，酶法，前体发酵法等生物法等。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。日本用前体发酵法生产L-丝氨酸, 在1969年产量为4t, 在1990年70t, 在19

5、96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。产品方案2.1产品名称和性质：发酵丝氨酸，白色结晶体粉末2.2产品规模：100T/a2.3产品包装方式：桶装生产工艺3.1原材料及产品的主要技术规格 培养基：LB培养基 蛋白胨 10g 酵母浸出液 5 g 氯化钠 5g 水 1000ml3.2生产流程1.将LB培养基共0.25m3放入0.3m3的种子

6、罐配料罐中，待搅拌均匀后，用泵打入种子罐中，种子罐用138水蒸气进行夹套加热灭菌（使培养基从25升至121），再用冷却水使之冷却到37，接入菌种后培养到对数期待用。2在12 m3的发酵罐配料罐中加入8.35m3的LB培养基，开启搅拌待混匀后，用泵打入发酵罐中，进行灭菌，用138水蒸气先进行间接加热（使培养基从25升至90），再用蒸汽直接加热（使培养基从90升至121），然后用冷却水使之冷却到37，待用。3.将种子罐中的料液放入发酵罐中发酵14h，再用离心机进行离心分离，收集菌体，废液放入贮罐中。3.3工艺流程的设计原则6进行工艺设计，必须考虑以下几项原则： 1.保证产品质量符合国家标准，外销产

7、品还必须满足销售地区的质量要求。 2.尽量采用成熟的、先进的技术和设备。努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能够迅速投入生产，使短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。 3.尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。 4.确保安全生产，以保证人身和设备的安全。 5.生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。 6.工艺流程方框图(见附图)4.工艺计算4.1物料衡算已知LB培养基的成分：酵母提取物5g，蛋白胨10g，NaCl5g，水1000ml4.1.1发酵

8、罐 发酵液 G=8768kg，酵母提取物 G1=8768kg蛋白胨 G2=8768kgNaCl G3=8768kg水 G水=8768kg=8.6ml4.1.2种子罐发酵液 G=263.6kg酵母提取物 G1=263.6kg蛋白胨 G2=263.6kgNaCl G3=263.6kg水 G水=263.6kg=2.58ml4.2热量衡算4.2.1发酵罐（不锈钢蛇管传热）1.间接加热过程的蒸汽量（培养基温度从25升到90）已知G=1050kg， t1=25 ，t2=90 c=4.18kJ/(kg) =138 查表得r=2155.6 kJ/kgK=12501900 kJ/(m2h) 取K=1674 kJ

9、/(m2h)=5%10%，取10% =1215.7kg已知=11.5h 取=1h=1F=18.7 m22. 直接加热过程的蒸汽量（培养基温度从90升到121）t1=90 ，t2=121查表得138下=2735.2 kJ/kg， =4.18kJ/(kg)=5%10%，取10% kg3.冷却阶段的冷却水用量 =10 （实测当培养基温度t1为80时，此时冷却水出口温度t2为30）K=1674 kJ/(m2h)kJ/(kg)（Ac2）=1674(1.4=22257.3kg/h=22.2573t/h4.2.2种子罐体积小于5 m3采用夹套加热1. 间接加热过程的蒸汽量已知V种=8.35 m3kgt1=2

10、5 ，t2=121 ，r=2155.6kJ/kg=5%10%，取10% =53.98kg取=0.5h K=8301250kJ/(m2h) 取K=1000kJ/(m2h)=0.5F=4.2 m22. 冷却阶段的冷却水用量 =10 （实测当培养基温度t1为80时，此时冷却水出口温度t2为30）K=1000 kJ/(m2h)kJ/(kg)（Ac2）=1000(1.4=2986.2kg/h=2.9862t/h主要设备的计算 主要工艺设备的设计和选型 设备设计与选型的原则6从设备的设计选型情况，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。因此在设备的工艺设计和选型时应考虑如下原则：保证工艺过程实施的安全

11、可靠（包括设备材质对产品质量的安全可靠；设备材质强度的耐温、耐压、耐腐蚀的安全可靠；生产过程清洗、消毒的可靠性等）。经济上合理，技术上先进。投资省，耗材料少，加工方便，采购容易。运行费用低，水电汽消耗少。操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便。结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确定性能优良的设备。考虑生产波动与设备平衡，留有一定裕量。考虑设备故障及检修的备用。发酵罐生产能力、数量和容积的确定。5.1发酵罐的设计生产条件：已知发酵培养接种量为3%，使用的培养基是LB培养基，发酵时间为14h，发酵罐的搅拌转速为180rpm，通气量为0.8VVM，发酵液

12、密度为1050kg/m3,粘度为0.1Pas。每升发酵液可以纯化得到L-丝氨酸产品40g。年操作日300天，生产方式：间歇生产。水蒸气138，冷却水进出口温度根据实际情况确定。因为发酵时间为14h，再考虑发酵罐灭菌，降温，出料，清洗等辅助时间。确定发酵周期为24h。单个周期发酵液体积计算：L=16.7m3装料系数 取=0.7=16.7/0.7=23.86 m3所以我们选用两个12 m3的发酵罐，另选一个作为备用罐。H/D=1.73，取H/D=2.0=12D=1.91m, 圆整D=2m, H=2D=4m已知 取d=0.4D=0.8m已知,取W=D=0.2m已知，取B=0.9d=0.72m 圆整B

13、=0.8m已知, 取S=1.5d=1.2m（取25mm）m3发酵液的圆柱体积V柱=16.7/21.12=7.23 m3发酵液的柱体高h=假设用两层搅拌器，所以S1=2.31.2=1.1m检验：S1/d=1.1/0.8=1.375在12范围内5.2搅拌器轴功率计算已知d=0.8m , D=2m 液位高 HL=2.3+0.8=3.1mn=90rpm=1.5r/s =1050kg/ m3 =0.1Pas =104 （属湍流状态）P=kn3d5=4.8 1.53 kW校正系数f= =实际P*=f P=1.04kW因为有两层搅拌器kW标准状况下的通气量Q0=VLVVM=0.816.7/2=6.68 m3

14、/min= () = 6.68() =4.42 m3/minNa= Pg=5.79kW5.3接种罐的计算因为接种量为3%，故V种=m3装料系数 取=0.6=0.25/0.6=0.42 m3应取两个0.5 m3的种子罐H/D=1.73，取H/D=2.0=0.5D=0.66m, 圆整D=0.7m, H=2D=1.4m已知 取d=0.4D=0.28m 圆整d=0.3已知,取W=D=0.07m 圆整W=0.1m已知，取B=1.0d=0.3m 已知, 取S=1.5d=0.45m 圆整S=0.5m（取25mm）m3发酵液的圆柱体积V柱=0.250.0542=0.20 m3发酵液的柱体高h= 圆整h=0.6

15、m假设用一层搅拌器，所以S1=h=0.6m检验：S1/d=0.6/0.3=2在12范围内5.4种子罐轴功率计算种子罐单位体积轴功率P=78kW/ m3 取P=8kW/ m3P种子=0.25kW5.5贮罐计算V=16.7/2=8.35 m3取=0.75=8.35/0.75=11.13m3查化工手册取一个10 m3的贮罐公称直径DN=1800mm，L1=3400mm5.6配料罐的计算5.6.1发酵罐配料罐V=16.7/2=8.35 m3取=0.8=8.35/0.8=10.44m3查化工手册取2个12 m3的配料罐,型号为JB1423-74公称直径DN=2200mm，H=3200mm，D=2240m

16、m5.6.2种子罐配料罐V种=m3取=0.8=0.25/0.8=0.31m3查化工手册取2个0.3m3的配料罐,型号为JB1425-74公称直径DN=600mm，H=1200mm，D=620mm5.7离心机计算生产能力=16.7/14=1.19 m3/h选择型号为:卧式螺旋卸料沉降离心机 LW 200600N6.车间的组成和生产制度6.1. 车间组成及其所需时间发酵配料 0.8 h搅拌 0.5 h投料 0.5 h蒸汽灭菌 1 h 冷却到27 约1 h接种0.20 h发酵 44 h发酵的总反应时间为 48 h 清洗发酵罐1.5 h6.2.人员配置表5.1 车间岗位人员配置表工 段名 称岗 位名

17、称人员配制班制人数每班轮休合计发 酵工 段配料罐2112发酵罐7347过 滤 烘干6246其 他车间主任/1/1车间副主任/1/1合 计/1589177. 技术保安、防火及工业卫生设计时要根据原、辅材料的易燃易爆特性进行合理的选材、安排、设计。在厂房建筑方面，要合理布置好厂房的平面和空间，缩小爆炸范围，保证人员安全疏散；另外，要注意建筑的结构和选材。设计还时要注意厂房的通风等问题。8厂址选择8厂址选择是工业基本建设的一个重要环节，是一项政策性、技术性很强的工作。只有项目的建设地点选择和确定之后，才能比较准确地估算出项目在建设时的基建投资和投入生产后的产品成本，也才能对项目的各种经济效益进行分析

18、和计算以及对项目的环境影响、社会效益等进行分析，最终得出建设项目是否可行的结论。根据我国国情，选厂工作是在长远规划的指导下，在指定的一个或数个地区(开发区)内选择符合建厂要求的厂址。在选择厂址时，应遵循以下基本原则：厂址位置必须符合国家工业布局，城市或地区的规划要求，尽可能靠近城市或城镇原有企业，以便于生产上的协作，生活上的方便。厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区，并在贮运、机修、公用工程和生活设施等方面有良好基础和协作条件的地区。厂址应靠近水量充足、水质良好的水源区，当有城市供水，地下水和地面水三种供水条件时，应该进行经济技术比较后选用。厂址应尽可能靠近原有交通线(水运、铁路、公路

19、)，即应有便利的交通运输条件。以避免为了新建企业需修建过长的专用交通线，增加新企业的建厂费用和运营成本。在有条件的地方，要优先采用水运。对于有超重、超大或超长设备的工厂，还应注意沿途是否具备运输条件。厂址尽可能靠近热电供应地，一般地讲，厂址应该考虑电源的可靠性，并应尽可能利用热电站的蒸汽供应，以减少新建工厂的热力和供电方面的投资。选厂应注意节约用地。不占或少占良田、好地、菜园、果园等。厂区的大小、形状和其他条件应满足工艺流程合理布局的需要，并应有发展的可能性。选厂应注意当地自然环境条件，并对工厂投产后对于环境可能造成的影响作出预评价。工厂的生产区、排渣场和居民的建设地点应同时选定。厂址应避离低

20、于洪水位或在采取措施后任不能确保不受水淹的地段；厂址的自然地形应有利于厂房和管线的布置，内外交通联系和场地的排水。厂址附近应有生产污水，生活污水排放的可靠排除地，并应保证不因新厂建设致使当地受到新的污染和危害。厂址应不妨碍或破坏农业水利工程，应尽量避免拆除民房或建构筑物，砍伐果园和拆迁大批墓穴等。厂址应避免布置在下列地区：地震断层带地区和基本烈度为9度以上的地震区；易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的山区；有开采价值的矿藏地区；对机场、电台等使用有影响的地区；有严重放射性物质影响的地区及爆破危险区；园林风景区和森林自然保护区、风景游览地区；水土保护禁垦区生活饮用水源第一卫生防护区；自然疫源区和

21、地方病流行地区。9.“三废”治理及综合利用9.1.废水处理各类废水将经厂区污水站预处理达标后，可纳入污水管网，进污水处理厂集中处理，达标排放。厂区生产废水预处理工艺图：（图一） 图一 污水处理工艺图9.2. 噪声、固废污染防治（1）噪声对高噪声设备如风机、水泵等进行消声、隔声处理，污水提升泵站在泵房内隔音。（2）固废a、应按照固体废物的性质进行分类收集和暂存。本项目所有废物都必须储存于加盖密闭容器中。各种脚料及母液用钢质容器储存，脱水渣也采用聚氯乙烯容器储存。b、发酵液板框压滤废渣干燥后可做生物复合肥原料综合利用；粗品溶解滤渣主要成分为硅藻土，干燥后也可做生物复合肥原料综合利用。c、对蒸馏残液以及废活性炭等危险固废，对其进行焚烧处理。烟气高空排放。d、项目燃煤锅炉煤渣可外卖综合利用，由砖瓦厂制砖或用于铺路等。e、厂区职工产生的生活垃圾，可由环卫部门外运填埋处理。f、具有刺激性、恶臭物料的包装材料储存于容器中并加盖密闭。g、废包装箱、捆绑材料等则应及时收集，室内分类存放，可回收综合利用的尽量回用，少量不能回用的，应进行去毒或无害处理后一并由环卫部门外运填埋处理。10. 本工