絲氨酸課程設(shè)計(jì)

1、生物制藥工藝課程設(shè)計(jì)說 明 書論文題目 年產(chǎn)100噸絲氨酸的車間工藝設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 二O一四年十一月摘要：本工藝設(shè)計(jì)全面綜述了絲氨酸的發(fā)酵工藝路線，在此基礎(chǔ)上，對(duì)100T/a絲氨酸發(fā)酵車間工藝進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)對(duì)工藝路線中出現(xiàn)的問題，包括車間的“三廢”處理及綜合利用，車間布置，工程經(jīng)濟(jì)等進(jìn)行了較為合理地設(shè)計(jì)，并同時(shí)進(jìn)行了主要的工藝計(jì)算和工藝設(shè)備選型，繪制了物料平衡圖、工藝流程圖等一系列圖表。關(guān)鍵詞：絲氨酸，車間工藝設(shè)計(jì)，工藝計(jì)算，工藝流程圖，物料平衡圖1. 前言1.1產(chǎn)品介紹L-絲氨酸（L-Serine）， 簡(jiǎn)寫：Ser， 結(jié)構(gòu)式：CH2OHCH(NH2)COOH

2、分子量：105.09，等電點(diǎn)：5.68， 密度：1.53， 熔點(diǎn)：240°C白色結(jié)晶體或結(jié)晶粉末，味微甜，易溶于水和甲酸，不溶于乙醇和乙醚。 絲氨酸是一種非必需氨基酸，富含于雞蛋、魚、大豆，人體亦可從甘氨酸中合成絲氨酸。絲氨酸可以從大豆、釀酒發(fā)酵劑、乳制品、雞蛋、魚、乳白蛋白、豆莢、肉、堅(jiān)果、海鮮、種子、乳清和全麥獲取。絲氨酸在醫(yī)藥上有著廣泛用途。絲氨酸可促進(jìn)脂肪和脂肪酸的新陳代謝，有助于維持免疫系統(tǒng)。 磷脂酰絲氨酸(PS)是在人體中合成的絲氨酸化合物，意大利、斯堪的納維亞半島和其他歐洲國(guó)家都廣泛應(yīng)用磷脂酰絲氨酸補(bǔ)充劑來治療年老引發(fā)的癡呆癥和正常的老年記憶損失。1.2產(chǎn)品用

3、途L-絲氨酸屬于非必需氨基酸，具有許多重要的生理功能和作用 1.合成嘌呤、胸腺嘧啶、膽堿的前體； 2.L-絲氨酸羥基經(jīng)磷酸化作用后能衍生出具重要生理功能的磷絲氨酸，是磷脂的主要成分之一； 3.具有穩(wěn)定滴眼液pH值的作用，且滴眼后無刺激性； 重要的自然保濕因子(NMF)之一，皮膚角質(zhì)層保持水分的主要角色，高級(jí)化妝品中的關(guān)鍵添加劑。應(yīng)用： 1. 醫(yī)藥原料：L-絲氨酸廣泛用于配置第三代復(fù)方氨基酸輸液和營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管 、抗癌、艾滋病新藥及基因工程用保護(hù)氨基酸等； 2.食品：L-絲氨酸用于運(yùn)動(dòng)飲料 、氨基酸減肥飲料等； 3.飼料：L-絲氨酸用于動(dòng)物飼料，可促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)

4、發(fā)育；1.3發(fā)展?fàn)顩r和研究意義絲氨酸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。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。 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)L-絲氨酸的方法主要有化學(xué)合成法，蠶絲水解法，酶法，前體發(fā)酵法等生物法等。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19

5、90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。2. 產(chǎn)品方案2.1產(chǎn)品名稱和性質(zhì)：發(fā)酵絲氨酸，白色結(jié)晶體粉末2.2產(chǎn)品規(guī)模：100T/a2.3產(chǎn)品包裝方式：桶裝3. 生產(chǎn)工藝3.1原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 培養(yǎng)基：LB培養(yǎng)基 蛋白胨 10g 酵母浸出液 5 g 氯化鈉 5g 水 1000ml3.2生產(chǎn)流程1.將LB培養(yǎng)基

6、共0.25m3放入0.3m3的種子罐配料罐中，待攪拌均勻后，用泵打入種子罐中，種子罐用138水蒸氣進(jìn)行夾套加熱滅菌（使培養(yǎng)基從25升至121），再用冷卻水使之冷卻到37，接入菌種后培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期待用。2在12 m3的發(fā)酵罐配料罐中加入8.35m3的LB培養(yǎng)基，開啟攪拌待混勻后，用泵打入發(fā)酵罐中，進(jìn)行滅菌，用138水蒸氣先進(jìn)行間接加熱（使培養(yǎng)基從25升至90），再用蒸汽直接加熱（使培養(yǎng)基從90升至121），然后用冷卻水使之冷卻到37，待用。3.將種子罐中的料液放入發(fā)酵罐中發(fā)酵14h，再用離心機(jī)進(jìn)行離心分離，收集菌體，廢液放入貯罐中。3.3工藝流程的設(shè)計(jì)原則6進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，必須考慮以下幾項(xiàng)原則： 1

7、.保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，外銷產(chǎn)品還必須滿足銷售地區(qū)的質(zhì)量要求。 2.盡量采用成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。努力提高原料利用率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產(chǎn)成本，使工廠建成后能夠迅速投入生產(chǎn)，使短期內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并做到生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。 3.盡量減少三廢排放量，有完善的三廢治理措施，以減少或消除對(duì)環(huán)境的污染，并做好三廢的回收和綜合利用。 4.確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全。 5.生產(chǎn)過程盡量采用機(jī)械化和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。 6.工藝流程方框圖(見附圖)4.工藝計(jì)算4.1物料衡算已知LB培養(yǎng)基的成分：酵母提取物5g，蛋白胨10g，NaCl

8、5g，水1000ml發(fā)酵罐 發(fā)酵液 G=8768kg，酵母提取物 G1=8768kg蛋白胨 G2=8768kgNaCl G3=8768kg水 G水=8768kg=8.6ml種子罐發(fā)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熱量衡算發(fā)酵罐（不銹鋼蛇管傳熱）1.間接加熱過程的蒸汽量（培養(yǎng)基溫度從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/(m2·

9、;h·) 取K=1674 kJ/(m2·h·)=5%10%，取10% =1215.7kg已知=11.5h 取=1h=1F=18.7 m22. 直接加熱過程的蒸汽量（培養(yǎng)基溫度從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.冷卻階段的冷卻水用量 =10 （實(shí)測(cè)當(dāng)培養(yǎng)基溫度t1為80時(shí)，此時(shí)冷卻水出口溫度t2為30）K=1674 kJ/(m2·h·)kJ/(kg·)（Ac2）=1674(1.4=22257.3kg/h=22.2573

10、t/h種子罐體積小于5 m3采用夾套加熱1. 間接加熱過程的蒸汽量已知V種=8.35 m3kgt1=25 ，t2=121 ，r=2155.6kJ/kg=5%10%，取10% =53.98kg取=0.5h K=8301250kJ/(m2·h·) 取K=1000kJ/(m2·h·)=0.5F=4.2 m22. 冷卻階段的冷卻水用量 =10 （實(shí)測(cè)當(dāng)培養(yǎng)基溫度t1為80時(shí)，此時(shí)冷卻水出口溫度t2為30）K=1000 kJ/(m2·h·)kJ/(kg·)（Ac2）=1000(1.4=2986.2kg/h=2.9862t/h5. 主要

11、設(shè)備的計(jì)算 主要工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型 設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的原則6從設(shè)備的設(shè)計(jì)選型情況，可以反映出所設(shè)計(jì)工廠的先進(jìn)性和生產(chǎn)的可靠性。因此在設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)考慮如下原則：(1) 保證工藝過程實(shí)施的安全可靠（包括設(shè)備材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的安全可靠；設(shè)備材質(zhì)強(qiáng)度的耐溫、耐壓、耐腐蝕的安全可靠；生產(chǎn)過程清洗、消毒的可靠性等）。(2) 經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)。(3) 投資省，耗材料少，加工方便，采購(gòu)容易。(4) 運(yùn)行費(fèi)用低，水電汽消耗少。(5) 操作清洗方便，耐用易維修，備品配件供應(yīng)可靠，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)施機(jī)械化和自動(dòng)化方便。(6) 結(jié)構(gòu)緊湊，盡量采用經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)證明確定性能優(yōu)良的設(shè)備。(7) 考慮生產(chǎn)

12、波動(dòng)與設(shè)備平衡，留有一定裕量。(8) 考慮設(shè)備故障及檢修的備用。(9) 發(fā)酵罐生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定。5.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)生產(chǎn)條件：已知發(fā)酵培養(yǎng)接種量為3%，使用的培養(yǎng)基是LB培養(yǎng)基，發(fā)酵時(shí)間為14h，發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為180rpm，通氣量為0.8VVM，發(fā)酵液密度為1050kg/m3,粘度為0.1Pa·s。每升發(fā)酵液可以純化得到L-絲氨酸產(chǎn)品40g。年操作日300天，生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)。水蒸氣138，冷卻水進(jìn)出口溫度根據(jù)實(shí)際情況確定。因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間為14h，再考慮發(fā)酵罐滅菌，降溫，出料，清洗等輔助時(shí)間。確定發(fā)酵周期為24h。單個(gè)周期發(fā)酵液體積計(jì)算：L=16.7m3裝料系數(shù) 取=0.

13、7=16.7/0.7=23.86 m3所以我們選用兩個(gè)12 m3的發(fā)酵罐，另選一個(gè)作為備用罐。H/D=1.73，取H/D=2.0=12D=1.91m, 圓整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 圓整B=0.8m已知, 取S=1.5d=1.2m（取25mm）m3發(fā)酵液的圓柱體積V柱=16.7/21.12=7.23 m3發(fā)酵液的柱體高h(yuǎn)=假設(shè)用兩層攪拌器，所以S1=2.31.2=1.1m檢驗(yàn)：S1/d=1.1/0.8=1.375在12范圍內(nèi)5.2攪拌器軸功率計(jì)算已知d=0.8m , D=2m 液位高 HL=2.3+0.8=

14、3.1mn=90rpm=1.5r/s =1050kg/ m3 =0.1Pas =>104 （屬湍流狀態(tài)）P=kn3d5=4.8 1.53 kW校正系數(shù)f= =實(shí)際P*=f P=1.04kW因?yàn)橛袃蓪訑嚢杵鱧W標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量Q0=VLVVM=0.816.7/2=6.68 m3/min= () = 6.68() =4.42 m3/minNa= Pg=5.79kW5.3接種罐的計(jì)算因?yàn)榻臃N量為3%，故V種=m3裝料系數(shù) 取=0.6=0.25/0.6=0.42 m3應(yīng)取兩個(gè)0.5 m3的種子罐H/D=1.73，取H/D=2.0=0.5D=0.66m, 圓整D=0.7m, H=2D=1.4m已

15、知 取d=0.4D=0.28m 圓整d=0.3已知,取W=D=0.07m 圓整W=0.1m已知，取B=1.0d=0.3m 已知, 取S=1.5d=0.45m 圓整S=0.5m（取25mm）m3發(fā)酵液的圓柱體積V柱=0.250.0542=0.20 m3發(fā)酵液的柱體高h(yuǎn)= 圓整h=0.6m假設(shè)用一層攪拌器，所以S1=h=0.6m檢驗(yàn)：S1/d=0.6/0.3=2在12范圍內(nèi)5.4種子罐軸功率計(jì)算種子罐單位體積軸功率P=78kW/ m3 取P=8kW/ m3P種子=0.25kW5.5貯罐計(jì)算V=16.7/2=8.35 m3取=0.75=8.35/0.75=11.13m3查化工手冊(cè)取一個(gè)10 m3的貯

16、罐公稱直徑DN=1800mm，L1=3400mm5.6配料罐的計(jì)算發(fā)酵罐配料罐V=16.7/2=8.35 m3取=0.8=8.35/0.8=10.44m3查化工手冊(cè)取2個(gè)12 m3的配料罐,型號(hào)為JB1423-74公稱直徑DN=2200mm，H=3200mm，D=2240mm種子罐配料罐V種=m3取=0.8=0.25/0.8=0.31m3查化工手冊(cè)取2個(gè)0.3m3的配料罐,型號(hào)為JB1425-74公稱直徑DN=600mm，H=1200mm，D=620mm5.7離心機(jī)計(jì)算生產(chǎn)能力=16.7/14=1.19 m3/h選擇型號(hào)為:臥式螺旋卸料沉降離心機(jī) LW 200×600N6.車間的組成

17、和生產(chǎn)制度6.1. 車間組成及其所需時(shí)間發(fā)酵配料 0.8 h攪拌 0.5 h投料 0.5 h蒸汽滅菌 1 h 冷卻到27 約1 h接種0.20 h發(fā)酵 44 h發(fā)酵的總反應(yīng)時(shí)間為 48 h 清洗發(fā)酵罐1.5 h6.2.人員配置表5.1 車間崗位人員配置表工 段名 稱崗 位名 稱人員配制班制人數(shù)每班輪休合計(jì)發(fā) 酵工 段配料罐2112發(fā)酵罐7347過 濾 烘干6246其 他車間主任/1/1車間副主任/1/1合 計(jì)/1589177. 技術(shù)保安、防火及工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)原、輔材料的易燃易爆特性進(jìn)行合理的選材、安排、設(shè)計(jì)。在廠房建筑方面，要合理布置好廠房的平面和空間，縮小爆炸范圍，保證人員安全疏散；另

18、外，要注意建筑的結(jié)構(gòu)和選材。設(shè)計(jì)還時(shí)要注意廠房的通風(fēng)等問題。8廠址選擇8廠址選擇是工業(yè)基本建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)政策性、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。只有項(xiàng)目的建設(shè)地點(diǎn)選擇和確定之后，才能比較準(zhǔn)確地估算出項(xiàng)目在建設(shè)時(shí)的基建投資和投入生產(chǎn)后的產(chǎn)品成本，也才能對(duì)項(xiàng)目的各種經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析和計(jì)算以及對(duì)項(xiàng)目的環(huán)境影響、社會(huì)效益等進(jìn)行分析，最終得出建設(shè)項(xiàng)目是否可行的結(jié)論。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，選廠工作是在長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的指導(dǎo)下，在指定的一個(gè)或數(shù)個(gè)地區(qū)(開發(fā)區(qū))內(nèi)選擇符合建廠要求的廠址。在選擇廠址時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：（1） 廠址位置必須符合國(guó)家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求，盡可能靠近城市或城鎮(zhèn)原有企業(yè)，以便于生產(chǎn)上的協(xié)作

19、，生活上的方便。（2） 廠址宜選在原料、燃料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)，并在貯運(yùn)、機(jī)修、公用工程和生活設(shè)施等方面有良好基礎(chǔ)和協(xié)作條件的地區(qū)。（3） 廠址應(yīng)靠近水量充足、水質(zhì)良好的水源區(qū)，當(dāng)有城市供水，地下水和地面水三種供水條件時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后選用。（4） 廠址應(yīng)盡可能靠近原有交通線(水運(yùn)、鐵路、公路)，即應(yīng)有便利的交通運(yùn)輸條件。以避免為了新建企業(yè)需修建過長(zhǎng)的專用交通線，增加新企業(yè)的建廠費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)成本。在有條件的地方，要優(yōu)先采用水運(yùn)。對(duì)于有超重、超大或超長(zhǎng)設(shè)備的工廠，還應(yīng)注意沿途是否具備運(yùn)輸條件。（5） 廠址盡可能靠近熱電供應(yīng)地，一般地講，廠址應(yīng)該考慮電源的可靠性，并應(yīng)盡可能利用熱電站的

20、蒸汽供應(yīng)，以減少新建工廠的熱力和供電方面的投資。（6） 選廠應(yīng)注意節(jié)約用地。不占或少占良田、好地、菜園、果園等。廠區(qū)的大小、形狀和其他條件應(yīng)滿足工藝流程合理布局的需要，并應(yīng)有發(fā)展的可能性。（7） 選廠應(yīng)注意當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，并對(duì)工廠投產(chǎn)后對(duì)于環(huán)境可能造成的影響作出預(yù)評(píng)價(jià)。工廠的生產(chǎn)區(qū)、排渣場(chǎng)和居民的建設(shè)地點(diǎn)應(yīng)同時(shí)選定。（8） 廠址應(yīng)避離低于洪水位或在采取措施后任不能確保不受水淹的地段；廠址的自然地形應(yīng)有利于廠房和管線的布置，內(nèi)外交通聯(lián)系和場(chǎng)地的排水。（9） 廠址附近應(yīng)有生產(chǎn)污水，生活污水排放的可靠排除地，并應(yīng)保證不因新廠建設(shè)致使當(dāng)?shù)厥艿叫碌奈廴竞臀：Α＃?0） 廠址應(yīng)不妨礙或破壞農(nóng)業(yè)水利工程，

21、應(yīng)盡量避免拆除民房或建構(gòu)筑物，砍伐果園和拆遷大批墓穴等。（11） 廠址應(yīng)避免布置在下列地區(qū)：地震斷層帶地區(qū)和基本烈度為9度以上的地震區(qū)；易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的山區(qū)；有開采價(jià)值的礦藏地區(qū)；對(duì)機(jī)場(chǎng)、電臺(tái)等使用有影響的地區(qū)；有嚴(yán)重放射性物質(zhì)影響的地區(qū)及爆破危險(xiǎn)區(qū)；園林風(fēng)景區(qū)和森林自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景游覽地區(qū)；水土保護(hù)禁墾區(qū)生活飲用水源第一衛(wèi)生防護(hù)區(qū)；自然疫源區(qū)和地方病流行地區(qū)。9.“三廢”治理及綜合利用9.1.廢水處理各類廢水將經(jīng)廠區(qū)污水站預(yù)處理達(dá)標(biāo)后，可納入污水管網(wǎng)，進(jìn)污水處理廠集中處理，達(dá)標(biāo)排放。廠區(qū)生產(chǎn)廢水預(yù)處理工藝圖：（圖一） 圖一 污水處理工藝圖9.2. 噪聲、固廢污染防治（1）

22、噪聲對(duì)高噪聲設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行消聲、隔聲處理，污水提升泵站在泵房?jī)?nèi)隔音。（2）固廢a、應(yīng)按照固體廢物的性質(zhì)進(jìn)行分類收集和暫存。本項(xiàng)目所有廢物都必須儲(chǔ)存于加蓋密閉容器中。各種腳料及母液用鋼質(zhì)容器儲(chǔ)存，脫水渣也采用聚氯乙烯容器儲(chǔ)存。b、發(fā)酵液板框壓濾廢渣干燥后可做生物復(fù)合肥原料綜合利用；粗品溶解濾渣主要成分為硅藻土，干燥后也可做生物復(fù)合肥原料綜合利用。c、對(duì)蒸餾殘液以及廢活性炭等危險(xiǎn)固廢，對(duì)其進(jìn)行焚燒處理。煙氣高空排放。d、項(xiàng)目燃煤鍋爐煤渣可外賣綜合利用，由磚瓦廠制磚或用于鋪路等。e、廠區(qū)職工產(chǎn)生的生活垃圾，可由環(huán)衛(wèi)部門外運(yùn)填埋處理。f、具有刺激性、惡臭物料的包裝材料儲(chǔ)存于容器中并加蓋密閉。g、廢包裝箱、捆綁材料等則應(yīng)及時(shí)收集，室內(nèi)分類存放，可回收綜合利用的盡量回用，少量不能回用的，應(yīng)進(jìn)行去毒或無害處理后一并由環(huán)衛(wèi)部門外運(yùn)填埋處