賴氨酸的生產(chǎn)工藝

1TPM賴氨酸分離提取工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號： 指導(dǎo)教師：專業(yè)名稱： 生物工程完成時(shí)間：2011年11月目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 1\o"CurrentDocument"第一章項(xiàng)目總論 3\o"CurrentDocument"1.1賴氨酸的簡介 3\o"CurrentDocument"1.2賴氨酸的性質(zhì) 3\o"CurrentDocument"1.3賴氨酸的作用 3\o"CurrentDocument"1.4賴氨酸的生產(chǎn)方法 4\o"CurrentDocument"1.4.1二步發(fā)酵法 4\o"CurrentDocument"1.4.2直接發(fā)酵法 4\o"CurrentDocument"1.5賴氨酸的提取精制 4\o"CurrentDocument"1.6生物工業(yè)下游技術(shù)的一般工藝過程 5\o"CurrentDocument"1.7離子交換原理 5\o"CurrentDocument"第二章技術(shù)方案 1\o"CurrentDocument"2.1產(chǎn)品方案 1\o"CurrentDocument"2.2發(fā)酵工藝流程示意圖 12.3發(fā)酵過程工藝流程 12.3.1發(fā)酵法 12.3.2發(fā)酵液的預(yù)處理 12.3.3賴氨酸的提取 1\o"CurrentDocument"2.3.4濃縮和結(jié)晶 12.4工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 12.4.1主要技術(shù)指標(biāo)如下表： 1\o"CurrentDocument"2.4.2主要原材料質(zhì)量指標(biāo) 2\o"CurrentDocument"2.4.3二級種子培養(yǎng)基 2\o"CurrentDocument"2.4.4發(fā)酵培養(yǎng)基 2\o"CurrentDocument"2.5賴氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 2\o"CurrentDocument"2.6熱量衡算 1\o"CurrentDocument"2.6.1發(fā)酵過程中的冷卻水耗量計(jì)算 12.6.2發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計(jì)算 1\o"CurrentDocument"第三章發(fā)酵車間設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 1\o"CurrentDocument"3.1發(fā)酵罐的選型 1\o"CurrentDocument"3.1.1發(fā)酵罐容積和臺數(shù)的確定 13.1.2主要尺寸的計(jì)算 1\o"CurrentDocument"3.1.3發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算 13.1.4發(fā)酵罐攪拌器的設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"3.2電機(jī)的確定 13.2.1計(jì)算Rem 1\o"CurrentDocument"3.2.2計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率PO 13.2.3計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg 13.2.4求電機(jī)功率p電 1\o"CurrentDocument"3.3發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"3.3.1空氣分布器 1\o"CurrentDocument"3.3.2檔板 1\o"CurrentDocument"3.3.3密封方式 1\o"CurrentDocument"3.3.4冷卻管布置 1\o"CurrentDocument"3.3.5發(fā)酵罐設(shè)備材料的選擇 1\o"CurrentDocument"3.4種子罐的選型 1\o"CurrentDocument"3.4.1種子罐容積和數(shù)量的確定 1\o"CurrentDocument"3.4.2種子罐主要尺寸確定 1\o"CurrentDocument"3.4.3種子罐型號確定 1\o"CurrentDocument"3.5賴氨酸提取的樹脂設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"第四章防污措施 1\o"CurrentDocument"4.1廢水的處理 1\o"CurrentDocument"4.3廢渣的處理 1\o"CurrentDocument"第五章結(jié)語 1\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 1第一章項(xiàng)目總論1.1賴氨酸的簡介賴氨酸，化學(xué)結(jié)構(gòu)簡式為H2N(CH2)4CH(NH2)COOH。賴氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，是組成人體蛋白質(zhì)的21種氨基酸之一，氨基酸除了脯氨酸為亞氨基酸外，其他氨基酸均為a氨基酸。L一賴氨酸是人體必需氨基酸，能促進(jìn)人體發(fā)育、增強(qiáng)免疫功能，并有提高中樞神經(jīng)組織功能的作用，而又是人體內(nèi)不能合成的八種氨基酸(色氨酸，苯丙氨酸，賴氨酸，蘇氨酸，蛋氨酸，亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸等，這八種氨基酸稱營養(yǎng)必需氨基酸)之一缺少時(shí)則產(chǎn)生蛋白質(zhì)代謝障礙和機(jī)能障礙。而且在人們的主食大米和面粉蛋白質(zhì)中賴氨酸含量極少。如缺乏則引起蛋白質(zhì)代謝障礙及功能障礙，導(dǎo)致生長障礙。由于谷物食品中的賴氨酸含量甚低，且在加工過程中易被破壞而缺乏，故稱為第一限制性氨基酸。如在小麥面粉中添加0.2腸的賴氨酸，則可使其蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值從原來的47帕提高到71.1帕。作為食品強(qiáng)化劑賴氨酸的營養(yǎng)強(qiáng)化作用已受人們的極大重視。目前，國內(nèi)外氨基酸的工業(yè)生產(chǎn)中，除谷氨酸外，產(chǎn)量最大的就數(shù)L一賴氨酸。1.2賴氨酸的性質(zhì)白色或近白色自由流動的結(jié)晶性粉末。幾乎無臭。263?264°C熔化并分解。通常較穩(wěn)定，高溫度下易結(jié)塊，稍著色。相對濕度60%以下時(shí)穩(wěn)定，60%以上則生成二水合物。與維生素C和維生素K3共存則著色。堿性條件及直接與還原糖存在下加熱則分解。易溶于水(40g/100ml,35C)，水溶液呈中性至微酸性，與磷酸、鹽酸、氫氧化鈉、離子交換樹脂等一起加熱，起外消旋作用。1.3賴氨酸的作用賴氨酸的作用包括建立肌肉組織，從創(chuàng)傷或受傷恢復(fù)，并幫助更有效吸收鈣。它還有助于身體產(chǎn)生抗體，酶和激素。有時(shí)候，賴氨酸補(bǔ)充劑也用于治療皰疹病毒爆發(fā)。其作用主要包括：（1）調(diào)節(jié)人體代謝平衡；（2）有助于身體產(chǎn)生抗體;（3）控制人體生長的重要物質(zhì)；（4）有效吸收鈣，防止骨質(zhì)流失。1.4賴氨酸的生產(chǎn)方法1.4.1二步發(fā)酵法又稱前體添加法,50年代初開發(fā)的二步發(fā)酵法以賴氨酸的前體二氨基庚二酸為原料，借助微生物生產(chǎn)的酶（二氨基庚二酸脫羧酶），使其脫羧后轉(zhuǎn)變?yōu)橘嚢彼帷?0年代后，日本采用固定化二氨基庚二酸脫羧酶或含此酶的菌體,使內(nèi)消旋2,6-二氨基庚二酸脫羧連續(xù)生產(chǎn)賴氨酸，改進(jìn)了這一工藝。盡管這樣，該工藝仍較復(fù)雜，現(xiàn)已被直接發(fā)酵法取代。1.4.2直接發(fā)酵法一種廣泛采用的賴氨酸生產(chǎn)法。常用的原料為甘蔗或甜菜制糖后的廢糖蜜、淀粉水解液等廉價(jià)糖質(zhì)原料。此外，醋酸、乙醇等也是可供選用的原料。直接發(fā)酵法生產(chǎn)賴氨酸的主要微生物有谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌的突變株等3種。70年代以來，由于育種技術(shù)的進(jìn)展，選育出一些具有多重遺傳標(biāo)記的突變株，使工藝日趨成熟，賴氨酸的產(chǎn)量也得到成倍增長。工業(yè)生產(chǎn)中最高產(chǎn)酸率已提高到每升發(fā)酵液100?120g，提取率達(dá)到80?90%左右。1.5賴氨酸的提取精制賴氨酸的提取精制主要方法有鹽析法、有機(jī)溶劑萃取法和離子交換法。通常情況下根據(jù)被提取物質(zhì)的理化和生物學(xué)特性選擇兩種方法結(jié)合使用，賴氨酸采用離子交換和有機(jī)溶劑萃取的方法。1.6生物工業(yè)下游技術(shù)的一般工藝過程由于工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品眾多，原料廣泛，產(chǎn)品性質(zhì)多樣，用途各異，因而分離、提取、精制的技術(shù)，生產(chǎn)工藝及相關(guān)裝備也是多種多樣的。根據(jù)不同的對象，可采用在生物工業(yè)中行之有效的化工單元操作技術(shù)，也可采用生物工業(yè)中特有的下游新技術(shù)。按生產(chǎn)過程劃分，生物工業(yè)下游技術(shù)大致可分為4個(gè)階段，即預(yù)處理、提?。ǔ醪椒蛛x）、精制（高度純化）、產(chǎn)品制作。1.7離子交換原理離子交換技術(shù)長期以來用于水的處理、食品、生物制品的提取精制及金屬的回收。在生物工業(yè)中，離子交換廣泛用于氨基酸、有機(jī)酸、抗生素等工業(yè)，尤其是在抗生素工業(yè)中，將發(fā)酵液中的抗生素通過離子交換的方法結(jié)合在離子交換樹脂上，然后在適當(dāng)?shù)臈l件下洗脫下來，這樣可以使目的分子從大量的溶液中濃縮到一個(gè)小的體積內(nèi)，體積縮減到原液的幾十分之一，同時(shí)雜質(zhì)分子液大量的被除去，得到純度較高的抗生素。用離子交換法分離提純各種生物活性代謝物質(zhì)具有成本低，工藝操作方便，提煉效率較高，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，以及節(jié)約大量的有機(jī)溶液等優(yōu)點(diǎn)。第二章技術(shù)方案2.1產(chǎn)品方案.本文要研究淀粉水解糖發(fā)酵液的預(yù)處理，離子換樹脂提取，洗脫和脫色的工藝條件。碳源直接發(fā)酵制取賴氨酸是當(dāng)前賴氨酸工業(yè)生產(chǎn)的主要方法.賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)過程包括發(fā)酵產(chǎn)酸和產(chǎn)品提取精制兩個(gè)步驟。要增加賴氨酸的產(chǎn)量，設(shè)法提高分離精制收率是重要的一環(huán)。賴氨酸的分離精制包括發(fā)酵液的預(yù)處理，離子交換樹脂提取，洗脫，脫色，濃縮和結(jié)晶幾個(gè)步驟。2.2發(fā)酵工藝流程示意圖L-賴氨酸最初是蛋白質(zhì)（酪蛋白、血纖維蛋白或血漿）的酸水解物中分離得到。目前匚-賴氨酸主要是以微生物發(fā)酵法生產(chǎn)。發(fā)酵法通常以各種淀粉水解湯或甘蔗糖蜜為碳源，以銨鹽，氨或尿素為氮源進(jìn)行的，PH值基本維持中性。一般通過流加氨或尿素的控制方式。其生產(chǎn)工藝流程為：l-賴氨酸菌種—圈姓篷—街瓶埴鬧—一級神子培養(yǎng)I一已級腫子培養(yǎng)l無菌空氣。定粉質(zhì)原料-f隹淬基制雀—度穿-醫(yī)蛋H邕子云/技M!-甸—國發(fā)結(jié)晶i司f飼料級賴氨酸f麗畫藥品、食品、試劑級賴氨酸—ES2.3發(fā)酵過程工藝流程2.3.1發(fā)酵法發(fā)酵法是工業(yè)生產(chǎn)賴氨酸最重要的方法。其原理是利用微生物的某些營養(yǎng)缺陷型菌株，通過代謝控制發(fā)酵，人為地改變和控制微生物的代謝途徑來實(shí)現(xiàn)L-賴氨酸的生產(chǎn)。目前用于工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的菌株主要是棒狀桿菌和短桿菌等細(xì)菌的各種變異株，其誘變方法是以紫外線、x射線、氮芥和亞硝基酯等為主的處理方法，也有用細(xì)胞融合和基因工程等生物工程技術(shù)來育種的。主要原料為淀粉、糖蜜，玉米等淀粉類原料需經(jīng)糖化轉(zhuǎn)化為葡萄糖后才可用，且發(fā)酵液配方中需再補(bǔ)充生物素。2.3.2發(fā)酵液的預(yù)處理用硫酸酸化和常速離心沉降處理發(fā)酵液，上清液供離子交換樹脂法提取，是較好的預(yù)處理方法.在PH1.5—2.0的吸附量可達(dá)80-8克/升樹脂.與日本（考察資料）生產(chǎn)數(shù)據(jù)PH1.5—1.6吸附量65—110克/升樹脂相比，居于中等水平.洗脫回收率在95%以上.2.3.3賴氨酸的提取要從成熟的發(fā)酵液中提取賴氨酸，必須對發(fā)酵液進(jìn)行過濾或離心分離除去菌體和碳酸鈣。全世界絕大多數(shù)賴氨酸生產(chǎn)廠都采用離子交換方法從發(fā)酵成熟液中提取賴氨酸，然后制成含量在98.5%以上的賴氨酸單鹽酸鹽成品。離子交換樹脂為強(qiáng)酸陽性離子交換樹脂，洗脫劑為氨水。2.3.4濃縮和結(jié)晶賴氨酸濃縮液經(jīng)用鹽酸調(diào)節(jié)pH后成為單鹽酸鹽溶液，在結(jié)晶器中結(jié)晶。賴氨酸濕晶含有的結(jié)晶水須在干燥工序中除去。本次生產(chǎn)中采用單層流化床干燥器生產(chǎn)，其中采用德國Vagon公司的床內(nèi)設(shè)置加熱器的流化床干燥器技術(shù)較為先進(jìn)2.4工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.4.1主要技術(shù)指標(biāo)如下表：指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模kg/d50（賴氨酸）生產(chǎn)方法雙酶法，中糖發(fā)酵，離子交換提取月生產(chǎn)天數(shù)d/m20倒罐率%1發(fā)酵周期h40

淀粉糖化轉(zhuǎn)化率%95糖酸轉(zhuǎn)化率%48賴氨酸提取率%80發(fā)酵初糖kg/m31502.4.2主要原材料質(zhì)量指標(biāo)淀粉原料的淀粉含量為80%，含水14%。2.4.3二級種子培養(yǎng)基水解糖25,糖蜜20,尿素3.5,磷酸氫二鉀1.0,硫酸鎂0.5，玉米漿5?10,泡敵0.6，硫酸錳2mg/l,硫酸亞鐵2mg/l。2.4.4發(fā)酵培養(yǎng)基水解糖150,糖蜜4,硫酸鎂0.6,氯化鉀0.8,磷酸氫二鈉0.2,硫酸亞鐵2mg/l,硫酸錳2mg/l,尿素(總尿)40,植物油1.0。接種量為2%。2.5賴氨酸發(fā)酵車間的物料衡算2.5賴氨酸發(fā)酵車間的物料衡算"Ml發(fā)酵液量V1=1000^(150x48%x80%x99%)=17.54(m3)式中150—發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度(kg/m3)48%—糖酸轉(zhuǎn)化率80%一賴氨酸提取率99%—除去倒罐率1%后的發(fā)酵成功率發(fā)酵液配制需水解糖量以純糖算，G1=V1x150=2631(kg)二級種液量 V2=2%V1=0.351(m3)二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量G2=25V2=25x0.351=8.775(kg)式中25一二級種液含糖量(kg/m3)生產(chǎn)1000kg賴氨酸需水總量G=G1+G2=2639.8(kg)耗用淀粉原料量理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用淀粉量為G淀粉2639.8?（80%x95x111%）=2793.3（kg）式中80%—淀粉原料含純淀粉量95%—淀粉糖化轉(zhuǎn)化率（7） 尿素耗用量二級種液耗尿素量為3.3V2=3.3x0.351=1.23（kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素量為40V1=40x17.54=701.6（Kg）故共耗尿素量為702.83（kg）（8） 甘蔗糖蜜耗用量二級種液耗用糖蜜量為20V2=20x0.351=7.02（Kg）發(fā)酵培養(yǎng)基耗用糖蜜量為4V1=4x17.54=70.2（kg）合計(jì)耗糖蜜77.22kg。（9） 氯化鉀耗量Gkcl=0.8V1=0.8x17.54=14.032（kg）（10） 磷酸氫二鉀耗量G3=0.2V1=3.508（kg）（11） 硫酸鎂用量0.6（V1+V2）=10.73（kg）（12） 消泡劑用量0.6V1=10.524（kg）（13） 植物油耗用量1.5V1=26.31（kg）（14） 發(fā)酵液賴氨酸含量G1x48%x（1-1%）=1250.3（kg）實(shí)際生產(chǎn)的賴氨酸（提取率為80%）為：1250.3x80%=1000.24（kg）滿足生產(chǎn)2.6熱量衡算2.6.1發(fā)酵過程中的冷卻水耗量計(jì)算已知發(fā)酵過程中的發(fā)酵熱為4.18x6000kJ/m3h，1m3的發(fā)酵罐一般裝料量為0.9m3（填充系數(shù)為0.9），則”酵一C(t-1)水2 1_4.18x6000x0.9— =77.1kg/h=1.86t/d=558t/a4.14x(27-20)已知0.01m3的種子罐(填充系數(shù)0.85)，裝料量為0.0085m3W種子=4.18x6000x0.0085+“.18x(27-20)]=7.24kg/h=0.17t/d=52.5t/a將發(fā)酵段水衡算列入下表發(fā)酵車間冷卻水衡算表生產(chǎn)工序平均耗水量（Kg/h）日耗水量（t/d）年耗水量（t/a）發(fā)酵罐用水77.11.86558種子罐用水7.240.1752.5合計(jì)84.342.03610.52.6.2發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計(jì)算（1） 單罐發(fā)酵罐用無菌空氣量：根據(jù)無菌空氣用量的計(jì)算公式：V=發(fā)酵罐體積x通氣速率x填充系數(shù)已知：發(fā)酵罐體積為1m3通氣速率為0.18vvm填充系數(shù)為90%則：V=1x0.18x90%=0.162m3/h（2） 單個(gè)種子罐用無菌空氣量：取種子罐的空氣消耗量為發(fā)酵過程空氣耗量的30%，則：V=25%V=30%x0.162=0.049m3/h（3） 將發(fā)酵車間蒸汽衡算列入下表

發(fā)酵車間無菌空氣用量衡算表單罐每小時(shí)用單罐每日用氣量單罐每年總用氣量設(shè)備名稱氣(m3/h)(m3/d)(m3/a)發(fā)酵罐0.1623.891167種子罐0.0491.18354總用量0.215.071521第三章發(fā)酵車間設(shè)備設(shè)計(jì)與選型3.1發(fā)酵罐的選型機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐。3.1.1發(fā)酵罐容積和臺數(shù)的確定（1） 生產(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天產(chǎn)100%純度的賴氨酸50kg，賴氨酸發(fā)酵周期為40h（包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間）。則每天需糖液體積為V糖。每天產(chǎn)純度為100%的檸檬酸50kg，每噸100%的檸檬酸需糖液17.54m3；V糖=17.54x0.05=0.88m3設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)中90%，則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為Vo（發(fā)酵周期為40h）。V0=V渺=0.88+90%=0.98m3（2） 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：現(xiàn)選擇公稱容積為1m3的六彎葉機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐為例，則需要發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為N］。查表知公稱容積為1m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為1.36m3，則：mVT0.98x401—VS°?24一1.36x0.9x24—. 1總則取公稱容積1m3發(fā)酵罐2個(gè)，一個(gè)備用；（3）實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：1X°9X1x20=1.03（t/m）；17.54富裕量：（1.03-1）+1=3%，能滿足產(chǎn)量要求。3.1.2主要尺寸的計(jì)算（1）現(xiàn)按公稱容積1m3的發(fā)酵罐計(jì)算

「V筒+2%=L36(m3)，封頭折邊忽略不計(jì)’以方便計(jì)算:取D=0.9m，H=2D=1.8m；貝VV=0.785D取D=0.9m，H=2D=1.8m；解方程得：D=0.906(m)根據(jù)《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》通用發(fā)酵罐系數(shù)表，查得封頭高為H封=h+七=250+50=300(mm)。(2)驗(yàn)算全容積v:全V全=V筒+2V土寸=0.785D2x2D+&+24)D3x2+0.785D2x0.05=0.785x0.92x0.9x2+09xHx2+24+0.785x0.92x0.05=1.41m3‘全=，全3.1.3發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算對賴氨酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液，每1h傳給冷卻器得最大熱量約為4.18x6000kJ/(m3?h)。采用加套換熱器。取經(jīng)驗(yàn)值K4.18x6000kJ/(m3?h)。平均溫差為:At-At—laT^In―1At232C—32C20C—27C12 5代入得： At=(12-5)/ln(12/5)=8C對公稱體積1m3的發(fā)酵罐，每次裝1罐，每罐實(shí)際裝液量為:0.88:1=0.88m2換熱面積F=_^=4」8x6000x0.88=5.52m2kAtm 500x83.1.4發(fā)酵罐攪拌器的設(shè)計(jì)選用六彎葉渦輪攪拌器。(1)主要尺寸：列該攪拌器的各部尺寸與罐徑D有一定的比例關(guān)系，如下：攪拌器葉徑 D/3=0.9/3=0.3m，取d=0.3m葉寬 B=0.2d=0.2x0.3=0.06m弧長 l=0.375d=0.375x0.3=0.113m底距 C=D/3=0.9/3=0.3m盤徑 d=0.75D=0.75x1.7=1.28m葉弦長L=0.25d=0.25x1.8=0.45m葉距 Y=D=0.9m彎葉板厚3=12mm取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N可根據(jù)1m3罐，攪拌器直徑0.315m，轉(zhuǎn)速n=110r/min,以等P0/V為標(biāo)準(zhǔn)放大求得[4]N2=N1(D/D2)=220x(0.315/0.3)2=227.3(r/min)3.2電機(jī)的確定攪拌軸功率：通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐，攪拌軸功率的計(jì)算有許多方法，現(xiàn)采用修正的脈凱爾式求攪拌軸功率，并由此選擇電機(jī)。3.2.1計(jì)算RemRem=D2NP/^式中：D一攪拌器直徑，為0.3mN一攪拌器轉(zhuǎn)速，為N=227/60=3.79(r/s)P一醪液密度，p=1050kg/m3^一醪液粘度，R=1.3x10-3N-s/m2將數(shù)代入上式，得:Re=0.32x3.79x1050/1.3x10-3=0.28x106>104m視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)N廣4.73.2.2計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率POPj=NpN3D5p式中：Np一在湍流狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7N一攪拌器轉(zhuǎn)速，為3.79(r/s)D一攪拌器直徑，為10.3mp-醪液密度，p=1050kg/m3代入上式得：P'=4.7x3.793x0.35x1050=0.65kW二檔功率則為：P=2P'=1.3kW3.2.3計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率PgPg=2.25*10-3*(P0ND3)0.39kWQ0.08式中：PO-不通氣時(shí)的攪拌軸功率，P2=1.32=2.69N-攪拌器轉(zhuǎn)速，為227r/minD-攪拌器直徑(cm)，D3=0.33x106=2.7x104Q-通風(fēng)量(ml/min)，通風(fēng)比為vvm=0.08-0.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會小，為安全，現(xiàn)取0.11，則：Q0.08=().98x106)08=3.02Pg=2.25x103x(269x3.79x2.7x104/3.02)39=0.39kW3.2.4求電機(jī)功率p電P電=Pg:(門門門)x1.01采用三角帶傳動氣=0.92，滾動軸承門2=0.99，滑動軸承氣=0.98，端面密封增加的功率為1%,代入公式數(shù)值得：p=0.39x1.01-(0.92x0.99x0.98)=2.35kW查取合適電機(jī)。3.3發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)3.3.1空氣分布器本罐使用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑計(jì)算見后面的接管設(shè)計(jì)。3.3.2檔板檔板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度，促使液體上下翻動和控制流型，防止產(chǎn)生旋渦而降低混合與溶氧效果⑷。本罐因有扶梯和豎式蛇管，故不設(shè)檔板。3.3.3密封方式本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。3.3.4冷卻管布置對于溶劑小于1m3發(fā)酵罐，為了便于清晰，多采用夾套冷卻裝置。3.3.5發(fā)酵罐設(shè)備材料的選擇發(fā)酵設(shè)備的材料選擇，優(yōu)先考慮的是滿足工藝的要求，其次是經(jīng)濟(jì)性。有機(jī)酸發(fā)酵，考慮到對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，安全性，后道工序除鐵困難，腐蝕性強(qiáng)等，必須使用加工性能好，耐酸腐蝕的不銹鋼，采用1Gr18Ni9Ti制作發(fā)酵設(shè)備［15］。3.4種子罐的選型種子罐的選型同發(fā)酵罐，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。3.4.1種子罐容積和數(shù)量的確定種子罐容積的確定：接種量按10%計(jì)算，則種子罐容積V種為:匕=七x10%=1x10%=0.1m3式中：V總一一發(fā)酵罐總?cè)莘e(m3)。種子罐個(gè)數(shù)確定：種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上1罐，需種子罐1個(gè)。種子罐培養(yǎng)8h，輔助操作8~10h，生產(chǎn)周期約18h，因此，種子罐1只就足夠。3.4.2種子罐主要尺寸確定種子罐仍采用幾何相似的機(jī)械攪拌通風(fēng)罐。H/D=2/1，則種子罐總體積：V：=2V封+V：；簡化計(jì)算方程如：V‘=2xnxD3/24+0.785D2x2D=0.1m3總整理后，0.1一D=0.38m圓整到推薦的系列尺寸，取D=20.38m=400mm則：H=2D=2x0.4=0.8m查相應(yīng)表得封頭高：H‘=140mm封罐體總高：H罐=2H土寸’+丑簡=2x140+800=1080mm單個(gè)封頭容積V’封=24D3+0.785xD2x0.025=0.01圓筒容量：V‘=0.785D2x2D=0.785x0.42x2x0.4=0.1m3簡不計(jì)上封頭容積：V‘=V，+V‘=0.1+0.01=0.11m3有效封簡校核種子罐總?cè)莘e：V‘=2V，+V‘=2x0.01+0.1=0.12m3總封簡比需要的種子罐容積0.1m3大，可滿足設(shè)計(jì)要求。3.4.3種子罐型號確定由上述計(jì)算，選用容積為1m3的機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐作為種子罐

月產(chǎn)1噸賴氨酸酸工廠糖化、發(fā)酵車間設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱規(guī)格與型號臺數(shù)材料備注1發(fā)酵罐公稱容積1m3,中900mm21Gr18Ni9Ti專業(yè)設(shè)備鋼2種子罐公稱容積0.1m3，1a3鋼專業(yè)設(shè)備O400mm3預(yù)過濾器JLS-Yu-0452金屬鎳專業(yè)設(shè)備4蒸汽過濾器JLS-F-0351金屬鎳專業(yè)設(shè)備5金屬過濾器JLS-0451金屬鎳專業(yè)設(shè)備6液化醪泉IS80-50-2001機(jī)體鑄鐵通用設(shè)備7硫酸銨溶液輸送IS80-50-2001機(jī)體鑄鐵通用設(shè)備泵8種子液輸送泵IS80-50-2001機(jī)體鑄鐵通用設(shè)備9發(fā)酵醪液輸送泵IS80-50-2001機(jī)體鑄鐵通用設(shè)備10自來水輸送泵IS80-50-2001機(jī)體鑄鐵通用設(shè)備3.5賴氨酸提取的樹脂設(shè)計(jì)陰離子交換樹脂對賴氨酸的交換量低，樹脂的耐久性也差，且成本高，來源困難，故不能采用堿性樹脂提取。在賴氨酸的離子交換法提取和洗脫方法中，根據(jù)不同樹脂對賴氨酸的提取和洗脫的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定732樹脂是目前用于提取賴氨酸的較好的國產(chǎn)樹脂.732樹脂在酸性范圍內(nèi)不同pH時(shí)對賴氨酸的交換量與溶液中的雜質(zhì)有關(guān).對于從發(fā)酵液中提取，在賴氨酸主要呈正二價(jià)離子的pH值(<2.0)條件下，賴氨酸離子與可電離雜質(zhì)的競爭有較大的優(yōu)勢，吸附量多、有利于提取，但在生產(chǎn)上，pH過低時(shí)須慮設(shè)備管道的腐蝕問題，工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)選擇在pH=2左右第四章防污措施制藥發(fā)酵工業(yè)提取產(chǎn)品后的發(fā)酵液中還含有剩余的培養(yǎng)基，菌體蛋白，脂肪各種生物代謝產(chǎn)物，降解物等。除少數(shù)有毒害作用以外，均可作為污灌，肥料等利用。這種高濃度有機(jī)廢水，其有機(jī)物污染指標(biāo)主要是用水中的化學(xué)需氧量(COD)或5天生化需氧量(BOD5)這兩個(gè)綜合性指標(biāo)來衡量。利用微生物方法處理發(fā)酵工業(yè)廢液中的有機(jī)物是最經(jīng)濟(jì)有效的辦法，它符合自然環(huán)境的生態(tài)循環(huán)規(guī)律。人對水資源的開發(fā)、利用的循環(huán)，是人類活動參與的水循環(huán)。這個(gè)循環(huán)主要包括：蓄水一一供水一一排水一一治理污水一一再生水利用。把握這一循環(huán)，就要實(shí)施水資源的減量開采一一高效利用一一無害化處理一一再生利用。在這一循環(huán)中，治污是短板，是循環(huán)利用鏈條中斷的環(huán)節(jié)，因此加快水污染治理，使污水再生利用，這是構(gòu)建循環(huán)水的又一關(guān)鍵。4.1廢水的處理廢水中含有許多能被微生物分解的物質(zhì)，但微生物分解時(shí)需要氧氣，因此，我們可以往水中通入空氣來處理和凈化廢水。如果不通風(fēng)，廢水則被腐爛細(xì)菌慢慢分解，這時(shí)水解作用首先會產(chǎn)生有機(jī)酸，然后通過甲烷化產(chǎn)生沼氣，沼氣能夠燃燒，因而我們又可通過厭氧方式處理廢水。在實(shí)際生產(chǎn)中，有氧處理比厭氧處理要簡單，成本低，因而得到廣泛應(yīng)用，本設(shè)計(jì)采用有氧處理方式。具體來說本設(shè)計(jì)采用帶有固定生物淤泥的反應(yīng)器，在這種反應(yīng)器中生物淤泥又不斷同廢水接觸，同時(shí)有氧氣通入。其典型代表是旋轉(zhuǎn)葉片式發(fā)酵器［1曳這時(shí)一個(gè)水平軸上裝有間隔廢水，表面粗糙，直徑為2-3m的大型塑料葉片。它的40%浸在廢水中，同時(shí)進(jìn)行緩慢的機(jī)械運(yùn)動，這些葉片上滿是需氧微生物，慢慢分解廢水。也可采取水循環(huán)利用的措施，例如：對洗瓶機(jī)堿液回收再利用，洗瓶機(jī)堿液由于污泥多等需定期排放，而排放時(shí)堿液濃度仍然較高，符合正常洗瓶要求，同時(shí)含有大量的洗瓶劑、活性霉等具有很高的回收價(jià)值，通過用泵將堿液打入沉淀罐，該罐容積略大于堿液容積，沿罐切線方向打入，通過旋渦沉淀后，將澄清液沿切線再打入儲存罐備用，通過兩次沉淀后，洗瓶機(jī)堿1換水時(shí)，將回收的清液再打入堿1槽，這樣即減少了排放，又節(jié)約了用水和降低了火堿和洗瓶劑的用量，大大降低了洗瓶成本。通過一系列的節(jié)水措施工廠水耗由9.53t/kl降至5.6t/kl；廢水排放量由8.55t/kl降至5.1t/kl。4.2廢氣的處理在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳，若將二氧化碳直接排到大氣中會污染環(huán)境，尤其是在溫室效應(yīng)日益明顯的今天，回收二氧化碳顯