苏氨酸生产工艺原理及其应用

1、苏氨酸生产工艺原理及其应用苏氨酸基础知识苏氨酸基础知识1. 目前本公司是以大肠杆菌基因工程菌进行纯种培养后利用物理分离的方式得到湿品苏氨酸在经闪蒸烘干生产出成品L-苏氨酸。苏氨酸（包装成品）苏氨酸（包装成品）2 . L-苏氨酸化学结构及理化性质苏氨酸生产工艺苏氨酸生产工艺1 1苏氨酸工艺生产流程及原理苏氨酸工艺生产流程及原理2 2苏氨酸工艺生产操作规程苏氨酸工艺生产操作规程3 3苏氨酸工艺生产主要设备苏氨酸工艺生产主要设备苏氨酸总工艺路线苏氨酸总工艺路线冷冷凝凝水水浸浸泡泡液液水处理中心水处理中心胚胚 芽芽纤纤 维维蛋蛋 白白玉玉 米米淀淀粉粉乳乳葡葡萄萄糖糖苏苏氨氨酸酸苏苏氨氨酸酸发发酵酵菌

2、菌体体蛋蛋白白尾尾 液液洗洗 布布 水水沉沉淀淀水水有有机机肥肥苏苏氨氨酸酸提提取取冷凝水冷凝水苏氨酸发酵工艺流程图苏氨酸发酵工艺流程图发酵罐二级罐 液氨储罐 风系统流加糖罐消泡剂储罐维持罐 喷射器 配料池原辅料 四效 储糖罐 灭菌罐 消泡剂 维持罐喷射器 配料池原辅料 低糖 尾气罐苏氨酸发酵基本原理苏氨酸发酵基本原理储风罐：是消除压缩机排出空气量的脉动，维持稳定的空气压力，同时也可以利储风罐：是消除压缩机排出空气量的脉动，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。用重力沉降作用分离部分油雾。冷却器：将空气冷却后除去冷凝水。冷却器：将空气冷却后除去冷凝水。气液分离器：利用离心

3、力的作用除水除油。气液分离器：利用离心力的作用除水除油。加热器：空气中水分进一步汽化、杀菌作用；加热器温度：加热器：空气中水分进一步汽化、杀菌作用；加热器温度：60。粗滤：过滤精度一般为粗滤：过滤精度一般为0.5m，过滤效率，过滤效率95%左右。左右。预滤：过滤精度预滤：过滤精度:0.3-0.5m，过滤效率，过滤效率: 95%-99.9%。作用将空气前处理系统中的。作用将空气前处理系统中的铁锈等杂物进行预滤。铁锈等杂物进行预滤。 蒸汽过滤器则是阻挡蒸气管路中的锈蚀物和锅炉污垢等杂质。蒸汽过滤器则是阻挡蒸气管路中的锈蚀物和锅炉污垢等杂质。精滤：过滤精度精滤：过滤精度0.01m，过滤效率，过滤效率

4、99.9999%以上，灭菌要求：以上，灭菌要求：0.1Mpa、30min。风系统苏氨酸发酵基本原理苏氨酸发酵基本原理湿热灭菌：湿热灭菌：当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。喷射器：可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的。温度：喷射器：可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的。温度：123维持罐：使加热后的培养基在维持罐中保温一段

5、时间，以达灭菌目的。维持维持罐：使加热后的培养基在维持罐中保温一段时间，以达灭菌目的。维持8-10min。四效浓缩糖：藉加热作用使部分水汽化，达到生产所需要的糖液浓度。四效浓缩糖：藉加热作用使部分水汽化，达到生产所需要的糖液浓度。连消系统连消系统苏氨酸发酵基本原理苏氨酸发酵基本原理 二二 级级 二级种子的扩大培养是为二级种子的扩大培养是为了保证发酵所需的足够的了保证发酵所需的足够的菌体数量。菌体数量。菌体的生长四阶段，即适菌体的生长四阶段，即适应期、对数生长期、平衡应期、对数生长期、平衡期和死亡期。期和死亡期。苏氨酸二级种子质量标准：苏氨酸二级种子质量标准： OD:0.3、Rg2.0/1.0。

6、二级控制条件：二级控制条件：T37、pH7.1、通风比、通风比1：0.4v/v.min、接种量、接种量0.01143% 、罐压罐压0-8h0.08MPa 、 8-12h0.1MPa 、初定、初定21m。 发酵发酵机理：发酵机理：L-苏氨酸生物合成经过苏氨酸生物合成经过EMP、TCA途径导向天冬氨酸足代谢、途径导向天冬氨酸足代谢、HMP途径及赖氨酸、缬氨酸的生物合成也是其菌体代谢的重要途径。途径及赖氨酸、缬氨酸的生物合成也是其菌体代谢的重要途径。 大罐控制条件：大罐控制条件： T37、pH7.0、通风比、通风比1：0.4v/v.min、接种量、接种量14.3% 、罐压、罐压0h0.07MPa 、

7、0h风量风量1300m/h 、初定容、初定容146m。 补糖：初糖补糖：初糖3.0%、运行、运行8h左右加糖维持较低的底糖左右加糖维持较低的底糖0-0.3%。 泡沫产生原因：通风和搅拌、微生物代谢和呼吸排出的泡沫产生原因：通风和搅拌、微生物代谢和呼吸排出的CO2、培养基的理化、培养基的理化性质。性质。 消泡：机械消泡：消泡耙消泡。消泡：机械消泡：消泡耙消泡。 消泡剂消泡：降低泡沫的局部表面张力使其受力不均而破裂达到消泡的目的。消泡剂消泡：降低泡沫的局部表面张力使其受力不均而破裂达到消泡的目的。 苏氨酸发酵基本原理苏氨酸发酵基本原理葡萄糖葡萄糖EMP 丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶ATCA草酰乙酸

8、草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸苏氨酸苏氨酸缬氨酸缬氨酸目前苏氨酸发酵均采目前苏氨酸发酵均采DCS集散控制系统如上图所示集散控制系统如上图所示:苏氨酸发酵基本原理苏氨酸发酵基本原理苏氨酸提取工艺流程图苏氨酸提取工艺流程图 膜过滤滤清液储罐三效浓缩蒸发器 原液晶浆罐 原液分离机 绞龙 闪蒸包装 成 品高浓透析液截流液储罐低浓透析液冷凝水储罐一次母液罐 二次母液罐 母液分离机 单效蒸发器 污水车间 复合肥车间发酵液苏氨酸提取基本原理苏氨酸提取基本原理 膜过滤膜过滤膜过滤原理膜过滤原理过滤机理：过滤机理：筛分、筛分、过滤方式：过滤方式：切向过滤。切向过滤。描述膜透性的参数为描述膜透性的参数为膜通量，指单位面

9、积的膜在单位时间内透过的透液体积。膜通量，指单位面积的膜在单位时间内透过的透液体积。 膜过滤参数：浓缩倍数：膜过滤参数：浓缩倍数：6倍、透析倍数：倍、透析倍数：2倍。倍。 滤清液的质量标准：波美滤清液的质量标准：波美4.5-5Be，透光，透光7-8，Thr%11.5%。根据截留物分子量的根据截留物分子量的大小：大小：微滤微滤、超滤超滤、反渗透反渗透、纳滤等纳滤等微滤膜孔径较大，以孔径较大，以微米微米m表示如，孔表示如，孔径径0.1、0.5m等等超滤膜孔径太小，则孔径太小，则以截留分子量表示截以截留分子量表示截留分子量留分子量1000-10万万道尔顿道尔顿反渗透和和纳滤在电子在电子显微镜下也看不

10、到孔显微镜下也看不到孔道，以截留小分子量道，以截留小分子量表示。纳滤截留分子表示。纳滤截留分子量量200-1000小分子；小分子；反渗透截留分子量反渗透截留分子量100左右左右的盐分的盐分主体流向主体流向高压高压低压低压膜膜膜过滤/切线流切线流错流错流膜边界形成膜边界形成“浓差极化”，改变流速可消除改变流速可消除v蒸发的定义：藉加热作用使部分溶剂汽化，从而与不挥发性溶质分离的操作。蒸发的定义：藉加热作用使部分溶剂汽化，从而与不挥发性溶质分离的操作。v进行蒸发的必要条件：溶剂可挥发，溶质不可挥发供给汽化用的热量除进行蒸发的必要条件：溶剂可挥发，溶质不可挥发供给汽化用的热量除去二次蒸汽（防止闷罐）

11、。去二次蒸汽（防止闷罐）。v蒸发器种类：升膜、降膜、顺流、逆流蒸发器种类：升膜、降膜、顺流、逆流v多效蒸发原理多效蒸发原理（1）在水蒸汽的焓中，潜热占很大比例）在水蒸汽的焓中，潜热占很大比例（2）二次蒸汽仍有相当高的焓值，可用来作为下）二次蒸汽仍有相当高的焓值，可用来作为下 一效的加热蒸汽；一效的加热蒸汽；蒸发苏氨酸提取基本原理苏氨酸提取基本原理v结晶过程：结晶过程： 首先是产生晶核；首先是产生晶核； 晶核在良好的环境中长大。晶核在良好的环境中长大。 v结晶的推动力是溶质的浓度差（结晶的推动力是溶质的浓度差（c c c*） c：实际浓度：实际浓度c*:饱和浓度饱和浓度过饱和度的大小会影响晶核的

12、形成速度和晶体的长大速度，这两个速度又影响最终晶体产品的大小会影响晶核的形成速度和晶体的长大速度，这两个速度又影响最终晶体产品的粒度和晶体粒度分布（即晶体质量）的粒度和晶体粒度分布（即晶体质量）成核现象可归纳成三种形式成核现象可归纳成三种形式： （1）初级均相成核：溶液在不含外来物体自发产生晶核称为初级均相成核。）初级均相成核：溶液在不含外来物体自发产生晶核称为初级均相成核。 （2）初级非均相成核：在外来物体（如大气微尘）诱导下产生晶核的现象称为初级非均相）初级非均相成核：在外来物体（如大气微尘）诱导下产生晶核的现象称为初级非均相成核。成核。 （3）二次成核：溶液中已有溶质晶体存在的条件下形成

13、晶核的现象为称为二次成核。二次）二次成核：溶液中已有溶质晶体存在的条件下形成晶核的现象为称为二次成核。二次成核中又以接触成核占主导。成核中又以接触成核占主导。 接触成核是指：新生的晶核是晶浆中已有的晶体颗粒在结晶器中与其它固体接触碰撞时产生接触成核是指：新生的晶核是晶浆中已有的晶体颗粒在结晶器中与其它固体接触碰撞时产生的晶体表层的碎粒。的晶体表层的碎粒。 苏氨酸提取基本原理苏氨酸提取基本原理根据饱和曲线和过饱和曲线图，析出结晶根据饱和曲线和过饱和曲线图，析出结晶的手段：的手段：（1）冷却：）冷却：EFGH 由于降温降低了溶质的溶解度。由于降温降低了溶质的溶解度。（2）蒸发浓缩）蒸发浓缩:EFG

14、 以除去溶剂的方式，使溶液中溶质浓度以除去溶剂的方式，使溶液中溶质浓度超过饱和溶解度。超过饱和溶解度。 （3）蒸发）蒸发+冷却冷却: EG 结晶良好区域是在介稳区左下方，结晶良好区域是在介稳区左下方， CD 线和线和 AB 线之间线之间育晶的原理：育晶的原理：当溶液中同时有大晶粒存在，当溶液中同时有大晶粒存在， 则微小晶粒溶解而大晶粒长大，直至则微小晶粒溶解而大晶粒长大，直至 微小晶粒消失微小晶粒消失苏氨酸提取基本原理苏氨酸提取基本原理维持稳定的过饱和度，防止结晶器在局部范围 内产生过饱和度的波动1 1 尽可能减低晶体的机械碰撞能量及几率，长桨叶、慢搅拌是常用方法；2 2限制晶体的生长速率，即

15、不以盲目提高过饱和度的方法，达到提高产量的目的；3 34 4对溶液进行加热，过滤等预处理，以消除溶液中可能成为晶核的微粒5 5使符合要求的晶粒得以及时排出，而不使其在器内继续参与循环6 6将含有过量细晶的母液取出后加热或稀释，使细晶溶解（细消），然后送回结晶器；7 7控制过多成核的措施控制过多成核的措施调节原料溶液的pH值或加入某些具有选择性的添加剂以改变成核速率苏氨酸提取基本原理苏氨酸提取基本原理分离 利用转鼓高速旋转所产生的离心力作为推动力，使晶浆液中苏氨酸利用转鼓高速旋转所产生的离心力作为推动力，使晶浆液中苏氨酸 和母液分离开来。和母液分离开来。1、 原液分离参数原液分离参数1.1 加料

16、时间：加料时间：30-40s， 加料次数：加料次数：3次，次， 转速：中速、转速：中速、30Hz1.2 洗涤时间：洗涤时间：2-12s， 加水次数：加水次数：1-2次，转速：高速、次，转速：高速、50Hz1.3 分离时间：分离时间：120-140s，刮料次数：，刮料次数：1-2次，转速：低速、次，转速：低速、7Hz 2、母液分离参数、母液分离参数2.1 加料时间：加料时间：30-40s， 加料次数：加料次数：3次，次， 转速：中速、转速：中速、30Hz2.2洗涤时间：洗涤时间：60-180s， 加水次数：加水次数：1-2次，转速：高速、次，转速：高速、50Hz2.3 分离时间：分离时间：110

17、-130s，刮料次数：，刮料次数：1-2次，转速：低速、次，转速：低速、7Hz苏氨酸提取基本原理苏氨酸提取基本原理干燥：指利用热能使湿物料中湿分干燥：指利用热能使湿物料中湿分(如水如水)汽化并排除，从而得到较干物料的过程。汽化并排除，从而得到较干物料的过程。 干燥目的：一便于产品包装贮存运输；二水分低产品性质稳定，干燥目的：一便于产品包装贮存运输；二水分低产品性质稳定， 有较长的保质期。有较长的保质期。 加热空气经风道由主机底部进风口切向进入，在塔内形成高速旋转的气流；物加热空气经风道由主机底部进风口切向进入，在塔内形成高速旋转的气流；物料由加料器均匀地加入主塔，易分散物料在气流的强烈冲击下迅速分散，同时与热料由加料器均匀地加入主塔，易分散物料在气流的强烈冲击下迅速分散，同时与热气流进行热交换而完成干燥任务；不易分散的物料在重力作用下自由下落，被主塔气流进行热交换而完成干燥任务；不易分散的物料在重力作用下自由下落，被主塔底部的多层刀片粉碎并微粒化，直到旋转气流能够带动物料上升。底部的多层刀片粉碎并微粒化，直到旋转气流能够带动物料上升。烘干 下料下料检斤检斤缝包缝包贴封口条贴封口条热合热合金属检测金属检测二次检斤二次检斤自动码垛自动码垛包装苏氨酸提取基本原理苏氨