赖氨酸课程设计

1、南京工业大学生物与制药工程学院发酵设备及工厂设计课程设计设计项目名称：年产1万吨赖氨酸生产线的工艺设计专业班级：生工0603指导老师：2009年12月目录1 设计任务书32 设计说明书42.1 项目概述42.2 原材料及产品的主要技术规格52.3生产方法及工艺路线的确定52.4 生产流程简述62.5 工艺计算102.6 主要设备的选择212.7 车间主要设备一览表232.8 设计参考文献24一、设计任务书项目名称：年产1万吨赖氨酸生产线的工艺设计一、 建设规模、产品方案、生产方法和工作制度1）建设规模：年产10000T。2）产品标准：L赖氨酸盐LYSINE·HCL分子式：C6H14N

2、2O2·HCL分子量：18264性状：淡棕色粒、易溶于水。国家标准GB824587规定了饲料级L氨基酸盐酸盐产品的质量准。 3）生产方法：以玉米淀粉乳为原料，采用双酶法，使淀粉乳先糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，日本多采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经过发酵、过滤、中和、精制、干燥而得成品，必要时进行重结晶。4）工作制度：年工作日按300d计二、 目建设地点为南方某市其气候条件为：年平均气温：15.3 历年平均最高气温：38 历年平均最低气温：-4.2 最热平均相对湿度：85% 最冷平均相对湿度：75% 年平均气压：1016.5m

3、P 夏季平均气压：1004.5mP 年均风速：3.6m/s 年均降落量：1025.6mm 日最大降水量：219.6mm三、 求达到的技术经济指标要求达到的技术经济指标：发酵产酸率13%染菌率1%转化率100%发酵周期64hr提取收率90%平均通过气比为1:0.2四 设计要求就该项目的发酵工段或空气处理系统进行工艺设计，要求完成：2 确定合理的工艺路线，提供工艺流程示意图；3 进行工段的工艺计算，包括物料、热量、水、压缩空气耗量等平衡计算，并提供相应的工艺计算平衡图；4 对标准设备及非标设备的数量进行计算，选定标准设备型号并就至少一种非标设备的结构进行简单的结构计算，提供所需设备的一览表并至少提

4、供一种非标设备的总装图。5 绘制带控制节点的工艺流程图；6 绘制车间设备布置图；7 绘制设备配管图；8 编写初步设计说明书。二、设计说明书2.1 项目概述赖氨酸（L-Lysine）,化学名称2，6-二氨基己酸，分子式为C6H4N2O2,纯品为白色针状结晶，无味或稍带特殊臭味，易溶于水，溶液的PH值为5.06.0，难溶于有机溶液，有旋光性，熔点263264C.赖氨酸难于结晶，市售商品通常为98%的L-赖氨酸盐酸盐。具有旋光性。     由于游离的L-赖氨酸极易潮解，因具有氨基酸而易发黄变质，并具有刺激性腥味，难于长期保存。因此，一般商品都是L-赖氨酸盐酸盐。

5、60;   赖氨酸盐酸通常较稳定，高温下易结块，相对湿度60%以下稳定，60%以上则生成二水合物，与维生素C和维生素K并存则着色。碱性条件及直接在还原糖存在加热则分解，易溶于水，水溶液呈中性至微酸性，与磷酸、盐酸、氢氧化钠、离子交换树脂等一起加热，能起到外消旋作用。 饲料中添加的赖氨酸有两种，即L赖氨酸和DL赖氨酸。因动物只能利用L赖氨酸，故主要为L赖氨酸产品，DL赖氨酸产品应标明L 赖氨酸含量保证值。作为商品的饲用级赖氨酸通常是纯度为98.5以上的L赖氨酸盐酸盐， 相当于含赖氨酸（有效成分）78.8以上，为白色一淡黄色颗粒状粉末，稍有异味，易溶于水。90以上的L赖氨酸是以

6、糖蜜为原料发酵生产的产品。此外， 日本、美国、德国等国已利用化学合成的2氨基己内酰胺作原料， 通过微生物酶消旋和水解生产L赖氨酸。建设规模及产品方案1）建设规模：年产10000T。2）产品标准：L赖氨酸盐LYSINE·HCL分子式：C6H14N2O2·HCL分子量：18264性状：淡棕色粒、易溶于水。国家标准GB824587规定了饲料级L氨基酸盐酸盐产品的质量准。 3）生产方法：以玉米淀粉乳为原料，采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，日本多采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经过发酵、过滤、中和、精制

7、、干燥而得成品，必要时进行重结晶。4）工作制度：年工作日按300d计2.2 原材料及产品的主要技术规格原材料的选择及技术规格本设计要求以玉米淀粉乳为原料，但是，工业上选择生产原料时，不但要考虑工艺上的要求，还要考虑生产管理和经济上的可行性。在大规模工业生产中，选择原料一般要考虑到下述要求： (1)因地制宜，就近取材，价格低廉； (2)原料中可利用成分高，末严重污染，抑制生长和产酸的物质要少或能够去除，能满足工艺上的要求；(3)原料资源丰富，便于采购运输，适于大规模储藏，保证生产上的供应。2.3生产方法及工艺路线的确定赖氨酸是人和动物自身不能合成的一种氨基酸，必须从外界摄取，而植物中所含的各种赖

8、氨酸很少，被称为植物中的第一限制性氨基酸。1960年日本的木下祝郎等用紫外线照射谷氨酸柞杆菌得到一株营养缺陷型变异株，从此开始了发酵法工业生产商品赖氨酸。世界上生产的主要方法有微生物发酵法、化学酶法、提取法和合成法四种。其中最重要的是化学酶法和微生物发酵法。其具体操作过程如下。 2.3.1 化学酶法   此法是借助于有机合成与生物化学工程相结合的生产技术，可以己内酰胺或二氢呋喃为起始原料，或以糠醛为原料制取。     制取尼龙原料己内酰胺时，有大量的还己烯生成，用环己烯易于合成DL氨基己内酰胺（DL-ACL），以此为原料采用

9、水解酶法生产赖氨酸，分为两步反应进行。先用LACL水解酶，不对称水解L-ACL的环状酰胺链，生成L赖氨酸，再用ACL消旋酶使残存的D-ACL消旋化反应。具体工艺中采用罗氏隐环酵母等进行水解反应，用奥巴无色杆菌进行消旋反应。100/L的DL-ACL几乎全部转化为L赖氨酸。 2.3.2 微生物发酵法     发酵法包括一步法和经由二氨基庚二酸的二步法。通常以废糖蜜，淀粉（或直接用木薯片粉碎至80目）为原料，采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，日本多采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经

10、过发酵、过滤、中和、精制、干燥而得成品，必要时进行重结晶。成品对糖总得率为35%，每吨成品耗糖蜜8吨（或淀粉4.4吨），成本约1万元(折人民币)。L-赖氨酸的生产工艺与味精（谷氨酸钠）类似，工艺较简单，日本的技术经济指标较先进。     微生物发酵法为生产L-赖氨酸的最主要技术，反应所用碳源为玉米、甘蔗等淀粉质或葡萄糖母液、甘蔗糖蜜等废料，所用高产菌种有BrevibacteriumSP。PIB等，在优选菌种配方中含有HPPKH2PO4、乙酸钠等组分，在添加2%硫酸铵后可获得高产菌种。将适宜的配方组分注入500ml的三角烧瓶内于120C加热15min加压灭

11、菌后，在通氧下培养出菌种在高峰期内接入种子培养液在常温常压下发酵，再用膜分离法或化学法分离。     制备L赖氨酸在14L的发酵器中进行。通过菌种培养，生长菌体和发酵工艺生产赖氨酸，筛选出的FHI28高产菌株，遗传性能稳定，是一株适合工业化生产的优良菌种，在20ml发酵罐中产L赖氨酸8.59.2%，发酵周期5967h.     工艺的关键技术在于培养和优选最适宜的菌种，采用不同的原料其结果会大不相同，甚至同一原料也会因原料产地和产出时间的差异使结果有很大差别。     国内的

12、发酵法工艺提取率为80%85%,糖转化率40%43%，产品收率大于90%。     在发酵和菌种培养中，必须有专人负责，在经过对菌种培养和溶变处理，培养出变异菌种，经筛选和最优化选择出最佳菌种，在培养高峰期加入碳源内，经调整PH后，在发酵期内灭菌处理，在接入种子培养物使其发酵后，按照规定处理方法经分离后得精品L赖氨酸。     微生物发酵法是利用微生物合成其自身所需的各种氨基酸的能力，通过菌株的溶变等处理，选育出各种营养缺陷型及抗性的变异菌种，以解除代谢调节重的反馈与阻遏，达到过量合成某种氨基酸的一种方法。

13、0;    发酵法生产赖氨酸通常以淀粉、甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜为原料，其工艺过程为：淀粉在酸或酶的作用下水解成淀粉糖，假如营养盐调PH值后，进入发酵罐进行灭菌处理，然后接入种子培养物使其发酵，经过微生物发酵后的浓缩液冷冻结晶、离心分离、烘干提纯后即得产品。 制备L赖氨酸在14L的发酵器中进行。通过菌种培养，生长菌体和发酵工艺生产赖氨酸，筛选出的FHI28高产菌株，遗传性能稳定，是一株适合工业化生产的优良菌种，在20ml发酵罐中产L赖氨酸8.59.2%，发酵周期5967h.  其他方法     生产赖氨酸

14、的方发出上述两种方法外，还有由血粉、酪蛋白、脱脂大豆水解后，用离子交换树脂分离而生产的蛋白质水解法，以及用化学合成制得廉价中间体，借助酶的生物催化作用生产赖氨酸的化学合成法，但这些方法应用较少。 2.4 生产流程简述不同原科的深层发酵工艺大同小异，主要差别在于前面的原料处理工艺，而在发酵工段的区别仅在于两个方面，即是否采用种子培养和是否采用补料工艺。赖氨酸生产工艺流程图：空气 菌种 水 淀粉加压 -淀粉酶 液化 冷却 糖化酶 糖化 除水 玉米浆 过滤 交换柱脱铁棉花过滤 糖蜜 糖化液 滤渣 恢柱脱色 二级种子 无机盐 配料 脱色液 补糖 连续灭菌 消泡剂 蒸发结晶 发酵 液氨 储晶 等电点 分

15、离 回收谷氨酸 分离 母液 赖氨酸 赖氨酸 母液 干燥 活性炭 中和 粉碎 脱色 赖氨酸 过滤 废炭 过滤液原料预处理目前国内外生产上采用淀粉加工葡萄糖的液化、糖化方法主要有：双酶法、酶酸法、酸法、酸酶法等几种。与传统酸法水解淀粉相比，酶法具有独特的优点：可在常温常压和温和酸度下，高效地进行催化反应，简化了设备，改善了劳动条件和降低了成本；酶催化所需的活化能极低，催化效率远比无机酸高，-淀粉酶与糖化酶共同作用于淀粉，得到的葡萄糖液DE值达98以上；酶水解具有专一性，制得产品的纯度高；酶本身是蛋白质，无毒，对酸碱度极为敏感，故可简单地采用调节酸碱度、改变反应温度或添加抑制剂等方法来控制反应的进行

16、；酶的来源广泛，许多动植物和微生物都可作为某些酶的原料；酶可以回收，重复利用。现在生产中大多使用此法。但是，普通的酶法制糖相对生产周期较长，糖液过滤困难。种子培养如果不采用种子培养，即直接采用孢子悬浮液接种至发酵罐。采用种子培养，则先将孢子接入种子罐中进行培养，然后接入发酵罐。种子培养的目的是使黄色短杆菌发芽二级种子培养基：水解糖2.5%，蜜糖2.0%，尿素0.35%，磷酸氢二钾0.1.%，硫酸镁0.06%，玉米浆0.5%1.0%，泡敌0.06%，硫酸锰0.2mg/100ml，硫酸亚铁0.2mg/100ml采用种子培养工艺有下列优点：1缩短了发酵罐的发酵时间，一般可缩短30h左右，从而提高了设

17、备利用率。虽然增设了种子罐，但包括种子罐在内的总罐容量较小，节省设备投资。2种子培养的质量易于控制。直接接种孢子到生产罐中时，相当于在生产罐中进行种子培养。由于受发酵条件的制约，生产罐中的营养物（如氮源，磷源等）不能过多，往往不能满足孢子发芽和生长的需要，因此种子发育较慢。而在种子罐中可以添加适量营养物，以促进种子快速发育，并提高其产酸能力。事实证明可以达到这种效果。3有利于防止杂菌污染。独立的种子培养车间比发酵车间小的多，环境卫生易于控制。在种子罐中单独培养时，接入孢子的密度约是直接接入生产罐的10倍，加上种子发育快，受感染的可能性大大降低。而且，生产罐接入菌丝球以后，很快进入产酸阶段，受感

18、染的可能性小的多。另外，如果出现菌种退化或者在孢子扩大培养阶段出现染菌，也能在种子培养时提早发现，以便即时采取措施。即时倒罐，种子罐的损失也只有生产罐的10%。4总能耗降低。因为种子单独培养时，通气搅拌的动力消耗远低于在生产罐中培养。此外，由于受杂菌感染的可能性大大降低，从而生产培养基的灭菌强度要求较低，节省能耗，也避免了高强度灭菌带来的一些不良后果。微生物发酵 发酵培养基：水解糖16.4%，蜜糖0.30%，硫酸镁0.06%，氯化钾0.08%，尿素4.0%，磷酸氢二钾0.02.%，玉米浆0.20%，泡敌0.05%，硫酸锰0.2mg/100ml，硫酸亚铁0.2mg/100ml，植物油0.10%，

19、接种量2%。赖氨酸生产：1接种按种前必需对按种管道进行灭菌，灭菌与大罐灭菌同时进行。操作肘，打开生产罐按种口通大气的阀门，由种子罐阀门站或底部通入蒸汽，使蒸汽经过种子罐出料管和按种管道通到大罐按种口，排入大气，这样约20min后，关小蒸汽，但仍保持少量出汽，直等到大罐内发酵按冷到35以下才关闭接种口通大气的阀门，并关闭蒸汽阀。然后打开接种阀通发酵罐，关闭种子罐的阀门，并关闭蒸汽阀，用无菌空气将种子培养液压入发酵罐个，按种操作应在半小时内完成。如果种子顾的气压突然下降，则表示料液已经排完，因为这时空气直通到生产罐中，同的，控大罐中的压力升高。接种后关闭接种阀，仍打开通大气的阀门。种子罐与接种管道

20、要及时清洗，排除残余料液。接种操作时应该注意种子罐的气压不要超过0.2MPa表压，以防泄漏等事故发生，同时要注意生产罐培养基冷却到预定温度后，冷却水仍在畅开，造成培养基冷却过度。2.控制 温度控制 整个发酵过程控制32±1、34±1或35±1，具体根据菌种和实际情况制定，般采用自动控制。 罐压控制 一般控制在表压0.1MPa通风系统压力不足时，可降低罐压，以维持适当的通风量。 风量控制 50m3标准机械搅拌发酵罐的参考通风量如下： 018h：0.080.1 vvm 1830h：0.12 vvm 30h以后：0.15 vvm罐体积小于50m3时通风量要适当增大，大于

21、50m3则要减小。通风量还应该根据发酵过程的产酸情况灵活掌握。加大风量可使产酸速率加快，但菌体呼吸强度和杂酸生成量可能增加。减小风量会降低产酸速率。 搅拌转速 采用箭叶涡轮搅拌桨，转速控制如下： 罐容积 5m3 150300rmin 2530m3 110120rmin 50m3 90115rmin 80m3 90110rmin pH控制 糖化完成后可适当加大风量使发酵进入旺盛产酸期。在产酸期内控制风量使产酸速率维持在23gh1，不得过快，以进一步利用糖化作用和防止菌体过早衰老。 发酵过程监测 发酵过程的上述参数可以通过仪表检测，而酸度和残被一般靠化学方法检测。这两项参数是捡验发酵过程好坏的目的

22、指标。接种后半小时测总糖一次，以后8h测残糖和酸度一次，最后每2h测一次。 放罐条件 以酸度不再增加或残糖不再降低为放罐条件，正常发酵能达到顶定的产酸度和须定的残糖量，否则为不正常发酵。不正常发酵时该两次指标达不到，但只要不升酸或不降糖就要放罐。赖氨酸提取发酵液放罐后直接经Ultra-flo超滤系统过滤，能使真正收率达到99%以上，滤渣中含有大量的蛋白质及菌丝等营养物质，烘干后作饲料，可进行包装销售。    整个工艺过程除了最终产品赖氨酸和副产品饲料、硫酸铵外，无多余废水排放。    特点：    1） 酵液超滤过滤无须任何预处理，节

23、约成本。菌渣可直接做饲料，完全消除废液污染。滤液不含蛋白质量高，保证连续离交进料要求。过滤收率可达98-99%。    2） 由于减少了蛋白对树脂的污染，可增加树脂的吸附容量10%以上，并有效延长树脂寿命。    3） 减少悬浮物在连续离交树脂罐内的沉积，减少反冲次数，减少树脂破碎。    4） 纳滤低成本的预浓缩，降低能耗。部分无机盐透过纳滤膜，减少产品灰份。纳滤透析水回用顶洗，闭路循环提高收率减低成本。（根据实践表明纳滤浓缩平均成本为20元/吨水）    5） 纳滤废水处理系统能将硫酸铵废水处理成回用水，并且回

24、收硫酸铵做肥料。膜系统适应性强，能随时跟上今后用户对处理后的污水排放水质进一步提高的要求。    6） 本工艺膜系统运行平稳，维修容易。膜系统可分性强，可根据料液流量大小随时切换膜的运行数量，其余可进行清洗、保护或更换等操作，故膜系统无传统工艺的每年大修要求，在4045左右用低压力大流量对膜进行清洗，只需清洗一小时左右即能使膜通量恢复，而不用拆卸设备，可实现全自动运行与清洗。    7） 本工艺的占地面积大大缩小。由于膜设备都是由膜元件叠加起来的，使膜设备占地极小。膜系统为全封闭系统，无物料和气体的泄漏，噪音小，并容易实现全自动化运行。2.5工艺计算原料

25、预处理车间：计算依据：全年按300天计算，发酵周期64hr，主要生产原料为玉米淀粉乳，设计生产技术提取总收率90%，玉米淀粉含淀粉86%，淀粉原料单耗2.12t/t （一）物料平衡计算 A 生产过量总物料衡算 1.总原料需求：t 成只每天产量：t 取整数为34t 实际成品年产：t/a 每天投料量：t 2.总物料衡算 1000纯淀粉理论上能生产100%赖氨酸的量为： 1000纯淀粉实际上能生产的100%赖氨酸的量为： 1000工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）产生的100%赖氨酸的量为： 3.淀粉的单耗 生产1000100%赖氨酸理论上消耗纯淀粉的量为： 生产1000100%赖氨酸理论上消耗工业淀

26、粉的量为： 生产1000100%赖氨酸实际消耗纯淀粉的量为： 生产1000100%赖氨酸实际消耗工业淀粉的量为： 4.总收率 淀粉利用率： 生产过程的总损失： 5.原料及中间体的计算 淀粉用量为： 糖化液量纯糖量为： 换算成含量24%的糖液量为： 发酵液量的计算： 提取出来的赖氨酸的量为： 换算成含量90%的提取液为32.3t/d 赖氨酸废液量（以排出的废液含0.7g/100ml赖氨酸计算）： 表1：年产1万吨赖氨酸生产工艺的总物料衡算结果项目以玉米淀粉为原料生产1万吨100%赖氨酸（t/d)原料淀粉/t2124072.2224%糖液量/t82790281.590%的赖氨酸量/t950032.

27、3100%赖氨酸量/t1000034排出含0.7%谷氨酸的废液量/m3173823591B.淀粉制糖工艺的物料衡算1.淀粉浆量及加水量 赖氨酸生产过程中加水的比例为1：2.5，即1000的工业淀粉调浆时的加水量为2500，由此制得的淀粉浆量为3500 淀粉浆中干物质（淀粉）的浓度：2.液化用酶的量 淀粉液化用酶是-淀粉酶，其用量为淀粉浆的0.017%，即-淀粉酶的用量为：3.的加入量 由于-淀粉酶是一种金属酶，能使-淀粉酶的活性大为提高，一般来说，的加入量是淀粉浆量的0.043%，那么量为：4.糖化酶的用量 糖化酶的用量是淀粉浆量的0.043%，即糖化酶量： 5.糖化液的量 淀粉经-淀粉酶液化

28、、糖化酶糖化后，制得的24%糖化液的量为： 24%的糖液的相对密度为1.09，那么糖化液的体积就为 6.加珍珠岩量和滤渣量 淀粉经过液化、糖化后的糖化液过滤比较困难，需加入珍珠岩进行助滤，加入量为糖化的0.15%，即而过滤后的滤渣是含水70%的废珍珠岩，滤渣量有表2：制糖工艺的物料衡算进入糖化过程的物料离开糖化过程的物料项目物料比例/日投料量/项目物料比例/日投料量/工业淀粉100072220糖化液3898281514配料水2500180550滤渣19.51408液化酶0.6431.5108糖化酶1.5108珍珠岩5.85422 （二）热量衡算1）淀粉液工序的热量衡算A.液化加热蒸量 淀粉液化

29、时加热需要消耗的蒸汽量（）可按下式计算： 式中，G为淀粉浆的重量，/h；C为淀粉浆的比热容，kJ/(·k)；为淀粉浆的初始温度，；为液化温度，；I为加热蒸汽的热焓，2738kJ/0.3Mpa，表压）；为加热蒸汽凝结水的热焓，363K时377kJ/B.淀粉浆量G 根据物料衡算知，日投工业淀粉量为72.22t，24h连续液化，即每小时的处理量为，液化调浆时淀粉与水的比例关系为1：2.5，淀粉浆量就为，淀粉浆中淀粉的浓度为淀粉浆的比热容C可按下式计算：kJ/(·k)式中为淀粉的比热容，kJ/(·k)；为淀粉浆中淀粉的含量（浓度）；为水的比热容，kJ/(·k)C

30、.蒸汽用量 灭酶用的蒸汽量灭酶时需将液化液由90加热至100，100时蒸汽的为419kJ/，那么灭酶用的蒸汽量灭酶过程一般要求在20min内使液化液由90加热至100，则蒸汽的高峰用量为 因此，液化过程的平均用蒸汽量为，每日蒸汽平均用量为30.3t/d，而高峰时用气量为D.液化液的冷却水用量 液化、灭酶过程完成后，需将物料由100降温至65，假设冷却水的进口温度是20，出水温度是58.7，那么需要的冷却水用量即为： 每天的用水量为2）液化液糖化过程的热量衡算 年产万吨赖氨酸的工厂，按前面的计算，日产含糖24%的糖液281t，按相对密度1.09，其体积为，糖化操作的周期是30h，选用100的糖化

31、罐，装料75，生产上需要的糖化罐只数为：，取用5只罐按生产上的流程使用板式换热器，使糖化液（经灭菌后）由85降至60，用二次水冷却，冷却水的进口温度20，出口温度为45，其平均用水量为： 生产上一般要求在2h内把75的糖液冷却至40，其高峰用水量为：由于每天同时运转的糖化罐有，每天冷却水用量是：（3） 过程水的衡算 糖化工序用水量： （1）配料用水量：年产万吨赖氨酸的生产工厂日投工业淀粉量为72.22t，配料时的加水比例是1：2.5，用水量就可以算出是，即7.5t/h (2)液化液冷却水用量：前面已算出液化液冷却水的用量是216.3t/d （3）糖化液冷却水用量：前面已算得糖化液冷却水用量是2

32、37.36t/d，高峰时用水量34.5t/h（4） 设备的选择生产设备设备名称规格、容积材质台数糖化罐100Q235-A/防腐5板式换热器601Cr18Ni92动力蒸汽25t/h电力5400kw冷冻机520kw8AS173空气压缩机60/minL5.5-60/43凉水塔300t/h2发酵车间连续发酵和发酵工序热量衡算1. 培养液连续灭菌用蒸汽量假设发酵过程所用的发酵罐为200m3 , 装料系数为0.7 那么每只罐产100%赖氨酸的量为：200 x 0.7 x 8% x 86% x92% x 1.272 =11.27t因日产100% Ala为34t，一般来说，发酵的操作时间需要48h（其中发酵时

33、间38h），这样生产需发酵罐应为 34/11.27 x 48/24 =6.03台取整后为6台，每日投罐次为34/11.27=3.02 罐，日运转6.03 x 38/48 =4.77 罐，每罐的初始体积为140m3 ,糖浓度是16.48/100ml ，灭菌前培养基的含糖量为19%其数量为： 140 x 16.4% / 19% =120.8 t培养液的灭菌采用板式换热器灭菌过程用0.4mpa蒸汽（表压），其I = 2743 KJ/Kg ，分两步加温，先用板式换热器将物料由20升至45 ，设每罐的灭菌时间为3h，需要的输料流量为120.8/3 = 40.3% ，灭菌所用的蒸汽量： 40300 x 3

34、.7 x (120-75) x 107 / (2743 120 x 4.18) = 3212kg/h =3.2 t/h糖的比热容：3.7kg/(kg.k) 每天的灭菌蒸汽量就是 3.2 x 3 x 3 =28.8 t/d ,其中高峰用量为3.2t/h ，平均用量是28.8 / 24 =1.2 t/h 2. 培养液冷却水用量120 的热料先通过与生料进行热交换 ，降温至 80后，再用冷却水冷却至35 ，而冷却水由20升温至45 ，则：W冷却 = 40300 x 3.97 x (80-35) / (45-20) x 4.18 =68896 kg/h =69t/h 全天冷却水用量为：69 x 3 x

35、 3 =621 t/d3. 发酵罐空罐灭菌的蒸汽用量发酵罐罐体的体积为200m3 ，假设发酵罐体积是由不锈钢1Cr18Ni9制造而成，此时罐体重为34.3t ，冷却排管重6t ，不锈钢1Cr18Ni9的比热容是0.5kj/(kg . k) ，用0.2mpa（表压）蒸汽灭菌，使发酵罐在0.15mpa（表压下） ，由20升温至127 ，蒸汽的用量为：（34300+6000）x 0.5 x (127 20) / (2718 127 x 4.18) =986 kg W 蒸汽 = 200 x 1.622 = 324.4kg式中：0.2mpa (表压) 的蒸汽密度为 1.622kg/m3 灭菌过程中的热损

36、失设发酵罐的外壁温度为70 ，此时辐射与对流的联合给热系数a 为 a = 33.9 + 0.19 x (70 -20) = 43.4 kj/(m2.h.k) 200 m3 发酵罐的表面积为201m2 ,耗用蒸汽量为： W蒸汽 = 201 x 43.4 x (70 20) /(2718 127 x 4.18) =199kg 罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗量：W蒸汽 = 201x0.001x1000x(127-20)x4.18 /(2718-127x4.18) = 41kg 式中，0.001为罐壁附着洗涤水的平均的厚度（1mm）. 灭菌过程的蒸汽渗透消耗的蒸汽一般灭菌过程的蒸汽渗透可取总蒸汽消耗量的

37、5% ，因此，空罐灭菌时的蒸汽消耗量为：W蒸汽=（986+324+199+41）/（1-0.5）=1632kg/h 每次空罐灭菌的时间是1.5h，耗用的蒸汽量为：1632x1.5 =2448kg/h 每日耗用的蒸汽量：2448x3=7344kg/d 平均耗用的蒸汽量：7344 / 24 =306kg/h 发酵过程产生的热量，赖氨酸发酵热约为3.4x104kj/(m3.h) 200m3的发酵罐，一般装料量是140m3，使用新鲜的冷却水进行冷却，假设冷却水的进口温度是10，出口温度为20，则冷却水用量 W =3.4x104x140 /(20-10)x4.18 =113900kg/h 因为每天运转的

38、发酵罐是4.77次，高峰用水量为：113.9x4.77 =543t/h ,日用水量为420x0.8x24 =8064t/d 式中的0.8是各罐发热状况均衡系数，平均用水量为：8064 / 24 =336t/h提取车间提取工序的物料衡算按冷冻等电点沉淀及其离子交换回收工艺进行衡算，以1000kg工业淀粉的匹配量进行衡算发配液的量，由前的计算已知为5847L或6194kg调节发酵液PH需要的硫酸大约为发酵液的3.6%，即需加入的硫酸量5847×3.6%=210kg而98%的硫酸的相对密度是1.84.故需硫酸量为210÷1.84=114L分离提取之前的总赖氨酸的产量为5.847&

39、#215;8%=467.4kg因提取收率为86%，经分离提取后纯赖氨酸为476.4×86%=402kg通常经初提的沉淀中只含有90%的赖氨酸，其量为402÷90%=446.5kg提取后母液中的赖氨酸含量大约为0.78/100ml，那么母液的量为（467.1-402）÷0.7%=9343kg粗的洗涤用水，按初产的20%计算446.6×20%=89L母液回收过程中的用水量9343-5843-114-89=3297kg根据上述计算结果，列出衡算表赖氨酸提取分离过程的物料衡算表进入提取分离系统离开提取分离系统项目玉米淀粉t/d项目玉米淀粉t/d发酵液619439

40、1.490%赖氨酸446.632.3硫酸21013.3母液9342590洗涤水895.6回收加水3297208合计9790618.39789.6622.3水平衡的计算1连续灭菌工序的用水量 配料用水量，由于糖化后的糖液含糖量是24%，而培养基的含糖量是19%,配成的糖液有120.8t。那么每罐料需要的水量是120.8×（119%÷24%）=25.4t每日按3罐计算，配料需要的水量为3×25.4=76t/d灭菌后料液的冷却水用量。前以计算出每日冷却灭菌后料液的冷却水用量是612t2发酵工序的用水量前以计算出发酵工序用水量是8064t/d3提取工序的用水量用于Lys分

41、离和冲洗水的用量是50t/d4中和脱色工序的用水量配料用水量， 由于日产100%的Lys是34÷1.272×92%=24.59t/d配制成40%浓度时需要用水量是25.4÷40%25.4=38.1t/d洗涤离子交换柱的用水量，配稀酸碱的用水量是150t/d洗涤馏分的用水量需100t/d，洗再生处理柱的用水需600t/d，总用水量是850t/d洗涤废活性的用水量为30t/d5精制工序的用水量结晶过程的加水量，使用4台结晶罐，每台需加水量为6t，供需要24t/d的用水量。结晶冷却用水量，前以计算出用水量5600t/d。6动力工序的用水量锅炉用水量840t/d，冷冻机及

42、其他循环水用量是4000t/d通过上述计算并记点后，课得出用水量的衡算表年产万吨赖氨酸工厂的用水量衡算表用手工序及设备新鲜水（10） 给水量/(t/d)二次水（20）循环水（30）凝结水（40）排水量/(t/d)配料158-液化冷却-189-189糖化冷却-216-216灭菌配料76-冷却-621-发酵冷却8064-提取洗涤50-中和配料-38-脱色洗柱-880-30洗涤废炭-30-30精致-24-冷却-56005600-5000动力，锅炉840-冷冻，空压-5284000-528合计918880649600626842无菌空气消耗量计算1.单罐发酵无菌空气的消耗量根据生产情况，100m3规模

43、的通气搅拌发酵罐的通气速度0.150.18vvm，计算时取最大值0.18vvm的进行计算单罐发酵过程的用气量V=100×75%×0.18×60 =810m3/h单罐年用气量Va=V×38×150=810×38×150=4617000m32.种子培养等其他无菌空气耗量二级种子培养是在种子罐中进行的，可根据接种量，通气速率，培养时间进行计算，但通常的设计习惯是把种子培养用气，培养基压送及管路损失等算在一起，一般取这些无菌空气消耗量之和等于发酵过程空气消耗量的25%无菌空气的用量为 V=25%V=810×25%=202.

44、5m3/hVa=25%×Vax6=4617000×25%×6=6925500m3式中6为发酵罐个数（3）发酵车间高峰无菌空气消耗量Vmax=6×（V+V）=6×（202+810）×4617000×25%×6=6075m3/h（4）发酵车间年用气量Vt=6×150×（V+V）=6×150×(810+202.5)=2.3×107m3年产万吨赖氨酸工厂无菌空气用量衡算表发酵罐容积/ m3单罐空气用量/（m3/h）种子培养及培养基压送耗气量/( m3/h)高峰空气耗量送耗气

45、量/（m3/h）年用气量/ m3100810202.560752.3*107提取2序热量的衡算赖氨酸提取过程中的等电点沉淀，操作时需要进行冷却，使发酵液的温度从300C降低到50C，一般生产上的降温速度是20C/h，那么与200m3 发酵罐相配套的等电点沉淀罐体积也是200m3 ，装料是146m3 （需加入酸），此时需要移去的热量为：146*103*1.06*2*3.97=1.2*106 KJ/h式中：1.06是发酵液的相对密度3.97是发酵液的比热容，KJ/（kg*k）中和发酵液时，处理上述发酵液需要控制在6h内，H2SO4对水的熔解热为92KJ/mol，加入98%的H2SO4 用量为510

46、0kg，其溶剂热为（5100*98%）/（6*98）*92*103=782*103KJ/h每天运转4.77罐次，此时需移去的总热量为（1.2*106+7.82*105）*(4.77/3600)=2626KJ赖氨酸溶液浓缩结晶过程的热量衡算由前面可知，日产100%Ala的量是34t，入选用25m3的强制内循环结晶罐，浓缩结晶的操作周期是24h，其中辅助时间为4h，每罐可产100%Ala10t，需结晶罐的灌数为：34/（10-1.6）=4.05罐次取4罐次，式中1.6是每罐投入的晶种量浓缩时，每罐投入含Ala 40g/100ml的中和脱色浓度是23m3 ，流加含谷氨酸30g/100ml的牧业32m

47、3 ，过程中加水6m3，在700C下真空蒸发结晶，浓缩3h以后，再育晶17h，放料数量是20m3热量衡算物料带入的热量，进料温度为350C，比热为3.5KJ/（kg*K）Q物料=（23*1.16+32*1.13）*3.5*35*103=7.7*106加水带入的热量：Q水=6*4.18*35*10³=8.8*105KJ晶种带入的热量：Q晶种=1600*1.67*20=5.3*104KJ母液带走的热量，分离后的母液为12m³，相对密度是1.26，即牧业为15t，其比热容是2.83KJ/（kg*K）Q母液=15*10³*2.83*70=3.0*106KJ随二次蒸气带走的

48、热量Q二蒸=（23*32+6-20）*2626*106=1.077*106KJ式中，20为结晶罐放罐的结晶液量，m³需要外界供给的热量为Q=（Q母液+Q二蒸+Q晶体）-（Q物料+Q水+Q晶种+Q结晶）=（3.0*106+1.077*108+1.77*106）-（7.7*106+8.8*105+5.3*104+5.7*105）=9.5*107KJ蒸汽用量的计算按热损失喂5%计算，每罐次的蒸汽用量：W=(9.5*107)/(2717-535)*0.95=45830KG/罐次前已指出，每罐的浓缩结晶时间是20h，那么每小时蒸汽耗量的高峰是45830/24=2292KG/H实际运转时有4.0

49、5罐同时进行，高峰时用蒸汽量就为4.05*1192=4827.6KG/H 每天的蒸汽用量是4.05*45830=185612KG/D 每小时的平均蒸汽用量就为7.7T/H冷却二次蒸汽所消耗的冷却水二次蒸汽的数量既水的蒸发速度是：（23+32+6-20）/20=2.05 m3水/h 冷却水用量假使使用循环水，水的进口温度是30°C， 70°C的水蒸气的热焓是2626.8KJ/rg，需要的冷却水量是 W水 =2.05*103*（2626.8-45*4.18）/（45-30）*4.18=8000kg/h=80t/h当4只罐同时运行时，高峰用水量为80*4=320T/H，每天的用水

50、量为80*20*4.05=6480T/H赖氨酸干燥过程的热量衡算经分离后的湿赖氨酸含水2%，干燥后含水应小于0.2%，用热空气进行干燥，进入空气加热器出来的空气为18，相对湿度为70%加热升温到80 ，从干燥器出来的空气为60年产万吨赖氨酸的工厂，需日产湿赖氨酸30.4T ，二班生产，即30.4/16=1.9T/H 干燥后失去水分量为 （30400*2%-29750*0.2%）/16=34kg/h 查表18的空气 相对湿度为70%时 绝对温度是X0=0.009KG/KG 干空气 热焓I0=41.8kj/kg干空气80时，空气热焓I1=104.5kj/kg干空气，空气经过干燥后的热量变化：=（I

51、2- I1）/（X2-X1）=Q物料+Q损失-Q初温I0I1和I2为冷空气，出空气加热器和出干燥器的空气热焓。X0X1和X2为冷空气，出空气加热器和出干燥器的空气的湿含量，KG/KG干空气;Q初温为物料初始温度时中每J/KG，Q物料为加热物料所耗的热量，KG/(KG*K)，Q损失损失的热量，通常为有效热量的10%Q物料=1.9*10³*（60-18）*0.4*4.18/34=3924KJ/KG水 Q损失=0.1*（595*4.19+0.47*60*4.18+3924-(8*4.18)=645KJ/KG水此时=18*4.18-3924-645=-4494KJ/kg*K假使X2=0.0108I2=I1+*（X1-X2）=104.5+(-4494)*(0.0108-0.009)=96.4KJ/kg空气此时空气的耗量为34/（0.0108-0.09）=18888Kg/h80的空气的比容为0.83m³/kg，那么实际消耗的空气体积量为：18888*0.83=15677m³/h若使用0.1Mpa的蒸汽进行加热，热损失按15%进行计算，耗用的蒸汽量是：W=（104.5-41.8*18888*1.15