年产15万吨赖氨酸发酵工厂工艺设计

1、本科生毕业设计中文题目 年产15万吨赖氨酸发酵工厂工艺设计 英文题目 A design of lysine fermentation factory of annual output of 150,000 tons 目 录第一章 绪论- 35 -1.1 前言- 35 -1.2赖氨酸的理化性质- 35 -1.3赖氨酸的实际应用- 35 -1.3.1 食品行业- 35 -1.3.2 医药行业- 35 -1.3.3 饲料行业- 35 -1.4赖氨酸的生产流程- 35 -1.5 赖氨酸的提取工艺- 35 -1.6赖氨酸工业现状及发展方向- 35 -第二章 赖氨酸生产工艺的选择- 35 -2.1原料及菌

2、种的选择- 35 -2.1.1L-赖氨酸的代谢控制育种- 35 -2.2 原料的预处理- 35 -2.3种子培养- 35 -2.4工艺流程的选择- 35 -2.5培养基的配制(%)- 35 -2.6具体操作- 35 -第三章 物料衡算和能量衡算- 35 -3.1 生产指标- 35 -3.2物料衡算- 35 -3.3物料衡算总量- 35 -3.4热量衡算- 35 -3.4.1蒸汽消耗量计算:- 35 -3.4.2冷却水消耗量计算- 35 -第四章 设备选型- 35 -4.1 发酵罐的选择- 35 -4.2种子罐的选择- 35 -4.3搅拌器的选择- 35 -4.4贮罐计算- 35 -4.5主要设

3、备一览表- 35 -第五章 车间布置- 35 -5.1 车间布置设计的原则与要求- 35 -5.2 车间布置设计的内容与说明- 35 -第六章 工厂平面设计- 35 -6.1工厂平面设计的原则与要求- 35 -6.2 工厂设计的厂房面积- 35 -6.3 工厂平面设计的内容与说明- 35 -结论28致谢29参考文献30摘 要众所周知，人体生长发育过程中各种氨基酸起到了不可或缺的作用，赖氨酸便是其中极其重要的一种。现在市面上所出售的赖氨酸产品大多是以赖氨酸化合物形式存在的。人们一开始得到它的方法是从蛋白质的分离物中得到，后来可以利用酶法和化学合成法。20世纪60年代，世界上首先出现了微生物发酵生

4、产的方法，原料为淀粉等水解后所得到的糖类,通过一系列发酵提纯工艺获得饲料级赖氨酸 ,可以再经过一系列的提纯和精致得到食品级和药级的产品。本次毕业设计的任务是设计一个年产800吨赖氨酸发酵工厂。以玉米淀粉等为原料，根据各项已知数据进行物料衡算，并根据所得的结果进行发酵罐的设计和选择，依次进行车间平面图，工艺流程图，以及工厂车间布置图的设计与绘制，并最终完成本次设计的任务。关键词 工厂设计；赖氨酸；发酵AbstractL-Lysine is one of the essential amino acids, lysine products on the market are most of the

5、 lysine single-hydrochloride. L-lysine was firstly isolated from the protein hydrolyzate derived from later gradually appeared in the chemical synthesis, enzymatic, 1960, Japan produced it firstly by the way of microbial fermentation, the raw materials for a variety of starch hydrolysis of sugar or

6、molasses , the genus Brevibacterium and Corynebacterium genus mutant fermentation, separation, concentration, evaporation, crystallization, dry feed-grade lysine, and then refined ，food grade can be got, pharmaceutical grade products.According to the lysine market demand, we need to design an annual

7、 output of 100,000 tons of lysine factory. Selecting corn as raw material, calculate the material balance and heat balance, according to the above results,and designing of the fermenter, and then draw a process flow diagram according to the selection of equipment, plant layout diagram based on the k

8、nown data, factories graphic design Figure of the drawings, and the finally complete the design.第一章 绪论1.1 前言L-赖氨酸在生物体内发挥着极其大的作用。L-赖氨酸是组成蛋白质所必须的八大氨基酸中最重要的一种氨基酸，必需氨基酸是人体内部能合成而必须从外界摄入的一种氨基酸，在人和动物的生长过程中和新陈代谢中起着无可替代的作用。化学名称为L-2,6-二氨基己酸,分子式为C6H14N2O2,白色结晶,无臭。熔点为215摄氏度。考虑到其天生的理化特性，赖氨酸多以盐酸盐的形式存在。1赖氨酸被广泛应用到食

9、品、饲料、医药等行业和领域，并且需求量正在以较大的幅度增长，有着很好地发展前景。想产出优质的产品，就要选择优良的菌种和最高产率的生产条件。1.2赖氨酸的物理以及化学性质赖氨酸2，6-二氨基己酸 ，化学式 C6H14O2N2 ，在通常状态下为淡黄色颗粒，式量146.19，熔点 215 （dec.）比旋光度 +21°0 ， 溶解度 53.6g/100ml。 通常条件下，赖氨酸很难保存，极易变质而影响其使用，所以，一般赖氨酸都以赖氨酸化合物（赖氨酸盐）的形式存在和保存。 赖氨酸性质通常条件下是比较稳定的，在某特定温度以上形成水合物。分解于PH大于7.0的条件下 和 存在还原性糖的条件下，在

10、水中很容易溶解，水 溶 液 呈 中 性 或者是PH值略小于7.0的环境下与 磷 酸 、 盐 酸 、 氢 氧化 钠 、 离 子 交 换 树 脂 等 一 起 加 热能 起 到消 旋 作 用 。它作为一种碱性的氨基酸，可以调节人体内的各种平衡。细胞内脂肪酸的合成离不开肉碱，而赖氨酸则是合成这种肉碱不可缺少的一种原料。赖氨酸还有促进人体生长发育的作用。在食品中添加少量的赖氨酸，可以促进人体对钙的吸收，可以加速青少年的生长。同样的，如果人体缺少赖氨酸则会出现生长缓慢，钙吸收不良、厌食、甚至是贫血等状况。赖氨酸的重要作用还体现在可以合成各种重要的氨基酸，并能有效的促进其他各种氨基酸在生物体内的利用。赖氨酸

11、对人体的中枢神经以及周围神经都起着重要的作用，同时它还是人体内重要的活性物质抑长素的重要组成成分，生物功能非常强大。赖氨酸很容易与空气中游离的二氧化碳结合，形成赖氨酸盐。21.3赖氨酸在现实生活中的应用L-赖氨酸产品主要应用于医药食品以及牲畜饲料等应用。结合市场调研结果估计，L-赖氨酸的实际应用比例为：食品和医药行业的总和仅占5%左右，其他所生产出来的赖氨酸基本全用于动物牲畜饲料行业 3。 1.3.1 食品行业 随着科技的发展和人类的进步，人类对于赖氨酸的科学研究也变得越来越细致。人们发现，它对人的中枢神经和周围神经系统都起着重要作用。它是一种必需氨基酸，必需从外来的食物中摄取。 人类充分吸收

12、其它营养物质的关键生物素就是赖氨酸。一般条件来说，只有生物体内储备了充足的赖氨酸含量，才可以很好地利用营养物质，提高蛋白质的吸收和利用，从而达到促进生物体生长和发育的目的。 1.3.2 医药行业 赖氨酸是人体最为需要的一种必需氨基酸，它对于促进伤口愈合、治疗病人营养不良、虚弱、疲劳、食欲不振、精神不佳等状况与病症。生殖细胞、。血红蛋白、脑神经细胞的合成与完成生物机能离不开赖氨酸。 如果人体内缺少了赖氨酸的存在，集体则会表现出蛋白质代谢不良和功能性障碍等症状。 实验以及临床已经表明，赖氨酸对于某些特定的疾病有着特殊的疗效。同时研究还表明，赖氨酸与某些兹体抗炎药结合，对于妇女经期综合症以及先关的经

13、期疾病如偏头痛和腹部绞痛有着很好地治疗效果。4,51.3.3 饲料行业 我国是一个畜牧业大国，因此对于牲畜饲料的需求变得尤为的紧迫和庞大，我国在世界上饲料的产量位居次席。而且近些年来产量仍然以很快的速度飞速增长，同时饲料的质量与成分配比也显得尤为重要。添加了赖氨酸的动物饲料有着很好地品质，能够提高牲畜的蛋白质利用率，增加肉料比，而且动物很容易消化。 我国畜牧业发展迅猛，在动物饲料中添加赖氨酸同样有着很严格的标准，一般比例在0.16-0.30%之间。低于0.16%，赖氨酸含量过于低，起不到很好地总用；高于0.30%，又会带来很高的附加成本。这样才能最好的利用添加了赖氨酸的饲料，做到养殖业利益最大

14、化6。1.4生产赖氨酸的主要流程现如今赖氨酸产业的主要生产赖氨酸的方法为生物发酵法。生产工艺是以葡萄糖为原料，添加硫酸铵以及生物素等，利用谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等高效产酸菌种发酵生产。1.5 提取赖氨酸的主要方法现如今，生产赖氨酸的厂家主要拥有四种提取赖氨酸的方法：（1）沉淀法：使赖氨酸生成难溶性化合物。如赖氨酸盐等，使之沉淀下来，然后结晶析出。（2）有机融合剂提取法；（3）树脂离子交换吸附法；（4）电渗析法。现如今，世界上大多数的生产赖氨酸的厂家提取成品赖氨酸采用的方法为离子交换吸附法，大致流程如下：发酵液 调节pH，加入絮凝剂 上清液 菌体 水洗 上清液 菌体 离子交换真空浓缩 冷却、

15、调等电点 结晶离心分离粗结晶 母液重结晶离心分离二次母液结晶干燥 成品7。1.6赖氨酸工业现状及发展方向现如今，国内生产赖氨酸的企业和厂家有：长春大成集团、四川川化味之素公司、福建泉州大泉赖氨酸公司、山东金玉米生化公司、安徽丰原生物化学股份公司和宁夏伊品生物工程集团股份公司等。在这其中，中国最大的赖氨酸生产厂家当属长春大成集团，它目前集团赖氨酸产品总产能已达到30万吨每年，赖氨酸盐酸盐的产量 （含量98.5） 为15 万t吨每年、赖氨酸硫酸盐（含量65）的产量为15万吨每年5。前几年，广东星湖科技公司3万吨每年赖氨酸生产线正式投产并投入使用，之后的几年不久，东方希望集团包头生物工程有限公司两万

16、吨每年赖氨酸生产线正式改造完毕投产。 第一，赖氨酸在饲料行业的应用呈现了逐年递增的趋势，在饲料中添加赖氨酸、维生素以及各种生物素可以大大的提高牲畜对于饲料的利用率，以达到利益的最大化，而这其中赖氨酸的市场份额占到了将近20%，不容小视。第二是在其他领域如医药、食品和化妆品行业，赖氨酸也越来越得到了人们的重视，赖氨酸被添加到临床病人的输液中。21世纪以来，一些西方国家乃至日本、韩国等一些亚洲国家发展了赖氨酸饮品的产生，把赖氨酸添加到了饮料当中，如果发展到了中国，势必会引起一阵潮流，加大赖氨酸产量的需求，赖氨酸产业前景看好。 赖氨酸添加到化妆品中是一个不错的选择。中国是一个化妆品消费大国，添加了赖

17、氨酸的化妆品受到了广大消费者的一致好评，在此行业可以占到一定的市场份额，也是一个很好地发展方向8。第二章 赖氨酸生产工艺2.1生产方法的选择和工艺流程的设计原则为所建设的工厂选一种最为合适的生产方法，是生物工程工厂设计的关键步骤。一般要对可选择的各种生产方法进行全面的比较和分析，从中选择出技术先进、经济合理的工艺路线，以保证项目投产后能达到高产、低耗、优质和安全运转。（1） 原料来源和种类以及性质如需应用进口原料乳啤酒生产的麦芽，则必须采用先进的生产方法和技术，以保证生产数高质量的产品，供出口和内销。原料的种类和性质不同，则生产方法也要相应改变。对酒精生产，采用不同的糖类来源作为原料，则工艺路

18、线就大不相同。即便是淀粉质原料，也有谷类、薯类原料和野生植物与淀粉之分，其工艺流程也有一定的差异。（2） 产品的质量和规格糖蜜原料发酵生产三级酒精，可采用两塔式液相过塔蒸馏流程；若生产一级或者优质酒精，则必须选用三塔式或者多塔式流程。又如啤酒生产中，不同类别啤酒的糖化、煮沸工艺就不相同。（3） 生产规模及技术水平生产规模较小时，可采用分批发酵法，而间歇生产则较易掌握。对于大型企业，则采用连续发酵工艺有利于生产过程的机械化、自动化和稳产高产的实现。生产水平很大部分取决于技术所在的高度。如酒精生产，连续发酵拘束要求较高的操作技术，而间歇性生产很容易掌握。又如味精生产，应用糖蜜原料发酵谷氨酸的方法，

19、具有产酸高、经济好的优点，但对菌种和生产技术要求严格。所以生产工艺既要跟得上时代的步伐，又要保证切实可行。（4） 建厂地区的自然环境如在热带地区建厂，就必需配套冷冻系统，才能保证正常发酵的温度要求。（5） 经济和理性对选用的生产方法应该切实做好经济技术指标的比较，尽量选用投资省、生产效率高、能耗低的生产方法，以获得良好的经济效益。2.2生产菌种及其所用原料的选择本设计要求以玉米淀粉为原料，但是在实际工业生产上选择生产原料时，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以及供销需求等多方面的因素。在现如今现代化生产中，一般要考虑到如下的因素： (1)靠近原料的产地，取材比较方便，大

20、大的节约成本； (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)能供给大规模的生产，来源丰富，运输以及贮存条件温和，方便生产。 赖氨酸产生菌有：细菌中包括棒状杆菌、短杆菌、诺卡氏菌、念球菌、假单孢菌、埃希氏菌、芽孢杆菌等；真菌中主要有酵母、加斯酵母、隐球酵母等。现如今国内主要的赖氨酸生产菌的原始菌株一般是谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、黄色短杆菌(Brevibacterium favum)、乳酸发酵杆菌(Brevibacterium lactofermentus)及大肠杆菌（E-coli）等菌种。2.

21、2.1L-赖氨酸的代谢控制育种9-112.2.1.1L赖氨酸的生物合成调节机制以黄色短杆菌为出发菌株，天冬氨酸激酶(AK)是变构酶，具有两个变构部位，可以与终产物结合，受终产物影响，当只有一种终产物(赖氨酸或苏氨酸)与酶变构部位结合时，酶活性不受影响，当两种终产物(赖氨酸和苏氨酸)同时过量存在，即两种 终产物同时与酶两个变构部位结合时，酶的活性受到抑制，这种终产物的反馈抑制称为协同反馈抑制。在图1-1，在代谢途径第一个分支点，由于高丝氨酸脱氢酶活性比DDP合成酶约高15倍，所以代谢优先向合成高丝氨酸方向进行；在第二个分支点，由于琥珀酰高丝氨酸合成酶活性比高丝氨酸激酶高，代谢优先向合成甲硫氨酸方

22、向进行。当甲硫氨酸过剩时，阻遏琥珀酰高丝氨酸合成酶的合成，代谢流转向合成苏氨酸方向进行。当异亮氨酸过剩时，反馈抑制苏氨酸脱氢酶，就积累苏氨酸。由于苏氨酸过剩，反馈抑制高丝氨酸脱氢酶，使代谢流转向合成赖氨酸。赖氨酸和苏氨酸同时过剩，协同反馈抑制天冬氨酸，使整个途径停止进行。赖氨酸生物合成分支途径第一个酶(DDP合成酶)和第二个酶(DDP还原酶)均 不受赖氨酸反馈抑制和阻遏。磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活性受天冬氨酸抑制，这种抑制作用因-酮戊二酸存在而增强，为乙酰CoA所逆转，如图1-2所示。2.3 原料的预处理12-15原料的预处理对于整个的生产工艺有着至关重要的影响。现如今，世界上生产赖氨酸的厂家大

23、致对原料的预处理有如下几种方法：酶法、酶酸法、酸法等。普通的酶法拥有一定的缺点，即生产时间较长，收益时间较长，最后提出时过滤困难等。酶法拥有的特点突出，和其他方法相比，酶法要求的酸碱度、温度以及生物活化能等相对来说要低很多，催化条件温和。而且很多原料酶在整个催化过程结束之后经过还原等过程可以重新反复利用，大大的节约了成本，提高了收率。 选择培养基中各种营养成分的最佳配比会直接影响到菌种的代谢产物以及代谢周期，从而影响了产物的产量。如果培养基配比得当可以使培养菌种得到最好的发育，得到产量和质量最好的菌种产物，也可以使产量很大程度上的提高。培养基以及培养的条件对于菌种的生长以及代谢和菌种体内的平衡

24、及稳定性有着至关重要的影响。LXQ-89菌株在摇瓶发酵72h的条件之下，每L的产量能达到79g左右。发酵条件优化之后得到的培养基配方配比如下：葡萄糖25、(NH4)2SO4 5、玉米浆35、KH2PO4 1.0、MgSO4·7H2O 0.5、CaCO3 15。种子最佳培养条件：pH7.0，装液量25 mL250 mL三角瓶。效果最好的培养基：葡萄糖170、(NH4)2SO4 55、玉米浆18.6、KH2PO41.2、MgSO4·7H2O 0.6、CaCO3 45，L-苏氨酸40(g/l)2.4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

25、子接入种子罐中进行培养然后接入发酵罐。 种子培养的过程中，黄色短杆菌会发芽。 种子培养基成分如下：水解糖2. 5 % 蜜糖2 . 0 % CO（NH2）2 0 . 3 5 %KH2PO4 0 . 1 . % 硫酸镁 0 . 0 6 % 玉 米 浆0 . 5 % 1 . 0 %泡敌 0 . 0 6 %硫 酸 锰 0 . 2 m g / 1 0 0 m l硫 酸 亚 铁0 . 2 m g / 1 0 0 m l。种子培养的好处和优势如下： 1， 使发酵周期有效缩短，一般可以缩短20-30h，从而提高了发酵的效率，增大了收益的周期 。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。

26、2，种子生长的质量很容易把握 。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 。由于其中的用量不能超过限制，所以在其中的生长和发育进度一直比较缓慢。而在种子罐中可以添适量营养物，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，可以有效的防止受到污染。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产罐的1 0倍。快速发育的种子使得感染的概率大大降低 。而且生产罐接入菌丝球以后很快进入产酸阶段受 感染的可能性小的多 。另外如 果出现菌种退

27、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 。 2.5工艺流程的选择 在东北乃至全中国的赖氨酸生产厂家中，首选的原料为玉米淀粉。大致工艺流程如下：玉米原料经过筛选、浸泡和粉碎，进行水解和糖化，然后加入种子进行发酵，经过调解酸碱PH，再经过蒸发结晶和提纯、分离等过程，得到成品。工艺的选择：选择原则：（1） 原料物美价廉，易得

28、（2） 产品质量高（3） 原料。辅助原料，佛你功力消耗低（4） 技术成熟可靠，生产控制稳定，易于操作（5） 对环境影响小（6） 高效的经济效益回报，带动经济发展 （1） 传统工艺之前的赖氨酸生产工艺中，大多数情况下是把发酵之后的发酵液加入酸液进行调和，然后进行提取，之后再加入氨水调节酸碱度之后进行蒸发和浓缩提纯，最后进行结晶析出，最后得到产品。流程图如下：图 2-3工艺流程图 新工艺16-20： 发酵液投入生产之后采用超滤系统进行处理，可以得到非常可观的收率，在整个发酵过程中得到的附加蛋白可以被提取出来，进行副产物的加工与利用。而且超滤系统可以最小程度上减少废水的排放，从而最大程度上的利用废水

29、，既安全又环保。特点：（1） 无需对滤液进行任何的预处理，从而加快了整个工艺的进程，节约了人力等各个方面的成本。过滤收率可达98-99%。（2） 增加了树脂的使用次数，减少了蛋白的吸附，从侧面上降低了连续生产的成本。（3） 本系统可以很大程度上的减少悬浮物对于生产工艺的影响，加速生产流程，省略了了反复冲洗的步骤、（4）纳滤可以节约项目的开支和成本。部分工艺采用和闭合的处理，即回收部分原料用液，经过处理和加工后，再次投入到生产当中去。（5） 本工艺所选用的纳滤系统处理废水的工艺很先进，并对相关的原料进行回收，进行二次加工和利用，对原料的利用率达到了最大化。（6）本设计所选择的这个系统稳定性好，可

30、以根据需求的量进行膜数量的改变和切换，并可以进行清洗和维修等，所以并不需要很大的投入在整个系统上维修及清洗方便，投入很小。工艺流程图如下：发酵液母液循环利用硫酸铵肥料纳滤浓缩废液上柱废液分离结晶再浓缩活性炭脱色干燥做饲料菌体蛋白氨水连续离交Ultra-flo纳滤 无菌发 结酵 晶 母 液淀粉糖 回 收 淀粉水解2.6培养基的配制(%)表2-1 种子培养基配方表 （g/L）葡萄糖25硫胺5玉米浆35KH2PO41硫酸镁0.5碳酸钙15发酵培养基(g/L)配方表葡萄糖170硫酸铵55玉米浆18.6KH2PO41.2硫酸镁0.6L-苏氨酸40碳酸钙45接种量2%2.7具体操作斜面培养 种子培养 发酵

31、罐（1）斜面培养 L-赖氨酸斜面菌种培养基:葡萄糖5 ,牛肉膏10 ,蛋白胨10 ,NaCl 5 ,琼脂25 ,pH 7.0 （g/l）（2）种子培养基:葡萄糖25 , (NH4)2SO45 ,玉米浆35 , KH2PO4 1 , MgSO4·7H2O 0.5 ，CaCO315，pH 7.0（3）发酵培养基:葡萄糖170 , (NH4)2SO4 55,玉米浆18.6 , KH2PO4 1 .2，MgSO4·7H2O 0.6 ，L-苏氨酸40，CaCO3 45 , pH 7.0第三章 物料和热量衡算3.1 生产指标表3-1 生产指标指标名称指标数单位生产规模年工作日产品日产量

32、发酵周期一周期产量提纯收率（自发酵液计算）倒罐率质量纯度提取率糖酸转化率产品纯度 150，000300500962，000，000800.1998047.897t/adt/dhkg%T=发酵时间+间歇时间=72+24=96(h)=4(d)周期数=300/4=75(个)以下以一周期为例，计算生产 L-赖氨酸耗用的原料及其他物料的量21-25。3.2物料衡算发酵液量V1=2000000÷（170×47.8×80%×99）31080.0m3式中： 170发酵培养基中糖的含量kg/m3 47.8糖转化成酸的比率 80%提取率 99除去倒罐率后发酵成功率配置发酵液

33、需求的糖 纯糖汁m1= V1×170=5283605.2kg种子液量 V2=2%×V1=621.6 m3种子培养液需求的糖量 m2=25×V2=15540kg式中:25二级种液含糖量(kg/ m3)一个周期内L-赖氨酸需总糖量 m= m1+ m2=5299145.2kg耗用淀粉的原料量 理论上100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg故理论上耗用淀粉量为: m淀粉=5299145.2/(80%×95%×111%)=6281585.1kg式中: 80%纯淀粉的含量95%淀粉转化率培养基所需要硫酸铵用量发酵培养基耗硫酸铵量为 55×V1=

34、55×31080.0=11709400.0kg二级种子硫酸铵所需要的量二级种子液耗硫酸铵量为 5×V2=3108kg玉米浆耗用量 二级种子液耗玉米浆量为 35×V2=21756kg发酵培养基耗玉米浆量为 18.6×V1=578088kg共耗 14.49+385.21=599844.0kg需要磷酸二氢钾的用量 种子液需要磷酸二氢钾量为 1×V2=621.6kg发酵培养基需要磷酸二氢钾量为 1.2×V1=37296kg共耗37917.6kg硫酸镁耗用量 m硫酸镁=0.5×V2+0.6×V1=15912.96kg碳酸钙用

35、量 二级种子液耗碳酸钙量为 15×V2=9324kg发酵培养基耗碳酸钙量为 45×V1=1398600kg共耗 149184kg所需要的L-苏氨酸钠量 m L-苏氨酸=40×V1=1243200.0kg3.3物料衡算总量(1) 发酵液量 m1×47.8%×99.9%=2523037.7kg(2) 实际生产的量 31080×8.6%×80%×99%=2116.9kg表3-2物料衡算结果:物料名称生产一周期L-赖氨酸物料量/kg生产一年L-赖氨酸物料量/kg发酵液量175.36 m314028.8m3二级种子液量3.5

36、07 m3280.56 m3发酵用糖263042104320二级种子液用糖87.6757014糖液总量26391.6752111334淀粉31284.5842502766.72种子硫酸铵17.5351402.8发酵硫酸铵8768701440玉米浆2735.6121884808磷酸二氢钾178.86714309.36硫酸镁89.4347154.72碳酸钙7084.54566763.2L-苏氨酸7014.4561152L-赖氨酸9999.728799978.243.4热量衡算3.4.1所需要的蒸汽量(1) 按直接蒸汽混合加热估计升温过程所需的蒸汽量D1: D1=G×C (t2-t1) (

37、1+)/ (i-t2×C)式中: G液体量（培养基），kg C培养基料液比热容,千焦/(千克×摄氏度) t2加热到的料液温度,摄氏度t1加热开始的料液温度,摄氏度i蒸汽热焓,KJ/kg加热过程中热损失而增加的蒸汽消耗量5%10%,这里取10%D1升温过程中所需蒸汽量,千克 D1周期= G×C (t2-t1) (1+)/ (i-t2×C) =175.36x1000×4.18× (121-30) (1+10%)/ (2725.3-121×4.18) =33.058(t) D1年= D1周期×80=2644.64 (t)

38、(2) 发酵罐实罐灭菌保温时的蒸汽量D2保温时蒸汽消耗量D2与操作有很大关系,比较难计算.一般按直接蒸汽加热时消耗量的30%-50%来估算, D2=（30%-50%）D1 D2周期=50%×D1周期=16.529 (t) D2年= D2周期×80=1322.32(t)(3) 发酵罐实罐灭菌过程的蒸汽消耗量D D= D1周期+ D2周期D周期=33.058+16.529=49.578(t) D年= D1年+ D2年=2644.64+1322.32=3966.96 (t)(4) 种子罐实罐灭菌蒸汽消耗量D0所以根据种子罐的接种量为2%估算蒸汽消耗量为 D0周期 =2%×

39、;D周期=0.992 (kg) D0年=2% D年=79.34(t)(5)一共所消耗的蒸汽用量D总 D周期总=D周期+D0周期=50.57(t) D年总=D年+ D0年=4046.3 (t)3.4.2需要的冷却水的用量已知发酵培养基需要从121降到30所需放出的热量为Q=CM (t1-t2)=175.36×1000×4.18×(121-30) =6.67×107 (kJ)C比热容M培养基的质量t1,t2培养基冷却前后的温度则冷却水需吸收的热量也为Q，需要冷却用水的量为M=Q/C（t2-t1） =6.67×107/4.18×(10-5)

40、 =3.19 ×106(kg) =3.19×103 (t)M冷却水的质量表3-3 能量衡算结果列表总计:生产一周期赖氨酸所需能量生产一年赖氨酸所需能量蒸汽/(t) 50.57 4045.6冷却水/(t)3.19×1032.55x105第四章 设备选型4.1 设备设计与选型的原则设备设计选型是否正确恰当，对投资建厂和工厂投产后的运行维修、工人的劳动强度、产品的之都会有很大的影响，其重要性是显而易见的。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一下原则：（1） 保证工艺过程实施的安全可靠（包括设备材质对产品质量

41、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）。（2）经济上合理，技术上先进。（3）投资省，好材料少，加工方便，采购容易。（4）运行费用低，水电煤气消耗少。（5）操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人的劳动强度，实施机械化和自动化方便。（6）结构紧凑，尽量采用经过实践考研证明确实性能优良的设备。（7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定的余量。（8）考虑设备故障及检修的费用。 4.2 发酵罐的选择26每个生产周期：发酵液体积为31080立方米，种子液体积为621.6立方米料液总体积为31701.6 立方米，装料系数为80%31701.6/80%

42、=39627 m3我们取用体积为200立方米的发酵罐，发酵罐的体积按照如下公式计算：V=V筒+2V封=0.785D2x1.9D+3.14D3需要发酵罐的个数：N=v/v。（=0.8）总罐数=V0/（Vx24）=31701.6/（200x24）=66.04（个），取67个， H/D=1.73，取H/D=2.5V.=0.785D2×1.9D+3.14D3x2/24=500 D=4.6m，H=1.9D=11.5m4.3种子罐的选择每个周期的种子液为621.6 m3，装料系数为80%621.6/80%=777 m3取体积为100立方米的种子罐8个，H/D=1.73，取H/D=2.5V.=0.

43、785D2×1.9D+3.14D3x2/24=100D=3.9m, H=2.5D=9.7m4.4搅拌器的选择机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质及菌体特性选用。由于赖氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。这种搅拌器的各部分尺寸与罐径D有如下的关系，且B：L：di：Di=4:5:15:20，r=di/2，计算结果：搅拌器叶径：Di=d=D/3=4/3=1.33 (m)叶宽：B=0.2Di=0.2×1.33=0.266 (m)弧长：l=0.375Di=0.375×1.33=0.499(m)底距：C=D/3=4/3

44、=1.33(m) 盘径：di=0.75Di=0.75×1.33=0.998(m) 叶弦长：b=0.25Di=0.25×1.33=0.332(m) 弯叶板厚：=20(mm) 4.5贮罐计算V=31701.6/2=15850.8 m3取=0.75=15850.8/0.75=21134.4m3选取用于贮存的发酵罐为180立方米。需要个数V。/180=117.4，取整118个.4.6主要设备表4-1 主要设备设备名称数量规格种子罐8100m3发酵罐67200m3 贮罐118180m3Ultra-flo 1/纳滤装置2HL8040F 第五章 车间布置 5.1 车间布置设计的原则与要求

45、一个设计符合标准的车间需要遵循以下标准：技术合理、投资最小化、空间利用率最大化。为了达到这个标准，需要根据以下规则：1.满足生产工艺的要求 车间布置必需按照流程的流向顺序依次进行设备的排列，以保持物料顺畅的向前运送，按顺序进行加工处理，保证水平方向和垂直方向的连续性。不使物料和产品有交叉和往复的运动。尽可能利用工艺位差、对于有位差的设备，应充分利用高位差布置，以节省动力及费用。一般来说，凡计量设备、高位槽等布置在最高层，主要设备如啤酒厂糖化锅。煮沸锅，布置在中层，贮罐等布置在底层。这样既可以利用位差进出物料，又可以较少楼面的负荷，降低造价。2.满足生产操作的要求（1）每一个设备都要考虑一定的地

46、位，包括本身所占地位，设备附属装置所占地位，操作地位，设备检修抄写地位以及设备与设备、设备与建筑物之间的安全距离等。（2）设备布置应考虑为操作工人能管理多台设备或多种设备创造条件。凡属相同的几套设备或者同类型的设备或操作性质相似的有关设备，应尽可能集中布置，使之彼此靠近，以便于统一管理，集中操作，方便维修及部件的交换。（3）设备不宜过于拥挤或过松，应该精良对称紧凑，排列整齐，充分利用空间。设备间的距离要充分考虑工厂操作的要求和交通的便利。车间内要留有堆放原料、成品及排出物和包装材料的空地以及必要的运输通道。具有运动机械的设备，还要考虑设置安全防护装置的地位。（4）要考虑相同设备或相似设备互换使

47、用的可能性和方便性。这样，可充分发挥设备的潜在力量。（5）设备的自动测量仪要集中控制，阀门控制尽量集中，便于工人操作。 3.满足厂房建筑的要求（1）凡是笨重设备或运转时会产生很大震动的设备，如压缩机、粉碎机、大型通风机、离心机等，应该尽可能布置在厂房的底层，以减少厂房楼面的负荷和震动。（2）有剧烈震动的设备，其操作台和基础不得与建筑物的墙连载一起，一面影响建筑物的安全。（3）设备布置时，要避开建筑的珠子及主梁。如设备吊装在珠子或梁上，其负荷及吊装方式需要事先告知土建专业人员，并与其协商。（4）厂房内所有操作台必需统一考虑，避免平台支柱凌乱重复，影响车间美观。生产操作及检修。（5）设备不应该布置

48、在建筑物的沉降缝隙或伸缩缝隙中。（6）在厂房的大门或楼梯旁边布置设备时，要求不影响开门和行人出入。（7）在不影响工艺流程顺序的原则下，将较高设备尽量集中布置，这样可以简化厂房形体，节约厂房体积，另外还可以利用建筑上的有利条件，如利用天窗的空间安装较高设备。4满足安全和卫生的要求（1）生物工程工厂车间卫生室正常身缠的首要环节。因此在车间布置时，必须考虑到车间的卫生条件，要符合国家的相关标准和规定。发酵车间要建在上风区，远离污染源。车间内通风、排废水、废弃要合理布置，防止杂菌污染和交叉污染。（2）要为人工操作创造良好的安全卫生条件。设备布置时尽可能做到工人背光操作，高大设备避免靠窗布置，以免影响采

49、光。对运转时噪音大和粉尘多的设备，应该考虑到隔断、加强通风除尘等措施，以保证操作人员的健康。（3）凡是产生腐蚀性介质的设备，其基础、设备周围地面、墙都要采取防护措施27。通风发酵罐对无菌要求严格，一般布置在室内，可沿车间两侧呈两条直线排列。发酵罐离墙距离>1000mm，罐与罐间距一般>1000mm，罐底离地面>500mm。发酵罐前需留有1.5-2.0m的操作面与通道。5.2 工厂车间的设计本次设计的车间布置选取的是发酵车间，其中200m3的发酵罐67个，100m3的二级种子罐8个。该设计特点在于设备位置清晰，生产线路明确，减少连接管路的布置，建筑结构安全稳定。中间采用内廊形式

50、便于生产原料的输送和设备的维修管理。控制室，无菌室，洗手间等均布置在车间的角落，合理的利用空间便于安全控制。第七章 工厂平面设计第六章 工厂平面设计6.1工厂平面设计的原则与要求28-291.尽可能利用当地有力的条件，不免或克服不利的条件。2.最大程度上的利用当地的人文资源和自然资源，和保护环境。3.最好是接近原料产地或者是消费群体。4.经济效益好，可以带动当地甚至是区域内的经济发展。（1）原料的需求及供应玉米以及玉米淀粉为此工厂的主要生产原料，而吉林省为国内主要的玉米产地，原料供应充足，品质也可以很大程度上的得到保证。（2）水源和水质必须有保证 发酵工厂的用水量是较大的，水源通过自来水补给供

51、应,地下水充足,暂时无污染源. 在生产过程中注意水的循环利用。（3）交通运输方便发酵工厂的运输较重，原材料、燃料及产成品的运输量很大，应选择陆路和水路交通都较便利的地方，便于原料和燃料的进厂。（4）必须有充足的电力保证（5有良好的地理条件发酵工厂有许多的大设备如发酵罐蒸馏塔等，对厂区的地耐力有一定的要求。而郑州属于中原地带，一般地方都能符合要求。（6）有较好的废糟处理条件工厂每天要排放大量的废糟，应用环保治理措施后，还要准备处理后的糟液的去向。可以把废糟用作肥料，也可以密闭发酵产生沼气，以供日常生活加热食用热量6.2厂房设计主生产车间建筑物的布置位置是决定全厂区布置的关键，应首先考虑将其布置在

52、生产区的中心位置，其他辅助车间和动力车间分布在其周围。本次设计的主生产车间为发酵车间，具体设计会在车间布置中给出。6.3厂址选择的原则厂址选择的总原则是：首先，在考虑选择厂区地址的时候要尽量选择符合国家有关的法律法规、当地环境保护局的相关要求和城市规划的相关选择和决定以及建厂前期工作的一些规定。其次，扬长避短，了解选厂地址当地的优势在哪里，物尽其用，人尽其职，做到不浪费每一个有利的条件，并且想尽一切办法去克服不利的条件，尽量去使用和占用经济和农业价值低的土地和相关附加物，保护环境，节约用地，从你我他做起。一定要远离国家保护的风景名胜和各种古迹，尽可能的自己开发可循环的水源，做到吃水不忘挖井人，

53、并且给子孙后代留下一片净土。最后，应该具有大局观念，厂址的选择应该可以最大限度的拉动当地经济的发展和人民生活水平的提高，而且最大限度的接近原料原产地、最大消费群体，能够使运输上的消耗达到整个预算和流程上的最低。地理条件（1） 地理位置 选择厂址时应当了解所选厂址的方位以及与城镇的关系，并考虑生物工程工厂生产方式及其产品销售细的特点。选址地区为吉林省长春市，长春市是吉林省第一大城市，是吉林省乃至于整个东北三省、东北地区的政治、经济、文化、人文中心，交通便利，绿化良好，人文和地理资源十分丰富，地理位置十分优越，再加之吉林省是全中国最大的玉米产地，玉米淀粉原料供应量充足，品质优良，原料选择的空间很大，非常利于选择作为厂址。（2） 地形、面积和地势 地形尽可能简单、整齐。如果把工厂设计为矩形的话，会更利于场地的整体利用率。面积应该满足工厂内人和设备等的一切合理要求。地势要求以较为平缓或者接近平缓为最佳选择。以便于厂内建筑物的基础施工及车间布置、运输道路的布置及厂区的排水（雨水）。对平原地区，自然地形坡度不小于0.5%为宜，对于丘陵地区、山区，地势以不大于5%为宜。此外，为了防止厂区受淹，厂区应在的最低海拔应该高于安全地势的海拔。如建厂在山区，还要特别注意和小心周围各种独特的地形地势和自然灾害问题等。预选厂址的地形、地势的描述，由地形地图上的等高线