年产50吨赖氨酸发酵工厂设计

目录第1章引言2研究背景2设计的任务及主要设计内容3设计的规模及产品3工艺技术参数3生产基础数据3种子培养基4发酵培养基4第2章厂址的选择5厂址选择的重要性5厂址选择的原则5第3章工厂总平面设计7总平面设计内容7总平面设计的原则7工厂建筑物面积设计8第4章赖氨酸生产工艺8赖氨酸生产工艺8赖氨酸生产工艺概述8工艺的选择：9原料预处理及淀粉水解糖制备12原料的预处理12淀粉水解糖制备12工艺操作规程12种子扩大培养及赖氨酸发酵13总体情况13车间操作规程13第5章物料衡算和能量衡算15发酵车间的物料衡算15发酵液量15发酵液配制需糖量16二级种子液量16二级种子培养液所需糖量16生产一周期赖氨酸需总糖量16耗用淀粉的原料量16发酵培养基硫酸铵耗用量16二级种子硫酸铵耗用量16玉米浆耗用量16磷酸二氢钾耗用量16硫酸镁耗用量16碳酸钙用量16苏氨酸钠耗用量16物料衡算总量16赖氨酸发酵车间的能量衡算17蒸汽消耗量计算:17冷却水消耗量计算18第6章设备选型错误!未定义书签。发酵罐的选择错误!未定义书签。种子罐的选择错误!未定义书签。搅拌器轴功率的计算错误!未定义书签。发酵罐搅拌器错误!未定义书签。种子罐搅拌器错误!未定义书签。贮罐计算错误!未定义书签。配料罐的计算错误!未定义书签。发酵罐配料罐错误!未定义书签。种子罐配料罐错误!未定义书签。离心机计算错误!未定义书签。主要设备一览表错误!未定义书签。第7章环境保护与安全生产错误!未定义书签。概述错误!未定义书签。治理标准如下：错误!未定义书签。环保设计错误!未定义书签。三废处理错误!未定义书签。废气的处理错误!未定义书签。废水的处理错误!未定义书签。废渣的处理错误!未定义书签。第一章引言研究背景赖氨酸，2，6-二氨基己酸。蛋白质中唯一带有侧链伯氨基的氨基酸。L-赖氨酸是组成蛋白质的常见20种氨基酸中的一种碱性氨基酸，是哺乳动物的必需氨基酸和生酮氨基酸。在蛋白质中的赖氨酸可以被修饰为多种形式的衍生物。广泛存在于动植物蛋白质中，共含量以干酪素中最高，玉米胶蛋白中最少。过去一般都自血粉中提取赖氨酸(猪血粉中赖氨酸含量约9—10舶)。但采用这种方法，需用酸将蛋白质水解后，再进一步用树脂分离提取，工艺比较复杂，其产量受到了限制，用途不能扩大。自1960年日本用营养缺陷型的谷氨酸菌种直接发酵生产赖氨酸以来，产量有大幅度地增加，目前世界上赖氨酸的年产量已达到20，000—30，000吨，在氨基酸生产中占第三位，仅次于年产200，000吨的谷氨酸与年产60，000一70，000吨的d1—蛋氨酸(合成法生产)。日本的赖氨酸年产量约为15，000吨，其他如美国，法国，西德，意大利及巴西等国也有生产。1977年，日本东丽公司以合戍的氨基己内酰氨为原料，用酶法生产l—赖氨酸已投入生产，赖氨酸被广泛地用于饲料、营养食品，食品强化剂及医药等方面，预计今后赖氨酸的产量还将有更大幅度地提高。我国赖氨酸市场呈现出的几个比较突出的特点：（一）赖氨酸价格波动大，历史上两次冲向新高尽管赖氨酸生产厂家数量有大幅度增加，但赖氨酸市场价格并没有因此而相对平稳。价格波动大：历史上两次冲向高位。2004年中国赖氨酸市场价格由15元/公斤暴涨到50元/公斤。当时一是由于赖氨酸国内与国际市场价格到挂，欧美市场价格比国内市场价格高出很多，导致进口酸到货量比去年同期大幅下降，同时也吸引了国产酸出口到国际市场，国内货源紧张，二是由于美国大豆暴涨，从而导致了今年3、4月份国内市场赖氨酸34元/公斤的价格。（二）赖氨酸市场用量逐年增大据统计，国内赖氨酸用量每年以30%以上的速度递增。2000年国内赖氨酸的消费总量为7万吨，2003年便达到了万吨，2004年将远远超过2003年的水平，预计将达到18万吨左右。2004年用量之所以大幅度增加，一个重要原因是大成65%的赖氨酸硫酸盐的大量集中投放市场，并以与高含量赖氨酸相比自身所具有的明显的价格优势，有利于饲料企业降低生产成本，增强产品竞争力，因此，65%的赖氨酸硫酸盐刚刚上市就占据了很大的市场份额，并大大地提高了赖氨酸消费总量。设计的任务及主要设计内容赖氨酸生产全过程可划分为四个阶段：(1)培养基的配置；（2）菌种的扩大培养及赖氨酸发酵；（3）赖氨酸的提取与纯化；本设计的任务是对一个年产50吨赖氨酸厂的工艺设计，主要是赖氨酸的发酵阶段设计。设计的内容包括工艺流程：物料能量衡算；设备计算机选型；工艺设置及车间设计；主要设备工艺设计；等等。设计的规模及产品设计生产规模为年产50吨赖氨酸厂的发酵提取工段，成品为赖氨酸。工艺技术参数[1]生产基础数据生产规模：50吨/年生产方法：使用大肠杆菌的赖氨酸缺陷型菌株、直接发酵法、生产天数：300天/年倒灌率：1%生产周期：72小时赖氨酸提取率：80%种子培养基一级种子培养培养基：葡萄糖％；(NH4)2S％；K2HP040．1％；玉米浆l-2％；豆饼水解液l-2％；MgSO4·7H20．05％；尿素％；在压力下灭菌15min。培养条件：以1000ml三角瓶装200ral，摇床为冲程76ml，频率100-120r/min。30-32℃培养]5—16h。二级种子培养培养基：除以淀粉水解糖代替葡萄糖外，其余同一级种子培养基。培养条件：温度30—320C，通风量1：(m3/m3，min)，搅拌转速约200r/min，培养时间：8—11h。根据发酵罐规模，必要时采用三级种子培养，其培养基和培养条件基本上与二级种子相同。发酵培养基[2]培养基是供给赖氨酸产生菌生长、繁殖和合成赖氨酸的营养物质。培养基成分和配比的合适与否对菌的生长繁殖、赖氨酸合成、副产物生成，赖氨酸提取、精制，乃至产品质量都有很大的影响。赖氨酸发酵是由赖氨酸产生菌、发酵培养基、工艺条件及发酵罐等几方面相互密切配合的结果。单就培养基来说，良好的培养基配比可以使生产菌充分发挥生物合成能力，达到最大的生产效果。倘若培养基组成、配比或原料不合适，发酵效果就很差。所以必须重视培养基组成。发酵培养基成分大致分为碳源、氮源、生长因子、无机盐和微量元素等。作为这些成分来源的原料的选择，既要考虑到菌体的生长繁殖的营养要求，更重要的要考虑到有利于大量积累赖氨酸，还要注意原料来源丰富，价格便宜，发酵周期短，对产物提炼无妨碍等。黄色短杆菌AIII发酵培养基的组成葡萄糖15%玉米浆1%豆饼水解液2%硫酸铵2%磷酸氢二钾%硫酸镁%PH第二章厂址的选择厂址选择的重要性厂址选择是基本建设前期工作的重要一环。在工厂设计中具有明显的政治经济技术的意义。厂址选择不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用，按质按量按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产、技术管理和发展远景，都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市的规划有着密切的关系。厂址概述厂址选择的总原则[3]：（1）、厂址的位置要符合城市规划（供气、供电、给排水、交通运输、职工文化生活、商业网点......）和微生物发酵工厂对环境的特殊要求。（2）、厂址的地区要接近原料、燃料基地和产品销售市场，还要接近水源和电源。（3）、具有良好的交通运输条件。（4）、场地有效利用系数较高，并有远景规划的最终总体布局。（5）、有一定的基建施工条件和投产后的协作条件。（6）、厂址选择要有利于三废处理，保证环境卫生。1、工厂应接近原料的产地或转运地赖氨酸生产的主要原料是玉米淀粉，应选择在靠近原料产地或转运港口的周边，便于组织原料。此厂址选择方案：将此工厂建在郑州郊区，郑州边缘三分之二是农村，并且河南也是玉米主产地之一，原料来源极其广泛，价格低廉，剩下了大量的运输费用。郑州是全国的交通枢纽，这对产品外运带了方便。设在此地既接近原料产地有接近转运地。2、水源和水质必须有保证发酵工厂的用水量是较大的，而郑州不算是缺水区，水源通过地下深井取水,地下水化学类型为重碳酸钙镁型中质软水,矿化度为∽l,地下水充足,上游无污染源.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，在郑州采用陆路主要是考虑产品的外输。4、必须有充足的电力保证5、地质条件必须符合要求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。7、所选建厂址郑州的地理自然条件郑州位于河南省中部偏北，黄河中游南岸。介于东经112°42`～114°14`，北纬34°16`～34°58`之间。西南部为嵩山山脉，西北沿黄河为岳山、广武山丘陵地带，东部是黄淮平原。境内有大小河流35条，分属于黄河和准河两大水系，流域面积分别是2132平方公里和5313平方公里。属北温带大陆性气侯，年平均气温14．4℃，最高气温43℃，最低气温一17·9℃。年平均降雨量为640．9毫米。郑州属暖温带大陆性气候，年平均气温摄氏度，降雨量640毫米，大部分集中在七、八、九三个月。绿化覆盖率达%，被誉为中原绿城。郑州气候温和，四季分明。年平均气温14。3℃。七月份最热，月平均气温27。3℃。一月份最冷，月平均气温为-0．2℃。项目建设地点选择在郑州市，其自然条件总结为下表：年平均气温℃历年平均最高气温38℃历年平均最低气温℃最热平均相对湿度85%最冷平均相对湿度75%年平均气压夏季平均气压年均风速s年均降水量日最大降水量第三章工厂总平面设计总平面设计内容[3]平面布置设计平面布置是总平面布置中的必要内容之一，布置时应根据厂址面积、地形、生产要求等方面，先进行厂区划分，然后合理确定全厂建筑物、构筑物、道路、管路管线及绿化美化设施等在厂区平面上的相对位置，使其适应生产工艺流程的要求，以便于生产管理和操作的需求。．竖向布置根据地形、工艺要求确定厂区建、构筑物、道路、沟渠、管网的设计标高，使之相互协调，并充分利用厂区自然地势地形，减少土石方挖填量，使运输方便，排水顺利。运输设计选择厂内外运送方式，分析厂内外输送量及厂内人流、物流组织管理问题。管线综合设计根据工艺、水、汽、电等工程管线的专业特点，综合规定其地上．地下的各种管线的位置、占地宽度、标高及间距，使之布置经济．合理、整齐。工艺、水、电、汽等各种工程管线的设计通常是由各部门专业设计·人员负责设计的。设计时要尽量减少在平面布置或垂直布置上产生拥挤和交叉的现象。绿化设计其他结合工厂实际情况及发展远景的规划，合理布置综合利用设施和扩建预留地等。总平面设计的原则[3]总平面按设计任务书的要求进行，平面布置必须合理紧凑。总平面设计必须符合生产流程要求，并能保证合理的生产作业线，避免原材料、半成品的运输交叉和往返运输。总平面没计应将面积大、主要的生产厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门为其配套服务：辅助车间和动力车间应尽量配置在靠近其所服务的负荷中心；工厂大门及生活区应与生产主厂房相适应，便于工人上下班。总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，主风向可以从气象部门编制的各地风玫瑰图查得。散发煤烟灰尘的车间和易燃仓库及堆场应尽可能集中布置在场地的边沿地带和主导的下风向。发酵工厂菌种各异，应防止环境染菌。总平面设计应将人流、货流通道分开，避免交叉。工厂大门至少应设置两个以上。合理设计厂区对外运输系统，将运输量大的仓库尽量靠近对外运输主干线，保证良好运输条件和效益。总平面设计应遵从城市规划要求。面向城市交通干道方向作出工厂的正布置。厂房布置要与所在城市建筑群保持协调，以利市容美观整齐。总平面设计应符合国家有关规定和规范。如：建筑设计防火规范、厂矿道路设计规范、工业企业采暖通风和空气调节规范、工业锅炉房设计规范、工业企业卫生标准、工业“三废”排放试行标准规定，工业与民用通风设备电子装备设计规范等。工厂建筑物面积设计[4]表1厂区建筑物面积一览表序号建筑物建筑面积（平方米）占地面积（平方米）1发酵车间14×1