【正文】 2020 t 色氨酸，日產(chǎn) 100%的色氨酸 ，選用 8噸機(jī)械攪拌內(nèi)熱式真空結(jié)晶罐，濃縮操作周期為 20 h ,其中輔助時(shí)間為 4 h， 每罐產(chǎn) 100%色氨酸 3噸，需結(jié)晶罐臺(tái)數(shù)： （ ） = ，取 3臺(tái) 注： —每罐投入晶種數(shù)（ t）（ 40目晶種量為結(jié)晶罐全容積 5%） 熱平衡與計(jì) 算加熱蒸汽量 每罐投入 400 g/l的色氨酸 濃縮液 5 m3,流加 300 g/l的母液 11 m3，過(guò)程中加水 m3，在 70 ℃下真空蒸發(fā)結(jié)晶，濃縮 3 h，育晶 13 h，放料數(shù)量 m3 熱量衡算 ① 來(lái)料帶入熱量，進(jìn)口溫度 35 ℃，比熱 kJ/(kg?h) Q來(lái)料 =（ 5 + 11 ） 35 10 179。 表 4 色氨酸 提取工序物料衡算匯總表 進(jìn)入系統(tǒng) 離開(kāi)系統(tǒng) 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） t/d 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） t/d 發(fā)酵液 99%色氨酸 活性炭 24 母液 20955 分離洗水量 濕炭 96 回收加水量 離子 蒸發(fā)水 4289 累計(jì) 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 13 3 熱量衡算 液化工序熱量衡算 一次液化加熱蒸汽耗量（ D） ： 可按下式計(jì)算 D1 = Gτ(t2 t1) / (Iλ) 式中： G—淀粉漿量（ kg/h） c—淀粉比熱容 [ kg/（ kg?K） ] t1——漿料初溫（ 20 + 273 = 293 K） t2—液化溫度（ 95 + 273 = 368 K） I—加熱蒸汽焓 ， 2738 kJ/kg ( Mpa表壓 ) λ—加熱蒸汽凝結(jié)水的焓 ， 在 368 K時(shí)為 398 kJ/kg （ 1） 淀粉漿量 G： 根據(jù)物料衡算 ， 日投入淀粉 t， 連續(xù)液化 /24 = t/h ， 加水比為 1： 淀粉漿量為 2320 =8120 kg/h （ 2） 粉漿干物質(zhì)濃度： (2320/8120) 86% 100% =% （ 3） 粉漿比熱容 τ可按下 式計(jì)算： τ = τ0 x/100 + τ水（ 100x） /100 式中： τ0—淀粉比熱容，取 kJ/(kg?K ) x—粉漿干物質(zhì)含量 τ水 —水的比熱容， kJ/(kg?K ) τ = + （ 100－ ） /100 =(kg?K ) （ 4） 蒸汽用量： D1 = 8120 （ 9520） /（ 2738398） = kg/h 二次液化加熱蒸汽量 ， 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 14 在 145 ℃時(shí)為 611 kJ/kg D2 = 8120 (14595)/(2738 611) = kg/h 以上兩次合計(jì) ， 平均量 + = 每日用量 24 = 液化液冷卻用水量 使用板式換熱，將物料有 145℃降至 60℃，使用二次水，冷卻水進(jìn)口溫度 20℃，出口溫度 50℃，需冷卻水量（ W） W = （ 8120 + ） （ 145 60） /(（ 5020） ) = 21627kg/h 即 糖化工序熱量衡算 由前面物料衡算知，日產(chǎn) 24%糖液 t，相對(duì)密度為 g/l，則糖液體積：V = ,其中糖化時(shí)間 24 h，糖化罐 100 m179。 99% = kg 脫色加入活性炭（ 5%） ： 5% = kg 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 12 廢濕活性炭的量（含水 75%）： 247。進(jìn)罐空氣的壓力為 大氣壓（表壓）（ 1 大氣壓 =? 105 Pa），排風(fēng) 大氣壓（表壓）。(1 80%） = 29 kg 生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)入蒸汽和洗水量 ： 3870 + 29 － 3500 －（ + + + ） = kg 衡算結(jié)果 : 根據(jù) 總物料衡算，日投入淀粉 t，物料衡算匯總表如下 表 2制糖工序物料衡算匯總表 進(jìn)入系統(tǒng) 離開(kāi)系統(tǒng) 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） 日投料量（ Kg） 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） 日產(chǎn)料量（ Kg） 工業(yè)原料 1000 55730 糖化液 3870 配料水 2500 139325 濾渣 29 液化酶 CaCl2 糖化酶 活性炭 洗水和蒸汽 累計(jì) 3899 累計(jì) 3899 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料衡算 發(fā)酵培養(yǎng)及數(shù)量 ： (1) 1000 kg淀粉，得到 24%的糖液 3870 kg。 % = 290m3 總物料衡算結(jié) 果 總物料衡算結(jié)果（年產(chǎn) 10000噸 色氨酸 ） 表 1 總物料衡算結(jié)果 原料 淀粉質(zhì)原料（玉米淀粉） 項(xiàng)目 生產(chǎn) 1 t 100%色氨酸 t/d 工業(yè)原料 糖液 （ 24%）（ t） 色氨酸 （ 99%）（ t） 色氨酸 （ 100%）（ t） 發(fā)酵液（ m3） 97 排出含 %色氨酸 廢母液（ m3） 290 制糖工序的物料衡算 淀粉漿量及加水量 ： 淀粉加水比 例 1:， 1 t（ 1000 kg） 工業(yè) 淀粉產(chǎn)生淀漿量 1000（ 1＋ ） = 3500kg，加水量 3500 – 1000 = 2500 kg 粉漿干物質(zhì)濃度 ： 1000 86%247。 = % （ 5）淀粉利用率： 247。 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 總工藝流程圖 2 物料衡算 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 生產(chǎn)過(guò)程中的總物料衡算 生產(chǎn)能力： 年產(chǎn) 2020 噸 色氨酸 ，精制純度為 99%， 年產(chǎn)總的色氨酸量 2020 99% = 1980 t 日產(chǎn) 100%色氨酸 量 1980 247。 培養(yǎng)條件： 風(fēng)量 m3/（ m3 ? 種子罐： 滅菌條件 121 ℃ 、 10 min。7H2O ， VB1 100181。7H2O 4, KH2PO4 ,， FeSO4維持過(guò)程的溫始終要控制在 9598 ℃之間 ，持續(xù)時(shí)間為 30 分鐘，最終淀粉乳的碘反應(yīng)呈棕紅色，且能迅速擴(kuò)散。工藝流程 包括調(diào)漿、液化、糖化和過(guò)濾。 d. 為防止往復(fù)壓縮機(jī)產(chǎn)生脈動(dòng)，在流程中需要設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)貯氣罐。 2 次冷卻：可以減少油膜污染對(duì)傳熱的影響，能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水 2 次分離：可使油、水、 霧分離得比較完全。因此，應(yīng)把壓縮空氣中可能析出的水，在接近過(guò)濾介質(zhì)之前除去。生物加工過(guò)程中最常用的獲得大量無(wú)菌空氣的常規(guī)方法 ：一類(lèi)是介質(zhì)間孔隙大于微生物直徑，故必須有一定厚度的介質(zhì)濾層才能達(dá)到過(guò)濾除菌的目的，稱(chēng)為介質(zhì)過(guò)濾或相對(duì)過(guò)濾或深層過(guò)濾。為保證純種培養(yǎng)，必須將空氣中的微生物除去或殺死。微生物法大體上可 以分為直接發(fā)酵法、微生物轉(zhuǎn)化法和酶法。另外，由于色氨酸是一些植物蛋白中比較缺乏的氨基酸， 用他強(qiáng)化食品和做飼料添加劑對(duì)提高植物蛋白質(zhì)的利用率具有重要的作業(yè)，它是繼蛋氨酸和賴氨酸之后的第三大飼料添加氨基酸。本設(shè)計(jì) 對(duì)工藝流程進(jìn)行了 物料衡 算 ，并對(duì) 主要生產(chǎn)設(shè)備 進(jìn)行了 選型 。 發(fā)酵工程課程 設(shè)計(jì) 報(bào)告書(shū) 題 目 年產(chǎn) 2020 噸色氨酸的工廠設(shè)計(jì) 分工安排： 生物工程 102 班第一組 專(zhuān) 業(yè) ： 生物工程 指導(dǎo)教師 ： 金大勇 完成日期 ： 分組安排 ： 第一組 100908204647（摘要、前言、工藝論證） 第二組 100908205055（物料衡算、熱量衡算、水平衡計(jì)算） 第三組 100908204045（設(shè)備選型及計(jì)算） 第 四組 100908204849（ CAD 繪圖） 第五組 100908205659（整理總結(jié)） 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) I 摘 要 色氨酸是人和動(dòng)物生命活動(dòng)中八種必需氨基酸之一 ,對(duì)人和動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝起著重要作用。本設(shè)計(jì)以 大腸桿菌 為生產(chǎn)菌株 ， 利用 微生物直接 發(fā)酵法制備 色氨酸 ，采用深層發(fā)酵的方式 ， 采用過(guò)濾、三效濃縮、冷卻結(jié)晶、離心烘干的方法，最終獲得 99%的色氨酸。它是人體和動(dòng)物生命活動(dòng)中必需氨基酸之一，對(duì)人和動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝起著重要作用，被稱(chēng)為第二必需氨基酸，在生物體內(nèi)，從 L色氨酸出發(fā)可以合成 5羥基色胺的激素以及色素、生物堿、輔酶、植物激素等生理活性物質(zhì)，可以預(yù)防和治療糙皮病，同時(shí)具有消除精神緊張、改善睡眠等功效。 L色氨酸的最早生產(chǎn)是靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法，隨著對(duì)微生物法生產(chǎn) L色氨酸研究的不斷深入，這種方法已經(jīng)處于主導(dǎo)地位?？諝庵泻懈魇礁鳂拥奈⑸?，這些微生物隨著空氣進(jìn)入培養(yǎng)液，在適宜的條件下，它們會(huì)大量繁殖，消耗大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以及產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，干擾甚至破壞預(yù)定發(fā)酵的正常進(jìn)行，使發(fā)酵產(chǎn)品的效價(jià)降低，產(chǎn)量下降，甚至造成發(fā)酵徹底失敗等嚴(yán)重事故。 過(guò)濾除菌是目前生物工業(yè)生產(chǎn)中最常用、適用的空氣除菌方法。此外，空氣經(jīng)過(guò)壓縮和在管道輸送及經(jīng)過(guò)濾器時(shí)的壓力和溫度的變化，會(huì)引起空氣相對(duì)濕度改變，一旦發(fā)生凝露析水，就會(huì)使過(guò)濾介質(zhì)（如棉花）吸濕，使過(guò)濾介質(zhì)除菌效率大為降低。 b. 特點(diǎn)：兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。濾去塵灰等固體微粒，這對(duì)空氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行、介質(zhì)除菌有很大幫助。目前采用的是噴射液化法和雙酶法葡萄糖生產(chǎn)工藝。保持出口的溫度在 100105 ℃之間 ，液化的淀粉乳由噴射器下方卸 出，引入維持罐。 發(fā)酵工藝 色氨酸 發(fā)酵采用 大腸桿菌 深層發(fā)酵的方式 工藝流程 斜面培養(yǎng) → 三角瓶麩曲 → 孢子懸浮液 → 種子罐 → 發(fā)酵罐 → 升溫絮凝蛋白 → 發(fā)酵液貯罐 培養(yǎng)基成份原料 a : 斜面培養(yǎng)基 （ g/l） 牛肉膏 3g , 蛋白胨 10g , Nacl 10g , 瓊脂 15～ 20g , ～ b : 麩曲培養(yǎng)基 麩曲：水 = 1： 1 c: 種子培養(yǎng)基 （ g/l) (NH4)2SO4 50, 淀粉糖 50， 玉米漿 4ml，豆餅水解液 2ml，MgSO4H2O ， FeSO4使用前用無(wú)菌水將麩曲中的孢子洗去，倒入接種瓶，接入種子罐。min) 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 5 攪拌轉(zhuǎn)速 200r/min 溫度 ℃ 罐壓 MPa 移種條件： 培養(yǎng)時(shí)間為 18 h； pH下降 到 ，產(chǎn)酸 50 g/l ；鏡檢菌絲，保證生長(zhǎng)良好，無(wú)孢子、無(wú)雜菌 ③ 發(fā)酵罐： 先 投料 ，再 間接用蒸汽加熱，等罐溫升至 8090 ℃后， 改用 3路直接蒸汽， 85 ℃保持 10 min， 待料液溫度至 ℃ 接入種子，接種量 4%。 三效濃縮是通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程中二次蒸汽的利用減少蒸汽的消耗和減少二次蒸汽量，相應(yīng)地節(jié)約大量的冷卻水，從而提高了蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟(jì)效益。 = （ 4）總收率： 247。 8% = 97 m3 提取 色氨酸 的量（純 色氨酸 的量）： 85%= t/d 色氨酸 廢母液量 (以排出之廢母液含 色氨酸 4 g/l 計(jì)算 )： 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 8 (－ ) 247。 = 3551 L 脫色用活性炭用量 ： 為糖液 % 3870 % = kg 濾渣產(chǎn)量（含水 80%的廢活性炭 ）： 247。 = L 發(fā)酵過(guò)程從排風(fēng)帶走的水分 進(jìn)風(fēng) 25 ℃ ，相 對(duì)濕度 σ = 70%，水蒸氣分壓 18 mmHg（ 1 mmHg= Pa），排風(fēng) 32 ℃ ，相對(duì)濕度 σ = 100%，水蒸氣分壓 27 mmHg。） 假設(shè)過(guò)程分析、放罐殘留及其他損失 30 kg 發(fā)酵終止時(shí)的數(shù)量 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 11 5792＋ 74＋ ＋ － － 30 = kg 衡算結(jié)果匯總 年產(chǎn) 2020噸 色氨酸 日投 工業(yè)原料 t，連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序的物料衡算匯總表如下：