【正文】 fter paring the current international and domestic Lglutamine producing methods and processes, a mutant strain of Brebvibacterium (Brebvibacterium ATCC14067SGR) was chosen to fermente flocculation and filtration, fermentation broth was transport into active carbon column to decolor, then the eluent was processed by concentration and crystallization for the first time. After the crystals dissolved, electrodialysis desalinization was carried out. the reaction fluid was absorbed by ion exchange resin D330. Then the eluent with Lglutamine was transported to the concentration crystal tank for the second concentration and crystallization. Filter to get crystals, dry, get finished product overall yield is 73%. In this paper, the material balance, the energy balance, equipment selection,pipeline calculation,investment estimate and economic analysis were conducted based on a large number of documents and papers about Lvaline production. The financial analysis and evaluation indicated that the total investment is RMB million yuan and the investment returm period is years. Based on above calculation and analysis, a material flow chart, a process chart with control points, a floor plan of workshop and a installation of major equipment were drawn. Key words: Lglutamine。 Process Design。 需主要完成發(fā)酵罐、種子罐、泵、貯罐等設(shè)備的計(jì)算 以及生產(chǎn) 車間 的設(shè)計(jì)。 車間主要的設(shè)計(jì)依據(jù)有： （ 1） 《總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)》 （ GB/T 501032020） ； （ 2） 《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ GB5018793） ； （ 3） 過程檢測(cè)和控制系統(tǒng)用文字代號(hào)和圖形符號(hào)（ HG 2050592） ； （ 4） 工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)（ GB 1234890） ； （ 5） 自動(dòng)化儀表選型規(guī)定（ HG 2050792） ； （ 6） 防靜電事故通用導(dǎo)則（ GB 1215890） ； （ 7） 工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（ GBJ 23582） ； （ 8） 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（ GBJ 16－ 87） ； （ 9） 石油化工企業(yè)工藝裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)通則（ SHJ 11－ 89） 。全市 水網(wǎng)縱橫交織，連江通海。 地貌、地質(zhì) 常州地處長(zhǎng)江三角洲平原，地形平坦，地面標(biāo)高一般在 （青島標(biāo)高）。 水位 設(shè)計(jì)常年水位（青島標(biāo)高） 米，設(shè)計(jì)最低水位 米，最高洪水 水位 米。夏季一般最高氣溫 35℃，冬季一般最低氣溫 2℃。 年平均總降雨量： 1074mm； 常州大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 27 頁 年平均濕度： 78%； 常年最大積雪深度： 22cm； 常年最大凍土深度： 12cm； 常年平均雷暴日數(shù)： 天； 全年無霜期： 250 天； 常年平均風(fēng)速： ； 常年最大風(fēng)速： （ 10 年平均）。 流程特點(diǎn) 發(fā)酵工段 流程特點(diǎn) 圖 1 發(fā)酵法生產(chǎn) L谷氨酰胺發(fā)酵工段工藝流程圖 [1] 以 黃色短桿菌 ATCC14067為親本菌株，利用 亞硝基胍（ NTG） 對(duì)其進(jìn)行誘變處理后，在不同濃度 磺胺胍 的基本培養(yǎng)平板上篩選得到 SG抗性突變株。 將菌株置于斜面培養(yǎng)基培養(yǎng) 18 h，再 將菌種加入到一級(jí)種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng) 7 h的時(shí)間；緊接著將種子液接種到二級(jí)培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)，接種量 7%，培養(yǎng) 3 h的時(shí)間；然后接種發(fā)酵罐中進(jìn)行深層液體發(fā)酵，接種量 10%，碳源轉(zhuǎn)化率 %，發(fā)酵 36 h時(shí)間， 最后可 得到 發(fā)酵液 t， 常州大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 27 頁 其中 LGln的量為 t。根據(jù)谷氨酰胺和谷氨酸等電點(diǎn)差異，電滲析脫鹽后的料液再通過單根陰離子樹脂交換柱，可以去除其中的谷氨酸等雜質(zhì)。谷氨酰胺的總提取收率達(dá)到 70%左右，且產(chǎn)品純度符合藥典。 單陰離子交換柱法是目前谷氨酰胺工業(yè)化生產(chǎn)的一種新型分離工藝，將其與電滲析脫鹽相耦合，與其他提取方法相比，該工藝大幅度地減少了樹脂用量，有效地解決了谷氨酰胺在強(qiáng)堿和強(qiáng)酸環(huán)境中的轉(zhuǎn)化問題，生產(chǎn)成本明顯降低。 根據(jù)投資估算和經(jīng)濟(jì)分析，可知，該生產(chǎn)方法設(shè)計(jì)較為合理。 生產(chǎn)制度 年操作日 300天 /年，生產(chǎn)方式：發(fā)酵工段為間歇式操作，生產(chǎn)班數(shù)為 3班。生產(chǎn)中需要的冷卻水為自來水， 20℃進(jìn)， 27℃出，可以循環(huán)使用。 電 （ 元 /kW 經(jīng)濟(jì)分析主要結(jié)論 工廠總投資： 萬元 工廠成本： 萬元 增值稅： 萬元 所得稅： 萬元 全年利潤(rùn)： 萬元 投資回收期：靜態(tài)分析法：（ 1）從國(guó)民經(jīng)濟(jì)角度 年 （ 2）從企業(yè)經(jīng)濟(jì)角度 年 動(dòng)態(tài)分析法：（ 1）從國(guó)民經(jīng)濟(jì)角度 年 （ 2）從企業(yè)經(jīng)濟(jì)角度 年 2 文獻(xiàn)評(píng)述 簡(jiǎn)史概述 L谷氨酰胺 (LGlutamine， LGln)是 L谷氨酸的 γ羧基酰胺化的一種氨基酸，其結(jié)構(gòu)式為 NH2OCCH2CH2CH(NH2)COOH，分子量 ，分解溫度 185 ℃ ，等電點(diǎn) ，屬中性氨基酸。自 1952年用 X光衍射確定了其分子結(jié)構(gòu)后，對(duì)它的應(yīng)用就日益引起人們的關(guān)注，被認(rèn)為是目前所知道的最 重 要的氨基酸之一，也是一種極有發(fā)展前途 常州大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 27 頁 的新藥 [1]。 LGln是蛋白質(zhì)、核酸、嘌呤、嘧啶、氨基酸、氨基糖、谷胱甘肽等生物分子合成的重要前體 [3~4]，還是腎臟產(chǎn)氨的前體物質(zhì)，對(duì)維持酸堿平衡起著至關(guān)重要的作用 [5~6]。 LGln還是蛋白質(zhì)代謝的重要調(diào)節(jié)因子，如促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)等生物大分子的合成，減少骨骼肌中蛋白質(zhì)的分解，對(duì)于調(diào)節(jié)應(yīng)激狀態(tài)下的細(xì)胞代謝和免疫細(xì)胞的功能具有重要的意義。 化學(xué)合成法 C5H9NO4(Glu) ??????? ?? 423 , SOHOHCH C6H11NO4 ???? ?? 32,NHCS C7H20N4O4S2 ?? ?? 3NH C7H18N4O3S2 ??? ?? HOAc C5H9N2O3(LGln) C5H9NO4(Glu) ??????? ?? 423 , SOHOHCH C6H11NO4 ???? ?? 22NHNH C6H13N3O3 ???? ?? 鎳Raney C6H10N2O3(LGln) 圖 2 化學(xué)法合成 LGln 流程 圖 目前工業(yè)上主要有如圖 1所示兩種化學(xué)合成法生產(chǎn) LGln。主要有兩種方法 :第一種方法是由 Glu甲酯經(jīng)縮合、加成、成鹽、水解、活性炭脫色、重結(jié)晶得成品。合成法使用了大量的化學(xué)試劑，在產(chǎn)品中不同程度的會(huì)有所殘留， LGln作為一種口服藥，其純度有較高的要求，使用合成法就限制了產(chǎn)品的質(zhì)量以及使用范圍。 酶促合成法 酶促合成法生產(chǎn) LGln是以 NH4+及谷氨酸作原料，經(jīng) LGln合成酶 (GS)催化而成，如圖 2所示。 ATP價(jià)格昂貴，同時(shí)酶促反應(yīng)底物 NH4+、副產(chǎn)品二磷酸腺苷 (ADP)都明顯抑制 LGln的生成，因此該生產(chǎn)方法不能滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需要 [8]。 1961年， Tsunoda等 [9]首先發(fā)現(xiàn)，除了 Glu以外，在 Glu發(fā)酵液中還有 LGln； 1963年， Oshima等 [10]通過改變 谷氨酸微球菌的發(fā)酵條件使 Glu發(fā)酵轉(zhuǎn)向 LGln發(fā)酵； 70年代， Nakanishi等 [11~12]進(jìn)一步證實(shí)了，改變發(fā)酵條件可以使 Glu產(chǎn)生菌從 Glu發(fā)酵轉(zhuǎn)向 LGln發(fā)酵。 1977年， LGln年產(chǎn)量達(dá)到 100 t； 1990年， LGln年產(chǎn)量上升為 1200 t；截止 至 2020年， LGln每年僅用作藥物及健康食品有效成分的需求量就達(dá)到 2020 t；目前世界上只有少數(shù)幾家生產(chǎn) LGln，均采用發(fā)酵法，日本的發(fā)酵水平為 60 g/L，韓國(guó)為 50 g/L；我國(guó)目前只有少數(shù)幾家以發(fā)酵法生產(chǎn)， 生產(chǎn)規(guī)模較小 ， 生產(chǎn)能力遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求 ，藥品級(jí) LGln主要依賴進(jìn)口。 產(chǎn)品的發(fā)展前景 近二十年前，科學(xué)家們只知道 LGln的存在但并不十分了解它的作用。但是十多年來這種情況有了巨大的改變 [11]。 國(guó)內(nèi)的醫(yī)保藥 “ 谷參腸安 ” （四川成都蓉信醫(yī)藥科技有限公司），其主要成分谷氨酰胺，輔之以人參、茯苓等中藥。 在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)新型生化藥物及疫苗方面，谷氨酰胺作為原料，用量（去除熱原的谷氨酰胺）早已超過 1000 t/年，且呈繼續(xù)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。目前，世界各國(guó)已廣泛使用由 L谷氨酰胺、 L精氨酸、 D核糖等配伍而成的運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)制劑，對(duì)提高運(yùn)動(dòng)成 績(jī)有著一定的作用。 綜上所述，該行業(yè)正處于快速成長(zhǎng)期，需求量大，有商機(jī)， 最 重要的是，通過設(shè)計(jì)研發(fā)出一種低成本，高產(chǎn)量的工藝流程，滿足不同消費(fèi)群體需求，造福 各個(gè) 收入人群。 生產(chǎn)天數(shù) 300 天，共生產(chǎn) 150 個(gè)周期 ， 先將置于斜面培養(yǎng)基培養(yǎng) 的 菌株 加入到一級(jí)種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng) 7 h 的時(shí)間；緊接著將種子液接種到二級(jí)培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)，接種量 7%，培養(yǎng) 3 h 的時(shí)間；然后接種發(fā)酵罐中進(jìn)行深層液體發(fā)酵，接種量 10%，碳源 常州大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 27 頁 轉(zhuǎn)化率 %，發(fā)酵 72 h 時(shí)間，得到 LGln 的量為 t。 一級(jí) 種 子培養(yǎng)基組成：葡萄糖 3%~4%，脲 %~%， KH2PO4 %， K2HPO4 7H2O %，玉米漿（ CSL） 3%~4%， ~。 3H2O %， MgSO4 發(fā)酵培養(yǎng)基組成： 葡萄糖 14%， KH2PO4 %， MgSO4 ?7H2O %， MnSO4 ?H2O %， ZnSO4?7H2O %， CuSO4 ?5H2O %， 維生素 B1?HCl %， 玉米漿干粉 %， (NH4)2SO4 %， 泡敵 %。 分離純化工藝的選擇與論證 本設(shè)計(jì)提取工段具體為： 發(fā)酵料液經(jīng)絮凝過濾處理后進(jìn)行 活性炭脫色 ， 脫色后 進(jìn)行第一次濃縮結(jié)晶，溶解晶體進(jìn)行 電滲析脫鹽 ， 然后 通過 陰離子交換柱進(jìn)行洗脫 ， 洗脫后第二次 濃縮結(jié)晶 ， 接著離心， 固體送入干燥器烘干 ， 母液回流 ， 最后出成品。 提取工段具體為：第一步，將 絮凝后 發(fā)酵料液打入過濾機(jī)進(jìn) 行 凝過濾處理后，用濾液儲(chǔ)罐進(jìn)料泵將濾液泵入濾液貯罐；第二步，用活性炭 脫色 進(jìn)料泵將濾液泵入活性炭柱中進(jìn)行活性炭脫色，并將脫色液存入脫色液貯罐中；第三步，用濃縮結(jié)晶器進(jìn)料泵將洗脫液泵入濃縮結(jié)晶器中，進(jìn)行 第一次 濃縮結(jié)晶 ；第四步， 用電滲析裝置進(jìn)料泵將脫色液泵入電滲析裝置中，將廢液排出管道，電滲析液打入電滲析貯罐中脫鹽；第四步，用陰離子交換柱進(jìn)料泵將脫色液泵入陰離子交換柱中，洗脫液打入洗脫液貯罐中；第 五步，用濃縮結(jié)晶器進(jìn)料泵將洗脫液泵入濃縮結(jié)晶器中，進(jìn)行 第二次 濃縮結(jié)晶；第五步，濃縮結(jié)晶后緊接著用離心機(jī)進(jìn)行離心，將母液用泵泵入母液貯罐中貯存，再經(jīng)泵使得母液回流，固體送入干燥器烘干出成品。 原料，產(chǎn)品，副產(chǎn)品的技術(shù)條件 常州大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 27 頁 表 1 原材料及輔助材料主要規(guī)格 序號(hào) 名 稱 規(guī) 格 國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo) 備 注 1 葡萄糖 ≥99% GB/T208802020 桶式 2 玉米漿 粉狀 蛋白 ≥48%， 水分 ≤10%，灰分 ≤5% GB/T208802020 桶式 表 2 主要規(guī)格與參數(shù) 序號(hào) 名 稱