【正文】 謝 ................................................................................................................ 24 5 年產(chǎn) 200 噸 L絲氨酸發(fā)酵和無菌空氣車間的工藝設(shè)計(jì) 1. 概述 L絲氨酸的簡(jiǎn)介 絲氨酸是一種非必需氨基酸，它在脂肪和脂肪酸的新陳代謝及肌肉的生長(zhǎng)中發(fā)揮著作用，并且它有助于 免疫血球素和 抗體 的產(chǎn)生，所以絲氨酸在維持健康的免疫系統(tǒng)方面扮演者重要的角色。 7H2O ， pH ～ 。 7H2O ， MnSO4 培養(yǎng)基配方 (g/L)： 葡萄糖 ，硫酸銨 ，玉米漿， KH2PO4 ， K2HPO4工廠所在位置空氣的平均溫度為 20℃，平均相對(duì)濕度為 85%。每升發(fā)酵液可得到 L絲氨酸產(chǎn)品37 g。 三、生產(chǎn)條件（包括年操作日、生產(chǎn)方式及其它限制性條件） 已知發(fā)酵接種量為 3%，發(fā)酵時(shí)間為 14 h，發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為 120 rpm，發(fā)酵液密度為 1050 kg/m3， 粘度為 Pa 1 課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)課程名稱： 生物工程設(shè)備與工藝設(shè)計(jì) 題 目： 年產(chǎn) 200 噸 L絲氨酸發(fā)酵和無菌空氣車間的工藝設(shè)計(jì) 2 《生物工程設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 制藥與生命科學(xué) 學(xué)院 生物工程 專業(yè) 班 同 學(xué)： 現(xiàn)下達(dá)給你們畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)如下，要求你們?cè)陬A(yù)定時(shí)間內(nèi)完成此項(xiàng)任務(wù)。 一、設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn) 200 噸 L絲氨酸發(fā)酵和無菌空氣車間 的工藝設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 針對(duì)產(chǎn)品的要求進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)（查閱資料，補(bǔ)充必要數(shù)據(jù)）； 工藝計(jì)算（物料衡算、能量衡算）； 設(shè)備的計(jì)算和選型； 繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖（ 3 號(hào)圖紙）。 s。發(fā)酵工藝規(guī)定發(fā)酵罐通氣量為 VVM（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），種子罐通氣量為 1 VVM。年操作日300 天，生產(chǎn)裕度為 20%。 3H2O ， MgSO4 4H2O ，F(xiàn)eSO4 水蒸氣 138℃，冷卻水進(jìn)出口 溫度根據(jù)實(shí)際情況確定。絲氨酸在 細(xì)胞膜 的制造加 工、肌肉組織和包圍神經(jīng)細(xì)胞的鞘的合成中都發(fā)揮著作用。 L絲氨酸應(yīng)用 （ 1）醫(yī)藥原料： L絲氨酸廣泛用于配置第三代復(fù)方氨基酸輸液和 營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管 、抗癌、艾滋病新藥及基因工程用保護(hù)氨基酸等； （ 2）食品： L絲氨酸用于運(yùn)動(dòng)飲料 、氨基酸減肥飲料等； （ 3）飼料： L絲氨酸用于動(dòng)物飼料，可促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育 。 （ 1）化學(xué)合成法 :最大缺點(diǎn)是產(chǎn)品為 DL絲氨酸 ,而人體需要的是 L絲氨酸，因此需要將其分開，這就增加了成本及生產(chǎn)的復(fù)雜性。但此法操作復(fù)雜，需處理大量的洗脫液， 6 所得的氨基酸常為混合氨基酸，還需進(jìn)一步分離、精制，且在提取目標(biāo)氨基酸時(shí)，其余氨基酸則被浪費(fèi)掉。有學(xué)者報(bào)道，將絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶固定在 DEAE． SephadeA． 25 上，然后置于 50℃， 的溶液中 (該溶液由 mol甘氨酸、 mmol 甲醛、四氫葉酸、吡哆醛、磷酸組成 )，最終可得 10 mmol LI 絲氨酬 51。但此法對(duì)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)要求較高，且從酶反應(yīng)液中分離 L絲氨酸一直是酶法生產(chǎn)中的難題。但由于前體物質(zhì)甘氨酸價(jià)格昂貴，通過添加前提發(fā)酵產(chǎn)絲氨酸是無法滿足市場(chǎng)的需求的。但是由于 L絲氨酸處于氨基酸代謝的中間 位置，參與許多生物物質(zhì) (如甘氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、色氨酸等氨基酸、嘌呤、胸腺嘧啶之類的核酸堿基，磷脂酰絲氨酸、嘌呤、胸腺嘧啶之類的核酸堿基，磷脂酰絲氨酸、鞘磷脂等磷脂 )的合成，代謝運(yùn)轉(zhuǎn)速度極快，很難積累。近年來，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，采用基因工程方法克隆絲氨酸合成酶系以提高絲氨酸產(chǎn)量成為研究的熱點(diǎn)。如《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 （ 2） GB/T 50103— 20xx 《總圖制圖標(biāo)準(zhǔn) 》 （ 3） GB50187— 93 《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》 （ 4）《化工原理》 （ 5）《生物工藝原理》 （ 6）《生物工程設(shè)備》 發(fā)酵工程是用來解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問題的學(xué)科。發(fā)酵工程的三個(gè)階段均分別有它們各自的工藝原理和設(shè)備及過程控制原理，它們一起構(gòu)成發(fā)酵工程原理。近年來，對(duì)于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識(shí)愈益明朗化，發(fā)酵工程正在走近科學(xué)。因此，發(fā)酵工程的生物學(xué)原理是發(fā)酵工程最基本的原理，并且可以把它簡(jiǎn)稱為 “發(fā)酵原理 ”。 3H2O MgSO4 4H2O FeSO4 2．在 10 m3 的發(fā)酵罐配料罐中加入 的培養(yǎng)基，開啟攪拌待混勻后，用泵打入發(fā)酵罐中，進(jìn)行滅菌，用 138℃水蒸氣先進(jìn)行間接加熱（使培養(yǎng)基從 20℃升至 90℃），再用蒸汽直接加熱（使培養(yǎng)基從 90℃升至 121℃），然后用冷卻水使之冷卻到 37℃，待用。 物料衡算 已知培養(yǎng)基成分： 葡萄糖 ，硫酸銨 ，玉米漿 ， KH2PO4 ，K2HPO4 7H2O ， MgSO4 7H2O ，水 1000ml 發(fā)酵罐的物料衡算 發(fā)酵液 G=1050 ?? ， 葡萄糖 G1= ?? kg 硫酸銨 G2= ?? kg 玉米漿 G3= ?? kg KH2PO4 G4= ?? kg K2HPO4 7H2O G6= ?? kg MgSO4 7H2O G8= ?? kg 9 水 G 水 = 679010501000 ??kg 種子罐的物料衡算 發(fā)酵液 G= ?? kg， 葡萄糖 G1= ??kg 硫酸 銨 G2= ?? kg 玉米漿 G3= ?? kg KH2PO4 G4= ?? kg K2HPO4 7H2O G6 ? ?? kg=31g MgSO4 7H2O G8= ?? kg= 水 G 水 = 31010501000?? kg 能量衡算 發(fā)酵罐能量衡算 發(fā)酵罐（不銹鋼蛇形管傳熱） （培養(yǎng) ?? 基溫度 從 20℃升到 90℃） 已知 G=1050kg， t1=20℃ ， t2=90℃ c=(kg h h℃ ) ? =5%~10%，取 10% %)101( )90121()1()( 2 12 ????? ??????? ?? ?tci ttGcS s kg 1211 ?st ℃ st2 =10℃ 371 ?ft ℃ （實(shí)測(cè)當(dāng)培養(yǎng)基溫度 t1 為 80℃時(shí)，此時(shí)冷卻水出口溫度 t2 為 30℃） K=1674 kJ/(m2℃ ) ??cc kJ/(kg h h h℃ ) 108021 21/ 2 ??????? ? tt tteA sWcKF /KFW? （ ㏑ Ac2） =1000 /? (㏑ ）? = 主要設(shè)備計(jì)算 發(fā)酵罐尺寸的計(jì)算 已知發(fā)酵培養(yǎng)接種量為 3%，發(fā)酵時(shí)間為 14h，發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為 120rpm，通氣量為 ，發(fā)酵液密度為 1050kg/m179。 s。年操作日 300 天，生產(chǎn)裕度為 10%,生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)。 因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間為 14h，再考慮發(fā)酵罐滅菌，降溫，出料，清洗等輔助時(shí)間。 發(fā)酵液中產(chǎn)物的濃度： % 0 5 0 103633 ????? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 單個(gè)周期發(fā)酵液體積計(jì) 算 : 0 5 010% 0 0%)101(2 0 0 3 ??????? m3 裝料系 數(shù) ~?? VV? 取 0? = ? =所以我們選用 3 個(gè) 10 m3 的發(fā)酵罐，另選一個(gè)作為備用罐。 由任務(wù)書可知，空氣的平均溫度為 20℃ 查表得，空氣溫度為 20℃時(shí)， ps1=2340Pa 時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)過程中的溫度為 120℃ 查表得，空氣溫度為 120℃時(shí)， ps2=198653Pa， φ1=80% 此時(shí)的壓縮空氣相對(duì)濕度為 % 2 0 1 0 11 9 8 6