1、武汉工程大学毕业设计（论文）I目 录摘 要 .VIAbstract .VII第一章 绪论 .11.1 赖氨酸简介 .11.2 赖氨酸的性质 .11.3 赖氨酸的发展现状 .21.4 赖氨酸的作用及缺乏症 .21.5 赖氨酸的生产方法 .21.4.1 二步发酵法 .21.4.2 直接发酵法 .31.6 赖氨酸的提取与精制 .31.7 电渗析的原理 .31.8 生物工业下游技术的一般工艺过程 .4第二章 赖氨酸的生产工艺流程 .62.1 赖氨酸生产工艺概述 .62.2 赖氨酸生产工艺流程图 .62.3 原料预处理及淀粉水解糖的制备 .62.3.1 赖氨酸的发酵生产法 .62.3.2 原料的预处理
2、.82.3.3 淀粉水解糖的制备 .82.4 种子扩大培养 .82.5 赖氨酸发酵工艺条件控制 .92.6 赖氨酸的提取 .102.7 赖氨酸的精制 .10武汉工程大学毕业设计（论文）II第三章 工艺计算 .113.1 物料衡算 .113.1.1 工艺技术指标 .113.1.2 赖氨酸发酵车间物料衡算 .123.1.3 年产 4000t 赖氨酸厂发酵车间物料衡算结果汇总 .143.1.4 年产 4000t 赖氨酸提取车间物料衡算 .163.2 热量衡算 .173.2.1 淀粉液化工序的热量衡算 .173.2.2 液化液糖化过程的热量衡算 .183.2.3 发酵车间热量衡算 .193.2.4 赖
3、氨酸溶液浓缩结晶过程的热量衡算 .213.2.5 赖氨酸干燥过程的热量衡算 .233.2.6 年产 4000t 赖氨酸厂热量衡算结果汇总 .243.3 过程水的衡算 .253.3.1 糖化工序用水量 .253.3.2 连续灭菌工序的用水量 .253.3.3 发酵工序的用水量 .263.3.4 提取工序的用水量 .263.3.5 中和脱色工序的用水量 .263.3.6 精制工序的用水量 .263.3.7 动力工序的用水量 .263.3.8 年产 4000t 赖氨酸水量衡算结果汇总 .263.4 无菌空气消耗量的计算 .273.4.1 无菌空气消耗量计算的方法和步骤 .273.4.2 年产 400
4、0t 赖氨酸厂无菌空气计算 .29武汉工程大学毕业设计（论文）III3.4.3 年产 4000t 赖氨酸厂无菌空气衡算结果汇总 .30第四章 设备设计与选型 .314.1 设备设计与选型的任务和原则 .314.1.1 设备设计与选型的任务 .314.1.2 设备设计与选型的原则 .314.1.3 专业设备设计与选型的依据 .314.1.4 专业设备设计与选型的程序和内容 .324.2 发酵罐的选型 .324.2.1 发酵罐的选型及容积的确定 .324.2.2 发酵罐个数的确定 .324.2.3 主要尺寸设计 .334.2.4 冷却面积的确定 .344.2.5 搅拌器及搅拌轴功率的设计 .354
5、.2.6 设备结构的设计 .374.2.7 设备材料的选择 .404.2.8 发酵罐壁厚的计算 .404.2.9 接管设计 .414.2.10 支座的选择 .434.3 种子罐的选型 .434.3.1 种子罐容积和数量的确定 .434.3.2 冷却面积的计算 .434.3.3 种子罐壁厚的计算 .444.3.4 设备结构的工艺设计 .444.3.5 支座的选择 .464.4 糖化锅的选型 .46武汉工程大学毕业设计（论文）IV4.4.1 设备主要尺寸设计 .464.4.2 设备材料的选择 .474.4.3 糖化锅壁厚的计算 .474.4.4 发酵车间主要设备参数一览表 .474.5 消泡剂贮罐
6、的选型 .484.6 空气过滤器的选型 .494.6.1 发酵罐分过滤器 .494.6.2 种子罐分过滤器 .504.7 部分辅助设备的选型 .504.8 电渗析装置的选型 .524.9 年产 4000t 赖氨酸厂主要设备一览表 .53第五章 厂址选择与工厂总平面设计 .545.1 厂址选择的重要性及原则 .545.2 工厂总平面设计 .54第六章 清洁生产与三废处理 .576.1 概述 .576.1.1 清洁生产的定义 .576.1.2 赖氨酸厂污染物的特点 .576.1.3 赖氨酸厂的清洁生产 .586.2 末端治理 .58第七章 公用工程概述 .607.1 给排水工程 .607.2 供热
7、工程 .617.3 供电工程 .61第八章 车间生产管理制度 .62武汉工程大学毕业设计（论文）V8.1 生产管理概述 .628.2 信息化生产管理 .628.3 赖氨酸厂车间管理制度 .63致 谢 .64参考文献 .65附 录 .67武汉工程大学毕业设计（论文）VI摘 要赖氨酸（即 2,6二氨基己酸）于 1889 年首次从酪蛋白水解物中分离得到，是一种人体必需的氨基酸，人体和高等动物体内不能合成。赖氨酸又是谷类粮食中最缺乏的一种氨基酸，近年来广泛地应用于营养食品，饲料添加剂等方面。赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。目前，赖氨酸主要靠发酵
8、法进行工业生产。常用的发酵法有二步发酵法和直接发酵法。其中，直接发酵法是更加常用的发酵方法。整个设计内容包括了解赖氨酸生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程。根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选型、整个发酵过程的环境保护问题等。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图及发酵设备图。关键词：赖氨酸；工艺计算；设备选型；工艺流程；发酵武汉工程大学毕业设计（论文）VIIAbstractLysine ( 2,6 - aminocaproic acid), firstly isolated in 1889 from a casein
9、 hydrolyzate, is an essential amino acids which the body and higher animals cant synthesize. Lysine is an amino acid that is most lacking in cereal grain. Whats more, it is widely used in the nutritional aspects of food and feed additives in recent years. Lysine is one of the essential amino acids,
10、which can promote human development, enhance immune function and improve central nervous system function. The industrial synthesis of lysine is mainly by fermenting now. There are two step fermentation method and direct fermentation. Among them, the direct fermentation method is more commonly used n
11、ow. The whole design includes the understanding of raw material pretreatment of lysine production, fermentation, the methods of extraction. To choose the appropriate section of fermentation production process according to the actual situation, and the process of raw materials for mass balance, heat
12、Selection accountancy and equipment, the entire fermentation process and other environmental issues. Finally, we should draw a section of the fermentation process flow diagram and layout plan and fermentation equipment diagram. Keywords: lysine; process calculation; equipment selection; process; fer
13、mentation武汉工程大学毕业设计（论文）1 页，共 67 页第一章 绪论1.1 赖氨酸简介 L-赖氨酸(L-Lysine，本设计中所提到的赖氨酸都指 L-赖氨酸)，化学式为 H2N(CH2)4CH(NH2)COOH，结构简式如图 1.11。赖氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的 20 种氨基酸之一。OHONH2H2N图 1.1 L-赖氨酸化学结构式L-赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。赖氨酸为碱性必需氨基酸,由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸。目前，国内外氨基酸的工业生产中
14、，除谷氨酸外，产量最大的就是 L-赖氨酸。 1.2 赖氨酸的性质L-赖氨酸是白色或近白色的自由流动结晶型粉末，易溶于水，水溶液为中性偏酸性，难溶于乙醇，在 263264熔化并分解。 L-赖氨酸在湿度为 60%以下较为稳定，当湿度大于 60%时生成二水合物。在碱性条件或还原糖存在条件下加热分解。游离的 L-赖氨酸极易潮解，由于其具有游离氨基而容易发黄变质，难以长期保存。L-赖氨酸盐酸盐比较稳定，不易潮解，便于保存，因此，生产上经常将 L-赖氨酸转化为 L-赖氨酸盐酸盐的形式以利于保存。武汉工程大学毕业设计（论文）2 页，共 67 页1.3 赖氨酸的发展现状L-赖氨酸最初是从蛋白质水解物中分离得到
15、的，蛋白质水解法一般以动物血粉为原料，此法最大的特点是工艺流程简单，但是原料来源很有限，仅适合小规模生产。此后又出现了化学合成法、水解法，酶法。直到 1960 年，日本首先采用微生物发酵法生产赖氨酸。微生物发酵生产氨基酸是人为地解除氨基酸生物合成的代谢控制机制，使其积累大量所需氨基酸。氨基酸的 L-型立体专一性决定了发酵法生产氨基酸较化学合成的工艺更简单、快捷。我国于 20 世纪 60 年代中期开始进行赖氨酸菌株选育和发酵的研究，但因产量较低难以工业化。直到 70 年代未 80 年代初世界赖氨酸实现工业化后我国的研究才取得突破。目前，世界约 2/3 的赖氨酸企业采用发酵法生产，生产的为 L-型
16、赖氨酸，生产工艺已经基本成熟。近年来，赖氨酸的需求逐年增加，全世界每年大概 80 万 t 赖氨酸通过发酵生产的方式获得。1.4 赖氨酸的作用及缺乏症赖氨酸的作用包括建立肌肉组织、从创伤或受伤中恢复，并帮助更有效地吸收钙离子。它还有助于机体产生抗体、酶和激素等物质。而且，赖氨酸还可用于食品工业与医药工业等，用途广泛。缺乏赖氨酸的症状包括疲劳，虚弱，恶心，呕吐，头晕，没有食欲，发育迟缓，贫血等。豆类食物含有丰富的赖氨酸，食物中添加豆类及其制品，可补充谷类中最缺乏的必需氨基酸，即赖氨酸。1.5 赖氨酸的生产方法1.4.1 二步发酵法又称前体添加法，50 年代初开发的二步发酵法以赖氨酸的前体二氨基庚二
17、酸为原料，借助微生物生产的酶（二氨基庚二酸脱羧酶） ， 使其脱羧后转变为赖氨酸。70 年代后，武汉工程大学毕业设计（论文）3 页，共 67 页日本采用固定化二氨基庚二酸脱羧酶或含此酶的菌体，使内消旋 2，6-二氨基庚二酸脱羧连续生产赖氨酸 2，改进了这一工艺 8。尽管这样，该工艺仍较复杂，现已被直接发酵法取代，很少使用。1.4.2 直接发酵法一种广泛采用的赖氨酸生产法。常用的原料为甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜、淀粉水解液等廉价糖质原料 4。此外，醋酸、乙醇等也是可供选用的原料。直接发酵法生产赖氨酸的主要微生物有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌的突变株等 3 种。70年代以来，由于育种技术
18、的进展，选育出一些具有多重遗传标记的突变株，使工艺日趋成熟，赖氨酸的产量也得到成倍增长 5。工业生产中赖氨酸的最高产率已经提高到每升发酵液 100120g，提取率达到 8090左右。1.6 赖氨酸的提取与精制赖氨酸的提取方法主要有盐析法、有机溶剂萃取法、离子交换法和电渗析法。通常情况下根据被提取物质的理化和生物学特性选择两种方法结合使用，本次设计采用电渗析法来分离提取赖氨酸。赖氨酸的精制技术主要包括结晶和干燥技术。对于生物活性物质，可根据其热稳定性的不同，分别采用喷雾干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥的技术。其中，冷冻干燥技术广泛应用于蛋白质产品的干燥，但其能耗高、设备复杂、操作时间长且只能分批操作，因此，有待完善和改进，本次设计采用热风干燥。1.7 电渗析的原理电渗析法又称离子交换膜电渗析技术，是利用可离解基团，在外电场的作用下，经有选择透过性的高分子膜，使各种带电性物质分离的技术 6，其关键是离子交换膜。对于不同的应用要求，即使同一类型的离子交换膜也在性能和结构上有很大的差异，所以因
