赖氨酸发酵毕业设计.docx

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武汉工程大学毕业设计（论文）

目录

摘要 VI

Abstract VII

第一章绪论 1

1.1赖氨酸简介 1

1.2赖氨酸的性质 1

1.3赖氨酸的发展现状 2

1.4赖氨酸的作用及缺乏症 2

1.5赖氨酸的生产方法 2

1.4.1二步发酵法 2

1.4.2直接发酵法 3

1.6赖氨酸的提取与精制 3

1.7电渗析的原理 3

1.8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 6

2.1赖氨酸生产工艺概述 6

2.2赖氨酸生产工艺流程图 6

2.3原料预处理及淀粉水解糖的制备 6

2.3.1赖氨酸的发酵生产法 6

2.3.2原料的预处理 8

2.3.3淀粉水解糖的制备 8

2.4种子扩大培养 8

2.5赖氨酸发酵工艺条件控制 9

2.6赖氨酸的提取 10

2.7赖氨酸的精制 10

第三章工艺计算 11

3.1物料衡算 11

3.1.1工艺技术指标 11

3.1.2赖氨酸发酵车间物料衡算 12

3.1.3年产4000t赖氨酸厂发酵车间物料衡算结果汇总 14

3.1.4年产4000t赖氨酸提取车间物料衡算 16

3.2热量衡算 17

3.2.1淀粉液化工序的热量衡算 17

3.2.2液化液糖化过程的热量衡算 18

3.2.3发酵车间热量衡算 19

3.2.4赖氨酸溶液浓缩结晶过程的热量衡算 21

3.2.5赖氨酸干燥过程的热量衡算 23

3.2.6年产4000t赖氨酸厂热量衡算结果汇总 24

3.3过程水的衡算 25

3.3.1糖化工序用水量 25

3.3.2连续灭菌工序的用水量 25

3.3.3发酵工序的用水量 26

3.3.4提取工序的用水量 26

3.3.5中和脱色工序的用水量 26

3.3.6精制工序的用水量 26

3.3.7动力工序的用水量 26

3.3.8年产4000t赖氨酸水量衡算结果汇总 26

3.4无菌空气消耗量的计算 27

3.4.1无菌空气消耗量计算的方法和步骤 27

3.4.2年产4000t赖氨酸厂无菌空气计算 29

3.4.3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 31

4.1设备设计与选型的任务和原则 31

4.1.1设备设计与选型的任务 31

4.1.2设备设计与选型的原则 31

4.1.3专业设备设计与选型的依据 31

4.1.4专业设备设计与选型的程序和内容 32

4.2发酵罐的选型 32

4.2.1发酵罐的选型及容积的确定 32

4.2.2发酵罐个数的确定 32

4.2.3主要尺寸设计 33

4.2.4冷却面积的确定 34

4.2.5搅拌器及搅拌轴功率的设计 35

4.2.6设备结构的设计 37

4.2.7设备材料的选择 40

4.2.8发酵罐壁厚的计算 40

4.2.9接管设计 41

4.2.10支座的选择 43

4.3种子罐的选型 43

4.3.1种子罐容积和数量的确定 43

4.3.2冷却面积的计算 43

4.3.3种子罐壁厚的计算 44

4.3.4设备结构的工艺设计 44

4.3.5支座的选择 46

4.4糖化锅的选型 46

4.4.1设备主要尺寸设计 46

4.4.2设备材料的选择 47

4.4.3糖化锅壁厚的计算 47

4.4.4发酵车间主要设备参数一览表 47

4.5消泡剂贮罐的选型 48

4.6空气过滤器的选型 49

4.6.1发酵罐分过滤器 49

4.6.2种子罐分过滤器 50

4.7部分辅助设备的选型 50

4.8电渗析装置的选型 52

4.9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 54

5.1厂址选择的重要性及原则 54

5.2工厂总平面设计 54

第六章清洁生产与三废处理 57

6.1概述 57

6.1.1清洁生产的定义 57

6.1.2赖氨酸厂污染物的特点 57

6.1.3赖氨酸厂的清洁生产 58

6.2末端治理 58

第七章公用工程概述 60

7.1给排水工程 60

7.2供热工程 61

7.3供电工程 61

第八章车间生产管理制度 62

8.1生产管理概述 62

8.2信息化生产管理 62

8.3赖氨酸厂车间管理制度 63

致谢 64

参考文献 65

附录 67

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

Abstract

Lysine（2,6-aminocaproicacid）,firstlyisolatedin1889fromacaseinhydrolyzate,isanessentialaminoacidswhichthebodyandhigheranimalscan’tsynthesize.Lysineisanaminoacidthatismostlackingincerealgrain.What’smore,itiswidelyusedinthenutritionalaspectsoffoodandfeedadditivesinrecentyears.Lysineisoneoftheessentialaminoacids,whichcanpromotehumandevelopment,enhanceimmunefunctionandimprovecentralnervoussystemfunction.Theindustrialsynthesisoflysineismainlybyfermentingnow.Therearetwostepfermentationmethodanddirectfermentation.Amongthem,thedirectfermentationmethodismorecommonlyusednow.

Thewholedesignincludestheunderstandingofrawmaterialpretreatmentoflysineproduction,fermentation,themethodsofextraction.Tochoosetheappropriatesectionoffermentationproductionprocessaccordingtotheactualsituation,andtheprocessofrawmaterialsformassbalance,heatSelectionaccountancyandequipment,theentirefermentationprocessandotherenvironmentalissues.Finally,weshoulddrawasectionofthefermentationprocessflowdiagramandlayoutplanandfermentationequipmentdiagram.

Keywords:

lysine;processcalculation;equipmentselection;process;fermentation

VII

66页，共67页

武汉工程大学毕业设计（论文）

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1.1[1]。

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。

OH

O

NH2

H2N

图1.1L-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，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263—264℃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。

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，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