学生化工设计D缬氨酸可行性研究报告.docx

1、学生化工设计D缬氨酸可行性研究报告 可行性研究（一）总结（1）该项目提出的背景：锦阳化工有限公司是一家生产企业，本公司年产量为20吨，由于生产规模较小，主要面向国内市场。公司厂址位于广州市天河区高新技术工业园，该地区有大量医药生产企业，可成为公司的稳定客源，并且交通便利，方便公司向外运输产品。在未来几年，公司将会扩充产品线，增大生产量，丰富产品种类。 （2）建设项目的经济意义：氨基酸是组成蛋白质的基本单位，是一切生命不可缺少、不可替代的一种生存、成长所必需的营养素，因而广泛应用于医药、食品及饲料等行业。随着人民生活水平的提高，无副作用的氨基酸制剂（结晶氨基酸配制的氨基酸输液和氨基酸口服液）将逐

2、年增加。据上海医药工业研究设计院氨基酸中心统计，全国氨基酸制剂年产量平均递增20%以上。由于近年来发现中间产物L-缬氨酸是一种高效免疫抗生素的原料，其用量猛增。世界上除日本有二家公司生产外都不生产，因此，发酵法生产L缬氨酸有广阔的市场前景。近期，全世界年消耗量达数千吨，远期将数万吨。（二）主要原材料、燃料、与动力的供应根据单位产品所用材料、燃料、动力等的消耗指标选取的来源以及国家标准编制主要原材料、燃料、动力消耗指标表。消耗指标不同于前面所列的原材料、燃料及动力需用量，消耗指标纯属生产过程中需要的或消耗的数量，不包括其它因素如：运输、储存的损耗。消耗指标与所用生产技术的先进程度有关；本装置消耗

3、情况列于表1表1 消耗指标(以20吨D-缬氨酸产品计)序号名称规格单位数量备注一原材料1薯类（木薯、甘薯）淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉吨52002a-淀粉酶，糖化酶吨50003其他辅助材料吨20.48二公用工程1电220/6000Vkwh245.552冷却水0.4MPa，30t22.36循环水3仪表空气P=0.4-0.5 Mpa，-20Nm324对于薯类玉米等原料，采用定期订货的方式，即根据生产周期的需要，确定定期的时间间隔检查仓库中的货物，当低于安全库存时进行订货。可尽量降低一次订货量。从而降低储存成本。由于生产过程中要求此类原来不能受潮，所以在仓储过程中采气幕隔潮，即在库门上方安装鼓

4、风设施，使之在门口处形成一道气流，由于这道气流有较高压力和流速，在门口便形成了一道气墙，可有效阻止库内外空气交换，防止湿气浸入对于各种酶类，应由工业园区内的企业直接提供。本装置运行，动力能源消耗量如表所列:表2 装置能耗实物消耗量序号能耗项目名称单位小时消耗折合能耗（公斤标煤）比例（%）1电KWh1636660.6897.172冷却水T14912.821.893仪表空气Nm31606.40.94合计679.9100发酵工厂里水、电、汽、压缩空气及冷冻水的动力能源供应正常与否,是影响发酵生产水平与经济效益的重要因素,不少发酵工厂由于动力供应不足严重地制约了发酵设备生产率的提高,也由于水电供应的突

5、然中断又没有补给设施而发生倒罐,造成严重的经济损失。所以发酵工厂越来越重视动力供给系统的技术改造,使企业的动力系统达到全天候供给,不仅从数量上有所改进，在效率上也有所提高。根据发酵动力学的是研究发酵过程状态变量随发酵时间变化及控制变量之间的规律可知建立分批发酵动力学模型,对发酵过程工艺条件研究、反应过程操作优化和控制具有重要意义和实用价值,可以为小罐试验数据放大、从分批发酵过渡到补料分批发酵提供理论依据。分批发酵动力学模型可分为机制模型、数学拟合模型及正规模型三类;目前所提出的模型大都属于后两类。从工程角度出发,建立模型的目的是为了更深刻地了解微生物复杂的反应本质,使用模型来发现适宜的操作条件

6、,为反应器的优化和控制服务。氨基酸分批发酵动力学模型的建立1、菌体生长模型:(1)、(2)、(3)式都曾用于描述过氨基酸的分批发酵过程。(1)式为经验模型X:菌体浓度(g/L);使用范围很窄。(2)式为Logistic模型X:菌体浓度(g/L);Xmax:菌体最大浓度(g/L);max:菌体最大比生长速率(h-1),能很好地反映分批发酵过程中因菌体浓度的增加对自身生长的抑制作用,这在分批发酵中是普遍存在的,Logistic模型是一个典型的型曲线,用于拟合分批发酵的菌体生长过程有广泛的适用性。(3)式为Monod方程S:基质浓度(g/L);Ks:基质对菌体生长的饱和常数(g/L);max:菌体最

7、大比生长速率(h-1)。它是基于以下假设建立的: 菌体生长为均衡型非结构式生长,细胞成分只需要用一个参数即菌体浓度表示即可。培养基中只有一种底物是生长限制性底物,其它营养成分不影响微生物生长。将微生物生长视为简单反应,并假设菌体得率为常数,没有动态滞后。、不符合一般氨基酸发酵的特征。由于大部分氨基酸发酵采用较高浓度的糖类物质进行发酵,发酵液比较粘稠,采用Monod方程有偏差。在亮氨酸、异亮氨酸分批发酵过程中:首先菌体的生长有一最大饱和浓度,其次提高初糖浓度菌体的生长速度下降,基质浓度对菌体生长有抑制作用。Logistic模型可以很好地解释第一个现象,但对基质的作用在Logistic 模型中没有

8、反映。考虑到基质的抑制作用,可以得出一个描述分批发酵菌体生长更好的动力学模型:（4）2、产物形成模型:微生物的产物形成的过程非常复杂,为了便于研究,一些定性的描述被提出,其中Gaden的观点最为广泛接受,从产物形成与能量代谢的内在联系出发, Gaden将产物形成的类型分三类:产物的形成与能量代谢相偶联,产物的形成和能量代谢部分偶联,产物的形成和能量代谢没有联系。 (5)(5)式为Luedeking-Piret方程P:产物浓度(g/L);:菌体生长有关的产物生成比例常数;:菌体浓度有关的产物生成比例系数。式中0、=0可表示一类发酵,0、0 可表示二类发酵,=0,0 可表示三类发酵。由于Piret

9、方程既能反映出伴随着菌体生长产物的形成速度,也能反映出独立于菌体生长之外,细胞催化底物形成产物的速度,对一般的发酵过程Piret方程原则上都能适用。曾用该模型描述过亮氨酸、异亮氨酸发酵,能较好地拟合发酵过程,结果表明亮氨酸、异亮氨酸发酵为二类发酵。但Piret方程仅仅是一个总体描述,从Piret方程中反映不出基质浓度的变化对产物形成的影响。Bajpai 曾提出了一个基质非竞争抑制模型(6)式用来描述青霉素发酵产物形成过程,很好地解释了高浓度碳源对青霉素形成的抑制作用,模型计算值与实验值吻合极好。Ksp:基质对产物形成的饱和常数(g/L);Kip:基质对产物形成的抑制常数(g/L)氨基酸发酵不同

10、于青霉素发酵,前者属于二类发酵,后者是一个典型的三类发酵。但高浓度基质对产物形成的抑制作用在氨基酸发酵中是存在的,研究表明,维持较低的糖浓度有利于氨基酸的形成。因此为了能反映出这种现象,本文结合Bajpai和Piret方程,建立出如下的产物形成动力学模型:（7）3、底物消耗模型底物包括细胞生长所需各种营养成分,其消耗主要有三个方细胞;二是细胞维持基本生命活动消耗;三是用于合成代谢产物。因此底物消耗可用如下动力学模型表示,主要反映关键底物葡萄糖的消耗与菌体生长、产物形成的关系:即:以(8)式作为描述氨基酸发酵的底物消耗模型,、m:细胞的维持消耗常数;Yx:碳源用于菌体生长的得率常数;Yp:碳源用

11、于产物积累的得率常数。经过具体求解验证说明此模型和参数可以较好的反映一些菌体生长、产物生成和底物(葡萄糖)消耗的变化规律,可以模拟发酵过程操作,对发酵的优化控制具有一定的指导意义。（三）建厂条件和厂址选择1、建设地点本公司的厂址选择于广州市天河区高新技术工业园，这是块高校林立和集合大量医药生产企业的宝地，高校林立给我们的技术发展提供的稳定的后盾，同时我们成为高校实验和医药生产企业的稳定商家。另外，这里的交通发达，保证了原材料的方便供应，降低了短运成本。2、建设概况 本公司厂区占地面积为6670m2，建筑面积为4000m2。其中包括厂房一间、仓库一间、变压器一座、培养房一间。1）产品规模年产D-

12、缬氨酸20吨。2）配套设施a）供水：企业采用地下水。b）供电：企业自建一座80KVA变压器，用电接入市政电网。3）生产定员、工作班次企业定员若干人。工作班次：全年生产300天，每天1班制。3、厂区环境工厂不得设置于易遭受污染的区域，否则应有严格的食品污染防治措施。厂区四周环境应容易随时保持清洁，地面不得有严重积水、泥泞、污秽等有造成食品污染的虞者，以避免成为污染源。厂区的空地应铺设混凝土、柏油或绿化等，以防尘土飞扬并美化环境。邻近及厂内道路，应铺设柏油等，以防灰尘造成污染。厂区内禁止饲养禽、畜及其它宠物，惟警戒用犬除外，但应适当管理以避免污染食品。 厂区应有适当的排水系统，排水道应有适当斜度，

13、且不得有严重积水、渗漏、淤泥、污秽、破损或孳长有害动物而造成食品污染的虞者。厂区周界应有适当防范外来污染源侵入的设计与构筑。若有设置围墙，其距离地面至少30公分以下部分应采用密闭性材料构筑。厂区如有员工宿舍及附设的餐厅，应与制造、调配、加工、贮存食品或食品添加物的场所完全隔离。4、厂房配置与空间厂房应依作业流程需要及卫生要求，有序而整齐的配置，以避免交叉污染。厂房应具有足够空间，以利设备安置、卫生设施、物料贮存及人员作息等。制造作业场所内设备与设备间或设备与墙壁的间，应有适当的信道或工作空间，其宽度应足以容许工作人员完成工作（包括清洗和消毒），且不致因衣服或身体的接触而污染食品、食品接触面或内

14、包装材料。检验室应有足够空间，以安置试验台、仪器设备等，并进行物理、化学、官能及（或）微生物等试验工作。微生物检验场所应与其它场所适当区隔，如未设置无菌操作箱者须有效隔离。如有设置病原菌操作场所应严格有效隔离。5、厂房结构厂房的各项建筑物应坚固耐用、易于维修、维持清洁、并应为能防止食品、食品接触面及内包装材料遭受污染（如有害动物的侵入、栖息、繁殖等）的结构。厂房以钢筋水泥结构的永久性建筑为佳。6、厂房安全设施厂房内配电必须能防水。电源必须有接地线与漏电断电系统。高湿度作业场所的插座及电源开关宜采用具防水功能者。不同电压的插座必须明显标示。厂房应依消防法令规定安装火警警报系统。在适当地点应设有急

15、救器材和设备，惟必须加以严格管制，以防污染。7、地面与排水如原料处理场、酦酵工场、精制工场等场所，作业中有液体流至地面或以冲洗方式清洗的地区，其地面应有适当的排水斜度（应在1/100以上）及排水系统。废水应排至适当的废水处理系统或经由其它适当方式予以处理。作业场所的排水系统应有适当的过滤或废弃物排除的装置。排水沟应保持顺畅，且沟内不得设置其它管路。排水沟的侧面和底面接合处应有适当的弧度（曲率半径应在3公分以上）。屋内排水沟的流向不得由低清洁区流向高清洁区，且应有防止逆流的设计。8、工厂其他注意事项平顶式屋顶或天花板应使用白色或浅色防水材料构筑，若喷涂油漆应使用可防霉、不易剥落且易于清洗者。蒸汽、水、电等配管不得设于食品暴露的直接上空，否则应有能防止尘埃及凝结水等掉落的装置或措施。空调风管等宜设于天花板的上方。楼