年產(chǎn)2000噸l-異亮氨酸廠工藝設(shè)計(jì)-提取車間-預(yù)覽頁

　

【正文】 度使菌體發(fā)生了絮凝。 參照《生物工業(yè)下游技術(shù)》和《生物分離原理與技術(shù)》我們了解到超濾膜的結(jié)構(gòu)主要分為下面這三層： （1）最上層的表面活性層：～，致密而光滑； （2）中間的過渡：厚度一般為1～10μm，具有大于10nm的細(xì)孔； （3）最下面的支撐層：厚度為50～250μm，出現(xiàn)50nm以上的孔。在這樣的操作條件下，L異亮氨酸的收率可達(dá)到93%以上，且色素去除率可達(dá)到94%以上。而它與L異亮氨酸等電點(diǎn)接近，所以等電結(jié)晶時(shí)并不能很好的分離，這就需要離子交換法的單元操作對濾液進(jìn)行處理。L異亮氨酸發(fā)酵液流經(jīng)WA2陽離子交換柱時(shí)，由于各個(gè)物質(zhì)與樹脂的親和力大小不一樣，參照《氨基酸工藝學(xué)》可以總結(jié)出，最終被交換吸附的物質(zhì)由柱頂?shù)街状笾驴煞譃榱鶄€(gè)層次：第一層次：K+、Na+、Mg2+、Ca+等金屬離子；第二層次：NH4+離子；第三層次：中堿性氨基酸；第四層次：L異亮氨酸；第五層次：酸性氨基酸；第六層次：有機(jī)色素。而L異亮氨酸離子的密度卻相反，是自上而下逐漸增加的。COOH RSO3H + NH4Cl → RSO3 NH4 + HCl洗脫：RSO3NH3 CHR39。根據(jù)《生物工業(yè)下游技術(shù)》、《生物分離原理與技術(shù)》及《氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)》我們可以總結(jié)出，被用于氨基酸提取用的樹脂應(yīng)具備這樣一些基本條件： （1）具有在水、堿、酸條件下不可溶性； （2）具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性能好，反復(fù)使用而不易破碎； （3）好的耐熱性、穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)，溶液中的物質(zhì)不能將其破壞； （4）交聯(lián)度和膨脹度均要適中； （5）高的交換容量； （6）交換時(shí)具有快的平衡速度。 新樹脂裝柱后，用去離子水浸泡大約12h，使其充分吸水膨脹，然后用大概為樹脂體積的2~3倍的10%的鹽水浸泡4h以上。 （2）上柱交換 上柱交換是離交的關(guān)鍵所在，最好能將所需要吸附的離子完全吸附，且要求比較集中。pH值適宜范圍因樹脂的類型而變。上柱量最好能與樹脂的交換能力相符合。工作交換量是指工作狀態(tài)時(shí)的實(shí)際交換量。在下文的設(shè)計(jì)計(jì)算中有具體的論證。 ~ ，而反洗時(shí)WA2樹脂的膨脹度不應(yīng)小于50%。 本設(shè)計(jì)采用氨水把L異亮氨酸從樹脂上洗脫下來。其缺點(diǎn)就是樹脂吸附的Ca2+ 、Mg2+ 等陽離子不易洗脫，且它們的量會隨操作次數(shù)的不斷增加而積累，這樣一來就會導(dǎo)致樹脂吸附L異亮氨酸的能力降低。通常情況下，洗脫流速應(yīng)比上柱流速慢，以便L異亮氨酸的高峰相對較集中。 洗脫后的樹脂，絕大多數(shù)會變?yōu)镹a+型，而小部分則是NH4+型，這時(shí)就不能繼續(xù)吸附L異亮氨酸了，應(yīng)先將樹脂重新變?yōu)镠+型 。再生劑用量在下文有相關(guān)的計(jì)算。但其選擇性較差，且采用不同生產(chǎn)原料和制備方法得到的活性炭其吸附力也不同。物理吸附的機(jī)理為：由吸附劑表面與被吸附物的分子之間的范德華力所引起。而化學(xué)吸附的機(jī)理則是：由于吸附劑表面存在一些不飽和的價(jià)鍵，這些鍵可以和被吸附物分子的極性基團(tuán)形成相應(yīng)的副價(jià)鍵，進(jìn)而產(chǎn)生吸附作用；它的特點(diǎn)是有一定的選擇性，且適當(dāng)升溫能加快吸附速度，整個(gè)吸附過程還會發(fā)生能量的變化，解吸較物理吸附困難。顆粒炭的顆粒較粉末炭的大，它的總表面積也相應(yīng)減小，且吸附量和吸附力均較前者小，但過濾速度比粉末活性炭快。現(xiàn)在我國氨基酸工業(yè)大體上都會采用活性炭進(jìn)行脫色的工藝。 四、濃縮濃縮是工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)過程提取與精制中常用的單元操作之一，它的目的主要是通過除去溶劑而將低濃度的溶液轉(zhuǎn)變?yōu)楦邼舛鹊娜芤?。反滲透從結(jié)構(gòu)上分為：均質(zhì)膜、非對稱膜、動態(tài)膜、復(fù)合膜；從材料上分為：芳香聚酰胺膜、醋酸纖維膜、無機(jī)質(zhì)膜、高分子電解質(zhì)膜等。 （3）白酒除濁和凈化。反滲透膜用于分離處理液中分子量小于500的物質(zhì)；超濾膜用于分子量大于500的大分子，也可用于極細(xì)的膠體粒子的分離；～10μm的粒子。而由蒸發(fā)器和冷凝器這兩個(gè)部分組成相應(yīng)的蒸發(fā)系統(tǒng)。由于操作壓力的不同，可將蒸發(fā)過程分為減壓蒸發(fā)（真空蒸發(fā)）和常壓蒸發(fā)。 （2）溶液的沸點(diǎn)低，即使是同樣的加熱蒸汽，蒸發(fā)器傳熱的平均溫度差也大，所需的傳熱面積很小。 （6）因?yàn)槔淠骱驼舭l(fā)器的內(nèi)壓力低于大氣壓，導(dǎo)致了冷凝水和完成液都需要泵排出。因?yàn)椴煌陌被崞涞入婞c(diǎn)也不同，且在等電點(diǎn)時(shí)，L異亮氨酸分子的凈電荷為零，L異亮氨酸彼此吸引形成大分子進(jìn)而淀淀下來。L異亮氨酸溶于水，通常會以離子的狀態(tài)存在，且它的解離方式主要取決于溶液的PH值。而溶液使達(dá)到過飽和狀態(tài)是結(jié)晶的前提，且結(jié)晶的推動力是過飽和率。含量很低時(shí)，常溫下很難讓L異亮氨酸達(dá)到飽和，即溶液的過飽和率很小時(shí)，生成結(jié)晶的速度會較慢，導(dǎo)致了生成的晶核或晶核數(shù)量很少。所以，在結(jié)晶操作中，通常都會在結(jié)晶將要開始前就先投入一定數(shù)量的晶粒作為晶種。若肉眼能看到有晶核，這就表明已經(jīng)形成不少晶核了，ph=6就可作為第一步的pH終點(diǎn)值，進(jìn)行停酸育晶，要注意保證一定的養(yǎng)晶和育晶時(shí)間（約2小時(shí)）。尤其出現(xiàn)發(fā)酵不正常現(xiàn)象時(shí)，一定要注意緩慢地加酸，以便控制pH慢慢降低，最終使L異亮氨酸的溶解度漸漸地下降，這樣晶核的形成也不致于太多。雜質(zhì)對晶體生長速率的影響方式有以下幾方面：A、改變?nèi)芤航Y(jié)構(gòu)或平衡飽和濃度，進(jìn)而改變晶體與溶液在界面上液層的特性，最終達(dá)到影響溶質(zhì)長入晶體。 高殘?zhí)堑挠绊懀篖異亮氨酸的溶解度將會增加，而且殘?zhí)潜旧硪桩a(chǎn)生晶體。但攪拌太過于激烈，溶質(zhì)分子運(yùn)動過快，也不利于長晶，也會造成晶體之間的相互碰撞摩擦，這不僅有損晶形得不到大晶體，還易出現(xiàn)二次成核現(xiàn)象。 六、 重結(jié)晶 根據(jù)《生物工業(yè)下游技術(shù)》和《生物分離原理與技術(shù)》我們可以總結(jié)出重結(jié)晶的操作過程有如下幾個(gè)步驟： （1）首先要選擇合適的溶劑； （2）將粗結(jié)晶得到的物質(zhì)加入到少量的熱溶劑中，并使晶體溶解； （3）冷卻后使其再次結(jié)晶； （4）然后分離母液； （5）最后洗滌； 選擇合適的溶劑對于L異亮氨酸的重結(jié)晶的成功很重要，參照《化工原理》、《生物工業(yè)下游技術(shù)》和《生物分離原理與技術(shù)》及生物分離工程課堂上老師的講解，我們可以大概的把一個(gè)對L異亮氨酸來說是良好溶劑的溶劑概括如下： （1）不與L異亮氨酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng) （2）要求對雜質(zhì)的溶解度要很小或很大 （3）溶劑的沸點(diǎn)不是很低，當(dāng)然也不能太高 （4）在室溫或低溫時(shí)只能溶解很少的L異亮氨酸 （5）能結(jié)出較好的L異亮氨酸晶體七、 干燥固體中的水分可分為毛細(xì)管水、表面水、被膜所包圍的水分三種。固體物料的干燥主要包括兩個(gè)過程：傳熱和傳質(zhì)。若物料內(nèi)部水分有足夠的速率流到其表面，這樣的話物料表面可繼續(xù)保持濕潤，干燥速率也不變；可是如果內(nèi)部水分流出的速率低于其表面的汽化速率，會使得部分表面變干，物料進(jìn)而升溫，最終進(jìn)入降速干燥階段。生產(chǎn)力：2000t/年理論上： 日生產(chǎn)產(chǎn)品L異亮氨酸：2000247。128 = m3每個(gè)周期總的L異亮氨酸的量：% = kg 實(shí)際上：每個(gè)周期需要生產(chǎn)的L異亮氨酸的量：247。90%=每個(gè)周期發(fā)酵液：247。生產(chǎn)周期是55h，這里選擇在兩個(gè)生產(chǎn)周期之間給放罐洗罐預(yù)留1h的時(shí)間，空消2h，所以本設(shè)計(jì)按60h為一個(gè)周期來計(jì)算。離心泵：采用型號為：IH10080125，材質(zhì)為：不銹鋼，流量為：100m3/h，揚(yáng)程為：20m，效率為73%的離心泵，所以輸送處理液的時(shí)間為：247。 廢液儲罐：江西天安水環(huán)?？萍加邢薰静讳P鋼水罐根據(jù)前面提到的發(fā)酵液的一般性質(zhì)，我們知道待處理液中固體物質(zhì)菌體和蛋白質(zhì)膠體物約含5%~10%，則所需的廢液儲罐按固體物質(zhì)最大量10%算時(shí)有： 10%= 247。離心泵： ，同樣采用型號為：IH10080125，流量為：100m3/h，揚(yáng)程為：20m，效率為73%，所以輸送處理液的時(shí)間為：247。80%= ，所以取V=100m3，d=4m，h=8m。2 = m3（一）設(shè)計(jì)離交柱D = ， H = ， 裝填系數(shù)為2/3，每個(gè)離交柱中樹脂的體積為： （D/2）2H = m3 2/3= 離交柱個(gè)數(shù)： 247。6= m3 參照太倉天誠防腐化工設(shè)備廠的聚丙烯離子交換柱相關(guān)參數(shù)，有上柱流速采用20 m3/h，則處理時(shí)間為： 247。（5）液位計(jì) 選用板式液位計(jì)IPg118304，JB59764，與樹脂進(jìn)口等高。 =根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》有： 20℃氨水的密度，4%，6% 則： 5%氨水的密度 =（+）/ 2 = 所以： 103 17 5%氨水的體積= —————————————— 5% =所以： ，則： 每柱實(shí)際總氨水用量= = m3 總的氨水的用量=26=堿液儲罐： 采用廣東玉隆玻璃鋼有限公司，型號為YS08，材質(zhì)為玻璃鋼，立式的氨水儲罐。 樹脂體積 樹脂全交換量 6%HCl用量= —————————————————— HCl溶液的含量 HCl的相對密度其中：———— 樹脂全交換量的倍數(shù)————HCl的摩爾質(zhì)量根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》有：20℃，6%則： 6%HCl用量= —————————————— 6% =酸儲罐： 采用無錫新龍科技有限公司，鋼襯塑臥式儲罐。70% = m3 247。80%= ，取V=69m3，D=4m，H=。水儲罐： 同樣采用該公司的水儲罐，所以總的洗水為： 6 = 現(xiàn)在采用1個(gè)長為6m，寬為8m，即體積為V=68 =408m3。因?yàn)樘恐偕^程中，酸堿交替，縮短設(shè)備使用壽命，故以采用襯膠或襯瓷磚柱為宜。脫色柱的直徑D=4m，H=8m，所以其體積約為： V=（D/2）2H= m3 如果這里裝柱量按70%來填充的話，則裝柱體積為： 70%=由于本設(shè)計(jì)采用的是顆粒狀的活性炭， m3，符合要求可以達(dá)到很好的脫色效果。采用有機(jī)卷式膜，濃縮至6%，則濃縮后得到的濃縮液為： %6% = ，所以這里采用的膜面積為20m3，外形尺寸為：355（m）。 濃漿泵： 這里采用型號為：I1B1寸的濃漿泵，理論流量為：，揚(yáng)程為：50m，所以理論上輸送時(shí)間為：247。 其中： P————容器壓力，取P= [σ]————設(shè)計(jì)溫度下的許用壓力，這里取[σ]=1270kg/cm3 216。=。 （3）聯(lián)軸器：本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速較低，剛性要求也不大，所以可以采用造價(jià)成本低、構(gòu)造簡單而剛性凸緣聯(lián)軸器，參照《機(jī)械零件設(shè)計(jì)原理》，這里選用的型號為GZ4. 這里采用一臺普通的離心機(jī)就行。70%= m3 本設(shè)計(jì)取D=，H=，則實(shí)際采用的重結(jié)晶罐的體積為： V=（D/2）2 H = 這里也采用一臺離心機(jī)。設(shè)備一覽表 序號設(shè)備名稱數(shù)量規(guī)格與型號材料1微濾1640m2陶瓷膜2廢液儲罐1532（m）不銹鋼3離心泵3Ih10080125不銹鋼4料液儲罐3V=110m3鋼襯塑料5料液儲罐4V=100m3鋼襯塑料6超濾11088（m）有機(jī)卷式膜7離交柱6V= SUS304L8堿罐2V=玻璃鋼9酸罐3V=80m3鋼襯塑料10料液儲罐2V=69m3鋼襯塑料11廢液儲罐3875（m）不銹鋼12水罐168（m）不銹鋼13脫色柱1V=14離心泵2Ih8050200不銹鋼15反滲透1355（m）有機(jī)卷式膜16儲罐1V=鋼襯塑料17廢液儲罐134（m）不銹鋼18濃漿泵1I1B19減壓等電結(jié)晶1V=20重結(jié)晶1V=21雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥1GSZ10022離心機(jī)223管道數(shù)根碳鋼42參考文獻(xiàn)【1】常高峰. 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