年產2000噸l-異亮氨酸廠工藝設計-提取車間(更新版)

　　

【正文】 脂的理論交換量小的多，上柱量要根據上柱液中可交換的離子的多少和工作交換量來確定。二是對吸附物質的離解度的影響，尤其是像L異亮氨酸這樣的兩性電解質。用水清洗殘留的NaCl，再根據樹脂的類型和使用所需的型號分別用酸和堿處理，然后調節PH值至所需的范圍。COOH + NaOH → RSO3Na + N H2 CHR39。交換的開始階段，WA2樹脂柱的上層主要是金屬離子和銨離子，而下層則是L異亮氨酸離子。二、 離子交換法（一）、 離子交換法的基本原理及其性質根據L異亮氨酸是兩性電解質這一特性，以及L異亮氨酸與雜質氨基酸的pK、pI值的差異，通過調節氨基酸發酵液的pH值，使不同氨基酸的帶電性質及解離狀態不同，再通過選擇合適的離子交換樹脂就能分離、提取L異亮氨酸。當菌體濃度過高時，更容易出現菌團阻塞流道的現象。 根據《生物工業下游技術》《氨基酸發酵工藝學》這兩本書我們可以總結出微孔膜有以下一些優點： （1）孔徑較均勻，過濾精度很高。膜分離技術是利用物質間透過性的差異，膜材料上固定的特殊的活性基團，可以使溶質與膜材料發生相互作用來提高膜分離的功能。工業上常需進行重結晶的方式進一步精制。此操作可在加壓、減壓、常壓條件下進行。四、 濃縮（一）RO濃縮滲透是自然界中很常見的一種現象。該技術具有操作方便、設備簡單、無相變、處理效率高、無化學變化、節省能量等特點。事實上把具有該效果的幾個操作結合起來，能更好的達到分離純化L異亮氨酸的目的。因為存在菌體和蛋白質膠體物，導致發酵液粘度大，影響最終氨基酸的提取精制。地點選擇是指對所建廠在某地區內的地理坐標和相關自然環境狀況，進行相應的勘測調查和對比分析。生產過程中加的原料糖不能完全被利用，且加入的作為發酵體系的營養物質除了原料糖外，還夾帶有多糖、非還原糖等，但其不能被發酵所利用。所以在工業上得到廣泛的應用，且包括直接發酵法和添加前體物發酵法等。但由于提取法和合成法原料來源受限制，需要多部合成工藝、周期長、生產成本高，污染環境 ；L異亮氨酸分子內有兩個不對稱的碳原子，很難采用這兩種方法得到廉價又純度高的L異亮氨酸；且這樣得到的L異亮氨酸很難與其異構體進行分離提純，這也是為什么現在工業中一般都采取生物發酵法的原因。3）具有抗癌、抗病毒、抑制細菌生長等功能。一旦出現血漿中支鏈氨基酸水平下降，人體就會漸漸地消瘦，這就是我們所說的“自我食人肉”。它還具有強化肝功能、減輕肌肉疲勞、形成肌肉等作用，若將其添加到飲料中，作為功能飲料，將有助于運動員緩解肌肉蛋白被分解。CMerckC儲存條件應該注意的是C2C3鍵的斷裂分兩種情況：1)直接斷裂 2)由于氫轉移導致的，也就是首先C6上的一個H逐漸接近O1直到轉移到O1上，最終導致C2C3單鍵的斷裂。到了1904年，ehrlich 首次從甜菜糖漿中分離出該物質，后來又從牛肉蛋白、谷蛋白等多種蛋白的水解液中得到。摘 要本設計主要是年產量為2000噸的L異亮氨酸提取工藝的設計。 Vacuum concentrated point crystallization 目 錄第一章 前言…………………………………………………………1第二章 總體設計案…………………………………………………7第一節 設計參數……………………………………………………7第一節 廠址選擇……………………………………………………7第三章 提取工段的工藝論證………………………………………9第一節 各分離精制技術概要………………………………………11第二節 各分離工藝…………………………………………………12第四章 提取工藝的物料衡算和設備選型…………………………28參考文獻………………………………………………………………40致謝……………………………………………………………………41I天津科技大學2013屆本科生畢業設計 第一章 前言一、 引言最早在1901年的時候，fischer在蛋白水解液分離的亮氨酸組分中發現了L異亮氨酸，且L異亮氨酸的旋光度比亮氨酸還要大，這是有關L異亮氨酸的最早報道。根據相關理論計算的數據、參考文獻和氨基酸電離的性質，理論上L異亮氨酸分子有三個容易斷裂的鍵：C1CC3CC2N。168170176。168170 186。如果缺乏L異亮氨酸 ，就會導致食欲不振、貧血、體質下降等功能性問題。當機體受到創傷或嚴重的感染、燒傷時，體內代謝將處于高度分解的狀態，特別是當大量的肌肉蛋白質分解而使得支鏈氨基酸作為主要的機體能量的來源，進而被消耗。正常人體內，~，在給病人補充支鏈氨基酸后，肝昏迷可以很快緩解，這恰是其它抗昏迷藥不可能達到的效果。五、 L異亮氨酸的生產方法生產L異亮氨酸的方法有三種：提取法、合成法和生物發酵法。 此法具有反應條件溫和、易于控制、原料成本低、環境污染小、易于實現大規模工業化生產等優點。目前，工業上產L異亮氨酸的方法只有以葡萄糖為發酵碳源和能源的發酵法。 廠址選擇包含地點和場地的選擇兩方面。采用不同的工藝，發酵液中菌體的含量也會不同，一般為5%~10%。分離精制是指利用L異亮氨酸與其他雜質物性上的差異，讓L異亮氨酸或雜質移向不同的相中，以達到提高L異亮氨酸的純度的目的。膜分離技術是指利用半透膜作為選擇性障礙層，允許其中的某些組分透過而保留其它組分，最終達到分離目的的技術。所以，微粒能自發的吸附分子、離子、原子，并在表面形成多分子或單分子層。由于L異亮氨酸不易揮發，所以可以采用此操作。經過粗結晶得到的晶體一般都會含有少量的雜質。膜可以將液體或氣體分開。 膜污染的處理有方法物理和化學兩種：物理方法：等壓沖洗、反沖洗、脈沖流動、靜置浸泡加水力反沖洗、超聲波；化學方法及藥品：起溶解作用的物質、起切斷離子結合作用的方法、起氧化作用的物質、起滲透作用的物質 THE FILTRATION SPECTRUM 過濾譜圖（四）有機微濾膜除菌體蛋白 微孔膜是一種均勻而多孔的薄膜，通常厚度在90～150μm左右，～10um之間，～。雖然升溫將有利于膜通量的提高，可是溫度一旦高達42℃，膜通量的增加將會變得很緩慢，因為過高的溫度使菌體發生了絮凝。在這樣的操作條件下，L異亮氨酸的收率可達到93%以上，且色素去除率可達到94%以上。L異亮氨酸發酵液流經WA2陽離子交換柱時，由于各個物質與樹脂的親和力大小不一樣，參照《氨基酸工藝學》可以總結出，最終被交換吸附的物質由柱頂到柱底大致可分為六個層次：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：有機色素。COOH RSO3H + NH4Cl → RSO3 NH4 + HCl洗脫：RSO3NH3 CHR39。 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。pH值適宜范圍因樹脂的類型而變。工作交換量是指工作狀態時的實際交換量。 ~ ，而反洗時WA2樹脂的膨脹度不應小于50%。其缺點就是樹脂吸附的Ca2+ 、Mg2+ 等陽離子不易洗脫，且它們的量會隨操作次數的不斷增加而積累，這樣一來就會導致樹脂吸附L異亮氨酸的能力降低。 洗脫后的樹脂，絕大多數會變為Na+型，而小部分則是NH4+型，這時就不能繼續吸附L異亮氨酸了，應先將樹脂重新變為H+型 。但其選擇性較差，且采用不同生產原料和制備方法得到的活性炭其吸附力也不同。而化學吸附的機理則是：由于吸附劑表面存在一些不飽和的價鍵，這些鍵可以和被吸附物分子的極性基團形成相應的副價鍵，進而產生吸附作用；它的特點是有一定的選擇性，且適當升溫能加快吸附速度，整個吸附過程還會發生能量的變化，解吸較物理吸附困難。現在我國氨基酸工業大體上都會采用活性炭進行脫色的工藝。反滲透從結構上分為：均質膜、非對稱膜、動態膜、復合膜；從材料上分為：芳香聚酰胺膜、醋酸纖維膜、無機質膜、高分子電解質膜等。反滲透膜用于分離處理液中分子量小于500的物質；超濾膜用于分子量大于500的大分子，也可用于極細的膠體粒子的分離；～10μm的粒子。由于操作壓力的不同，可將蒸發過程分為減壓蒸發（真空蒸發）和常壓蒸發。 （6）因為冷凝器和蒸發器的內壓力低于大氣壓，導致了冷凝水和完成液都需要泵排出。L異亮氨酸溶于水，通常會以離子的狀態存在，且它的解離方式主要取決于溶液的PH值。含量很低時，常溫下很難讓L異亮氨酸達到飽和，即溶液的過飽和率很小時，生成結晶的速度會較慢，導致了生成的晶核或晶核數量很少。若肉眼能看到有晶核，這就表明已經形成不少晶核了，ph=6就可作為第一步的pH終點值，進行停酸育晶，要注意保證一定的養晶和育晶時間（約2小時）。雜質對晶體生長速率的影響方式有以下幾方面：A、改變溶液結構或平衡飽和濃度，進而改變晶體與溶液在界面上液層的特性，最終達到影響溶質長入晶體。但攪拌太過于激烈，溶質分子運動過快，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，還易出現二次成核現象。固體物料的干燥主要包括兩個過程：傳熱和傳質。生產力：2000t/年理論上： 日生產產品L異亮氨酸：2000247。90%=每個周期發酵液：247。離心泵：采用型號為：IH10080125，材質為：不銹鋼，流量為：100m3/h，揚程為：20m，效率為73%的離心泵，所以輸送處理液的時間為：247。離心泵： ，同樣采用型號為：IH10080125，流量為：100m3/h，揚程為：20m，效率為73%，所以輸送處理液的時間為：247。2 = m3（一）設計離交柱D = ， H = ， 裝填系數為2/3，每個離交柱中樹脂的體積為： （D/2）2H = m3 2/3= 離交柱個數： 247。（5）液位計 選用板式液位計IPg118304，JB59764，與樹脂進口等高。 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————HCl的摩爾質量根據《化工工藝設計手冊》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。80%= ，取V=69m3，D=4m，H=。因為炭柱再生過程中，酸堿交替，縮短設備使用壽命，故以采用襯膠或襯瓷磚柱為宜。采用有機卷式膜，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）。 其中： P————容器壓力，取P= [σ]————設計溫度下的許用壓力，這里取[σ]=1270kg/cm3 216。 （3）聯軸器：本設計轉速較低，剛性要求也不大，所以可以采用造價成本低、構造簡單而剛性凸緣聯軸器，參照《機械零件設計原理》，這里選用的型號為GZ4. 這里采用一臺普通的離心機就行。設備一覽表 序號設備名稱數量規格與型號材料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減壓等電結晶1V=20重結晶1V=21雙錐回轉真空干燥1GSZ10022離心機223管道數根碳鋼42參考文獻【1】常高峰. 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