年產2000噸l-異亮氨酸廠工藝設計-提取車間(已改無錯字)

　　

【正文】 也可采用廢蒸汽作加熱蒸汽。 （2）溶液的沸點低，即使是同樣的加熱蒸汽，蒸發器傳熱的平均溫度差也大，所需的傳熱面積很小。 （3）沸點低，對于熱敏性物質的處理有利。 （4）蒸發器操作溫度較低，系統的熱損失小。 （5）由于溶液溫度低、沸騰的傳熱系數小、粘度小，所以蒸發器的傳熱系數小。 （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。 （7）有必要用真空泵抽出不凝性氣體，以便可以保持一定的真空度，這就需要多消耗能量。這里我們采用降膜式真空蒸發設備進行操作。五、 等電點提取法 等電點法是氨基酸提取方法中最為簡單的一種，其基本理論是利用L異亮氨酸的兩性解離和等電點這兩個性質。因為不同的氨基酸其等電點也不同，且在等電點時，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而淀淀下來。也就是說在等電點時L異亮氨酸的溶解度達到最小，很容易就會結晶析出。 L異亮氨酸分子中有兩種不一樣的特殊基團：親水基團 COOH 和NH4+ ，憎水基團 CH2CH2CH3。正是這兩種特殊基團與溶劑水分子之間的相互作用力決定了L異亮氨酸的溶解度大小。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。 根據相關資料可知： PI= pK1=(－COOH) pK2=(－NH3﹢) 工業生產上當采用等電點沉淀法提取L異亮氨酸時，一般先將發酵液的pH調到6左右，盡量讓L異亮氨酸處于過飽和狀態以達到結晶析出的目的。（一）、 結晶原理 結晶指的就是溶質能自動從飽和溶液中析出，而形成新相的這樣一個過程。結晶的全過程主要包括三個階段：過飽和溶液的形成、晶核的形成、晶體的長大。而溶液使達到過飽和狀態是結晶的前提，且結晶的推動力是過飽和率。當出現溶液的濃度與溶質溶解度相等時，也就說明溶質的溶解等于析出的數量，也就是說溶質與溶液這兩者處于平衡狀態，這時的溶液就叫做飽和溶液；如果溶液處于未飽和狀態，則一旦添加固體，固體就會溶解；若溶液已經處于飽和狀態，則超過飽和點的那部分溶質早晚都會從溶液中沉淀析出。所以，如果想要讓溶質從溶液中結晶析出，首先應該讓溶液處于過飽和狀態。根據物理化學、生物分離工程課堂上老師的講解及《生物工業下游技術》一書，我們可以用下圖把結晶過程表達出來： 飽和曲線與不飽和曲線（二）、 參照《生物工業下游技術》和《生物分離原理與技術》我們可以總結出影響結晶的一些因素如下： （1）含量對結晶晶型的影響 室溫下自然冷卻，L異亮氨酸含量一旦升高，結晶也會增多，而水分增加，母液的分離會變得困難，導致L異亮氨酸的純度降低。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。這樣的話就應想方設法去增加處理液中L異亮氨酸的含量，中和時，可往處理液中多加些高流分，以便可以提高處理液中L異亮氨酸的含量，另外在晶核形成之前，調節pH=6左右，然后投入晶種，以促進晶體的形成。 （2）晶種與育晶 L異亮氨酸起晶有：自然起晶和加晶種起晶這兩種方法。 晶種：加入晶種主要是為了誘導結晶，且能控制晶體的大小、形狀、均勻度。所以，在結晶操作中，通常都會在結晶將要開始前就先投入一定數量的晶粒作為晶種。如果不采用晶種起晶，一旦蒸發或冷卻速度過快，就會出現大量晶核，且晶體長大速度和析核速度都很難控制，另外所得到的晶體顆粒也是參差不齊的。 通常情況下，％來取。育晶：一旦pH中和到接近6時，就要注意觀察晶核的生成情況。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）。再慢慢地把pH調到結晶點，以便晶核的成長。 （3）加酸速度的影響 。且加酸速度的快慢，也會影響晶型。尤其出現發酵不正常現象時，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。一旦控制了一定數量的晶核后，即可停止加酸，接著進行育晶，以便晶體可以進一步成長。 （4）雜質的影響 雜質對晶體生長速率的影響表現為：抑制生長、改變晶習、促進生長。有的在較高濃度才出現，有的在小于1mg/kg就會出現。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。B、雜質本身吸附在晶面上，產生了阻擋作用C、一旦晶格有相似之處，雜質就很有可能會長入晶體內。在晶體生長過快時會產生晶體缺陷和位錯，而晶格不同也會出現吸藏現象，使得雜質的質點陷入L異亮氨酸晶體中。 菌體的影響：其不易與L異亮氨酸分離，所以最好先除去菌體后再進行等電結晶提取L異亮氨酸。 高殘糖的影響：L異亮氨酸的溶解度將會增加，而且殘糖本身易產生晶體。所以生產過程中，殘糖越少越好。 （5）攪拌的影響 晶粒在吸收溶質后，周圍溶液的濃度就會下降，可見，攪拌有利于晶粒和溶質接觸，也有利于長晶。另外攪拌還能保持晶漿上下四周的溫度均勻，也使得補液或加水可迅速分散到母液中，還可避免晶體沉積到容器底粘結到一起。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。通常轉速取25～30r/min。由于L異亮氨酸的溶解度會隨著溫度的降低而變小。這里可通過提高制冷能力，而使等電點提取的最終溫度，由最初的15～20℃降為0～5℃，％，最終增加了一次等電點結晶法的收率。 六、 重結晶 根據《生物工業下游技術》和《生物分離原理與技術》我們可以總結出重結晶的操作過程有如下幾個步驟： （1）首先要選擇合適的溶劑； （2）將粗結晶得到的物質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異亮氨酸的重結晶的成功很重要，參照《化工原理》、《生物工業下游技術》和《生物分離原理與技術》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異亮氨酸發生化學反應 （2）要求對雜質的溶解度要很小或很大 （3）溶劑的沸點不是很低，當然也不能太高 （4）在室溫或低溫時只能溶解很少的L異亮氨酸 （5）能結出較好的L異亮氨酸晶體七、 干燥固體中的水分可分為毛細管水、表面水、被膜所包圍的水分三種。表面水就是指自由水，是不與物料結合而只是附著于固體表面，干燥得最快，最均勻。而毛細管水分子逸出相對表面水比較困難，蒸發速度慢且需較高溫度。而膜包圍的水分，經緩慢擴散至膜外才能進行蒸發，它是最難除去的。固體物料的干燥主要包括兩個過程：傳熱和傳質。干燥過程中這兩個過程是同時并存的，兩者相互影響相互制約。一般干燥介質選用熱空氣，干燥過程一般進行到物料的含水量降低到物料的水蒸汽壓等于空氣水蒸汽分壓為止。干燥過程大體上可分三個階段：物料預熱、恒速和降速。若物料內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保持濕潤，干燥速率也不變；可是如果內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，物料進而升溫，最終進入降速干燥階段。 根據《化工原理》、《生物工業下游技術》和化工原理課堂上老師的講解，我們用下圖形象的描述出干燥的過程： 干燥速率曲線 第四章 提取工藝的物料衡算和設備選型 參照前面給出的工藝流程圖，本章主要是就其中比較主要的幾個操作單元進行相關的論證及設備選型，即設計的重點是微濾、超濾、離交、活性炭脫色、RO濃縮和減壓等電點結晶這些步驟。主要是就各個操作的主要設備及其輔助設備的尺寸、數量、材質和型號進行了相關的計算和選擇。%以上的結晶2000噸，%(=35g/L)，糖酸轉化率22%，裝液量/罐容75% ，總提取收率75% （其中，%，離子交換85%，等電結晶90%），發酵周期55h，通風比1：，染菌機率：1%，%，生產天數為320天。生產力：2000t/年理論上： 日生產產品L異亮氨酸：2000247。320％＝ kg每天發酵液用量：247。%= m3發酵周期的個數：32024247。60=128（個）總發酵液用量：320 = m3每個周期發酵液：247。128 = m3每個周期總的L異亮氨酸的量：% = kg 實際上：每個周期需要生產的L異亮氨酸的量：247。98%247。98%247。85%247。90%=每個周期發酵液：247。%=發酵罐的選擇： 本設計采用發酵罐容積為100 m3，按初定容75%算，則發酵罐個數為： 247。75% 247。100 =（個）， 取8個。生產周期是55h，這里選擇在兩個生產周期之間給放罐洗罐預留1h的時間，空消2h，，所以本設計按60h為一個周期來計算。 膜分離 此操作的要求是：除去懸浮物、細菌類、微粒子、大分子有機物，且收率要達到98%。理論上每天微濾的處理量： 247。 = 實際上需要加入10%的水進行稀釋，以便更好地達到收率為98%，所以事實上每天微濾的處理量應為：=理論上膜分離后每個周期得到的L異亮氨酸的量：98% = kg本設計采用陶瓷膜：流量為90m3/h/m2，采用膜面積為：640m2，,外形尺寸為：1088（m），膜孔徑為50nm的處理設備。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。100= 料液儲罐：采用無錫新龍儲罐科技有限公司的生物儲罐，其材料為：鋼襯塑料，所以當選用3個儲罐時有： 247。3=按裝填系數為80%算，則每個儲罐的體積為： 247。80%= ，所以取V=110m3，D=4m，H=。 廢液儲罐：江西天安水環保科技有限公司不銹鋼水罐根據前面提到的發酵液的一般性質，我們知道待處理液中固體物質菌體和蛋白質膠體物約含5%~10%，則所需的廢液儲罐按固體物質最大量10%算時有： 10%= 247。80%=同樣采用江西天安水環保科技有限公司不銹鋼水罐，把微濾和下面的超濾廢料都收集在同一個罐，現在取長為5m，寬為3m，高為2m，則V=30m3，雖然V=，但由于通常固體物的含量一般都達不到10%，所以這里取的尺寸符合要求。 超濾 這里超濾的任務是：除去蛋白質、各類酶、細菌、病毒、膠體、微粒子，且收率達到98%。每天超濾的處理量： = m3/d理論上超濾后每個周期得到的L異亮氨酸的量：98% = kg 取流量為90m3/h/m2，采用其面積為640m2，外形尺寸為：1088(m)，膜孔徑為1um的有機卷式膜超濾設備。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。100=。料液儲罐: 采用無錫新龍儲罐科技有限公司的生物儲罐，其材料為：鋼襯塑料，所以當選用4個儲罐時有： 247。4=按裝填系數為80%算，則每個儲罐的體積為： 247。80%= ，所以取V=100m3，d=4m，h=8m。 離交 該操作單元主要目的是：將L異亮氨酸與其它氨基酸、陰陽離子分離開來，及收率達到85%。WA2型陽離子交換樹脂的總交換量為85毫克當量/ml濕樹脂，因此，需要的濕樹脂量為： 247。851000 = m3分兩批處理，每批次所需要的樹脂量： 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。 = （個） 取6個（1）封頭： 選用橢圓形的封頭，材料為：不銹鋼；型號為：JB115473；壁厚為：6mm，所以規格為：Dg20006。（2）進料口：每批次的處理液為：60247。24 = = 每個離交柱的處理量： 247。6= m3 參照太倉天誠防腐化工設備廠的聚丙烯離子交換柱相關參數，有上柱流速采用20 m3/h，則處理時間為： 247。20= 2=20/3600得：Di=，所以這里取公稱直徑Dg=60mm，壁厚5mm；選帶套管進料管，材料為：硬聚氯乙烯；套管連接法蘭采用HG500658.（3） 筒配法蘭： 本設計選用乙型平焊法蘭，材料為：16Mn；型號為：JB115973；光滑密的封面，代號為G，Pg=1kg/cm3。而法蘭墊片選用的是光滑密封面法蘭用的是非金屬軟墊片，材料為：石棉橡膠板；型號為：JB116173。（4）視鏡 選用帶勁視鏡IPg25，Dg=80mm，h=50mm，型號為：YHS4