课程设计

兰州交通大学 化学与生物工程学院

课程设计名称：年产1万吨赖氨酸的工艺设计 姓名：

学号： 专业班级：

一.研究现状

赖氨酸（L-Lysine），分子式为C6H4N2O2，国家标准GB8245—87

规定了饲料级L—氨基酸盐酸盐产品的质量准， 化学名称2，6-二氨基己酸。也称为L -赖氨酸盐酸盐，是一种必需氨基酸。它是人体所必需的营养物质，但是身体不能自己产生它。它必须通过日常饮食和营养补品获得。作为一种氨基酸，它是蛋白质必不可少的组成部分。这种营养对于身体适当的成长和发展起到了重要作用。它是肉碱生产的一个重要组成部分。肉碱负责将一些不饱和脂肪酸转化为能量，还有助于降低胆固醇水平。

在身体中赖氨酸还有其他功效。它和其他营养一起形成胶原蛋白。胶原蛋白在结缔组织，骨骼，肌肉，肌腱和关节软骨中扮演了重要角色。此外，赖氨酸也有助于身体吸收钙。

饮食中缺乏赖氨酸的情况是比较常见的。通常情况下吃素的人发生率较高，一些运动员如果没有采取适当的饮食也会出现赖氨酸缺乏的问题。蛋白质摄入量低（如豆类植物，豌豆，小扁豆等）也可能导致赖氨酸摄入量低。 4分子式：C6H14N2O2 CAS号 56-87-1[1]

相对分子质量：146.19

性状：淡棕色粒、易溶于水,纯品为白色针状结晶，无味或稍带特殊臭味，易溶于水，溶液的PH值为5.0-6.0，难溶于有机溶液，有旋光性，熔点263-2C.赖氨酸难于结晶，市售商品通常为98%的L-赖氨酸盐酸盐。具有旋光性。由于游离的L-赖氨酸极易潮解，因具有氨基酸而易发黄变质，并具有刺激性腥味，难于长期保存。因此，一般商品都是L-赖氨酸盐酸盐。 赖氨酸盐酸通常较稳定，高温下易结块，相对湿度60%以下稳定，60%以上则生成二水合物，与维生素C和维生素K并存则着色。碱性条件及直接在还原糖存在加热则分解，易溶于水，水溶液呈中性至微酸性，与磷酸、盐酸、氢氧化钠、离子交换树脂等一起加热，能起到外消旋作用。 缺乏赖氨酸的症状

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。可以在医疗专业人员建议下采取赖氨酸营养补品。赖氨酸每日的建议摄入量是儿童每磅体重10毫克，成年人每天在3000-9000毫克之间。 已经证明它对一些特定疾病是有益的。已知赖氨酸的功效包括治疗单纯疱疹病毒和带状疱疹引起的唇疱疹。摄入赖氨酸可以大大缩短治愈的时间。研究已经表明，它具有改善免疫系统，抵制单纯疱疹和带状疱疹病毒的功效，

一些研究还表明，赖氨酸的功效还可能包括防止骨质流失（可造成骨质疏松症），因为它能够帮助身体组织吸收钙。结合其他氨基酸可以促进骨骼活力，并通过增加女性胶原蛋白预防骨质疏松症。增加胶原蛋白可以促进骨骼和结缔组织更强大和更柔韧。

研究还显示，赖氨酸与某些非甾体抗炎药结合，能够成功的治疗与经前综合症和月经初潮相关的偏头痛和腹部绞痛。尽管还需要进一步的研究获得更确切的答案，但是赖氨酸改善这些问题的可能性令研究人员非常兴奋。

赖氨酸是人体需要的一种氨基酸，一种不可缺少的营养物质。人们知道，蛋白质是构成人体细胞的主要成份，食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基酸，然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质，如免疫抗体、消化酶、血浆蛋白、生长激素等都是合成后的人体蛋白质。在合成蛋白质的各种氨基酸中，L-赖氨酸是最重要的一种，少了它，其它氨基酸就受到或得不到利用，科学家称它为人体第一必需氨基酸。近年来，科学家还发现，L-赖氨酸是控制人体生长的重要物质抑长素 (Somatotation,ss) 中最重要的也是最必需的成份，对人的中枢神经和周围神经系统都起着重要作用。人体不能自身合成L-赖氨酸，必须从食物中吸取赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质，人体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用，达到均衡营养，促进生长发育。

赖氨酸作用有：

1．、提高智力、促进生长、增强体质。 2．、增进食欲、改善营养不良状况。 3．、改善失眠，提高记忆力。

4．、帮助产生抗体、激素和酶，提高免疫力、增加血色素。 5．、帮助钙的吸收，治疗防止骨质疏松症

6．、降低血中甘油三酯的水平，预防心脑血管疾病的产生。 赖氨酸是人和动物自身不能合成的一种氨基酸，必须从外界摄取，而植物中所含的各种赖氨酸很少，被称为植物中的第一性氨基酸。1960年日本的木下祝郎等用紫外线照射谷氨酸柞杆菌得到一株营养缺陷型变异株，从此开始了发酵法工业生产商品赖氨酸。世界上生产的主要方法有微生物发酵法、化学酶法、提取法和合成法四种。其中最重要的是化学酶法和微生物发酵法。 用途：

1.用于饲料业 赖氨酸具有两个氨基，表现为碱性氨基酸并具有特殊的性质，在饲料中添加适当比例的赖氨酸可以改善饲料中氨基酸的平衡，提高饲料利用率，促进动物生长和改善肉质的功效。

2.用于食品工业 由于谷物中赖氨酸含量甚低，在加工过程中已被破坏而缺乏，故为第一性氨基酸，添加到食品中可以促进生长发育、添加食欲、减少疾病、增强体质的作用，用于罐头中还有防臭保鲜的作用。

3.用于医药工业 赖氨酸可用于配制复合氨基酸输液，它比水解蛋白输液效果好，副作用小。赖氨酸可与各种维生素、葡萄糖制成营养补剂，口服后易被肠胃吸收。赖氨酸还可以改善某些药物的性能，提高药效。

赖氨酸的生产现状;

2006年全球生产能力约135-140万吨/年，主要生产商为中国长春大成实业集团公司、日本味之素公司、美国ADM公司、德国德固萨公司、日本协和公司、韩国的希杰、的味丹和德国巴斯夫公司（目前已关闭了其下属的氨基酸生产企业）等。

近几年我国赖氨酸产能高速增长。从2001 年不足5 万吨/年增长到2006 年的近60万吨/年，成为世界最大的赖氨酸生产国。仅大成集团的赖氨酸产量已超过32万吨。目前国内主要生产企业有长春大成、川化味之素、聊城希杰、宁夏伊品、山东金玉米、安徽丰原等。

二.立题依据

1.建设规模及产品方案

1）建设规模：年产10000T。 2）产品标准：L—赖氨酸盐L—ＬYSINEHCL 分子式：C6H14N2O2·HCL 分子量：182

性状：淡棕色粒、易溶于水。国家标准GB8245—87规定了饲料级L—氨基酸盐酸盐产品的质量准。

3）生产方法：以玉米淀粉乳为原料，采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经过发酵、过滤、中和、精制、干燥而得成品，必要时进行重结晶。 4）工作制度：年工作日按300d计。 2. 原材料及产品的主要技术规格

本设计要求以玉米淀粉乳为原料，但是，工业上选择生产原料时，不但要考虑工艺上的要求，还要考虑生产管理和经济上的可行性。在大规模工业生产中，选择原料一般要考虑到下述要求： 1)因地制宜，就近取材，价格低廉；

2)原料中可利用成分高，末严重污染，抑制生长和产酸的物质要少或能够去除，能满足工艺上的要求；

3)原料资源丰富，便于采购运输，适于大规模储藏，保证生产上的供应。

3.求达到的技术经济指标 发酵产酸率 13% 染菌率 转化率 100% 发酵周期 提取收率 90% 平均通过气比为 三.生产方法及工艺路线

赖氨酸是人和动物自身不能合成的一种氨基酸，必须从外界摄取，而植物中所含的各种赖氨酸很少，被称为植物中的第一性氨基酸。1960年日本的木下祝郎等用紫外线照射谷氨酸柞杆菌得到一株营养缺陷型变异株，从此开始了发酵法工业生产商品赖氨酸。世界上生产的主要方法有微生物发酵法、化学酶法、提取法和合成法四种。其中最重要的是化学酶法和微生物发酵法。其具体操作过程如下。 1 化学酶法

此法是借助于有机合成与生物化学工程相结合的生产技术，可以己内酰胺或二氢呋喃为起始原料，或以糠醛为原料制取。

制取尼龙原料己内酰胺时，有大量的还己烯生成，用环己烯易于合成DL—氨基己内酰胺（DL-ACL），以此为原料采用水解酶法生产赖氨酸，分为两步反应进行。先用L—ACL水解酶，不对称水解L-ACL的环状酰胺链，生成L—赖氨酸，再用ACL消旋酶使残存的D-ACL消旋化反应。具体工艺中采用罗氏隐环酵母等进行水解反应，用奥巴无色杆菌进行消旋反应。100/L的DL-ACL几乎全部转化为L—赖氨酸。 2 微生物发酵法

发酵法包括一步法和经由二氨基庚二酸的二步法。通常以废糖蜜，淀粉为原料，采用双酶法，使淀粉先经液化、糖化而转化为葡萄糖，然后再以糖类为发酵原料，日本多采用短杆菌诱发株为菌种，以通用的碳水化合物及其他营养素为培养基，经过发酵、过滤、中和、精制、干燥而得成品，必要时进行重结晶。成品对糖总得率为35%，每吨成品耗糖蜜8吨（或淀粉4.4吨），成本约1万元人民币。L-赖氨酸的生产工艺与

1% hr1:0.2 味精类似，工艺较简单，日本的技术经济指标较先进。 工艺的关键技术在于培养和优选最适宜的菌种，采用不同的原料其结果会大不相同，甚至同一原料也会因原料产地和产出时间的差异使结果有很大差别。国内的发酵法工艺提取率为80%-85%,糖转化率40%-43%，产品收率大于90%。

在发酵和菌种培养中，必须有专人负责，在经过对菌种培养和溶变处理，培养出变异菌种，经筛选和最优化选择出最佳菌种，在培养高峰期加入碳源内，经调整PH后，在发酵期内灭菌处理，在接入种子培养物使其发酵后，按照规定处理方法经分离后得精品L—赖氨酸。 发酵法生产赖氨酸通常以淀粉、甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜为原料，其工艺过程为：淀粉在酸或酶的作用下水解成淀粉糖，假如营养盐调PH值后，进入发酵罐进行灭菌处理，然后接入种子培养物使其发酵，经过微生物发酵后的浓缩液冷冻结晶、离心分离、烘干提纯后即得产品。 3 其他方法

生产赖氨酸的方发出上述两种方法外，还有由血粉、酪蛋白、脱脂大豆水解后，用离子交换树脂分离而生产的蛋白质水解法，以及用化学合成制得廉价中间体，借助酶的生物催化作用生产赖氨酸的化学合成法，但这些方法应用较少。 4 生产流程简述

不同原科的深层发酵工艺大同小异，主要差别在于前面的原料处理工艺，而在发酵工段的区别仅在于两个方面，即是否采用种子培养和是否采用补料工艺。

赖氨酸生产工艺流程图：

4.1原料预处理

目前国内外生产上采用淀粉加工葡萄糖的液化、糖化方法主要有：双酶法、酶酸法、酸法、酸酶法等几种。

与传统酸法水解淀粉相比，酶法具有独特的优点：1）可在常温常压和

温和酸度下，高效地进行催化反应，简化了设备，改善了劳动条件和降低了成本；2）酶催化所需的活化能极低，催化效率远比无机酸高，α-淀粉酶与糖化酶共同作用于淀粉，得到的葡萄糖液DE值达98％以上；3）酶水解具有专一性，制得产品的纯度高；4）酶本身是蛋白质，无毒，对酸碱度极为敏感，故可简单地采用调节酸碱度、改变反应温度或添加抑制剂等方法来控制反应的进行；5）酶的来源广泛，许多动植物和微生物都可作为某些酶的原料；6）酶可以回收，重复利用。现在生产中大多使用此法。但是，普通的酶法制糖相对生产周期较长，糖液过滤困难。

4.2种子培养

采用种子培养，先将孢子接入种子罐中进行培养，然后接入发酵罐。种子培养的目的是使黄色短杆菌发芽.

斜面菌种→一级种子培养→二级种子培养 →发酵罐

斜面种子的制备：要求种子纯，没有杂菌和噬菌体污染。

培养基：蛋白胨1％、牛肉膏1％、氯化钠0.5%、葡萄糖0.5%、琼脂2％。组成pH7.0-7.2琼脂培养基。灭菌后30℃保温24h检查无菌后放冰箱备用。

培养条件：30－32℃培养18-24h。 一级种子培养：

培养基：葡萄糖2％、玉米浆1-2％、尿素0.1%、磷酸氢二钾0.1%、硫酸镁0.04%、硫酸氨0.4%。pH7.0-7.2。 培养条件：30-32℃，培养15-16h。

二级种子培养：用种子罐培养，用水解糖代替葡萄糖。

培养条件：温度30－32℃；通风量1：0.2(V/V)，搅拌200r/min。 时间8－11h。

采用种子培养工艺有下列优点：

1）缩短了发酵罐的发酵时间，一般可缩短30h左右，从而提高了设备利用率。虽然增设了种子罐，但包括种子罐在内的总罐容量较小，节省设备投资。

2）种子培养的质量易于控制。直接接种孢子到生产罐中时，相当于在生产罐中进行种子培养。由于受发酵条件的制约，生产罐中的营养物（如氮源，磷源等）不能过多，往往不能满足孢子发芽和生长的需要，因此种子发育较慢。而在种子罐中可以添加适量营养物，以促进种子快速发育，并提高其产酸能力。事实证明可以达到这种效果。

3）有利于防止杂菌污染。的种子培养车间比发酵车间小的多，环

境卫生易于控制。在种子罐中单独培养时，接入孢子的密度约是直接接入生产罐的10倍，加上种子发育快，受感染的可能性大大降低。而且，生产罐接入菌丝球以后，很快进入产酸阶段，受感染的可能性小的多。另外，如果出现菌种退化或者在孢子扩大培养阶段出现染菌，也能在种子培养时提早发现，以便即时采取措施。即时倒罐，种子罐的损失也只有生产罐的10%。

4）总能耗降低。因为种子单独培养时，通气搅拌的动力消耗远低于在生产罐中培养。此外，由于受杂菌感染的可能性大大降低，从而生产培养基的灭菌强度要求较低，节省能耗，也避免了高强度灭菌带来的一些不良后果。 4.3微生物发酵 发酵培养基：水解糖16.4%，蜜糖0.30%，硫酸镁0.06%，氯化钾0.08%，尿素4.0%，磷酸氢二钾0.02.%，玉米浆0.20%，泡敌0.05%，硫酸锰0.2mg/100ml，硫酸亚铁0.2mg/100ml，植物油0.10%，接种量2%。

赖氨酸生产：

赖氨酸发酵的工艺条件 培养基： 1、碳源:

葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖（来源于大米、玉米合薯类）；糖蜜（甘蔗、甜菜）

2、氮源： 无机氮源: (1)尿素 (2)液氮 (3)碳酸氢铵； 有机氮源:玉米浆、麸皮水 解液、豆饼水解液和糖蜜等。作用：合成菌体、赖氨酸、调节pH,目前，工业生产采用大豆饼粉。花生饼粉和毛发的水解液为有机氮源，用量2－5％。

温度：前期32℃，中后期34℃

pH： 6.5～7.5，最适6.5～7.0。 pH控制：流加尿素或氨水。 种龄：对数生长期种子

接种量： 二级种子接种量2％，种龄一般为8～12h；三级种子种量10％，种龄6～8h。 供氧：充足。 生物素：（1）赖氨酸生产菌为生物素缺陷型，发酵培养基中需要生物素作 为生长因子。

（2）过量生物素可促使细胞内合成的谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制作用增强，抑制谷氨酸大量生成，使代谢流通向合成天冬氨酸方向进行，增加其含量，提高赖氨酸产量。 （3）要充足，20～30g/L以上 维生素B1 ：有促进作用

醋酸：加入醋酸比单独采用糖质原料Lys产量高 硫酸铵：适当增加，4%～4.5% 流加糖和其它生长因子 4.4赖氨酸生产 1）接种

按种前必需对接种管道进行灭菌，灭菌与大罐灭菌同时进行。操作肘，打开生产罐接种口通大气的阀门，由种子罐阀门或底部通入蒸汽，使蒸汽经过种子罐出料管和接种管道通到大罐按种口，排入大气，这样约20min后，关小蒸汽，但仍保持少量出汽，直等到大罐内发酵冷却到35℃以下才关闭接种口通大气的阀门，并关闭蒸汽阀。然后打开接种阀通发酵罐，关闭种子罐的阀门，并关闭蒸汽阀，用无菌空气将种子培养液压入发酵罐，接种操作应在半小时内完成。如果种子罐的气压突然下降，则表示料液已经排完，因为这时空气直通到生产罐中，同的，大罐中的压力升高。接种后关闭接种阀，仍打开通大气的阀门。种子罐与接种管道要及时清洗，排除残余料液。接种操作时应该注意种子罐的气压不要超过0.2MPa表压，以防泄漏等事故发生，同时要注意生产罐培养基冷却到预定温度后，冷却水仍在畅开而造成培养基冷却过度。 2）控制

（1）温度控制：整个发酵过程控制32±1或35±1℃，具体根据菌种和实际情况制定，—般采用自动控制。

（2）罐压控制:一般控制在表压0.1MPa，通风系统压力不足时，可降低

罐压，以维持适当的通风量。

（3）风量控制:50m3标准机械搅拌发酵罐的参考通风量如下：

0—18h：0.08-0.1vvm； 18—30h：0.12vvm； 30h以后：0.15vvm

罐体积小于50m3时通风量要适当增大，大于50m3则要减小。通风量还应该根据发酵过程的产酸情况灵活掌握。加大风量可使产酸速率加快，但菌体呼吸强度和杂酸生成量可能增加。减小风量会降低产酸速率。 （4）搅拌转速:采用箭叶涡轮搅拌桨，转速控制如下： 罐容积 5m3 50-300r／min 25—30m3 110-120r／min 50m3 90-115r／min 80m3 90-110r／min

（5）pH控制:糖化完成后可适当加大风量使发酵进入旺盛产酸期。在产酸期内控制风量使产酸速率维持在2-3g／h•1，不得过快，以进一步利用糖化作用和防止菌体过早衰老。

（6)发酵过程监测:发酵过程的上述参数可以通过仪表检测，而酸度一般靠化学方法检测。这项参数是捡验发酵过程好坏的目的指标。接种后半小时测总糖一次，以后8h测残糖和酸度一次，最后每2h测一次。 4.5赖氨酸提取

发酵液放罐后直接经超滤系统过滤，能使真正收率达到99%以上，滤渣中含有大量的蛋白质及菌丝等营养物质，烘干后作饲料，可进行包装销售。

整个工艺过程特点：

1）酵液超滤过滤无须任何预处理，节约成本。菌渣可直接做饲料，完全消除废液污染。滤液不含蛋白质量高，保证连续离交进料要求。过滤收率可达98-99%。

2）纳滤废水处理系统能将硫酸铵废水处理成回用水，并且回收硫酸铵做肥料。膜系统适应性强，能随时跟上今后用户对处理后的污水排放水质进一步提高的要求。

3）本工艺的占地面积大大缩小。由于膜设备都是由膜元件叠加起来的，使膜设备占地极小。膜系统为全封闭系统，无物料和气体的泄漏，噪音小，并容易实现全自动化运行。 四.物料衡算

1.原料预处理车间：计算依据：全年按300天计算，发酵周期hr，主要生产原料为玉米淀粉乳，设计生产技术提取总收率90%，玉米淀粉含

淀粉86%，淀粉原料单耗2.12t （1）物料平衡计算

1)总物料衡算:

441102.122.1210 总原料需求：t

成只每天产量：1000030033.3t 取整数为34t 343001020 实际成品年产：t/a

42.121030071t 每天投料量：

1000㎏纯淀粉理论上能生产100%赖氨酸的量为：

10001.1181.7%1.2721153.5㎏

1000㎏纯淀粉实际上能生产的100%赖氨酸的量为：

1.1198%50%86%92%1.272547.4㎏ 1000 1000㎏工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）产生的100%赖氨酸的量为：

547.486%470.8㎏ 2)淀粉的单耗:

生产1000㎏100%赖氨酸理论上消耗纯淀粉的量为： 生产1000㎏100%赖氨酸理论上消耗工业淀粉的量为：

0.866986%1.008t

生产1000㎏100%赖氨酸实际消耗纯淀粉的量为： 生产1000㎏100%赖氨酸实际消耗工业淀粉的量为：

1000470.82.124t 1000547.41.827t

3)总收率

实际产量（㎏）547.4100%100%47.45%1153.5 理论产量（㎏）

淀粉利用率：

生产过程的总损失：100%47.45%52.55% 4)原料及中间体的计算

淀粉用量为：342.12472.22t/d 糖化液量纯糖量为：

72.21686%1.1198%67.56t/d

1.008100%47.45%2.124

67.56281.5t/d24% 换算成含量24%的糖液量为：

发酵液量的计算：

提取出来的赖氨酸的量为：29.5886%25.44t/d 换算成含量90%的提取液为32.3t/d

赖氨酸废液量（以排出的废液含0.7g/100ml赖氨酸计算）：

329.5825.440.7%591m/d

67.5650%1001.05443.4t/d8

(2)淀粉制糖工艺的物料衡算

1).淀粉浆量及加水量

赖氨酸生产过程中加水的比例为1：2.5，即1000㎏的工业淀粉调浆时的加水量为2500㎏，由此制得的淀粉浆量为3500㎏ 淀粉浆中干物质（淀粉）的浓度：

100086%24.57% 3500

2).液化用酶的量

淀粉液化用酶是α-淀粉酶，其用量为淀粉浆的0.017%，即α-淀粉酶的用量为：35000.017%0.6㎏

3.)CaCl2的加入量

2 由于α-淀粉酶是一种金属酶，Ca能使α-淀粉酶的活性大为提高，一般来说，CaCl2的加入量是淀粉浆量的0.043%，那么CaCl2量为：35000.043%1.5㎏

4).糖化酶的用量

糖化酶的用量是淀粉浆量的0.043%，即糖化酶量：35000.043%1.5㎏ 5).糖化液的量

淀粉经α-淀粉酶液化、糖化酶糖化后，制得的24%糖化液的量为：

100086%1.1198%38㎏24%

24%的糖液的相对密度为1.09，那么糖化液的体积就为 6).加珍珠岩量和滤渣量

淀粉经过液化、糖化后的糖化液过滤比较困难，需加入珍珠岩进行助滤，加入量为糖化的0.15%，即380.15%5.85㎏ (3)过程水的衡算

1）配料用水量：年产万吨赖氨酸的生产工厂日投工业淀粉量为

381.093576L

72.22t，配料时的加水比例是1：2.5，用水量就可以算出是72.222.5180.55t/d，即7.5t/h

2)液化液冷却水用量：前面已算出液化液冷却水的用量是216.3t/d

3）糖化液冷却水用量：前面已算得糖化液冷却水用量是237.36t/d，高峰时用水量34.5t/h 2.发酵车间

培养液冷却水用量

120℃ 的热料先通过与生料进行热交换 ，降温至 80℃后，再用冷却水冷却至35℃ ，而冷却水由20℃升温至45℃ ，则：W冷却 = 40300 x 3.97 x (80-35) / (45-20) x 4.18 =686 kg/h =69t/h; 全天冷却水用量为：69 x 3 x 3 =621 t/d

3.提取车间

(1)以1000kg工业淀粉的匹配量进行衡算

发配液的量，由前的计算已知为5847L或6194kg

调节发酵液PH需要的硫酸大约为发酵液的3.6%，即需加入的硫酸量5847×3.6%=210kg而98%的硫酸的相对密度是1.84.故需硫酸量为210÷1.84=114L

分离提取之前的总赖氨酸的产量为5.847×8%=467.4kg

因提取收率为86%，经分离提取后纯赖氨酸为476.4×86%=402kg 通常经初提的沉淀中只含有90%的赖氨酸，其量为402÷90%=446.5kg 提取后母液中的赖氨酸含量大约为0.78/100ml，那么母液的量为（467.1-402）÷0.7%=9343kg

粗的洗涤用水，按初产的20%计算446.6×20%=L 母液回收过程中的用水量9343-5843-114-=3297kg (2)水平衡的计算

1)连续灭菌工序的用水量： 配料用水量，由于糖化后的糖液含糖量是24%，而培养基的含糖量是19%,配成的糖液有120.8t。

那么每罐料需要的水量是120.8×（1—19%÷24%）=25.4t；每日按3罐计算，配料需要的水量为3×25.4=76t/d；灭菌后料液的冷却水用量。 前以计算出每日冷却灭菌后料液的冷却水用量是612t

2)发酵工序的用水量：计算出发酵工序用水量是80t/d 3)提取工序的用水量：用于Lys分离和冲洗水的用量是50t/d 4)中和脱色工序的用水量:配料用水量， 由于日产100%的Lys是34÷1.272×92%=24.59t/d;配制成40%浓度时需要用水量是25.4÷40%

—25.4=38.1t/d

洗涤离子交换柱的用水量，配稀酸碱的用水量是150t/d洗涤馏分的用水量需100t/d，洗再生处理柱的用水需600t/d，总用水量是850t/d,洗涤废活性的用水量为30t/d

5)精制工序的用水:结晶过程的加水量，使用4台结晶罐，每台需加水量为6t，供需要24t/d的用水量。结晶冷却用水量，前以计算出用水量5600t/d。

6)动力工序的用水量:锅炉用水量840t/d，冷冻机及其他循环水用量是4000t/d 五.设备的选择

1.发酵罐个数：装罐量为0.75， 每个罐产赖氨酸：200*0.75*0.9*0.13=17.55;辅助时间为24h，发酵罐个数为（50/17.55）*96/24=11.39

取12个罐，则种子罐工作周期为36h，共需6个种子罐。

2.几何计算：公称容积为200m3的发酵罐上封头容积为16.4 m3，总容积为230 m3。取罐高与罐径比为2：1，则：785d2*h=197；d=5.00m；

h=10.00m

取罐内压p=0.5mpa，z=350mpa，n=2.7，θ=1，腐蚀裕度为c=0.4cm，臂厚为 p*d/（2*z/n*θ-p）+c=1.4cm，

3.封头的确定：罐内径为5000mm，封头高为1300mm，封头体积16.4m3，罐高10+2*1.3=12.6m: 发酵罐总容积：230m3

4.罐内液层高度 h=1.3+（578.3/4-16.4）/（0.785*52）=7.83m 5.搅拌轴功率的计算：

Rem=d2*N*P/M取d=1.67，n=81r/min=1.35r/s，p=1.10kg/l=1100kg/m3，m=1.5*10-3n.s/m3（P为密度，m为黏度系数）；Rem=2.76*106大于104功率准数为np=4.7；

不通气时的搅拌功率Po’=Np*N3*D5*P=165.2Kw；Po=Po’*2=310.4Kw

通风时的轴功；Pg=2.25*10-3*(Po2*N*D3/Q0.08)0.39=257.9Kw，室温为20度，轴径d=(9.55*106Pk/0.2*N*〈τ〉)0.3=183mm

6.换热器的计算：:换热面积为：125.4*1000*3.65（80-10）/3000*35.41=301.6m3； 蛇管长：301.6/0.785（0.41+0.005）2=1851m 7.通风量：:室温为20度，压力1大气压，进气温度34度，压力2.5大气压；风量：v=（578.3/4）*0.15*（1/2.5）*（273+34）/（273+20）=9.09m3/min；

风速为8m/s，管径为：d=99.09/（60*0.785*8））1/2=0.15m

8.进料口直径：:每罐装料：55.82/4=137.705m3；规定装料时间在2h完成，料液量为137.705/2/60/60=0.019m3/s；取料液流速1m/s，管径为0.16m；取175mm，臂厚6mm

9.蒸气口直径：蒸气高峰用量34.01t/h；蒸气比容0.4709m3/kg；高峰量34.01*1000*0.4709/60/60=4.45m3/s；发酵罐有6组盘管；蒸气流速为30m/s，管径为0.177m； 取200mm，臂厚为8mm

10.设备一览表： 设备名称 设备位号 台数 调浆罐 种子罐 发酵罐 离心泵 f-102 F-117 F-119 B-105 3 6 12 3 规格与型号 V160m3 公称容积20m3, 50-125(I)A 材料 备注 A3钢 公称容积200 m3, A3钢

六.设计参考文献 [1］吴思方.发酵工厂工艺设计概论［M］.北京:中国轻工业出版社,2008. [2] 金其荣. 有机酸发酵工艺学[M].北京: 轻工业出版社,19

[3] 曹文军，马辉文，张甲耀. 微生物工程[M],北京: 科学出版社,2007 [4] 程丽娟，袁静. 发酵食品工艺学[M],西安: 西北农林科技大学出版社，2002.

[5] 华南工学院. 发酵工程与设备[M].上海: 中国轻工业出版社，1990 [6] 黎润钟. 发酵工厂设备[M].上海: 中国轻工业出版社，2004 [7] 刘振宇. 发酵工程技术与实践[M].上海: 华东理工大学出版社，2007.

[8] 管国锋，赵汝博

. 化工原理[M].北京: 化学工业出版社，2003