年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计

学号: 11439108

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课程设计

设计课程名称：生物工程设备与工艺设计

题目：年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计学生姓名：

学院（系）：制药与生命科学学院专业班级：生工指导教师：王利群专业技术职务：副教授设计时间：2014 年12 月8 日 2014 年12 月19 日

《生物工程设备与工艺设计》课程设计任务书

制药与生命科学学院生物工程专业班同学：

现下达给你们毕业设计任务如下，要求你们在预定时间内完成此项任务。一、设计题目：

年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计

二、设计主要内容：

1、针对产品的要求进行工艺流程的设计（查阅资料，补充必要数据）；

2、工艺计算（物料衡算、能量衡算）；

3、设备的计算和选型；

4、绘制带控制点工艺流程图（3号图纸）。

三、生产条件（包括年操作日、生产方式及其它限制性条件）

已知发酵接种量为3%，发酵时间为14 h，发酵罐的搅拌转速为120 rpm，发酵液密度为1050 kg/m3，粘度为0.1 Pa·s。每升发酵液可得到L-丝氨酸产品37 g。发酵工艺规定发酵罐通气量为0.8 VVM（标准状态），种子罐通气量为1 VVM。工厂所在位置空气的平均温度为20℃，平均相对湿度为85%。年操作日300天，生产裕度为20%。培养基配方(g/L)：葡萄糖29.5，硫酸铵18.1，玉米浆3.79，KH2PO4 1.0，K2HPO4·3H2O 1.0，MgSO4·7H2O 0.1，MnSO4·4H2O 0.001，FeSO4·7H2O 0.001，pH 7.0～7.2。

水蒸气138℃，冷却水进出口温度根据实际情况确定。

四、设计中主要参考资料（包括参考书、资料、规范、标准等）

1．国家医药管理局上海医药设计院编. 化工工艺设计手册（第二版）(M).北京：化学工业出版社，1996

2．沈自法，唐孝宣编.发酵工厂工艺设计(M).上海：华东理工大学出版社，2004

3．陈国豪主编.生物工程设备（M）.北京：化学工业出版社，2007

4．梁世中主编.生物工程设备（M）.北京：化学工业出版社，2002

5．陈敏恒等编..化工原理（M）.北京：化学工业出版社，2004

目录

1. 概述 (5)

1.1 L-丝氨酸的简介 (5)

1.2 L-丝氨酸的主要功能 (5)

1.3 L-丝氨酸应用 (5)

1.4 国内外生产L-丝氨酸的方法 (5)

2. 设计说明 (6)

2.1设计依据 (6)

2.2设计范围 (7)

3. 发酵车间的工艺设计 (7)

3.1原材料及产品的主要技术规格 (7)

3.2生产流程简述 (8)

3.3物料衡算 (8)

3.3.1发酵罐的物料衡算 (8)

3.3.2种子罐的物料衡算 (9)

3.4能量衡算 (9)

3.4.1发酵罐能量衡算 (9)

3.4.2种子罐的能量衡算 (10)

3.5主要设备计算 (11)

3.5.1发酵罐尺寸的计算 (11)

3.5.2搅拌器轴功率计算 (12)

3.6种子罐的计算 (13)

3.6.1种子罐的尺寸计算 (13)

3.6.2种子罐轴功率计算 (14)

3.7贮罐计算 (14)

3.8配料罐的计算 (14)

3.8.1发酵罐配料罐的计算 (14)

3.8.2种子罐配料罐的计算 (14)

4. 无菌空气的工艺设计 (14)

4.1空气用量 (15)

4.2压缩空气的温度 (15)

4.3空气冷却器的传热量 (16)

4.4空气加热器的传热量 (17)

4.5空气预处理系统计算与设计 (18)

4.5.1吸风塔 (18)

4.5.2前置过滤器 (18)

4.5.3空气压缩机 (19)

4.5.4压缩空气贮罐 (19)

4.5.5空气冷却器 (19)

4.5.6水滴分离设备 (20)

4.5.7空气加热器 (21)

4.6 空气除菌设备计算与设计 (21)

4.6.1空气总过滤器的计算及设计 (21)

4.6.2 10m3发酵罐的空气分过滤系统设备的计算及设计 (21)

4.6.3 0.3m3种子罐的空气分过滤系统设备的计算及设计 (22)

5. 总结 (23)

6．参考文献 (24)

7．致谢 (24)

年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计1. 概述

1.1 L-丝氨酸的简介

丝氨酸是一种非必需氨基酸，它在脂肪和脂肪酸的新陈代谢及肌肉的生长中发挥着作用，并且它有助于免疫血球素和抗体的产生，所以丝氨酸在维持健康的免疫系统方面扮演者重要的角色。丝氨酸在细胞膜的制造加工、肌肉组织和包围神经细胞的鞘的合成中都发挥着作用。

1.2 L-丝氨酸的主要功能

合成嘌呤、胸腺嘧啶、胆碱的前体；L-丝氨酸羟基经磷酸化作用后能衍生出具重要生理功能的磷丝氨酸，是磷脂的主要成分之一；具有稳定滴眼液pH值的作用，且滴眼后无刺激性；重要的自然保湿因子(NMF)之一，皮肤角质层保持水分的主要角色，高级化妆品中的关键添加剂。

1.3 L-丝氨酸应用

（1）医药原料：L-丝氨酸广泛用于配置第三代复方氨基酸输液和营养增补剂，并用于合成多种丝氨基酸衍生物，如心血管、抗癌、艾滋病新药及基因工程用保护氨基酸等；

（2）食品：L-丝氨酸用于运动饮料、氨基酸减肥饮料等；

（3）饲料：L-丝氨酸用于动物饲料，可促进动物生长发育。

1.4 国内外生产L-丝氨酸的方法

目前，国内外生产L-丝氨酸的方法主要有化学合成法，蚕丝水解法，酶法和前体发酵法等生物法等。

（1）化学合成法:最大缺点是产品为DL-丝氨酸,而人体需要的是L-丝氨酸，因此需要将其分开，这就增加了成本及生产的复杂性。

（2）废蚕丝水解提取法：蚕茧中L-丝氨酸含量最为丰富，因此，可用废蚕丝、蚕蛹、丝胶水解以提取L-丝氨酸。但此法操作复杂，需处理大量的洗脱液，