课程设计设计题目：年产5000吨L-苯丙氨酸发酵工厂设计摘要本设计主要是进行年产5000吨苯丙氨酸工厂的初步设计。

在对苯丙氨酸的结构及其在工业中重要应用作了分析后，拟在湘潭九华经济区投资L-苯丙氨酸生产工厂。

首先，对投资项目进行了认真的地分析及对厂址进行认真地选择。

同时，对L-苯丙氨酸的生产工艺作了优化，然后依据拟定的产量与工艺流程对生产车间进行了物料衡算、热量衡算、与主要生产设备的选型，其次，对三废处理等方面也作了一个初步的设计方案。

整个设计充分考虑了目前的经济状况和今后发展的需要，从节能的角度出发选择设备。

生产流程尽量提高机械化、自动化水平，同时力求技术上先进，质量上可靠，布局上合理、规范。

关键字：L-苯丙氨酸；发酵；工厂设计目录1. 引言 (3)2. 概述...................................................... 错误!未定义书签。

2.1产品需求初步预测............................. 错误!未定义书签。

2.2投资的必要性和经济意义 ............... 错误!未定义书签。

2.3地理环境............................................ 错误!未定义书签。

2.4生产工艺选择 ................................... 错误!未定义书签。

2.5产品方案............................................. 错误!未定义书签。

2.6工艺流程图 ....................................... 错误!未定义书签。

2.7工艺要点............................................ 错误!未定义书签。

3. 物料恒算.............................................. 错误!未定义书签。

3.1. 原料的物料恒算 (8)4. 设备选型.............................................. 错误!未定义书签。

4.1. 设备选型原则 (15)4.2. 选型过程 (19)4.2.1. 生产能力计算过程 (19)4.3. 主要设备选型表 (32)5. 热量恒算.............................................. 错误!未定义书签。

5.1. 培养基连续灭菌用蒸汽量............... 错误!未定义书签。

5.2. 发酵罐空罐灭菌蒸汽量................... 错误!未定义书签。

5.3 ........................................................... 液化工艺热量衡算415.4 L-苯丙氨酸发酵的水平衡计算 (41)6. 车间布置设计 (41)6.1发酵工厂的车间组成 ....................... 错误!未定义书签。

6.2.车间建筑 (43)6.3厂内部总平面布置的卫生 (43)6.4厂房内部卫生 (43)6.5管道卫生............................................. 错误!未定义书签。

7. 环境保护与综合利用 .................... 错误!未定义书签。

7.1.处理方案............................................. 错误!未定义书签。

8. 结论 (45)参考文献 (46)附录 (47)致谢.............................................................. 错误!未定义书签。

1. 引言L-苯丙氨酸分子式：L-苯丙氨酸（英文名：L-Phenylalanine）为无色至白色片状晶体或白色结晶性粉末，是一种营养增补剂，是必需氨基酸之一。

无色至白色片状晶体或白色结晶性粉末。

略有特殊气味和苦味。

在受热、光照、空气中稳定。

营养增补剂。

必需氨基酸之一。

在大多数食品的蛋白质中几乎非限制氨基酸。

可添加于焙烤食品，除强化苯丙氨酸外，与糖类起氨基-羰基反应，可改善食品的香味。

功用：L-苯丙氨酸是重要的食品添加剂-甜味剂阿斯巴甜（Aspartame）的主原料，人体必需氨基酸之一，在医药行业主要用于氨基酸输液和氨基酸类药物。

L-苯丙氨酸是人体不能合成的一种必需氨基酸。

食品工业上主要用作食品甜味剂阿斯巴甜的合成原料;也可作为营养增补剂。

生化研究。

配制培养基。

营养学研究。

L-苯丙氨酸是必需的氨基酸之一。

用作营养强化剂、氨基酸输液和复合氨基酸制剂的成分。

该品是多种抗癌药物及二肽甜味的原料。

氨基酸类药。

用于氨基酸输液、综合氨基酸制剂及营养强化剂，大量用于合成新型甜味剂天冬甜素（L-天冬氨酸、L- 苯丙氨酸结合的二肽甲酯）是合成阿斯巴甜的主要原料。

2. 概述2.1.产品需求初步预测目前国内仅有5家企业生产L-苯丙氨酸，即福建省麦丹生物集团有限公司、丽珠集团福州福兴医药有限公司、江苏汉光甜味剂有限公司（江苏汉光生物工程有限公司）、溧阳维多生物工程有限公司和杭州富阳市东辰生物工程有限公司。

其余原生产企业主要受缚于技术水平等因素，生产成本过高，均以陆续停产或关闭生产线。

2009年上述5家企业的年产能为：麦丹生物4500吨、福兴医药1500吨、江苏汉光500吨、溧阳维多300吨、富阳东辰200吨。

可向市场上供应苯丙氨酸的企业仅有福建省麦丹生物集团有限公司、丽珠集团福州福兴医药有限公司，杭州富阳市东辰生物工程有限公司仅有少量的产品流向市场，而江苏汉光、溧阳维多的产品仅能部分供给其自身的阿巴斯甜生产使用，市场上未见其苯丙氨酸产品。

厂家分布在福建、江苏、浙江三省，最大的两家企业均在福建省，麦丹生物地址在福建省沙县，福兴医药地址在福建省福州市；而浙江省仅有一家规模最小的企业；江苏省的两家企业分别在江苏省无锡市和江苏省溧阳市。

目前L-苯丙氨酸国际上主要生产国：美国7000吨/年（以纽特公司为主）、日本5000吨/年（以味之素公司为主）、法国3000吨/年、荷兰3000吨/年、韩国3000吨/年（以大象公司为主）、德国有少量生产约500吨/年。

作为全国最大的苯丙氨酸生产企业福建省麦丹生物集团有限公司，由于其在苯丙氨酸基因工程菌及工业化生产技术的领先优势，使其苯丙氨酸的年产量已跻身于该领域世界前三位2.2投资的必要性和经济意义行业前景：随着阿斯巴甜在饮料、乳制品、口香糖、咖啡、医药工业等行业的应用持续深入，阿斯巴甜无论在国内外都得到了广泛的应用。

国际市场对阿斯巴甜相关产品的需求量以年均15%～20%的速度增长，近年增长率高达30%，远远高于其他人工甜味剂年均5%的增长速度；在国内氨基酸大输液和抗癌药的开发利用，特别是在限制糖精生产、甜菊糖甜味剂遭遇麻烦的情况下，市场对阿斯巴甜的需求量锐增。

益。

2.3结论与建议鉴于国内外对此产品需求量增大，市场供应也相当紧张，且价格不断上扬。

因此，开发L-苯丙氨酸，市场前景好，其经济效益和社会效益更为显著。

本设计即是针对我国苯丙氨酸发展现状，本着迎合消费者需求，求新，求变的原则，对苯丙氨酸的生产进行了更为优化的设计，设计了年产5000吨丙氨酸的生产车间，在工艺分析的基础上，进行了物料衡算、设备选型，并对生产车间进行了合理的布局。

同时，设计过程中，也注意环境保护，及时有效的处理生产过程中产生的三废问题。

2.4生产工艺选择L-苯丙氨酸制备经历了由蛋白水解提取法、发酵法到酶法(固定化细胞法或游离整体细胞法)的过程。

现在工业化生产的方法就是酶法转化, 即通过富有L-天冬氨酸-β-脱羧酶活力的微生物细胞催化L-天冬氨酸而得到的。

固定化法与游离整体细胞法生产L-苯丙氨酸各有优缺点, 就我国而言, 游离整体细胞法的生产成本低于固定化细胞法。

故到目前为止, 游离整体细胞仍显示较大的优越性。

表3 固定化细胞法与游离细胞法生产L-丙氨酸的对比Table1 3 Comparison between inmobilized and free whole cellfor production of L-alanine由于苯丙氨酸具有旋光性，而生物所能利用的只有左旋(L) 型，恰好酶法所得的全部为L型，因此利用酶法生产苯丙氨酸是最重要的方法。

酶法的原理是发酵罐上培养假单胞菌NX-1,获得高L-天冬氨酸-β脱羧酶酶活，,以L-天冬氨酸为底物游离细胞法转化生产L-苯丙氨酸。

每升培养液可转化L-天冬氨酸2kg,最高达2.5kg,摩尔转化率100%，反应液产生的L-苯丙氨酸浓度达90%，绝大部分结晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,提取收率90% 。

2.5产品方案年产L-苯氨酸5000吨,可根据市场开发新产品。

L-丙氨酸的计划产量为5000t/年，计划年工作日为330天，德阿昆合假单胞菌发酵时间26小时，转化时间三天，实际控制于5天，则生产周期66。

2.6工艺流程图原料→配料→高温高压杀菌、无菌空气↓保藏菌种→茄子瓶培养→摇瓶种子培养→液体种子扩大培养→液体深层发酵→酶反应→分离晶体→发酵液→除菌体（膜过滤）→调PH，活性炭↓↓粗品← 压滤分离晶体← 结晶← 降膜蒸发浓缩←压滤↓溶解→纯化→降膜蒸发浓缩结晶→离心干燥→包装图1 工艺流程图Figure 1 Chart of production process具体工艺过程是将细菌培养基进行灭菌处理，然后送发酵釜内发酵，采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌，加入德阿昆合假单胞菌发酵26个小时后，加入L-天门冬氨酸进行转化，转化时间约为3d，温度37℃。

转化完毕后析出的晶体压滤分离，剩下的的转化液经金属膜超滤分离系统除去菌体，然后活性炭脱色处理,浓缩至一半,析出大量丙氨酸结晶,静置过夜使结晶完全,压滤回收晶体,两次压滤得到的晶体用少量水洗涤。

将滤液和洗涤晶体的液体合并后进一步浓缩,又析出大量丙氨酸晶体,前面得到的粗晶体经离子交换树脂进行纯化后晶体用少量水洗涤后抽滤回收，剩下的结晶母液中含有少量未转化的天门冬氨酸,该母液用于下一批酶转化反应。

2.7工艺要点（一）发酵过程是在发酵罐上培养假单胞菌,获得高L-天冬氨酸-β脱羧酶酶活，,以L-天冬氨酸为底物游离细胞法转化生产L-苯丙氨酸。

每升培养液可转化L-天冬氨酸2kg,最高达2.5kg,摩尔转化率100%，反应液产生的L-苯丙氨酸浓度达90%，绝大部分结晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,提取收率90%影响丙氨酸生产的因素有菌种，接种量，接种菌龄，培养基，代谢产物，温度，PH值，通风量，搅拌，泡沫等。