论文总字数：23609字

摘 要

苯丙氨酸是人体必须的20种氨基酸之一,具有L-苯丙氨酸和D-苯丙氨酸两个对映异构体构型。其中L-苯丙氨酸具有生理活性，可以作为药物制剂辅料，营养补剂，培养基碳源。L-苯丙氨酸不能被人体自身合成，只能通过食物摄入或静脉注射等途径摄取，因此L-苯丙氨酸的年市场需求量很大，现有的合成方法中连续发酵法由于反应速率快，对环境污染小，经济效益高等诸多优点，逐渐成为工业生产中的主流方法。但由于此方法获得的产物是成分较为复杂的混合物。需要选取过程简便、反应条件温和、所需能耗低、且易于放大的单元操作。

本文主要讨论L-苯丙氨酸的制备过程和分离工段的车间设计以及设备选型。旨在通过离子交换技术，进行物料衡算，热量衡算，设计管路，选取合适的设备类型。完成年产1000吨L-苯丙氨酸生物分离工段车间设计。

关键词： L-苯丙氨酸 连续发酵法 离子交换技术

Workshop Design of Biological Separation Workshop for Producing 1000 Tons of L- Phenylalanine with Continuous Fermentation

ABSTRACT

Phenylalanine is one of 20 essential amino acids for human body, and has two enantiomeric configurations of L- phenylalanine and D- phenylalanine. Among them, L- phenylalanine has physiological activity and can be used as auxiliary materials of pharmaceutical preparations, nutritional supplements and carbon sources of culture media. L- phenylalanine cannot be synthesized by the human body itself, and can only be ingested through food intake or intravenous injection. Therefore, the annual market demand for L- phenylalanine is very large. Among the existing synthesis methods, continuous fermentation method has gradually become the mainstream method in industrial production due to its advantages of fast reaction rate, little environmental pollution, high economic benefits, etc. However, the product obtained by this method is a mixture with more complex components. It is necessary to select unit operations with simple process, mild reaction conditions, low energy consumption and easy amplification.

This paper mainly discusses the preparation process of L- phenylalanine, workshop design of separation section and equipment selection. The aim is to design pipelines and select appropriate equipment types through nanofiltration technology, material balance, heat balance and pipeline design. Complete the workshop design of L- phenylalanine biological separation section with an annual output of 1000 tons.

Key words: nanofiltration technology of L- phenylalanine continuous fermentation method

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 课题概要 1

1.1 课题的研究背景 1

1.1.1 最终产品的介绍和物理性质 1

1.1.2 目标产物的应用及市场价值 1

1.2 生产方法 2

1.2.1微生物发酵法生产L-苯丙氨酸 2

1.2.2 基因工程法 2

1.2.3酶法 2

1.2.4化学合成法 3

1.3 课题意义 3

1.3.1微生物连续发酵法的意义. 3

1.3.2 分离设计的意义 3

第二章 L-苯丙氨酸分离工艺选择 5

2.1 固液分离方法选择 5

2.1.1管式压滤 5

2.1.2高速离心 5

2.1.3 板框压滤机 5

2.1.4工艺的选择 5

2.2 离子交换过程 5

2.2.1强酸型阳离子树脂 6

2.2.2弱酸型离子树脂 6

2.2.3 工艺的选择 6

2.3.1活性碳吸附法 6

2.3.2球形炭化树脂 6

2.3.3脱色工艺选择 6

2.3.4板框压滤机 6

2.3.5真空转鼓过滤机 6

2.3.4 脱色过程中过滤工艺选择 6

2.4 浓缩结晶、离心过程 7

2.4.1升膜式蒸发器 7

2.4.2三效外循环蒸发器 7

2.4.3工艺的选择 7

2.5 干燥过程 7

2.5.1 气流干燥 7

2.6.2 喷雾干燥 7

2.6.3 流化床干燥 7

2.6.5 工艺的选择 8

第三章 工艺概述 9

3.1 辅助物料 9

3.1.1 氨水 9

3.1.2 树脂 9

3.1.3 盐酸 9

3.1.4 氢氧化钠 10

3.1.5 活性炭 10

3.2 各工艺的概述 10

3.2.1 高速离心 10

3.2.2 离子交换 10

3.2.3 脱色 11

3.2.4 浓缩结晶、离心 11

3.2.5 流化床干燥 11

3.5.6工艺流程图 12

第四章 物料衡算 13

4.1 高速离心阶段 13

4.2 离子交换阶段 13

4.2.1 吸附过程 13

4.2.2 洗杂过程的物料衡算 14

4.2.3 洗脱过程 15

4.2.4 树脂处理过程的物料衡算 15

4.3 脱色段的物料衡算 16

4.4 浓缩结晶、离心阶段 16

4.4.2 物料离心过程 16

4.5 干燥段的物料衡算（按每天计算） 16

4.6 物料衡算表 17

第五章 能量衡算 19

5.1 脱色过程的能量衡算 19

5.2 浓缩过程的能量衡算 19

5.3 冷却过程的能量衡算 20

5.4 干燥过程的能量衡算 20

第六章 设备选型 22

6.1 高速离心段的设备选型 22

6.2 离子交换工段的设备选型 22

6.3 脱色段的设备选型 23

6.4 蒸发浓缩段的设备选型 24

6.5.2 二效蒸发器 25

6.5.3 三效蒸发器 26

6.6 冷冻结晶罐的设备选型 27

6.7 离心机的设备选型 28

6.8 干燥段的设备选型 28

6.9 储罐的设备选型 29

第七章 厂址选择以及车间布 31

7.1 注意事项 31

7.2 厂址 31

7.3 车间布置 31

7.2.1 厂房的外部布局 31

7.2.2 内部结构 32

7.2.3 厂房占地 32

展 望 33

参考文献 34

致 谢 37

第一章 课题概要

1.1 课题的研究背景

1.1.1 最终产品的介绍和物理性质

本次课程设计的最终产品为L-苯丙氨酸。L-Phe是一种重要的氨基酸，为人体必需的8种氨基酸之一，人和动物自身无法合成，必须从外界摄取^[1]。由于含有手性碳，因此它还有一种构型异构体，即D-苯丙氨酸。图例1-1为我们展示了这两种构型的区别。常温常压下，这种氨基酸多为粉末状晶体，显白色，不容易分解状态稳定。能散发出苦涩的杏仁异味。其他的物理性质可见表1-1。

结构式：

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