【正文】 因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值，取Ф57 mm無縫鋼管，則滿足工藝求。支撐面積為444 cm2。現(xiàn)取 ：查金屬材料表，選無縫鋼管，或用鋼板卷制。(5)玉米漿和硫酸銨貯藏罐兼有攪拌溶解作用，取平蓋，橢圓封底，帶攪拌。其余的設(shè)備不變。 生產(chǎn)L精氨酸的所需物料方面的成本估算在生產(chǎn)L精氨酸的過程中所需要的物料大致可分為原料、輔料兩個(gè)方面。所用的輔料包括:玉米漿、(NH4)2SOKH2POK2HPO4 。1000 ） 300=10500（元）。1000） 800=69600（元）。3H2O所需K2HPO4 。100010000=18900（元）。1000）230000=27600（元）。HCl的市場(chǎng)價(jià)格是6元，則所需維生素B1 。 年用電量在計(jì)算年用電量時(shí)，先估算各設(shè)備一天的用電量，再估算一年的用電水量。 （3） 發(fā)酵罐本設(shè)計(jì)所用發(fā)酵罐的配用功率為30 kw，需要3臺(tái)發(fā)酵罐，則總功率為：303=90 kw。（7） CIP清洗系統(tǒng) kw，需要1臺(tái)CIP清洗系統(tǒng)，則總功率為: kw。 年用水量在計(jì)算年用水量時(shí)，先估算各車間一天的用水量，再估算一年的用水量。Q培養(yǎng)基=Q種子液＋Q發(fā)酵液=＋2850=（m3）則，W水(4020)=（12130）， W水 =14394 (t)冷卻水可循環(huán)利用，所以耗用率可按2%來計(jì)算，則所用冷卻水總量：G2= 143942%=288 噸/年。冷卻水可循環(huán)利用，此處耗用率按2%來計(jì)算，則，全年冷卻水用量G3= 發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵周期數(shù)發(fā)酵罐數(shù)2% = 807532%= 3168噸/年（4） 清洗發(fā)酵罐所用水，則清洗所用水為：G4 = 每次的清洗用水量發(fā)酵罐數(shù)發(fā)酵周期數(shù) = 2375=450噸/年（5） 其他方面所用水要用到水的方面還有：地面的沖洗、沖刷的管道、洗濾布和定期清洗其他設(shè)備。市場(chǎng)上L精氨酸的售價(jià)是200元/公斤，年產(chǎn)150 107元，則折舊費(fèi)是: 10720%=106 (元) 生產(chǎn)L精氨酸的效益經(jīng)過上面對(duì)成本的計(jì)算，可以粗略的估算年產(chǎn)150 tL精氨酸的成本。 廢水的處理本設(shè)計(jì)中廢水的主要來源有：生產(chǎn)中設(shè)備的清洗水、吸附樹脂的洗滌及再生用水、離子交換的剩余液。經(jīng)過處理的廢水可以達(dá)到國家GB 219072008所規(guī)定[25]的新建企業(yè)水污染物排放限值要求。在應(yīng)用中，對(duì)高純度L精氨酸的需求越來越多，所以亟需提高L精氨酸的純度。經(jīng)過本人的努力和導(dǎo)師曾老師的悉心指導(dǎo)，順利完成了生產(chǎn)工藝流程圖，進(jìn)行了比較簡(jiǎn)單的物料衡算和設(shè)備選型，設(shè)計(jì)了發(fā)酵罐和種子罐的尺寸。 ，故其實(shí)際生產(chǎn)的可行性還有待實(shí)踐驗(yàn)證。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量相關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。致謝這次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我四年來學(xué)習(xí)成果的的總結(jié)，更是為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定了良好的基礎(chǔ)。首先，我要特別感謝曾小英老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)期間，老師們幫助我解決了設(shè)計(jì)過程中遇到的困難、理清設(shè)計(jì)思路、指導(dǎo)寫作論文的方法，并提出有效的改進(jìn)方案。最后，衷心感謝學(xué)校對(duì)我的栽培，同時(shí)感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的老師以及畢業(yè)答辯組的全體老師們。在老師的指導(dǎo)下我樹立了學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了思考方式，掌握了通用的研究方法，獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)，而且還明白了許多待人接物與為人處事的道理。在畢業(yè)論文即將完成之際，我想向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值睦蠋熀屯瑢W(xué)表示衷心的感謝。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力擴(kuò)展自己的知識(shí)面和提高綜合素質(zhì)。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。完成生產(chǎn)線的基本設(shè)備的配置并畫出設(shè)備圖和工藝流程圖；：吸附樹脂由弱酸性陽離子樹脂改為DR1樹脂；不足之處：，所以設(shè)計(jì)還存在一些問題。本次設(shè)計(jì)的L精氨酸生產(chǎn)工藝，主要是在原有的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，以淀粉為原料，以玉米將為輔料，以黃色短桿菌為生產(chǎn)菌種，采用發(fā)酵法，最主要的是在下游提取工藝中，采用對(duì)L精氨酸提取效率高的新型L精氨酸專用樹脂提取L精氨酸。總結(jié)L精氨酸作為人體的半必需氨基酸，在藥品、食品、化妝品、飼料等方面都有廣泛用途。一般而言，水中的溶解鹽含量越多，離子強(qiáng)度就越大，通常情況下離子強(qiáng)度越大則微生物越不容易生長(zhǎng)繁殖。設(shè)備按10年使用期限計(jì)算，10年后本設(shè)計(jì)生產(chǎn)的利潤為：10710－106－1079=108（元） 兩種提取工藝的成本比較表51 兩種提取工藝的成本比較弱酸性陽離子樹脂比DR1樹脂增加的費(fèi)用DR1比弱酸性陽離子樹脂樹脂增加的費(fèi)用項(xiàng)目元/每噸L精氨酸項(xiàng)目元/每噸L精氨酸Hcl溶液112 Kg=DR1樹脂56 Kg20=1120（元）NaOH溶液112 Kg=人工80元4人=320元合計(jì)400元1120元通過上述表格的比較，發(fā)現(xiàn)選用DR1樹脂替換弱酸性陽離子樹脂提取是經(jīng)濟(jì)可行的。 其他方面的總成本年產(chǎn)150 t L精氨酸時(shí)在其他方面的資費(fèi)有年用水與年用電兩方面，總值是：106+104=106（元）。247。（1） 配培養(yǎng)基所用水單個(gè)發(fā)酵罐的裝液量為： m3，共3個(gè)發(fā)酵罐，每年的發(fā)酵周期是75個(gè)，則用水量為：G1 =375 =。 總年用電量：24300=106（度）。（5） 離心泵本設(shè)計(jì)所用離心機(jī)的配用功率為13 kw，需要3臺(tái)離心機(jī)，則總功率為：133=39 kw。（1） 離心泵 kw，需要3臺(tái)離心泵，則總功率是：3= kw。則，全部所用輔料的成本為： 所需物料的總成本10500+6300+69600+70800+18900+450+27600+720000=105（元）。HCl所需維生素B1 。1000）3750=450（元）。3H2O的市場(chǎng)價(jià)格是10000元/噸，則所需K2HPO4。1000）16000=70800（元）。1000）2000=6300（元）。HCl。1000）2800=106（元）。為驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的可行性，對(duì)年產(chǎn)150 t L精氨酸的生產(chǎn)成本進(jìn)行估算。 ，D= m，H= m。 補(bǔ)料罐的設(shè)計(jì) 材料選擇玉米漿與硫酸銨都不是強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，為節(jié)約投資，選用A3鋼板。 空氣分過濾器 空氣分過濾器的空罐氣速一般為：~ m/s，通過濾層的氣速為：~ m/s。冷卻水管：由前面的計(jì)算知道：Q總=104（kJ/h) 冷卻水水溫變化：20℃27℃， 水的比熱容： KJ/() 耗水量W： 取水流速v=1 m/s；則冷卻管直徑為d=，查金屬材料表，取焊接管：Dg=25 mm可滿足生產(chǎn)要求；取冷卻管長(zhǎng)：度h=150 mm (6)支座選擇型對(duì)于20 m3以上的發(fā)酵罐，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的估計(jì)總重量，選用合適的支座。管底距罐底25—60 mm之間，取30 mm向下單管。，查吳思方《生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》附錄表18，取δ封=8 mm，質(zhì)量G上封= kg。(4)罐壁厚的選擇 ，沒有什么腐蝕性，所以與發(fā)酵罐一樣，采用A3鋼制作?！妫?，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取K=220 kJ/（m2(2)攪拌器的設(shè)計(jì)：按全檔板的設(shè)計(jì)要求 式中： n:檔板的數(shù)目 b:檔板的寬度，mm D:發(fā)酵罐的直徑，mm取6塊檔則有： 攪拌器葉徑：Di= （m） 葉寬：B===（m） 弧長(zhǎng)：l===（m） 底距：C=D/3=（m） 盤徑：di===（m） 葉弦長(zhǎng)：L===（m） 葉距：Y=D=（m） 彎葉板厚：δ=2（mm） 取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)5 m3罐， m，轉(zhuǎn)N1=160 r/min，以等P0/V為基準(zhǔn)求得：（r/min） 采用兩檔攪拌，攪拌功率及電機(jī)功率計(jì)算同發(fā)酵罐，則電機(jī)功率計(jì)算結(jié)果為： P電= kw?？倿椋? 根據(jù)圓柱體體積與橢圓的體積計(jì)算公式有： 解方程得： 直徑計(jì)算出來后，應(yīng)將其值圓整到接近的公稱直徑系數(shù)，查吳思方的《生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》2007年版，附表25（281）通用式發(fā)酵罐系列尺寸表， m則H=2D=2=（m）。 種子罐的選型與設(shè)計(jì)發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，擴(kuò)大至二級(jí)種子罐培養(yǎng)，以便獲得足夠的菌體用于發(fā)酵。 視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計(jì)只設(shè)置了1個(gè)人孔，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為:人孔R(shí)FⅡ（R（1）發(fā)酵罐壁厚 計(jì)算確定發(fā)酵罐的壁厚S1: 式中，P:設(shè)計(jì)壓力，P= Mpa D內(nèi):發(fā)酵罐內(nèi)【σ】=127 Mpa φ:焊縫系數(shù)，其范圍為：，現(xiàn)取φ= C:壁厚附加量，C=C1+C2+C3 C1:鋼板負(fù)偏差，取C1= mm C2:為腐蝕欲量，取C2=2 mm C3:加工減薄量，取C3=0，代入上式得: C=C1+C2+C3=+2+0= mm= cm 選用8 mm厚A3鋼板制作，查《生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》附錄表17知， m，厚度8 mm， m，每米高重約為：596 kg，則G筒=596=(kg)。設(shè)計(jì)每個(gè)發(fā)酵罐有一個(gè)空氣除菌系統(tǒng)，通風(fēng)量按溶氧量計(jì)算： MPa下，支管氣速為20~25 m/s， 通風(fēng)比為 wm，20℃， Mpa下，Q== m3/min= m3/s Mpa，32℃狀態(tài)下， 取風(fēng)速v=20 m/s，則風(fēng)管截面積Ff為： Ff=，則氣管直徑d氣為： 因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值，取Ф1084 mm無縫鋼管，則滿足工藝求。核實(shí)布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積為： S實(shí)=πdL實(shí)=342=(m3)24(m3)。 m179。醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1 h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積：Q總=6000=105 KJCp:冷卻水的比熱容， KJ/()T2:冷卻水終溫，27℃T1:冷卻水初溫，20℃ 將各值代入上式得： （2）冷卻管冷卻面積的計(jì)算：按發(fā)酵生成熱量的高峰、一年中最熱的半個(gè)月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計(jì)冷卻面積。設(shè)計(jì)參數(shù)：L精氨酸發(fā)酵產(chǎn)熱：6000 kJ/(m3II由Np可以算出不通氣時(shí)發(fā)酵罐攪拌軸功率P0： 因?yàn)閿嚢栎S有兩檔攪拌葉，所以攪拌軸總功率P為2P0=（kw)。六彎葉渦輪式攪拌器已標(biāo)準(zhǔn)化，稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器；攪動(dòng)液體的循環(huán)量大，攪拌功率消耗也大，根據(jù)攪拌器型式及主要參數(shù)HG/T21231991標(biāo)準(zhǔn)，知20 m3發(fā)酵罐采用666彎葉式攪拌葉，攪拌器：六彎葉渦輪攪拌器，Di:di:L:B=20:15:5:4，攪拌器直徑：Di=D/3。上封頭因無法裝液，一般不計(jì)入容積。發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：現(xiàn)選取公稱體積為20 m3的發(fā)酵罐， m3。（1）發(fā)酵液的量V1：1. V1=1000247。在提取率方面：DR1樹脂的提取率遠(yuǎn)高于弱酸性陽離子樹脂。（2） DR1樹脂吸附過程先用去離子水將樹脂浸泡24 h，濾水后裝入樹脂塔中，使發(fā)酵液以2 m/h的流速通過樹脂層進(jìn)行吸附提取[12]。排去堿液，用潔凈水沖洗至出水呈中性，沖洗流速同上[11]。用于消除發(fā)酵過程中泡沫的方法主要有兩種，一是用機(jī)械法除泡；二是使用化學(xué)消泡劑除泡，常見的消泡劑有植物油（豆油、花生油等）、礦物油（石蠟油）、合成消泡（泡敵）等。（2）pH：酶的主要影響因素之一。 發(fā)酵條件的控制L精氨酸的發(fā)酵條件的控制[16]包括溫度、pH、菌齡及接種量、通風(fēng)及攪拌、氧的傳遞、泡沫等。采用邊發(fā)酵邊補(bǔ)加的方法可解決上述問題，因此，在發(fā)酵12 h 后需要每隔8 h ％的玉米漿。先在淀粉乳中加入α淀粉酶，～、在93℃～97℃下進(jìn)行液化，再把溫度升至100℃進(jìn)行滅菌。 工藝流程的論證本設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)為：成品含純度≥%，透光率≥%，因此，對(duì)下游的提取過程有較高的要求。 發(fā)酵菌種和發(fā)酵周期 本設(shè)計(jì)的發(fā)酵菌種是黃色短桿菌，它的發(fā)酵周期是80個(gè)小時(shí)，再加上發(fā)酵罐的清洗、滅菌和物料進(jìn)出等輔助操作時(shí)間，生產(chǎn)周期是96個(gè)小時(shí)計(jì)算，即一個(gè)生產(chǎn)周期是四天。福州能子生物科技有限公司在2012年研究了精氨酸專用樹脂DR1 離交提取精氨酸工藝[12]，并應(yīng)用于生產(chǎn)，高流份透光率達(dá)70%以上，離交收率97%以上，相較于常用提取方法提煉總收率提高10%以上。（3） 羧酸型陽離子交換纖維羧酸型陽離子交換纖維[11]是一種纖維狀的離子交換和吸