【文章內(nèi)容簡介】 靜電斥力，從而使它們沉淀下來。本設(shè)計中采用絮凝劑為常見的 PAM即聚丙烯酰胺。 過濾 發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上常用的過濾設(shè)備是板框過濾機，板框過濾的目的是為了除去發(fā)酵醪液中的固形雜物和菌種。 過濾的動力是過濾板兩側(cè)的壓力差，過濾速率與壓力差和濾餅有關(guān)，所以常常加些助濾劑，尤其是酶制劑工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)酵醪液屬于非牛頓流型，粘度大，難于過濾。助濾劑的功能助于濾渣形成鋼性濾餅，保證過濾后期的順利進(jìn)行。 膜過濾 發(fā)酵醪液中的產(chǎn)物濃度很小，而應(yīng)用中要求的酶液濃 度高于此酶液濃度，同時高濃度的酶液產(chǎn)品液有利于保存、運輸，所以發(fā)酵醪液都需要進(jìn)行濃縮處理。 第 17 頁 共 60 頁 酶分子是具有生物活性的大分子，受熱會使它的天然構(gòu)象發(fā)生變化，從而喪失其原來的生物功能。所以，酶液的濃縮不能像其它的發(fā)酵產(chǎn)品那樣進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，而采用常見的膜過濾器超濾濃縮。 膜超濾濃縮是使用特制的薄膜對溶液中的各種溶質(zhì)分子進(jìn)行選擇性過濾的方法 ,溶液在一定壓力下通過膜時 ,溶劑和小分子能透過 ,大分子則受阻保留在原來的溶液中。 超濾法濃縮適用于生物大分子的發(fā)酵產(chǎn)品，尤其是酶和蛋白質(zhì)的濃縮，它具有成本低，操作方便，條件溫和， 能較好地保持生物大分子發(fā)酵產(chǎn)品的生物活性，且收率高等優(yōu)點。 超濾膜的型式和超濾器的型式是統(tǒng)一的，其中最常見的有：平面膜，把超濾膜平鋪在剛性平板上，類似板框過濾器；管式膜，類似列管式過濾器；空心纖維膜，它的過濾介質(zhì)是空心的細(xì)長纖維管狀膜，內(nèi)徑一般為 ，特點是過濾器的單位容積中的膜表面積較大。本設(shè)計采用最后一種膜過濾濃縮器，即空心纖維膜超濾器。 精濾 在有必要的情況下，如食品級酶的應(yīng)用要求，菌種保密問題等。進(jìn)行精濾除菌操作。 生產(chǎn)操作技術(shù)要點 斜面培養(yǎng)。黑曲霉 CP85211 系是 由母株 CP831 由 NTD 誘變所得的突變株，保存在 PDA斜面培養(yǎng)基。 種子制備。我們以 500L 的發(fā)酵罐為例，通風(fēng)（要求 10～ 12h 為， 12h 后為 ），溫度 28～ 30℃，當(dāng)攪拌培養(yǎng)菌體鏡檢粗壯呈網(wǎng) 第 18 頁 共 60 頁 絡(luò)狀時，即可進(jìn)行發(fā)酵。 發(fā)酵。我們以 3000 夾套型不銹鋼發(fā)酵罐（直徑 ，高 ，攪拌器電機 ，燕尾式葉輪一檔，罐壁有擋板 4塊）為例。來進(jìn)行培養(yǎng)基的殺菌，當(dāng)冷卻到 28～ 30℃，接入 500L 罐種子，通風(fēng)（要求 0～ 24 為， 24到結(jié)束為 ），在罐壓 ～ ，攪拌（速度 270r/min）繼續(xù)培養(yǎng) 55h,果膠酶活力可達(dá) 600U/ml。 后處理。用壓濾機將發(fā)酵液壓濾除渣，由 發(fā)酵液得濾液。經(jīng)超濾濃縮至 144L（相當(dāng)于 倍），酶活力為 581U/ml（相當(dāng)于 ），然后加入酒精沉淀酶，干燥，再粉碎，得到活力 92629U/g 的酶粉為 。各步驟回收率如表 44所示： 表 4 果膠酶提純工序及酶的回收率 操作工序 回收率 壓濾 89% 超濾 % 干燥 71% 總收率 55% 物料的衡算 本廠總物料衡算主要內(nèi)容 1）消耗的原料計算，其主要原料為（ NH4） 2SO蘋果渣和麩皮，其他原料還有瓊脂、葡萄糖、馬鈴薯等。 2）另外還有成品、副產(chǎn)品和廢水的計算。 工藝主要技 術(shù)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 第 19 頁 共 60 頁 生產(chǎn)方法：液體深層發(fā)酵法 生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn) 10000 噸果膠酶 生產(chǎn)天數(shù)： 300天 /年 果膠酶日產(chǎn)量： 噸 果膠酶年產(chǎn)量： 10050噸 副產(chǎn)品年產(chǎn)量： 46385噸 產(chǎn)品質(zhì)量：果膠酶活力 92432U/g （ 1）年理論消耗麩皮量 54 300 2﹪ 70﹪ 300＝ 68040（噸） （ 2）年理論消耗（ NH4） 2SO4量 54 300 2﹪ 70﹪ 300＝ 68040（噸） 年理論消耗蘋果渣量 54 300 1﹪ 70﹪ 300＝ 34020（噸） 每天放罐數(shù) 54 發(fā)酵罐體積 /m3 300 裝料系數(shù) 70﹪ 麩皮 /（ NH4） 2SO4的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù) 2﹪ 蘋果渣的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù) / ㎏ /L 1﹪ 一年生產(chǎn)天數(shù) 300 副產(chǎn)品產(chǎn)量計算 粗酶制劑年產(chǎn)量： 1300 300＝ 58500（噸） 濾渣體積 m3/d 1300 每立方米濾渣經(jīng)烘干所得產(chǎn)品質(zhì)量 kg 一年生產(chǎn)天數(shù) 300 生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢液量 第 20 頁 共 60 頁 發(fā)酵液經(jīng)過超濾后需加入酒精進(jìn)行沉淀，應(yīng)把廢液分為兩部分來計算： 生的廢液量 300 90﹪ 70﹪（ 1－ 85﹪） 54 300＝ 459270 （ m3） 這部分廢液需經(jīng)活性污泥法處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能進(jìn)行排放。 300 70﹪ 90﹪ 85﹪ 5（ 11﹪） 54 300＝ 130 105 m3 這部分廢液中的乙醇含量可達(dá) 80﹪，經(jīng)過蒸餾后還可再次利用。 發(fā)酵罐體積 /m3 300 裝料系數(shù) 70﹪ 壓濾收率 90﹪ 超濾收率 85﹪ 乙醇加入后體積增大倍數(shù) 5 沉淀生成百分比 1﹪ 每天放罐數(shù) 54 一年生產(chǎn)天數(shù) 300 熱量的衡算 發(fā)酵罐滅菌用蒸汽 熱源 在發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)上，蒸汽的使用使很廣泛的，主要功能是提供熱能。如發(fā)酵罐的滅菌 ，培養(yǎng)基的高溫滅菌，還有用于無菌空氣的加熱。在本工廠設(shè)計中采用的蒸氣熱源是：壓強 ，此時對應(yīng)的溫度由查表得 140℃ 第 21 頁 共 60 頁 蒸汽消耗量計算 在滅菌過程種，蒸汽的消耗量比較大，它的冷凝水量相應(yīng)也較大。為了避免過大量的冷凝水進(jìn)入發(fā)酵罐中，先用蒸汽進(jìn)行間接加熱到 90℃，再用蒸汽直接加熱，培養(yǎng)基的溫度上升到 120℃，保壓一段時間，達(dá)到充分滅菌目的。 (1) 間接蒸汽滅菌的蒸汽消耗量計算 高溫蒸氣通過冷卻蛇管進(jìn)行間接加熱，發(fā)酵液的溫度從 20℃上升到90℃。 發(fā)酵醪液的密度 |取經(jīng)驗數(shù)據(jù) /立方米 所以每 個發(fā)酵罐醪液的重量 m=300= 噸 培養(yǎng)基的比熱 C取值 查《化工原理》附表，得到 140℃時蒸氣的汽化潛熱 R=由公式 W1R= Cm （ 9020） /R 得 W1=Cm （ 9020） /R =100070/ = /罐 (2) 直接蒸汽滅菌的蒸汽消耗量計算 熱源與前面的一樣， ， 140℃溫度，直接從空氣進(jìn)管通入發(fā)酵罐進(jìn)行與培養(yǎng)基混合 高溫滅菌。培養(yǎng)基的溫度達(dá)到 120℃。 熱負(fù)荷 Q=Cm （ 12090） 培養(yǎng)基的比熱仍然取值 所以 Q=100030 =10 6kj 第 22 頁 共 60 頁 此時蒸氣的汽化潛熱 R取 140℃的值， R= 所以 蒸氣的消耗量 W2=Q/R =10 6/ = 總的蒸氣的消耗量為 W=W1+W2 =+ = /罐 (3) 其它蒸汽消耗量 考慮到培養(yǎng)基的滅菌時的保 壓時間內(nèi)的蒸氣的消耗量 W3，按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)， W3為滅菌蒸氣的 20%。 空罐滅菌時的蒸氣消耗量 W4取經(jīng)驗值 20%的培養(yǎng)基滅菌蒸氣消耗量 所以 單罐生產(chǎn)的蒸氣消耗量 W=W1+W2+W3+W4 = 1 = /罐 干燥用蒸汽 干燥器（氣流、噴霧干燥器）每天工作 8小時 ,耗氣量大約是： 16200Kg/h；則一年耗氣量為 :16200 8 3 300/1000=58320t 取暖及其它用蒸汽為 :900t 鍋爐的確定 發(fā)酵罐和培養(yǎng)基的蒸汽滅菌時間為 2小時，此時工廠需要 的最大蒸汽量W5 W5=＋ ＋ 900247。 8 = 第 23 頁 共 60 頁 采用蒸汽提供量為 10噸 /hr的鍋爐四臺。 蒸汽消耗資金計算 每天有 54個發(fā)酵罐工作，發(fā)酵周期兩天， 則每天消耗蒸汽量 54247。 2﹦ 則一年中用于發(fā)酵罐滅菌需用蒸汽量為 : ( 8 3+) 300=23240t 蒸汽的價格為 :50 元 /t,則一年蒸汽花費為 (23240+900) 50 =1207000 元 耗電量的計算 種子罐 種子 罐攪拌過程中總功率為 90Kw，每 天有 27 個罐工作： 90 50 27=121500 Kwh 發(fā)酵罐 發(fā)酵罐攪拌過程中總功率為 110Kw,每天有 54 個罐工作： 110 54 24=142560 Kwh 提取耗電量 離心泵 其功率 4h 共 200 臺 耗電量 4 200=8040Kwh 粉碎機 其功率 每天工作時間時間 6h 共 35 臺 耗電量 6 35=1575Kwh 氣流干燥裝置 其功率 7kw 每天工作時間 6h共 20 臺 耗電量 7 6 20=840Kwh 第 24 頁 共 60 頁 超濾裝置 其功率 3kw 每天工作時間 15h 共 40臺 耗電量 15 3 40=1800Kwh 蠕動泵 其功率 10h 共 40臺 耗電量 10 40=3000Kwh 板框過濾機 其功率 4kw 每天工作時間 12h 共 60 臺 耗電量 4 12 60=2880 Kwh 噴霧干燥塔 其功率 5kw每天工作時間時間 10h 共 10 臺 耗電量 5 10 10= 500Kwh 蒸餾裝置 其功率 3kw 每天工作時間 24h 共 40 臺 耗電量 324 40=2880Kwh 除以上幾個設(shè)備外，生產(chǎn)中其他設(shè)備用電較少些，每天用電約 6000 Kwh,非生產(chǎn)生活及其他用電為 5000 Kwh,濟(jì)寧 市工業(yè)用電每度約 合 元 ,則全年總用電量為 309475Kwh ， 則本公司一年所 需電費 約為 309475 元= 元 水用量 發(fā)酵耗水 54 300 95﹪ 70﹪＝ 10773t/d 每天放罐數(shù) 54 裝料系數(shù) 70﹪ 水的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù) 95﹪ 發(fā)酵罐體積 /m3 300 冷卻用水量 第 25 頁 共 60 頁 一發(fā)酵罐罐每發(fā)酵一次用水 20 噸，時間為 90小時 20/90 24 10＝ 53 t/d 過濾機需水量 過濾機每臺每 5 噸，每天工作 8小時共 40臺 5 8 40=1600 t/d 洗罐用水量 每個發(fā)酵罐（包括種子罐）洗滌用水按 15噸算： 15 80＝ 1200 t/d 總用水量 12768+360+1280+1200=15608 t/d 平均每噸果膠酶用水量 濟(jì)寧市工業(yè)用水價格為 元 /t,所以一年用水花費為 15608 300=11003640元 設(shè)備選型 要求基本參數(shù)： 全年生產(chǎn)天數(shù)為 300d， 果膠酶 生產(chǎn)周期為 3d，產(chǎn)品規(guī)格為 92629u/g，提取總收率 約 為 55%，年產(chǎn)量為 10000t。 確定發(fā)酵設(shè)備 確定種子罐數(shù) 二級種子罐體積為： 100m3,一級種子罐體積為 10m3,接種量均 :10%,裝料系數(shù)為 70%,則每天需 (64 60 70% 10%)/(30 70%)≈ 13個二級種子 罐，發(fā)酵周期為 2天 ,則需二級種子罐數(shù)為 2 3=26個 ,再加一個備用罐 ,共需要 第 26 頁 共 60 頁 27 個二級種子罐，二級種子罐與一級種子罐采用 3:1 接種方式，即需要 9個一級種子罐。 確定發(fā)酵罐數(shù) 發(fā)酵罐的體積為 300m3， 裝料系數(shù)為 70% ，每立方米的產(chǎn)酶量約為 3 kg。則 每個罐產(chǎn)酶量（以產(chǎn)品計） 300 70% 3=630kg 每天產(chǎn)酶量為 ，則每天需要發(fā)酵罐個數(shù)為 1000247。 3247。﹙ 300 70％﹚≈ 54（個） 如生產(chǎn)周期約為三天，則罐個數(shù)為 54 3=162（個） ,再加上備用罐 ,總共需要 164 個發(fā)酵罐。 發(fā)酵設(shè)備的型號 通過計算，共需 164個 300m3發(fā)酵罐， 9個 30m3一級種子罐和 13個 100m3的二級種子罐?？捎萌R州市精細(xì)化工機械設(shè)備廠的發(fā)酵罐和種子罐。其參數(shù)如下： 表 61 發(fā)酵設(shè)備的性能參數(shù) 筒體直徑Dg(mm) 公稱體積M3 筒體高度H(mm) 攪拌軸功率 Kw 攪拌軸轉(zhuǎn)速 換熱面積M2 1800 10 3200 150 12 2400 30 6600 45 180 34 3000～3200 60 8000 65 160 65 生產(chǎn)設(shè) 備的確定 第 27 頁 共 60 頁 板框過濾機 此設(shè)備每天處理量約為 336m3，其能力為 336m