【文章內容簡介】 靜電斥力，從而使它們沉淀下來。本設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的壓力差，過濾速率與壓力差和濾餅有關，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行。 膜過濾 發(fā)酵醪液中的產(chǎn)物濃度很小，而應用中要求的酶液濃 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分子進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，它的過濾介質是空心的細長纖維管狀膜，內徑一般為 ，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，如食品級酶的應用要求，菌種保密問題等。進行精濾除菌操作。 生產(chǎn)操作技術要點 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（要求 10～ 12h 為， 12h 后為 ），溫度 28～ 30℃，當攪拌培養(yǎng)菌體鏡檢粗壯呈網(wǎng) 第 18 頁 共 60 頁 絡狀時，即可進行發(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。來進行培養(yǎng)基的殺菌，當冷卻到 28～ 30℃，接入 500L 罐種子，通風（要求 0～ 24 為， 24到結束為 ），在罐壓 ～ ，攪拌（速度 270r/min）繼續(xù)培養(yǎng) 55h,果膠酶活力可達 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（相當于 倍），酶活力為 581U/ml（相當于 ），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 術指標和基礎數(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的質量體積分數(shù) 2﹪ 蘋果渣的質量體積分數(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行沉淀，應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)活性污泥法處理達到標準后才能進行排放。 300 70﹪ 90﹪ 85﹪ 5（ 11﹪） 54 300＝ 130 105 m3 這部分廢液中的乙醇含量可達 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。在本工廠設計中采用的蒸氣熱源是：壓強 ，此時對應的溫度由查表得 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，它的冷凝水量相應也較大。為了避免過大量的冷凝水進入發(fā)酵罐中，先用蒸汽進行間接加熱到 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，直接從空氣進管通入發(fā)酵罐進行與培養(yǎng)基混合 高溫滅菌。培養(yǎng)基的溫度達到 120℃。 熱負荷 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 除以上幾個設備外，生產(chǎn)中其他設備用電較少些，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﹪ 水的質量體積分數(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州市精細化工機械設備廠的發(fā)酵罐和種子罐。其參數(shù)如下： 表 61 發(fā)酵設備的性能參數(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 備的確定 第 27 頁 共 60 頁 板框過濾機 此設備每天處理量約為 336m3，其能力為 336m