【文章內(nèi)容簡介】 5%247。95%=5. 根據(jù)發(fā)酵水平番茄紅素產(chǎn)量400mg/L可得：發(fā)酵液需求量：1000kg247。95%247。98%247。75%247。95%106247。400mg/L=6. 根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)基各成分比例可得：玉米淀粉量：10g/L=149182480g=玉米漿量：40g/L=149182480g=棉籽油量：50ml/L=186478100ml=186478L磷酸二氫鉀量：1g/L==硫酸鎂量：VB1量：7. 根據(jù)流加糖液300g/L可得：，流加糖液量為發(fā)酵培養(yǎng)基的10%，則葡萄糖量：10%300g/L=8. 根據(jù)添加阻斷劑1g/L可得：，則煙草廢棄物量：1g/L==9. 根據(jù)接種比例10%可得：，則接種量：10%=10. 根據(jù)萃取劑用量20ml/g菌粉可得：干燥的菌粉約等于發(fā)酵后的番茄紅素的量，則石油醚的量：10320ml/g菌粉=29836400mL=11. 根據(jù)添加抗氧化劑TBHQ5%可得：，則TBHQ量：5%=，甲醇溶液為80%的水溶液其配比為400g/L，可得：干燥的菌粉約等于發(fā)酵后的番茄紅素的量，則：氫氧化鉀的量：103 甲醇水溶液的量：149182g247。400g/L= 甲醇溶液的量：80%=：已知皂化后番茄紅素量：，其濃縮后的番茄紅素含水量為10%，濃縮液密度按水的密度計(jì)算，則有濃縮液體積為：247。1kg/L247。（110%）=無水乙醇的量：10= 原料日消耗量和年總消耗量已知番茄紅素日生產(chǎn)量：；年產(chǎn)量15t可得： 103=104t10315==11190L年需量186478L15=2797170L=15==15==15==15=5594343L =15=103=103t10315==15==15==15=447546L=15==15=（叔丁基對二苯酚）=15=表1產(chǎn)15噸番茄紅素消耗物料物料名稱每噸產(chǎn)品耗物量年產(chǎn)15噸番茄紅素耗物量每天的耗物量每年的耗物量接種量5594343L甲醇溶液無水乙醇VB1104t棉籽油186478L11190L2797170L玉米漿硫酸鎂葡萄糖玉米淀粉氫氧化鉀103t煙草廢棄物磷酸二氫鉀石油醚447546LTBHQ 主要階段的能量衡算 發(fā)酵過程中蒸汽耗量的計(jì)算①計(jì)算公式整個(gè)生產(chǎn)過程采用蒸汽加熱，蒸汽耗用量計(jì)算公式為：式中：η為蒸汽損失效率，取η=10%； i為蒸汽熱焓，千焦/千克；G為發(fā)酵培養(yǎng)基，千克； C為發(fā)酵培養(yǎng)基比熱容，千焦/(千克攝氏度)；T1為加熱開始料頁溫度，攝氏度；t2為加熱到的料液溫度，攝氏度；②基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在28℃下查得：(kg℃)；(kg℃)； kJ/(kg℃)； kJ/(kg℃)； kJ/(kg℃)；(kg℃)；③培養(yǎng)基的比熱容；；培養(yǎng)基中淀粉的比例：247。1=40247。247。1000247。1100%=%；培養(yǎng)基棉籽油的比例：100%=50103247。1100%=5%；培養(yǎng)基玉米漿的比例：247。1=40247。247。1000247。1100%=%；培養(yǎng)基的水的比例：%5%%=%；培養(yǎng)基的比熱容：C=%+5%+%+%=(kg℃)；④直接蒸汽消耗量 =（12130）（1+10%）/() =D1天=D1= D1年=D115= 發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量保溫時(shí)蒸汽消耗量D2與操作有很大的關(guān)系，比較難計(jì)算，一般按直接蒸汽加熱時(shí)消耗量的50%來估算，D2=D150%； D2=D150%= D2天=D2= D2年=D215= 種子罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量按照種子罐接種量3%，估算種子罐消耗蒸汽量D0 D0=（D1+D2）3%= D0天=D0= D0年=D015= 發(fā)酵車間總的消耗蒸汽量 D總=D0+D1+D2= D總天=D0天+D1天+D2天= D總年=D0年+D1年+D2年= 發(fā)酵過程冷卻水耗量的計(jì)算已知發(fā)酵培養(yǎng)基需要從121℃降溫到30℃放出熱量為=(12130）=105（KJ）C為比熱容； M為培養(yǎng)基質(zhì)量；TT2為培養(yǎng)基冷卻前后的溫度；則需冷卻水吸收的溫度也為Q,需要冷卻水量為=105/(2815)=24142kg==M天== M年=15= 發(fā)酵過程無菌空氣耗量的計(jì)算①單個(gè)發(fā)酵罐耗用無菌空氣量計(jì)算公式：V=發(fā)酵罐體積通氣速率填充系數(shù)已知：發(fā)酵罐體積為100m179。； vvm；填充系數(shù)為1/5。則V=1001/5=179。/h②單個(gè)種子罐耗用無菌空氣量取種子罐的無菌空氣耗量為發(fā)酵過程無菌空氣耗量的20%則V=20%V== m179。/h5 設(shè)備選型 主要設(shè)備的選型與計(jì)算 發(fā)酵罐的選擇條件及計(jì)算發(fā)酵設(shè)備是發(fā)酵工廠中最基本最重要的設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)有的發(fā)酵罐容量系列有：10，20，50，75，100，150，200，250，500m3等等。一般說來單罐容量越大，經(jīng)濟(jì)性能越好，但風(fēng)險(xiǎn)也越大，要求技術(shù)管理水平也越高，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和實(shí)用性，可以先選擇公稱容積為100m3的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，即大家常說的通用罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要有：番茄紅素發(fā)酵過程需添加流加糖液，對混合要求較高，因此選用渦輪攪拌器。且通用罐歷史悠久，資料齊全，在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗(yàn)，成功率高。 ①日需發(fā)酵罐體積計(jì)算；已知日生產(chǎn)量：15247。250=；則日需發(fā)酵液體積：V發(fā)酵液===已知裝液量為φ=1/5，則每天需要發(fā)酵罐的總體積為V0（發(fā)酵周期為72 h）V0=V247。φ=247。1/5= ②周期發(fā)酵需要發(fā)酵罐個(gè)數(shù)計(jì)算現(xiàn)選擇公稱容積為100m179。的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，則日需要發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為N1。發(fā)酵周期6天(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間1天)。N1=V0/100=247。100=≈12一周期需要的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)N=125＋1=61（個(gè)）即需要公稱容積為100m179。的發(fā)酵罐61個(gè)，即可保證生產(chǎn)?，F(xiàn)按公稱容積100m179。的發(fā)酵罐計(jì)算,取高徑比H:D=2:1，公稱體積為100m179。的發(fā)酵罐總體積為118m179。，則有V=V桶+2V封=118m179。,忽略封頭折邊不計(jì)，則有：V全=H+2πD3/24=118其中，設(shè)H=2D，+=118，可求得D=（m）取D=4m，則H=2D=8m查表可知封頭高H封=ha+hb=1000+50=1050（mm），則全容積V=V桶+2V封= =H+2πD3/24+2=（m3）從而滿足設(shè)計(jì)為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高是也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個(gè)月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到的最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計(jì)冷卻面積。計(jì)算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式[22]，即對于番茄紅素的發(fā)酵，每1m179。6000kJ/（m3h）采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=500kJ/（m3h℃）。平均溫差Δtm：28℃─→ 15℃ Δt1=2815=13℃28℃ ─→ 25℃ Δt2=2825=3℃代入得=℃換熱面積為29m2（1）選用六彎葉渦輪攪拌器，該攪拌器的各部分尺寸與罐直徑D有一定的比例關(guān)系。攪拌器葉徑：Di=D/3=4/3=（m），取Di=（m）葉寬：B===（m）弧長：l===（m）底距：C=D/3=4/3=（m）盤徑：di===（m）葉弦長：L===（m）葉距：Y=D=4（m）彎葉板厚：δ=12（mm）淀粉水解糖液低濃度發(fā)酵醪可視為牛頓型流體，計(jì)算過程如下： 計(jì)算Rem其中：D—攪拌器直徑，D= N—攪拌器轉(zhuǎn)速，N=250/60=（m/s） ρ—醪液密度，可取ρ=1050（kg/m3） μ—醪液粘度，可取μ=103Ns/m2則有=，視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=。 種子罐的選型1. 種子罐容積和臺數(shù)的確定①種子罐容積的確定，種子罐裝液量φ=75%，則每天需要種子罐體積V1=247。=②周期發(fā)酵需要種子罐個(gè)數(shù)計(jì)算選擇公稱容積為20m179。的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐為例，則日需要種子罐的個(gè)數(shù)為N2；N2=≈2一個(gè)周期需要的種子罐個(gè)數(shù)為26＋1=13（個(gè)）2. 種子罐主要尺寸的計(jì)算V=V桶+2V封=23m179。=2D+π/12D179。=23解出D=，取D==2400mm，則H=2D=實(shí)際容積為V=2+179。23m179。可以滿足工藝設(shè)計(jì)要求 輔助設(shè)備的選型 細(xì)胞過濾器根據(jù)工藝查《工藝設(shè)計(jì)手冊》[23]，假設(shè)選用內(nèi)慮面轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)，型TY/GLWKGL1,過濾面積20平方米，處理量約為200L/(m2h)，發(fā)酵周期為6天（輔助時(shí)間1天），則有：15247。2506≈，假設(shè)處理時(shí)間定為一天，每臺過濾器每天處理的量為：200L2024=96000L則需要設(shè)備數(shù)量：247。96000≈14（臺）所以我們選用該型號的過濾器14臺，即可保證生產(chǎn)工藝要求。 真空干燥器根據(jù)生產(chǎn)工藝，我們選取YZG/FZG系列真空干燥機(jī)兩臺，干燥速率100 kgH2O/(m2h),干燥面積3m2其優(yōu)點(diǎn)：干燥速度快，受熱均勻，比傳統(tǒng)的烘箱提高干燥速度3~5倍，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，比較容易清掃，物料填充率高。計(jì)算如下：每周期發(fā)酵液經(jīng)過慮后，干燥后的菌體量按菌體內(nèi)的番茄紅素量計(jì)算得6≈過濾后的菌體約帶有5%的水分，即該干燥的水分有：247。95%5%≈每臺干燥器每小時(shí)處理的量為：100kg3=300kg/h則選用一臺干燥器需要處理的時(shí)間為：247。30≈（h）滿足設(shè)計(jì)需求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)需要真空干燥12 h，干燥兩次時(shí)間為：122=24（h）。 細(xì)胞破碎器為滿足本設(shè)計(jì)處理量需求，我們選用工業(yè)生產(chǎn)超聲波細(xì)胞破碎機(jī)一臺，型號CSJ—400/WFM—10L，處理量為300 kg/h，生產(chǎn)能力較高，適合工業(yè)生產(chǎn)中采用。需要破碎的細(xì)胞量按干燥后番茄紅素的量計(jì)算，6≈則選用一臺細(xì)胞破碎器需要處理時(shí)間：247。300≈（h）滿足設(shè)計(jì)需求。 萃取設(shè)備微波萃取設(shè)備，型號CNWB—1000一臺，處理量為1m3/h。適合于工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，萃取速度快，省時(shí)，安全性較高，萃取純度較高。具體計(jì)算如下：6=水和石油醚等量對比，6≈6≈：+++=≈247。1m3/h= h滿足設(shè)計(jì)需求。后期的皂反應(yīng)也可在萃取設(shè)備中完成。皂化時(shí)間則有：=（h） 濃縮設(shè)備真空濃縮設(shè)備一臺，型號ZRTN500，容積500L，濃縮速度500L/(m2h)。本設(shè)備適用于中藥、食品、保健品等料液的真空濃縮、蒸餾酒精回收和簡單的回流提取,所以本設(shè)計(jì)也選取該型號的設(shè)備。具體計(jì)算如下：6=每臺濃縮設(shè)備每小時(shí)處理量為500=1000(L)247。1000≈(h)滿足設(shè)計(jì)需求。 結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備一臺，型號滾筒類型，規(guī)格216。8001000，結(jié)晶能力450 kg/h。需要結(jié)晶處理的量為含有10%水的番茄紅素的量，6≈則選用一臺結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶處理時(shí)間需要：247。450kg/h=(h)即可滿足設(shè)計(jì)需求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，需要結(jié)晶處理12 h。 發(fā)酵后期發(fā)酵液處理總共時(shí)間一個(gè)發(fā)酵周期需要：細(xì)胞過濾24 h；真空干燥24 h； h； h； h； h；結(jié)晶12 h；后期精制時(shí)間約15 h?？傆?jì)時(shí)間：24+24+++++12+10=6天所以處理時(shí)間上滿足設(shè)計(jì) 主要設(shè)備（見表2）表2主要設(shè)備一覽設(shè)備名稱規(guī)格/型號發(fā)酵罐100m3種子罐20m3過濾器TY/GLWKGL1干燥器YZG/FZG細(xì)胞破碎器CSJ—400/WFM—10L萃取設(shè)備CNWB—1000濃縮設(shè)備ZRTN500結(jié)晶設(shè)備216。8001000滾筒6 效益評估 原料消耗（見表3）表3原料消耗費(fèi)用名稱單價(jià)(元/t)用量（t）總價(jià)（萬元）甲醇溶液1500無水乙醇2500石油醚5000TBHQ15000棉籽油5000玉米漿200硫酸鎂500葡萄糖2500玉米淀粉300氫氧化鉀6000磷酸二氫鉀4000總計(jì) 設(shè)備消耗（見表4）表4設(shè)備消耗費(fèi)用名稱單價(jià)(元/臺)數(shù)量總價(jià)（萬元）發(fā)酵罐1500061種子罐7000