【文章內(nèi)容簡介】 5. 噴射器 6. 換熱器 圖52 發(fā)酵車間熱量平衡圖a. 每罐裝料量即初始體積= ，初始質(zhì)量=1000==；(表壓)，I=2743kJ/kg。，每罐滅菌的時間為2h，輸料流量:；([KJ/(kgk)]，式中:2743—加熱蒸汽焓；—水的比熱容，則D=(12095) 247。() =，每天用蒸汽量： 24=，高峰=，平均量=；：1200C熱料通過與生料交換，降至800C，在用冷水冷至300C。冷卻水由200C升至450C， 計算冷卻水量(W)：W=(8030)247。[(4520)]= t/h，每天用水量: 22=。：120 m31Cr18Ni9的發(fā)酵罐體重30498kg，冷卻排管重3269kg，(kgK)， (表壓)蒸汽滅菌， (表壓)下，由200C升到1250C。其蒸汽量為：(30498+3269)(12520) 247。(2718125)=808kg：因120m3發(fā)酵罐的全容積大于120 m3，考慮到罐內(nèi)d 排管，攪拌器等場占空間，罐之自由空間仍按120 m3計算，填充空間需蒸汽量D空=Vρ=120=式中：ρ——加熱蒸汽的密度(kg/ m3)，；V——發(fā)酵罐自由空間即全體積(m3):罐外壁溫度700C輻射與對流聯(lián)合給系數(shù)α=+(7020)=[kJ/(m2hK)]120 m3發(fā)酵罐的表面積S=4πR2+2πRH=4π(247。2)2+=217 m3耗用蒸汽量：D損=217(7020) 247。(2718125)=215kgd)罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗：2171000(12520)247。(2718125)=式中：(mm)，去總氣消耗量的5%，空罐滅菌蒸汽消耗量為：(808++215+) 247。(15%)=：=1991kg/罐每日用蒸汽量：19912=3982kg/d平均量：3982247。24=166kg/h 種子培養(yǎng)基空罐用蒸汽量(重復上述計算工作)種子罐體加熱：（16103+）(12520) 247。(2718125）=393kg填充空間需蒸汽量：D空= Vρ=12=滅菌過程的熱損失：(7020) 247。(2718125)=罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗：1000(12520)247。(2718125)=滅菌過程蒸汽滲漏，去總氣消耗量的5%，空罐滅菌蒸汽消耗量為: （393+++）247。(15%)=每空罐滅菌30min用蒸汽量：30247。60= kg/罐每日用蒸汽量：2= kg/d平均量：247。24=第6章 水平衡 配料用水量： ，加水比1:，即31471= 液化液冷卻水（使用二次水）：液化液滅酶活后，溫度達115℃，用糖化液將至85℃（糖化液滅菌），然后用水降溫，由85℃降至60℃，冷卻水進水溫度是20℃，出水溫度達58℃，需冷卻水量：W=（+）（8560）247。[（5820）]=。 其他：日產(chǎn)300g/，糖化操作周期30h，其他糖化時間為24h，糖化罐100 m3填充系數(shù)75%，需糖化罐：247。（10075%）（30247。24）=，取2臺。使用板式換熱器，使滅菌后的糖化液由85℃降至60℃，使用二次水，冷卻水進水溫度為20℃，出水溫度為50℃，平均用水量為：（+）（8560）247。[（5020）]= kg/h要求2h把75 m3 糖液冷卻至60℃，高峰用水量：247。（+）75000247。2=27983kg/h。每日糖化罐同時運作：24247。30=每日冷卻水用量：279832=第7章 主要車間設計 概述色氨酸的生產(chǎn)主要經(jīng)過以下4個重要工序：（1） 制糖：淀粉原料的糖化，使淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，調(diào)pH；（2）色氨酸的發(fā)酵：利用色氨酸高產(chǎn)菌在適宜的發(fā)酵條件下發(fā)酵，生產(chǎn)色氨酸；（3）色氨酸的提??；（4）精制。與這四個工藝階段相對應，在色氨酸生產(chǎn)廠設置糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，設置鍋爐房，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還需設置水泵房，所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，通過供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。 制糖 因為色氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉，需經(jīng)糖化后生成葡萄糖，然后利用葡萄糖生產(chǎn)發(fā)酵。而可以用來制備淀粉水解糖的原料很多，主要有薯類（山芋、木薯）、玉米、大米、小麥等含淀粉原料。但是因為考慮到含淀粉量和原料價格，我們采用淀粉含量較高、成本價較低的玉米作為原料[7]。玉米收購價大概在4元/公斤，且除去水分外，含淀粉約80%。玉米作為原料，先要經(jīng)過預處理（主要是粉碎），然后液化、糖化。這些都是在糖化車間完成的。 色氨酸的發(fā)酵 色氨酸發(fā)酵過程：滅菌后的色氨酸培養(yǎng)液在流量監(jiān)控下進入色氨酸發(fā)酵罐，經(jīng)過罐內(nèi)冷卻蛇管將溫度冷卻至32℃ ，置入菌種，氯化鉀、硫酸錳、消泡劑及維生素等，通入消毒空氣，經(jīng)一段時間適應后，發(fā)酵過程即開始緩慢進行。色氨酸發(fā)酵是一個復雜的微生物生長過程，色氨酸菌攝取原料的營養(yǎng)，并通過體內(nèi)特定的酶進行復雜的生化反應。培養(yǎng)液中的反應物透過細胞壁和細胞膜進入細胞體內(nèi)，將反應物轉(zhuǎn)化為色氨酸產(chǎn)物。整個發(fā)酵過程一般要經(jīng)歷3個時期，即適應期、對數(shù)增長期和衰亡期。每個時期對培養(yǎng)液濃度、溫度、PH值及供風量都有不同的要求。因此，在發(fā)酵過程中，必須為菌體的生長代謝提供適宜的生長環(huán)境。經(jīng)過45至48小時的培養(yǎng)，當產(chǎn)酸、殘?zhí)?、光密度等指標均達到一定要求時即可放罐。這些發(fā)酵過程均在發(fā)酵車間完成，為了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)效益最大化，發(fā)酵過程的控制有著至關重要的作用。[9][12] L色氨酸是人和動物生命活動中八種必需氨基酸之一，對人和動物的生長發(fā)育、新陳代謝起著重要作用。L色氨酸的生產(chǎn)方法有多種，其中以發(fā)酵法最具發(fā)展前途。因此提高發(fā)酵液中L色氨酸的產(chǎn)率，并將其提取精制出來，采取有效措施提高其收率是目前急待解決的問題。 本文著重研究了從L色氨酸發(fā)酵液中提取L色氨酸的工藝條件，詳細討論了各個分離純化步驟和操作條件。L色氨酸發(fā)酵液先用陰離子聚丙烯酰胺（溫度：常溫、劑量：100mg/L、攪拌速度20r/min、攪拌時間1～2min）絮凝后，過濾或離心去除菌體和雜蛋白。為了使L色氨酸與其它雜氨基酸分離，本論文選用了14種樹脂進行靜態(tài)、動態(tài)實驗，發(fā)現(xiàn)0037強酸性陽離子交換樹脂在pH為6～8之間、流速1mL/min、溫度室溫，對色氨酸有最大的吸附作用，將上清液流經(jīng)0037型陽離子交換樹脂柱，流速1mL/min、溫度室溫，收集L色氨酸流分。將其減壓濃縮粗結晶，再用60％的熱乙醇溶解，溶解液通過D3012型陰離子交換樹脂脫色，條件為流速2mL/min、溫度為室溫，收集流出液，再將其減壓濃縮。加入30％的無水乙醇，4℃放置24h，真空干燥得白色粉片狀L色氨酸晶體?？傮w取收率約為68％，純度達98％。 精制 色氨酸提取方法是離子交換柱法，所得產(chǎn)品色氨酸含量可達到99%，完全能夠達到要求，因此不再需要精制步驟，只需要包裝即可。 糖化車間 糖化工藝的選擇：采用雙酶法（α淀粉酶和糖化酶）生產(chǎn)葡萄糖，可提高淀粉原料的轉(zhuǎn)化率及糖液濃度，改善了糖液質(zhì)量，是目前最為理想的制糖方法。： 在配料罐，用工藝循環(huán)水（溫度5055℃）把淀粉調(diào)到1218’Be，%氯化鈣，作為淀粉酶的保護劑和激活劑，%耐高溫α淀粉酶，聊也攪拌均勻后用泵把粉漿打入到液化噴射器，在噴射器中粉漿和蒸汽瞬間接觸，溫度自動控制在105110℃，從噴射器中出來的液料，經(jīng)過35min的高溫維持后進入閃蒸罐，溫度降到95100℃，然后進入層流罐保溫60120min，DE值達到1218%后，與糖化終了料液進行熱交換進入糖化罐溫度降低至5862℃，%糖化酶保溫30h，用無水酒精檢測無糊精存在時，同時將料液加熱與液化料進行熱交換至80℃，然后降溫至60℃，%助濾劑，視料液情況添加活性炭，攪拌1小時開始過濾。：圖72 糖化工藝流程圖73 液化工藝設備流程圖表72糖化工藝技術參數(shù)液化工藝參數(shù)糖化工藝參數(shù)脫色參數(shù)調(diào)漿濃度3035%糖化酶量%脫色PH~耐高溫淀粉酶量%PH~脫色時間~1hPH~溫度58~620C溫度105~1100C時間25h時間60120 min滅酶溫度850C左右滅酶溫度115~1200C時間5~10min滅酶時間5~10min糖化DE96%~98%液化DE12~18% 發(fā)酵車間 發(fā)酵工藝簡述： 糖化車間制備的糖化液和其他營養(yǎng)成分：工業(yè)淀粉、生物素等按要求配制成培養(yǎng)基，定容。經(jīng)連消系統(tǒng)滅菌，降溫至接種溫度后進行接種。接著接種：菌種先經(jīng)過一級種子擴大培養(yǎng)，再經(jīng)過二級種子擴大培養(yǎng)后菌種量達到要求后再進入發(fā)酵罐進行接種，發(fā)酵。發(fā)酵時間為45h，發(fā)酵過程中通過流加液氨控制pH，通過冷卻系統(tǒng)（冷卻塔和冷機）控制溫度，流加糖液控制殘?zhí)橇浚ㄟ^無菌空氣控制通氣量。發(fā)酵結束后，經(jīng)泵進入發(fā)酵液貯罐，供提取車間用。發(fā)酵單位為30mg/L。：消泡劑 葡萄糖液 消泡劑 水 水無機鹽 配料罐 定容罐 配料罐 無機鹽玉米漿 玉米漿維生素 發(fā)酵性發(fā)酵糖 二級種子罐 蒸汽混合器 糖 實消 維持罐 降溫 換熱器 消泡劑斜面 一級種子 培養(yǎng) 發(fā)酵罐 高濃度糖 發(fā)酵菌種：大腸桿菌工程菌株（高產(chǎn)基因工程菌）?？衫闷咸烟菫樵现苯影l(fā)酵生產(chǎn)L色氨酸，糖酸轉(zhuǎn)換率可達15%以上，發(fā)酵周期為40到48小時之間，發(fā)酵周期較短，工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。發(fā)酵單位穩(wěn)定在30mg/L左右，單位生產(chǎn)成本較低，該技術處于國際先進水平。：采用分段控制色氨酸發(fā)酵過程中的溫度控制策略：0～16h發(fā)酵溫度為30℃，16h后緩慢升溫至36℃，℃，利用發(fā)酵罐的溫度順控模式進行自動控制表73 色氨酸發(fā)酵過程中的溫度順序控制表時間h018192021222324252627282945溫度℃3031323334353636采用分階段溫度控制策略可使色氨酸產(chǎn)量達到最大值（ g/L），比恒定溫度（33℃）下最高產(chǎn)量（ g/L）%；且色氨酸的比合成速率（ h1）比恒定溫度（33℃）下最高比合成速率（0．88 h1）%；質(zhì)粒穩(wěn)定性增加，未出現(xiàn)質(zhì)粒丟失現(xiàn)象，質(zhì)?？截悢?shù)保持在恒定水平[19]。 每天需發(fā)酵罐容積（填充率為75%）=247。75%= m3，根據(jù)發(fā)酵罐容積選擇原則，我們是新建工廠，應盡量減少設備數(shù)量，在技術管理水平允許的范圍內(nèi)，盡量取較大容積發(fā)酵罐，為滿足需要，我們選擇單罐公稱容積為120 m3的六彎葉機械攪拌通氣發(fā)酵罐。則每天需要120 m3的發(fā)酵罐N0=，此次項目中，色氨酸發(fā)酵周期為45h。共需要發(fā)酵罐數(shù)N=（45）/(12024)=，即是4個。且每天應有2個發(fā)酵罐出料，每年工作300天，實際產(chǎn)量檢驗算：（12075%）2300247。=，設備富裕量為（）/1000=%，能滿足生產(chǎn)需要。綜上所述，需要4個120m3的發(fā)酵罐，每天都有2個發(fā)酵罐出料。封頭折邊忽略不計，發(fā)酵罐近似計算式為：V0=π/4D2H+根據(jù)常用機械攪拌通氣發(fā)酵罐尺寸本次設計中H/D=3，即H=3D，帶入V0=π/4D2H+=120，得D=3630mm。查表：中國人民共和國行業(yè)標準橢圓形封頭JB/T473795，可得直邊高度Hb=50mm。但在實際生產(chǎn)中，我們需要考慮Hb，則發(fā)酵罐全體積： V1=π/4 D2[H+2(Hb+D/6)]=120， 求得D 并取整D=，H=。查表可得橢圓封頭的容積V封頭= m3，選用厚度為24mm，質(zhì)量為2707kg。查表得，1m高筒節(jié)鋼板重量為：。 則發(fā)酵罐筒體重量為：= 發(fā)酵罐重量=筒體重量+2*每個封頭質(zhì)量=+22707=30498kg。根據(jù)列管設計原則，列管換熱面積比為1: H列管=120247。(108π247。1000)=，查表得，列管的重量為3269kg。表74 發(fā)酵罐尺寸一覽表發(fā)酵罐基本尺寸發(fā)酵罐相關質(zhì)量發(fā)酵罐公稱直徑3600mm發(fā)酵罐筒體質(zhì)量發(fā)酵罐公稱容積120 m3每個封頭質(zhì)量2707k