【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 52 發(fā)酵車(chē)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(shí)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(guò)與生料交換，降至800C，在用冷水冷至300C。冷卻水由200C升至450C， 計(jì)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(chǎng)占空間，罐之自由空間仍按120 m3計(jì)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(duì)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(fù)上述計(jì)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(guò)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(guò)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(dá)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(jìn)水溫度是20℃，出水溫度達(dá)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(shí)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(tái)。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(jìn)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(shí)運(yùn)作：24247。30=每日冷卻水用量：279832=第7章 主要車(chē)間設(shè)計(jì) 概述色氨酸的生產(chǎn)主要經(jīng)過(guò)以下4個(gè)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）色氨酸的提取；（4）精制。與這四個(gè)工藝階段相對(duì)應(yīng)，在色氨酸生產(chǎn)廠設(shè)置糖化車(chē)間、發(fā)酵車(chē)間、提取車(chē)間和精制車(chē)間作為主要生產(chǎn)車(chē)間。另外，為保障生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)蒸汽的需求，設(shè)置鍋爐房，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過(guò)供氣管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還需設(shè)置水泵房，所供的水經(jīng)消毒、過(guò)濾系統(tǒng)處理，通過(guò)供水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位。 制糖 因?yàn)樯彼嵘a(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(lái)制備淀粉水解糖的原料很多，主要有薯類(lèi)（山芋、木薯）、玉米、大米、小麥等含淀粉原料。但是因?yàn)榭紤]到含淀粉量和原料價(jià)格，我們采用淀粉含量較高、成本價(jià)較低的玉米作為原料[7]。玉米收購(gòu)價(jià)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(guò)預(yù)處理（主要是粉碎），然后液化、糖化。這些都是在糖化車(chē)間完成的。 色氨酸的發(fā)酵 色氨酸發(fā)酵過(guò)程：滅菌后的色氨酸培養(yǎng)液在流量監(jiān)控下進(jìn)入色氨酸發(fā)酵罐，經(jīng)過(guò)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(shí)間適應(yīng)后，發(fā)酵過(guò)程即開(kāi)始緩慢進(jìn)行。色氨酸發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的微生物生長(zhǎng)過(guò)程，色氨酸菌攝取原料的營(yíng)養(yǎng)，并通過(guò)體內(nèi)特定的酶進(jìn)行復(fù)雜的生化反應(yīng)。培養(yǎng)液中的反應(yīng)物透過(guò)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為色氨酸產(chǎn)物。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程一般要經(jīng)歷3個(gè)時(shí)期，即適應(yīng)期、對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期和衰亡期。每個(gè)時(shí)期對(duì)培養(yǎng)液濃度、溫度、PH值及供風(fēng)量都有不同的要求。因此，在發(fā)酵過(guò)程中，必須為菌體的生長(zhǎng)代謝提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。經(jīng)過(guò)45至48小時(shí)的培養(yǎng)，當(dāng)產(chǎn)酸、殘?zhí)恰⒐饷芏鹊戎笜?biāo)均達(dá)到一定要求時(shí)即可放罐。這些發(fā)酵過(guò)程均在發(fā)酵車(chē)間完成，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)效益最大化，發(fā)酵過(guò)程的控制有著至關(guān)重要的作用。[9][12] L色氨酸是人和動(dòng)物生命活動(dòng)中八種必需氨基酸之一，對(duì)人和動(dòng)物的生長(zhǎng)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(lái)，采取有效措施提高其收率是目前急待解決的問(wèn)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(xì)討論了各個(gè)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(shí)間1～2min）絮凝后，過(guò)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(shù)脂進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)0037強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在pH為6～8之間、流速1mL/min、溫度室溫，對(duì)色氨酸有最大的吸附作用，將上清液流經(jīng)0037型陽(yáng)離子交換樹(shù)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(jié)晶，再用60％的熱乙醇溶解，溶解液通過(guò)D3012型陰離子交換樹(shù)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(wú)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(dá)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(dá)到99%，完全能夠達(dá)到要求，因此不再需要精制步驟，只需要包裝即可。 糖化車(chē)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(hù)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(dòng)控制在105110℃，從噴射器中出來(lái)的液料，經(jīng)過(guò)35min的高溫維持后進(jìn)入閃蒸罐，溫度降到95100℃，然后進(jìn)入層流罐保溫60120min，DE值達(dá)到1218%后，與糖化終了料液進(jìn)行熱交換進(jìn)入糖化罐溫度降低至5862℃，%糖化酶保溫30h，用無(wú)水酒精檢測(cè)無(wú)糊精存在時(shí)，同時(shí)將料液加熱與液化料進(jìn)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(shí)開(kāi)始過(guò)濾。：圖72 糖化工藝流程圖73 液化工藝設(shè)備流程圖表72糖化工藝技術(shù)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(shí)間~1hPH~溫度58~620C溫度105~1100C時(shí)間25h時(shí)間60120 min滅酶溫度850C左右滅酶溫度115~1200C時(shí)間5~10min滅酶時(shí)間5~10min糖化DE96%~98%液化DE12~18% 發(fā)酵車(chē)間 發(fā)酵工藝簡(jiǎn)述： 糖化車(chē)間制備的糖化液和其他營(yíng)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(jìn)行接種。接著接種：菌種先經(jīng)過(guò)一級(jí)種子擴(kuò)大培養(yǎng)，再經(jīng)過(guò)二級(jí)種子擴(kuò)大培養(yǎng)后菌種量達(dá)到要求后再進(jìn)入發(fā)酵罐進(jìn)行接種，發(fā)酵。發(fā)酵時(shí)間為45h，發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)流加液氨控制pH，通過(guò)冷卻系統(tǒng)（冷卻塔和冷機(jī)）控制溫度，流加糖液控制殘?zhí)橇?，通過(guò)無(wú)菌空氣控制通氣量。發(fā)酵結(jié)束后，經(jīng)泵進(jìn)入發(fā)酵液貯罐，供提取車(chē)間用。發(fā)酵單位為30mg/L。：消泡劑 葡萄糖液 消泡劑 水 水無(wú)機(jī)鹽 配料罐 定容罐 配料罐 無(wú)機(jī)鹽玉米漿 玉米漿維生素 發(fā)酵性發(fā)酵糖 二級(jí)種子罐 蒸汽混合器 糖 實(shí)消 維持罐 降溫 換熱器 消泡劑斜面 一級(jí)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(dá)15%以上，發(fā)酵周期為40到48小時(shí)之間，發(fā)酵周期較短，工藝簡(jiǎn)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(shù)處于國(guó)際先進(jìn)水平。：采用分段控制色氨酸發(fā)酵過(guò)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(jìn)行自動(dòng)控制表73 色氨酸發(fā)酵過(guò)程中的溫度順序控制表時(shí)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(dá)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(yīng)盡量減少設(shè)備數(shù)量，在技術(shù)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(chēng)容積為120 m3的六彎葉機(jī)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(xiàng)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(gè)。且每天應(yīng)有2個(gè)發(fā)酵罐出料，每年工作300天，實(shí)際產(chǎn)量檢驗(yàn)算：（12075%）2300247。=，設(shè)備富裕量為（）/1000=%，能滿足生產(chǎn)需要。綜上所述，需要4個(gè)120m3的發(fā)酵罐，每天都有2個(gè)發(fā)酵罐出料。封頭折邊忽略不計(jì)，發(fā)酵罐近似計(jì)算式為：V0=π/4D2H+根據(jù)常用機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐尺寸本次設(shè)計(jì)中H/D=3，即H=3D，帶入V0=π/4D2H+=120，得D=3630mm。查表：中國(guó)人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭JB/T473795，可得直邊高度Hb=50mm。但在實(shí)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(gè)封頭質(zhì)量=+22707=30498kg。根據(jù)列管設(shè)計(jì)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(guān)質(zhì)量發(fā)酵罐公稱(chēng)直徑3600mm發(fā)酵罐筒體質(zhì)量發(fā)酵罐公稱(chēng)容積120 m3每個(gè)封頭質(zhì)量2707kg發(fā)酵罐筒體高度10800mm發(fā)酵