【導(dǎo)讀】長發(fā)育、新陳代謝起著重要作用。色氨酸的生產(chǎn)方法有多種,其中以微生。物直接發(fā)酵法最具發(fā)展前途。本設(shè)計以大腸桿菌為生產(chǎn)菌株，利用微生物直接發(fā)酵法制備色氨酸，采用深層發(fā)酵的方式，采用過濾、三效濃縮、冷卻結(jié)晶、離心烘干的方法，最終獲得99%的色氨酸。本設(shè)計對工藝流程進(jìn)行了物料衡算，并對主要生。產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了選型。無菌空氣系統(tǒng)………………………末，在水中溶解度1014g（25℃），溶于稀酸或稀堿，在堿液中較穩(wěn)定，強(qiáng)酸中分解。微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚。它是人體和動物生命活動中必需氨基酸之一，對人。和動物的生長發(fā)育、新陳代謝起著重要作用，被稱為第二必需氨基酸，在生物體內(nèi)，

　　

【正文】 /(t1－ t3)) 南通大學(xué)課程設(shè)計 28 =((－ 10) － (－ 20))/ln()= ℃ 發(fā)酵罐采取豎式蛇管換熱器 取 K= 500 kJ/(.℃ ) A= 104/( 500 )= m2 選用 A3碳鋼材料，可以降低設(shè)備費用 ： T= ? ?PPD???2+C1+C2 式中 T — 圓筒 的 設(shè)計厚度， mm P — 設(shè)計壓力， p= MPa D — 圓筒的內(nèi)直徑， D=1800mm [σ] — 設(shè)計溫度下的圓筒材料的許應(yīng)用力， 128 MPa ? — 焊縫系數(shù)， C1 — 鋼板的厚度偏 差， mm C2 — 腐蝕量， 1 mm 帶入上式的 T= 1800/(2 128 )++1= 橢圓形封頭厚度計算 ： Y = ? ?PPD ??? 式中 Y — 圓筒的設(shè)計厚度， mm P — 設(shè)計壓力， Mpa D — 圓筒的內(nèi)直徑， 1800 mm [σ] — 設(shè)計溫度下的許應(yīng)用力， 128 Mpa ? — 焊縫系 數(shù)， 將各數(shù)據(jù)帶入上式可得： Y = 1800/(2 128 )= 南通大學(xué)課程設(shè)計 29 ： 密封方式 ： 雙面機(jī)械密封 空氣分布器 ： 該發(fā)酵罐使用的單管進(jìn)風(fēng) ： 因使用的是豎式蛇管冷卻，所以不設(shè)擋板 ： 圓盤放射式消泡漿 ： 使用豎式蛇管 冷卻裝置 . 攪拌器： 種子罐采用六彎葉渦輪攪拌器，它有公認(rèn)的尺寸標(biāo)準(zhǔn)： 直徑 Di=~. 取 Di== = m 葉片寬度 h= Di= = 盤徑 φ = Di= = 弧長 r= Di= = m 葉弧長 l= Di= = m 攪拌器間距 ξ = Di= 底距 b=D/3=攪拌器的轉(zhuǎn)速：根據(jù) 50L 罐， 470r/min ,使用 p/v 為基準(zhǔn)放大， 50L 罐 N1=470 r/min 攪拌直徑 Di=112 mm N2= N1（ D1/D2） 2/3 式中 N2 —— 放大的攪拌器的轉(zhuǎn)速， r/min N1 —— 模型攪拌器的轉(zhuǎn)速 ， N1 = 470 r/min D1—— 模型攪拌器的直徑， D1= m D2—— 放大攪拌器的直徑， D2= m N2 =470 （ ） 2/3 =165r/min 接管設(shè)計 ： 接管長度設(shè)計： 該種子罐輸料管可以選擇不帶保溫層，根據(jù)管徑可取 h=80 mm 南通大學(xué)課程設(shè)計 30 接管直徑的確定： 根據(jù)流體力學(xué)方程。 以排料管為例，本罐實裝 m3，設(shè)計 h 內(nèi)排空，則體積流量 q 為： q ==(3600*1)= 103m3/s 設(shè) 種子 液流速為 v=1 m/s，則排料管截面積 : A= = 103 m2 A= 則排料管直徑為： d = 查表選取 Φ38x3 無縫管 支座選擇 由于種子罐的容積僅為 10 m3，選擇支承式支座。 無菌空氣制備 空氣狀態(tài)確定： 廠區(qū)建在江浙一帶，年平均氣溫 20℃左右，設(shè)計空氣溫度 25℃，空氣濕度取 67%，壓強(qiáng)為 1kgf/cm2(絕壓 ) [17]。： 表 41 空氣出口狀態(tài) T(℃ ) P(atm) X Ps φ 空壓機(jī) T2=133 P2=4 X2 Ps2 φ 2 一級冷卻器 T3=40 P3=4 X3 Ps3 φ 3=100% 二級冷卻器 T4=25 P4=4 X4 Ps4 φ 4=100% 空氣加熱器 T5=35 P5=4 X5 Ps5 φ 5 總過濾器 T6=31 P6=3 X6 Ps6 φ 6 發(fā)酵罐進(jìn)口 T7=31 P7= X7 Ps7 φ 7 發(fā)酵罐出口 T8=31 P8= X8 Ps8 φ 8=100% ,1 總通風(fēng)量確定： 空壓機(jī) 取最大通風(fēng)比 1： 1， 2 只 200m3發(fā)酵罐， 裝液量 70%， 2 只 10m3種子罐 南通大學(xué)課程設(shè)計 31 故最大通風(fēng)量為 200 70% 2 +2 10 1=300m3/min。 設(shè)損失率為 10%，空壓機(jī)效率為 90%， 則總通風(fēng)量 Q 總 =300*。 取 Q 總 =400m3/min。 系統(tǒng)的設(shè)備選型 . 采風(fēng)塔： H=30m， D=3m . 粗過濾器 ：介質(zhì)：棉花 活性炭，采用雙層油漆鐵網(wǎng)，外加一層泡沫塑料 . 空壓機(jī) ： 4 臺 (1 臺備用 )，低噪音，無油螺桿壓縮機(jī)， EmeraudeALEv 型，排氣量 100m3/min，排氣壓力 4Mpa，電機(jī)功率 350kw . 空氣貯罐 ： 100m3，外有保溫層， H： D=， D=， H= . 冷卻器 ：一級冷卻選用 SL305 列管式換熱器，二次水走管路，空氣走殼程，二級冷卻選用 GLL560L 立式列管換熱器，以新鮮水為冷卻介質(zhì) . 旋風(fēng)分離器 ：選用螺旋頂蓋式旋風(fēng)分離器 . 加熱器 ：立式列管換熱器， 3kgf/cm2，走管路，空氣走殼程 . 總過濾器 ： 3 臺 YUDZ4 型 200~300 m3/min（ 1 臺備用） . 空氣過濾器 ：采用平板式纖維紙分過濾器，旋風(fēng)分離器 三效濃縮罐 三效濃縮設(shè)備技術(shù)參數(shù)、配置清單 一、工藝要求 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 物料處理量 10,000Kg/h 物料進(jìn)入溫度 大于 50℃ 成品量 1， 400Kg/h 出料溫度 小于 25℃ 二、設(shè)計要求 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 物料預(yù)熱溫度 95~100℃ 蒸發(fā)量 8， 600Kg/h 出料量 1,400Kg/h 空氣 預(yù)處理 壓縮 儲氣 絲網(wǎng)除霧 旋風(fēng)分離 二級冷卻 一級冷卻 空氣加熱 空氣總過濾 南通大學(xué)課程設(shè)計 32 Ⅰ效溫度 85~95℃ Ⅱ效溫度 74~80℃ Ⅲ效溫度 50~55℃ 三、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 設(shè)備型號 SRN09Ⅲ (三效 ) 耗電量 35KW 冷卻塔水耗量 125t/h 冷卻水管徑 ￠ 158 板片材質(zhì) SUS304 物料管道材質(zhì) SUS304 物料進(jìn)出口徑 ￠ 38/51 介質(zhì)進(jìn)出口徑 ￠ 38/51 預(yù)熱、蒸發(fā)溫度 自動控制 蒸汽管徑 ￠ 89 4/￠ 58 3 糖度控制 自動控制 壓縮空氣壓力 控制方式 PLC控制，觸摸屏顯示 壓縮空氣耗量 45 L/min 預(yù)熱蒸汽耗量 設(shè)備重量 設(shè)備外形尺寸 12020（長 ) 4000(寬 )3200(高 ) 包括進(jìn)料系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、 CIP系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、密封水系統(tǒng) . 3 .三效濃縮設(shè)備技術(shù)說明 ： 1)本設(shè)備主要用于純清果汁的蒸發(fā)濃縮 ,提高其果汁質(zhì)濃度 (或糖度 )之用，設(shè)備包括物料預(yù)熱殺菌、三效蒸發(fā)、濃縮汁冷卻、抽真空系統(tǒng)、 CIP自動清洗等組件組 成。 2)預(yù)熱殺菌：由多段式板式換熱器組成，利用本設(shè)備二次蒸汽冷凝水的余熱回收，以及生蒸汽加熱使物料達(dá)到殺菌溫度，它的功能是將物料的進(jìn)料溫度提升到蒸發(fā)溫度，并加以保溫后進(jìn)入蒸發(fā)設(shè)備。預(yù)熱殺菌溫度由溫度自控系統(tǒng)自動控制。 3)三效蒸發(fā)設(shè)備由三物料加熱蒸發(fā)器和三臺旋風(fēng)式汽水分離器組成，一效蒸發(fā)器的加熱由生蒸汽直接加熱，且其加熱溫度由溫度自控系統(tǒng)自動控制。二、三效蒸發(fā)器的加熱由一、二效的汽水分離器的二次蒸汽進(jìn)行加熱。這樣多次利用二次蒸汽的加熱可以大量節(jié)約能源。 4)抽真空系統(tǒng)是由水環(huán)式真空泵和冷凝器相互配合使蒸發(fā) 設(shè)備一直在真空狀態(tài)下運行，使物料在低溫條件下蒸發(fā)，可保持物料的原有品味。 5)濃縮液出料溫度約在 50℃ 55℃，為達(dá)到工藝要求，采用板式冷卻器，使物料冷卻到 25℃以下。冷卻劑采用常溫水和冰水（ 2℃ 18℃）來達(dá)到。 6 )CIP自動清洗系統(tǒng)：在每次生產(chǎn)結(jié)束后立即進(jìn)入 CIP自動清洗程序，由熱水、濃度為 2％的堿溶液和濃度為 15％的硝酸溶液按程序自動循環(huán)清洗，確保設(shè)備經(jīng)常在潔凈狀態(tài)。 南通大學(xué)課程設(shè)計 33 結(jié) 晶罐 ： 6984 L， kg 色 氨酸 產(chǎn)量 ： (1) 分離前 100%的 色氨酸 的量： 69848%= kg (2) 分離后 色氨酸 的量： 100%色氨酸 的量： 85% = kg 99%色氨酸 的量： 247。 99% = kg （ 5%） ： 5% = kg 廢濕活性炭的量（含水 75%）： 247。（ 1－ 75%） = 96 kg 濃縮時蒸發(fā)水量（濃縮后濃度為 40%）： 則 247。 40% = L，蒸發(fā)水量 － = 4289 kg 離子交換除去離子數(shù)量（達(dá) 96%） 96% = kg 母液數(shù)量（母液含 色氨酸 4 g/l） （ － ） 247。 % = 20955 kg 色氨酸 分離水洗量 ： 20% = kg 色氨酸 提取回收加水量 ： 20955＋ ＋ 96＋ ＋ 4289－ － － = kg 物料衡算結(jié)果 ： 根據(jù)以上計算，再乘以 t 日淀粉數(shù)及得出每日之物料量，匯總列如下表。 表 4 色氨酸 提取工序物料衡算匯總表 進(jìn)入系統(tǒng) 離開系統(tǒng) 項目 物料比例（ Kg） t/d 項目 物料比例（ Kg） t/d 發(fā)酵液 99%色氨酸 南通大學(xué)課程設(shè)計 34 活性炭 24 母液 20955 分離洗水量 濕炭 96 回收加水量 離子 蒸發(fā)水 4289 累計 色氨酸 的 濃縮結(jié)晶 年產(chǎn) 2020 t 色氨酸，日產(chǎn) 100%的色氨酸 ，選用 8噸機(jī)械攪拌內(nèi)熱式真空結(jié)晶罐，濃縮操作周期為 20 h ,其中輔助時間為 4 h， 每罐產(chǎn) 100%色氨酸 3噸，需結(jié)晶罐臺數(shù)： （ ） = ，取 3臺 注： —每罐投入晶種數(shù)（ t）（ 40目晶種量為結(jié)晶罐全容積 5%） 發(fā)酵車間平面的設(shè)計 本設(shè)計發(fā)酵車間 長 ，寬 15m。占地面積 。 發(fā)酵車間主要設(shè)備有 發(fā)酵罐、 種子罐 、 空氣分過濾器 、 拌漿罐等 。 本次設(shè)計按照車間布置設(shè)計的原則，對發(fā)酵車間進(jìn)行合理的布置 .具體布置情況見發(fā)酵車間平面圖 .以下為車間布置時考慮到的幾個主要注意事項 ： (1).將種子罐，發(fā)酵罐集中布置，以保持物料順暢 。 (2).發(fā)酵罐，種子罐及分過濾器離墻面的距離都大于 500 毫米，便于操作及維修 .充分考慮到設(shè)備的安全性及操作方便性 。 (3).發(fā)酵罐和種子罐布 置避開了建筑的柱子及主梁 。 (4).設(shè)備的所有自動測量儀都集中在操作室內(nèi)，便于工人操作 。 (5).本設(shè)計還增添了一個原料儲備室，用于堆放原料或其它物體之用 文獻(xiàn) [1]張炳榮 ,氨基酸工業(yè)大全 ,北京 ,中國輕工業(yè)出版社 ,1991 [2]王福聚 ,張濤 ,趙家寧 ,權(quán)東來 ,07L色氨酸市場及其生產(chǎn)技術(shù)研究 ,第四界中國動物營養(yǎng)與保健品市場技術(shù)國際研討會 [3]Oldshue J Y 著 . 流體混合技術(shù) . 王英琛 等譯 . 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,1991 [4]賀小賢 .生物工藝原理 [M].北京 :化學(xué)化工出版社 ,2020 [5]黃方一 ,葉斌 ,彭珍榮等 .發(fā)酵工程 [M].武漢 :華中師范大學(xué)出版社 ,2020 [6]祁存謙 ,丁楠 ,呂樹申 .化工原理 [M].北京 :化學(xué)化工出版社 ,2020 南通大學(xué)課程設(shè)計 35