【正文】 [5] 《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》吳思方主編 ,中國(guó)輕工業(yè)出版社 ,2020年 8月第一版 。 [3] 《化工工業(yè)手冊(cè) (第二版上卷 ) 》時(shí)鈞等主編 , 化學(xué)輕工業(yè)出版社 ,1996年第二版 。 參考文獻(xiàn) [1] 《氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)》 鄧毛程主編，中國(guó)輕工業(yè)出版社 出版， 2020年 1月 。在完成本設(shè)計(jì)的期間，得到了教師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫忙，在此對(duì)各位指導(dǎo)老師和同學(xué)們表示感謝。 空氣過濾系 統(tǒng) 33 發(fā)酵用空氣采用的過濾系統(tǒng)方式： 高 空 采 風(fēng) 空 氣 壓 縮 機(jī)預(yù) 過 濾 除 油 水冷 卻加 熱棉 花 總 過 濾 器粗 纖 維 過 濾（ P T F E 0 . 3 μ m ）精 纖 維 過 濾（ P T F E 0 . 0 1 μ m ）無 菌 空 氣種 子 罐發(fā) 酵 罐流 加 糖 系 統(tǒng)消 泡 油 罐菌 種 室 所有設(shè)備自控儀表所用儀表空氣系統(tǒng)為： 空 氣 壓 縮 機(jī) 除 油 水干 燥 ， 冷 卻儲(chǔ) 罐總 過 濾 器發(fā) 酵 車 間 各 自 控閥 門 ， 儀 表 等蒸 發(fā) 器 各 自 控閥 門 ， 儀 表 等其 他 自 控 儀 表 設(shè)備選型：發(fā)酵用空壓機(jī)選 100m3/h，臺(tái)數(shù) 8，其他儀表用空壓機(jī)選 20m3/h一臺(tái)（最好兩臺(tái)，以備用，設(shè)備要盡量噴備有備用機(jī)，以防突發(fā)事件要急用） 十四、 制冷機(jī) 選用 制 冷壓縮機(jī)，谷氨生產(chǎn)中以選用氨制冷式活塞壓縮機(jī)為主，輔之選用溴化鋰吸收制冷機(jī)，選型： 6AW10。 十一、 濃縮蒸發(fā)器 發(fā)酵車間濃糖蒸發(fā)器，處理量： 20200L /h；型號(hào) RNJMO33150； 提取車間發(fā)酵液蒸發(fā)器，型號(hào) RNJMO46300； 十二、 化學(xué)品罐 酸，堿罐型號(hào)，材質(zhì)：不銹鋼。 數(shù)量：種子罐與發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料 （要預(yù)留多 1－ 2只，以防染菌時(shí)急用） 九、 發(fā)酵罐 材質(zhì)：碳鋼； 容積：一般來說單罐容量越大，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，在技術(shù)管理水平允許的范圍內(nèi)，盡量取較大容量了的發(fā)酵罐，本設(shè)計(jì)發(fā)酵罐采用 200 m3 加熱方式：蒸汽加熱； 攪拌：谷氨酸發(fā)酵過程有補(bǔ)料操作，對(duì)混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器； 冷卻面積：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，即： F=Q總 /KΔ tm； 通風(fēng)管：采用加環(huán)型或直管型空氣分布器，對(duì)于通氣量大的發(fā)酵罐，則使用單管通風(fēng)。 七、 連續(xù)噴射液化器 選用中壓噴射器，型號(hào)： SLJ91II型；處理量： 15～ 50m3/h。（均要采用不銹鋼材質(zhì)） 四、連消塔 連消塔的形式有噴孔型、螺旋形、氣液混合型等一般 操作條件：培養(yǎng)基 在塔內(nèi)停留時(shí)間，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，一般取 15~20s，而長(zhǎng)度在 1m至 。θ /φ （ 4）設(shè)備主要尺寸的確定 維持罐考慮返混問題，取 H/D = ~3 可取 H=3D V維 = 2V封 + V筒 = 2 x π /24D3+ D2 x 3D （ 5）設(shè)備材料的選擇 選用普通鋼材。 （ 2）數(shù)量 一般規(guī)模取一個(gè)；只有其容量大于 8m3， 時(shí)才改為 2～ 3個(gè)。 二、 維持罐 盡量采用高而瘦的圓柱型，高徑比為（ 5～ 8）： 1，串聯(lián)形式連接 （ 1）維持罐的選型 維持設(shè)備有維持罐和維持管兩種。 = 母液中殘留谷氨酸量：（ 6380060610）247。 85%= （ 3） 晶種量 （ 發(fā)酵液量的 %w/v計(jì) ） ： 580000 %=1450kg 晶種只是起底料時(shí)需要添加，正常流加過程中均不需要再添加晶種。 物料衡算 （ 1） 發(fā)酵液量 580000L，發(fā)酵終止時(shí)數(shù)量 609000kg （ 2） 谷氨酸產(chǎn)量： 1）分離前： 100%谷氨酸量： 580000 110g/L247。濕谷氨酸進(jìn)行精制或干燥。 （ 5） 育晶好的麩酸懸浮液用泵送至中轉(zhuǎn)槽，再落入離心機(jī)進(jìn)行固液分離。連續(xù)加濃縮液，連續(xù)加酸。同時(shí)，開大降溫使溫度維持在 22℃左右，硫酸 硫酸硫酸 30 流加過程中，要連續(xù)加酸，不斷攪拌和不斷降溫 。 （ 3） 濃縮液適當(dāng)降溫后連續(xù)流加入上步調(diào)好的 GA懸浮液底料中進(jìn)行連續(xù)起晶。蒸發(fā)器出來的濃縮液降溫至 40℃。 （ 2） 發(fā)酵液放罐后經(jīng)過預(yù)熱進(jìn)入蒸發(fā)濃縮。得到谷氨酸則為我們的成品。谷氨酸沉淀后用離心泵送到離心機(jī)進(jìn)行分離。保證晶體增長(zhǎng)。谷氨酸的等電點(diǎn)為 。 24= 29 第五 章 提取車間 提取工藝方法 采用連續(xù)流加工藝。 (15%)=每空罐滅菌 30min用蒸汽量 : 30247。 (2718125 )= （ 7） 罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗 ： 40 1000 (12520) 247。ρ =14 = 式中 : ρ 加熱蒸汽的密度 (kg/ m3), V 種子罐自由空間 ， 即全體積 (m3) （ 6） 滅菌過程的熱損失 :輻射與對(duì)流聯(lián)合給系數(shù)α ,罐外壁溫度 700C α =+ (7020)=[kg/()] 28 14 m3種子罐的表面積為 ： S=4π R2+2π RH==4π (247。 K),用 (表壓 )蒸汽滅菌 :使發(fā)酵罐在 (表壓 )下 ,由 200C升到 1250C其蒸汽量為 : D=(3015+500) (12520) 247。 (2 105 )=， 取10mm 查表得 ,1m高筒體鋼板重量為 3015kg 種子罐筒體重 量為： 3015 =19296kg 取列管換熱面積比為 1: H列管 =14 247。 4= 封頭厚度 δ =PD247。 4= (+247。 4， 14=13π D3247。 = 選用 4個(gè) 20 m3的種子罐 （ 3）種 子罐 14m3，裝料系數(shù) ~，罐數(shù)為 4臺(tái)。 4= m3 選 20 m3的種子罐 （ 2）一個(gè)種子罐的操作周期為 16h，一天能生產(chǎn) 24247。 24= 27 種子培養(yǎng)基空罐用蒸汽量 （ 1）每天需種子罐容積（ 75%裝填率）： m3247。 (2718125 )= 式中 : (mm) （ 5）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 : (+++) 247。 2)2+ =239 m3 耗用蒸汽量 : D 損 =239 (7020) 247。 h (2718125 )= （ 2） 填充發(fā)酵罐空間所需的蒸汽 量 : 因 200 m3 發(fā)酵罐的全容積大于 200 m3,考慮到罐內(nèi)之排管 ,攪拌器等場(chǎng)占空間 ,罐之自由空間仍按 200 m3計(jì)算 ,填充空間需蒸汽量 D 空 =V K),用 (表壓 )蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在 (表壓 )下 ,由 200C升到 1250C。 (108π247。 (2[? ]tP)+G1+C2 = 3900247。 (2[? ]tφ ) = 1000247。 12+ D2 解得： D=,H= 橢圓封頭的體積 :V=π D2(hb+D/6）247。 [ (4520)]=每 天用水量 : 2 4=發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量 查表得 HB=40mm,取 D:H=1:4 200=π D2[HD+2（ hb+D/6） ] 247。 ( ) = t/h 每天用蒸汽量 : 2 4=高峰量 :平均量 :247。 k)] 式中 :2743— 加熱蒸汽焓 。 4=152250kg= （ 4） 滅菌加熱過程中用 (表壓 ),I=2743kJ/ 500C熱至 950C再加熱至 200C升至 450C,每罐滅菌的時(shí)間為 2h,輸料流量 : 247。 40=， 4247。 75%= 247。 300 = kg 補(bǔ) 加 （ 450g/L）糖液量 ： 補(bǔ)加 450g/L糖液量： 103247。 1000= 液氨量 ： 225=14355kg 消泡劑量 ： = 300g/L糖液量 ： （ 50247。 1000= kg 硫酸鎂量 ： 247。 1000= 玉米漿量 ： 5247。（ 1+12%） = 發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基體積 ： 247。 1000= kg 磷酸二氫鉀用量 ： 247。 1000= kg 玉米漿用量 ： 25247。 = （ 300g/L）糖液量 : 50247。 = L 空氣帶走水分量及損失量： %= 23 配制種子培養(yǎng)基的量： 247。 = L 種子培養(yǎng)階段 每天接入的種子培養(yǎng)液體積 ： 10%= L 每天接入的種子培養(yǎng)液的量 ： = 每天種子液總量 ： 247。 60%= 補(bǔ)加純糖量 ： 40%= 補(bǔ)加糖液的量 ： 103247。 發(fā)酵車間 物料衡算 日耗純糖量 ： 247。 ： 1） pH值與色澤：正常發(fā)酵液放罐時(shí) ~ 為好，溫度為 34~360C，呈現(xiàn)白色或淡黃色，有谷氨酸發(fā)酵的特殊氣味。疏于防而重于治 則必事倍而功半。 2）防、治染菌措施：解決發(fā)酵工業(yè)的染菌問題，不言而喻，應(yīng)以防為主。取 10%為好。 6）殘?zhí)堑目刂?： 由于移種需要一定的時(shí)間，為了預(yù)防培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)缺乏導(dǎo)致菌體衰老，自溶，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)應(yīng)保證有一定濃度的殘?zhí)?，通常，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的殘?zhí)强刂圃?10~20g/L. 7）種齡與種量：種齡： 9~13h，過長(zhǎng)，種子活力減低，代謝產(chǎn)物多。化學(xué)消泡劑用 BAPE 非離子表面活性劑，消泡能力強(qiáng)，用量少毒性低且使用方便。 22 發(fā)酵主期液氨流加：要求 pH 控制在 以下，流加量視殘?zhí)橇亢?pH 量而定，約每 1%殘?zhí)橇骷?%計(jì)，后期流加每次不超過 %。 4）流加糖的控制 ： 雙酶法糖經(jīng)濃縮后含糖 50%，總糖量為 40~45%作 為流加糖量。發(fā)酵前期， OD 長(zhǎng)的快，耗糖越快，風(fēng)量提得越高。 供氧必須滿足菌體的需要量 。本設(shè)計(jì)提取谷氨酸采用等電點(diǎn)法 ,為了提取工序節(jié)省酸的用量 ,放罐時(shí) pH控制在 ~。 2） PH 控制：在正常情況下 ,為了保證足夠的氮源 ,滿足菌體生長(zhǎng)和谷氨酸合成的需要 ,通常將發(fā)酵 pH控制在稍微堿性的狀態(tài) 。 若長(zhǎng)菌期溫度偏高 ,菌體在短時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)可能會(huì)快 ,但容易衰老 ,表現(xiàn)為發(fā)酵前期短時(shí)間內(nèi)耗糖快 ,且耗糖速度很快就會(huì)下降 ,發(fā)酵周期要延長(zhǎng) ,谷氨酸生成少 。 滅菌采用生熟料用交換器互換流程， 可以大大降低蒸汽和冷卻水用量。本設(shè)計(jì)采用純生物素、玉米漿、糖蜜三者作為谷氨酸發(fā)酵用生物素，具體比列要視情況而調(diào)整。 ④ 微量元素 ： 錳是某些酶的激活劑， 羧化反應(yīng)必需酶。 ③ 鉀鹽 ： 它是許多酶的激活劑。 21 如果鎂離子含量太 少，就會(huì)影響基質(zhì)的氧化。碳氮比對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響很大，一般情況下，發(fā)酵工序生產(chǎn) 1t 谷氨酸耗用液氨量是 260~300kg. 玉米漿 、 生物素和液氨是本設(shè)計(jì)的主要氮源 . （ 3） 無機(jī)鹽 ： ① 磷酸鹽：磷是某些蛋白質(zhì)和核酸的組成成分，參與一系列的代謝反應(yīng)， ADP、 ATP 是重要的能量傳遞者。 （ 2） 氮源：氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)和 合成谷氨酸氨基的來源。由于滅菌過程中蒸汽冷凝水和接種后成熟種子液的加入，會(huì)使培養(yǎng)基的各成分濃度降低，所以，在培養(yǎng)基配制時(shí)，應(yīng)充分使培養(yǎng)基在定容后的葡萄糖含量適當(dāng)并能滿足發(fā)酵初糖濃度的要求。 (3)二級(jí)種子的質(zhì)量要求 種齡：視培養(yǎng)工藝而定，一般在 10h以上； OD值：視培養(yǎng)工藝而定 ，一般凈增 pH ： ； 殘?zhí)牵?% ； 噬菌體檢查：無； 鏡檢：菌體生長(zhǎng)均勻、粗壯，排列整齊，革蘭氏陽性反應(yīng)。采用流加液氨作為氮源的工藝，只要生物素的濃度和殘留的葡萄 糖 濃度足夠， 可適當(dāng)延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間，以爭(zhēng)取更大菌體濃度，有利于提高二級(jí)種子量，目前生產(chǎn)上通常在 10~14小時(shí)。 (4)通常將每批培養(yǎng)好的一級(jí)種子液取樣倒雙層平板進(jìn)行染菌檢查，以便生 產(chǎn)跟蹤分析，為下批一級(jí)種子培養(yǎng)的預(yù)防染菌工作提供參考。 (1)培養(yǎng)基組成 葡萄糖 % 尿素 % 硫酸鎂 % 磷酸氫二鉀 % 玉米漿 ~%（按質(zhì)增減） 硫酸亞鐵，硫酸錳各 2ppm （培養(yǎng)基成分可因菌種不同酌情增減） (2)培養(yǎng)條件 20