【正文】 令底道槳葉徑：中、上道槳葉徑 =1： ， 底道槳設置八彎葉渦輪槳 ， 中、上道槳設置六彎葉渦輪槳。選用渦輪式攪拌器為理想 ，第四章 設備設計及選型 27 其特點是直徑小 ， 轉速快 ， 攪拌效率高 ， 功率消耗低 ， 其最大特點是攪拌時使料液產生徑向流 ， 可以延滯空氣在發(fā)酵液中的停留時間 ， 有利于氧在料液中溶解。從節(jié)能考慮 ， 完全可減小中、上道槳葉之葉徑。所以空氣在罐底底道槳處 位 液中的停留時間久 ， 同時氣體集中在罐心位 ， 若在罐底上方安裝強有力的底道 槳 ， 對氣泡的分散打碎 ， 延長小氣泡在液中的停留時間會起到舉足輕重的作用 。 第四章 設備設計及選型 23 第四章 設備設計及選型 主要設備設計及選型 發(fā)酵罐 (1) 選型 [6]： 圖 41 發(fā)酵罐示意圖 根據生物工程設備常見的機械攪拌通風種子罐的幾何尺寸比例 H/D =～ 取 H/D=3 Di/D =1/2～ 1/3 取 Di = HO/D =2 HO =2D h= C/Di=～ 取 C = 根據封頭形狀、直徑查閱化工容器設計手冊得公式： 公稱容積 2 3 30 . 1 3 ( 0 . 1 3 ) 2 0 044CD HV o V V H D D DD??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? H= D= 圓整 H=13000mm D=4500mm 四川理工學院畢業(yè)設計 24 則公稱容積 33( 3 0 . 1 3 ) ( ) 2 2 6 . 4 543 HV o m?? ? ? ? ? 全容積 330. 13 23 8. 30V Vo D m? ? ? 查表 [7]得： 封頭內表面積 F= ㎡，容積 V= 3m 人孔取 ? 800mm，視鏡 D視 200mm，查表 [8]選取 Ds=4500mm 的支腿式支座，并根據工廠實際情 況做適當的改變。 ② 配料用水： 培養(yǎng)基原料大多為固體 ? 配料用水量≈消后培養(yǎng)基體積 W發(fā) 酵 配 = ?二級配W mW ?一級配 ③ 自來水用量： 取安全系數 ，則自來水總用量： W總 = （ W發(fā) 酵 洗 2+W二 級 洗 +W一 級 洗 +W發(fā) 酵 配 2+W二 級 配 +W一 級 配 ） = （ 2+++ 2++） = 第四章 設備設計及選型 21 蒸汽 （ 121℃ ， 發(fā)酵 溫 度 =27 ℃ ， ? =， 焓 i =， 汽化 熱） (1) 發(fā)酵罐、二級種子罐空消所用蒸汽：（按 5 倍罐全容積計算） 5SSV ?? ? ?全 kg2 6 6 9 951 . 7 2 9 9 6 ??大S kg2 3 5 357 2 ????中S (2) 一級種子罐、補料罐實消所用蒸汽：（以直接加熱之后保溫計算，料液比熱 Cs 均取 1kcal/kg℃，冷卻水進口溫度 20℃，冷卻水出口溫度 25℃，取冷卻時間 ，計算可得所需冷卻水量 W冷 3000kg/hr? 則冷卻水高峰用量： hrtW /6 4 1 236 4 0 9m a x ??? (3) 低溫冷卻水（ 水溫 9～ 14℃，△ t=5℃， ，夏季使用） 低溫水用量（ c=水的 比熱容 ℃）： QcW t??大大 = hrkg /390475 10 5 ?? QcW t??中中 = hrkg /7 1 4 5 ???? QcW t??小小 = hrkg / 5 ???? 以工作狀態(tài) 6 個發(fā)酵罐， 3 個二級種子罐， 2 個一級種子罐計，并取安全系數 ，則循環(huán)冷卻水總量為： W總 = （ 39047 6+7143 3+1162 2） 10 3 = = 考慮到一級種子罐 實 消所需冷卻水：取夾套傳熱系數 K=400 kcal/㎡ h 一級種子罐 小Q =550065%=10 4 kJ/m3 （ 中n 即二級發(fā)酵罐， 小n 即一級發(fā)酵罐） 取二級發(fā)酵罐輔助時間為 25 小時，取一級發(fā)酵罐輔助時間為 30 小時 1? ? ?? 發(fā) 酵 罐 計 量 體 積 接 種 比 （ 流 體 損 失 率 ）種 子 罐 容 積 種 子 罐 裝 料 系 數 （流體損失率取 10%） 二級種子罐體積 2 0 0 8 0 % 1 5 % (1 1 0 % )70%? ? ? ?? = 取 38m3，計 算得公稱容積 ，全容積 一級種子罐體積 3 8 7 0 % 1 5 % (1 1 0 % )65%? ? ? ?? ? m3 第四章 設備設計及選型 17 取 ，計算得公稱容積 ，全容積 (3) 物料計算： 進料 =基礎培養(yǎng)基（消后） +種子液 +補料 出料 =發(fā)酵液 +逃液與蒸發(fā)損失 ① 發(fā)酵罐 發(fā)酵液 = 90%= m3 損失 =發(fā)酵液體積 3%= 3%= （損失率取 =3%） 種子 液 =發(fā)酵液體積 接種比 =15%= 補氨 = 48110 3= m3 補油 = 20110 3= m3 泡敵 = 20110 3= m3 補 料 = 320110 3= ∴消后培養(yǎng)基 =出料 +損失 種子 補氨 補油 泡敵 補料=+= ② 二級種子罐 出料 =發(fā)酵罐種子 = 損失 = 3%= m3 （損失率取 =3%） 種子 =15%= m3 ∴消后培養(yǎng)基 =出料 +損失 種子 =+= ③ 一級種子罐 出料 =二級種子罐種子 = m3 損失 = 3%= m3 （損失率取 =3%） 種子 =15%= m3 ∴消后培養(yǎng)基 =出料 +損失 種子 =+= 各階段物料添加量及損失，見圖 31. 四川理工學院畢業(yè)設計 18 圖 31 物料流程 圖 表 31 原料消耗表 原料名稱 規(guī)格 批次 用量（噸） 年用量（噸） 黃豆 餅粉 含蛋白質 45% 968 7741 葡萄糖 含量 99%以上 118 938 碳酸鈣 工業(yè)用含量 99%以上 4 29 KH2PO4 含量 99%以上 35 279 苯乙酰胺 工業(yè)用含量 99%以上 12 96 氨水 工業(yè)用含量 28% 28 220 油酸甘油酯 工業(yè)用含量 99%以上 81 645 豆油 工業(yè)用含量 95%以上 185 1480 硅油 工業(yè)用含量 99%以上 8 59 玉米油 工業(yè)用含量 85%以上 17 133 泡敵 工業(yè)用含量 89%以上 4 26 硝酸鉀 工業(yè)用含量 99%以上 4 29 第四章 設備設計及選型 19 能 耗計 算 水 (1) 發(fā)酵熱效應 [5] Q=QF 公V 發(fā)酵罐 大Q =5500 80%= 10 5 kJ/m3 (2) 種子罐公稱容積及臺數： 種子罐臺數 ?? 發(fā) 酵 罐 臺 數 種 子 罐 周 期發(fā) 酵 罐 周 期 37 24/)2556(6n ????中（臺） 故選擇 3 臺 二級種子罐可滿足生產。 h 提煉總系數： P? =85% 物料衡算 (1) 發(fā)酵罐臺數的 確定： 由公式： 四川理工學院畢業(yè)設計 16 )/(10110 96 tmnUUVGppmmoo????? ??? 得：mmppUmV tGUn001000 ???? 7166712020000 ????? ???? ? (臺） 故選擇 6臺發(fā)酵罐可滿 足生產。 補前體苯乙酰胺，使發(fā)酵液中苯乙 酰胺濃度為 %～ %，在發(fā)酵 過程分批 加入。 第四章 設備設計及選型 15 蒸汽： 發(fā)酵車間用汽壓力 （ MPa） 。 低溫水： 9～ 14℃ (△ t=5℃ )， （ MPa），用于夏天空氣后級冷卻及發(fā)酵控溫冷卻 。 四川理工學院畢業(yè)設計 14 第三章 工藝計算 主要基礎數據 : (1) 接種量 一級種子罐至二級種子罐按 15%計算； 二級種子罐至發(fā)酵罐按 15%計算； (2) 培養(yǎng)基滅菌 一級種子罐及二級種子罐培養(yǎng)基采用空消滅菌； 發(fā)酵罐培養(yǎng)基采用實消滅菌； (3) 通氣量 一級種子罐： （ VVM），二級種子罐： (VVM)， 發(fā)酵罐： (VVM)； (4) 無菌空氣處理系統(tǒng) 空氣處理量：按設計要求 空壓機出口壓力 ： ~（ Mpa） 進總過濾器的相對濕度： 60% 空氣潔凈度： 100 級 (5) 發(fā)酵周期： 一級種子罐： 64 小時，二級種子罐： 56 小時，發(fā)酵罐： 136 小時 (6) 裝料系數 一級種子罐： 65%，二級種子罐： 70%，發(fā)酵罐： 80% (7) 自控要求： 發(fā)酵系統(tǒng)：種子罐、發(fā)酵罐溫度自控， pH 控制，罐壓指示，溶氧指示，轉速顯示及變頻調速，液位報警； 連消系統(tǒng)：溫度、流量連鎖控制； 空氣系統(tǒng)：溫度自動控制； 后處理系統(tǒng)：溫度現場顯示、手動調節(jié)，流量現場顯示、手動調節(jié)； (8) 水系統(tǒng) 自來水：常溫， （ MPa），用于配料、夏天實罐滅菌的前期冷卻、清洗設備等 。當菌絲中空泡擴大、增多及延伸 ， 并出現個別自溶細胞 ， 這表示菌絲趨向衰老 ， 青霉素分泌逐漸停止 ， 菌絲形態(tài)上即將進入自溶期 ， 在此時期由于茵絲自溶 ， 游離氨釋放 ， pH 值上升 ， 導致青霉素產量下降 ， 使色素、溶解和膠狀雜質增多 ， 并使發(fā)酵液變 粘 稠 ， 增加下一步提純時過濾的困難。 第二章 工藝設計 13 發(fā)酵液質量控制 生產上按規(guī)定 時間從發(fā)酵罐中取樣 ， 用顯微鏡觀察菌絲形態(tài)變化來控制發(fā)酵。青霉素發(fā)酵的臨界菌體濃度隨菌株的呼吸強度 (取決于維持因數的大小 ， 維持因數越大 ， 呼吸強度越高 ) 、發(fā)酵通氣與攪拌能力及發(fā)酵的流變學性質而異?？諝饬髁窟^高會導致發(fā)酵液的液面上升引起逃液和泡沫的增多。在發(fā)酵中后期 ， 發(fā)酵液里充滿了細小的流動性氣泡。 (2) 攪拌速度： 攪拌速度大與小關系到氣泡破碎是否良好 ， 空氣是否分散溶入液相 ， 增加氣液接觸的有效界面?zhèn)鬟f面積 ， 以利于氧的溶解和空氣的利用。根據“亨利定律” 可用提高空氣進罐壓力來提高氧在發(fā)酵液中的溶解度。補加消泡油的個別情況下，可以提高空氣流量來加速脂肪酸的氧化，以糾正由于油脂分解產生大量脂肪酸引起的 pH 降低。 將發(fā)酵培養(yǎng)基調節(jié)成不同的出發(fā) pH 進行發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，定時測定和調節(jié) pH。在緩沖能力較弱的培養(yǎng)基中 ， pH 值的變化是葡萄糖流加速度高低的反映。 在較低的通氣條件下，由于氧的溶解度是隨溫度下降而升高的，因此降低發(fā)酵溫度對發(fā)酵是有利的，因為低溫可以提高氧的溶解度、降低菌體生長速率、減少氧的消耗，彌補通氣效果差的不足。溫度過高 將明顯降低發(fā)酵產率 ， 同時增加葡萄糖的維持消耗 ， 降低葡萄糖至青霉素的轉化率。一級種子罐體積小采用夾套換熱，二級種子罐采用內蛇管，發(fā)酵罐用外盤管加內蛇管換熱，內蛇管也作為罐內擋板，以加強罐內料混合程度。主要補油、補糖、補氨水調解 pH。 工藝特點 本設計工藝為三級發(fā)酵 [3]，一級種子罐→二級種子罐→發(fā)酵罐。因 一次加入量不能大于 %，所以采用多次加入方式。一般在這個階段，發(fā)酵液中碳源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質的濃度必須控制在一定范圍內，才有利于青霉素合成。 青霉素 合成階段 ，青霉素的生產速率達到最大 ， 菌體重量增加，碳源、氮源等營養(yǎng)物質不斷消耗，青霉素不斷合成。與 連續(xù)發(fā)酵 相比， 流加發(fā)酵 不需要嚴格的 無菌 條件，也不會產生 菌種 老化 和 變異 等問題，因此，其應用范圍較廣。低基質 濃度的優(yōu)點： ① 可以除去快速利用 碳源 的阻遏效應，并維持適當的菌體濃度，使不致于加劇供氧矛盾。 如今， 流加發(fā)酵 的應用范圍已相當廣泛，包括 單細胞蛋白 、 氨基酸 、 生長激素 、抗生素 、 維生素 、 酶制劑 、 有機酸 等生產幾乎遍及整個發(fā)酵行業(yè)。 補料分批發(fā)酵 補料分批發(fā)酵又稱 流加發(fā)酵， 半連續(xù)發(fā)酵，是介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術，是指在微生物分批發(fā)酵中，以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補加一定物料的培養(yǎng)技術。連續(xù)培養(yǎng)方法可用于面包酵母和飼料酵母的生產，以及有機廢水的活性污泥處理。 當然，他也存在一些缺點 : ①由于是開放系統(tǒng)，加上發(fā)酵周期長，容易造成雜菌污染；②在長周期連續(xù)發(fā)酵中，微生物容易發(fā)生變異；③對設備、儀器及控制元器件的技術要求較高；④粘性絲狀菌菌體容易附著在器壁上生長和在發(fā)酵液內結團，給連續(xù)發(fā)酵 操作帶來困難。