【正文】 =15 ()則D=2000mm，H==4300mm；封頭容積=π/24D3=π/2423=1 m3公稱直徑/mm曲面高度/mm直邊高度/mm公稱容積/m3全容積/m320005004015由此可求的發(fā)酵罐總高=直筒高度+2封頭高度 () =4300+5002+402=5380mm；發(fā)酵罐中實際裝液量=發(fā)酵液總量247。設(shè)發(fā)酵罐大小為15 m3按照裝液量75%計， n1575%（300247?！?307m3 () 則原料的需求量為：K2HPO4的質(zhì)量m1=3307%=MgSO4的質(zhì)量m2=3307%=糖蜜的質(zhì)量m3=33071%=酒糟和粉碎的秸稈根據(jù)經(jīng)驗值添加即可。3104247。則生產(chǎn)三萬噸微生物菌肥共需發(fā)酵液的體積：247。需要設(shè)計的內(nèi)容有： 生產(chǎn)發(fā)酵罐的公稱容積以及發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸； 發(fā)酵罐中攪拌裝置的選用及攪拌功率大小的設(shè)計； 冷卻裝置的設(shè)計以及冷卻水用量、冷卻面積的計算； 發(fā)酵車間的物料衡算 按每年生產(chǎn)30000噸微生物菌肥，根據(jù)微生物肥料國家標(biāo)準(zhǔn)，70%微生物顆粒肥料有效活菌數(shù)為2億/g，30%的微生物菌劑有效活菌數(shù)為3億/g,，存活率70%，菌體回收率90%。3 相關(guān)設(shè)備計算 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計是采用發(fā)酵法生產(chǎn)，此過程為好氧發(fā)酵。 包裝包裝過程注意不要染雜菌和使菌體失活。流動床造粒工藝是當(dāng)今世界大粒肥料生產(chǎn)的最新工藝。同時，由于壓縮空氣在工作腔內(nèi)迅速膨脹，能夠有效吸收工作腔內(nèi)因撞擊而產(chǎn)生的熱量，因而可以保持工作腔內(nèi)溫度的恒定，確保菌體在粉碎過程中不失去活性，因此，氣流粉碎機(jī)是目前比較理想的粉碎設(shè)備，缺點(diǎn)是對發(fā)酵過程中的堅硬的顆粒粉碎能耗較大。發(fā)酵液經(jīng)過濃縮后得到含水量較低的濃漿，脫水的最好方法是噴霧干燥。濃漿從塔頂經(jīng)過霧化噴成霧狀液滴，以細(xì)小液滴形態(tài)落下，與塔底鼓入的熱蒸汽相遇，逐漸脫去水分而變?yōu)楣腆w顆?；蚍勰?。而且干燥后的產(chǎn)品中存在大量空隙，非常蓬松，便于隨后的粉碎操作。真空干燥的優(yōu)點(diǎn)是可消除常壓干燥情況下容易產(chǎn)生的表面硬化現(xiàn)象；能克服熱風(fēng)干燥所產(chǎn)生的溶質(zhì)失散現(xiàn)象；可以實現(xiàn)低溫干燥。然而對于我們要制的的菌劑而言，干燥絕不僅僅是去除水分，而是在干燥過程中形成不同的固體形態(tài)。所以在濃縮前大約70%的發(fā)酵液用草炭吸附后進(jìn)入下一步干燥，30%直接進(jìn)入下一步干燥。離心過濾能建立很大的推動力，得到很高的過濾速率，同時，所得的濾餅中含液量很少，所以它的應(yīng)用也很廣泛。它是以離心壓力為推動力的過濾方法。包括：離心沉降、離心過濾和超離心。這些性質(zhì)包括：固體顆粒的形狀與尺寸、密度、比表面積和孔隙度等；液體的密度、黏度、pH值和表面張力等；懸浮液的固相含量、密度、黏度以及電位等。 發(fā)酵液的固液分離液體發(fā)酵完成后，因含量只有9%左右，直接進(jìn)行干燥將會帶來巨大的能耗，因此，干燥前需要進(jìn)行脫水濃縮。 高價無機(jī)離子的去除由于我們使用的培養(yǎng)基中含有鈣離子和鎂離子，在發(fā)酵液處理時必須要去除?？紤]以上的因素，我們采用聚丙烯酰胺類絮凝劑作為絮凝劑來處理發(fā)酵液。 絮凝技術(shù)能有效改變細(xì)胞、菌體及蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，使其聚集起來，增大體積，以便于固液分離。若用膜分離技術(shù)易產(chǎn)生膜污染，通量降低，用于工業(yè)上大規(guī)模分離在經(jīng)濟(jì)上是不合理的。我們使用活動CPI系統(tǒng)，CPI清洗液供應(yīng)及返回管線不做固定聯(lián)結(jié)，CPI循環(huán)單位裝于手推輪車上，使用時推至要清洗的大罐底側(cè)，用橡皮軟管將CPI循環(huán)單位與大罐洗液進(jìn)出口臨時連接成循環(huán)系統(tǒng)。 設(shè)備及管道清洗與消毒的控制本設(shè)計中在對管道和設(shè)備清洗與消毒采用CPI系統(tǒng)。缺點(diǎn)在于不能從根本上消除引起泡沫的因素，消泡效果也比化學(xué)法差，同時還需要特定的設(shè)備和動力消耗。常用消泡劑：ⅰ天然油脂類（花生油，菜籽油，玉米油，魚油，豬油）；ⅱ聚醚類（GPE,PPE,SPE）；ⅲ硅酮類（主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物）；ⅳ氟化烷烴類Ⅱ機(jī)械消泡法機(jī)械消泡就是靠機(jī)械力打碎泡沫或改變壓力使氣泡破裂。對通氣發(fā)酵來說，產(chǎn)生一定量的泡沫是正?，F(xiàn)象，但過多的持久性泡沫會對我們的發(fā)酵生產(chǎn)帶來以下影響：① 使發(fā)酵罐的裝填系數(shù)減少；② 大量逃液，產(chǎn)物損失；③ 泡沫頂罐，增加染菌機(jī)會；④ 影響通氣攪拌，妨礙微生物呼吸；⑤ 使微生物菌體提早自溶；從以上可以看出，控制發(fā)酵過程中產(chǎn)生的泡沫，是使發(fā)酵工程順利進(jìn)行和穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要保障。在具體的發(fā)酵生產(chǎn)中，我們選用在發(fā)酵工業(yè)中使用最廣泛的覆膜氧電極法來監(jiān)測發(fā)酵過程中的溶解氧濃度、菌體好氧速率及溶氧系數(shù)。我們在發(fā)酵過程中，通過攪拌或在罐內(nèi)設(shè)置擋風(fēng)板使氣體分散，以增加氧的溶解度，但因氧是難溶性氣體，所以在發(fā)酵過程中是重要的限制性因素。而且微生物生長的最適PH和發(fā)酵產(chǎn)物形成的最適PH往往是不同的。 發(fā)酵PH的控制PH對微生物的生長繁殖及代謝產(chǎn)物的形成和積累都有很大影響。根據(jù)以上原則，由于本設(shè)計是要得到最大量的微生物細(xì)胞，我們的溫度控制在28177。到發(fā)酵旺盛階段，發(fā)酵溫度要低于最適生長溫度。只能測活菌，需要培養(yǎng)時間長 發(fā)酵溫度的控制一般來說，接種后要適當(dāng)提高溫度，以加快微生物的生長，此時發(fā)酵的溫度大多數(shù)是下降的。目前，發(fā)酵液中的前體、基質(zhì)和代謝產(chǎn)物以及菌體的檢測都還是依賴于人工取樣和離線檢測[7]方 法原理效果評價壓縮體積干重光密度熒光或其他方法顯微觀察 平板計數(shù)離心沉淀物懸浮顆粒干燥至恒重后的質(zhì)量濁度分析與生物量有關(guān)的化合物如ATP、DNA、蛋白質(zhì)的含量血球計數(shù)器上細(xì)胞計數(shù)；經(jīng)適當(dāng)稀釋后，在平板上計數(shù)粗糙但快速如培養(yǎng)基含有固體則結(jié)果不準(zhǔn)確要保持線性稀釋結(jié)果才準(zhǔn)確只能間接測量計算費(fèi)力，但可通過成像分析實現(xiàn)可視化。工業(yè)發(fā)酵對傳感器的選用要十分慎重。發(fā)酵過程參數(shù)的測定分為兩種方式。芽孢的這一特性使得菌肥在生產(chǎn)時受無機(jī)成分的影響可以忽略不計【5】。在本設(shè)計中，我們的復(fù)合菌種通過發(fā)酵繁殖成芽孢后（也就是休眠期），經(jīng)特殊工藝高溫干燥，芽孢菌種神生活在水分5%左右無養(yǎng)分的環(huán)境中，使其具有不易繁殖，保質(zhì)期長，易儲存，便于運(yùn)輸?shù)忍匦浴? 發(fā)酵過程控制工業(yè)發(fā)酵的目標(biāo)是利用微生物最經(jīng)濟(jì)獲得高附加值產(chǎn)品。同時，要有大概三天的堆肥時間，以利于在發(fā)酵過程中氮磷鉀的釋放?？諝膺^濾的一般流程及相應(yīng)設(shè)備：前置空氣過濾器→空壓機(jī)升壓→一級冷凝器對壓縮空氣降溫→二級冷凝器降溫除水、除油→空氣加熱器降低濕度→空氣儲罐穩(wěn)壓→空氣過濾器除菌→無菌空氣進(jìn)入發(fā)酵罐 原料處理一方面是秸稈的粉碎和預(yù)處理，我們添加秸稈主要是提供氮磷鉀和部分微量元素，減少其他培養(yǎng)基的使用，因為來源豐富，可以降低成本。本設(shè)計中采用發(fā)酵工業(yè)中最常用、最經(jīng)濟(jì)的過濾除菌方法。從這個角度來說，空氣除菌是好氧培養(yǎng)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。 空氣除菌在本設(shè)計中，固氮菌、解磷菌、解鉀菌均為好氧菌，而在好氧培養(yǎng)過程需要大量無菌空氣。期間，所有液面以上的閥門一定時間的排蒸汽狀態(tài)。期間，所有液面以上的閥門保持一定時間的排蒸汽狀態(tài)。③種子培養(yǎng)基實罐滅菌 從夾層通入蒸汽間接加熱到80℃，再從取樣管、進(jìn)氣管、接種管等液面以下的閥門通入蒸汽，進(jìn)行直接加熱。發(fā)酵菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的工藝流程與級數(shù)如下：實驗室階段菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)： 原種活化 液體培養(yǎng) 三角瓶液體振蕩培養(yǎng) 一級種子 生產(chǎn)車間菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)：種子罐培養(yǎng) 二級種子擴(kuò)大的的種子罐培養(yǎng) 三級種子 發(fā)酵罐 發(fā)酵培養(yǎng)基及設(shè)備管道滅菌技術(shù)①種子罐、發(fā)酵罐、計量罐、補(bǔ)量罐等的空罐滅菌及管道滅菌從有關(guān)管道通入蒸汽，維持45分鐘，滅菌過程中，從所有液位以上的閥門排出空氣，并使蒸汽通過這些閥門以排除死角。我們從種子罐底部送入無菌客氣，再由攪拌槳葉將無菌空氣分散成微小氣泡溶解在液體培養(yǎng)基中，從而促進(jìn)菌體生長繁殖。菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的任務(wù)的是獲得發(fā)酵活力高、接種量足夠的微生物純培養(yǎng)物。 發(fā)酵菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)在這個階段，我們將購買的菌種接入液體培養(yǎng)基活化后，再經(jīng)過三角瓶液體搖床培養(yǎng)以及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種，也就是我們下一步大規(guī)模發(fā)酵要用的種子。各菌株經(jīng)鑒定分別屬于或接近假單胞菌屬、巨大芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌和圓褐固氮菌【5】。在本設(shè)計中選用的菌種是從美國進(jìn)口的奧卡尼克微生物菌肥菌種，主要含固氮菌、解磷菌和解鉀菌。7H2O ，NaC1 g，(NH4)2SO4 g，KC1 g，MnSO4 g，CaHPO4或Ca3(PO4)2 ，H2O 1000ml。7H20 g，CaCO3 ，NaCl g，H20 1000ml，～。7H20 ，CaSO4 g，H20 1000 ml。培養(yǎng)基配方[4]如下：① LB培養(yǎng)基： g，NaC1 g， g，H2O 1000ml, 。 發(fā)酵的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計發(fā)酵產(chǎn)物的精制成品加工發(fā)酵產(chǎn)物的提取活化和擴(kuò)大培養(yǎng)優(yōu)良菌種種子液接種配制培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵發(fā)酵液的預(yù)處理和分離 發(fā)酵的培養(yǎng)基工業(yè)用發(fā)酵培養(yǎng)基首先要考慮的是成本和效益問題，使之盡量滿足下列條件：①消耗單位質(zhì)量的底物要產(chǎn)生最大的菌體得率和產(chǎn)物得率；②獲得最高的產(chǎn)物合成速率；③最大限度減少副產(chǎn)物的合成；④原料來源豐富，供應(yīng)充足，物美價廉；⑤減少通風(fēng)攪拌及后期產(chǎn)物的提取和純化難度一般情況下，我們選用甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、谷物淀粉作為碳源，用銨鹽、尿素、硝酸鹽、玉米漿及其發(fā)酵殘余物作為氮源，使之較好滿足上述培養(yǎng)基的要求。 我國微生物菌肥生產(chǎn)的主要問題① 生產(chǎn)制作和包裝過程必須在嚴(yán)格無菌條件下進(jìn)行，搬運(yùn)和保存過程需要良好的條件，生產(chǎn)成本高且容易污染，往往成批菌肥變成廢品；② 有效保存期短，至使用時，有效活菌少；③ 菌肥微生物進(jìn)入土壤后菌數(shù)迅速下降，不容易形成優(yōu)勢群落，菌肥有效作用時間短且應(yīng)用效果不穩(wěn)定；④ 田間應(yīng)用時要避開化肥和農(nóng)藥；⑤ 南方高溫生產(chǎn)和保存較困難，油菜等秋播作物推廣很難；2 本課題研究內(nèi)容本設(shè)計在參閱國內(nèi)外文獻(xiàn)及相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計年產(chǎn)3萬噸的微生物菌肥，以篩選出來的自生固氮菌、解磷菌、解鉀菌為菌種，以液體深層培養(yǎng)主要培養(yǎng)方法進(jìn)行規(guī)模發(fā)酵，最后分離和干燥處理菌體?？偨Y(jié)20年來世界上一些國家的田間試驗數(shù)據(jù)表明，固氮螺菌接種在土壤和氣候不同的地區(qū)可以提高作物的產(chǎn)量，在60%－70%的試驗中可增產(chǎn)5%－30%。他們和前捷克斯洛伐克、英格蘭及印度的研究固氮菌的工作者證實，這類細(xì)菌能分泌生長物質(zhì)和一種抗真菌的抗生素，能促進(jìn)種子發(fā)芽和根的生長：20世紀(jì)70年代末和80年代初，一些國家對固氮細(xì)菌和解磷細(xì)菌進(jìn)行了田間試驗，