立方米谷氨酸发酵罐方案.pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用 生物工程设备课程设计 200m 3 谷氨酸发酵罐设计 院系:生物与化学工程学院 专业:生物工程 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 日期: 2018 年 5 月 11 日 生物反应工程与设备课程设计任务书 机械搅拌生物反应器设计 一、课程教案目标 生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教案环节,要求 学生综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题,对培养 学生全面的理论知识与工程素养,健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中,通过 生化过程中应用最为广泛的设备,如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反
2、应 器,蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践,对学生进行一次生化过程发酵设备设计的基本训 个人资料整理仅限学习使用 练,使学生初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法,树立正确的设计思想和实事求是, 严肃负责的工作作风,为今后从事实际设计工作打下基础。 二、课程设计题目 设计 200m 3 谷氨酸机械搅拌通风反应器 三、课程设计内容 1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质,工作参数的确定。 2、容积的计算,主要尺寸的确定,传热方式的选择及传热面积的确定。 3、动力消耗、设备结构的工艺设计。 四、课程设计的要求 课程设计的规模不同,其具体的设计工程也有所差别,但其基本内容是大体相同,主要基 本内容
3、及要求如下: 1、工艺设计和计算 根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算,热量衡算,主体设备工艺尺寸计算和简单的 机械设计计算,汇总工艺计算结果。主要包括: 2、设计说明书的编制 设计说明书应包括设计任务书,目录、前言、设计方案论述,工艺设计和计算,设计结果 汇总、符号说明,设计结果的自我总结评价和参考资料等。 3、绘制设备图一张 设备图绘制,应标明设备的主要结构与尺寸。 个人资料整理仅限学习使用 目录 第1 章概 述 1 1.1 发 酵 罐 设 计 前 景 1 1. 2 微 生 物 生 物 反 应 器 的 研 究 与 应 用 概 述 1 1 . 3微 生 物 反 应 器 的 研 究 和 应
4、用 进 展 2 第2 章设 计 依据 3 2. 1、 本 次 设 计 内 容 3 2. 2 、基 本 参 数 3 2. 2. 1发 酵 罐 的 型 式 3 2. 2. 2发 酵 罐 的 用 途 3 2. 2. 3 冷 却 水 及 冷 却 装 置 4 2. 2. 4 设 计 压 力 4 第3 章通 用 发 酵 罐 的 系 列 参 考 尺 寸 5 3. 1. 通 用 发 酵 罐 的 系 列 尺 寸 5 3. 2发 酵 罐 主 要 设 计 条 件 6 第4 章谷 氨 酸生 产 工 艺 流 程 简 介 7 4.1 谷 氨 酸 发 酵 工 艺 技 术 参 数 7 4. 2 谷 氨 酸 生 产 原 料 及
5、 处 理 7 4.3 谷氨酸生产工艺流程图10第 5 章 发 酵 罐 选 型 及 工 艺 计 算 1 1 5. 1发 酵 罐 的 设 计 与 选 型 1 1 5. 1. 1发 酵 罐 的 选 型 1 1 5. 1. 2生 产 容 积 的 确 定 1 1 5. 2 主 要 尺 寸 的 计 算 1 1 5. 3冷 却 面 积 的 确 定 1 2 5 . 4搅 拌 器 设 计 1 3 5. 5、 搅 拌 轴 功 率 的 确 定 1 5 2. 5. 1计 算 Rem 15 5. 5. 2 不 通 气 条 件 下 的 轴 功 率 计 算 1 6 5. 5. 3通 气 发 酵 轴 功 率 计 算 16 5
6、. 5. 4求 电 机 功 率 1 7 5. 6 设 备 结 构 的 工 艺 设 计 17 个人资料整理仅限学习使用 5. 7竖 直 蛇 管 冷 却 装 置 设 计 1 8 5. 8 备 材 料 的 选 择 2 1 5. 9发 酵 罐 壁 厚 的 计 算 21 5.10 接管设计23第 6 章 设计 结 果 与 讨 论 2 5 6. 1 发 酵 罐 参 数 设 计 汇 总 2 5 6. 2辅 助 设 备 有 关 参 数 2 6 6. 3搅 拌 器 有 关 参 数 2 7 6. 4 主 要 符 号 说 明 2 7 第7 章发 酵 罐 设 计 心 得 体 会 2 9 参 考 文 献 3 0 设 计
7、 图 3 1 第 1 章 概述 1.1发酵罐设计前景 生物反应器是多学科交叉的生物技术领域,是21 世纪生物工程发展的重要前沿之一。近 年来,国内外利用动物、植物和微生物生物反应器生产蛋白药物与其它重要产品的研究取得了 令人瞩目的进展,特别是功能基因的高效表达技术与方法研究有了许多新的突破,不少产品已 个人资料整理仅限学习使用 进入研究开发和产业化阶段。 生物反应器 淀粉原料大 M原料糖蜜原料 1 玉 M淀粉含淀粉 86% 2.12 2 大 M 含淀粉 70% 3.0 3 糖蜜含糖 50% 3.97 4 硫酸98% 0.45 0.45 0.45 5 液氨99% 0.35 0.35 0.35 6
8、 纯碱98% 0.34 0.34 0.34 7 活性炭0.03 0.02 0.10 8 水309 309 309 9 电2000Kwh/t 2000Kwh/t 2000Kwh/t 10 蒸汽11.4 11.4 11.4 谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃( 液体石蜡 等。国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的,少数厂家是以糖蜜为原料进行谷 氨酸生产的,这些原料在使用前一般需进行预处理。 (一糖蜜的预处理 谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含 有过量的生物素,会影响谷氨酸积累。故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时,常
9、常采用一定的 措施来降低生物素的含量,常用的方法有以下几种。 (1活性炭处理法用活性炭可以吸附掉生物素。但此法活性炭用量大,多达糖蜜的30% 40% ,成本高。在活性炭吸附前先加次氯酸钠或通氯气处理糖蜜,可减少活性炭的用量。 (2水解活性炭处理法国内曾有人进行过用盐酸水解甘蔗糖蜜,再用活性炭处理的方法去 除生物素的实验,并应用于生产。 (3树脂处理法甜菜糖蜜可用非离子化脱色树脂除去生物素,这样可以大大提高谷氨酸对 糖的转化率。处理时先用水和盐酸稀释糖蜜,使其浓度达到10,pH达 2.5 ,然后在 120下 加压灭菌20min,再用氢氧化钠调pH 至 4.0 ,通过脱色树脂交换柱后,将所得溶液调
10、pH 至 7.0,用以配制培养基。 (二淀粉的糖化 绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉,因此,以淀粉为原料进行谷氨酸生产时, 个人资料整理仅限学习使用 必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水解糖的原料很多,主要有薯 类 、 玉M、 小 麦 、 大M 等 , 我 国 主 要 以 甘 薯 淀 粉 或 大M 制 备 水 解 糖 。 淀粉水解的方法有三种: 1酸解法用酸解法生产水解糖,其工艺流程如下: 原 料 ( 淀 粉 、 水 、 盐 酸 调 浆 糖 化 冷 却 中 和 脱 色 过 滤 除 杂 糖 液 (1调浆 原料淀粉加水调成1011Be的淀粉乳,用盐酸调 pHl.5 左
11、右,盐酸用量 (以纯 盐酸计约为干淀粉的0.50.8。 (2糖化 首先要在水解锅内加部分水,加水后将水解锅预热至100105,( 蒸汽压力为 0102MPa 随后用泵将淀粉乳送至水解锅内迅速升温,在表压为0.25 0.4MPa 之间保 压 , 一 般 水 解 时 间 控 制 在10 20min , 即 可 将 淀 粉 转 化 成 还 原 糖 。 (3冷却 中和温度过高易形成焦糖,脱色效果差;温度低,糖液黏度大,过滤困难。因 此,生产上一般将糖化液冷却到80以下。 (4中和 淀粉水解完毕,酸解液pH仅为 15 左右,需用碱中和后才能用于发酵。中和的 终 点pH 一 般 控 制 在4.5 5.0左
12、 右 , 以 便 使 蛋 白 质 等 胶 体 物 质 沉 淀 析 出 。 (5脱色 酸解液中尚存在着一些色素和杂质需通过脱色除去。脱色可采用活性炭吸附,活 性炭是经过特殊处理的木炭,为黑色无定形粉末,不溶于任何溶剂,质松多孔,表面积很大, 具 有 很大 的吸 附 能力 。它 将 具 有脱色 与 助 滤两 方面 作 用。 (6过滤除杂 经中和脱色的糖化液要充分沉淀12h,待液温降到4550,用泵打人过 滤器除杂质,过滤后的糖液送贮糖桶贮存,到此为止,淀粉糖化过程全部结束,制成的糖化液 供发酵使用。 2酶解法先用 - 淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖,然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进 一步水解成葡萄糖
13、的方法,称为酶解法。 谷氨酸菌能够在菌体外大量积累谷氨酸,是由于菌体的代谢调节处于异常状态,只有具有 特异性生理特征的菌体才能大量积累谷氨酸。这样的菌体对环境条件是敏感的。也就是说,谷 氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上的,是受多种发酵条件支配的。因此,控制最适的环 境条件是提高发酵产率的重要条件。在谷氨酸发酵中,应根据菌种特性,控制好生物素、磷、 NH4 +、pH、氧传递率、排气中二氧化碳和氧含量、氧化还原电位以及温度等,从而控制好菌体 增殖与产物形成、能量代谢与产物合成、副产物与主产物的合成关系,使产物最大限度地利用 糖合成主产物。为了实现发酵过程工艺条件最佳化,可采用电子计算机进行资料
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