課程設(shè)計(jì)--年產(chǎn)5000噸l-苯丙氨酸發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行年產(chǎn)5000噸苯丙氨酸工廠的初步設(shè)計(jì)。</p><p>　　在對(duì)苯丙氨酸的結(jié)構(gòu)及其在工業(yè)中重要應(yīng)用作了分析后，擬在湘潭九華經(jīng)濟(jì)區(qū)投資L-苯丙氨酸生產(chǎn)工廠。首先，對(duì)投資項(xiàng)目進(jìn)行了認(rèn)真的地分析及對(duì)廠址進(jìn)行認(rèn)真地選擇。同時(shí)，對(duì)L-苯丙氨酸的生產(chǎn)工藝作了優(yōu)化，然后依據(jù)擬定的產(chǎn)量與工藝流程對(duì)生產(chǎn)車間

2、進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算、與主要生產(chǎn)設(shè)備的選型，其次，對(duì)三廢處理等方面也作了一個(gè)初步的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)充分考慮了目前的經(jīng)濟(jì)狀況和今后發(fā)展的需要，從節(jié)能的角度出發(fā)選擇設(shè)備。生產(chǎn)流程盡量提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平，同時(shí)力求技術(shù)上先進(jìn)，質(zhì)量上可靠，布局上合理、規(guī)范。</p><p>　　關(guān)鍵字：L-苯丙氨酸；發(fā)酵；工廠設(shè)計(jì)</p><p><b&

3、gt;　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p><b>　　2.概述3</b></p><p>　　2.1產(chǎn)品需求初步預(yù)測(cè)3</p><p>　　2.2投資的必要性和經(jīng)濟(jì)意義3</p><p><b>

4、;　　2.3地理環(huán)境3</b></p><p>　　2.4生產(chǎn)工藝選擇3</p><p><b>　　2.5產(chǎn)品方案4</b></p><p>　　2.6工藝流程圖4</p><p><b>　　2.7工藝要點(diǎn)4</b></p><p><b>

5、;　　3.物料恒算5</b></p><p>　　3.1.原料的物料恒算5</p><p><b>　　4.設(shè)備選型8</b></p><p>　　4.1.設(shè)備選型原則8</p><p>　　4.2.選型過程9</p><p>　　4.2.1.生產(chǎn)能力計(jì)算過程9

6、</p><p>　　4.3.主要設(shè)備選型表14</p><p>　　5.熱量恒算15</p><p>　　5.1.培養(yǎng)基連續(xù)滅菌用蒸汽量15</p><p>　　5.2.發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量16</p><p>　　5.3 液化工藝熱量衡算17</p><p>　　5.4

7、L-苯丙氨酸發(fā)酵的水平衡計(jì)算17</p><p>　　6. 車間布置設(shè)計(jì)17</p><p>　　6.1發(fā)酵工廠的車間組成17</p><p>　　6.2.車間建筑17</p><p>　　6.3廠內(nèi)部總平面布置的衛(wèi)生17</p><p>　　6.4廠房?jī)?nèi)部衛(wèi)生18</p><

8、p>　　6.5管道衛(wèi)生18</p><p>　　7. 環(huán)境保護(hù)與綜合利用18</p><p>　　7.1.處理方案18</p><p><b>　　8.結(jié)論22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b&g

9、t;　　附錄23</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　L-苯丙氨酸分子式： </p><p>　　L-苯丙氨酸（英文名：L-Phenylalanine）為無(wú)色至白色片狀晶體或白色結(jié)晶性粉末，

10、是一種營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，是必需氨基酸之一。 無(wú)色至白色片狀晶體或白色結(jié)晶性粉末。略有特殊氣味和苦味。在受熱、光照、空氣中穩(wěn)定。 營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑。必需氨基酸之一。在大多數(shù)食品的蛋白質(zhì)中幾乎非限制氨基酸?？商砑佑诒嚎臼称?，除強(qiáng)化苯丙氨酸外，與糖類起氨基-羰基反應(yīng)，可改善食品的香味。</p><p>　　功用：L-苯丙氨酸是重要的食品添加劑-甜味劑阿斯巴甜（Aspartame）的主原料，人體必需氨基酸之一，在醫(yī)藥行業(yè)主要用于氨基

11、酸輸液和氨基酸類藥物。L-苯丙氨酸是人體不能合成的一種必需氨基酸。食品工業(yè)上主要用作食品甜味劑阿斯巴甜的合成原料;也可作為營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑。</p><p>　　生化研究。配制培養(yǎng)基。營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究。</p><p>　　L-苯丙氨酸是必需的氨基酸之一。用作營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、氨基酸輸液和復(fù)合氨基酸制劑的成分。該品是多種抗癌藥物及二肽甜味的原料。</p><p>　　氨基酸類藥。用于

12、氨基酸輸液、綜合氨基酸制劑及營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，大量用于合成新型甜味劑天冬甜素 （L-天冬氨酸、L- 苯丙氨酸結(jié)合的二肽甲酯）</p><p>　　是合成阿斯巴甜的主要原料。</p><p><b>　　2. 概述</b></p><p>　　2.1.產(chǎn)品需求初步預(yù)測(cè)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)僅有5家企業(yè)生產(chǎn)L-苯丙氨酸，

13、即福建省麥丹生物集團(tuán)有限公司、麗珠集團(tuán)福州福興醫(yī)藥有限公司、江蘇漢光甜味劑有限公司（江蘇漢光生物工程有限公司）、溧陽(yáng)維多生物工程有限公司和杭州富陽(yáng)市東辰生物工程有限公司。其余原生產(chǎn)企業(yè)主要受縛于技術(shù)水平等因素，生產(chǎn)成本過高，均以陸續(xù)停產(chǎn)或關(guān)閉生產(chǎn)線。2009年上述5家企業(yè)的年產(chǎn)能為：麥丹生物4500噸、福興醫(yī)藥1500噸、江蘇漢光500噸、溧陽(yáng)維多300噸、富陽(yáng)東辰200噸?？上蚴袌?chǎng)上供應(yīng)苯丙氨酸的企業(yè)僅有福建省麥丹生物集團(tuán)有限公司、麗

14、珠集團(tuán)福州福興醫(yī)藥有限公司，杭州富陽(yáng)市東辰生物工程有限公司僅有少量的產(chǎn)品流向市場(chǎng)，而江蘇漢光、溧陽(yáng)維多的產(chǎn)品僅能部分供給其自身的阿巴斯甜生產(chǎn)使用，市場(chǎng)上未見其苯丙氨酸產(chǎn)品。 廠家分布在福建、江蘇、浙江三省，最大的兩家企業(yè)均在福建省，麥丹生物地址在福建省沙縣，福興醫(yī)藥地址在福建省福州市；而浙江省僅有一家規(guī)模最小的企業(yè)；江蘇省的兩家企業(yè)分別在江蘇省無(wú)錫市和江蘇省溧陽(yáng)市。 目前L-苯丙氨酸國(guó)際上主要生產(chǎn)國(guó)：美國(guó)7000噸/年（以紐特公

15、司為主）、日本5000噸/年（以味之素公司為主）、法國(guó)3000噸/年、荷蘭3000</p><p>　　2.2投資的必要性和經(jīng)濟(jì)意義</p><p>　　行業(yè)前景：隨著阿斯巴甜在飲料、乳制品、口香糖、咖啡、醫(yī)藥工業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用持續(xù)深入，阿斯巴甜無(wú)論在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)際市場(chǎng)對(duì)阿斯巴甜相關(guān)產(chǎn)品的需求量以年均15%～20%的速度增長(zhǎng)，近年增長(zhǎng)率高達(dá)30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他人工甜味劑年均5

16、%的增長(zhǎng)速度；在國(guó)內(nèi)氨基酸大輸液和抗癌藥的開發(fā)利用，特別是在限制糖精生產(chǎn)、甜菊糖甜味劑遭遇麻煩的情況下，市場(chǎng)對(duì)阿斯巴甜的需求量銳增。 </p><p><b>　　益。</b></p><p><b>　　2.3結(jié)論與建議</b></p><p>　　鑒于國(guó)內(nèi)外對(duì)此產(chǎn)品需求量增大，市場(chǎng)供應(yīng)也相當(dāng)緊張，且價(jià)格不斷上揚(yáng)。因此，

17、開發(fā)L-苯丙氨酸，市場(chǎng)前景好，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益更為顯著。本設(shè)計(jì)即是針對(duì)我國(guó)苯丙氨酸發(fā)展現(xiàn)狀，本著迎合消費(fèi)者需求，求新，求變的原則，對(duì)苯丙氨酸的生產(chǎn)進(jìn)行了更為優(yōu)化的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了年產(chǎn)5000噸丙氨酸的生產(chǎn)車間，在工藝分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了物料衡算、設(shè)備選型，并對(duì)生產(chǎn)車間進(jìn)行了合理的布局。同時(shí)，設(shè)計(jì)過程中，也注意環(huán)境保護(hù)，及時(shí)有效的處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢問題。</p><p><b>　　2.4生產(chǎn)工藝選

18、擇</b></p><p>　　L-苯丙氨酸制備經(jīng)歷了由蛋白水解提取法、 發(fā)酵法到酶法(固定化細(xì)胞法或游離整體細(xì)胞法)的過程。 現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)的方法就是酶法轉(zhuǎn)化, 即通過富有L-天冬氨酸-β-脫羧酶活力的微生物細(xì)胞催化L-天冬氨酸而得到的。 </p><p>　　固定化法與游離整體細(xì)胞法生產(chǎn)L-苯丙氨酸各有優(yōu)缺點(diǎn), 就我國(guó)而言, 游離整體細(xì)胞法的生產(chǎn)成本低于固定化細(xì)胞法。 故到

19、目前為止, 游離整體細(xì)胞仍顯示較大的優(yōu)越性。 </p><p>　　表3 固定化細(xì)胞法與游離細(xì)胞法生產(chǎn)L-丙氨酸的對(duì)比 </p><p>　　Table1 3 Comparison between inmobilized and free whole cell </p><p>　　for production of L-alanine</p>&

20、lt;p>　　由于苯丙氨酸具有旋光性，而生物所能利用的只有左旋(L) 型，恰好酶法所得的全部為 L型，因此利用酶法生產(chǎn)苯丙氨酸是最重要的方法。酶法的原理是發(fā)酵罐上培養(yǎng)假單胞菌NX-1,獲得高L-天冬氨酸-β脫羧酶酶活，,以L-天冬氨酸為底物游離細(xì)胞法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L-苯丙氨酸。每升培養(yǎng)液可轉(zhuǎn)化L-天冬氨酸2kg,最高達(dá)2.5kg,摩爾轉(zhuǎn)化率100%，反應(yīng)液產(chǎn)生的L-苯丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,

21、提取收率90% 。</p><p><b>　　2.5產(chǎn)品方案</b></p><p>　　年產(chǎn)L-苯氨酸5000噸,可根據(jù)市場(chǎng)開發(fā)新產(chǎn)品。</p><p>　　L-丙氨酸的計(jì)劃產(chǎn)量為5000t/年，計(jì)劃年工作日為330天，德阿昆合假單胞菌發(fā)酵時(shí)間26小時(shí)，轉(zhuǎn)化時(shí)間三天，實(shí)際控制于5天，則生產(chǎn)周期66。</p><p>

22、<b>　　2.6工藝流程圖</b></p><p>　　原料→配料→高溫高壓殺菌、無(wú)菌空氣</p><p><b>　　↓</b></p><p>　　保藏菌種→茄子瓶培養(yǎng)→搖瓶種子培養(yǎng)→液體種子擴(kuò)大培養(yǎng)→液體深層發(fā)酵→酶反應(yīng)</p><p>　　→分離晶體→發(fā)酵液→除菌體（膜過濾）→調(diào)PH，活性

23、炭脫色 </p><p>　　↓ ↓ </p><p>　　粗品← 壓濾分離晶體 ← 結(jié)晶 ← 降膜蒸發(fā)濃縮 ← 壓濾</p&

24、gt;<p><b>　　↓ </b></p><p>　　溶解→純化→降膜蒸發(fā)濃縮結(jié)晶→離心干燥→包裝</p><p><b>　　圖1 工藝流程圖</b></p><p>　　Figure 1 Chart of production process</p><p>　　具體

25、工藝過程是將細(xì)菌培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌處理，然后送發(fā)酵釜內(nèi)發(fā)酵，采用除菌后的無(wú)菌空氣從釜低通入進(jìn)行通氣攪拌，加入德阿昆合假單胞菌發(fā)酵26個(gè)小時(shí)后，加入L-天門冬氨酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間約為3d，溫度37℃。轉(zhuǎn)化完畢后析出的晶體壓濾分離，剩下的的轉(zhuǎn)化液經(jīng)金屬膜超濾分離系統(tǒng)除去菌體，然后活性炭脫色處理,濃縮至一半,析出大量丙氨酸結(jié)晶,靜置過夜使結(jié)晶完全,壓濾回收晶體,兩次壓濾得到的晶體用少量水洗滌。將濾液和洗滌晶體的液體合并后進(jìn)一步濃縮,又析出大量丙

26、氨酸晶體,前面得到的粗晶體經(jīng)離子交換樹脂進(jìn)行純化后晶體用少量水洗滌后抽濾回收，剩下的結(jié)晶母液中含有少量未轉(zhuǎn)化的天門冬氨酸,該母液用于下一批酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)。</p><p><b>　　2.7工藝要點(diǎn)</b></p><p><b>　　（一）發(fā)酵過程</b></p><p>　　是在發(fā)酵罐上培養(yǎng)假單胞菌,獲得高L-天冬氨酸-β

27、脫羧酶酶活，,以L-天冬氨酸為底物游離細(xì)胞法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)L-苯丙氨酸。每升培養(yǎng)液可轉(zhuǎn)化L-天冬氨酸2kg,最高達(dá)2.5kg,摩爾轉(zhuǎn)化率100%，反應(yīng)液產(chǎn)生的L-苯丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出,提取得到L-苯丙氨酸1.2kg,提取收率90%</p><p>　　影響丙氨酸生產(chǎn)的因素有菌種，接種量，接種菌齡，培養(yǎng)基，代謝產(chǎn)物，溫度，PH值，通風(fēng)量，攪拌，泡沫等。</p><p>　?。?）

28、菌種 目前用于生產(chǎn)丙氨酸的菌種主要是德阿昆合假單胞菌。而本產(chǎn)品所用的菌種即是該菌種，通過購(gòu)買形式獲得，是目前產(chǎn)酶能力最高的菌株。該菌種發(fā)酵時(shí)間為26h左右，L-天門冬氨酸β-脫羧酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的L-天門冬氨酸脫羧酶為胞內(nèi)產(chǎn)物，菌體到達(dá)穩(wěn)定期后開始自溶，L-天門冬氨酸脫羧酶被釋放到胞外。德阿昆合假單胞菌及其代謝物安全無(wú)毒，不會(huì)影響生產(chǎn)人員和環(huán)境。</p><p>　　（2）接種量 一般發(fā)酵常用接種

29、量為10%，選擇合適的接種量對(duì)產(chǎn)酶有很大的影響。通常，接種量過低時(shí)，產(chǎn)酶活性不高并使生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，采用較大的接種量可縮短菌體生長(zhǎng)達(dá)到高峰所需要的時(shí)間。</p><p>　?。?）接種菌齡 一般以菌種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期，即培養(yǎng)液中菌的濃度接近高峰時(shí)所需要的時(shí)間為佳，太短則會(huì)使前期生長(zhǎng)緩慢，延長(zhǎng)整個(gè)發(fā)酵周期；太長(zhǎng)則會(huì)使菌體過早衰退，導(dǎo)致生產(chǎn)能力的下降。</p><p>　?。?）碳源

30、 用于發(fā)酵的培養(yǎng)基最適碳源是廉價(jià)的富馬酸。但富馬酸又是L-天門冬氨酸β-脫羧酶的酶活抑制劑，所以應(yīng)控制適當(dāng)?shù)臐舛燃匆ＷC最大產(chǎn)酶量又要保證不抑制其酶活。</p><p>　　（5）氮源 可用無(wú)機(jī)氮，也可用有機(jī)氮，二者差別不大。德阿昆合假單胞菌的最適氮源為蛋白胨和玉米漿，以蛋白胨效果最好，濃度為1.0%時(shí)，酶活性最高，但其價(jià)格昂貴，所以與玉米漿混合使用效果更好。</p><p>　　（

31、7）酶活抑制劑 L-天門冬氨酸β-脫羧酶的酶活抑制劑有乙酰輔酶A,氨基丙二酸，β丙氨酸，富馬酸，馬來(lái)酸，EDTA等。只要培養(yǎng)及中含有一定量的阻遏物，L-天門冬氨酸β-脫羧酶的酶活便受到抑制，不利于丙氨酸的生成。</p><p>　?。?）溫度 在發(fā)酵過程中，菌體生長(zhǎng)和酶合成均與溫度有密切關(guān)系，但兩者的最適溫度往往不相同，一般情況下，產(chǎn)酶的最適溫度低于生長(zhǎng)溫度。</p><p>

32、;　　（10）PH 任何微生物都有一個(gè)適合生長(zhǎng)的PH范圍。因此，培養(yǎng)初期以及培養(yǎng)過程中的PH值直接影響微生物的生長(zhǎng)和酶的合成。</p><p>　?。?1）通風(fēng)量 通風(fēng)量多少應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)基中溶解氧而定。一般在發(fā)酵初期，菌體少，相對(duì)通風(fēng)量可以少些；菌體生長(zhǎng)旺盛時(shí)耗氧多，通風(fēng)量要大些；產(chǎn)酶旺盛是需強(qiáng)烈通風(fēng)。</p><p>　　（12）攪拌 對(duì)于丙氨酸液體深層發(fā)酵，除需要通氣外

33、，還需要攪拌，以利于熱交換、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，降低細(xì)胞周圍的代謝產(chǎn)物，從而有利于酶的生成；同時(shí)也可以打破空氣氣泡，使發(fā)酵液形成湍流，從而提高溶解氧量，增加空氣利用率。</p><p><b>　?。ǘ┺D(zhuǎn)化過程</b></p><p>　　在發(fā)酵24小時(shí)后即可進(jìn)行酶轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化前加入發(fā)酵液量10%的天冬氨酸。以后每隔一定時(shí)間檢測(cè)PH的變化，當(dāng)PH大于7時(shí)即加入天冬

34、氨酸進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間控制在三天，一般三天后L-苯丙氨酸可達(dá)到2kg/L。</p><p>　　（三）轉(zhuǎn)化液的預(yù)處理</p><p>　　在丙氨酸的生產(chǎn)中，反應(yīng)液產(chǎn)生的L-苯丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出，分離晶體后發(fā)酵液中仍含有少量丙氨酸，其成分并不復(fù)雜，并不需要添加助濾劑來(lái)降低懸浮液粘度，煮沸殺滅菌體再進(jìn)行超濾分離，轉(zhuǎn)化液經(jīng)泵加壓后進(jìn)入金屬膜超濾分離系統(tǒng)，丙氨酸透過膜流進(jìn)清

35、液儲(chǔ)罐，而菌絲體、蛋白質(zhì)和固體懸浮顆粒等雜質(zhì)被截留，將他們熱交換器冷卻后，送回罐進(jìn)一步濃縮，直至超濾濃縮液呈漿糊狀，再用少量的水清洗，使濾液渣中殘余的丙氨酸充分洗滌出來(lái)。</p><p>　?。ㄋ模┺D(zhuǎn)化液的再處理</p><p>　　提取之前要脫色，首先將發(fā)酵液的PH調(diào)至5.0，然后加1.5%的活性碳，在80攝氏度的熱水中保溫20分鐘。然后用壓濾泵壓濾，連續(xù)兩次后澄清略帶微黃色即可。<

36、;/p><p><b>　　（五）發(fā)酵液濃縮</b></p><p>　　首先將濾液或離心分離后的上清液調(diào)到PH 6.1,在40℃、2.0Kpa的條件下濃縮至原體積的30～40%，然后將發(fā)酵液溫度將至室溫，在結(jié)晶罐中靜止放置12小時(shí)以上即可進(jìn)行板框過濾分離到粗丙氨酸晶體。</p><p><b>　?。V液的再處理</b>

37、</p><p>　　得到的粗丙氨酸晶體晶體用少量水洗滌。將濾液和洗滌晶體的液體合并后調(diào)節(jié)溶液的PH為6.1后可進(jìn)一步濃縮,又析出大量丙氨酸晶體,晶體用少量水洗滌后抽濾回收，剩下的結(jié)晶母液中含有未轉(zhuǎn)化的天門冬氨酸,該母液用于下一批酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)。</p><p><b>　　（七）檢測(cè)</b></p><p>　　L-天門冬氨酸-β-脫羧酶活力的測(cè)

38、定 L-天門冬氨酸β-脫羧酶活采用Warburg檢壓法測(cè)定，即每毫升發(fā)酵液每小時(shí)從L-天門冬氨酸中脫羧可釋放的CO2微升數(shù)。從培養(yǎng)了24小時(shí)的培養(yǎng)液中離心收集菌體，用生理鹽水洗滌，經(jīng)超聲波打碎（10kc 10分鐘）離心，取上清作酶源。Warburg主室：2ml的10 mmol/L 的L-天門冬氨酸，1ml的1mol/L醋酸緩沖液（PH 5.5）；Warburg側(cè)室：0.5ml上清液；于30攝氏度平衡10分鐘，倒入上清液，測(cè)定10分

39、鐘內(nèi)釋放的CO2微升數(shù)。</p><p><b>　　3. 物料衡算</b></p><p>　　已知發(fā)酵時(shí)間為26h左右，酶轉(zhuǎn)化時(shí)間3天，考慮到裝料、實(shí)消、放料、清洗需要一部分時(shí)間，因此確定整個(gè)發(fā)酵周期為5天計(jì)算，在330天的工作日內(nèi)，共有66個(gè)生產(chǎn)周期。由資料可確定裝料系數(shù)為75%，，按每升轉(zhuǎn)化液可轉(zhuǎn)化2千克天冬氨酸計(jì)，摩爾轉(zhuǎn)化率100%，提取收率90%，提取得

40、到L-丙氨酸1.2kg。則一年產(chǎn)生5000噸丙氨酸需總發(fā)酵液體積為：</p><p>　　V= 年總產(chǎn)量÷（轉(zhuǎn)化液產(chǎn)量×摩爾轉(zhuǎn)化率×分子量之比×提取收率）</p><p>　　=5×109÷(2000×100%×165/133×90%)=2.24×106L=2.24×109ml&l

41、t;/p><p>　　則一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵液體積V1為：</p><p>　　V1=總發(fā)酵液體積V÷發(fā)酵周期T=2.24×109ml÷66=33.9m3，由此可進(jìn)行物料衡算。</p><p><b>　　（1）原料</b></p><p><b>　?、俑获R酸</b>&l

42、t;/p><p>　　可得66個(gè)發(fā)酵周期需要的原料富馬酸量：</p><p>　　M1=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液富馬酸配比=2.24×109ml×1.5%=33.6×103kg</p><p>　　考慮到種子罐的需要，按10%接種量計(jì)：</p><p>　　M2=發(fā)酵液總體積×種子液富馬酸配比=2.2

43、4×109ml×10%×1% =2.24×103kg</p><p>　　每次發(fā)酵周期需要富馬酸用量為M1+M2=33.6×103kg +2.24×103kg =35.84×103kg</p><p><b>　　②蛋白胨</b></p><p>　　可得66個(gè)發(fā)酵周期需要的

44、原料蛋白胨的用量：</p><p>　　M1=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液蛋白胨配比=2.24×109ml×0.6%=13.44×103kg</p><p>　　考慮到種子罐的需要，按10%接種量計(jì)：</p><p>　　M2=種子液總體積×種子液蛋白胨配比=2.24×109ml×10%×0.8

45、%=1.79×103kg</p><p>　　每次發(fā)酵周期需要蛋白胨用量：</p><p>　　M2+M1=13.44×103kg +1.79×103kg =1.523×104kg</p><p><b>　　③玉米漿</b></p><p>　　可得70個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需

46、要玉米漿的量為：</p><p>　　M=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液玉米漿配比+種子液需要玉米漿（按10%接種量計(jì)）</p><p>　　=2.24×109ml×3%+0.6%×10%×2.24×109ml =6.72×104kg</p><p><b>　　④L-天門冬氨酸</b>

47、;</p><p>　　整70個(gè)發(fā)酵周期需要天門冬氨酸的量：</p><p>　　M=2×106kg×133÷165÷90%=3.32×106kg</p><p><b>　?、莼钚蕴?lt;/b></p><p>　　按發(fā)酵液量的1.5 %計(jì)，則整70個(gè)發(fā)酵周期需要活性炭的量

48、：</p><p>　　M=2.24×109ml×1.5%=3.36×104kg</p><p><b>　?。?）輔料</b></p><p><b>　　①硫酸鎂</b></p><p>　　可得70個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需硫酸鎂的量：</p>&l

49、t;p>　　M=發(fā)酵液需要硫酸鎂+種子液需要硫酸鎂（按10%接種量計(jì)）</p><p>　　=2.24×109ml×0.01%+2.24×109ml×10%×0.01%=246.4kg</p><p><b>　　②磷酸二氫鉀</b></p><p>　　可得70個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需

50、磷酸鉀的量：</p><p>　　M=發(fā)酵液總體積×發(fā)酵液磷酸鉀配比+種子液需要磷酸鉀（按10%接種量計(jì)）</p><p>　　=2.24×109ml×0.05%+2.24×109ml×0.05%×10%=1232kg</p><p><b>　　4. 設(shè)備選型</b></p&

51、gt;<p><b>　　4.1設(shè)備選型原則</b></p><p>　　設(shè)備選型原則是根據(jù)物料衡算確定的，使設(shè)備既能保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，又可使設(shè)備得到充分利用[10]。一般應(yīng)遵循經(jīng)下原則：</p><p>　?、艥M足工藝要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；</p><p>　?、圃O(shè)備的先進(jìn)程度、機(jī)械化程度應(yīng)與工廠規(guī)模相適應(yīng)，要做到經(jīng)濟(jì)上合

52、理，技術(shù)上先進(jìn)；</p><p>　?、撬x設(shè)備應(yīng)能充分利用原料能耗少、效率高、體積小、維修方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低，并能一機(jī)多用，備品、備件供應(yīng)方便；</p><p>　?、人x設(shè)備應(yīng)符合食品衛(wèi)生要求，易清洗、裝拆，不易腐蝕；</p><p>　　⑸設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，材料性能可適應(yīng)各種工作環(huán)境；</p><p>　?、士紤]到生產(chǎn)波動(dòng)和設(shè)備平衡，要留有一

53、定的余量和備用設(shè)備。</p><p>　　根據(jù)以上原則，在物料衡算結(jié)果的基礎(chǔ)上，本車間選用的設(shè)備如下所述。</p><p><b>　　4.2選型過程</b></p><p>　　4.2.1生產(chǎn)能力計(jì)算過程</p><p>　　由物料衡算表可知：每個(gè)發(fā)酵罐每次發(fā)酵產(chǎn)生12.6m3左右的發(fā)酵液，，經(jīng)過濾后濃縮為原體積的40

54、%左右。由于每一工藝步驟的操作要求和處理時(shí)間不同，因此每一車間的工作時(shí)間不同，對(duì)設(shè)備的要求要分別計(jì)算。計(jì)算過程為：</p><p><b>　　1.發(fā)酵罐</b></p><p>　　一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵液體積為：</p><p>　　V1=總發(fā)酵液體積V÷發(fā)酵周期T=2.24×109ml÷66=33.9m3<

55、;/p><p>　　由此可設(shè)需2個(gè)裝料系數(shù)為70%的發(fā)酵罐，則發(fā)酵罐有效體積為：</p><p>　　V =發(fā)酵液體積÷裝料系數(shù)÷發(fā)酵罐個(gè)數(shù)=33.9m3÷70%÷2=24.2m3 （取25）</p><p>　?。?）發(fā)酵罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算：</p><p>　　封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1</p>

56、<p>　　H/Di=2.5 Di/hi=4</p><p>　　橢圓容積Va=л/6×Di×hi=×Di3</p><p>　　V≈×Di2×hi＋Va</p><p>　　=×Di 2×hi＋×Di 3=2/3×л×Di3</p>

57、<p>　　Di=1.67m，處理后內(nèi)徑為1.7m即1700mm</p><p><b>　　H=2.5Di</b></p><p>　　=2.3×2.5=4.25m=42500mm</p><p>　　hi=0.25Di=0.425m</p><p>　　H>4m 所以ha =50mm查資

58、料[11]附表5</p><p>　　罐體總高H總 =4.25＋2×hi＋2×ha=5.20m=5200mm</p><p>　　罐體壁厚S=PD/(2[б]×ø﹣P)+C</p><p>　　其中：ø=0.8，P=0.5,C=3mm,[б]=130MPa,Di =1700</p><p>　

59、　解之得：S=7.1mm取整8.0mm</p><p>　　封頭按標(biāo)準(zhǔn)橢圓計(jì)算[7]</p><p>　　hi =0.425m ha =0.05m</p><p>　　封頭壁厚：S=PD/(2[б]×ø﹣P)+C</p><p>　　其中：ø=0.8 P=0.5 Di =1700 [б]=130M

60、Pa C=4.2</p><p>　　解之得：S=9.50mm 取整10.00mm</p><p><b>　　攪拌器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　攪拌器的主要尺寸計(jì)算：</p><p>　　考慮到發(fā)酵徑高比為1：2.5，比較小，為了使發(fā)酵罐充分混勻，保持均一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用渦輪式攪拌器。渦輪式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

61、單，能量傳遞高，氧溶解率高,彎葉剪切力小。圓盤可增強(qiáng)軸向混合效果。所以選用六彎渦輪式攪拌器。其主要尺寸如下：</p><p>　　葉徑Di=D/2.5=0.7m 葉寬B=0.2Di=0.14m 弦長(zhǎng)l=0.375Di=0.26m</p><p>　　底距C=D/2.5=0.7m 盤徑P=0.75Di=0.52m 彎葉板厚s=12mm&l

62、t;/p><p>　　擋板數(shù)確定為3,擋板寬范圍1/8—1/12D，取B=1/10D=0.17m</p><p>　?。?）外盤管夾套的設(shè)計(jì)</p><p>　　發(fā)酵罐的冷卻，主要是考慮微生物發(fā)酵過程的發(fā)酵熱和機(jī)械攪拌消耗的功率傳遞給培養(yǎng)基的熱量，此外還要考慮培養(yǎng)基實(shí)消后的冷卻。目前，大型發(fā)酵罐傳統(tǒng)使用多組立式蛇管，立式蛇管具有傳熱系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，但占據(jù)了發(fā)酵罐容積，罐內(nèi)

63、蛇管一旦發(fā)生泄漏，將造成整個(gè)罐批的發(fā)酵液染菌，此外，蛇管冷卻管使罐的死角增加，不僅增加了染菌的機(jī)會(huì)也給罐體清洗帶來(lái)不便。半圓形外盤管的傳熱系數(shù)高，罐體容易清洗，增強(qiáng)罐體強(qiáng)度，可大大降低罐體壁厚，使整個(gè)發(fā)酵罐造價(jià)降低，由于替代了內(nèi)蛇管所占據(jù)的發(fā)酵罐容積，可增加發(fā)酵罐的放罐系數(shù)。夾套筒體的高度Hj主要取決于傳熱面積F的要求，夾套的高度一般應(yīng)不低于料液的高度，以保證充分傳熱。</p><p>　　根據(jù)裝料系數(shù)η，操作容

64、積ηV，夾套筒體高度Hj可由下式估算：Hj=ηV-Vh/V1，Vh：封頭容積，V1：筒體每米高的容積。查表：V1 =8.050m3，Vh=4.6110m3。</p><p>　　夾套高度：Hj =(70×80-4.6610)/8.050=6384mm，取夾套高度Hj=7000mm</p><p>　　外盤管夾套設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</p><p>　　通道寬度:

65、b≤0.1D=0.1×3200=320，取b=200mm</p><p>　　通道高度：h≥S，取h=200mm，半圓管壁厚S=20mm</p><p>　　通道半圓心角：γ=90°</p><p>　　通道與容器殼體采用全焊透的V形焊縫</p><p>　　螺旋通道的節(jié)距：ts≤0.3D，取ts=330mm</p&

66、gt;<p>　　螺旋通道圈數(shù)：n=7000/330=23</p><p>　　綜上所述共需2個(gè)25m3發(fā)酵罐，型號(hào)為MSF-L22，公稱容積25(m 3)，材質(zhì)：不銹鋼。由南京匯科生物工程設(shè)備制造。</p><p><b>　　2.種子罐</b></p><p><b>　　(1)二級(jí)種子罐</b><

67、/p><p>　　二級(jí)種子罐體積=發(fā)酵罐體積×裝料系數(shù)×接種量÷種子罐裝料系數(shù)</p><p>　　=25×0.7×0.1×2÷0.7=5m3</p><p><b>　　（2）一級(jí)種子罐</b></p><p>　　一級(jí)種子罐體積=二級(jí)種子罐體積

68、5;裝料系數(shù)×接種量÷一級(jí)種子罐裝料系數(shù)</p><p>　　=5×0.7×10%÷0.7=0.5m3</p><p><b>　　3.轉(zhuǎn)化罐</b></p><p>　　轉(zhuǎn)化過程無(wú)需通入無(wú)菌空氣，采用帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐作為轉(zhuǎn)化罐，以方便添加天冬氨酸底物和放出發(fā)酵產(chǎn)物。由轉(zhuǎn)化液體積同發(fā)

69、酵液的體積，由上知：</p><p>　　V2=V1=33.9 m3</p><p>　　由此可設(shè)需2個(gè)裝料系數(shù)為70%的轉(zhuǎn)化罐，則轉(zhuǎn)化罐罐有效體積</p><p>　　V=發(fā)酵液體積÷裝料系數(shù)÷轉(zhuǎn)化罐個(gè)數(shù)=33.9m3÷70%÷2=24</p><p>　　.2 m3 ，取25m3</p>

70、<p>　　轉(zhuǎn)化罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算：</p><p><b>　　轉(zhuǎn)化罐全體積為：</b></p><p>　　V=Di 2(H+h1/3+h2/3)</p><p>　　式中 Di－罐的內(nèi)徑，m </p><p>　　H－罐的圓柱部分高度，m</p><p>　　h1－罐底高度，

71、m </p><p><b>　　h2－罐蓋高度，m</b></p><p>　　H=1.5Di ，h1 =0.2 Di，h2 =0.1Di </p><p>　　V=Di 2(H+h1/3+h2/3)</p><p>　　Di =2.52m，處理后內(nèi)徑為2.6m即2600mm</p><p>　

72、　H=1.5Di =2.6×1.5=3.9m,取4m</p><p>　　h1=0.2Di =0.52m</p><p>　　h2=0.1D=0.26m</p><p>　　取 ha =50mm，</p><p>　　罐體總高H總 =4.0＋h1＋h1＋2×ha=4.78m=4880mm</p><p&

73、gt;　　罐體壁厚S=PD/(2[б]ø﹣P)+C</p><p>　　其中：ø=0.8，P=0.5,C=3mm,[б]=130MPa,Di =2600mm</p><p>　　解之得：S=9.27mm，取整10mm</p><p><b>　?。?）攪拌器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了使溶液

74、中的銨有效地與固體L-天門冬氨酸發(fā)生成鹽反應(yīng),在罐底部裝有一個(gè)攪拌器攪拌固體L-天門冬氨酸,使之懸浮到溶液中?？刂茢嚢杵骶従忁D(zhuǎn)動(dòng),可以使固體L-天門冬氨酸因重力作用而沉于罐的下半部分,上部較澄清的溶液自罐上部開口流入轉(zhuǎn)化罐。攪拌器的主要尺寸計(jì)算：</p><p>　　考慮到發(fā)酵徑高比為1：2.5，比較小，為了使發(fā)酵罐充分混勻，保持均一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用渦輪式攪拌器。渦輪式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量傳遞高，氧溶解率高,彎

75、葉剪切力小。圓盤可增強(qiáng)軸向混合效果。所以選用六彎渦輪式攪拌器。其主要尺寸如下：</p><p>　　葉徑Di=D/2.5=1 m 葉寬B=0.2Di=0.5m 弦長(zhǎng)l=0.375Di=1m</p><p>　　底距C=D/2.5=1m 盤徑P=0.75Di=2m 彎葉板厚s=12mm</p><p>　　擋板數(shù)確定為3,擋板寬范圍1/8

76、—1/12D，取B=1/10D=0.26m</p><p>　　綜上所述共需2個(gè)20m3轉(zhuǎn)化罐，公稱容積 20(m3)，材質(zhì)：不銹鋼。由南京匯科生物工程設(shè)備制造。</p><p><b>　　4.離心泵</b></p><p>　　要求12.6m3發(fā)酵液5min上液完成，即要求泵的性能：Q=12.6×12=151.2m3/h，H=5m

77、。</p><p>　　泵的選型：上海KSB泵業(yè)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為CPK125-135，Q=50m3/h， H=33.5m，臨時(shí)確定15個(gè)。</p><p>　　5.空氣壓縮系統(tǒng)[14]</p><p>　　無(wú)菌空氣制備流程如下：</p><p>　　吸風(fēng)塔→粗濾器→空氣壓縮機(jī)→空氣冷卻器→除水設(shè)備→空氣總過濾器→發(fā)酵車間空氣總管→分過濾器

78、→發(fā)酵罐</p><p>　　發(fā)酵過程中的最大通氣量為1:1，因此發(fā)酵車間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計(jì)算：</p><p>　　V=單個(gè)發(fā)酵罐體積×發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)×通氣比+單個(gè)種子罐體積×種子個(gè)數(shù)×通氣比</p><p>　　=25×2×1+4.5×1×1=54.5m3/min

79、 （按55m3/min進(jìn)行后續(xù)計(jì)算）</p><p><b>　?、傥L(fēng)塔</b></p><p>　　吸風(fēng)塔設(shè)計(jì)高度應(yīng)在10~12m左右。進(jìn)管至空氣壓縮機(jī)一段的管路，要求直管連接，避免彎管或多彎管。本次設(shè)計(jì)中將吸風(fēng)塔的高度定為10m，空氣在吸風(fēng)塔內(nèi)的截面流速設(shè)計(jì)為5m/s。則吸風(fēng)塔的截面半徑為：</p><p>　　R=（V/·）

80、1/2=(55÷60÷5÷3.14) 1/2=0.23m</p><p><b>　　空氣的實(shí)際流速</b></p><p>　　=V/R2=50÷60÷0.232÷3.14=5.01m/s</p><p><b>　?、谇爸妙A(yù)過濾器</b></p>

81、<p>　　選擇高效前置過濾器，內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩道過濾介質(zhì)層：前層稱粗過濾層，采用絨布作為過濾介質(zhì)；后道稱亞高效過濾層，采用滌晴-無(wú)紡布作為過濾介質(zhì)。設(shè)計(jì)流速為0.5 m/s。設(shè)備外型半徑為：</p><p>　　R=（V/）1/2=(55÷60÷0.5÷3.14) 1/2=0.72m（取0.8m）</p><p><b>　　實(shí)際流速：&l

82、t;/b></p><p>　　=V/R2=55÷60÷0.82÷3.14=0.41m/s</p><p><b>　　③空壓機(jī)</b></p><p>　　由計(jì)算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為55m3/min。因此選擇由無(wú)錫壓縮機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為OGF(W)D50的空氣壓縮系統(tǒng)，額定供氣量55m3

83、/min。</p><p>　　20℃的空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮，其出口壓強(qiáng)表壓為0.2MPa.則壓縮后的空氣溫度為：</p><p>　　T2=T1（P2/ P1）K-1/K </p><p>　　=(273+20)×[(0.2+0.101)/0.101]1.3-1/1.3</p><p>　　=293×30.23=377

84、.5K=104.5℃ </p><p>　　其中：P1=0.101MPa，K=1.3</p><p><b>　?、芾鋮s器</b></p><p>　　壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時(shí)空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機(jī)出口的溫度?？諝饫鋮s器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。要求壓縮空氣由

85、104℃被冷卻至25℃，冷卻介質(zhì)為20℃的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為28℃，由條件可得：</p><p>　　空氣的定性溫度：(104+25)/2=64.5℃</p><p>　　水的定型溫度：（20+28)/2=24℃</p><p>　　查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　=1.0445kg/m3；Cp=1.007 kJ

86、/(kg·℃)；k=2.931W/( m2·℃)；=2.035×10-3Pa·s</p><p>　　查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　=995.7kg/m3；Cp=4.174kJ/(kg·℃)；k=0.618W/(m2·℃)；=0.80×10-3Pa·s</p><p&g

87、t;<b>　　I．熱負(fù)荷計(jì)算</b></p><p>　　Q=Wh·Cp·h(T2﹣T1)</p><p>　　=200÷60×1.0445×1.007×103×(104﹣25)=2.77×105W</p><p><b>　　冷卻水耗量Wc</b

88、></p><p>　　=Q/Cp·c(t2﹣t1)</p><p>　　=2.77×105÷4.174÷103÷(28﹣20)=8.3 kg/s=30t/h</p><p><b>　　II．計(jì)算平均溫差</b></p><p>　　暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆

89、流時(shí)平均溫度差</p><p>　　空氣： 104 → 25</p><p>　　冷卻水：28 ← 20</p><p>　　△t ： 76 5</p><p>　　△tm′ = (76﹣5)÷ln(76/5) = 19.52℃</p><p><b>　　計(jì)算R和P：</

90、b></p><p>　　R = (T2﹣T1)÷(t2﹣t1) = (104﹣25)÷(28﹣20) = 9.875</p><p>　　P = (t2﹣t1)÷(T2﹣t1) = (28﹣20)÷(104﹣20) = 0.095</p><p>　　由R、P值，查表可得：△t = 0.98，因△t＞0.8，選用三殼程

91、。</p><p>　　△tm = △t·△tm′= 0.98×19.52 = 19.13℃</p><p>　　III．選k值，估計(jì)傳熱面積</p><p>　　由資料，可取k=100 w/( m2·℃)</p><p>　　S =（Q/ k·△tm）×1.15=（2.77×105

92、 ÷100÷19.13）×1.15=166.52 m2</p><p>　　IV．初選換熱器型號(hào)</p><p>　　由于兩流體溫差大于50℃，可選用浮頭式換熱器FB500。由計(jì)算結(jié)果確定換熱器為三殼程，因此選用3臺(tái)相同的換熱器串聯(lián)使用。換熱器的主要數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　外殼直徑：500mm 公稱壓力：4.0 MPa

93、 公稱面積：65 m2</p><p>　　管長(zhǎng)：6m 管子尺寸：25×2.5 管子總數(shù)：124</p><p>　　管程數(shù)：2 管子排列方法：正方形斜轉(zhuǎn)45°排列</p><p>　　S。= n d(L－0.1) N=124×3.14×0.025×（6﹣

94、0.1）×3=172.3 m2</p><p>　　采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為：</p><p>　　k。=Q×1.15 ÷（S。·△tm）=2.77×105×1.15 ÷（172.3×19.13）=96.64 W/( m2·℃)</p><p><

95、b>　?、莩O(shè)備</b></p><p>　　空氣經(jīng)冷卻后即有水分析出，為此，冷卻的空氣需要除水并安裝必要的除水設(shè)備。絲網(wǎng)除濾器是一種立式圓筒型設(shè)備，它具有壓降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。一般絲網(wǎng)除濾器的設(shè)計(jì)流速取1~3m/s。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)取流速為2m/s，則除濾器的直徑為：</p><p>　　D =（4V/

96、3;）1/2</p><p>　　=（4×50÷60÷3.14÷2）1/2=0.36m（取0.4m）</p><p>　　除濾器的填料為不銹鋼絲網(wǎng)，不銹鋼絲的直徑為0.25mm，多層重疊，絲網(wǎng)層厚度為100mm。</p><p><b>　?、蘅偪諝膺^濾器</b></p><p>

97、　　總空氣過濾器是圓筒狀設(shè)備，空氣在過濾器內(nèi)底篩板一下切線方向進(jìn)入，在器身下方設(shè)置人孔。YUD型空氣總過濾器，過濾介質(zhì)采用涂層式過濾材料組裝的濾芯，常采用的濾芯是DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。根據(jù)發(fā)酵車間的空氣用量，可選用YUD-Z-4型號(hào)的總過濾器1200×3035mm，配濾芯DMF，總過濾器內(nèi)有DMF濾芯350×1000，4個(gè)。</p><p><b>　?、叻诌^濾器</b&

98、gt;</p><p>　　分過濾器是單臺(tái)發(fā)酵罐的單獨(dú)空氣過濾器。20m3發(fā)酵罐的空氣過濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè)20m3發(fā)酵罐最大空氣用量為：</p><p>　　Vf=20×1=20m3/min</p><p>　　由于20m3發(fā)酵罐的工作容積在75%左右，因此空氣的用量已經(jīng)含有安全系數(shù)

99、。查資料后選擇JPF-20型空氣膜過濾器，230×1196mm，配濾芯JPF-C(聚四氟乙烯微孔膜)，濾芯長(zhǎng)20英尺，共4個(gè)。</p><p><b>　　6.拌料槽</b></p><p>　　拌料槽的結(jié)構(gòu)由圓柱形槽身和圓錐形底部組成，設(shè)裝料系數(shù)為0.85，設(shè)計(jì)體積應(yīng)為：</p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基體積/裝料率 = 12.6&#

100、215;2÷85% = 29.65m3 （取30m3）</p><p>　　設(shè)圓柱形槽身的高為h1，圓錐形底部的高為h2，且h1 = 3h2，直徑d為3m。則由</p><p>　　V = 1/4×3.14×d 2×h1+(1/3)×(1/4)×3.14×d 2×h2 </p><p>

101、<b>　　= 30m3</b></p><p>　　得：h1 = 3.82m ；h2 = 1.27m</p><p>　　拌料罐的實(shí)際體積為：</p><p>　　V = 5/18×3.14×3 2×3.82 </p><p><b>　　=30m3</b></

102、p><p><b>　　7.儲(chǔ)罐</b></p><p>　　轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化液體積約為25.2m3，選定儲(chǔ)罐體積為30 m3，其的主體結(jié)構(gòu)為圓柱型，設(shè)儲(chǔ)罐的高度與直徑的比例為3，則由</p><p>　　V = 3.14 (D/2) 2H = 30m3可得：</p><p>　　D = 2.34 m ；H = 7.02m<

103、;/p><p><b>　　8.板框壓濾機(jī)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)化結(jié)束后轉(zhuǎn)化液除去晶體，再經(jīng)脫色后要及時(shí)過濾除去活性炭以進(jìn)行純化。此時(shí)處理液的含固量i為活性的的百分比1.5%，處理液的體積為25.2 m3。選用選擇由杭州富陽(yáng)永昌過濾機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XZ20/630-U板框壓濾機(jī)，則其過濾面積A=30m3，濾框容量VP= 500L=0.50m3，板框裝填系數(shù)

104、k為0.8，過濾速度為v = 0.1 m3/ m2 h。則需要的板框過濾機(jī)的臺(tái)數(shù)為：</p><p>　　N = VFi/(k VP)</p><p>　　= 25×0.015÷0.8÷0.50 = 1.875臺(tái)（取2臺(tái)）</p><p><b>　　過濾時(shí)間為：</b></p><p>　

105、　T = VF(1-i)/vNA </p><p>　　= 25.2×(1-0.015) ÷0.1÷2÷30 = 2h</p><p>　　另外轉(zhuǎn)化液在濃縮沉淀后還需過濾，處理液的體積為10m3，所選機(jī)型如上，因此實(shí)際生產(chǎn)中選用4臺(tái)過濾機(jī)。</p><p>　　9.降膜蒸發(fā)器[15]</p><p>　

106、　在生產(chǎn)工藝中，發(fā)酵液中含產(chǎn)物量很低，故需除去60%的水分，要求在8h內(nèi)在低于50℃的條件下將25m3的處理液中2/3的水分蒸發(fā)掉，則降膜蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的計(jì)算為：</p><p>　　25.2m3×60%×1000kg/m3÷8h=1890kg/h。</p><p>　　預(yù)計(jì)需4個(gè)，型號(hào)為WZ-2000,其蒸發(fā)量為2000kg/h，加熱面積20 m2，罐內(nèi)真空

107、度0.07MPa，由江陰市富龍制藥機(jī)械廠生產(chǎn)。</p><p>　　10.真空耙式干燥器</p><p>　　對(duì)于固體制劑來(lái)說，要求含水率很低。要求真空干燥機(jī)在4h內(nèi)將蒸發(fā)后剩余濃縮液2/3的水分蒸發(fā)掉。則真空蒸發(fā)的處理量為：25.2×40%×2/3=6.7m3。則真空干燥器的生產(chǎn)能力計(jì)算為：</p><p><b>　　W=F/t&l

108、t;/b></p><p>　　=6.7÷4=1.67m3/h</p><p>　　預(yù)計(jì)需3個(gè)，其蒸發(fā)量為2000kg/h，一個(gè)備用，型號(hào)為ZB-1500,加熱面積20m2，罐內(nèi)真空度0.07MPa，由江陰市富龍制藥機(jī)械廠生產(chǎn)。</p><p><b>　　11.混合槽</b></p><p>　　過濾完

109、畢后獲得的濾液要儲(chǔ)存在混合槽中，經(jīng)過真空濃縮后的處理液體積為=10m3，濾液儲(chǔ)罐的主體結(jié)構(gòu)為圓柱型，裝填系數(shù)為0.85，則其體積要求為：</p><p>　　25.2m3×40%÷0.85</p><p>　　=11.86m3 （取12m3）</p><p>　　設(shè)儲(chǔ)罐的高度與直徑的比例為3。則由</p><p>　　V

110、=3.14 (D/2) 2H=12m3可得：</p><p>　　D=1.72 m ；H=5.16 m</p><p><b>　　主要設(shè)備選型表</b></p><p>　　表3 主要設(shè)備選型表</p><p><b>　　5. 熱量恒算</b></p><p>　　熱量

111、衡算是根據(jù)能量守恒定律建立起來(lái)的，熱平衡方程表示如下：</p><p>　　ΣQ入=ΣQ出+ΣQ損 </p><p>　　式中：ΣQ入—輸入的熱量總和（kJ）</p><p>　　ΣQ出—輸出的熱量總和（kJ）</p><p>　　ΣQ損—損失的熱量總和（kJ）</p><p><b>　　通常：

112、</b></p><p>　　ΣQ入=Q1+Q2+Q3</p><p>　　ΣQ出=Q4+Q5+Q6+Q7</p><p><b>　　ΣQ損=Q8</b></p><p>　　式中： Q1—物料帶入的熱量（kJ）</p><p>　　Q2—由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備和所處理的物料的

113、熱量（kJ）</p><p>　　Q3—過程的熱效應(yīng)，包括生物反應(yīng)熱、攪拌熱等（kJ）</p><p>　　Q4—物料帶出的熱量（kJ）</p><p>　　Q5—加熱設(shè)備需要的熱量（kJ）</p><p>　　Q6—加熱物料需要的熱量（kJ）</p><p>　　Q7—?dú)怏w或蒸汽帶出的熱量（kJ）</p>

114、<p><b>　　有上述各式可知：</b></p><p>　　Q1+Q2+Q3= Q4+Q5+Q6+Q7+Q8</p><p>　　值得注意的是，對(duì)具體的單元設(shè)備，上述的Q1—Q8各項(xiàng)熱量不一定都存在，故進(jìn)行熱量衡算時(shí)，必須根據(jù)具體情況具體分析。</p><p>　　5.1 培養(yǎng)基連續(xù)滅菌用蒸汽量</p>&l

115、t;p>　　經(jīng)工藝物料衡算結(jié)果，發(fā)酵采用發(fā)酵罐體積為25m3，發(fā)酵罐裝料系數(shù)70%，每罐產(chǎn)100%的L-苯丙氨酸量：</p><p>　　25×0.7×100%×90%=15.75（t/罐）</p><p>　　年產(chǎn)商品L-苯丙氨酸5000噸，日產(chǎn)100%L-苯丙氨酸15.1噸，發(fā)酵周期為36h，需發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)2：</p><p>

116、;　　由于裝罐率，所以每罐初始體積17.5m3糖濃度125.0g/L,其數(shù)量：</p><p><b>　　每日投料罐次</b></p><p>　　滅菌加熱過程中用0.4MPa，I=2743kJ/kg，使用板式換熱器將物料由20℃預(yù)熱至75℃，在加熱至127℃，冷卻水由20℃升到45℃。消毒滅菌用蒸汽量（D)</p><p><b>

117、;　　D=</b></p><p>　　式中： V—發(fā)酵罐容量（m3）</p><p>　　70%--發(fā)酵罐填充系數(shù)（%）</p><p>　　—培養(yǎng)基液重度， =1070[kg/ m3]</p><p>　　C—培養(yǎng)基液比熱，C=3.97[kJ/kg·K]</p><p>　　T1—進(jìn)料罐溫

118、度,20℃</p><p>　　T2—出料罐溫度,127℃</p><p>　　I— 加熱蒸汽焓[kJ/kg]</p><p>　　i— 加熱蒸汽液體熱焓量[kJ/kg]</p><p>　　D=0.214(kg/罐)=15.1(t/罐)</p><p>　　每天用蒸汽量： 15.1×2=30.2（t/d）&

119、lt;/p><p>　　高峰用蒸汽量： 15.1×4=60.4（t/d）</p><p>　　平均用蒸汽量： 30.2/24=1.26（t/h）</p><p>　　5.2 發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽量：</p><p><b>　　1．發(fā)酵罐體加熱</b></p><p>　　75m3的發(fā)酵罐空

120、罐重5.4t，冷卻排管重3t，比熱容0.5kJ/(kg,用0.2MPa（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在0.15MPa（表壓）下由20℃升至127℃，其蒸汽量為 </p><p>　　2．填充發(fā)酵罐的蒸汽量</p><p>　　因25m3發(fā)酵罐的全容積大于25m3,考慮到罐內(nèi)的排管、攪拌器等所占的空間，罐的自由空間仍按75m3計(jì)算，填充空間蒸汽量：</p><p

121、>　　D空=V=25×1.39=34.75（kg/h）</p><p>　　式中： V—發(fā)酵罐全體積（m3）</p><p>　　—加熱蒸汽的密度（kg/m3）0.15MPa（表壓）時(shí)為1.39（kg/ m3）</p><p>　　3.滅菌過程的熱功當(dāng)量損失</p><p>　　25m3發(fā)酵罐的表面積為76m3，耗蒸汽用量為

122、：</p><p>　　4.罐壁附著洗滌水升溫的蒸汽消耗</p><p>　　式中： 0.001—附壁水平均厚度（1mm）</p><p>　　1000—水密度 （kg/ m3）</p><p>　　5．滅菌過程中蒸汽滲漏，取總汽消耗的30%，空罐滅菌蒸汽消耗量：</p><p>　　每空罐滅菌1.5h，用蒸

123、汽量：578.851.5=868.29（kg/罐）</p><p>　　每日用蒸汽量：868.29×2（kg/d）=1736.58(kg/d)=1.73（t/d）</p><p>　　高峰用蒸汽量：868.293473.16（kg/h）=3.4(t/h)</p><p>　　平均用蒸汽量：1736.58/24=72.36(kg/h)=0.072(t/h)&

124、lt;/p><p>　　5.3 液化工藝熱量衡算</p><p>　　1. 加熱蒸汽消耗量可按下式計(jì)算：</p><p>　　D=GT2T1）[(h)]</p><p>　　式中： G—淀粉漿量（kg/h）</p><p>　　C—淀粉漿比熱容[kJ/(kg·K)]</p><p&g

125、t;　　T2—漿料初溫（20+273=293K）</p><p>　　T1—液化溫度（95+273=368K）</p><p>　　h—加熱蒸汽焓2738kJ/kg(0.3MP,表壓)</p><p>　　i—加熱蒸汽凝結(jié)水焓，在363K時(shí)為377kJ/kg</p><p>　　淀粉漿量G：根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉11.33t，連續(xù)液化11

126、.33/24=0.47(t/h)。加水量為1：2.5。粉漿量為0.47t/h）=1645（kg/h）。</p><p>　　粉漿比熱C可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　C=C0+C水</b></p><p>　　式中： C=1.55+4.18=5.73kJ/(kg·K)</p