年產(chǎn)2萬噸谷氨酸發(fā)酵工廠的初步設(shè)計

第一章 總論 一、 設(shè)計 項目： （ 1） 設(shè)計課題： 年產(chǎn) 2萬噸谷氨酸發(fā)酵工廠的初步設(shè)計 （ 2） 廠址 ：內(nèi)蒙古通遼市 （ 3） 重點 工段：糖化 （ 4） 重點設(shè)備：糖化罐 二、 設(shè)計范圍： （ 1） 廠址選擇及全廠概況介紹（地貌、資源、建設(shè)規(guī)模、人員）； （ 2） 產(chǎn)品的生產(chǎn)方案、生產(chǎn)方法、工藝流程及技術(shù)條件的制定； （ 3） 重點車間詳細工藝設(shè)計、工藝論證、 設(shè)備選型及計算； （ 4） 全廠的物料衡算； （ 5） 全廠的水、電、熱、冷、氣的衡算； （ 6） 車間的布置和說明； （ 7） 重點設(shè)備的設(shè)計計算； （ 8） 對鍋爐、電站、空壓站等提出要求及選型； （ 9） 對生產(chǎn)和環(huán)境措施提出可行方案。 三、 要完成的設(shè)計圖紙 ： （ 1） 全廠工藝流程圖一張； （ 2） 重點 車間工藝流程圖一張； （ 3） 重點車間設(shè)備布置立面圖一張 ； （ 4） 重點車間設(shè)備布置平面圖一張； （ 5） 重點設(shè)備裝配圖一張 。 四、 設(shè)計依據(jù)： （ 1） 批準的設(shè)計任務(wù)書 和 附件可行性報告，以及可靠的設(shè)計基礎(chǔ)資料。 （ 2） 我國現(xiàn)行的有關(guān)設(shè)計和安裝的設(shè)計規(guī)范和標準 （ 3） 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品系下達的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 五、 設(shè)計原則： （ 1） 設(shè)計工作要圍繞現(xiàn)代化建設(shè)這個中心，為這個中心服務(wù)。首先要有加速社會主義四個現(xiàn)代化早日實現(xiàn)的明確指導(dǎo)思想，做到精心設(shè)計，投資省，技術(shù)新，質(zhì)量好，收效快，收回期短，使設(shè)計工作符合社會主義經(jīng)濟建設(shè)的總原則。 （ 2） 要學(xué)會查閱文獻，收集設(shè)計必 要的技術(shù)基礎(chǔ)資料，要善于從實際出發(fā)去分析研究問題，加強技術(shù)經(jīng)濟的分析工作。 （ 3） 要解放思想，積極采用技術(shù)，力求設(shè)計上具有現(xiàn)實性和先進性，在經(jīng)濟上具有合理性，盡可能做到能提高生產(chǎn)率，實現(xiàn)機械化和自動化，同時兼顧社會和環(huán)境的效益。 （ 4） 設(shè)計必須結(jié)合實際，因地制宜，體現(xiàn)設(shè)計的通用性和獨特性相結(jié)合，工廠生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品品種的確定，要適應(yīng)國民經(jīng)濟的需求，要考慮資金的來源，建廠的地點、時間、三廢綜合利用等條件，并適當留有余地。 - 1 - （ 5） 要注意到周圍環(huán)境的清潔衛(wèi)生，又要注意到工廠內(nèi)車間之間的衛(wèi)生、無菌、防火等條件的相互影響。要貫徹國家食品 衛(wèi)生法有關(guān)規(guī)定，充分體現(xiàn)衛(wèi)生、優(yōu)美、流暢，并能讓參觀者放心的原則。 （ 6） 設(shè)計過程中必須加強計劃性，各階段工作都要明確的進度，使畢業(yè)設(shè)計工作能如期完成，通過畢業(yè)設(shè)計提高自身的分析解決的能力。 六、 廠址的選擇要求： （ 1） 符合國家方針政策，廠址要求滿足生產(chǎn)需要，盡量不占用良田，節(jié)約用地，又有發(fā)展余地。 （ 2） 工廠周圍應(yīng)清潔衛(wèi)生，廠區(qū)應(yīng)居民下風(fēng)側(cè)，河流上游，遠離有毒工廠和有機廢料、化學(xué)廢料堆放地區(qū)及感染中心地點。 （ 3） 在廠址范圍內(nèi)不應(yīng)有地下礦藏、流沙、淤泥和古墓。一般要求廠址的相對標高應(yīng)該在最高洪水位的 時還應(yīng)該注意當?shù)?的氣象資料和一些地震等自然災(zāi)害。 （ 4） 所選廠址應(yīng)盡量接近原料產(chǎn)地，交通方便。保證異地原料的供應(yīng)和減少成本。 必須有充足的電源和水源，滿足生產(chǎn)和生活的用電用水的要求。如廠址遠離熱電源，則應(yīng)自建鍋爐房為最好，但要掌握燃料的來源，燃料的發(fā)熱值及數(shù)量，以求降低氣耗和燃耗。 七、 建廠的規(guī)模和產(chǎn)品方案： （ 1） 建廠規(guī)模：年產(chǎn) 2萬噸，生產(chǎn)天數(shù) 330天， 3班連續(xù)生產(chǎn) （ 2） 生產(chǎn)方案：以淀粉為主要原料； 產(chǎn)品為 80的谷氨酸； 質(zhì)量指標及技術(shù)指標； 糖化率 109% 提取率 95% 糖酸轉(zhuǎn)化率 60% 發(fā)酵周期 40h 糖化罐糖化周期 30h 產(chǎn)品含量 80% 八、 公用工程： （ 1） 供熱：由電熱廠供給蒸汽，自備鍋爐 （ 2） 供電：由電廠供給，自備發(fā)電機 （ 3） 供水：由本廠附近水源和水廠共同供給 （ 4） 壓縮空氣和制冷：由本廠工務(wù)（動力）車間制備（空氣壓縮機和制冷設(shè)備） 九、 環(huán)保處理： （ 1） 廢氣的處理 煙塵排放主要通過加高煙囪高度和采用靜電或噴淋堿液除塵器等干式機械除塵。 生產(chǎn)中使用的和工藝流程中生產(chǎn)的 用液體石蠟與空氣隔離等措施防止其溢出，對于泄露的少量廢水通過機械排氣和風(fēng)筒高空排氣等方式，做到不超標。 （ 2） 低濃度廢水廢液的處理 1）物理法：利用離心機、濾池、篩網(wǎng)等設(shè)備分離廢液中的懸浮的物質(zhì)，一般在廢液預(yù)處理時采用，有時也可作為處理的主體。 2）化學(xué)法：主要通過添加化學(xué)物質(zhì)使廢液中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)， - 2 - 3）生物法：是我國普遍采用處理廢液的方法，主要是利用微生物的生理生化作用，使廢液中溶解性和膠體態(tài)的有機污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單穩(wěn)定的物質(zhì)， 將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。 隨著社會的發(fā)展環(huán)保越來越重要，一個企業(yè)的生存與環(huán)保直接掛鉤。所以我們現(xiàn)在設(shè)計工廠時一定要重點考慮。 十、 勞動保護 發(fā)酵工段要佩戴 耳塞 、安全帽；提取要佩戴防護眼鏡和 耳塞 ；糖化車間要有防暑降溫的設(shè)備和空調(diào)室以及防塵口罩；倒粉處要有防壓皮鞋和防塵口罩；壓力設(shè)備要注意定期檢查，規(guī)范操作。對于事故隱患和嚴重職業(yè)危害應(yīng)當建檔查備，發(fā)放隱患通知，并跟蹤督促企業(yè)整改。發(fā)動職工群眾對事故隱患進行舉報，設(shè)立舉報箱，公布舉報電話，為廣大職工舉報安全健康重大隱患提供便利。 十 一 、 工作制度及車間定員 根據(jù)谷氨酸發(fā)酵的特點，一般按照 2 3 個班次 /天來安排工人上班，一般糖化、發(fā)酵、提取都是安排 3個班 /天，即每人每天上 8小時，實行 4班 3倒制。包裝車間可以視實際情況安排 1 2 個班 /天；機修車間基本安排日班，中夜班各安排 1 2名；電房要三班安排人員上班；行政人員安排全日班。 十 二 、生產(chǎn)方法 發(fā)酵采用中初糖流加高濃度糖液的生物素“超亞適量”工藝，發(fā)酵液采用帶菌體真空濃縮，提取采用連續(xù)濃縮等電點工藝、，采用雙酶法并糖化采用連續(xù)噴射液化器形式。 十 三 、能源循環(huán)考慮 液化降溫和糖化終料升溫的熱量互 換；蒸發(fā)器水用于調(diào)粉漿；閃蒸罐排汽料用于清糖或發(fā)酵培養(yǎng)基料加熱；發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌生熟料熱量互換；提取分離母液用于發(fā)酵罐出爐降溫；發(fā)酵空消排水用于蒸發(fā)器入料升溫或配料等；發(fā)酵過程取樣回放于連消培養(yǎng)基。 - 3 - 第二章 工藝設(shè)計及工藝論證 一、谷氨酸生產(chǎn)方法選擇及論證 谷氨酸的制造方法有發(fā)酵、水解和合成法，從生產(chǎn)設(shè)備運作及產(chǎn)品的安全和清潔生產(chǎn)的合理性比較來看，采用發(fā)酵法最優(yōu)越。首先原料選擇來源廣闊、工藝比較 穩(wěn)定 、設(shè)備腐蝕性低、容易實行工業(yè)化、綜合效益好。其次，提取工藝本文選擇連續(xù)濃縮三級等電點工藝，而未采用 傳統(tǒng)的離子交換工藝。因為離子交換工藝不但要消耗大量的酸堿、更重要的是會產(chǎn)生大量的廢水，環(huán)保治理非常困難，難于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。淀粉糖化采用目前比較先進的連續(xù)噴射液化器工藝，淀粉酶和糖化酶都應(yīng)用進口諾維信酶，確保糖液質(zhì)量。 - 4 - 二、谷氨酸總生產(chǎn)工藝流程圖為： 淀粉 閃蒸罐 糖化罐 調(diào)漿罐 維持罐 糖化 噴射液化 滅酶 滅酶 高溫維持 降溫、調(diào) 降溫、調(diào) 脫色過濾 葡萄糖液 配料罐 定容罐 定容罐 配料罐 液氨 二級種子罐 蒸汽混合器 實消 維持罐 降溫 換熱器 斜面 一級種子 培養(yǎng) 發(fā)酵罐 調(diào)酸 起晶 晶種 停酸育晶 上離子交換柱 緩慢調(diào)酸 鹽酸或硫酸 水洗及疏松樹脂 等電點 熱水預(yù)熱 攪拌育晶 堿液 洗脫 再生 母液 離心分離 后流分 高流分 前流分 濕谷氨酸 用酸調(diào) 上離子交換柱 圖示：谷氨酸生產(chǎn)工藝流程示意圖 活性劑 助濾劑 工藝循環(huán)水 淀粉酶 硫酸 氯化鈣 消泡劑 高濃度糖液 液氨 消泡劑 水 無機鹽 糖蜜 玉米漿 純維生素 消泡劑 水 無機鹽 糖蜜 玉米漿 純維生素 硫酸 硫酸 - 5 - 三、生產(chǎn)過程的總物料衡算 物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律而建立起來的。物料衡算是進入系統(tǒng)的全部物料衡算重量等于離開該系統(tǒng)的全部物料重量，即 F= D W 式中： F進入系統(tǒng)的物料重量（ D離開系統(tǒng)物料重量（ W損失的物料重量（ 見 和不 可 預(yù) 見（一） 生產(chǎn)能力 生產(chǎn)規(guī)模： 2 萬噸 /年（產(chǎn)品含量以 80%計） 生產(chǎn)天數(shù)： 330 天 生產(chǎn)能力： 20000330=d 1、 淀粉水解為葡萄糖的總反應(yīng)式： （ n + C 662 180 淀粉水解為葡萄糖理論糖化率為： 180 162 100% = 111% 2、 葡萄糖轉(zhuǎn)化成 谷氨酸的的總反應(yīng)式： 3/2 C 5180 147 葡萄糖轉(zhuǎn)化成谷氨酸的理論轉(zhuǎn)化率為： 147 180 100%= 3、 生產(chǎn)過程的總物料衡算 物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律而建立起來的。物料衡算是進入系統(tǒng)的全部物料衡算重量等于離開該系統(tǒng)的全部物料重量，即 F= D W 式中： F： 進入系統(tǒng)的物料重量（ D： 離開系統(tǒng)物料重量（ W： 損失的物料重量（ - 6 - （二） 總物料平衡計算 各工序收率指標 淀粉含量 85 糖酸轉(zhuǎn)化率 糖化收率 109 清糖液含量 300g/L 產(chǎn)酸率 110g/L 發(fā)酵液的相對密度 取收率 95 分離 后 氨酸含量 80 理論糖化率 111% 理論糖酸轉(zhuǎn)化率 1、 一份純淀粉（ 1000論上可以制得 100%谷氨酸量： 1000 111%（理論糖化率） 理論糖轉(zhuǎn)化率） =、一份純淀粉實際上可以制得 100谷氨酸量： 1000 109%（糖化率 ） (糖酸轉(zhuǎn)化率 ) 95% =、 一份工業(yè)淀粉（含量 85）實際上可以制得 100谷氨酸量： 85%=、 淀粉單耗（計算生產(chǎn) 1t 谷氨酸量需要的淀粉量） 生產(chǎn) 1t 純 谷氨 酸實際消耗工業(yè)淀粉量 1t 100% 谷氨酸 1t 工業(yè) 淀粉實際產(chǎn) 100%谷氨酸量 1000 生產(chǎn) 1t 谷氨 酸消耗純淀粉量 1t 100% 谷氨酸 1t 純 淀粉實際產(chǎn) 100%谷氨酸量 1000 1氨酸理論消耗工業(yè)淀粉 1t 100%谷氨酸 1t 純淀粉理論產(chǎn) 100%谷氨酸 量 1000 1氨酸理論消耗純淀粉 1t 100%谷氨酸 淀粉含量 85%=、 總收率（淀粉到谷氨酸的總率） 1t 純淀粉實際產(chǎn) 100谷氨酸量 1t 純淀粉理論上產(chǎn) 100%谷氨酸量： 100% = - 7 - 6、生產(chǎn)過程損失率 淀粉的利用率： 1t 谷氨酸理論上消耗工業(yè)淀粉量 1t 谷氨酸實際消耗工業(yè)淀粉量 00%=淀粉的損失率： 100%=7、 原料及中間品計算（按每天量計算） 日產(chǎn)谷氨酸 純 產(chǎn)品量： 20000330=算成含量為 80的谷氨酸量： 0%=t/d 發(fā)酵車間日產(chǎn)谷氨酸量： 5%=投 工業(yè)淀粉（含量 85%）量： 5%60%109%85%98%=交給提取的發(fā)酵液體積： 06110=05L 日交給提取的發(fā)酵液的量： 0509000發(fā)酵液的量： 609000（ =天需 純糖 量： 5%60%=加純糖量： 0%=加 450g/L 糖液量： 03450耗氨量： 50=15950耗消泡劑量： 化液產(chǎn)量（ 300g/L）： 1000 85% 109% 300 、 提取谷氨酸量（按每天量計算）： 100%谷氨酸量： 95%=0%谷氨酸量： 85%=、 母液中殘留谷氨酸量：（ 63800 離母液數(shù)量： 三 )總物料衡算結(jié)果以表格形式表示 項目 數(shù)量 工業(yè)淀粉 t 糖液 300g/L 氨酸 80 離母液量 - 8 - 各工序相關(guān)參數(shù)指標： 1、 葡萄糖液濃度為 300 g/L，其密度為 萄糖液濃度為 450 g/L，其密度為 粉酶用量為 糖化酶用量為 氯化鈣用量為 硫酸用量為 助濾劑和活性炭用量為 濾渣含水 70%。 2、 初始發(fā)酵液的純糖量占 60%， 補加的純糖量占 40%， 配制的種子培養(yǎng)基密度為 種子液密度為 發(fā)酵的接種量為 10%， 配制的發(fā)酵培養(yǎng)基密度為 酵液的密度為 、 耗氨量： 1噸谷氨酸耗氨量為 250 其中：種子培養(yǎng)階段的耗氨量為 25 酵階段的耗氨量為 225 4、 消泡劑量： 1噸谷氨酸加消泡劑量為 6 其中：種子培養(yǎng)階段用量為 酵階段的耗氨量為 5、 種子培養(yǎng)基 初糖濃度為 50 g/L， 糖蜜用量為 15 g/L， 玉米漿用量為 25 g/L， 硫酸鎂用量為 g/L， 磷酸二氫鉀用量為 1.5 g/L， 空氣帶走水分量占種子液的 取樣、殘留等損失量占種子液的 6、 發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基 糖蜜用量為 2 g/L， 玉米漿用量為 5 g/L， 硫酸鎂用量為 1.4 g/L， 氯化鉀用量為 2 g/L， 磷酸用量為 1.2 g/L 蒸汽冷凝水量為培養(yǎng)基的 12% 空氣帶走水分量占發(fā)酵液的 取樣、殘留等損失量占發(fā)酵液的 - 9 - 第三章 糖化車間 1、 糖化工藝的選擇 一般選擇雙酶法，雙酶法糖化工藝，是以作用專一的（耐高溫 淀粉酶和糖化酶作為催化劑，反應(yīng)條件溫和，復(fù)合分解反應(yīng)較少，因此采用雙酶法生產(chǎn)葡萄糖，提高了淀粉或大米等原料的轉(zhuǎn)化率及糖液濃度，改善了糖液質(zhì)量，是目前最為理想的制糖方法。 酸法和酶法優(yōu)缺點： 特點方法 優(yōu)點 缺點 酶法 反應(yīng)條件溫和，不需耐高溫或耐高壓及耐腐朽的設(shè)備；副反應(yīng)少，水解糖液純度高，淀粉轉(zhuǎn)化率高；制得糖液質(zhì)量好，有利于糖液的充分利用。 反應(yīng)時間長，設(shè)備要求較高，且酶是蛋白質(zhì)，易引起糖液過濾困難。 酸法 適合原料廣泛，得到糖化液過濾性好。 發(fā)生葡萄糖復(fù)分解反應(yīng)，生成的有色物及復(fù)合糖類，降低了淀粉的轉(zhuǎn)化率及糖液質(zhì)量。 對設(shè)備要求高，對環(huán)境影響大 2、工藝流程 淀粉 滅酶 過濾 脫色 調(diào)漿罐 降溫、調(diào) 清糖液 噴射液化 糖化罐 去發(fā)酵 高溫維持 糖化 閃蒸罐 滅酶 維持罐 降溫、調(diào) 活性劑 助濾劑 工藝循環(huán)水 淀粉酶 硫酸 氯化鈣 糖化酶 - 10 - 3、 設(shè)備流程 （液化部分） 1、調(diào)漿罐 2、泵 3、噴射器 4、維持罐 5、閃蒸罐 6、泵 7、臥式隔板層流管 4、工藝參數(shù) a、 調(diào)漿水使用工藝循環(huán)水： 50 b、 調(diào)漿： 30c、液化： 度： 105c，高溫維持時間： 3 7化維持罐時間60d、滅液化酶： 115，從 到 4.4 e、糖化：糖化酶量： 糖化 度： 58間： 16f、滅糖化酶：溫度： 850c 左右，時間： 5g、脫色： 度： 55間： h 工藝流程簡述：在配料罐內(nèi)，用工藝循環(huán)水（溫度 50 55 ）把淀粉調(diào)到 12 18 ，并加入 氯化鈣，作為淀粉酶的保護劑和激活劑，加入耐高溫 液攪拌均勻后用泵把粉漿打入 液化噴射器，在噴射器中粉漿和蒸汽瞬間接觸，溫度自動控制 105，從噴射器中出來的液料，經(jīng)過 3 5高溫維持后進入閃蒸罐，溫度降到95 100 ，然后進入層流罐保溫 60 120達到 12 18后，與糖化終了料液進行熱交換進入糖化罐溫度降低至 58 62 ，并用酸調(diào)節(jié) 入糖化酶保溫 30h，用無水酒精檢測無糊精存在時，將料液 至 時將料液加熱或與液化料進行熱交換至 80 ，然后降溫至淀 粉 + 水 + 酶12347蒸汽二次蒸汽56去糖化 +硫酸 +氯化鈣 - 11 - 60 ，添加 濾劑，視料液情況添加活性炭，攪拌 1 小時開始過濾 。 結(jié)果匯總 如下 表 液 化 工 藝 調(diào)漿濃度 30耐高溫淀粉酶量 度 1051100C 時間 60酶溫度 1151200C 滅酶時間 510化 218% 糖 化 工 藝 糖化酶量 度 58620C 時間 25h 滅酶溫度 850C 左右 時間 510化 6%98% 脫 色 脫色 色時間 h 脫色溫度 55600C - 12 - 糖化車間物料衡算（以 1000業(yè)淀粉計算） 本車間物料平衡圖為： 淀 粉水液 化 液液 化 酶 氯 化 鈣 硫 酸糖 化 液 （ 糖 化 酶 燒 堿 ）蒸 汽清 糖 液 糖 濾 渣1、 淀粉及加水量：淀粉 ： 水 =1： 0001000（ 1+=2800水量為 1000 800、粉漿濃度： 1000 85% 2800 100%=3、糖化液產(chǎn)量（ 300g/L）： 1000 85%（工業(yè)淀粉） 109%（糖化率） 300 、液化酶量： 2800 7、氯化鈣量： 2800 7、硫酸用量： 2800 7、糖化酶量： 2800 7、添加活性炭和珍珠巖助濾劑量 ： =、濾渣產(chǎn)量（含水按照 70計算）： （ 1 =0、生產(chǎn)過程中進入系統(tǒng)的蒸汽： 1、洗水量： - 13 - 衡算結(jié)果用表格表示： 進入系統(tǒng)量 離開系統(tǒng)量 項目 物料比例 產(chǎn) 量 目 物料比例 產(chǎn) 量 業(yè)淀粉 1000 117100 糖液 料水 1800 210780 濾渣 化酶 7 硫酸用量 7 氯化鈣量 7 糖化酶 7 珍珠巖量 洗水量 蒸汽量 累計 計 - 14 - 糖化車間熱量衡算 （一） 噴射液化器加熱耗 蒸 汽量 加熱蒸汽消耗量 （ D）可 按 下 式 計算 ： D= （ 式中 ： 淀粉漿量（ kg/h) ： 淀粉漿比熱容 K) 漿料初溫（ 50+273=323K） 液化溫度（ 105+273=378K） I： 加熱蒸汽焓， 2738KJ/壓 ) ： 加熱蒸汽結(jié)水的焓，在 37842KJ/1、 淀粉漿量 G（ 根據(jù)物料衡算，日投工業(yè)淀粉 d， 連續(xù)液化 ）： 24 2800 = h, 2、 粉漿干物質(zhì)濃度： 24 10008 5% 00%= 3、 粉漿比熱 C= 100 + C 水 （ 100 100 式中 淀粉質(zhì)比熱容，取 K) X： 粉漿干物質(zhì)含量， C 水 ： 水的 比熱容 K) 得 : 粉漿比熱 C= 100+ (100 100= K) 4、 每小時蒸汽用量：由公式： D= （） 得 D=3 （ 105 （ 2738 - 442） = kg/h 5、 滅酶時將液化液由 105加熱至 115，在 115時，為 485KJ/ 由公式 D= （）， 得： D 滅 = 3. 62 （ 115 （ 2738=h 要求在 10 液化液由 105加熱至 115，則蒸汽高峰量為： 60 10=kg/h 6、以上兩項合計，平均量為： h 高峰用量： h 每日用量： 24=h （糖化液滅酶通過板式換熱器在液化液降溫時實現(xiàn)，無需蒸汽） - 15 - 7、 實際工業(yè)化生產(chǎn)中可以充分考慮 循環(huán)經(jīng)濟而用不同料液的熱交換達到不用蒸汽的目的。 交換器流程設(shè)計為： 液 化 料糖 化 終 了 液降 溫 后液 化 料滅 酶 后糖 化 料1 # 2 #降 溫 后糖 化 料糖 化 罐中 和 脫色 罐冷 卻 水 進冷 卻水 出冷 卻 塔圖中 1#、 2#為螺旋式熱交換器 上圖中 的工藝 可以實現(xiàn) 如下結(jié)果 ：經(jīng)過閃蒸后的液化料液溫度為 95 100 ，糖化終了料液溫度為 55 60 。一方面液化料進入糖化罐需要降溫（從 95 100降到 55 60 ）。另一方面糖化 終了料液需要升溫滅酶（溫度從 55 60 升到 80 85 ）。所以可以用一臺交換器實現(xiàn)熱的交換，而不需要外加能源。 （二）水平衡計算 1、配料用水量：日投淀粉 水比 1:、液化液冷卻用水（使用二次水） 液化液滅酶后，溫度達 115，用糖化液降至 85（糖化液滅酶），然后用水降溫，有85降至 60。冷卻水進水溫度為 20，出水溫度為 58，需冷卻水量： W=（ （ 85 （ 58 =h=d 3、 糖化工序熱量衡算 日產(chǎn) 300g/L 糖液 0h，其中糖化時間為 25h，糖化罐 100裝填系數(shù)為 75%，需糖化罐： 100 75%）（ 30 24） = 7臺 使用板式換熱器，使糖化液（經(jīng)滅酶后）由 85降至 60。使用二次水，冷卻水進水溫度為 20，出水溫度為 50，平均用水量： （ 85（ 50 =h 要求 2h 把 75 0，高峰用水量： - 16 - 75000 2=h 每日糖化罐同時運轉(zhuǎn)： 25 30= 每日冷卻水用量： 2 d=d - 17 - 第五章 發(fā)酵車間 1、 工藝流程： 葡萄糖液 配料罐 定容罐 定容罐 配料罐 液氨 二級種子罐 蒸汽混合器 實消 維持罐 降溫 換熱器 斜面 一級種子 培養(yǎng) 發(fā)酵罐 2. 工藝簡述 1）糖化車間制備的糖化液和其他營養(yǎng)成分 ：工業(yè)淀粉、 生物素等按要求配制成培養(yǎng)基，定容。經(jīng)連消系統(tǒng)滅菌，降溫至接種溫度后進行接種。 2）接種：菌種先經(jīng)過一級種子擴大培養(yǎng)，再經(jīng)過二級種子擴大培養(yǎng)后菌種量達到要求后再進入發(fā)酵罐進行接種，發(fā)酵。 3）發(fā)酵時間為 32h，輔助時間為 8h，發(fā)酵過程中通過流加液氨控制 過冷卻系統(tǒng)（冷卻 塔和冷機）控制溫度，流加糖液控制殘?zhí)橇浚ㄟ^無菌空氣控制通氣量 。 4）發(fā)酵結(jié)束后，經(jīng)泵進入發(fā)酵液貯罐，供提取車間用。殘?zhí)橇靠刂圃?。 3. 空氣制備：空氣進入壓縮機壓縮，溫度升高，壓縮機的潤滑油進入壓縮空氣中形成油霧，需進行冷卻，大部分的水，油結(jié)成顆粒較大，濃度較高的霧粒，冷卻后又會析出大量的冷卻水，先用棉花過濾除油霧和冷凝水， 再 用膜過濾器進行除菌，提高空氣的無菌程度，制備的壓縮空氣供發(fā)酵和培養(yǎng)種子， 分別進入發(fā)酵罐和種子罐。 一般采用以下流程制備無菌空氣： 1234567891 采用黃色短桿菌 于該菌株較其他菌株的性能粗放，并能在較高的溫度下正常發(fā)酵， 全國 各廠普遍用于生產(chǎn)，是目前生產(chǎn)上使用較廣的一 種 優(yōu)良菌株。 1） 形態(tài)： 消泡劑 高濃度糖液 液氨 消泡劑 水 無機鹽 糖蜜 玉米漿 純維生素 消泡劑 水 無機鹽 糖蜜 玉米漿 純維生素 - 18 - 株細胞典型的短，兩端鈍圓，大小為（ x（ 米，屬革蘭氏陽性菌，不形成芽孢而且不運動。 普通肉汁瓊脂斜面：劃線培養(yǎng) 24小時，呈中度生 長，菌苔線狀隆起，沒黃色，隨培養(yǎng)時間而顏色加深，表面濕潤光滑，有光澤，不透明，不產(chǎn)生色素擴散。 肉汁瓊脂斜面：菌落圓形，黃色，表面光滑，邊緣整齊。 溫度： 26 37生長良好，發(fā)酵時能耐較高溫度，發(fā)酵前期溫度達 32 34，發(fā)酵后期達 36 40，產(chǎn)酸理想。 8，生長良好， 較弱， 或 1均可能生長。 對氧要求：好氧或兼性厭氧。 其他特征：脲酶活力強，需生物素作為生長因子但不需促進因子，對于氯化銨，硫酸銨，磷酸銨，尿素 均能利用，在 5%含 2%尿素的普通肉汁瓊脂培養(yǎng)基上生長良好，淀粉可水解。過氧化氫酶屬于陽性，可產(chǎn)生硫化氫和吲哚， 驗呈陽性反應(yīng)。脲酶反應(yīng)呈強陽性，液氨濃度 能強烈利用醋酸產(chǎn) 率在 5%以上，對醋酸轉(zhuǎn)化率為 50%以上。 c. 菌種選擇、分純，保存 （ 1）選菌： 通過誘變劑進行育種，篩選優(yōu)良菌種。 （ 2）分離純化： 分兩步操作：第一步進行平板劃線分離：第 2步挑選菌落，移接于試管斜面培養(yǎng)基上，分別用三角瓶進行搖瓶發(fā)酵試驗（初篩，復(fù)篩），比較產(chǎn)酸，選擇產(chǎn)酸高的菌 株供生產(chǎn)使用。 （ 3）保藏： 菌種移接于斜面后，于 31 下培養(yǎng) 2024h，待長滿黑褐色孢子后，放在 24冰箱中保藏，此法可保藏 12 個月。如果要長期保藏則必須定期進行移種或采用沙土罐等載體吸附法進行菌種長期保藏。 擴培流程：斜面菌種 一級種子搖床培養(yǎng) 二級種子培養(yǎng) 發(fā)酵大罐 菌種室 發(fā)酵車間 1） 斜面菌種的培養(yǎng)： 斜面培養(yǎng)基必須有利于菌種生長 ,以多含有機氮而不含或少含糖為原則 。 斜面菌種要求絕對純 ,不得混有任何雜菌和噬菌種 ,培養(yǎng)條件應(yīng)有利于菌種繁殖 。 (1)斜面培養(yǎng)基組成 葡萄糖 蛋白胨 牛肉膏 氯化鈉 瓊脂 代和保藏斜面不加葡萄糖） (2)培養(yǎng)條件 谷氨酸斜面菌種一般在 3032 培養(yǎng) 18 仔細觀察菌苔生長情況、菌苔顏色和邊緣等特征，確認正常后存入冰箱備用。 2） 一級種子培養(yǎng) ： 一級種子接著的目的在于大量繁殖活力強的菌體，培養(yǎng)基組成應(yīng)以少含糖分、多含有機氮為主，培養(yǎng)條件從有利于菌體生長考慮。 (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 2培養(yǎng)基成分可因菌種不同酌情增減） (2)培養(yǎng)條件 00 - 19 - 右、頻率 100次 /233010h。 (3)一級種子質(zhì)量要求 種齡 910h； 糖左右；無噬菌體污染；鏡檢要求菌體生長均勻、粗壯，排列整齊，革蘭氏陽性反應(yīng)。 (4)通常將每批培養(yǎng)好的一級種子液取樣倒雙層平板進行染菌檢查，以便生產(chǎn)跟蹤分析，為下批一級種子培養(yǎng)的預(yù)防染菌工作提供參考。 3） 二級種子培養(yǎng) (1)培養(yǎng)基組成 玉米漿 水解糖 磷酸氫二鉀 尿素 硫酸鎂 二價鐵離子 2mg/l (2)培養(yǎng)條件 接種量： 培養(yǎng)溫度： 31330C 攪拌轉(zhuǎn)速：攪拌轉(zhuǎn)速 150r/風(fēng)量為 m3/ 培養(yǎng)時間：培養(yǎng)時間長短根據(jù)生產(chǎn)中采用的培養(yǎng)工藝與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及濃度而定。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，可適當延長培養(yǎng)時間，以爭取更大菌體濃度，有利于提高二級種子量，目前生產(chǎn)上通常在 1014小時。 培養(yǎng) 一般控制 始 培養(yǎng)過程中通過流加液氨來維持 時供給菌體生長所需的氮源，通常在培養(yǎng)基 殘?zhí)墙档椭?結(jié)束培養(yǎng)。 (3)二級種子的質(zhì)量要求 種齡：視培養(yǎng)工藝而定，一般在 10 培養(yǎng)工藝而定 上，一般凈增 殘?zhí)牵?； 噬菌體檢查：無； 鏡檢：菌體生長均勻、粗壯，排列整齊，革蘭氏陽性反應(yīng)。 1） 培養(yǎng)基： （ 1） 碳源：采用淀粉水解糖液作為碳源，根據(jù)發(fā)酵初糖要求配制成為適當葡萄糖含量的培養(yǎng)基。由于滅菌過程中蒸汽冷凝水和接種后成熟種子液的加入，會使培養(yǎng)基的各成分濃度降低，所以，在培養(yǎng)基配制時，應(yīng)充分 使培養(yǎng)基在定容后的葡萄糖含量適當并能滿足發(fā)酵初糖濃度的要求。根據(jù)流加糖液是高濃度的糖液，為了避免淀粉水濃縮出來的糖液不再特意滅菌，對發(fā)酵無影響，且可明顯減少葡萄糖液的加熱損失。 （ 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。谷氨酸的碳氮比為 100：（ 1330）， 當碳氮比在 100： 11 以上才開始累積谷氨酸。碳氮比對谷氨酸發(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 260300玉米漿 、 生物素和液氨是本設(shè)計的主要氮源 . （ 3） 無機鹽 ： 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)， 重要的能量傳遞者。微生物對于磷的需要量一般為 硫酸鎂：鎂是某些細菌和葉綠素的組成成分，它的離子狀態(tài)是許多重要的酶的激活劑。 - 20 - 如果鎂離子含量太少，就會影響基質(zhì)的氧化。一般革蘭氏陽性菌對 最低要求量是 25。 鉀鹽 ： 它是許多酶的激活劑。菌體生長需 K+約為 ，谷氨酸生成需 K+。 微量元素 ： 錳是某些酶的激活劑， 羧化反應(yīng)必需酶。 （ 4） 生長因子 ： 凡是微生物生長 不可缺少的微量的有機物質(zhì)，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、 維生素等均稱為生長因子。本設(shè)計采用純生物素、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。 為了保證連續(xù)滅菌時每批發(fā)酵液定容體積準確，將配料水與培養(yǎng)基料液分別單獨進行滅菌再混合。 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。具體料液循環(huán)見下： 定 容 罐維 持 罐1 交換 器2 交換 器蒸 汽冷 卻 水 箱冷 卻 水 塔去 發(fā) 酵 發(fā)酵罐發(fā)酵條件控制： 1）溫度控制：在谷氨酸發(fā)酵前期是 長菌期階段 ， 應(yīng)滿足菌體生長所需的最適溫度 。 若長菌期溫度偏高 ,菌體在短時間內(nèi)生長可能會快 ,但容易衰老 ,表現(xiàn)為發(fā)酵前期短時間內(nèi)耗糖快 ,且耗糖速度很快就會下降 ,發(fā)酵周期要延長 ,谷氨酸生成少 。 在發(fā)酵中期 ,即菌體轉(zhuǎn)型階段 ,應(yīng)將溫度提高到最適產(chǎn)酸溫度 ， 即發(fā)酵前期溫度控制在 3334 ，中后期控制在 3638。 2） 制：在正常情況下 ,為了保證足夠的氮源 ,滿足菌體生長和谷氨酸合成的需要 ,通常將發(fā)酵 故前期 8h 后 20過流加液氨進行調(diào)節(jié)發(fā)酵 設(shè)計提取谷氨酸采用等電點法 ,為了提取工序節(jié) 省酸的用量 ,放罐時 制在 3）通風(fēng)與 在菌體生長期 ,希望糖的消耗最大限度的用于合成菌體 ,谷氨酸生成期 ,希望糖的消耗最大限度地用于合成谷氨酸 。 供氧必須滿足菌體的需要量 。 一般根據(jù)凈增 控制通風(fēng)。發(fā)酵前期， 的快，耗糖越快，風(fēng)量提得越高。發(fā)酵開始 34h，凈增 發(fā)酵 67h，凈增 次風(fēng)；發(fā)酵 68增 后控制凈增 右，保持最大風(fēng)量十幾小時，發(fā)酵 1820h， %時，第一次降風(fēng)； 發(fā)酵 2223h， %以下，第 2 次降風(fēng)； 發(fā)酵2526h， 到 1%以下時，第三次降風(fēng) ， 到發(fā)酵零小時通風(fēng)量接近，至發(fā)酵結(jié)束。 4）流加糖的控制 ： 雙酶法糖經(jīng)濃縮后含糖 50%，總糖量為 4045%作為流加糖量。 種，流加液氨與 一次流加： 高峰后下跌至 流加量為 第二次流加： 高峰后下跌至 流加量為 - 21 - 發(fā)酵主期液氨流加：要求 制在 下，流加量視殘?zhí)橇亢?而定，約每 1%殘?zhí)橇骷?， 后期流加每次不超過 5） 泡沫的控制 ： 發(fā)酵過程中，采用化學(xué)消泡為主，機械消泡為輔的消泡方法?；瘜W(xué)消泡劑用 離子表面活性劑，消泡能力強，用量少毒性低且使用方便。使用時先用水進行勾兌，比例為 1： 3。 6）殘?zhí)堑目刂?： 由于移種需要一定的時間，為了預(yù)防培養(yǎng)基營養(yǎng)缺乏導(dǎo)致菌體衰老，自溶，培養(yǎng)結(jié)束時應(yīng)保證有一定濃度的殘?zhí)牵ǔ?，培養(yǎng)結(jié)束時的殘?zhí)强刂圃?1020g/L. 7）種齡與種量：種齡： 913h，過長，種子活力減低，代謝產(chǎn)物多。 種量：指培養(yǎng)好的種子液量占接入發(fā)酵培養(yǎng)基數(shù)量的百分比。取 10%為好。 1）污染菌的檢查： 產(chǎn)菌球散開、菌絲變形、產(chǎn)酸不正常甚至不產(chǎn)酸或“倒酸”、而糖卻大量消耗等。 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。只有防得嚴才能消除或降低染菌因素。疏于防而重于治則必事倍而功半。 防