年产1万吨维生素C发酵工艺设计

实用文档目录TOC\o"1-3"\h\z\u23541绪论 =2000/=2700m³查表知公称容积为200m³发酵罐总容积为230m³从而需要n=其中，V0——昼夜需要加工的发酵液量，m³τ——生产周期,hVa——罐的总体积，m³φ——填充系数由于V0=2000×24/96τ=96所以n=2000/（230×=图4-2发酵罐结构图取整12个，由于是二步发酵共取24个从而可保证生产量发酵罐主要尺寸计算V=V筒+2V封由于上封口体积可忽略V封=V封==V=+而200m³的径高比为2故V=+=230m³D=5009mm取D=5mH=10m根据《发酵工厂设计概论》通用发酵罐系数表查得封头高H=300mm从而定容积V=V筒+2V封=+=×2×53+×53/12=229m³≈230m³从而满足设计由于为保证发酵在最旺盛、微生物消耗基质最多及环境温度也最高时计算冷却下的发酵热。对于每罐实际装液量V液=V全·φ=230×=³查阅相关经验值表抗菌素类ψ=冷却面积㎡/发酵液体积在间为保证足够换热面积ψ=从而A=V全ψφ=230××=㎡或对于维生素C酶1m³发酵液每1h传给冷却器最大热量约为×3300KJ/(m³·h),而K值约为×50026→2620→23—-63△tm=(6-3)/㏑(6/3)=℃从而A===㎡与㎡较为接近采用六弯叶涡轮搅拌器搅拌器叶径D1=D/3=D=5m挡板宽度B==1m搅拌叶间距S=2D1=搅拌叶距罐底距离C=D1=而C+2S=<10取3层搅拌器同时=>D1/2即满足工业上要求最上层搅拌桨叶到液面距离在之间对于发酵液ρ=1050Kg/m³μ=·S而根据查资料知N=100r/min对雷诺数Re===×104>104从而为湍流，查阅《发酵设备》知搅拌功率准数Np==1\*GB3①不通气时搅拌功率Pr=Np·N3·D5·ρ=×(100/60)3××1050=×105W=Kw而3层功率Po=P[1+×(3-1)]=Kw=2\*GB3②通气时轴功率P2P2=×10-3×(P12×N×D3/其中，N=100r/minD——5mQ——通风量，mL/min.通风比VVm=取若风速增大，P2会减小Q=×=³/minP2=×10-3×[]=Kw种子罐选型种子罐作为二级发酵设备是负责将一级种子进行扩大培养并随后接入三级发酵罐中进行发酵，故一般为便于生产一个三级发酵罐配套一个二级发酵罐，由前面运算知应需要12个三级发酵罐，故种子罐则也需要12个。一般种子罐有5m³、20m³、50m³等。由前文描述知种液接种量为发酵液的15%，同时罐的填充系数为，因此需要的种子罐容积为：15%×230/=³取整为60m³。种子罐主要尺寸计算V=V罐+2V封+=60取径高比为2从而+=60，D=从而H=实际容积为V=×2×+×12=³>³故满足工业设计要求而对于种子罐的换热面积根据前文描述及查阅相关资料种子罐φ=从而A=V全·φ·Φ=60××㎡而关于种子罐的搅拌器尺寸计算搅拌器叶径D1=D/3=≈挡板宽度B==挡板叶间距S=2D1=搅拌叶距罐底距离C=D1=而C+2S=<同时，故满足工业上要求（D1/2-2D1）配料罐配料罐又名搅拌罐、配料桶，为上开启式，下斜底三层结构，具有可加热自动控温、保温、搅拌功能；传热快、适应温差大、清洗方便等优点。广泛应用于食(乳)品、制药、日化、饮料、油脂、化工、颜料等行业做为中间缓冲、储液、搅拌、调配设备(在物料无须加热可调配均匀的的状态下，该设备为最经济实用)、加热、混合调配或杀菌处理。特别适合于无蒸汽热源的单位与科研机构的小、中试使用。并可按工艺需要采用全封闭式结构、保温结构。图4-3配料罐配液罐是在夹套内由蒸汽进行加热，热量通过罐体内壁传热给物料，保持所需温度，同时靠磁力搅拌器的搅拌转动，不断翻滚物料而使药液达到混合均匀的目的。有节能、耐蚀、生产能力强、清洗方便，结构简单等特点，是制造乳品、饮料、制药厂家不可缺少的设备。结构：本设备由罐体、夹套、内胆、封头、磁力搅拌装置及公用系统管道组成。主体材质为进口不锈钢，按GB741-80技术条件进行，罐体内外抛光，罐内有搅拌桨，工作时起搅拌作用；上盖有温度计，显示罐内温度；顶部有摆线针输行星减速器，带动搅拌桨；并可装拆与清洗，并是一扇可开式罐盖供清洗用，另加两个进料口，可与管道连接，便于连接进各种配料，下面带有出料口，并装上旋塞阀大等搅拌均匀后、旋转旋塞阀手柄90°即可放料，放料完毕关闭，达到搅拌均匀目的；可配有液位计或称重设备，对罐内的物料体积或重量进行计量。配料罐有以下几种类型：1上活动盖、下斜底结构2上活动盖、下锥底(或椭圆、蝶形封头)结构3上下锥形封头结构(封闭式）4上下椭圆(或蝶形)封头结构配料罐的主要性能及结构性能：1、容积：50L、100L、200L、300L、500L、600L、1000L～5000L。2、加热方式：采用电热棒插入夹套内，加热均匀无冷区。夹套内注入导热油或水为加热介质，产生热能对罐内物料进行加热。3、物料加热温度：≤100℃；物料加热时间：10min(视工艺需要)。4、温度控制：采用电热偶测量温度与温控仪连接进行测控温度(温差±≤1°C)，并可调节物料温度的高低。温控仪安装在电控箱内，温度传输杆直插至罐内底部，使料液用到最低位置也能指示出温度。5、罐体：内表面镜面抛光处理，粗糙度Ra≤µm。6、上盖：为两扇可开式活动盖，便于清洗，内外表面镜面抛光处理(粗糙度Ra≤µm)。7、内罐底结构：经旋压加工成R角，与内罐体焊接、抛光后无死角，并向出料口方向呈5°倾斜，便于放净物料无滞留。8、夹套形式：全夹套，用于加入导热油或水，使工作时达到最佳升温和降温的目的。9、保温材料：采用填充珍珠棉、岩棉或聚氨酯浇注发泡，保持与外界的温差，达到隔热保温效果。10、外壳体表面处理方式：镜面抛光或2B原色亚光或2B磨砂面亚光处理。11、搅拌装置：顶部中心搅拌，减速机输出轴与搅拌桨轴采用活套连接，方便拆装与清洗。12、搅拌转速：15～120r/min(定速)；搅拌桨形式：框式、锚式、桨叶式、涡轮式等(按工艺要求)。13、设备配置：电气控制箱、温度仪、料液进出口、介质进出口(进、排油)、放空口(溢油孔)等。14、材质：内罐体SUS304或SUS316L；夹套为Q235－B或SUS304；外保护壳体为SUS304。15、各进出管口工艺开孔与内罐体焊接处均采用翻边工艺圆弧过渡，光滑易清洗无死角，外表美观。表4-1配料罐相关参数容量(L)L=300L=500L=800L=1000真空度(MPa)<-<-<-<-工作压力(MPa)常压常压常压常压工作温度(℃)0~1000~1000～1000～100电机功率(KW)34搅拌转速(r/min)35-5135-5135-5135-51外型尺寸(mm)Φ1100X2050Φ1200X2390Φ1400X2650Φ1500X2750补料罐在一般抗生素药品、食品、酒类等发酵生产过程中，给发酵液补充多种营养剂是生产过程中不可缺少的工艺步骤，我中心研制的定量补料罐与“连续脉冲流加补料”的方法共同应用可使发酵罐内菌丝生产环境保持稳定，维持适当的营养平衡，利于菌株生长。通过视窗可直观地显示补料过程。本产品安装方便、动作可靠、对导电和非导电介质均可计量。补料罐的特点包括：1.耐腐蚀不染菌2.耐蒸汽消毒3.密封性好辅助设备选型原料预处理工序设备选型维生素C生产过程中需要大量玉米浆，而玉米浆从玉米加工制备得到。在收获、储藏和运输中常会混入各种杂物，因此需经过除铁、筛选、精选、粉碎等过程来提高蒸煮、水解和发酵等工序的效率。磁力除铁器选用永磁滚筒,由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。磁芯由锶钙铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成圆弧形并安装在固定的轴上，形成多极头开放磁路。磁芯圆弧表面与滚筒内表面间隙小而均匀（一般小于2mm），滚筒由非磁性材料制成，外表面敷有无毒且耐磨的聚氨酯涂料作保护层，以延长使用寿命。滚筒通过蜗轮蜗杆结构由电动机带动旋转，磁芯固定不动。滚筒质量小，转动惯量小。永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率高（98%以上），特别适合于除去粒状物料中的磁性物质。筛选设备选用振动筛（S-1）.振动筛是原料加工中应用较广泛的一种。筛选与风选相结合的清理机械，多用于清除谷物原料中小或轻的杂质。振动筛主要由进料装置、筛体、吸风除尘装置和支架等部分组成。生物质原料的粉碎装置选用湿式粉碎机，主要包括：加料器、粉碎机和加热器等几部分。粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机串联使用）。从粉碎机出来的粉浆进入加热器，利用蒸煮工段放出的二次蒸汽预热至一定温度后备用。湿式粉碎过程主要是分散微粒化的过程，可分为把颗粒团破碎、解集、润湿、分散和稳定等步骤。德国DRAISWERKE公司推出的PM-DCP型砂磨机主要由转子、定子、分离装置、传动装置及液压系统、控制系统组成。其工作原理为：悬浮状物料和研磨介质在研磨室内混合，由于转子的高速旋转，转子销棒、定子销棒向研磨介质传递大量的能量。砂磨机的特殊结构，使研磨室里具有很高的能量密度，多无物料产生强烈的、相对平均的撞击力，使物料在短时间内得到粉碎，由于连续进料，物料从外研磨室自上向下经底部通道进入内研磨室，在内研磨室自下向上流动，最后经过滤后出料。操作时，物料在泵的作用下从上部进料口均匀连续进料，迅速投入研磨介质，进入正常工作阶段。研磨介质主要集中在外研磨室，外研磨室是主要研磨区域。PM-DCP型砂磨机的特点：砂磨机巧妙运用了离心力作用，分离物料时很少带出研磨介质；设备能量密度高，产品粒度分布均匀；生产能力大，可实现小设备大生产；定子磨室可升降、转动，操作方便。提取工序设备选型过滤维生素C由大菌小菌发酵而得，发酵液中含有大量的菌丝（2-10μm）以及残余培养基固体组分，约占发酵液体积的1/10。此外发酵液中还有可溶性杂质，如很多发酵代谢产物及有机杂酸色素等，其中对提取影响最大的是蛋白质和钙、镁、铁等高价无机离子等，它们的存在会给以后的提取带来困难。发酵液预处理和过滤的目的不仅在于分离菌丝除去杂质，还在于改变滤液的性质除去蛋白质，以利于后续各步操作，保证成品质量。因维生素C在水溶液中稳定性差，易于降解，故要求在预处理及过滤操作中，做到快速、保温、合理使用絮凝剂，使滤液澄清。一般维生素C放罐后，立即冷却到10℃以下，加入絮凝剂，采用真空转鼓过滤机除去菌丝及其他固体杂质，并适量喷水洗涤回收菌丝体上的单位。必要时，可在过滤前用硅藻土等介质作为助滤剂涂层，提高过滤效果。料液处理量每罐为162m³选用真空转鼓式过滤机。主要技术参数：过滤面积³；转鼓直径800mm；工作压力到;过滤温度常温；滤液管进出口径DN40；外行尺寸2500mm×1650mm×1700mm图5-8真空转鼓式过滤机过滤机通过与转鼓同步运转的滤布，在真空（负压）作用下实现悬浮液的固液分离，经折带装置卸除滤饼并实现滤布的清洗再生。具有自动化程度高、操作连续、滤布易再生等特点，被广泛用于化工、制药、环保等行业。结晶结晶是提纯维生素C的有效方法。例如在二次丁酯提取液中，维生素C的纯度只有50%-70%，但洁净后纯度可提高至90%以上。维生素C结晶方法很多包括维生素C钾盐结晶、维生素C普鲁卡因盐结晶、维生素C钠盐结晶等。结晶罐选用蛇管加热箱，用100℃饱和水蒸气加热，查《化工工艺设计手册》，K=2940Kg/（㎡·h·℃），结晶时间为60min。干燥采用带式3合1干燥机。该机器具有以下特点：过滤效率高、洗涤效果好、滤饼厚度可调节、含湿量小、干燥质量好、滤布可在线正反面同时清洗、操作灵活、维修费用低、真空盘固定，可避免由于往复运动而引起相邻区域滤液混合，根据物料及洗涤特性，可分别采用全封闭、半封闭及敞开式设计。带式干燥机由若干个独立的单元段组成。每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量操作参数，可进行独立控制，从而保证带干机工作的可靠性和操作条件的优化。带干机操作灵活，湿物进料，干燥过程在完全密封的箱体内进行，劳动条件较好，免了粉尘的外泄。图4-11带式干燥机示意图工作原理：物料由加料器均匀地铺在网带上，网带采用12-60目不锈钢丝网。由传动装置拖动在干燥机内移动。干燥机由若干单元组成，每一单元热风独立循环，部分尾气由专门排湿风机排出，废气由调节阀控制，热气由下往上或由上往下穿过铺在网带上的物料，加热干燥并带走水分。网带缓慢移动，运行速度可根据物料温度自由调节，干燥后的成品连续落入收料器中。上下循环单元根据用户需要可灵活配备，单元数量可根据需要选取。结构形式：（1）单级带式干燥机：被干燥物料由进料端经加料装置被均匀分布到输带上。输送带通常用穿孔的不锈钢薄板制成，由电机经变速箱带动，可以调速。干燥机箱体内通常分隔成几个单元，以便独立控制运行参数，优化操作。干燥段之间有一隔离段，在此无干燥介质循环。（2）多级带式干燥机：多级带干燥实质上是由数台单级带干机串联组成，其操作原理与单级带干机相同。（3）多层带式