黑曲霉菌株发酵生产糖化酶发酵罐设计解析

目录

第一章绪论 (1)

第二章罐体几何尺寸的确定 (2)

2.1夹套反应釜的总体结构 (2)

2.2 几何尺寸的确定 (2)

第三章罐体主要部件尺寸的设计计算 (5)

3.1 罐体 (5)

3.2 罐体壁厚 (5)

3.5人孔和视镜 (6)

3.6接口管 (6)

3.6.1 管道接口（采用法兰接口） (6)

3.6.2 仪表接口 (7)

第四章冷却装置设计 (8)

4.1 冷却方式 (8)

4.2 装液量 (8)

4.3 冷却水耗量 (9)

4.4 冷却面积 (9)

第五章搅拌器轴功率的计算 (10)

5.1不通气条件下的轴功率P0 (10)

5.2通气搅拌功率Pg的计算 (11)

5.3电机及变速装置选用 (11)

第六章结论 (12)

参考文献 (13)

第一章绪论

我设计的是一台30M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产糖化酶。

糖化酶，也称葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3），主要用途是作为淀粉糖化剂。它与a-淀粉酶结合可将淀粉酶转化为葡萄糖，可供葡萄糖工业，酿酒工业和氨基酸工业等应用，是工业生产中最重要的酶类之一，也是我国产量最大的酶制剂产品。黑曲霉A.S.3.4309是国内糖化酶活性最高的菌株之一。

糖化酶生产菌重要的有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉，黑曲霉，河枣曲霉，宇佐美曲霉，红曲霉，扣囊拟内孢霉，泡盛曲霉，头孢霉，甘薯曲霉，罗耳伏革菌。

综合温度、PH等因素选择黑曲霉A.S.3.4309菌株，该菌种最适发酵温度为32-34℃，pH为4.5，培养基为玉米粉2.5%,玉米浆2%，豆饼粉2%组成。

主要生产工艺过程为如下：菌种用蔡式蔗糖斜面于32℃培养6天后，移植在以玉米粉2.5%,玉米浆2%.组成的一级种子培养基中，与32℃摇瓶培养24-36h，再接入（接种量1%）种子罐（培养基成分与摇瓶发酵相同），并与32℃通气培养搅拌24-36h，然后再接入（接种量5%-7%）发酵罐。发酵培养基由玉米粉2.5%,玉米浆2%，豆饼粉2%组成（先用a-淀粉酶液化），发酵温度为32℃，在合适的通气搅拌条件下发酵96小时酶活性可达6000u·ml-1 。

发酵液滤去菌体，如有影响糖化效率的葡萄糖甘转移酶存在，则通过调节滤液PH 等方法使其除去，再通过浓缩将酶调整到一定单位，并加入防腐剂（如苯甲酸）。如制备粉状糖化酶，则可通过盐析或加酒精使酶沉淀，沉淀经过压滤，滤泥再通过压条烘干，粉碎，即可制成商品酶粉。

发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对20M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。

这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，

有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。

表1-1 发酵罐主要设计条件

项目及代号参数及结果备注

发酵菌种黑曲霉A.S.3.4309菌株根据参考文献[1]选取

工作压力0.3MPa 由工艺条件确定

设计压力0.3MPa 由工艺条件确定发酵温度（工作温度）33℃根据参考文献[1]选取冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定

培养基玉米粉2.5%,玉米浆2%

豆饼粉2%组成

根据参考文献[1]选取

发酵液密度由工艺条件确定

发酵液黏度由工艺条件确定

第二章罐体几何尺寸的确定

2.1夹套反应釜的总体结构

夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。

2.2 几何尺寸的确定

根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.5，则H=2.5D

初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（30M3）

公称体积V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和

全体积V

0－－公称体积和上封头体积之和

1020/

kg m

ρ=

32

1.9610/

N s m

μ-

=⨯⋅

封头体积 )6

1(4642221D h D h D h D V b a b +=+=

πππ ⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛

++=

D h H D V b 612420π （近似公式） 假设2/=D H o ，根据设计条件发酵罐的公称体积为30M 3

由公称体积的近似公式 ()23

040.15V D H D π=+ 可以计算出 罐体直径，D=2592.96862mm

罐体总高度

取整为6480

查阅文献[2} ，当公称直径mm DN 2600=时，标准椭圆封头的曲面高度mm D h a 5754/1==，直边高度40b h mm =，总深度为mm H f 690=，内表面积m A f 65.72=，容积m V f 351.2=

可得罐筒身高

mm H H H f 51006902648020=⨯-=-=

则此时961538462.12600/5100/0==D H ，与前面的假设2/=D H o 相近， 故可认为mm D 2600=是合适的 发酵罐的全体积

m m V H V f 332020.30097.3251.22510026004/2D π/4≈=⨯+⨯⨯=+=π

搅拌叶直径取mm D i 800=，其中31.02600/800/≈=D D i 符合3/1~2/1/=D D i 根据文献[3]搅拌叶间距mm D S i 160080022=⨯== 底搅拌叶至底封头高度mm D C i 800==

mm D H 4216.64825.2.==