发酵工程课程设计

发酵工程课程设计标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

发酵工程课程设计

设计说明书

45M 3机械搅拌通风发酵罐的设计

起止日期： 2013 年 12 月 30 日 至 2014 年 1 月 5 日

包装与材料工程学院

2013

年12 月 31

日

目

录

学生姓名 金辉 班级 生物技术111班

学号 成

绩

指导教师(签字)

第一章前言

发酵罐，指工业上用来进行微生物发酵的装置。其主体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒，其容积在1m3至数百m3。在设计和加工中应注意结构严密，合理。能耐受蒸汽灭菌、有一定操作弹性、内部附件尽量减少（避免死角）、物料与能量传递性能强，并可进行一定调节以便于清洗、减少污染，适合于多种产品的生产以及减少能量消耗。

用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵(如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等)的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气，并为考虑通入空气的利用率，故在发酵罐结构上较为复杂，常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。

乳制品、酒类发酵过程是一个无菌、无污染的过程，发酵罐采用了无菌系统，避免和防止了空气中微生物的污染，大大延长了产品的保质期和产品的纯正，罐体上特别设计安装了无菌呼吸气孔或无菌正压发酵系统。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套，可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐的容量由300-15000L多种不同规格。发酵罐按使用范围可分为实验室小型发酵罐、中试生产发酵罐、大型发酵罐等。

发酵罐广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐体与上下填充头（或雏形）均采用旋压R角加工，罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状

态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP清洗喷头，人孔等装置。发酵罐的分类:按照发酵罐的设备,分为机械搅拌通风的和非机械搅拌通风发酵罐；

按照微生物的生长代谢需要,分为好气型发酵罐和厌气型发酵灌。

发酵罐是一种对物料进行机械搅拌与发酵的设备。该设备采用内循环方式，用搅拌桨分散和打碎气泡，它溶氧速率高,混合效果好。罐体采用SUS304或316L进口不锈钢，罐内配有自动喷淋清洗机头，确保生产过程符合GMP要求。

第二章设计方案

我设计的是一台45M3的机械通风搅拌发酵罐，发酵生产谷氨酸。

L-谷氨酸是生物机体内按代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一，在代谢上具有比较重要的意义。L-谷氨酸单钠盐，俗称味精，具有强烈的鲜味，是一种十分重要的调味品，广泛应用于烹调和食品加工。

前国内各谷氨酸厂所使用谷氨酸产生菌主要有天津短杆菌(Brevibacteriaceae Tianjianense)T6-13及其诱变株FM8209、FM-415、CMTC6282、TG863、TG866、S9114、D85等菌株；钝齿棒杆菌(Corynebacterrum crenatum)ASl 542及其诱变株B9、B9-36、F-263等菌株；北京棒杆菌(Corynebacterium Pekinense)ASl299及其诱变株7338、

Dll0、WTH-1等菌株。现在多数厂家生产上常用的菌株是T6-13、FM-415、S9114、CMTC6282等。

综合温度、PH等因素选择菌株，该菌种最适发酵温度为32-37，pH为。

主要生产工艺过程为如下：原料液的处理与培养基配制；种子制备与扩大培养；发酵；谷氨酸提取与精制。其具体过程如图1:味精生产总工艺流程图

发酵罐主要有罐体，搅拌器，挡板，消泡器，联轴器及轴承，变速装置，空气分布装置，轴封，换热装置等，但此次采用是用于工业发酵的大型发酵罐，为此会去掉挡板，而且会有冷却用的蛇形管。对于工业生产用的发酵罐体积，我们要进行合理准确的计算；同时对于发酵罐的制作材料也要注意；要控制发酵罐的温度要特别注意，应为了使谷氨酸产生菌的速度最大，我们要保持合适的温度，使发酵罐的温度不至于过高而影响发酵液的温度，为此我们对于蛇形冷却管的冷却面积需要进行合理计算等。

此次的发酵罐的设计不仅包括发酵管的参数等，而且还有发酵条件的控制，以及发酵罐罐体的设计，运用电脑制图，结合了机械工程制图和电脑CAD制图，电脑设计图位于附录。

表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TG866根据参考文献[6]选取工作压力由任务书确定

设计压力由任务书确定

发酵温度（工作温度）32℃根据任务书选取

设计温度120℃由工艺条件确定

冷却方式培养基蛇管冷却

玉米浆、糖蜜等

由工艺条件确定

由参考文献[6]确定

发酵液密度1080kg/m3由工艺条件确定

发酵液黏度×m2由工艺条件确定

为了使微生物发挥最大的生产效率，发酵罐必须满足几个要求：

（1）发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高。

（2）发酵罐应能承受一定的压力，因为发酵罐在灭菌和正常工作时要承受一定的压力（气压和液压）和温度。

（3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需要的溶解氧。

（4）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌。

（5）发酵罐应具有足够的冷却面积。

（6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。

第三章谷氨酸的发酵工艺

谷氨酸的发酵工艺流程图：

图3-1谷氨酸发酵工艺流程图

谷氨酸的生产原料及处理【7】

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，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、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。

淀粉水解的方法有三种，简单选取两种进行介绍：

1、酸水解法的工艺流程