苏氨酸发酵设计word版
苏氨酸的发酵工艺小试
苏氨酸的发酵工艺小试苏氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、饲料和医药等领域。
其发酵工艺是一种生物技术手段，通过微生物的发酵作用生产苏氨酸。
下面我将就苏氨酸的发酵工艺进行详细介绍。
首先，选择适宜的发酵菌株是苏氨酸发酵的第一步。
目前，常用的苏氨酸发酵菌株包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、饮酒球菌等。
这些菌株能够分解糖类和氨基酸，产生苏氨酸。
其次，为了保证发酵菌株的生长和代谢活性，需要提供适宜的培养基。
通常情况下，苏氨酸的发酵培养基主要包括碳源、氮源、矿物质和生长因子等。
常用的碳源包括葡萄糖、麦芽糖等，而作为氮源的则有氨基酸、尿素等。
此外，还需要添加适量的矿物质和生长因子，如磷酸盐、硫酸镁等。
接下来是发酵过程的控制。
发酵过程中，需要控制好发酵温度、pH值、氧气供应和搅拌速度等因素。
苏氨酸发酵一般在30-37的温度下进行，通常选择中性或微酸性的反应环境，pH值一般控制在6-7之间。
此外，由于苏氨酸的发酵属于需氧发酵，因此需要提供充足的氧气供应，并保持适当的搅拌速度，以促进菌群的生长和代谢活性。
发酵过程中，苏氨酸的产量和产率也是需要关注的重要指标。
为了提高苏氨酸的产量，可以通过优化培养基配方、调节发酵条件和改良菌株等措施进行。
此外，也可以通过重复发酵和换向发酵等手段提高苏氨酸的产量和产率。
最后，发酵结束后需要对发酵液进行后处理。
一般情况下，苏氨酸会以晶体的形式沉淀在发酵液中，可以通过过滤、离心和洗涤等步骤将苏氨酸的晶体分离出来。
为了得到纯度较高的苏氨酸产品，还可以经过结晶、干燥和粉碎等工艺步骤进行进一步的处理。
综上所述，苏氨酸的发酵工艺是一项复杂的生物技术过程，需要选择适宜的菌株、优化培养基配方、控制发酵条件和进行后处理等步骤。
通过不断优化和改进，可以提高苏氨酸的产量和产率，满足市场需求。
同时，也为苏氨酸的生产提供了可行的技术途径，为食品、饲料和医药等领域的发展提供了支持。
苏氨酸发酵总结Word 文档
发酵（苏氨酸）条件的影响及控制影响发酵的因素有很多，现就几个重要的且容易控制的因素进行逐一分析。
并以苏氨酸为例。
这几个重要的因素有ph，温度，溶氧，补料，泡沫，副产物。
1 ph对发酵的影响配料中的PH 很重要,其中有配前PH,配后PH,消前PH,消后PH,接种前PH,工艺控制PH等,配前PH,配后PH,可以用来检测厡材料的质量,初步估计配料的情况,如果出了错误,有时候可以从PH中的变化看出来,能够减少错误的发生.每次有新的配方可用PH方法检测其中的每种厡材料是否会和其他的发生反应,可以互相两两混合,检测PH的变化,也可以用来作为配微量元素的检测.消前PH可以用来减少消毒过程对培养基的破坏,因为培养基在消毒中会有PH的变化,在不同的PH条件下对培养基破坏也不一样,因此可以在消毒的时候选择合适的PH,消毒完后可以调节过来,这样一来可以对PH敏感的一些原材料减少破坏。
工艺控制的PH,在发酵的产抗期间,通过在不同的发酵时间调整不同的PH,可以减少杂质的产生,同时还可以缓解溶氧,比如在头孢发酵中,通过在后期调整PH可以减少DCPC的含量,给提取工序带来很大的好处。
1.1发酵过程不同时期pH值变化的原因1.1.1 基质代谢糖代谢：特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降，糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一；氮代谢：当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。
生理酸碱性物质利.1.1.2产物形成某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化1.1.3菌体自溶发酵后期.ph上升1.2 ph对发酵的影响1.2.1 pH影响酶的活性：当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌体的新陈代谢受阻；1.2.2 pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行；1.2.3 pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。
苏氨酸生产工艺原理及其应用
连消系统
维持罐：使加热后的培养基在维持罐中保温一段时间，以达灭菌目的。维持8-10min。
四效浓缩糖：藉加热作用使部分水汽化，达到生产所需要的糖液浓度。
苏氨酸发酵基本原理
二 级
二级种子的扩大培养是为 了保证发酵所需的足够的 菌体数量。 菌体的生长四阶段，即适 应期、对数生长期、平衡 期和死亡期。 苏氨酸二级种子质量标准： △ OD:0.3、Rg2.0/1.0。 二级控制条件： T37℃、pH7.1、通风比1： 0.4v/v.min、接种量 0.01143% 、罐压08h0.08MPa 、 812h0.1MPa 、初定21m³ 。
苏氨酸基础知识
1. 目前本公司是以大肠杆菌基因工程菌进行纯种培养后利用物理分离的方式得到湿品 苏氨酸在经闪蒸烘干生产出成品L-苏氨酸。 2 . L-苏氨酸化学结构及理化性质
苏氨酸（包装成品）
苏氨酸生产工艺
1 2 3
苏氨酸工艺生产流程及原理 苏氨酸工艺生产操作规程
苏氨酸工艺生产主要设备
苏氨酸总工艺路线
苏氨酸提取基本原理
干燥：指利用热能使湿物料中湿分(如水)汽化并排除，从而得到较干物料的过程。
烘 干
干燥目的：一便于产品包装贮存运输；二水分低产品性质稳定， 有较长的保质期。 加热空气经风道由主机底部进风口切向进入，在塔内形成高速旋转的气流；物 料由加料器均匀地加入主塔，易分散物料在气流的强烈冲击下迅速分散，同时与热 气流进行热交换而完成干燥任务；不易分散的物料在重力作用下自由下落，被主塔 底部的多层刀片粉碎并微粒化，直到旋转气流能够带动物料上升。
苏氨酸提取基本原理
结晶良好区域是在介稳区左下方， C’D’ 线和 AB 线之间 育晶的原理：当溶液中同时有大晶粒存在， 则微小晶粒溶解而大晶粒长大，直至
2019年苏氨酸发酵设计.doc
一、设计方案天然存在的L- 苏氨酸为无色或微黄色晶体，无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃。
L- 苏氨酸的解离常数为pKCOOH=2.15，pKNH2=9.12，等电点pI（25℃）=5.64。
目前，L- 苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。
然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。
生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L- 苏氨酸的主要方式。
生物合成法包括直接发酵法和酶转化法两种。
微生物发酵法生产苏氨酸是目前生产苏氨酸的主要方法。
采用基因工程菌进行发酵法生产，产酸可达100g/L 以上。
目前国内外已经利用微生物发酵法批量生产苏氨酸。
1.1 设计条件（1）650L苏氨酸发酵罐，分批发酵；（2）主发酵罐的尺寸及附件的设计；1.2 发酵工艺发酵法生产L-苏氨酸,通常采用短杆菌属细菌的α-氨基-β-羟基戊酸(AHV)和S-(2-氨基乙基)-L -半胱氨酸(AEC )双重抗性变异。
图一 苏氨酸发酵工艺流程1.3. 发酵罐尺寸及整体设计罐中的培养液因通气和搅拌会引起液面上升和产生泡沫，因此罐中实际装料量V 不能过大，一般取装料系数为0.6～0.75。
取装料系数o η为0.6 ,则发酵罐需装料体积为：L V V 3906.065000=⨯=⨯=η发酵罐尺寸确定发酵罐体部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7～4倍左右。
1.3.1 确定发酵罐直径和高度标准式发酵罐的筒体高度和直径比：H/D 约为1.7~4 发酵罐的容量一般指圆筒体的体积加椭圆形底的体积。
V 0 = V C +2 V b Vc=(π/4) D 2 H 0V b =(π/4)D 2(h b +2/3h a )≈1.5D 3 式中：V 0—发酵罐全容量，m 3；V C —圆柱部分体积，m 3； V b —椭圆底体积，m 3； H 0—圆柱部分高度，m.因此： V 0 = V C + V b = (π/4) D 2[H 0+2(h b +1/6D)] 取 H 0/D = 2V 0 = (7π/12)D 3 +(2π/4)D 2h b可知：D=0.69m ， 椭圆短半轴长度：h a =0.25D=0.25×0.69=0.1725 可知：D=0.69m则有：H 0=2D=1.38 m D i =1/3D=0.23 m S=3D i =3×0.23=0.69m C=D i =0.23 m B=0.1D=0.1×0.69=0.069 m h a =0.25D=0.25×0.69=0.173 m不同设备的厚度不同，h b 可取30 mm 、40 mm 、50 mm 。
【2019年整理】苏氨酸发酵设计
一、设计方案天然存在的L- 苏氨酸为无色或微黄色晶体，无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃。
L- 苏氨酸的解离常数为pKCOOH=2.15，pKNH2=9.12，等电点pI（25℃）=5.64。
目前，L- 苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。
然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。
生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L- 苏氨酸的主要方式。
生物合成法包括直接发酵法和酶转化法两种。
微生物发酵法生产苏氨酸是目前生产苏氨酸的主要方法。
采用基因工程菌进行发酵法生产，产酸可达100g/L 以上。
目前国内外已经利用微生物发酵法批量生产苏氨酸。
1.1 设计条件（1）650L苏氨酸发酵罐，分批发酵；（2）主发酵罐的尺寸及附件的设计；1.2 发酵工艺发酵法生产L-苏氨酸,通常采用短杆菌属细菌的α-氨基-β-羟基戊酸(AHV)和S-(2-氨基乙基)-L -半胱氨酸(AEC )双重抗性变异。
图一 苏氨酸发酵工艺流程1.3. 发酵罐尺寸及整体设计罐中的培养液因通气和搅拌会引起液面上升和产生泡沫，因此罐中实际装料量V 不能过大，一般取装料系数为0.6～0.75。
取装料系数o η为0.6 ,则发酵罐需装料体积为：L V V 3906.065000=⨯=⨯=η发酵罐尺寸确定发酵罐体部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7～4倍左右。
1.3.1 确定发酵罐直径和高度标准式发酵罐的筒体高度和直径比：H/D 约为1.7~4 发酵罐的容量一般指圆筒体的体积加椭圆形底的体积。
V 0 = V C +2 V b Vc=(π/4) D 2 H 0V b =(π/4)D 2(h b +2/3h a )≈1.5D 3 式中：V 0—发酵罐全容量，m 3；V C —圆柱部分体积，m 3； V b —椭圆底体积，m 3； H 0—圆柱部分高度，m.因此： V 0 = V C + V b = (π/4) D 2[H 0+2(h b +1/6D)] 取 H 0/D = 2V 0 = (7π/12)D 3 +(2π/4)D 2h b可知：D=0.69m ， 椭圆短半轴长度：h a =0.25D=0.25×0.69=0.1725 可知：D=0.69m则有：H 0=2D=1.38 m D i =1/3D=0.23 m S=3D i =3×0.23=0.69m C=D i =0.23 m B=0.1D=0.1×0.69=0.069 m h a =0.25D=0.25×0.69=0.173 m不同设备的厚度不同，h b 可取30 mm 、40 mm 、50 mm 。
苏氨酸的生产工艺
苏氨酸的生产工艺
苏氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。
以下是苏氨酸的生产工艺。
1. 苏氨酸的生产主要采用微生物发酵的方法。
首先选择适宜的微生物菌株，如泛菌属、窄丽菌属、谷氨酰胺细菌等。
经过筛选后，选出高效、稳定的菌株作为生产菌株。
2. 生产菌株的培养。
将选好的菌种接入培养基中，经过适当的培养条件，如温度、pH、营养物质等进行培养，使菌株得到良好的生长。
3. 发酵过程。
将培养好的菌株接入发酵罐中，加入发酵基质，包括碳源、氮源、矿物盐等。
通过控制适宜的发酵条件，如温度、通气、pH等，菌株进行大量生长繁殖，产生苏氨酸。
4. 苏氨酸提取。
发酵完成后，通过离心等操作，将菌体与发酵液分离。
然后采用溶剂法、树脂吸附法、离子交换法等提取技术，从发酵液中提取出苏氨酸。
5. 苏氨酸的纯化。
经过提取得到的苏氨酸仍然含有其他杂质，需要进行进一步的纯化处理。
可通过逆流色谱、溶剂结晶、薄层层析等方法分离纯化苏氨酸。
6. 苏氨酸的干燥。
纯化后的苏氨酸为湿糊状或液体状，需要进行干燥处理。
常用的干燥方法有喷雾干燥、真空干燥等，将苏氨酸转化为粉末状。
7. 苏氨酸的包装和贮存。
经过干燥后的苏氨酸进行包装，一般采用密封包装，并存放在干燥、阴凉的地方，避免阳光直射。
以上是苏氨酸的生产工艺，通过微生物发酵、提取纯化等步骤，可获得高纯度的苏氨酸产品。
同时，控制整个生产过程中的条件和质量，可以提高苏氨酸的产量和质量，满足工业和消费者的需求。
发酵法L-苏氨酸生产研究
发酵法L-苏氨酸生产研究摘要L-苏氨酸是一种重要的工业原料,它作为食品及饲料添加剂广泛应用于饲料、保健食品和医药工业。
本文介绍了发酵法生产L-苏氨酸的详细工艺,并对工艺流程的进行了的介绍,同时也对生产成本进行了分析。
本文对于L-苏氨酸发酵生产有很好的指导作用。
关键词L-苏氨酸;发酵;流程;成本1 苏氨酸市场需求情况L-苏氨酸是人体必需的氨基酸之一,人体自身不能合成,必需从食物中摄取,它作为食品及饲料添加剂广泛应用于饲料、保健食品和医药工业。
近年来,苏氨酸生产增长迅速;使用植物型饲料,成畜必须添加赖氨酸和苏氨酸。
目前全世界苏氨酸的需求量不应低于8万t/年,缺口较大,且每年将以10%~12%的速度递增。
在医药方面,苏氨酸是氨基酸大输液的主要成分之一。
常用于手术前后、创伤、烧伤、骨折、营养不良、慢性消耗性疾病等的辅助治疗,是临床用量很大的品种。
发酵法生产苏氨酸,其优点是可利用廉价的葡萄糖原料直接生产产品,菌种特性专一,发酵液中几乎不含其它氨基酸,提纯后产品质量好,成本低,易于大规模生产。
选择具有国际先进水平高产酸、高转化率基因工程菌种,生产苏氨酸,不但附加值更高,而且能够发挥氨基酸发酵企业自身的优势,改变氨基酸发酵企业产品单一,利润较薄的状况。
2 发酵法L-苏氨酸生产工艺情况以淀粉为原料,经液化、糖化制得高质量糖液,既而经苏氨酸基因工程菌通过种子罐、发酵罐发酵、发酵结束的苏氨酸发酵液膜过滤后的清液经脱色、浓缩、结晶、干燥、包装得到L-苏氨酸产品;膜过滤后的滤渣经浓缩、喷雾造粒、筛分、干燥、包装得L-苏氨酸菌体饲料蛋白产品。
苏氨酸发酵菌种可采用国外具有世界领先水平高产酸、高转化率菌种。
3 发酵法L-苏氨酸技术特点发酵法L-苏氨酸生产可采用国内外发展成熟的先进技术,使L-苏氨酸生产工艺达到更高水平。
1)制糖可采用美国高效喷射液化技术和复合酶糖化技术,提高淀粉—糖的转化率和DE值,降低生产成本;2)发酵可采用先进的培养基连消技术,高精度空气膜滤技术,采用高糖流加技术,全面采用自控技术,严格控制发酵参数在理论范围,确保发酵指标;3)可采用先进的膜分离技术,去除发酵液中L-苏氨酸菌体及部分蛋白质,以利提高提取收得率和L-苏氨酸质量,同时L-苏氨酸菌体及蛋白生产L-苏氨酸菌体饲料蛋白产品,有利于降低生产成本;4)普遍采用热偶联、二次蒸汽多次利用、用蒸汽泵进行真空冷却、高压蒸汽拖动空压机组、水多次利用、中水回用等节能措施,省汽省电省水。
L_苏氨酸工业生产发酵条件优化研究
由图 5、图 6、图 7 可知, 按 2、3、4供氧, 菌体生长和
发酵产酸远远 高于方 式 1, 说明 提供 10% 以 上的 溶解
氧有利于菌体生长和产酸。 L 苏氨 酸是天冬氨 酸族氨
基酸, 其 前 体 物 草酰 乙 酸 主 要 由 对氧 浓 度 要 求 高 的
TCA 循环和磷酸烯醇丙酮酸羧化反应提供, 充分供氧,
在发酵培 养基 中添 加 0 2% 生长 促 进剂 的 同时, 以复 合糖代 替葡萄糖 作为初 糖, 观察 糖液初始 浓度对 L 苏氨酸产量的影响。在发酵培养 基中分别加 入不同 量的复合糖, 使初始糖浓度分别为 40、50、60、70g /L, 当
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该复合糖 主 要由 多 糖、单 糖、焦 糖及 活 性 因子 组 成, 由图 1~ 4 可以 看出 来, 复合 糖使菌 体量 与发 酵产 酸都有所提高, 这主 要是因为 L 苏 氨酸生 产菌对 糖类 的转运能力很强, 使得大量的碳源营养容易 进入细胞。 由于 L 苏氨酸生产菌 的氧 化磷酸 化和 TCA 循环 的能 力有限, 造成碳代谢流在糖酵解途径中过量, 必须通过 分泌 部分氧 化的副产 物才能 使碳代谢 流得到 平衡, 而 乙酸就是其中的主要副产物 [ 4] 。基质中乙酸 浓度过高 对生物产能具 有抑制 作用 , [ 1] 最终将 导致细 胞生 长缓 慢或停滞。而使用 多糖 作碳源 时, 多糖 在菌 体内 被缓 慢分解为单糖, 糖酵解作用相对比较温和, 不 会出现碳 源在 糖酵解 途径中过 量的情 况, 而且复 合糖中 的活性 因子 有利于 菌体的生 长代谢, 增加了菌 体的氧 化磷酸 化和 TCA 循环的能力, 加快了 L 苏氨酸 的产生。大于 60g /L 的初糖虽 然前 期促 进了 菌体 的生 长, 但 过 量的 多糖 和活性 因子对菌 体代谢 有抑制作 用, 结果 形成了 中后期菌体不产酸的情况。因此复合糖添加 控制在初 糖浓度为 60g /L 时, 菌体量比较合适, 同时有 利于菌体 代 谢 和 提 高 产 酸 率, 发 酵 液 L 苏 氨 酸 含 量 可 达 到 109g /L。 2. 3 溶解氧控制对发酵过程的影响
苏氨酸发酵工艺设计
前言苏氨酸是一种必需的氨基酸，主要用于医药、食品强化剂、饲料添加剂等方面。
20世纪90年代以前，我国尚未生产苏氨酸，90年代以后才开始生产。
但多年发展速度缓慢，全国产量很少。
20世纪末，全国苏氨酸年产量仅为70～80吨，近年来达到200吨左右，产品主要供应医药市场，重点生产企业有湖北八峰药化有限公司等。
近年来，全球苏氨酸市场以每年20%多增长率高速增长，亚洲、北美等地区的要求快速增长，求的旺盛拉动了生产。
1993年，全世界苏氨酸产量为4000吨，1996年为5000吨，1999年猛增至2.5万吨，2001年达3万吨，2002年达4万吨。
目前约为5万吨，比10年前增长了10倍左右。
如今，世界苏氨酸主要生产厂商均在扩大规模，增加产量，降低成本，以满足全球特别是亚洲地区日益增长的要求。
因此，在当全球经济一体化的大背景，我国苏氨酸拟建装置须一定的规模，否则，将会影响产品价格。
还要在产品质量和生产成本上与国外大公司相比具有竞争力，才能在激烈的竞争中站稳脚跟。
1、苏氨酸菌种选育1．1 苏氨酸生产菌[5]目前发酵法是生产苏氨酸的重要方法，其菌种主要有Glu棒杆菌、黄色短杆菌、钝齿棒杆菌、普罗威登斯菌、沙雷菌以及大肠杆菌、LR—1458、KY8280（DAP －＋Met－＋Ile－）等菌株，尤以E．coil最为出色，当前工业化发酵苏氨酸的产生采用大肠杆菌K12构建的基因工程菌。
1．2 菌种选育苏氨酸菌种选育分为以下几个步骤：①获得苏氨酸生产菌D—60，以野生型8000选育苏氨酸脱氢酶和苏氨酸脱氢酶缺陷型菌株。
②以D—60为亲本，选育天冬氨酸激酶I和高丝氨酸脱氢酶I对苏氨酸调节的反馈拟制不敏感突变株和对β—羟基正缬氨酸抗性的突变株，该物质是苏氨酸类似物。
③选育赖氨酸类似物，S—氨基乙基胱氨酸，抗性突变株，该突变株消除了赖氨酸对天冬氨酸激酶Ⅱ的阻遏和反馈调节。
④以上四个突变株通过两次转导得一个新菌株，杂交中引起苏氨酸降解的酶系，苏氨酸产量达至24～25g∕L。
年产1000吨苏氨 酸发酵工艺课程设计
目录1 绪论 (1)1.1 苏氨酸简介 (1)1.1.2 苏氨酸的作用来源及发展 (2)2 菌种的选择与制备 (3)2.1 菌种选择与保藏 (3)2.1.1 菌种选择 (3)2.1.2 菌种保藏 (3)2.2 培养基的设计 (3)2.2.1 培养基配置的原则 (3)2.2.2 培养基类型 (3)2.2.3 培养基配方（百分比） (5)2.2.4 培养方法: (5)2.3 培养基的营养要求 (6)2.4 发酵条件的研究 (7)2.5 灭菌 (7)2.5.1 灭菌方法 (7)2.5.2 培养基的湿热灭菌 (8)2.5.3 分批灭菌 (9)2.5.4 分批灭菌的操作方法 (9)2.5.5 空气除菌 (10)2.6 种子扩大培养 (11)2.6.1 生产车间种子制备 (12)2.6.2 影响种子质量的因素 (12)3发酵过程的工艺控制 (13)3.1 发酵过程 (13)3.1.1 补料的控制 (13)3.2 发酵条件的影响 (13)3.2.1 初始 pH 对苏氨酸影响 (13)3.2.2 温度对苏氨酸发酵的影响 (14)3.2.3 溶氧对苏氨酸发酵的影响 (14)3.2.4 发酵过程泡沫的控制 (14)3.3 发酵终点的判断 (15)3.4 染菌的控制 (15)4 发酵罐的设计 (17)4.1 发酵罐标准尺寸 (17)4.2 发酵罐的计算 (17)5 物料衡算 (17)5.1 总物料衡算 (19)5.2 原料用量计算 (19)5.2.1发酵罐原料计算 (20)5.2.1 发酵罐原料计算 (20)5.2.2 种子罐的物料衡算 (21)5.2.3 补料培养基的物料衡算 (22)6 下游加工 (23)6.1 发酵液的预处理和固液分离 (23)6.2 发酵液残液的处理 (24)6.3 离心 (25)6.4 干燥 (26)7 后记 (27)参考文献 (28)1 绪论1.1 苏氨酸简介L-苏氨酸是一种必需的氨基酸，苏氨酸有四种异构体，天然存在并且对机体有生理作用的是L-苏氨酸。
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一、设计方案
天然存在的L- 苏氨酸为无色或微黄色晶体，无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃。
L- 苏氨酸的解离常数为pKCOOH=2.15，pKNH2=9.12，等电点pI（25℃）=5.64。
目前，L- 苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。
然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。
生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L- 苏氨酸的主要方式。
生物合成法包括直接发酵法和酶转化法两种。
微生物发酵法生产苏氨酸是目前生产苏氨酸的主要方法。
采用基因工程菌进行发酵法生产，产酸可达100g/L 以上。
目前国内外已经利用微生物发酵法批量生产苏氨酸。
1.1 设计条件
（1）650L苏氨酸发酵罐，分批发酵；
（2）主发酵罐的尺寸及附件的设计；
1.2 发酵工艺
发酵法生产L-苏氨酸,通常采用短杆菌属细菌的α-氨基-β-羟基戊酸(AHV)和S-(2-氨基乙基)-L-半胱氨酸(AEC)双重抗性变异。
图一 苏氨酸发酵工艺流程
1.3. 发酵罐尺寸及整体设计
罐中的培养液因通气和搅拌会引起液面上升和产生泡沫，因此罐中实际装料量V 不能过大，一般取装料系数为0.6～0.75。
取装料系数o η为0.6 ,则发酵罐需装料体积为：
L V V 3906.065000=⨯=⨯=η
发酵罐尺寸确定
发酵罐体部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7～4倍左右。
1.3.1 确定发酵罐直径和高度
标准式发酵罐的筒体高度和直径比：H/D 约为1.7~4
发酵罐的容量一般指圆筒体的体积加椭圆形底的体积。
V 0 = V C +2 V b
Vc=(π/4) D 2 H 0
V b =(π/4)D 2(h b +2/3h a )≈1.5D 3
式中：V 0—发酵罐全容量，m 3；
V C —圆柱部分体积，m 3；
V b —椭圆底体积，m 3；
H 0—圆柱部分高度，m.
因此： V 0 = V C + V b = (π/4) D 2[H 0+2(h b +1/6D)]
取 H 0/D = 2
V 0 = (7π/12)D 3 +(2π/4)D 2
h b
可知：D=0.69m ， 椭圆短半轴长度：h a =0.25D=0.25×0.69=0.1725
可知：D=0.69m
则有：H 0=2D=1.38 m D i =1/3D=0.23 m S=3D i =3×0.23=0.69m C=D i =0.23 m
B=0.1D=0.1×0.69=0.069 m h a =0.25D=0.25×0.69=0.173 m
不同设备的厚度不同，h b 可取30 mm 、40 mm 、50 mm 。
根据我们的发酵设备。
取h b =64mm 。
h=h a + h b =0.173+0.64=0.237 m
则 罐体高 H=1.854m
1.3.2 发酵罐圆筒壁厚的计算
罐壁厚：S 1=()[]C P D P +Φ⨯⨯⨯-2σ 式中，P ——设计压力，取最高工作压力的1.05 倍，P=0.4MPa
D —发酵罐内径，D=69cm
[σ]—A3 钢的许用应力，[σ]=170M Pa
φ焊缝系数，双面焊对接接头：10000无损检测：φ=1.00；局部检测：φ=0.85
单面焊对接接头：：10000无损检测：φ=0.9；局部检测：φ=0.8
对于受压缩应力的原件：φ=1.0
在此设计中，取φ=0.8.
C=3mm
得S 1=13.16mm
1.3.3 封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下: C P
PDy S +Φ=-][(22）σ 式中，y ——开孔系数，取2.3
得S 2=26.37mm
圆筒壁厚：S
=27mm
1
椭圆封头壁厚：S2=14mm
许用压力：[P]=170MPa。
1.4 手孔的设计
手孔的设计，参考《中华人民共和国机械行业标准锅炉手孔装置》，选择实际的尺寸，手孔选择为D 80×94—85 JB/T 2191 。
二、计算
2.1通风量计算
通风管的管径计算：该罐实装液量0.393m ，设0.1h 内排空，则物料体积流量 00108.01
.0360039.0=⨯=
Q 发酵液流速取V=1m/s
则排料管截面积为物F 00108.0100108.0===V Q F 物m 2 2785.0F d =物，则管径m 037.0785
.000108.0785.0===物
F d 若按通风管计算，压缩空气在0.4MPa 下，支气管气速为20m/s
通风比 0.2vvm
20C 0，0.1MPa 下，Q=0.39×0.2=0.078s /m 0013.0min /m 33=
计算到0.4MPa ，37C 0状态下， 0003439.020
273372734.01.00013.0++⨯⨯=Q m 3/s 取风速v=20m/s ，则风管截面积f F 为： 2f f m 00001719.0=20
0003439.0=v Q =F 2f d 785.0F 气=，则气管直径气d 为： m 00468.0785
.000001719.0d ==气 因通风管也是排料管，故取两者的大值，取排料管径
排料时间复核：物料流量Q=0.00108s /m 3，流速v=1m/s ，
管道截面积F=037.0785.0⨯2=0.001075m 2
在相同流速下，流过物料因管径较原来计算结果小，
则相应流速比为0047.1=1
×001075.000108.0=FV Q =P 倍， 排料时间t=0.1×1.0047=0.10047h。
2.2 传热量的计算
发酵罐的传热装置有夹套、内蛇管、外盘管。
一般容积较小的发酵罐采用夹套为传热装置，所以本设计选用夹套为传热装置。
通常将发酵过程中产生的净热称为发酵热，其热平衡方程可如下表示：
辐射空气搅拌生物发酵Q Q Q Q Q --+=
换热面积 m t K Q F ∆⨯=
总
发酵热效应：液发酵总V Q Q ⨯=
Q 发酵—发酵热，3×104 k J/h.m³（L-苏氨酸）
V 液—发酵液体积，m 3。
则 Q 热= 3×104× (0.65×0.6)=1.17×104 kJ/h 。
2.2.1 冷却水量计算
发酵过程, 冷却水系统按季节气温不同, 采用冷却水系统也不同，为了保证发酵生产, 夏季必须使用冰水。
C —冷却水的比热容，4.18kJ/(kg.K)
冬季：采用循环水进口水温15℃, 出口水温20℃；
夏季：采用冰水进口水温10℃, 出口水温20℃。
冬季冷却用循环水用量计算：（取裕量系数1.2）
1W =）（冷
12t -t C Q =循环水入口温度）（循环水出口温度比热发热效应-⨯⨯2.1=0.67吨/小时 取1吨/小时
夏季冷却用循环水用量计算：W 2=0.336 吨/小时
取0.5吨/小时
2.2.2 冷却器面积计算
m
K Q F t ∆⨯=总
Q 总—发酵热效应,kJ/h;
夹套的传热系数通常为630~1050 kJ/(m 2·h·℃)，取传热系数K 为850 kJ/(m 2·h·℃)。
△t m —对数平均温差： 39.19t -t t -t ln t -t -t -t t 2
r 1r 2r 1r m ==∆）（）（℃
71.039
.1985011700=⨯=F m 2
三、设备选型
3.1 搅拌器的选择
机械搅拌通风发酵管的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质以及菌体特性选用。
本次试验选用六弯叶涡轮搅拌器。
六弯叶涡轮搅拌器：搅拌器叶径D i =D/3=0.69/3=0.23m 取转轴直径d=0.04m 叶宽 B=0.2 D i =0.2×0.23=0.046m
弧长 l=0.375d=0.375×0.04=0.015m
底距 C=D i =0.23m
盘径 d i =0.75×D i =0.75×0.23=0.1725m
叶弦长 L=0.25D i =0.25×0.23=0.0575m
搅拌器叶距 S=D=0.69m
弯叶板厚 δ=12mm
搅拌转速N 2可根据50m³罐，搅拌器直径1.05m ，转速N 1=110r/min ，以等P 0/V 为基准放大求得：N 2=323221123
.005.1110D D N ）（）（⨯==303（r/min ） 搅拌轴功率的计算 通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算有许多种方法，现用修正的迈凯尔式求搅拌轴功率，并由此选择电机。
3.1.1 计算R em
R em =μρ
N D 2
式中 D —搅拌器直径，D=0.23m
N ---搅拌器转速，N=303r/min
Ρ—醪液密度，ρ=1080k g/m³
Μ—醪液粘度，μ=2.0×10-3N.S/㎡
将数代入上式：R em =3
-22100.2108030323.0N D ⨯⨯⨯=μρ=8.66×107＞104
视为湍流
3.1.2 计算不通气时的搅拌轴功率P 0：。