发酵设计相关计算

发酵罐的工艺尺寸
常用的机械通风发酵罐的结构和主要几何尺寸已标准化设计。

其几何尺寸比例如下：
H0/D=1.7～3.5 H/D=2～5 d/D=1/3～1/2 W/D=1/12～1/8
B/D=0.8～1.0 h/D=1/4 单位全部为m
发酵罐大小用公称体积表示，V0=∏D2×H/4+0.15D3
其中：H0-发酵罐圆柱形筒身高度
D-发酵罐内径
H-罐顶到罐底的高度
D-搅拌器直径
W-挡板宽度
B-下搅拌器距罐底的距离
S-搅拌器间距
h-底封头或顶封头高度
香菇多糖包括胞内与胞外多糖，以每100ml发酵液中菌丝体干重2.5克计，则每100ml发酵液中粗多糖总量为52.2mg即0.522kg/m3 。

按标准曲线绘制方法，依据粗多糖在蒸馏水中的吸光度可知，其纯多糖含量为80.96％，最终纯化产品纯度96％。

年生产香菇多糖1吨，年生产日300天，发酵周期为96h,清理及维修发酵罐的总时间为1天，则总的发酵时间为5天，装料系数为70%。

一年需放罐的次数：300/5=60次
所需发酵罐体积：1000/60/0.522/70％/80.96％×96％=54.09m3
所以选用V=10m3发酵罐，则需6个。

发酵罐中，高径比为1.74，取H/D=2.5；搅拌器直径为1/3直径；取d/D=1/3；档板为0.1倍直径，取d1/D=0.1；下部搅拌器到底部距离为：B/D=1；S/D=2.5；W/D=1/8由公式V全=πD2[H+2(hb+D/6)]/4，H=2D， hb可忽略， V全=10m3，代入得2.224D3=10，得出：D=1.65m
H=2×1.7=3.4m
d=1.65/3=0.55m
d1=0.1×1.7=0.17m
W=1.7/8=0.2125m
B=D=1.65
S=2×1.65/3=1.1m
h=D/4=0.4125
液面高度=0.7×（H+h）=2.66875m
本发酵过程中选用机械搅拌式发酵罐，国内普遍采用六弯叶或六箭叶圆盘涡轮式，本设计中因罐小要求加强轴向混合，故选用六箭叶圆盘涡轮式。

物料衡算
本设计采用6个发酵罐，总年产量：
6×10×70％×80.96％/96％×0.522×60=1109kg=1.109t
满足生产要求。

发酵罐的灭菌
发酵罐的灭菌可采用空罐灭菌和实罐灭菌：空罐灭菌将所有的通气口都稍微打开然后通入热水蒸汽让水蒸气尽量通过每一个角落以达到灭菌的效果。

具体方法是130℃，45～60min，直接蒸汽法。

冷却系统水应排净（夹套与盘管）。

实罐灭菌方法是：①预热（80～90℃），②直热（蒸汽）（120℃、30min）（全进全出原则），③待空气压力高于罐内压力时，通入无菌空气。

发酵罐中培养基连续灭菌的计算
发酵罐装料系数70％，则其培养基为7m3，采用连续灭菌，设每毫升培养基中含耐热芽孢107个，培养基体积流量G＝10m3/h=0.17 m3/min
则培养基中活微生物：
=7×106×107=7×1013个
N
经过τ时间灭菌后培养基中的活微生物：
Ns＝0.001个
根据Lgk＝－14845/T ＋36.127=－14845/(273+121)＋36.127＝－1.55 得k=0.0281s-1
理论灭菌时间
τ=1/k×ln（N0/ Ns）=1/0.0281×ln（7×1013/0.001）=1380.3s=23min 实际维持时间，一般为理论灭菌时间的2倍，即46min 。

关于维持罐体积的计算
维持罐高径比一般为102~105，装料系数一般为0.85`0.9，此处取0.9，则维持罐体积V=G×2τ/0.9=0.167×46/0.9=8.5 m3
故选取10m3的维持罐。