年產(chǎn)1萬(wàn)噸維生素C發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)

=2000/0.75=2700m3查表知公稱容積為200m3發(fā)酵罐總?cè)莘e為230m3從而需要n=其中，V0——晝夜需要加工的發(fā)酵液量，m3τ——生產(chǎn)周期,hVa——罐的總體積，m3φ——填充系數(shù)由于V0=2000×24/96τ=96所以n=2000/〔230×0.75)=11.59圖4-2發(fā)酵罐構(gòu)造圖取整12個(gè)，由于是二步發(fā)酵共取24個(gè)從而可保證生產(chǎn)量發(fā)酵罐主要尺寸計(jì)算V=V筒+2V封由于上封口體積可忽略V封=V封==V=+而200m3的徑高比為2故V=+=230m3D=5009mm取D=5mH=10m根據(jù)?發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論?通用發(fā)酵罐系數(shù)表查得封頭高H=300mm從而定容積V=V筒+2V封=+=0.785×2×53+3.14×53/12=229m3≈230m3從而滿足設(shè)計(jì)由于為保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多及環(huán)境溫度也最高時(shí)計(jì)算冷卻下的發(fā)酵熱。對(duì)于每罐實(shí)際裝液量V液=V全·φ=230×0.75=172.5m3查閱相關(guān)經(jīng)歷值表抗菌素類ψ=冷卻面積㎡/發(fā)酵液體積在1-1.5間為保證足夠換熱面積ψ=1.5從而A=V全ψφ=230×0.75×1.5=258.8㎡或?qū)τ诰S生素C酶1m3發(fā)酵液每1h傳給冷卻器最大熱量約為4.18×3300KJ/(m3·h),而K值約為4.18×50026→2620→23—-63△tm=(6-3)/㏑(6/3)=4.33℃從而A===262.9㎡與258.8㎡較為接近采用六彎葉渦輪攪拌器攪拌器葉徑D1=D/3=1.67mD=5m擋板寬度B=0.2D=1m攪拌葉間距S=2D1=3.74m攪拌葉距罐底距離C=D1=1.67m而C+2S=9.15<10取3層攪拌器同時(shí)10-9.15=0.85>D1/2即滿足工業(yè)上要求最上層攪拌槳葉到液面距離在0.5D1-2D1之間對(duì)于發(fā)酵液ρ=1050Kg/m3μ=0.1Pa·S而根據(jù)查資料知N=100r/min對(duì)雷諾數(shù)Re===4.88×104>104從而為湍流，查閱?發(fā)酵設(shè)備?知攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7=1\*GB3①不通氣時(shí)攪拌功率Pr=Np·N3·D5·ρ=4.7×(100/60)3×1.675×1050=2.968×105W=296.8Kw而3層功率Po=P[1+0.6×(3-1)]=652.96Kw=2\*GB3②通氣時(shí)軸功率P2P2=2.25×10-3×(P12×N×D3/Q0.08)0.39其中，N=100r/minD——5mQ——通風(fēng)量，mL/min.通風(fēng)比VVm=0.08-0.15mL/min,取0.10假設(shè)風(fēng)速增大，P2會(huì)減小Q=172.5×0.1=17.25m3/minP2=2.25×10-3×[]0.39=504.2Kw4.2.2種子罐選型種子罐作為二級(jí)發(fā)酵設(shè)備是負(fù)責(zé)將一級(jí)種子進(jìn)展擴(kuò)大培養(yǎng)并隨后接入三級(jí)發(fā)酵罐中進(jìn)展發(fā)酵，故一般為便于生產(chǎn)一個(gè)三級(jí)發(fā)酵罐配套一個(gè)二級(jí)發(fā)酵罐，由前面運(yùn)算知應(yīng)需要12個(gè)三級(jí)發(fā)酵罐，故種子罐那么也需要12個(gè)。一般種子罐有5m3、20m3、50m3等。由前文描述知種液接種量為發(fā)酵液的15%，同時(shí)罐的填充系數(shù)為0.6，因此需要的種子罐容積為：15%×230/0.6=57.5m3取整為60m3。種子罐主要尺寸計(jì)算V=V罐+2V封+=60取徑高比為2從而+=60，D=3.2m從而H=6.4m實(shí)際容積為V=0.785×2×3.23+3.12×3.23/12=60.02m3>57.5m3故滿足工業(yè)設(shè)計(jì)要求而對(duì)于種子罐的換熱面積根據(jù)前文描述及查閱相關(guān)資料種子罐φ=1.2從而A=V全·φ·Φ=60×0.6×1.243.2㎡而關(guān)于種子罐的攪拌器尺寸計(jì)算攪拌器葉徑D1=D/3=1.067≈1.07m擋板寬度B=0.2D=0.64m擋板葉間距S=2D1=2.14m攪拌葉距罐底距離C=D1=1.07m而C+2S=5.35<6.4同時(shí)，6.4-5.35=1.05>D1/2故滿足工業(yè)上要求〔D1/2-2D1〕4.2.3配料罐配料罐又名攪拌罐、配料桶，為上開啟式，下斜底三層構(gòu)造，具有可加熱自動(dòng)控溫、保溫、攪拌功能；傳熱快、適應(yīng)溫差大、清洗方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于食(乳)品、制藥、日化、飲料、油脂、化工、顏料等行業(yè)做為中間緩沖、儲(chǔ)液、攪拌、調(diào)配設(shè)備(在物料無(wú)須加熱可調(diào)配均勻的的狀態(tài)下，該設(shè)備為最經(jīng)濟(jì)實(shí)用)、加熱、混合調(diào)配或殺菌處理。特別適合于無(wú)蒸汽熱源的單位與科研機(jī)構(gòu)的小、中試使用。并可按工藝需要采用全封閉式構(gòu)造、保溫構(gòu)造。圖4-3配料罐配液罐是在夾套由蒸汽進(jìn)展加熱，熱量通過(guò)罐體壁傳熱給物料，保持所需溫度，同時(shí)靠磁力攪拌器的攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷翻滾物料而使藥液到達(dá)混合均勻的目的。有節(jié)能、耐蝕、生產(chǎn)能力強(qiáng)、清洗方便，構(gòu)造簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是制造乳品、飲料、制藥廠家不可缺少的設(shè)備。構(gòu)造：本設(shè)備由罐體、夾套、膽、封頭、磁力攪拌裝置及公用系統(tǒng)管道組成。主體材質(zhì)為進(jìn)口不銹鋼，按GB741-80技術(shù)條件進(jìn)展，罐體外拋光，罐有攪拌槳，工作時(shí)起攪拌作用；上蓋有溫度計(jì)，顯示罐溫度；頂部有擺線針輸行星減速器，帶動(dòng)攪拌槳；并可裝拆與清洗，并是一扇可開式罐蓋供清洗用，另加兩個(gè)進(jìn)料口，可與管道連接，便于連接進(jìn)各種配料，下面帶有出料口，并裝上旋塞閥大等攪拌均勻后、旋轉(zhuǎn)旋塞閥手柄90°即可放料，放料完畢關(guān)閉，到達(dá)攪拌均勻目的；可配有液位計(jì)或稱重設(shè)備，對(duì)罐的物料體積或重量進(jìn)展計(jì)量。配料罐有以下幾種類型：1上活動(dòng)蓋、下斜底構(gòu)造2上活動(dòng)蓋、下錐底(或橢圓、蝶形封頭)構(gòu)造3上下錐形封頭構(gòu)造(封閉式〕4上下橢圓(或蝶形)封頭構(gòu)造配料罐的主要性能及構(gòu)造性能：1、容積：50L、100L、200L、300L、500L、600L、1000L～5000L。2、加熱方式：采用電熱棒插入夾套，加熱均勻無(wú)冷區(qū)。夾套注入導(dǎo)熱油或水為加熱介質(zhì)，產(chǎn)生熱能對(duì)罐物料進(jìn)展加熱。3、物料加熱溫度：≤100℃；物料加熱時(shí)間：10min(視工藝需要)。4、溫度控制：采用電熱偶測(cè)量溫度與溫控儀連接進(jìn)展測(cè)控溫度(溫差±≤1°C)，并可調(diào)節(jié)物料溫度的上下。溫控儀安裝在電控箱，溫度傳輸桿直插至罐底部，使料液用到最低位置也能指示出溫度。5、罐體：外表鏡面拋光處理，粗糙度Ra≤0.4µm。6、上蓋：為兩扇可開式活動(dòng)蓋，便于清洗，外外表鏡面拋光處理(粗糙度Ra≤0.4µm)。7、罐底構(gòu)造：經(jīng)旋壓加工成R角，與罐體焊接、拋光后無(wú)死角，并向出料口方向呈5°傾斜，便于放凈物料無(wú)滯留。8、夾套形式：全夾套，用于參加導(dǎo)熱油或水，使工作時(shí)到達(dá)最正確升溫和降溫的目的。9、保溫材料：采用填充珍珠棉、巖棉或聚氨酯澆注發(fā)泡，保持與外界的溫差，到達(dá)隔熱保溫效果。10、外殼體外表處理方式：鏡面拋光或2B原色亞光或2B磨砂面亞光處理。11、攪拌裝置：頂部中心攪拌，減速機(jī)輸出軸與攪拌槳軸采用活套連接，方便拆裝與清洗。12、攪拌轉(zhuǎn)速：15～120r/min(定速)；攪拌槳形式：框式、錨式、槳葉式、渦輪式等(按工藝要求)。13、設(shè)備配置：電氣控制箱、溫度儀、料液進(jìn)出口、介質(zhì)進(jìn)出口(進(jìn)、排油)、放空口(溢油孔)等。14、材質(zhì)：罐體SUS304或SUS316L；夾套為Q235－B或SUS304；外保護(hù)殼體為SUS304。15、各進(jìn)出管口工藝開孔與罐體焊接處均采用翻邊工藝圓弧過(guò)渡，光滑易清洗無(wú)死角，外表美觀。表4-1配料罐相關(guān)參數(shù)容量(L)L=300L=500L=800L=1000真空度(MPa)<-0.09<-0.09<-0.09<-0.09工作壓力(MPa)常壓常壓常壓常壓工作溫度(℃)0~1000~1000～1000～100電機(jī)功率(KW)345.55.5攪拌轉(zhuǎn)速(r/min)35-5135-5135-5135-51外型尺寸(mm)Φ1100X2050Φ1200X2390Φ1400X2650Φ1500X27504.2.4補(bǔ)料罐在一般抗生素藥品、食品、酒類等發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，給發(fā)酵液補(bǔ)充多種營(yíng)養(yǎng)劑是生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的工藝步驟，我中心研制的定量補(bǔ)料罐與“連續(xù)脈沖流加補(bǔ)料〞的方法共同應(yīng)用可使發(fā)酵罐菌絲生產(chǎn)環(huán)境保持穩(wěn)定，維持適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)平衡，利于菌株生長(zhǎng)。通過(guò)視窗可直觀地顯示補(bǔ)料過(guò)程。本產(chǎn)品安裝方便、動(dòng)作可靠、對(duì)導(dǎo)電和非導(dǎo)電介質(zhì)均可計(jì)量。補(bǔ)料罐的特點(diǎn)包括：1.耐腐蝕不染菌2.耐蒸汽消毒3.密封性好4.3輔助設(shè)備選型4.3.1原料預(yù)處理工序設(shè)備選型維生素C生產(chǎn)過(guò)程中需要大量玉米漿，而玉米漿從玉米加工制備得到。在收獲、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸中常會(huì)混入各種雜物，因此需經(jīng)過(guò)除鐵、篩選、精選、粉碎等過(guò)程來(lái)提高蒸煮、水解和發(fā)酵等工序的效率。4.3.2磁力除鐵器選用永磁滾筒,由進(jìn)料裝置、滾筒、磁芯、機(jī)殼和傳動(dòng)裝置等局部組成。磁芯由鍶鈣鐵氧體永久磁鐵和鐵隔板按一定順序排列成圓弧形并安裝在固定的軸上，形成多極頭開放磁路。磁芯圓弧外表與滾筒外表間隙小而均勻〔一般小于2mm〕，滾筒由非磁性材料制成，外外表敷有無(wú)毒且耐磨的聚氨酯涂料作保護(hù)層，以延長(zhǎng)使用壽命。滾筒通過(guò)蝸輪蝸桿構(gòu)造由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，磁芯固定不動(dòng)。滾筒質(zhì)量小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。永磁滾筒能自動(dòng)地排除磁性雜質(zhì)，除雜效率高〔98%以上〕，特別適合于除去粒狀物料中的磁性物質(zhì)。4.3.3篩選設(shè)備選用振動(dòng)篩〔S-1〕.振動(dòng)篩是原料加工中應(yīng)用較廣泛的一種。篩選與風(fēng)選相結(jié)合的清理機(jī)械，多用于去除谷物原料中小或輕的雜質(zhì)。振動(dòng)篩主要由進(jìn)料裝置、篩體、吸風(fēng)除塵裝置和支架等局部組成。4.3.4生物質(zhì)原料的粉碎裝置選用濕式粉碎機(jī)，主要包括：加料器、粉碎機(jī)和加熱器等幾局部。粉碎可采用一級(jí)或二級(jí)粉碎〔兩臺(tái)粉碎機(jī)串聯(lián)使用〕。從粉碎機(jī)出來(lái)的粉漿進(jìn)入加熱器，利用蒸煮工段放出的二次蒸汽預(yù)熱至一定溫度后備用。濕式粉碎過(guò)程主要是分散微?；倪^(guò)程，可分為把顆粒團(tuán)破碎、解集、潤(rùn)濕、分散和穩(wěn)定等步驟。德國(guó)DRAISWERKE公司推出的PM-DCP型砂磨機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子、別離裝置、傳動(dòng)裝置及液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。其工作原理為：懸浮狀物料和研磨介質(zhì)在研磨室混合，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子銷棒、定子銷棒向研磨介質(zhì)傳遞大量的能量。砂磨機(jī)的特殊構(gòu)造，使研磨室里具有很高的能量密度，多無(wú)物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的、相對(duì)平均的撞擊力，使物料在短時(shí)間得到粉碎，由于連續(xù)進(jìn)料，物料從外研磨室自上向下經(jīng)底部通道進(jìn)入研磨室，在研磨室自下向上流動(dòng)，最后經(jīng)過(guò)濾后出料。操作時(shí)，物料在泵的作用下從上部進(jìn)料口均勻連續(xù)進(jìn)料，迅速投入研磨介質(zhì)，進(jìn)入正常工作階段。研磨介質(zhì)主要集中在外研磨室，外研磨室是主要研磨區(qū)域。PM-DCP型砂磨機(jī)的特點(diǎn)：砂磨機(jī)巧妙運(yùn)用了離心力作用，別離物料時(shí)很少帶出研磨介質(zhì)；設(shè)備能量密度高，產(chǎn)品粒度分布均勻；生產(chǎn)能力大，可實(shí)現(xiàn)小設(shè)備大生產(chǎn)；定子磨室可升降、轉(zhuǎn)動(dòng)，操作方便。4.4提取工序設(shè)備選型4.4.1過(guò)濾維生素C由大菌小菌發(fā)酵而得，發(fā)酵液中含有大量的菌絲〔2-10μm〕以及剩余培養(yǎng)基固體組分，約占發(fā)酵液體積的1/10。此外發(fā)酵液中還有可溶性雜質(zhì)，如很多發(fā)酵代產(chǎn)物及有機(jī)雜酸色素等，其中對(duì)提取影響最大的是蛋白質(zhì)和鈣、鎂、鐵等高價(jià)無(wú)機(jī)離子等，它們的存在會(huì)給以后的提取帶來(lái)困難。發(fā)酵液預(yù)處理和過(guò)濾的目的不僅在于別離菌絲除去雜質(zhì)，還在于改變?yōu)V液的性質(zhì)除去蛋白質(zhì)，以利于后續(xù)各步操作，保證成品質(zhì)量。因維生素C在水溶液中穩(wěn)定性差，易于降解，故要求在預(yù)處理及過(guò)濾操作中，做到快速、保溫、合理使用絮凝劑，使濾液澄清。一般維生素C放罐后，立即冷卻到10℃以下，參加絮凝劑，采用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)除去菌絲及其他固體雜質(zhì)，并適量噴水洗滌回收菌絲體上的單位。必要時(shí)，可在過(guò)濾前用硅藻土等介質(zhì)作為助濾劑涂層，提高過(guò)濾效果。料液處理量每罐為162m3選用真空轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)：過(guò)濾面積2.5m3；轉(zhuǎn)鼓直徑800mm；工作壓力-0.2到-0.4Bar;過(guò)濾溫度常溫；濾液管進(jìn)出口徑DN40；外行尺寸2500mm×1650mm×1700mm圖5-8真空轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾機(jī)通過(guò)與轉(zhuǎn)鼓同步運(yùn)轉(zhuǎn)的濾布，在真空〔負(fù)壓〕作用下實(shí)現(xiàn)懸浮液的固液別離，經(jīng)折帶裝置卸除濾餅并實(shí)現(xiàn)濾布的清洗再生。具有自動(dòng)化程度高、操作連續(xù)、濾布易再生等特點(diǎn)，被廣泛用于化工、制藥、環(huán)保等行業(yè)。4.4.2結(jié)晶結(jié)晶是提純維生素C的有效方法。例如在二次丁酯提取液中，維生素C的純度只有50%-70%，但干凈后純度可提高至90%以上。維生素C結(jié)晶方法很多包括維生素C鉀鹽結(jié)晶、維生素C普魯卡因鹽結(jié)晶、維生素C鈉鹽結(jié)晶等。結(jié)晶罐選用蛇管加熱箱，用100℃飽和水蒸氣加熱，查?化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)?，K=2940Kg/〔㎡·h·℃〕，結(jié)晶時(shí)間為60min。4.4.3枯燥采用帶式3合1枯燥機(jī)。該機(jī)器具有以下特點(diǎn)：過(guò)濾效率高、洗滌效果好、濾餅厚度可調(diào)節(jié)、含濕量小、枯燥質(zhì)量好、濾布可在線正反面同時(shí)清洗、操作靈活、維修費(fèi)用低、真空盤固定，可防止由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起相鄰區(qū)域?yàn)V液混合，根據(jù)物料及洗滌特性，可分別采用全封閉、半封閉及敞開式設(shè)計(jì)。帶式枯燥機(jī)由假設(shè)干個(gè)獨(dú)立的單元段組成。每個(gè)單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、單獨(dú)或公用的新鮮空氣抽入系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)。對(duì)枯燥介質(zhì)數(shù)量、溫度、濕度和尾氣循環(huán)量操作參數(shù)，可進(jìn)展獨(dú)立控制，從而保證帶干機(jī)工作的可靠性和操作條件的優(yōu)化。帶干機(jī)操作靈活，濕物進(jìn)料，枯燥過(guò)程在完全密封的箱體進(jìn)展，勞動(dòng)條件較好，免了粉塵的外泄。圖4-11帶式枯燥機(jī)示意圖工作原理：物料由加料器均勻地鋪在網(wǎng)帶上，網(wǎng)帶采用12-60目不銹鋼絲網(wǎng)。由傳動(dòng)裝置拖動(dòng)在枯燥機(jī)移動(dòng)。枯燥機(jī)由假設(shè)干單元組成，每一單元熱風(fēng)獨(dú)立循環(huán)，局部尾氣由專門排濕風(fēng)機(jī)排出，廢氣由調(diào)節(jié)閥控制，熱氣由下往上或由上往下穿過(guò)鋪在網(wǎng)帶上的物料，加熱枯燥并帶走水分。網(wǎng)帶緩慢移動(dòng)，運(yùn)行速度可根據(jù)物料溫度自由調(diào)節(jié)，枯燥后的成品連續(xù)落入收料器中。上下循環(huán)單元根據(jù)用戶需要可靈活配備，單元數(shù)量可根據(jù)需要選取。構(gòu)造形式：〔1〕單級(jí)帶式枯燥機(jī)：被枯燥物料由進(jìn)料端經(jīng)加料裝置被均勻分布到輸帶上。輸送帶通常用穿孔的不銹鋼薄板制成，由電機(jī)經(jīng)變速箱帶動(dòng)，可以調(diào)速。枯燥機(jī)箱體通常分隔成幾個(gè)單元，以便獨(dú)立控制運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化操作。枯燥段之間有一隔離段，在此無(wú)枯燥介質(zhì)循環(huán)。