年產(chǎn)1000噸酸性蛋白酶的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

-z.1.前言酸性蛋白酶是一類最適pH值為2.5?5.0的天冬氨酸蛋白酶，相對分子質(zhì)量為30000?40000。酸性蛋白酶主要來源于動(dòng)物的臟器和微生物分泌物,包括胃蛋白酶、凝乳酶和一些微生物蛋白酶。根據(jù)其產(chǎn)生菌的不同，微生物酸性蛋白酶可分為霉菌酸性蛋白酶、酵母菌酸性蛋白酶和擔(dān)子菌酸性蛋白酶.根據(jù)作用方式可分為兩類：一類是與胃蛋白酶相似，主要產(chǎn)酶微生物是曲霉、青霉和根霉等；另一類是與凝乳酶相似，主要產(chǎn)酶微生物是毛霉和栗疫霉等。細(xì)菌中尚未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸性蛋白酶的菌株.由于酸性蛋白酶具有較好的耐酸性，因此被廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、輕工、皮革工藝以及飼料加工工業(yè)中。國外關(guān)于酸性蛋白酶的生產(chǎn)研究從20世紀(jì)初就開場了。1908年，德國科學(xué)家從動(dòng)物的胰臟中提取出胰蛋白酶，并將其用于皮革的鞣質(zhì)。1911年美國科學(xué)家從木瓜中提取木瓜蛋白酶〔在酸性，堿性和中性的條件下都能分解蛋白質(zhì)的酶〕并將木瓜蛋白酶用于除去啤酒中的蛋白質(zhì)渾濁物。自1954年吉田首次發(fā)現(xiàn)黑曲霉可產(chǎn)生酸性蛋白酶以來，國內(nèi)外對微生物發(fā)酵生產(chǎn)酸性蛋白酶進(jìn)展了廣泛的研究。1964年外國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)大孢子黑曲霉突變體能產(chǎn)生兩種不同的酸性蛋白酶，即酸性蛋白酶和酸性蛋白酶。1965年又從血紅色陀螺孔菌，中別離出了一種酸性蛋白酶，并對該酶進(jìn)展了純化和結(jié)晶。1968年從微小毛霉中篩選出了一種酸性蛋白酶，并對其進(jìn)展了純化和酶學(xué)性質(zhì)分析。1995年外國科學(xué)家對煙曲霉酸性蛋白酶的基因進(jìn)展了克隆和測序。2001年又從假絲酵母中篩選出了一種酸性蛋白酶菌株，并對該酶進(jìn)展了核苷酸序列分析和功能分析。國外學(xué)者對曲霉酸性蛋白酶的構(gòu)造和功能等己經(jīng)研究的較為透徹。與國外相比，我國對酸性蛋白酶的研究相對較晚些。1970年上海工業(yè)微生物研究所首先從黑曲霉中篩選出一株產(chǎn)酸性蛋白酶菌株，并和上海酒精廠協(xié)作進(jìn)展中試生產(chǎn)，填補(bǔ)了我國酸性蛋白酶制劑的空白.近年來國內(nèi)在酸性蛋白酶上的研究大都致力于選育產(chǎn)酶活力高、抗逆性好的菌種，并獲得了一些很有應(yīng)用前途的產(chǎn)酶菌株。目前用于酸性蛋白酶生產(chǎn)的高產(chǎn)菌株主要有黑曲霉、宇佐美曲霉和青霉及它們的突變株。李永泉等，對宇佐美曲霉所產(chǎn)的酸性蛋白酶進(jìn)展了發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)研究.戚淑威等對青霉產(chǎn)酸性蛋白酶的適宜條件和酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)展了分析。謝必峰等，采用硫酸銨鹽析法和離子交換層析法別離純化了黑曲霉產(chǎn)酸性蛋白酶，并對其氨基酸組分進(jìn)展了分析。2008年王云等，通過質(zhì)譜指紋法對黑曲霉發(fā)酵液中所產(chǎn)蛋白進(jìn)展了分析比對和鑒定酸性蛋白酶分子生物學(xué)方面的研究，國內(nèi)僅僅集中于凝乳酶和胃蛋白酶方面，有關(guān)真菌酸性蛋白酶的分子生物學(xué)研究報(bào)道很少摘要：本課題設(shè)計(jì)是利用黑曲霉〔Aspergillusniger〕3.350制備酸性蛋白酶，主要從菌種的選育，培養(yǎng)基的配置，滅菌，種子擴(kuò)大培養(yǎng)，和發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)，發(fā)酵車間的物料衡算，發(fā)酵過程的工藝控制，下游加工十點(diǎn)進(jìn)展。闡述了1000噸飼用酸性蛋白酶的制取工藝。其中對發(fā)酵罐做了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。2.菌種的選育2.1菌種的制備不管在過去、現(xiàn)在和將來，微生物是各種生物活性產(chǎn)物的豐富資源。在發(fā)酵前期，微生物的選擇至關(guān)重要，此課題設(shè)計(jì)的是利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)酸性蛋白酶的整體過程。選擇性別離的一般步驟如下：含微生物材料的選擇——材料的預(yù)處理——所需菌種的別離——菌種的培養(yǎng)——菌種初篩——菌種復(fù)篩——性能鑒定——菌種保藏。本實(shí)驗(yàn)選用黑曲霉作為菌種，發(fā)酵生產(chǎn)酸性蛋白酶，該霉菌株在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心的保藏編號為3．350。而黑曲霉〔Aspergillusniger〕生產(chǎn)酸性蛋白酶的工藝流程為：原始菌株→別離純化→紫外線誘變→選育菌株別離純化→亞硝基胍誘變→選育菌株別離純化→選育菌株生產(chǎn)工藝優(yōu)化→傳代試驗(yàn)→選育菌株→斜面菌種→三角瓶菌種→淺盤菌種_________________↓主原料→混料〔水、無機(jī)氮、無機(jī)鹽〕→蒸料→冷卻→接種→發(fā)酵→穩(wěn)定化處理→枯燥→粉碎→包裝→檢測→成品↓粗酶→抽提→過濾→鹽析→沉淀→枯燥粉碎→包裝→檢測→成品2.2菌種的保藏菌種是從事微生物學(xué)以及生命科學(xué)研究的根本材料，特別是利用微生物進(jìn)展有關(guān)生產(chǎn)工業(yè)，更離不開菌種。所以，菌種保藏是進(jìn)展微生物學(xué)研究和微生物育種工作的重要組成局部，其任務(wù)是使菌種不死亡，同時(shí)還要盡可能設(shè)法把菌種的優(yōu)良特性保持下來而不致向壞的方面轉(zhuǎn)化。菌種保藏主要是根據(jù)菌種的生理生化特點(diǎn)，人工創(chuàng)造條件，使孢子或菌體的生長代謝活動(dòng)盡量降低，以減少其變異。一般可通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平、缺氧狀態(tài)、枯燥和低溫，使菌種處于“休眠〞狀態(tài)，抑制其繁殖能力。常用的菌種保藏方法有：斜面冰箱保藏法、沙土管保藏法、菌絲速凍法、石蠟油封存法、真空冷凍枯燥保藏法和液氮超低溫保藏法。此課題中黑曲霉采用真空冷凍枯燥保藏法，預(yù)凍：本實(shí)驗(yàn)采用-80℃預(yù)凍2h后進(jìn)展枯燥。枯燥過程：第一階段枯燥．樣品溫度分別控制在-15℃14h，10℃10h，真空度為150Pa，直到樣品的水分升華除去90%；第二階段枯燥。升高板層溫度至20℃，迅速蒸發(fā)樣品中的剩余水分。該過程大約需要10h。將凍干菌存放于0℃冰箱中備用.3．培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基的類型很多，可以根據(jù)組成、狀態(tài)和用途等進(jìn)展分類，按照用途可以分成孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基。微生物大規(guī)模發(fā)酵設(shè)計(jì)主要用到孢子、種子和發(fā)酵培養(yǎng)基這三種類型。3.1活化培養(yǎng)基黑曲霉的活化培養(yǎng)基的配制如下：斜面培養(yǎng)基：蔗糖30g，NaNO33g，MgSO40.5g，KCl0.5g，F(xiàn)eSO40.01g，K2HPO41g，瓊脂20g，將上述各組分溶于1000mL水中，121℃滅菌20min，備用。3.2種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基是供孢子發(fā)芽、生長和大量繁殖菌絲體，并使菌絲體長的粗壯成為活力強(qiáng)的種子。對于種子培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求比擬豐富和完全，氮源和維生素的含量也比擬高些，濃度以稀薄為好，可以到達(dá)較高的溶解氧，供大量菌體生長和繁殖。黑曲霉的種子培養(yǎng)基為麥芽汁培養(yǎng)基。3.3發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基的要求是營養(yǎng)要適當(dāng)豐富和完全適合于菌種的生理特性和要求，使菌種迅速生長、強(qiáng)健，能在比擬短的周期內(nèi)充分發(fā)揮產(chǎn)生菌合成發(fā)酵產(chǎn)物的能力，但要注意本錢和能耗。黑曲霉3．350發(fā)酵培養(yǎng)基的配方：豆餅粉3.75％,玉米粉0.625％，魚粉0.625％，氯化銨1.0％，氯化鈣0.5％，磷酸二氫鈉0.2％，豆餅石灰水解液10％，pH5.5。3.4補(bǔ)料培養(yǎng)基黑曲霉3．350發(fā)酵培養(yǎng)基的配方：豆餅粉37.5％,玉米粉0.625％，魚粉0.625％，氯化銨1.0％，氯化鈣0.5％，磷酸二氫鈉0.2％，豆餅石灰水解液10％，pH5.5。主要加大豆餅粉的量，起補(bǔ)充碳源，氮源和生長因子之用。4.滅菌生物化學(xué)反響過程中，特別是細(xì)胞培養(yǎng)過程中，往往要求在沒有雜菌污染的情況下進(jìn)展，這是由于生物反響系統(tǒng)中通常含有比擬豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，因而很容易受到雜菌的污染，進(jìn)而產(chǎn)生各種不良的后果：〔1〕由于雜菌的污染，使生物化學(xué)反響的基質(zhì)或產(chǎn)物消耗，造成產(chǎn)率下降；〔2〕由于雜菌所產(chǎn)生的*些代謝產(chǎn)物，或污染后發(fā)酵液的*些理化性質(zhì)的改變，使產(chǎn)物的提取變得困難，造成收得率降低或使產(chǎn)品質(zhì)量下降；〔3〕污染的雜菌可能會分解產(chǎn)物而使生產(chǎn)失?。弧?〕污染的雜菌大量繁殖，會改變反響介質(zhì)的pH，從而使生物化學(xué)反響發(fā)生異常變化；〔5〕發(fā)生噬菌體污染，微生物細(xì)胞被破裂而使生產(chǎn)失敗等。4.1滅菌方法所謂滅菌，就是指用物理或化學(xué)殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過程。常用的滅菌方法有：化學(xué)滅菌、射線滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌和過濾滅菌等。本設(shè)計(jì)采用濕熱滅菌。4.2培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌圖4-1連續(xù)滅菌的流程圖培養(yǎng)基連續(xù)滅菌為在短時(shí)間內(nèi)被加熱到滅菌溫度〔130℃~140℃〕，短時(shí)間內(nèi)保溫〔一般為5~8min〕,升降溫時(shí)間相對較短，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、提高發(fā)酵罐的設(shè)備利用率，蒸汽用量平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，培養(yǎng)基在短時(shí)間內(nèi)被加熱到滅菌溫度，短時(shí)間保溫后快速冷卻，再進(jìn)入早已滅完菌的發(fā)酵罐，這樣不但可以節(jié)省時(shí)間，更重要的是減少了培養(yǎng)基的破壞率。對補(bǔ)料培養(yǎng)基的滅菌方法跟發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌方法一樣都是濕熱滅菌，其加熱蒸汽壓力要求較高，一般不小于0.45MPa。連續(xù)滅菌流程如上圖。影響滅菌效果的因素有：微生物的種類和數(shù)量；培養(yǎng)基的性質(zhì)、濃度、成分；滅菌的溫度和時(shí)間。滅菌原理：對數(shù)殘留定律〔對培養(yǎng)基進(jìn)展?jié)駸釡缇鷷r(shí)，培養(yǎng)基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比〕。4.3空氣滅菌此課題以空氣為氧源。根據(jù)國家藥品質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的要求，生物制品、藥品的生產(chǎn)場地業(yè)需要符合空氣干凈度的要求。獲得無菌空氣的方法有：輻射滅菌、化學(xué)滅菌、加熱滅菌、靜電除菌、過濾介質(zhì)除菌等。過濾介質(zhì)除菌是目前發(fā)酵工業(yè)中空氣除菌的主要手段，常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無機(jī)燒結(jié)材料等。4.3.1過濾除菌流程及設(shè)備過濾除菌流程圖如圖4-1所示：1-粗過濾器；2-壓縮機(jī)；3-貯罐；4，6-冷卻器；5-旋風(fēng)別離器；7-絲網(wǎng)除沫器；8-加熱器；9-空氣過濾器圖4-1空氣除菌設(shè)備流程圖4.3.2無菌空氣的檢查無菌檢查方法有肉湯培養(yǎng)法、斜面培養(yǎng)法和雙碟培養(yǎng)法。這里采用斜面培養(yǎng)法進(jìn)展無菌空氣的檢查，具體方法為：500ml三角瓶內(nèi)裝斜面培養(yǎng)基50ml，接種后置旋轉(zhuǎn)式搖床上，30℃下培養(yǎng)24h后觀察有無菌落形成。4.4發(fā)酵罐的滅菌發(fā)酵罐的滅菌可采用空罐滅菌，此處采用空罐滅菌?？展逌缇菍⑺械耐饪诙忌晕⒎_，然后通入水蒸汽，讓水蒸汽盡量通過每一個(gè)菌落到達(dá)滅菌效果。具體方法是：在121℃滅菌80分鐘。5．種子擴(kuò)大培養(yǎng)本發(fā)酵屬于一級種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，二級發(fā)酵。設(shè)計(jì)流程圖如圖5-1：發(fā)酵罐種子罐錐形瓶斜面發(fā)酵罐種子罐錐形瓶斜面圖5-1種子擴(kuò)大培養(yǎng)流程圖5.1種子制備將菌種接種于活化斜面培養(yǎng)基培養(yǎng),30℃活化24h。活化后的菌種用生理鹽水洗下，轉(zhuǎn)接于搖瓶種子培養(yǎng)基,接種量5%~6%，30℃培養(yǎng)12h。經(jīng)搖瓶培養(yǎng)后的種子，以接種量5%接種于種子罐，30℃培養(yǎng)12h，菌種濃度到達(dá)108~109個(gè)/mL。5.2發(fā)酵罐培養(yǎng)將擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌種以5%的接種量接入發(fā)酵罐中，發(fā)酵溫度控制在30℃，罐壓0.5㎏/cm2，發(fā)酵過程中通過流加Na0H溶液控制發(fā)酵液pH。根據(jù)菌體濃度、pH決定具體發(fā)酵時(shí)間為35.5h。發(fā)酵過程中采用自動(dòng)攪拌器，將轉(zhuǎn)速控制在100r/min，使流加堿液與發(fā)酵液快速混合均勻。6．發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)廣東省微生物研究所通過改變搖瓶裝液量和轉(zhuǎn)速來考察溶氧對黑曲霉菌種的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：在250ml的三角瓶中裝液量為100ml，轉(zhuǎn)速150r/min酶活最高，裝液量過多或過少，產(chǎn)酶量較低。搖床轉(zhuǎn)速較低時(shí)，通氣量不夠，生長較慢，產(chǎn)酶量也低。當(dāng)搖床轉(zhuǎn)速過快時(shí)，產(chǎn)酶量也不高，可能是菌絲斷裂過度。培養(yǎng)基中的營養(yǎng)主要被菌體用于自身的生長。此課程設(shè)計(jì)中選擇使用機(jī)械攪拌式通風(fēng)發(fā)酵罐。機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用類型。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供應(yīng)微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。6.1發(fā)酵罐的構(gòu)造機(jī)械攪拌式通風(fēng)發(fā)酵罐的主要組成部件有：罐體、攪拌器、軸封、消泡器、聯(lián)軸器、中間軸承、空氣吹泡管(或空氣噴射器)、擋板、冷卻裝置、人孔以及管路等。6.2發(fā)酵罐罐體的幾何尺寸計(jì)算1.發(fā)酵罐普遍H0/D=1.97，而酸性蛋白酶對空氣有一定要求，為了使之更大面積的承受氧氣，黑曲霉所用發(fā)酵罐設(shè)計(jì)為矮胖形，即：H0/D=1.63，從通風(fēng)角度講，空壓機(jī)為無油潤滑一級壓縮,出口壓力0.3MPa。壓縮空氣經(jīng)過約60m米以上路程才送到發(fā)酵車間,管道阻力加上空氣過濾器阻力,空氣壓降厲害,假設(shè)大型發(fā)酵罐再設(shè)計(jì)成瘦高形,勢必會增加液柱高度,直接影響到進(jìn)罐通風(fēng)管口空氣的壓頭和流速,假設(shè)空壓機(jī)房貯氣筒壓頭稍有波動(dòng)產(chǎn)生下降,發(fā)酵罐進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速無噴力,對供氣量及溶氧帶來不利影響。所以大型發(fā)酵罐設(shè)計(jì)成矮胖形可降低液柱高度,有利通風(fēng)溶氧。2.發(fā)酵罐上下封頭采用十二塊西瓜片拼裝而成,頂部中心太陽板直徑Φ1800，在現(xiàn)場施工拼裝，解決了封頭整體成形無法運(yùn)輸?shù)睦щy。3.傳動(dòng)部采用臥式電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)大型減速箱直接帶動(dòng)攪拌軸,就是減速箱內(nèi)設(shè)一對弧形傘齒輪使進(jìn)軸作90°變向用聯(lián)軸節(jié)通過十二根尼龍銷棒聯(lián)接臥式電動(dòng)機(jī)。既降低了設(shè)備安裝高度,又給安裝維修帶來了很大方便,如圖：圖6-1傳動(dòng)部臥式電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸圖四臺發(fā)酵罐采用二種減速箱,前二臺罐為迸口減速箱,減速箱內(nèi)裝有一對直齒輪和一對弧形傘齒輪,構(gòu)造簡單,維修方便,一般只有傘齒輪及進(jìn)軸、軸承損壞要維修更新。后二臺罐采用國產(chǎn)福州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的行星齒輪箱,箱內(nèi)加設(shè)一對弧形傘齒輪使進(jìn)軸作90°變向,由聯(lián)軸節(jié)與臥式電動(dòng)機(jī)相聯(lián)。與進(jìn)口減速箱比,構(gòu)造復(fù)雜、行星輪壞很難修理。4.減速箱下傳動(dòng)架上傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)安放一部軸承座,內(nèi)裝中型普通軸承一粒,輕型平面受力軸承一粒，軸承上端軸頭由夾殼聯(lián)軸節(jié)與減速箱出軸聯(lián)接。設(shè)計(jì)少放一部軸承降低傳動(dòng)架約米的高度,增強(qiáng)了減速箱及電機(jī)在罐頂上的穩(wěn)定性。罐內(nèi)設(shè)計(jì)放二部軸瓦來定位罐內(nèi)軸與上主軸的同心度,上部軸瓦在盤管上方,下部軸瓦安裝在軸端。軸瓦、軸套材質(zhì)均為鑄鐵。只要上下軸垂直同心度裝得好,軸瓦、軸套半年到一年更換一次。5.對發(fā)酵罐來講,冷卻面積及冷卻管的設(shè)計(jì)非常重要,既要考慮排作形式,又要起到最好冷卻效果,還要便于安裝維修。設(shè)計(jì)中采取盤管式,列管式同時(shí)采用的做法,加設(shè)盤管組相對來講好布置,可利用盤管間之間隙當(dāng)樓梯用,給安裝及今后維修帶來很大方便。加設(shè)列管組可彌補(bǔ)全用盤管時(shí)需用冷卻面積的管量放不下和盤管無檔板作用的缺點(diǎn)。考慮罐徑大,放熱量集中冷卻效果一定要好,所以又在冷卻管的合理進(jìn)出水上做文章,采用快進(jìn)快出的接收法,就是把盤管列管分成多組,使冷卻水分成多路進(jìn)多路出,以水在冷卻管內(nèi)1.5米/秒停留1分鐘來分組。與發(fā)酵液熱交換后的熱水聚集總管進(jìn)熱水池、再用泵送冷卻塔,冷卻后的水進(jìn)冷水池,由泵供送發(fā)酵罐進(jìn)水用。原則冷卻塔循環(huán)水量要大于發(fā)酵用水量約倍,保證熱水通過冷卻塔及時(shí)降溫到氣溫夏天滿足發(fā)酵冷卻用水的需要,如圖圖6-2發(fā)酵罐冷卻管設(shè)計(jì)6.攪拌槳葉形式及檔次直接影響到產(chǎn)酸及攪拌功率,由于罐體矮胖形,罐徑大,，設(shè)計(jì)采用大槳葉,低轉(zhuǎn)速。底道槳Φ1900，八彎葉,中道槳小,六彎葉,轉(zhuǎn)速65r.p.m。所以,采用高通風(fēng),大槳葉,低轉(zhuǎn)速攪抖,可降低攪拌功率,同樣到達(dá)高產(chǎn)酸的效果。槳葉葉片做成可裝拆式,部件拿進(jìn)罐內(nèi)后組裝,用不銹螺栓把葉片鎖緊在園盤上,給運(yùn)輸安裝帶來方便,司時(shí)罐頂人孔可縮小,開Φ600即可。八萬葉輪尺寸如下：葉徑d=0.365D=0.365×5200=1900mm，盤徑d=0.62d=0.62×1900=1175mm，葉片高h(yuǎn)=0.15d=0.15×1900=280mm，葉片弧長L=0.4d=0.4×1900=760mm，風(fēng)管：罐壓：0.02MPa，罐溫：35℃，培養(yǎng)基量：最大通風(fēng)比1：0.38時(shí)120m3。液柱高度：H=7.3米，風(fēng)管出口壓P=0.193MPa。貯氣筒壓頭P〔供氣最低壓力〕：空氣輸送管道阻力0.02MPa，二級空氣過濾器阻力0.04MPa。故P=0.02+0.04+0.193=0.253MPa〔絕對壓力〕7.進(jìn)風(fēng)管采用盤管式〔管徑根據(jù)通風(fēng)量計(jì)算,在盤管上放二付不銹法蘭,便于安裝及今后清洗，盤管徑等于低道槳徑。盤管放在底道槳葉片下面,盤管下方開三排小孔,，二排成45°角，小孔徑Φ4~6，穿插排列、這樣有利于罐底部液體的攪拌和通風(fēng),且不易被固體物堵塞,孔數(shù)根據(jù)盤管內(nèi)截面積計(jì)算,小孔總面積鎮(zhèn)盤管內(nèi)截面積,使風(fēng)通過各個(gè)小孔時(shí)有產(chǎn)生噴力。8.罐體支座設(shè)計(jì)成由六根園柱腳支承整臺罐體放在盆形的水泥墩上,放料管從罐底中接出斜穿過水泥墩壁排水孔引接到打料泵送等電點(diǎn)提取。防止了裙座造成罐底難清洗,死角多,長雜菌、難消毒的缺點(diǎn)。整臺罐底下通風(fēng)好,陽光照,清洗消毒非常方便。9.利用下軸瓦座筒形架下部四孔封上2目不銹鋼網(wǎng)來捕集罐內(nèi)螺褚全、螺母等另部件的脫落回收,給查罐時(shí)及時(shí)提供維修信息,保證了放料閥、打料泵不易損壞,使用平安可靠性。6.3發(fā)酵罐壁厚6.3.1罐體壁厚δ1=pD/(2σψ-p)+C〔6-2〕式〔6-2〕中：p—耐受壓強(qiáng)〔取0.25MPa〕ψ—焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0σ—設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力〔不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150℃,137MPa〕C—腐蝕裕度，當(dāng)δ-C<10mm時(shí)，C=3mm解得罐體壁厚δ1=pD/(2σψ-p)+C=0.25×1500/〔2×137×0.8-0.25〕+3=4.7mm取整為δ1=5mm6.3.2封頭壁厚δ2=pDy/(2σψ)+C〔6-3〕式〔6-3〕中：p—耐受壓強(qiáng)〔取0.25MPa〕y—開孔系數(shù)，取2.3ψ—焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0σ—設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力〔不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150℃,137MPa〕C—腐蝕裕度，當(dāng)δ-C<10mm時(shí)，C=3mm解得封頭壁厚δ2=pDy/(2σψ)+C=0.25×1500×2.3/〔2×137×0.8〕+3=6.9mm取整為δ2=7mm6.4發(fā)酵罐個(gè)數(shù)確實(shí)定年產(chǎn)量為1000噸，一年有300個(gè)工作日，黑曲霉發(fā)酵周期T=48h=2d，其中清理發(fā)酵罐1天，產(chǎn)量為50g/L，罐壓0.5㎏/㎝2。查相關(guān)資料有：酸性蛋白酶發(fā)酵周期48h，清理及維修發(fā)酵罐時(shí)間為1天，則發(fā)酵總時(shí)間為3天，產(chǎn)量為50g/L,滅菌時(shí)間為5h，發(fā)酵液預(yù)處理收率約為90%，提取時(shí)的收率約為95%，濃縮枯燥收率為90%，裝料系數(shù)為60%一年需放罐的次數(shù)：300÷3=100次每批次產(chǎn)酸性蛋白酶1000/100=10噸總提取率為：90%×95%×90%=76.95%假設(shè)用一臺發(fā)酵罐，則發(fā)酵罐的體積V=10×1000/76.95%/60%/50=433.2m3選發(fā)酵罐的公稱體積為200m3，則需要發(fā)酵罐3個(gè)，則購置4臺發(fā)酵罐，一臺備用。6.5發(fā)酵罐附屬構(gòu)造的計(jì)算6.5.1攪拌器攪拌槳葉形式及檔次直接影響到產(chǎn)酸及攪拌功率,由于罐體矮胖形,罐徑大,，設(shè)計(jì)采用大槳葉,低轉(zhuǎn)速。底道槳Φ1900，八彎葉,中道槳小,六彎葉,轉(zhuǎn)速65r.p.m。所以,采用高通風(fēng),大槳葉,低轉(zhuǎn)速攪抖,可降低攪拌功率,同樣到達(dá)高產(chǎn)酸的效果。槳葉葉片做成可裝拆式,部件拿進(jìn)罐內(nèi)后組裝,用不銹螺栓把葉片鎖緊在園盤上,給運(yùn)輸安裝帶來方便,司時(shí)罐頂人孔可縮小,開Φ600即可。八萬葉輪尺寸如下：葉徑d=0.365D=0.365×5200=1900mm，盤徑d=0.62d=0.62×1900=1175mm，葉片高h(yuǎn)=0.15d=0.15×1900=280mm，葉片弧長L=0.4d=0.4×1900=760mm，風(fēng)管：罐壓：0.02MPa，罐溫：35℃，培養(yǎng)基量：最大通風(fēng)比1：0.38時(shí)120m3。液柱高度：H=7.3米，風(fēng)管出口壓P=0.193MPa。貯氣筒壓頭P〔供氣最低壓力〕：空氣輸送管道阻力0.02MPa，二級空氣過濾器阻力0.04MPa。故P=0.02+0.04+0.193=0.253MPa〔絕對壓力〕6.5.2手孔、視鏡、溫度計(jì)和工藝接收手孔：由?平蓋手孔?(JB/T589-1979)或?板式平焊法蘭手孔?(HG21529-1995)，選用光滑密封面的平蓋手孔APNl，DN250JB/T589-1979。視鏡：由標(biāo)準(zhǔn)?壓力容器視鏡?(HG/T21619-21620-1986)或?組合式視鏡?(HG21505-1992)，選用碳鋼帶頸視鏡IPNl，DN80(HG/T21619-21620-1986)。溫度計(jì)：加強(qiáng)套管溫度計(jì)的選用可以參考生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄，這里取公稱長度1430mm，配凸面板式平焊管法蘭PNO.6MPa，DN65，HG20593--1997(?板式平焊鋼制管法蘭?)。工藝接收：(?鋼制管法蘭型式、參數(shù)(歐洲體系)?)。進(jìn)料管口采用Ф57×3.5無縫鋼管，配法蘭PNo.6，DN50，HG20592-1997出料管口采用Ф76×4無縫鋼管，配法蘭PNo.6，DN65，HG20592-1997加熱蒸汽進(jìn)口管采用Ф38×3.5無縫鋼管，配法蘭PNO．6，DN32，HG20592-1997冷凝液出口管和壓力表接收都選用Ф32×3.5無縫鋼管，配法蘭PNO.6,DN25,HG20592-1997平安閥接收采用Ф45×3.5無縫鋼管，配法蘭PNO.6，DN40，HG20592-19976.6發(fā)酵設(shè)備一覽表通過設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，可列出淀粉酶生產(chǎn)的所有設(shè)備，如表4-1表6-61000t/a酸性蛋白酶生產(chǎn)車間設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱臺數(shù)規(guī)格與型號材料1發(fā)酵罐6公稱容積200m3,5200mmA3鋼2種子罐3公稱容積5m3,1400mmA3鋼3種子罐分過濾器340mmA3鋼4發(fā)酵罐分過濾器6300mmA3鋼5連消塔1350×2600mmA3鋼6維持罐1V=4m3A3鋼7噴淋冷卻器1F=171.9m2A3鋼8螺旋板換熱器1F=20m2A3鋼9預(yù)處理罐3V=100m3A3鋼10硅藻土過濾機(jī)3WK500-AA3鋼11真空濃縮鍋1SZN—1200A3鋼12鹽析罐1V=50m3A3鋼13板框壓濾機(jī)5*YJ800A3鋼14物料泵4GNF64×4機(jī)體鑄鐵15清水泵4JL×20-36-G機(jī)體鑄鐵16空氣壓縮機(jī)34L-40/2-3.2A3鋼17空氣貯罐11300mmA3鋼18油水別離器1600mmA3鋼19絲網(wǎng)別離器1120mmA3鋼20熱交換器4JM220QFA3鋼7．發(fā)酵車間的物料衡算7.1工藝技術(shù)指標(biāo)及根底數(shù)據(jù)7.1.1主要技術(shù)指標(biāo)見表7-1表7-1黑曲霉主要技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模(G)t/a1000產(chǎn)品純度%95年生產(chǎn)天數(shù)(D)d/a300接種量%5產(chǎn)品質(zhì)量(U)IU/mg50發(fā)酵罐裝料系數(shù)(η1)%60倒罐率(η0)%2.0放罐發(fā)酵單位(Um)IU/ml8000發(fā)酵周期(T)d3提取總收率(η2)%777.1.2培養(yǎng)基〔g/L〕黑曲霉3．350發(fā)酵培養(yǎng)基的配方：豆餅粉3.75％,玉米粉0.625％,魚粉0.625％,氯化銨1.0％,氯化鈣0.5％,磷酸二氫鈉0.2％,豆餅石灰水解液10％,pH5.5.菌種培養(yǎng)基的配置：查氏培養(yǎng)基NaNO32g，KHPO41g，KCl0.5g，MgSO45g，F(xiàn)eSO40.01g，蔗糖30g，瓊脂15g，水1000ml，pH自然。7.2發(fā)酵車間的物料衡算7.2.1放罐成熟發(fā)酵液量成熟發(fā)酵液放罐單位為Um=8000IU/mL，生產(chǎn)G=1000t酸性蛋白酶發(fā)酵液量為：V0=(G×U)/(Um×η2×98%×95%)〔7-1〕式〔7-1〕中：G—生產(chǎn)規(guī)模U—產(chǎn)品質(zhì)量Um—放罐發(fā)酵單位95%—產(chǎn)品的純度98%—除去倒罐率2%后的發(fā)酵成功率7.2.2放罐成熟發(fā)酵液量V0分為三局部組成底料V1=156960×84%=131846.4m3種液量V2=156960×5%=7848m3補(bǔ)料液V3=156960×11%=17265.6m37.2.3培養(yǎng)基各組分耗用量豆餅粉耗用量：m1=3.75％×156960=5886玉米粉耗用量：m2=0.625％×156960=981,魚粉耗用量：m3=0.625％×156960=981氯化銨耗用量：m4=1.0％×156960=1569.6氯化鈣耗用量：m5=0.5％×156960=7784.8磷酸二氫鈉耗用量：m6=0.2％×156960=313.92豆餅石灰水解液耗用量：m7=10％×156960=15696pH5.57.3物料衡算表表7-31000t/a黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)物料衡算表物料名稱1000t/a黑曲霉生產(chǎn)的物料量每周期物料量豆餅粉/㎏玉米粉/㎏魚粉/㎏氯化銨/㎏氯化鈣㎏磷酸二氫鈉/㎏豆餅石灰水解液/㎏HCI58869819811569.67784.8313.9215696據(jù)情況而定588.698.198.1156.96778.4831.392156.96據(jù)情況而定7.4簡單的物料衡算放罐發(fā)酵單位Um=8000IU/mL，折合成產(chǎn)量為50g/L，折合系數(shù)為k=1.6×105IU/g。本設(shè)計(jì)采用3個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)為200m3，酸性蛋白酶的產(chǎn)量50g/L，提煉總收率為95%，裝料系數(shù)為60%，濃縮枯燥收率為90%，產(chǎn)品純度為95%，則：每個(gè)發(fā)酵罐在一個(gè)發(fā)酵周期中酸性蛋白酶的產(chǎn)量為：200×50×95%×60%,90%×95%=4873.5㎏則3個(gè)發(fā)酵罐一年的總產(chǎn)量為：〔4873.5×300/3〕×3=1462050㎏=1462.05t在后期損耗合理的情況下，故符合年產(chǎn)1000t的生產(chǎn)要求。8．發(fā)酵過程的工藝控制8.1發(fā)酵過程的補(bǔ)料策略中間補(bǔ)料是在發(fā)酵過程中補(bǔ)充*些營養(yǎng)物料、水或產(chǎn)酶促進(jìn)劑，以滿足微生物的代謝活動(dòng)和產(chǎn)酶需要。由于黑曲霉發(fā)酵周期短，故采用補(bǔ)料分批發(fā)酵。在補(bǔ)料分批發(fā)酵中，初始發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米粉濃度為3.75g/100ml,從發(fā)酵第3h開場恒速〔200L/h〕補(bǔ)入原培養(yǎng)液，其中玉米粉濃度變?yōu)樵弦菏?7.5g/100ml，每隔1h取樣一次，不適宜處加以微調(diào)。8.2發(fā)酵過程pH值的控制各種微生物需要在一定的pH環(huán)境中方能正常生長繁殖。黑曲霉酸性蛋白酶的最適pH是2.5~2.7，但黑曲霉3．350發(fā)酵產(chǎn)生酸性蛋白酶培養(yǎng)基的最初濃度應(yīng)調(diào)節(jié)為4.5~5.5左右。一般控制在5.5。8.3發(fā)酵過程溫度的控制溫度對微生物的生長、產(chǎn)物的合成和代謝調(diào)節(jié)有重要作用。溫度變化一方面影響各種酶反響的速率和蛋白的性質(zhì)，另一方面影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)。不同的菌種有著不同的最適溫度。黑曲霉發(fā)酵溫度控制在30℃左右最適宜。8.4發(fā)酵過程溶氧的控制液體深層培養(yǎng)中大局部微生物在合成蛋白酶時(shí)需要強(qiáng)烈攪拌通風(fēng)。氧是黑曲霉生物合成酸性蛋白酶必須的，通風(fēng)量較大對產(chǎn)酸性蛋白酶有利，通風(fēng)氣量缺乏對黑曲霉菌絲體的生長無明顯影響，但對酶產(chǎn)量有嚴(yán)重的影響，通風(fēng)量對產(chǎn)酶的影響在培養(yǎng)前期更為明顯，短暫停頓通風(fēng)攪拌會導(dǎo)致酶產(chǎn)量急劇下降。因此發(fā)酵工程中應(yīng)控制好通風(fēng)量，0~24h為1:0.25,24~48h為1:0.5,48h至完畢為1:1.0，發(fā)酵周期為72h左右。8.5發(fā)酵過程氧載體的控制在發(fā)酵過程中，在發(fā)酵培養(yǎng)基中參加正十二烷、全氟化碳，液態(tài)烷烴(為12—16碳直鏈烷烴混合物)等氧載體，使培養(yǎng)基中氧傳遞速度加快，產(chǎn)生氣泡少，剪切力小，能明顯提高菌株產(chǎn)酸性蛋白酶的量。8.6發(fā)酵過程染菌的控制在工業(yè)發(fā)酵中，染菌輕則影響產(chǎn)品的質(zhì)和量、重則倒罐或停產(chǎn)、影響工廠效益。因此要嚴(yán)格要求無菌操作，種子滅菌要徹底，凈化空氣設(shè)備，操作要慎重，設(shè)備滅菌要徹底。假設(shè)在前期染菌，應(yīng)重新滅菌；中期染菌，應(yīng)偏離雜菌生長條件；后期染菌，可提前或及時(shí)放罐。可能出現(xiàn)的異常發(fā)酵現(xiàn)象：〔1〕培養(yǎng)基變?。嚎赡苁鞘删w污染或營養(yǎng)成分缺乏，也可能是設(shè)備滲漏或滅菌完成后冷凝水過多；〔2〕培養(yǎng)基過濃：會抑制微生物的生長，考慮可能是污水污染、滅菌時(shí)水分散失過多，或微生物生長速率過慢；〔3〕耗糖慢：可能是環(huán)境問題，或種子生長能力降低，檢測種子是否衰退，發(fā)酵條件是否適宜，以及營養(yǎng)成分是否全面，尤其注意缺磷；〔4〕pH值不正常：用緩沖對來調(diào)節(jié)，檢查是否染菌，碳氮比是否適宜；〔5〕生長緩慢：最可能的原因就是營養(yǎng)成分缺乏或細(xì)胞本身出現(xiàn)問題。9．下游加工下游加工過程是生物工程的一個(gè)組成局部，是生物化工產(chǎn)品通過微生物發(fā)酵過程、酶反響過程或動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)獲得，以上述發(fā)酵液、反響液或培養(yǎng)液別離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過程。9.1下游加工工藝流程將發(fā)酵液過濾得到濾液，然后參加單寧酸沉淀，離心得到酸性蛋白酶與單寧酸的復(fù)合物，