微生物復(fù)合菌劑生產(chǎn)工藝流程與設(shè)計.doc

1、 微生物復(fù)合菌劑生產(chǎn)工藝流程與設(shè)計（附簡圖)一生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作 （1）生產(chǎn)用菌種的鑒定:主要包括純度鑒定，生產(chǎn)性能的檢查，有無雜菌污染。還有就是菌種的活性，重要特性有無退化等。 （2）如菌種已發(fā)生功能性改變或被雜菌污染，還需要進行菌種的純化或或復(fù)壯。 （3）其次在規(guī)模生產(chǎn)之前，還要通過實驗室中試，確定該菌群的最適生長溫度，ph，發(fā)酵培養(yǎng)基的最適成分與比例；生長曲線的繪制與最適培養(yǎng)時間的確定。我們一般選取對數(shù)生長期的菌體（絲）做為生產(chǎn)發(fā)酵用的菌種。最佳接種量與裝液量的控制。二實驗室菌種的活化與種子培養(yǎng)階段：（1）將冷凍保藏管中的菌種在斜面中活化（37 24h），并在平板中進行純化（37 24h）

2、。最終得到斜面菌種或菌種斜面。斜面培養(yǎng)基成份葡萄糖牛肉膏蛋白胨nacl瓊脂ph組成比例0.1%1%1%0.5%2.0-2.5%7.0-7.2（2）搖瓶培養(yǎng)階段: 取一環(huán)純化后的的菌種，接入裝量為20ml種子培養(yǎng)基的250ml三角瓶中，置于180r/min中搖床中培養(yǎng) (37 18h)。 分別取1ml的種子液 ,接入五個盛有20ml發(fā)酵培養(yǎng)基的250 ml 三角瓶中。置于180 r/ min搖床中 培養(yǎng)（37 24h） 。接種量為三角瓶實際培養(yǎng)基裝量的4-5%.ph控制在7.0-7.5之間。培養(yǎng)基組成見下表：搖瓶種子培養(yǎng)基成分葡萄糖尿素硫酸鎂磷酸氫二鉀玉米漿硫酸亞鐵硫酸錳ph各組成成分比例（%）

3、2.50.50.040.12.5-3.52ppm2ppm7.0（注；1ppm=1mg/l)三生產(chǎn)車間多級種子罐發(fā)酵階段：工藝流程 工藝條件 中控 全部設(shè)備滅菌 121125蒸汽0.103mpa0.168 mpa0.5h1.0h一級種子罐配料種子罐一級種子罐 ph值檢測培養(yǎng)基加料體積50%75%，實際為60%ph6.57.5 一級種子罐滅菌精密試紙或ph計121125蒸汽0.103mpa0.168 mpa0.5h1.0h一級種子罐降溫滅菌空氣2535常壓一級種子罐接種搖瓶菌種物料量的0.5-5%.實際接種量為1%一級種子罐發(fā)酵滅菌空氣2535鏡檢：2436h菌體的形態(tài)、密度消泡劑芽孢形成率80%

4、攪拌轉(zhuǎn)速：180r/min 二級種子罐重復(fù)上述操作和參數(shù)控制其中，由搖瓶菌種向一級種子罐的接種量，控制在一級種子罐實際裝料量的0.5%-5.0%;ph控制在6.5-7.5;發(fā)酵溫度控制在2535；裝料量控制在種子罐公稱容積的60%左右。攪拌轉(zhuǎn)速控制為180r/min. 二級種子罐的具體工藝操作和參數(shù)控制和一級種子罐大體相同。二級種子罐培養(yǎng)基成分應(yīng)盡可能的接近主體發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分。通過上述二級種子罐發(fā)酵培養(yǎng)，我們大致可以得到450l的發(fā)酵種子液。（計算如下：0.6*0.01*v=0.225l由此可得v=37.5l即通過一級種子發(fā)酵，我們可以得到22.5l的發(fā)酵菌體或菌絲。二級種子罐的接種量為5%

5、。即0.6*0.05*v=22.5l)即v=750l.即通過二級種子發(fā)酵，我們大致可以得到450l的二級種子發(fā)酵液。二級種子罐培養(yǎng)基成分如下表培養(yǎng)基成分水解糖玉米漿磷酸二氫鉀硫酸鎂尿素鐵元素(mg/l)錳元素(mg/l)ph百分含 量（%）2.52.5-3.50.150.040.4226.8-7.2四主體發(fā)酵階段（1）發(fā)酵罐主要部件的設(shè)計與選型（具體設(shè)計部分見附頁）主要部件包括：罐體，攪拌器，聯(lián)軸器，軸承，軸封，擋板，空氣分布器，換熱裝置，傳動裝置，消泡器，人孔試鏡，以及管路等。(2)通過實驗我們可以知道:最佳裝液量為（50%-75%）罐體公尺容積；最佳接種量（1%-5%)實際裝液量；發(fā)酵溫度

6、控制在2535；ph控制在6.8-7.2；攪拌轉(zhuǎn)速180-200r/min.轉(zhuǎn)速過快會對菌絲體產(chǎn)生破壞，轉(zhuǎn)速過慢易產(chǎn)生發(fā)酵泡沫，而且會因為溶解氧不足而影響微生物的生長繁殖。（3）具體發(fā)酵時間和發(fā)酵終點的確定，要通過鏡檢來觀察微生物菌體的形態(tài)，密度，以及芽孢形成率80%。最終來確定發(fā)酵時間和發(fā)酵終點。我們一般選取對數(shù)生長末期的菌體菌絲做為發(fā)酵終點。因為此時微生物代謝活性最高，菌體數(shù)目最多。(4)主體發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分及比例:培養(yǎng)基成分水解糖甘蔗蜜糖尿素（初尿）磷酸氫二鉀硫酸鎂硫酸亞鐵(ppm)硫酸錳(ppm)水ph含量（%)130.150.60.170.062280-906.8-7.2（5）主體發(fā)

7、酵罐操作工藝流程框圖 二級種子罐發(fā)酵液發(fā)酵罐配料發(fā)酵罐培養(yǎng)基加料體積50%75%發(fā)酵罐 ph值檢測ph6.57.5精密試紙或ph計蒸汽發(fā)酵罐滅菌121125 0.103mpa0.168 mpa0.5h1.0h發(fā)酵罐降溫2535滅菌空氣 常壓 發(fā)酵罐發(fā)酵滅菌空氣2535鏡檢： 消泡劑 2436h 菌體的形態(tài)、密度芽孢形成率80%儲罐常溫常壓 液態(tài)菌劑固形物含量1020% 附頁部分一。復(fù)合菌劑生產(chǎn)工藝流程簡圖二。發(fā)酵罐主體部件的設(shè)計 發(fā)酵罐的種類很多，但是由于其他類型發(fā)酵罐應(yīng)用的產(chǎn)品范圍較窄，其流行程度遠不如機械攪拌發(fā)酵罐，約92%的發(fā)酵工廠在使用機械攪拌發(fā)酵罐。它的主要部件包括：罐體，攪拌器，聯(lián)

8、軸器，軸承，軸封，擋板，空氣分布器，換熱裝置，傳動裝置，消泡器，人孔試鏡，以及管路等。(一)幾何尺寸1.罐體計算： 設(shè)計月生產(chǎn)量270噸，則日平均產(chǎn)量為9噸。設(shè)計有效裝液量為罐體公稱容積的60%。則可知v=15000l一般h/d=2.5較好，現(xiàn)在發(fā)展趨勢是h/d越來越小，已達1.8左右。現(xiàn)設(shè)計h/d=2(其中h罐體高度,d為發(fā)酵罐內(nèi)徑），則由；h/d=2.可知罐體高度h=4m;發(fā)酵罐內(nèi)徑d=2m。 罐體各部分材料多采用不銹鋼，如1cr18ni9ti,0cr18ni9,或瑞典316l。罐體必須能承受發(fā)酵工作時和滅菌時的工作壓力和溫度。通常要求耐受130度和0.25mpa的絕壓。2、攪拌器直徑和幾

9、何尺寸 高徑比：對于檔數(shù)：通用罐d/d1=3，只能適合罐容積不太大的場合；當(dāng)罐較大時，d/d1=3-4。根據(jù)需要，現(xiàn)設(shè)計采用圓盤渦輪式攪拌器。攪拌器葉輪直徑d1=1/3d=2/3m。3、封頭： 采用橢圓形或碟形封頭，當(dāng)v5m3時，封頭與罐體間采用法蘭連接；當(dāng)v5m3時，封頭與罐體間采用焊接；4、擋板： 擋板的作用是防止液面中央產(chǎn)生旋渦，促使液體激烈翻動，提高溶解氧。擋板寬度為（0.1-0.12）d。當(dāng)滿足全擋板條件時，增加罐內(nèi)附件，軸功率不變。 wz/d=0.5 即：(0.1-0.12)z=0.5 即擋板寬度w=0.2m5、管口位置：人孔：為了便于操作和維修，封頭上的人孔離操作層高度在0.7m

10、左右，大小為500450cm ;封頭上其它管口，在滿足工藝的同時應(yīng)方便操作。檢測點：在下攪拌與第二檔攪拌之間?？諝夤埽嚎砷_在封頭上，也可開在罐身上。取樣口：開在罐身上。冷卻水管口：夾套冷卻，冷卻水進口在罐底，出口在罐身上部；冷卻管冷卻，進出口多在上部。物料出口：開在罐底，稍微偏離罐底中心，也可開在罐身或罐頂，由一根管插入接近罐底最底處。補料管：消泡、流加糖從罐頂加入；補氨水、液氨從空氣管道加入。消泡電極:接口在罐頂封頭上。6、罐裝料容積的計算 公稱容積：罐身部分和底封頭的容積之和（與貯罐相區(qū)別）。 v=v1+v2= d2(h0+ha+d/6)/4 （ha可忽略不計） 罐實際裝料量：v0=v (

11、 =0.6-0.85) 圓筒部分裝料高度： hl=4（ v v封）/ d2 液柱高度：h= hl + ha+hb 7、空氣分布裝置(1) 單孔管：布置于罐底，結(jié)構(gòu)簡單，開口向下式可消除罐底固形物積淀，但對封頭沖蝕嚴(yán)重；開口向上式對罐底物料混合不好；(2) 多孔環(huán)管：在環(huán)形管底部鉆有許多小孔，氣體分布比較均勻，但易使物料堵塞小孔，引起滅菌不徹底；(3) 環(huán)形多支管：在環(huán)形管底部設(shè)置4-6根“l(fā)”型支管，開口均朝發(fā)酵罐中心線，結(jié)構(gòu)簡單但對罐底沉積物的清除往往不徹底。(4)一般在發(fā)酵工業(yè)中通常采用單管空氣分布器。空氣分布器在攪拌器下方的罐底中間位置，管口向下，空氣直接通入發(fā)酵罐的底部。管口與罐底距離

12、為40mm,管徑可按空氣流速20m/s左右計算。(二) 換熱裝置（1）換熱方式： 1、夾套換熱：應(yīng)用于v20m3，結(jié)構(gòu)簡單，死角少，但壁厚，降溫效果差。加導(dǎo)流板可增大傳熱系數(shù)。 2、罐內(nèi)豎式蛇管換熱：傳熱系數(shù)高，但彎曲部位易蝕穿。 3、罐內(nèi)豎式列管換熱：適用于水源充足的地方，傳熱系數(shù)低于蛇管，用水量大。 4、罐外半圓管為主，罐內(nèi)豎式蛇管補償或板式換熱器補償?？稍龃蠊迌?nèi)有效容積，減少死角，此為將來發(fā)展趨勢。 除以上換熱方式外，還可采用安裝在罐外的板式或螺旋板式換熱器進行換熱。（2）發(fā)酵過程熱量計算 通常以一年中最熱的半個月中每小時放出的熱量作為設(shè)計冷卻面積的根據(jù)。 1、通過冷卻水帶走的熱量進行計

13、算 測定冷卻水的流量及進出口的溫度，按公式計算： q最大=4.186wc(t2-t1)/v 2、通過發(fā)酵液溫度升高進行計算 在最熱季節(jié)，選擇產(chǎn)熱量最大最快的時刻，先控制溫度恒定，關(guān)閉冷卻水，測定發(fā)酵液在半小時內(nèi)升高的溫度，由公式計算： q最大=24.186(gct+g1c1t)/v 3、通過生物合成熱進行計算： q總=q發(fā)+q攪q汽 q發(fā)=q呼+q代 q呼=15659w呼 （kj/h） q代=4857w代（kj/h） q攪=4.186860p （kj/h） q汽=4.186g(i出i進) （kj/h） w單位時間耗糖量（kg/h） p攪拌功率（kw） i空氣的熱焓（kj/kg）(4) 通過燃燒

14、熱進行計算： q總=q作用物燃燒q產(chǎn)物燃燒（三）安全生產(chǎn)（ 1）壁厚的設(shè)計： 采用夾套的發(fā)酵罐，按外壓容器進行壁厚計算： s= 封頭壁厚: s= s= （2）死角和泄漏的消除 1、罐體及封頭內(nèi)壁加工應(yīng)光滑，焊接時采用雙面焊，內(nèi)外焊縫應(yīng)打磨光滑； 2、流加、接種及取樣管道應(yīng)能單獨滅菌； 3、排污管和排氣管應(yīng)獨立排空； 4、應(yīng)盡量減少罐內(nèi)的附件，減少死角； 5、管口連接盡量采用焊接或法蘭連接； 6、與罐直接相連的閥門采用抗生素截止閥，在閥門上安裝排汽考克，保證閥門能徹底滅菌，或隔膜閥； 7、發(fā)酵過程保持正壓，防止微生物滲入； 8、冷卻水管采用不銹鋼，防止腐蝕穿孔； 9、攪拌系統(tǒng)軸密封采用機械密封為

15、好；（3）消泡裝置 泡沫形成的因素有：通氣和攪拌、培養(yǎng)基成分、菌體自溶。 泡沫的危害： 1、減少發(fā)酵罐有效容積25-30%； 2、造成大量發(fā)酵液逃溢； 3、滲漏后易造成染菌； 4、影響通氣和攪拌的效果； 5、妨礙微生物的呼吸，使代謝不正常，導(dǎo)致菌體自溶； 常用消泡方法有化學(xué)消泡和機械消泡： 化學(xué)消泡：流加泡敵消除泡沫。 機械消泡：利用機械消泡裝置來打碎、分離泡沫， 常用的裝置有：耙式消泡器、離心式消泡器、刮板式消 器、射流消泡器、碟片式消泡器等。 消泡裝置給罐內(nèi)帶來了死角，同時還消耗能量，不如化學(xué)消泡效果好，若消泡劑對后處理影響較小，可單用化學(xué)消泡。常用的化學(xué)消泡劑是天然油脂類和聚醚類物質(zhì)。（

16、四）攪拌系統(tǒng)攪拌系統(tǒng)由軸、攪拌槳、聯(lián)軸器、軸密封、減速機、電機、軸承等組成。 1、攪拌槳： 發(fā)酵工程中常用的是渦輪攪拌槳，屬徑向攪拌器，分平葉、彎葉、箭葉，葉片數(shù)為3-8，常用的是六葉。 徑向混合：平葉彎葉箭葉 軸向混合：平葉彎葉箭葉 功率消耗：平葉彎葉箭葉 由于渦輪攪拌槳功率消耗較大，同時剪切作用對微生物的損傷也大，現(xiàn)在對軸向流攪拌槳的研究正在展開，如：螺旋槳攪拌槳和翼型攪拌槳。 由于軸向流攪拌槳的混合效果差于徑向流攪拌槳，容易在罐內(nèi)造成死區(qū)，氣泡分散也不好，單純使用軸向流攪拌槳的情況不多。研究人員發(fā)現(xiàn) 對氣泡分散效果最好的是最下檔的攪拌槳。因此，在罐內(nèi)最下檔采用渦輪攪拌槳，以上各檔都采用軸

17、向流攪拌槳的形式最好。 2、軸：一般為實心軸，為了降低重量和功率輸出也可采用空心軸，軸的長度一般在3-4m為一段，通過聯(lián)軸器將各段軸進行聯(lián)接。 3、軸承：老式發(fā)酵罐一般采用中間軸承和底軸承，作用是防止軸劇烈擺動及承重；中間軸承采用的是三拉桿式； 底軸承采用三足式。由于罐內(nèi)的軸承死角太多，軸的磨損較大，功率消耗也打，現(xiàn)為穩(wěn)定環(huán)所代替。穩(wěn)定環(huán)安裝在攪拌槳的下端，當(dāng)它在液體中隨軸轉(zhuǎn)動時，液體會對它的擺動產(chǎn)生阻尼作用，使得最終擺動停止。 發(fā)酵罐采用穩(wěn)定環(huán)后，死角減少，可降低功率輸出10-15%，各種維修費用及人力的消耗都降低。 4、聯(lián)軸器： 用于將各段軸進行聯(lián)接，一般在罐內(nèi)使用剛性聯(lián)軸器，罐外使用三分

18、式聯(lián)軸器。 5、軸密封： 過去使用的是填料函密封，缺點是：死角多、易泄漏、消耗功率大、軸磨損大。 現(xiàn)在多為單端面機械密封，作用原理是利用彈簧的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而達到密封。其優(yōu)點較多，但也有缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對動靜環(huán)的表面光滑度和平直度要求高，一般3-4個月更換一次。6、減速機： 老式罐上采用三角皮帶減速機，但體積及重量都太大，效率低?，F(xiàn)改為立式擺線針輪減速機和行星齒輪減速機。 7、電機： 采用4級（1440rpm）或6級(960rpm)交流電機，用變頻器進行調(diào)速，減少發(fā)酵過程中的功率消耗。 目前，大部分工廠使用的是雙級電機，即有兩檔攪拌轉(zhuǎn)速，在發(fā)酵的不同階段采用不同的檔數(shù)。 8、軸功率的計算： 不通氣時：p0=knpn3d5 k檔數(shù) np功率準(zhǔn)數(shù) n轉(zhuǎn)數(shù)（r/s） d槳葉直徑（m） 密度（kg/m3） p0功率（w） 通氣時：