微生物復(fù)合菌劑生產(chǎn)工藝流程與設(shè)計(jì)

1、 微生物復(fù)合菌劑生產(chǎn)工藝流程與設(shè)計(jì)（附簡(jiǎn)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(wú)雜菌污染。還有就是菌種的活性，重要特性有無(wú)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(jìn)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(guò)實(shí)驗(yàn)室中試，確定該菌群的最適生長(zhǎng)溫度，PH，發(fā)酵培養(yǎng)基的最適成分與比例；生長(zhǎng)曲線(xiàn)的繪制與最適培養(yǎng)時(shí)間的確定。我們一般選取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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%（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(gè)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(shí)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(jiàn)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（%）2.50.50

3、.040.12ppm2ppm7.0（注；1ppm=1mg/l)三生產(chǎn)車(chē)間多級(jí)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(jí)種子罐配料種子罐一級(jí)種子罐 PH值檢測(cè)培養(yǎng)基加料體積50%75%，實(shí)際為60%PH6.57.5 一級(jí)種子罐滅菌精密試紙或PH計(jì)121125蒸汽0.103MPa0.168 MPa0.5h1.0h一級(jí)種子罐降溫滅菌空氣2535常壓一級(jí)種子罐接種搖瓶菌種物料量的0.5-5%.實(shí)際接種量為1%一級(jí)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%攪拌轉(zhuǎn)速：180r/min

4、二級(jí)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(jí)種子罐的接種量，控制在一級(jí)種子罐實(shí)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(chēng)容積的60%左右。攪拌轉(zhuǎn)速控制為180r/min. 二級(jí)種子罐的具體工藝操作和參數(shù)控制和一級(jí)種子罐大體相同。二級(jí)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(guò)上述二級(jí)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(jì)算如下：0.6*0.01*V=0.225L由此可得V=37.5L即通過(guò)一級(jí)種子發(fā)酵，我們可以得到22.5L的發(fā)酵菌體或菌絲。二級(jí)種子罐的接種量為5%。即0.6*0.05*V=2

5、2.5L)即V=750L.即通過(guò)二級(jí)種子發(fā)酵，我們大致可以得到450L的二級(jí)種子發(fā)酵液。二級(jí)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（%）2.50.150.040.422四主體發(fā)酵階段（1）發(fā)酵罐主要部件的設(shè)計(jì)與選型（具體設(shè)計(jì)部分見(jiàn)附頁(yè)）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(dòng)裝置，消泡器，人孔試鏡，以及管路等。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)際裝液量；發(fā)酵溫度控制在2535；PH控制在；攪拌轉(zhuǎn)速180-200r/m

6、in.轉(zhuǎn)速過(guò)快會(huì)對(duì)菌絲體產(chǎn)生破壞，轉(zhuǎn)速過(guò)慢易產(chǎn)生發(fā)酵泡沫，而且會(huì)因?yàn)槿芙庋醪蛔愣绊懳⑸锏纳L(zhǎng)繁殖。（3）具體發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵終點(diǎn)的確定，要通過(guò)鏡檢來(lái)觀察微生物菌體的形態(tài)，密度，以及芽孢形成率80%。最終來(lái)確定發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵終點(diǎn)。我們一般選取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期的菌體菌絲做為發(fā)酵終點(diǎn)。因?yàn)榇藭r(shí)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)酵罐操作工藝流程框圖 二級(jí)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5

7、0%75%發(fā)酵罐 PH值檢測(cè)PH6.57.5精密試紙或PH計(jì)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(chǔ)罐常溫常壓 液態(tài)菌劑固形物含量1020% 附頁(yè)部分一。復(fù)合菌劑生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖二。發(fā)酵罐主體部件的設(shè)計(jì) 發(fā)酵罐的種類(lèi)很多，但是由于其他類(lèi)型發(fā)酵罐應(yīng)用的產(chǎn)品范圍較窄，其流行程度遠(yuǎn)不如機(jī)械攪拌發(fā)酵罐，約92%的發(fā)酵工廠(chǎng)在使用機(jī)械攪拌發(fā)酵罐。它的主要部件包括：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(dòng)裝置，消泡器，人孔試

8、鏡，以及管路等。(一)幾何尺寸1.罐體計(jì)算： 設(shè)計(jì)月生產(chǎn)量270噸，則日平均產(chǎn)量為9噸。設(shè)計(jì)有效裝液量為罐體公稱(chēng)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(shì)是H/D越來(lái)越小，已達(dá)1.8左右?，F(xiàn)設(shè)計(jì)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(shí)和滅菌時(shí)的工作壓力和溫度。通常要求耐受130度和0.25MPa的絕壓。2、攪拌器直徑和幾何尺寸 高徑比：對(duì)于檔數(shù)：通用罐D(zhuǎn)/D1=3，只能適合罐容積不太大的場(chǎng)

9、合；當(dāng)罐較大時(shí)，D/D1=3-4。根據(jù)需要，現(xiàn)設(shè)計(jì)采用圓盤(pán)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(shí)，封頭與罐體間采用法蘭連接；當(dāng)V5m3時(shí)，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(dòng)，提高溶解氧。擋板寬度為（）D。當(dāng)滿(mǎn)足全擋板條件時(shí)，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左右，大小為500×450cm ;封頭上其它管口，在滿(mǎn)足工藝的同時(shí)應(yīng)方便操作

10、。檢測(cè)點(diǎn)：在下攪拌與第二檔攪拌之間。空氣管：可開(kāi)在封頭上，也可開(kāi)在罐身上。取樣口：開(kāi)在罐身上。冷卻水管口：夾套冷卻，冷卻水進(jìn)口在罐底，出口在罐身上部；冷卻管冷卻，進(jìn)出口多在上部。物料出口：開(kāi)在罐底，稍微偏離罐底中心，也可開(kāi)在罐身或罐頂，由一根管插入接近罐底最底處。補(bǔ)料管：消泡、流加糖從罐頂加入；補(bǔ)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(jì)算 公稱(chēng)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(jì)） 罐實(shí)際裝料量：V0=V · ( =0.6-0.85) 圓筒部分裝料高度： HL

11、=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(jiǎn)單，開(kāi)口向下式可消除罐底固形物積淀，但對(duì)封頭沖蝕嚴(yán)重；開(kāi)口向上式對(duì)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”型支管，開(kāi)口均朝發(fā)酵罐中心線(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但對(duì)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?？諝夥植计髟跀嚢杵飨路降墓薜字虚g位置，管口向下，空氣直接通入發(fā)酵罐的底部。管口與罐底距離為40mm,管徑可按空氣流速20m

12、/s左右計(jì)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(jiǎn)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(bǔ)償或板式換熱器補(bǔ)償?？稍龃蠊迌?nèi)有效容積，減少死角，此為將來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。 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(jìn)行換熱。（2）發(fā)酵過(guò)程熱量計(jì)算 通常以一年中最熱的半個(gè)月中每小時(shí)放出的熱量作為設(shè)計(jì)冷卻面積的根據(jù)。 1、通過(guò)冷卻水帶走的熱量進(jìn)行計(jì)算 測(cè)定冷卻水的流量及進(jìn)出口的溫度

13、，按公式計(jì)算： Q最大=4.186WC(t2-t1)/V 2、通過(guò)發(fā)酵液溫度升高進(jìn)行計(jì)算 在最熱季節(jié)，選擇產(chǎn)熱量最大最快的時(shí)刻，先控制溫度恒定，關(guān)閉冷卻水，測(cè)定發(fā)酵液在半小時(shí)內(nèi)升高的溫度，由公式計(jì)算： Q最大=2×4.186(GCt+G1C1t)/V 3、通過(guò)生物合成熱進(jìn)行計(jì)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=4.186×860P （KJ/h） Q汽=4.186G(I出I進(jìn)) （KJ/h） W單位時(shí)間耗糖量（kg/h） P攪拌功率（KW） I空氣的熱焓（KJ/kg）(4) 通過(guò)燃燒熱進(jìn)行計(jì)算

14、： 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(jì)： 采用夾套的發(fā)酵罐，按外壓容器進(jìn)行壁厚計(jì)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(shí)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(dú)滅菌； 3、排污管和排氣管應(yīng)獨(dú)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(mén)采用抗生素截止閥，在閥門(mén)上安裝排汽考克，保證閥門(mén)能徹底滅菌，或隔膜閥； 7、發(fā)酵過(guò)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(jī)械密封為好；（3）

15、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(jī)械消泡： 化學(xué)消泡：流加泡敵消除泡沫。 機(jī)械消泡：利用機(jī)械消泡裝置來(lái)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(lái)了死角，同時(shí)還消耗能量，不如化學(xué)消泡效果好，若消泡劑對(duì)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(lèi)和聚醚類(lèi)物質(zhì)。（四）攪拌系

16、統(tǒng)攪拌系統(tǒng)由軸、攪拌槳、聯(lián)軸器、軸密封、減速機(jī)、電機(jī)、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?gòu)较驍嚢杵?，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(shí)剪切作用對(duì)微生物的損傷也大，現(xiàn)在對(duì)軸向流攪拌槳的研究正在展開(kāi)，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(duì)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，以上各檔都采用軸向流攪拌槳

17、的形式最好。 2、軸：一般為實(shí)心軸，為了降低重量和功率輸出也可采用空心軸，軸的長(zhǎng)度一般在3-4m為一段，通過(guò)聯(lián)軸器將各段軸進(jìn)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(dòng)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(dòng)時(shí)，液體會(huì)對(duì)它的擺動(dòng)產(chǎn)生阻尼作用，使得最終擺動(dòng)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(fèi)用及人力的消耗都降低。 4、聯(lián)軸器： 用于將各段軸進(jìn)行聯(lián)接，一般在罐內(nèi)使用剛性聯(lián)軸器，罐外使用三分式聯(lián)軸器。

18、 5、軸密封： 過(guò)去使用的是填料函密封，缺點(diǎn)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(jī)械密封，作用原理是利用彈簧的壓力使垂直于軸線(xiàn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。其優(yōu)點(diǎn)較多，但也有缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)動(dòng)靜環(huán)的表面光滑度和平直度要求高，一般3-4個(gè)月更換一次。6、減速機(jī)： 老式罐上采用三角皮帶減速機(jī)，但體積及重量都太大，效率低。現(xiàn)改為立式擺線(xiàn)針輪減速機(jī)和行星齒輪減速機(jī)。 7、電機(jī)： 采用4級(jí)（1440rpm）或6級(jí)(960rpm)交流電機(jī)，用變頻器進(jìn)行調(diào)速，減少發(fā)酵過(guò)程中的功率消耗。 目前，大部分工廠(chǎng)使用的是雙級(jí)電機(jī)，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(jì)算： 不通氣時(shí)：P0=kNp·n3D5 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