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1、生物工艺设计大型作业生物工艺设计大型作业一、大型作业题目一、大型作业题目黑曲霉菌株合成糖化酶的 20 M3发酵罐设计和计算二、大型作业内容（含技术指标）二、大型作业内容（含技术指标）1、高径比为 1.8，南方某地，蛇管冷却，初始水温 18，出水温度 252、黑曲霉菌株发酵生产糖化酶，此产物是初级代谢产物。非牛顿型流体，三级发酵。3、包括容积及主要部件尺寸的确定，搅拌器的选型及功率计算，冷却设备的计算等。 三、进度安排三、进度安排1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计 四、基本要求四、基本要求1深入理解设备设计选型的目的和
2、意义；2根据设备担负的工艺操作任务和工作性质进行选型及确定工作参数；3完整、准确的完成设备设计的计算内容；4依据计算结果绘制设备装配图（用 Auto CAD 软件绘图） ；5整个大型作业内容需在规定时间内完成，作业过程中不得互相抄袭。目录目录1.设计方案的拟定.1 2.罐体几何尺寸的确定.2 2.1 夹套反应釜的总体结构.2 2.2 几何尺寸的确定.2 3.罐体主要部件尺寸的设计计算.5 3.1 罐体.5 3.2 罐体壁厚.5 3.5 人孔和视镜.6 3.6 接口管.6 3.6.1 管道接口 （采用法兰接口）.6 3.6.2 仪表接口.6 4.冷却装置设计.8 4.1 冷却方式.8 4.2 装
3、液量.8 4.3 冷却水耗量.9 4.4 冷却面积.9 5.搅拌器轴功率的计算.11 5.1 不通气条件下的轴功率 P0.11 5.2 通气搅拌功率 Pg 的计算.11 5.3 电机及变速装置选用.12 6.设计小结.14 参考文献.15摘摘 要要本文对黑曲霉菌株为原料合成糖化酶的主要反应设备作了设计和计算，包括发酵罐的容积及主要部件尺寸的确定，搅拌器的选型及功率计算，冷却设备的计算等。关键词：关键词：黑曲霉 糖化酶 发酵罐 01.1.设计方案的拟定设计方案的拟定我设计的是一台 20M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产糖化酶。糖化酶，也称葡萄糖淀粉酶（EC3.2.1.3） ，主要用途是作为淀粉糖化
4、剂。它与 a-淀粉酶结合可将淀粉酶转化为葡萄糖，可供葡萄糖工业，酿酒工业和氨基酸工业等应用，是工业生产中最重要的酶类之一，也是我国产量最大的酶制剂产品。黑曲霉 A.S.3.4309 是国内糖化酶活性最高的菌株之一。糖化酶生产菌重要的有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉，黑曲霉，河枣曲霉，宇佐美曲霉，红曲霉，扣囊拟内孢霉，泡盛曲霉，头孢霉，甘薯曲霉，罗耳伏革菌。综合温度、PH 等因素选择黑曲霉 A.S.3.4309 菌株，该菌种最适发酵温度为32-34，pH 为 4.5，培养基为玉米粉 2.5%,玉米浆 2%，豆饼粉 2%组成。主要生产工艺过程为如下：菌种用蔡式蔗糖斜面于
5、 32培养 6 天后，移植在以玉米粉 2.5%,玉米浆 2%.组成的一级种子培养基中，与 32摇瓶培养 24-36h，再接入（接种量 1%）种子罐（培养基成分与摇瓶发酵相同） ，并与 32通气培养搅拌 24-36h，然后再接入（接种量 5%-7%）发酵罐。发酵培养基由玉米粉 2.5%,玉米浆 2%，豆饼粉 2%组成（先用 a-淀粉酶液化） ，发酵温度为 32，在合适的通气搅拌条件下发酵 96 小时酶活性可达 6000uml-1 。发酵液滤去菌体，如有影响糖化效率的葡萄糖甘转移酶存在， 则通过调节滤液 PH 等方法使其除去，再通过浓缩将酶调整到一定单位，并加入防腐剂（如苯甲酸） 。如制备粉状糖化
6、酶，则可通过盐析或加酒精使酶沉淀，沉淀经过压滤，滤泥再通过压条烘干，粉碎，即可制成商品酶粉。发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对 20M3 通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配
7、图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清1楚设计的思路和步骤表表 1-11-1 发酵罐主要设计条件发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵菌种黑曲霉 A.S.3.4309 菌株根据参考文献1选取工作压力0.3MPa由工艺条件确定设计压力0.3MPa由工艺条件确定发酵温度（工作温度）33根据参考文献1选取冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定培养基玉米粉 2.5%,玉米浆 2%豆饼粉 2%组成根据参考文献1选取发酵液密度由工艺条件确定发酵液黏度由工艺条件确定2.2.罐体几何尺寸的确定罐体几何尺寸的确定2.1 夹套反应釜的总体结构夹套反应釜
8、主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。2.2 几何尺寸的确定 根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比 H/D=1.8，则 H=1.8D初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（） 320m公称体积 V罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全
9、体积 V0公称体积和上封头体积之和封头体积 214h)6bVDD封（31020/kg m321.96 10/N s m2（近似公式）23 040.15VD HD假设，根据设计条件发酵罐的公称体积为1.3/DHo320M由公称体积的近似公式可以计算出 23 040.15VD HD罐体直径，罐体总高度取整为 4636查阅文献【2】 ，当公称直径时，标准椭圆封头的mmDN2600曲面高度，直边高度，总深度为，mmha65040bhmmmmHf690内表面积，容积mAf52. 62mVf351. 2可得罐筒身高mmHHHf32566902463620则此时，与前面的假设相近，3 . 126003256
10、/0DH故可认为是合适的mmD2600发酵罐的全体积mmVHVf33 022002.222D/4搅拌叶直径取，其中符合mmDi8003 . 02600800/DDi/(0.30.4)iDD :搅拌叶间距mmDSi160080022底搅拌叶至底封头高度mmDCi800mmDH2 .46366 .25758 . 18 . 1mmD6 .2575mm3表表 2-12-1 大中型发酵罐技术参数大中型发酵罐技术参数表表 2-22-2 200m200m3 3发酵罐的几何尺寸发酵罐的几何尺寸公称容量3m筒体高度H(mm) 筒体直径mm 换热面积 转速 r/min 电机功率kw 10 3200 1800 12 150 7.5 21 4700 2200 21 154 30 30 6600 2400 34 180 45 50
