发酵设备及工艺设计 期末要点

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1、期末复习要点一、发酵设备1、实罐灭菌P4P5P7定义操作过程判断标准灭菌过程热量计算例1-3A.实罐灭菌:将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热,达到预定灭菌温度后,维持一定时间,再冷却到发酵温度,然后接种发酵,又称分批灭菌。B.操作过程:Ⅰ—间接加热阶段,培养基由室温加热至80-90℃;Ⅱ—直接蒸汽加热阶段,培养基由80-90121℃;Ⅲ—保温阶段,121℃;Ⅳ—冷却阶段,121℃培养温度①把配制好的培养基泵入发酵罐内,密闭发酵罐后,开动搅拌。②稍开阀门15和9,引入蒸汽进夹套预热培养基至75~90℃,保持夹套压强表的表压50~100kPa.③培养基预热到75~90℃后,开阀门1和4,排尽蒸汽

2、管道中的冷凝水后,再开阀门2,从空气管道引入蒸汽进发酵罐。关阀门15,并停止搅拌。④开阀门5,稍开阀门7,排尽蒸汽管道里的冷凝水后,开阀门6,从取样管道引入蒸汽进发酵罐。⑤开阀门13,稍开阀门11,排尽蒸汽管道里的冷凝水后,开阀门10,由出料管引入蒸汽进发酵罐。⑥分别稍开阀门16、17、18,排出活蒸汽,调节进汽阀门和排汽阀门的开度使灌压保持在表压105kPa,温度恒定在121℃,维持20~25min。⑦完成保温时间后,关一路排汽,再关一路进汽,最后三路排汽与三路进汽全部关闭。⑧开阀门3和2引入无菌空气。⑨开阀门8,关阀门9,开阀门14,夹套引入冷却水,开搅拌,冷却降温到发酵工艺要求的温

3、度。C.质量评判标准:培养基无菌;营养成分破坏少;培养基灭菌后体积与进料体积相符;泡沫少。D.*实罐灭菌传热及操作时间的计算:1.升温阶段传热及操作时间的计算(1)间接加热传热及操作时间的计算加热蒸汽用量(Q'热损失为加热蒸汽用量的5%-15%)G:培养基重量(kg)C:培养基比热(kJ/kg·℃orkcal/kg℃)S:蒸汽耗量(kg)i:蒸汽的热热焓量(kJ/kgorkcal/kg)r:蒸汽的汽化潜热(kJ/kgorkcal/kg)t1:开始加热时培养基的温度(℃)t2:加热结束时培养基的温度(℃)加热时间的计算τ:加热所需的时间(h)K:加热过程中的平均传热系数(kJ/m2·h·℃

4、orkcal/m2·h·℃)F:夹套或盘管的传热面积(m2)tS:加热蒸汽温度(℃)(2)直接蒸汽加热传热及操作时间的计算加热蒸汽用量(Q'热损失为5%-15%)加热时间的计算d1、d2、d3:分别为各进气管直径(m)ν:加热蒸汽比容(m3/kg)ωS:蒸汽在管内的流速(m/s)2.保温阶段传热及操作时间的计算加热蒸汽用量F:蒸汽排出口的总面积(cm2)τ:蒸汽排出的时间(min)P:罐内蒸汽的绝对压力(kg/m·s2)ν:加热蒸汽比容(m3/kg)加热蒸汽用量(根据经验估算)S=(30%~50%)·S(直接加热蒸汽用量)小于5m3发酵罐取50%,大于5m3发酵罐可取30%左右保温时间的

5、计算93.冷却阶段传热及操作时间的计算冷却时间的计算τ:冷却所需时间(h)W:冷却水的流量(kg/h)C1:培养基比热(kJ/kg℃orkcal/kg℃)C2:冷却水比热(kcal/kg℃orkJ/kg℃)t1S:培养基开始冷却时的温度(℃)t1f:培养基冷却结束时的温度(℃)t2S:冷却水进口温度(℃)t1:培养基冷却过程中的任一温度(℃)t2:培养基在t1温度时冷却水的出口温度(℃)2、连续灭菌P10P16优点流程设备喷射加热器工作原理维持管操作特点冷却设备类型A.培养基的连续灭菌有以下优点:(1)提高产量,设备利用率高。(2)与分批灭菌比较,培养液受热时间短,培养基中营养成分破坏较

6、少,质量好,发酵单位高。(3)产品质量较容易控制;蒸汽负荷均衡,操作方便。(4)降低了劳动强度,适用于自动控制。B.流程设备培养基连续灭菌系统设备由配料罐(池)、送料泵、预热罐、连消泵、加热器、维持罐和冷却器7个关键设备组成流程:原材料在配料罐内配制成液体培养基,经送料泵至预热罐。在预热罐内蛇管把培养基加热至75~90℃后,由连消泵连续打入加热器内,要求在20~30s或更短的时间内将培养基加热至130~140℃。C.喷射加热器工作原理当被加热物料通过喷射式混合加热器的喷嘴时,压力降低,流速增加,在喷嘴的出口处形成低压区,蒸汽在此区域进入加热器内,与被加热物料进行混合,蒸汽在物料中凝结放热

7、,汽、水之间进行能量、动量和质量的交换,然后进入混合室进一步均匀混合,最后进入扩压室使物料的流速降低,压力升高,完成加热物料的过程。D.维持管操作特点在培养基连续灭菌工艺中维持设备起保温灭菌作用,使加热后的培养基在维持设备中保温停留一段时间,以达到灭菌目的。为使高温的培养基在该设备中保温停留一段时间,要求该设备内物料返混要小,外壁要用保温材料进行保温。E.冷却设备类型:真空冷却器(在真空下,水分立即汽化,使温度下降广泛应用于大型酒精

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