《苏氨酸发酵设计》word版

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1、一、设计方案天然存在的L-苏氨酸为无色或微黄色晶体，无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃。L-苏氨酸的解离常数为pKCOOH=2.15，pKNH2=9.12，等电点pI（25℃）=5.64。目前，L-苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L-苏氨酸的主要方式。生物合成法包括直接发酵法和酶转化法两种。微生物发

2、酵法生产苏氨酸是目前生产苏氨酸的主要方法。采用基因工程菌进行发酵法生产，产酸可达100g/L以上。目前国内外已经利用微生物发酵法批量生产苏氨酸。1.1设计条件　　（1）650L苏氨酸发酵罐，分批发酵；（2）主发酵罐的尺寸及附件的设计；131.2发酵工艺发酵法生产L-苏氨酸,通常采用短杆菌属细菌的α-氨基-β-羟基戊酸(AHV)和S-(2-氨基乙基)-L-半胱氨酸(AEC)双重抗性变异。浓缩发酵液浓缩离子交换过滤粗母液结晶分离粗晶体溶解脱色重结晶结晶分离成品检验包装干燥精母液图一苏氨酸发酵工艺流程1.3.发酵罐尺寸及整体设计罐中的培养液因通气和搅拌会引起液

3、面上升和产生泡沫，因此罐中实际装料量不能过大，一般取装料系数为0.6～0.75。取装料系数为0.6,则发酵罐需装料体积为：发酵罐尺寸确定发酵罐体部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7～4倍左右。1.3.1确定发酵罐直径和高度标准式发酵罐的筒体高度和直径比：H/D约为1.7~4发酵罐的容量一般指圆筒体的体积加椭圆形底的体积。13V0=VC+2VbVc=(π/4)D2H0Vb=(π/4)D2(hb+2/3ha)≈1.5D3式中：V0—发酵罐全容量，m3；VC—圆柱部分体积，m3；Vb—椭圆底体积，m3；H0—圆柱部分高度，m.因此：V0=VC

4、+Vb=(π/4)D2[H0+2(hb+1/6D)]取H0/D=2V0=(7π/12)D3+(2π/4)D2hb可知：D=0.69m，椭圆短半轴长度：ha=0.25D=0.25×0.69=0.1725可知：D=0.69m则有：H0=2D=1.38mDi=1/3D=0.23mS=3Di=3×0.23=0.69mC=Di=0.23mB=0.1D=0.1×0.69=0.069mha=0.25D=0.25×0.69=0.173m不同设备的厚度不同，hb可取30mm、40mm、50mm。根据我们的发酵设备。取hb=64mm。h=ha+hb=0.173+0.64=0

5、.237m则罐体高H=1.854m1.3.2发酵罐圆筒壁厚的计算罐壁厚：S1=?式中，P——设计压力，取最高工作压力的1.05倍，P=0.4MPaD—发酵罐内径，D=69cm[σ]—A3钢的许用应力，[σ]=170MPaφ焊缝系数，双面焊对接接头：100无损检测：φ=1.00；局部检测：φ=0.85单面焊对接接头：：100无损检测：φ=0.9；局部检测：φ=0.8对于受压缩应力的原件：φ=1.0在此设计中，取φ=0.8.C=3mm得S1=13.16mm1.3.3封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下:式中，y——开孔系数，取2.3得S2=26.37

6、mm13圆筒壁厚：S1=27mm椭圆封头壁厚：S2=14mm许用压力：[P]=170MPa。1.4手孔的设计手孔的设计，参考《中华人民共和国机械行业标准锅炉手孔装置》，选择实际的尺寸，手孔选择为D80×94—85JB/T2191。13二、计算2.1通风量计算通风管的管径计算：该罐实装液量0.39，设0.1h内排空，则物料体积流量发酵液流速取V=1m/s则排料管截面积为m2，则管径若按通风管计算，压缩空气在0.4MPa下，支气管气速为20m/s通风比0.2vvm20，0.1MPa下，Q=0.39×0.2=0.078计算到0.4MPa，37状态下，m3/s取

7、风速v=20m/s，则风管截面积为：，则气管直径为：因通风管也是排料管，故取两者的大值，取排料管径排料时间复核：物料流量Q=0.00108，流速v=1m/s，管道截面积F=2=0.001075m2在相同流速下，流过物料因管径较原来计算结果小，则相应流速比为倍，排料时间t=0.1×1.0047=0.10047h。132.2传热量的计算发酵罐的传热装置有夹套、内蛇管、外盘管。一般容积较小的发酵罐采用夹套为传热装置，所以本设计选用夹套为传热装置。通常将发酵过程中产生的净热称为发酵热，其热平衡方程可如下表示：换热面积发酵热效应：　　　　　　　　Q发酵—发酵热，3

8、×104kJ/h.m³（L-苏氨酸）　　　　　　V液—发酵液体积，m3。　　则Q