微生物工程课程设计
设计说明书
50M3机械搅拌通风发酵罐的设计
起止日期： 2013 年 6 月 24 日 至 2013 年 7 月 5 日
学班学成
生姓名 级 号 绩
生物技术班
指导教师(签字)
、
包装与材料工程学院 2013年6 月 30 日
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目 录
第一章 设计方案的分析、拟定 .............................. 3 第二章 谷氨酸的发酵工艺 .................................. 5
2.1发酵法概述 .................................................. 5
2.1.1 原料的预处理及糖化 ....................................... 7
2.1.1.1 生产原料简介........................................ 7 2.1.1.2 原料处理[2] .......................................... 7 2.2 培养基的制备................................................ 8
2．2.1碳源 ................................................. 8 2.2.2 氮源.................................................. 8 2.2.3 生物素................................................ 8 2.3 种子扩大培养基[1] ............................................ 9
3.3.1 斜面种子的制备........................................ 9 2.3.3 种子扩大培养.......................................... 9 2.4 谷氨酸发酵 [2] .............................................. 9 2.5 影响因素的控制............................................. 10
2.5.1 环境因素的控制....................................... 10 2.6 细胞膜渗透性控制........................................... 11
2.6.1控制磷脂的合成 ....................................... 11 2.6.2 控制细胞壁的合成..................................... 12
第三章 罐体几何尺寸的确定 ............................... 13
3.1罐体体积 ................................................... 13 3.2 罐体总高度................................................ 13
第四章 主要部件尺寸的设计计算 ........................... 15
4.1罐体 ....................................................... 15 4.2 罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小........................... 15 4.3 封头壁厚计算：常大于罐体壁厚............................... 15 4.4挡板 ....................................................... 16 4.5搅拌器 ..................................................... 16 4.6人孔和视镜 ................................................. 17 4.7接口管 ..................................................... 17
4.7.1 管道接口 （采用法兰接口）............................ 17 4.7.2 仪表接口............................................. 18
第五章 冷却装置的设计 ................................... 19
5.1 冷却方式................................................... 19
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5.2 装料量..................................................... 19 5.3 单位时间传热量............................................. 19 5.4 冷却水用量（W）............................................ 19 5.5 冷却面积（A）.............................................. 20
第六章 搅拌器轴功率的计算 ............................... 22
6.1不通气条件下的轴功率P0计算 ................................. 22 6.2通气搅拌功率Pg的计算 ...................................... 23 6.3电机及变速装置选用 ......................................... 23
第七章 设计结果与讨论 ................................... 25 第八章 设计小结 ......................................... 28 参考文献 ................................................ 29 附录Ⅰ 符号说明 ......................................... 30 附录Ⅱ发酵罐图纸 ........................................ 32
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第一章 设计方案的分析、拟定
我设计的是一台75M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产谷氨酸。L-谷氨酸是生物机体内按代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一，在代谢上具有比较重要的意义。L-谷氨酸单钠盐，俗称味精，具有强烈的鲜味，是一种十分重要的调味品，广泛应用于烹调和食品加工。
目前国内谷氨酸发酵的主要菌种有：天津短杆菌及其诱变株FM8209、FM-415、CMTC-6282、TG863、TG866、S9144、D85等菌株；钝齿棒杆菌AS1.542及其诱变菌株B9、B9-17-36、F-263等菌株；北京棒杆菌AS.1299及其诱变菌株7338、D110、WTH-1等菌株。
综合温度、PH等因素选择菌株，该菌种最适发酵温度为32-37，pH为7.0-7.5。 主要生产工艺过程为如下：原料液的处理与培养基配制；种子制备与扩大培养；发酵；谷氨酸提取与精制。
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50m3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。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤
压力P——除注明外，压力均指表压力，单位用MPa表示。
工作压力——指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力。
设计压力——指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于工作压力。
一般在装有安全阀时Pd=(1.05~1.1)Pw 当无安全阀时，Pd=(1.0~1.05) *1、设计压力
容器的设计压力是指相应的设计压温度下，用以确定壳体厚度的压力，其值不得小于最高工作压力。容器的最高工作压力是指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高表压力。 *2、设计温度
设计温度是指容器在正常操作情况，在相应的设计压力下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件的金属温度大于等于0℃时设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度，当元件金属温度低于0℃时设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。
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步骤 1 2 3 4 5 6 7 表1.1发酵罐主要设计条件 项目 参数及结果 发酵菌种 TG866 工作压力 0.4MPa 设计压力 0.4MPa 发酵温度 32℃ 设计温度 120℃ 冷却方式 蛇管冷却 培养基 玉米浆、马铃薯粉、豆饼粉 发酵液密度 1080kg/m3 备注 由参考文献[6]确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由工艺条件确定 由参考文献[6]确定 8 由工艺条件确定 9 发酵液黏度 μ=2.0×10-3N.s/m2 由工艺条件确定
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