年产1万吨维生素C发酵工艺设计

年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 目录 1 绪论 1 1 1 维生素 C 简介 1 1 2 维生素 C 主要作用 1 2 工艺流程设计 3 2 1 空气除菌过程 3 2 2 第一步发酵过程 3 2 3 第二步发酵过程 4 2 4 2 酮基 L 古龙酸的提取分离过程 4 2 5 碱转化法合成 Vc 5 2 6 发酵工艺条件的优化 5 3 物料衡算及能量衡算 6 3 1 物料衡算 6 3 2 能量衡算 6 4 重点设备设计 8 4 1 选择设备的原则 8 4 2 主要设备选型与计算 8 4 3 辅助设备选型 14 4 4 提取工序设备选型 16 4 5 包装 18 参考文献 20 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 0 页 共 19 页 1 1 绪论绪论 1 11 1 维生素维生素 C C 简介简介 维生素 C Vitamin C Ascorbic Acid 是 种水溶性维生素 水溶液具有 定 的酸性又抗坏血病 所以又叫抗坏血酸 分子式 C6H8O6 分子量 176 13 结构 式 由于维 C 分子中存在两个不对称碳原子 决定了维 C 有四个同分异构体 其中 L VC 的抗坏血病效力最强 维生素 C 分子中的烯二醇结构不稳定容易被氧 化 并且氧化作用随着热 光 重金属的催化作用和溶液碱性的增加而增强 人类不能自身合成维 C 只能从食物中摄取 其中水果和蔬菜中含有较多的维 生素 C 维生素 C 通常被小肠上段吸收 然后分布于身体的所有水溶性结构中 正 常人体内维生素 C 代谢活性池中约有 1500mg 维生素 C 最高储存峰值为 3000mg 维生素 C 正常情况下 维生素 C 在体内经代谢分解成草酸或与硫酸结合生成抗坏 血酸 2 硫酸由尿排出 有时也会有少量的维 C 直接由尿排出体外 1 21 2 维生素维生素 C C 主要作用主要作用 1 2 1 维生素 C 用于治疗坏血病 维生素 C 能促进胶原蛋白的合成 胶原蛋白又参与细胞的连接 当维生素 C 缺 乏时 胶原不能正常合成 导致细胞连接障碍 微血管容易破裂 血液流到邻近组 织 人体各部位易出血 呼吸恶臭 牙龈脱落 皮肤表面易产生瘀斑和紫斑 关节 胀痛 严重时可导致死亡 可通过补充维生素 C 加以治疗 1 2 2 维生素 C 的解毒作用 维生素 C 具有强还原性 酸性 能与体内氧化性有毒物质发生氧化还原反应 碱性有毒物质发生中和反应降低物质毒性 维生素 C 能有效抑制体内的氧化作用 还能辅助淋巴单核细胞及白血球对乙醛 磺胺 普鲁卡因 巴比妥 水杨酸等药物 的解毒作用 此外维生素 C 还能对重金属铅 镉 贡等具有较强解毒作用 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 1 页 共 19 页 1 2 3 维生素 C 能增强免疫力 具测定 人体在患病状态维生素 C 的含量会急剧减少 维生素 C 可提高 CI 补 体酯酶活性 增加补体 CI 的产生 促进干扰素的产生 干扰病毒 mRNA 的转录 抑制病毒的增生 维生素 C 可参与免疫球蛋白的合成 调节人体物质代谢和能量代 谢的平衡 增强人体白血球的吞噬能力 提高机体免疫力 1 2 4 维生素 C 具有治疗心血管病的作用 维生素 c 有降低血中甘油三酯和胆固醇的作用 它可促进胆固醇在肝脏转移 从而降低血中胆固醇含量并减少动脉粥样斑块的形成 实验观察到维生素 c 可增加 心肌收缩力 增加心排血量 增强心室舒张性能 抑制心律失常等 1 2 5 维生素 C 具有治疗肿瘤的作用 有文献报道维生素 C 能影响肿瘤凋亡相关基因 p53 c myc 及 Bcl 2 的表达 1 抑制肿瘤细胞内 DNA 复合物合成 干扰肿瘤细胞代谢周期 诱导肿瘤细胞的分化 限制肿瘤细胞的生长 促进肿瘤细胞凋亡 1 2 6 维生素 C 在食品领域的应用 维生素 C 在腌肉中的作用 抗坏血酸钠应用于香肠制品和传统肉制品的加工中 能促进腌肉色素的合成 拟制肉毒杆菌生长和亚硝基胺的合成 维生素 C 在水果和 蔬菜中的作用 因为维生素 C 易被空气中的氧氧化 所以对含有空气的密封包装产 品具有特殊意义 维生素 C 含量低的水果和蔬菜添加抗坏血酸后 可以有效的阻止 氧化作用 保持水果的颜色和风味 维生素在酿造制品中的作用 啤酒在储藏期间易 产生浑浊 产品的颜色 香味和滋味都会有变化 维生素 C 是一种合乎要求的食品 添加剂 在啤酒中用作抗氧化剂 提高啤酒的澄清度 1 2 7 维生素 C 还被广泛应用于食料和化妆品领域 维生素 C 对畜禽 鱼类的生长发育起着非常重要的作用 在应用中我们一定要 选择稳定性 缓释性好 利用率高的维生素 C 添加剂产品 使养殖业获得最佳收益 维生素 C 用于化妆品中具有抗衰老 美白的作用 还有祛斑美白的效果 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 2 页 共 19 页 2 2 工艺流程设计工艺流程设计 我国两步发酵工艺是 20 世纪 70 年代由中国科学院微生物研究所和北京制药厂 共同建立的 包括 2 个发酵步骤 故称两步发酵法 第一步是在醋酸杆菌作用下将 D 山梨醇氧化为 L 山梨糖 俗称醇糖转化 第二步是在混合菌系的作用下将 L 山梨 糖进一步氧化为 2 酮基 L 古龙酸 俗称糖酸转化 我国 Vc 混合菌发酵技术具有很 大的优势和潜力 其突出优势就是第二步糖酸转化效率非常高 混合菌发酵法在国 内的成功应用也引起了国外的广泛关注 并与上世纪 80 年代向瑞士 Hoffmann La Roche 公司进行了技术转让 2 此法切实可行 整个过程的工艺流程 D 山梨醇 L 山梨糖 2 酮基 L 古龙酸 L 抗坏血酸 说明 第一步发酵 D 山梨醇由微生物氧化成 L 山梨糖 第二步发酵 L 山梨糖由大菌 小菌转化为 2 酮基 L 古龙酸 然后把 2 酮基 L 古龙酸通过化学方法合成维生素 C 2 12 1 空气除菌过程空气除菌过程 维生素 C 的发酵过程属于好氧发酵 因此需要大量的无菌空气 本设计采用两 级冷却 分离 加热的空气除菌流程 空气 粗过滤器 空压机 储罐 冷却器 旋风分离器 冷却器 丝网分离器 加 热器 过滤器 灭菌空气 这种流程的特点 2 次冷却 2 次分离 适当加热 2 次冷却 2 次分离油水的 主要优点是可节约冷却用水 油和水污分离除去比较完全 保证干过滤 经过第一 级冷却后 大部分的水油都已结成较大的雾粒 且雾粒浓度比较大 故适宜于用旋 风分离器分离 第二级冷却器使空气进一步冷却后析出较小的雾粒 易采用丝网分 离器分离 这类分离器可分离较小直径雾粒且分离效果高 经 2 次分离后 空气带 的雾沫就较小 两级冷却可以减小油膜污染对传热的影响 3 2 22 2 第一步发酵过程第一步发酵过程 2 2 1 菌种 生黑葡萄糖酸杆菌 R 30 4 细胞椭圆至短杆状 G 无芽孢 显微镜下浅褐色 最适培养温度 34 pH 5 0 5 2 经扩大培养 接入发酵罐 2 2 2 培养基 种子和发酵培养基成分一致 主要包括 D 山梨醇 玉米浆 酵母膏 碳酸钙等 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 3 页 共 19 页 成分 添加适量维生素 B 增加产量 D 山梨醇浓度过高容易产生抑制 一般控制在 20 超过 250g L 产生抑制 2 2 3 发酵过程 控制温度 34 pH 5 0 5 2 该反应耗氧比较大 同气比要求 1 1 10h 后发酵 结束 发酵液经 80 10min 低温灭菌 移入第二步发酵罐作原料 D 山梨醇转化 L 山梨糖的生物转化率达 98 以上 2 32 3 第二步发酵过程第二步发酵过程 2 3 1 菌种 由小菌 氧化葡萄糖酸杆菌 Gluconobacter oxydans 和大菌 巨大芽孢杆菌 Bacillus rnegaterium 组成的混合菌株进行发酵生产 其中小菌为产酸菌 单独培 养时生长微弱 产酸较少 大菌为伴生菌 不产酸 但促进小菌生长或产酸 大小 菌之间是一种协同共生关系 即大茵促进小菌生长和产酸 小菌也使大菌生长加快 2 3 2 培养基 种子培养基和发酵培养基成分类似 主要有 L 山梨糖 玉米浆 尿素 碳酸钙 磷酸二氢钾等 pH 值为 6 8 L 山梨糖初始浓度对产物生成影响较大 一般初糖浓 度控制在 30 50g L 超过 80g L 产生抑制 2 3 3 发酵过程 由于大菌 小菌最适培养条件不同 5 如小菌 25 30 大菌 28 37 所以 发酵过程要兼顾两种菌的最适条件 通常操作温度为 30 pH 值为 6 8 左右 溶氧 浓度控制 30 混合菌种经二级种子扩大培养 接入含有第一步发酵液的发酵罐中 通入无菌空气搅拌 初始 8 10h 菌体快速增长 6 当作为伴生菌的大菌开始形成芽 孢时 小菌开始产酸 在 20 24h 开始补加培养 L 山梨糖 总浓度达到 140g L 7 当大菌完全形成芽孢后 产酸达到高峰 发酵结束 8 大约 72h 左右 L 山梨糖生 成 2 酮基 L 古龙酸的转化率可达 70 80 2 42 4 2 2 酮基酮基 L L 古龙酸的提取分离过程古龙酸的提取分离过程 经过两次发酵以后 发酵液中 2 酮基 L 古龙酸含量仅约 6 8 残留的菌丝 体 蛋白质和悬浮微粒等杂质存在于发酵液中 9 需要将 Vc 前体 2 酮基 L 古龙 酸提取出来 工艺流程 图 2 1 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 4 页 共 19 页 2 L 3h 732 pH 2 3 2 5 90 732 pH 1 7 0 2 1 2 L 2 52 5 碱转化法合成碱转化法合成 VcVc 将 2 酮基 L 古龙酸与甲醇反应生成 2 酮基 L 古龙酸甲酯 该酯在 NaHCO3的作用 下内酯化生成 VC 钠盐 该钠盐经阳离子交换柱酸化后转变为 VC 再经脱色 浓缩 结晶等工序得到纯 VC 10 工艺流程 图 2 2 2 L 2 L C NaHCO3 转化 C 2 2 C Vc 2 62 6 发酵工艺条件的优化发酵工艺条件的优化 对于任何一种发酵产品 肯定存在着抑制该物质大量积累的影响因素 11 除了 从代谢调控 微生物生理等角度研究这些因素对产酸积累的影响规律外 在发酵工 艺的设计中我们还可以从加速底物消耗 缩短发酵时间 降低能耗 降低生产成本 的角度来提高生产效率 12 进而提出相应的控制方法或策略 可望实现产品的高产 量 高产率和高生产强度的相对统一 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 5 页 共 19 页 3 3 物料衡算及能量衡算物料衡算及能量衡算 3 13 1 物料衡算物料衡算 根据维生素 C 的生产工艺 维生素 C 的年产量为 10000 吨 因此生产维生素 C 的原料使用量 以最高使用量计 如下 倒灌率 1 D 山梨醇 M 182 到 L 山梨糖转化率 4 98 L 山梨糖转化率到 2 酮基 L 古龙酸 M 194 转化率 80 2 酮基 L 古龙酸到维生素 C M 176 的转化率 95 则 D 山梨醇到维生素 C 的理论转化率为 98 80 95 74 48 D 山梨醇的年需求量 X 1 176 182 1 3884wt D 山梨醇的日需求量 1 384 10000 300 46 28t 一年按 300 个工作日计算 表 3 1 投料清单 物料名称物料名称每周期原料消耗量每周期原料消耗量全年原料消耗量全年原料消耗量 t 山梨醇 13 8841388 4 玉米浆 2 6322632 硫酸铵 1 981980 磷酸氢二钾 0 68680 磷酸二氢钾1 1271127 蛋白胨酵母膏 28 46328463 可溶性淀粉 20 34820348 尿素 7 36m 7360m 3 23 2 能能量衡算量衡算 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 6 页 共 19 页 3 2 1 杀菌系统消耗冷水量 2 酮基 L 古龙酸在发酵液中的浓度 6 每天 2 酮基 L 古龙酸 M 194 的产量 46 28 98 80 182 194 38 68t 每天处理发酵液总量 36 68t 6 644 60t 第一步发酵完成后发酵液经 80 10 分钟低温灭菌 然后冷却到 30 进行第二步 发酵 因此菌种系统冰水日耗量计算如下 发酵液的比热 3 82KJ Kg 冷水比热容 4 20 KJ Kg 冷却前后温度变化 20 50 Q CM T Q 冰水 Q 发酵液 3 82 644 60t 80 30 4 2 M 50 20 M 977 1t 3 2 2 CIP 系统蒸汽消耗量 每天清洗需要加热清洗介质 根据清洗用管式换热器的设计数据 但是基本上不会 同时消耗蒸汽 因此可以按照 70 进行计算 即平均消耗蒸汽 5000Kg 天 3 2 3 其他电力 压缩空气等耗量 电耗和压缩空气的耗量与设备的生产能力有关 将设备清单中设备的消耗量累计 即可得到能源的消耗 由于工厂不会所有设备同时运转 因此根据经验以该数据总 量的 70 对其进行计算 4 4 重点设备设计重点设备设计 4 14 1 选择设备的原则选择设备的原则 从设备的设计选型上 可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性 因此 在设备的工艺设计和选型时应考虑如下原则 1 保证工艺过程实施的安全可靠 2 经济上合理 技术上先进 3 投资省 耗材料少 4 运行费用低 水电汽消耗少 5 操作清洗方便 耐用易维修 备品配件供应可靠 减轻工人劳动强度 实施 机械化和自动化方便 6 结构紧凑 尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备 7 考虑生产波动与设备平衡 留有一定余量 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 7 页 共 19 页 8 考虑设备故障及检修的备用 4 24 2 主要设备选型与计算主要设备选型与计算 4 2 1 发酵罐选型 发酵罐无疑是本设计最为关键的设备 目前国内一般使 用机械涡轮搅拌通风发酵罐 具有技术成熟可靠 稳妥且 成功率高等特点 生物反应发酵罐一般有 20m 30m 50m 60m 75m 150m 200m 等 国内一般为 100 500m 而国外则都在 400 500m 最大 可能为 1000m 以上 一般单罐体积越大则可以缩短生产 周期提高产效 但同时也增大了风险以及加大了对设备系 统 动力系统的要求 本设计预计使用公称体积 200m 的发酵罐 图 4 1 发酵罐图 有前面运算知单次周期内需发酵 2000m 液体 而罐的填充系数为 0 75 故 所需总体积为 V1 2000 0 75 2700m V 查表知公称容积为 200m 发酵罐总容积为 230m 从而需要 n 0 V 24Va 其中 V0 昼夜需要加工的发酵液量 m 生产周期 h Va 罐的总体积 m 填充系数 由于 V0 2000 24 96 96 所以 n 2000 230 0 75 11 59 图 4 2 发酵罐结构图 取整 12 个 由于是二步发酵共取 24 个 从而可保证生产量 发酵罐主要尺寸计算 V V筒 2V封 由于上封口体积可忽略 V封 V封 3 4 R 6 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 8 页 共 19 页 3 2 D 24 V 2 H D 4 3 2 D 24 而 200m 的径高比为 2 故 V 230 m D 5009mm 2 2D D 4 3 2 D 24 取 D 5m H 10m 根据 发酵工厂设计概论 通用发酵罐系数表查得封头高 H 300mm 从而定容积 V V筒 2V封 2 2D D 4 3 2 D 24 0 785 2 53 3 14 53 12 229 m 230m 从而满足设计 由于为保证发酵在最旺盛 微生物消耗基质最多及环境温度也最高时计算冷却 下的发酵热 对于每罐实际装液量 V液 V全 230 0 75 172 5m 查阅相关经验值表抗菌素类 冷却面积 发酵液体积 在 1 1 5 间 为保证足够换热面积 1 5 从而 A V全 230 0 75 1 5 258 8 或对于维生素 C 酶 1m 发酵液每 1h 传给冷却器最大热量约为 4 18 3300 KJ m h 而 K 值约为 4 18 500 26 26 20 23 6 3 tm 6 3 6 3 4 33 从而 A 262 9 Q K tmA 4 18 3300 230 0 75 4 18 500 4 33 与 258 8 较为接近 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 9 页 共 19 页 采用六弯叶涡轮搅拌器 搅拌器叶径 D1 D 3 1 67m D 5m 挡板宽度 B 0 2D 1m 搅拌叶间距 S 2D1 3 74m 搅拌叶距罐底距离 C D1 1 67m 而 C 2S 9 15D1 2 即满足工业上要求最上层搅拌桨叶到液面距离在 0 5D1 2D1 之间 对于发酵液 1050Kg m 0 1Pa S 而根据查资料知 N 100 r min 对雷诺数 Re 4 88 104 104 2 D NP 2 1 67100 1050 60 0 1 从而为湍流 查阅 发酵设备 知搅拌功率准数 Np 4 7 不通气时搅拌功率 Pr Np N3 D5 4 7 100 60 3 1 675 1050 2 968 105 W 296 8 Kw 而 3 层功率 Po P 1 0 6 3 1 652 96 Kw 通气时轴功率 P2 P2 2 25 10 3 P12 N D3 Q0 08 0 39 其中 N 100r min D 5m Q 通风量 mL min 通风比 VVm 0 08 0 15mL min 取 0 10 若风速增大 P2 会减小 Q 172 5 0 1 17 25m min P2 2 25 10 3 0 39 23 70 08 652 96100 167 1 725 10 504 2 Kw 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 10 页 共 19 页 4 2 2 种子罐选型 种子罐作为二级发酵设备是负责将一级种子进行扩大培养并随后接入三级发酵 罐中进行发酵 故一般为便于生产一个三级发酵罐配套一个二级发酵罐 由前面运 算知应需要 12 个三级发酵罐 故种子罐则也需要 12 个 一般种子罐有 5m 20m 50m 等 由前文描述知种液接种量为发酵液的 15 同时罐的填充系数为 0 6 因此需要 的种子罐容积为 15 230 0 6 57 5m 取整为 60m 种子罐主要尺寸计算 V V罐 2V封 60 2 H D 4 3 2 D 24 取径高比为 2 从而 60 D 3 2m 3 D 2 3 2 D 24 从而 H 6 4m 实际容积为 V 0 785 2 3 23 3 12 3 23 12 60 02m 57 5m 故满足工业设计要求 而对于种子罐的换热面积根据前文描述及查阅相关资料种子罐 1 2 从而 A V全 60 0 6 1 2 43 2 而关于种子罐的搅拌器尺寸计算 搅拌器叶径 D1 D 3 1 067 1 07m 挡板宽度 B 0 2D 0 64m 挡板叶间距 S 2D1 2 14m 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 11 页 共 19 页 搅拌叶距罐底距离 C D1 1 07m 而 C 2S 5 35D1 2 故满足工业上要求 D1 2 2D1 4 2 3 配料罐 配料罐又名搅拌罐 配料桶 为上开启式 下斜底三层结构 具有可加热自动 控温 保温 搅拌功能 传热快 适应温差大 清洗方便等优点 广泛应用于食 乳 品 制药 日化 饮料 油脂 化工 颜料等行业做为中间缓冲 储液 搅拌 调配设 备 在物料无须加热可调配均匀的的状态下 该设备为最经济实用 加热 混合调 配或杀菌处理 特别适合于无蒸汽热源的单位与科研机构的小 中试使用 并可按 工艺需要采用全封闭式结构 保温结构 图 4 3 配料罐 配液罐是在夹套内由蒸汽进行加热 热量通过罐体内壁传热给物料 保持所需 温度 同时靠磁力搅拌器的搅拌转动 不断翻滚物料而使药液达到混合均匀的目的 有节能 耐蚀 生产能力强 清洗方便 结构简单等特点 是制造乳品 饮料 制 药厂家不可缺少的设备 结构 本设备由罐体 夹套 内胆 封头 磁力搅拌装置及公用系统管道组成 主体材质为进口不锈钢 按 GB741 80 技术条件进行 罐体内外抛光 罐内有搅拌 桨 工作时起搅拌作用 上盖有温度计 显示罐内温度 顶部有摆线针输行星减速 器 带动搅拌桨 并可装拆与清洗 并是一扇可开式罐盖供清洗用 另加两个进料 口 可与管道连接 便于连接进各种配料 下面带有出料口 并装上旋塞阀大等搅 拌均匀后 旋转旋塞阀手柄 90 即可放料 放料完毕关闭 达到搅拌均匀目的 可 配有液位计或称重设备 对罐内的物料体积或重量进行计量 配料罐有以下几种类型 1 上活动盖 下斜底结构 2 上活动盖 下锥底 或椭圆 蝶形封头 结构 3 上下锥形封头结构 封闭式 4 上下椭圆 或蝶形 封头结构 配料罐的主要性能及结构性能 1 容积 50L 100L 200L 300L 500L 600L 1000L 5000L 2 加热方式 采用电热棒插入夹套内 加热均匀无冷区 夹套内注入导热油或 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 12 页 共 19 页 水为加热介质 产生热能对罐内物料进行加热 3 物料加热温度 100 物料加热时间 10min 视工艺需要 4 温度控制 采用电热偶测量温度与温控仪连接进行测控温度 温差 1 C 并可调节物料温度的高低 温控仪安装在电控箱内 温度传输杆直插至罐内底部 使料液用到最低位置也能指示出温度 5 罐体 内表面镜面抛光处理 粗糙度 Ra 0 4m 6 上盖 为两扇可开式活动盖 便于清洗 内外表面镜面抛光处理 粗糙度 Ra 0 4m 7 内罐底结构 经旋压加工成 R 角 与内罐体焊接 抛光后无死角 并向出 料口方向呈 5 倾斜 便于放净物料无滞留 8 夹套形式 全夹套 用于加入导热油或水 使工作时达到最佳升温和降温的 目的 9 保温材料 采用填充珍珠棉 岩棉或聚氨酯浇注发泡 保持与外界的温差 达到隔热保温效果 10 外壳体表面处理方式 镜面抛光或 2B 原色亚光或 2B 磨砂面亚光处理 11 搅拌装置 顶部中心搅拌 减速机输出轴与搅拌桨轴采用活套连接 方便 拆装与清洗 12 搅拌转速 15 120r min 定速 搅拌桨形式 框式 锚式 桨叶式 涡轮 式等 按工艺要求 13 设备配置 电气控制箱 温度仪 料液进出口 介质进出口 进 排油 放空口 溢油孔 等 14 材质 内罐体 SUS304 或 SUS316L 夹套为 Q235 B 或 SUS304 外保护 壳体为 SUS304 15 各进出管口工艺开孔与内罐体焊接处均采用翻边工艺圆弧过渡 光滑易清 洗无死角 外表美观 表 4 1 配料罐相关参数 容量 L L 300L 500L 800L 1000 真空度 MPa 0 09 0 09 0 09 0 09 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 13 页 共 19 页 工作压力 MPa 常压常压常压常压 工作温度 0 1000 1000 1000 100 电机功率 KW 345 55 5 搅拌转速 r min 35 5135 5135 5135 51 外型尺寸 mm 1100 X2050 1200 X2390 1400 X2650 1500 X2750 4 2 4 补料罐 在一般抗生素药品 食品 酒类等发酵生产过程中 给发酵液补充多种营养剂 是生产过程中不可缺少的工艺步骤 我中心研制的定量补料罐与 连续脉冲流加补 料 的方法共同应用可使发酵罐内菌丝生产环境保持稳定 维持适当的营养平衡 利于菌株生长 通过视窗可直观地显示补料过程 本产品安装方便 动作可靠 对 导电和非导电介质均可计量 补料罐的特点包括 1 耐腐蚀 不染菌 2 耐蒸汽消毒 3 密封性好 4 34 3 辅助设备选型辅助设备选型 4 3 1 原料预处理工序设备选型 维生素 C 生产过程中需要大量玉米浆 而玉米浆从玉米加工制备得到 在收获 储藏和运输中常会混入各种杂物 因此需经过除铁 筛选 精选 粉碎等过程来提 高蒸煮 水解和发酵等工序的效率 4 3 2 磁力除铁器 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 14 页 共 19 页 选用永磁滚筒 由进料装置 滚筒 磁芯 机壳和传动装置等部分组成 磁 芯由锶钙铁氧体永久磁铁和铁隔板按一 定顺序排列成圆弧形并安装在固定的轴 上 形成多极头开放磁路 磁芯圆弧表 面与滚筒内表面间隙小而均匀 一般小 于 2mm 滚筒由非磁性材料制成 外 表面敷有无毒且耐磨的聚氨酯涂料作保 护层 以延长使用寿命 滚筒通过蜗轮 蜗杆结构由电动机带动旋转 磁芯固定 不动 滚筒质量小 转动惯量小 永磁滚筒能自动地排除磁性杂质 除杂效率高 98 以上 特别适合于除去粒状物料中的磁性物质 4 3 3 筛选设备 选用振动筛 S 1 振动筛是原料加工中应用较广泛的一种 筛选与风选相结 合的清理机械 多用于清除谷物原料中小或轻的杂质 振动筛主要由进料装置 筛 体 吸风除尘装置和支架等部分组成 4 3 4 生物质原料的粉碎装置 选用湿式粉碎机 主要包括 加料器 粉碎机和加热器等几部分 粉碎可采用 一级或二级粉碎 两台粉碎机串联使用 从粉碎机 出来的粉浆进入加热器 利用蒸煮工段放出的二次 蒸汽预热至一定温度后备用 湿式粉碎过程主要是 分散微粒化的过程 可分为把颗粒团破碎 解集 润湿 分散和稳定等步骤 德国 DRAISWERKE 公司推出的 PM DCP 型 砂磨机主要由转子 定子 分离装置 传动装置及 液压系统 控制系统组成 其工作原理为 悬浮状物料和研磨介质在研磨 室内混合 由于转子的高速旋转 转子销棒 定子 销棒向研磨介质传递大量的能量 砂磨机的特殊结 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 15 页 共 19 页 构 使研磨室里具有很高的能量密度 多无物料产生强烈的 相对平均的撞击力 使物料在短时间内得到粉碎 由于连续进料 物料从外研磨室自上向下经底部通道 进入内研磨室 在内研磨室自下向上流动 最后经过滤后出料 操作时 物料在泵 的作用下从上部进料口均匀连续进料 迅速投入研磨介质 进入正常工作阶段 研 磨介质主要集中在外研磨室 外研磨室是主要研磨区域 PM DCP 型砂磨机的特点 砂磨机巧妙运用了离心力作用 分离物料时很少带 出研磨介质 设备能量密度高 产品粒度分布均匀 生产能力大 可实现小设备大 生产 定子磨室可升降 转动 操作方便 4 44 4 提取工序设备选型提取工序设备选型 4 4 1 过滤 维生素 C 由大菌小菌发酵而得 发酵液中含有大量的菌丝 2 10 m 以及残 余培养基固体组分 约占发酵液体积的 1 10 此外发酵液中还有可溶性杂质 如很 多发酵代谢产物及有机杂酸色素等 其中对提取影响最大的是蛋白质和钙 镁 铁 等高价无机离子等 它们的存在会给以后的提取带来困难 发酵液预处理和过滤的 目的不仅在于分离菌丝除去杂质 还在于改变滤液的性质除去蛋白质 以利于后续 各步操作 保证成品质量 因维生素 C 在水溶液中稳定性差 易于降解 故要求在预处理及过滤操作中 做到快速 保温 合理使用絮凝剂 使滤液澄清 一般维生素 C 放罐后 立即冷却到 10 以下 加入絮凝剂 采用真空转鼓过滤 机除去菌丝及其他固体杂质 并适量喷水洗涤回收菌丝体上的单位 必要时 可在 过滤前用硅藻土等介质作为助滤剂涂层 提高过滤效果 料液处理量每罐为 162m 选用真空转鼓式过滤机 主要技术参数 过滤面积 2 5m 转鼓直径 800mm 工作压力 0 2 到 0 4Bar 过滤温度常温 滤液管进出口径 DN40 外行尺寸 2500mm 1650mm 1700mm 年产 1 万吨维生素 C 发酵工艺设计 第 16 页 共 19 页 图 5 8 真空转鼓式过滤机 过滤机通过与转鼓同步运转的滤布 在真空 负压 作用下实现悬浮液的固液 分离 经折带装置卸除滤饼并实现滤布的清洗再生 具有自动化程度高 操作连续 滤布易再生等特点 被广泛用于化工 制药 环保等行业 4 4 2 结晶 结晶是提纯维生素 C 的有效方法 例如在二次丁酯提取液中 维生素 C 的纯度 只有 50 70 但洁净后纯度可提高至 90 以上 维生素 C 结晶方法很多包括维生 素 C 钾盐结晶 维生素 C 普鲁卡因盐结晶 维生素 C 钠盐结晶等 结晶罐选用蛇管加热箱 用 100 饱和水蒸气加热 查 化工工艺设计手册 K 2940Kg h 结晶时间为 60min 4 4 3 干燥 采用带式 3 合 1 干燥机 该机器 具有以下特点 过滤效率高 洗涤效 果好 滤饼厚度可调节 含湿量小 干燥质量好 滤布可在线正反面同时 清洗 操作灵活 维修费用低 真空 盘固定 可避免由于往复运动而引起 相邻区域滤液混合 根据物料及洗涤 特性 可分别采用全封闭 半封闭及 敞开式设计 带式干燥机由若干个独立的单元