发酵工程课程设计说明书

化学工程与技术学院

《发酵工程》课程设计说明书

班 级： 生物工程0701班 姓 名： 何卫 学 号： 200722153017 设计小组：赵彩云、邓世林、陈来玉、

何卫、何艺 设计课题： 培养基连续灭菌系统设计 设计时间： 2010-9-30 指导教师： 杨忠华老师、周卫老师

武汉科技大学 课程设计说明书

目 录

一、前言........................................................................................................................................... 1 1.1 设计任务 .................................................................................................................................... 2 1.2 技术背景 .................................................................................................................................... 2 二、计算过程 ................................................................................................................................... 4 2.1塔式加热器设计 ......................................................................................................................... 4 2.1.1 导入管径计算 ......................................................................................................................... 4 2.1.2 塔径计算 ................................................................................................................................. 4 2.1.3 蒸汽导管口设计 ..................................................................................................................... 5 2.2 维持罐的设计 ............................................................................................................................ 5 2.2.1 灭菌时间计算 ......................................................................................................................... 5 2.2.2 附属管道设计 ......................................................................................................................... 6 2.2.3 维持罐主体设计 ..................................................................................................................... 7 2.3 换热器设计 ................................................................................................................................ 7 2.3.1 能耗计算 ................................................................................................................................. 7 2.3.2 板式换热器 ............................................................................................................................. 8 三、参考文献及资料 ....................................................................................................................... 8 四、结束语..................................................................................................................................... 10

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一、前言

发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

发酵工程由三部分组成：上游工程、中游工程和下游工程。其中上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。中游工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

以发酵工程为核心内容的生物技术在不断发展，当前，借助微生物培养进行产品生产已涉及医药、化工、轻工、能源、环保等领域，随着发酵工程趋向设备大型化、高效和自动化，对规模化的生产工艺操作和装备设计提出了更高的要求。发酵过程技术性强， 对设备的要求较高。 然而，“染菌”，即在微生物纯种培养过程中，除目的菌以外还有其他微生物存在的现象时有发生，

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由此给企业造成较大的经济损失。 生产实践表明，在造成发酵染菌的原因中， 除了人为操作因素，设备造成的发酵染菌占了很大比例。

培养基连续灭菌系统是发酵工艺中显而易见的至关重要一环。所谓连续灭菌就是将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却等灭菌操作过程。

连续灭菌时，培养基能在短时间内加热到保温温度，并能很快被冷却。因此可比在分批灭菌更高的温度下灭菌，而保温时间则很短，这样就有利于减少营养物质的破坏，提高发酵产率。相较间歇灭菌而言，连续灭菌系统具有很多优点，包括营养质量保留较多，易于放大，易于自动控制，糖损较小，灭菌周期缩短，发酵罐利用率高、腐蚀较小，蒸汽负荷均匀。但是连续灭菌系统的设备比较复杂，投资较大，适用于大型发酵罐、大规模发酵生产的液体培养基的灭菌，因此企业投资规划时需要衡量生产效益的实际情况。

1.1 设计任务

培养基连续灭菌系统。

1.2 技术背景

培养基的灭菌方法一般有实消和连消两种方法，连消即将培养基在发酵罐外，通过专用消毒装置，连续不断的加热维持保温和冷却，

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然后进入发酵罐的灭菌方法。 目前应用最广泛的是低压蒸汽喷射器的连消工艺，该工艺既可以提高培养基的灭菌效果， 又可以节约大量的蒸汽和冷凝水。

连续灭菌工艺有很多优点：1、采用高温、快速灭菌，物料受热时间短、营养成分破坏少，消后物料质量好。2、灭菌时间短，发酵罐的利用率高。3、蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高。4、适宜采用自动控制减低劳动强度。5、培养基连续灭菌系统设备。

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。 连续灭菌的工艺流程为： 配料预热——连消泵——连消塔——维持罐——冷却器——发酵罐。

培养基在连消塔中加热达到灭菌温度后，自维持罐的底部进入维持罐，逐渐上升，然后从罐上部侧口处流出罐外。 这段培养液的停留时间为维持罐的保温时间，即实际灭菌时间。连消时如果培养基流速太快， 在维持罐内停留时间太短，则会造成灭菌不彻底，而引起染菌，若培养基流速过慢，培养基成分破坏就增加，培养基质量就不能保证，因此，在连消中除温度严格按规定控制外，流速也需稳定。连续灭菌的成败关键在于培养基在维持罐的温度和时间是否符合灭菌的要求，这一点除了必须严格操作控制外，维持罐的设计合理是非常重要的。

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