年产1万吨维生素C发酵工艺设计.pdf
20页
年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计目录1 绪论 ................................................................. 0 1.1 维生素 C简介 .................................................... 0 1.2 维生素 C主要作用 ................................................ 0 2 工艺流程设计 ......................................................... 2 2.1 空气除菌过程 .................................................... 2 2.2 第一步发酵过程 .................................................. 2 23 第二步发酵过程 ................................................. 3 2.4 2 —酮基— L-古龙酸的提取分离过程................................. 3 2。
5 碱转化法合成 Vc ................................................ 4 26 发酵工艺条件的优化............................................. 4 3 物料衡算及能量衡算 ................................................... 5 3.1 物料衡算 ........................................................ 5 3.2 能量衡算 ........................................................ 5 4 重点设备设计 ......................................................... 6 41 选择设备的原则 ................................................. 6 42 主要设备选型与计算............................................. 7 4。
3 辅助设备选型 .................................................. 13 4.4 提取工序设备选型 ............................................... 14 45 包装 .......................................................... 17 参考文献 .............................................................. 18 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 0 页 共 19 页1 绪论1.1 维生素 C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1.2 维生素 C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。
13 维生素 C能增强免疫力「－o一「？飞一？＝斗一？一♀－CH2础01HO H H O H L一抗坏血酸 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 1 页 共 19 页具测定，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. 14 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。
17 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 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。
2.1 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]. 22 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 50~5.2，经扩大培养，接入发酵罐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、碳酸钙等成 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 3 页 共 19 页分,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 . 22.3 发酵过程控制温度 34℃，pH 5该反应耗氧比较大，同气比要求1:110h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2.3 第二步发酵过程23.1 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 6.8L—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 . 23 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%4 2 —酮基— L-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 页发酵液滤液一次中和液上清液二次中和液浓缩液结晶液湿晶体2-酮基-L- 古龙酸过滤静置3h，压滤一次中和732氢型树脂， pH<2.3～2.5保温，脱色，冷却，离心90℃保温数分钟，活性炭二次中和732氢型树脂， pH<1.7真空浓缩结晶盐水降温至 0℃离心洗涤用冷冻的乙醇洗涤真空干燥图2-1 2- 酮基-L- 古龙酸提取纯化工艺流程图2。
5 碱转化法合成 Vc 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-酮基-L- 古龙酸2-酮基-L- 古龙酸甲酯维生素C 钠盐酯化离心NaHCO3 、转化浓硫酸+甲醇粗维生素C溶解、离子交换阳离子交换树脂活性炭、草酸脱色图2-2 碱转化法合成维生素 C 工艺流程图过滤、结晶、干燥精品Vc2.6 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 物料衡算及能量衡算3.1 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 :η=98％＊80%＊95%=74。
48% D-山梨醇的年需求量： X=[(1/176)*182]/ η=1.3884wt; D—山梨醇的日需求量： 1.384＊10000/300=4628t； （一年按 300 个工作日计算）表 3—1 投料清单物料名称每周期原料消耗量全年原料消耗量/t 山梨醇13.884 13884 玉米浆2.632 2632 硫酸铵1.98 1980 磷酸氢二钾0.68 680 磷酸二氢钾1.1271127 蛋白胨酵母膏28.463 28463 可溶性淀粉20.348 20348 尿素7.36m37360m 33.2 能量衡算 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 6 页 共 19 页32.1 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=3868t；每天处理发酵液总量： 3668t/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 重点设备设计41 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8）考虑设备故障及检修的备用. 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 7 页 共 19 页4。
2 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20m3、30m3、50m3、60m3、 75m3、150m3、200m3等，国内一般为 100—500m3，而国外则都在400—500m3，最大可能为 1000m3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200m3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2000m3液体，而罐的填充系数为φ=075，故所需总体积为 : V1=错误!未定义书签错误 !未定义书签V=2000/075=2700m3查表知公称容积为200m3发酵罐总容积为 230m3从而需要 n=0V24Va其中， V0——昼夜需要加工的发酵液量，m3τ——生产周期， h Va——罐的总体积， m3φ——填充系数由于V0=2000×24/96 τ=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=34 R6= 32D24吼：王贯主飞... • .. ~·阔’l．吨。
．．”IQ .. ”吗． 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 8 页 共 19 页V=2HD4+32D24而 200m3的径高比为 2 故 V=22DD4+32D24=230 m3D=5009mm 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 =22DD4+32 D24 =0.785 ×2×53+314×53/12 =229 m3 ≈230m 3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·φ=230×0.75=172.5m3查阅相关经验值表抗菌素类ψ=冷却面积㎡ /发酵液体积在 1-1.5 间为保证足够换热面积ψ=1.5 从而A=V全ψφ=230×075×15=2588 ㎡或对于维生素 C 酶 1m3发酵液每 1h 传给冷却器最大热量约为4.18×3300 KJ/ （m3·h） ，而 K 值约为 418×500 26 → 26 20 → 23 ——--———6 3 △tm=(6—3）/㏑(6/3）=4。
33℃从而 A=QKtm=4.18 33002300.754.18 5004.33=2629 ㎡与 258.8㎡较为接近采用六弯叶涡轮搅拌器搅拌器叶径D1=D/3=167m D=5m 挡板宽度B=02D=1m ,:l. 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 9 页 共 19 页搅拌叶间距S=2D1=3.74m 搅拌叶距罐底距离C=D1=167m 而 C+2S=915<10 取 3 层搅拌器同时10—9.15=085>D1/2 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ρ=1050Kg/m3μ=01Pa·S 而根据查资料知N=100 r/min 对雷诺数Re=2D NP=21.67100 1050600.1=4.88×104〉104从而为湍流，查阅《发酵设备》知搅拌功率准数Np=4.7 ①不通气时搅拌功率Pr=Np·N3·D5·ρ=4.7×（100/60) 3×1.675×1050 =2968×105 W =2968 Kw 而 3 层功率Po=P[1+06×（3-1）]=652.96 Kw ②通气时轴功率P2P2=225×10-3×(P12×N×D3/Q0。
08）0.39 其中， N=100r/min D——5m Q--通风量， mL/min. 通风比 VVm=008-015mL/min，取010 若风速增大， P2会减小Q=172.5×01=1725m3/min P2=2.25×10-3×[2370.08652.96100 1671.725 10（）]039 =504.2 Kw 42 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5m3、20m3、50m3等. 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 10 页 共 19 页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%×230/06=575m3取整为 60m3种子罐主要尺寸计算V=V罐+2V封2HD4+32 D24 =60 取径高比为 2 从而3D2+32 D24=60 ,D=32m 从而H=64m 实际容积为V=0.785×2×3.23+3.12×3.23/12 =60.02m3>57。
5m3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φ=12 从而A=V全·φ·Φ=60×0.6×1.2 432 ㎡而关于种子罐的搅拌器尺寸计算搅拌器叶径D1=D/3=1067≈107m 挡板宽度B=02D=0.64m 挡板叶间距S=2D1=214m 搅拌叶距罐底距离C=D1=107m 而 C+2S=535<64 同时，64-5.35=105>D1/2 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，为上开启圃n11nr.:.ii• 民幌llff凰”· 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 11 页 共 19 页式,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≤04＆micro;m 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 12 页 共 19 页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≤04µm) 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 SUS30415、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=300 L=500 L=800 L=1000 真空度(MPa）〈 — 0.09 〈 - 0.09 < - 0.09 < — 009 工作压力（ MPa）常压常压常压常压工作温度 (℃) 0～100 0～100 0～100 0~100 电机功率(KW ）3 4 5.5 55 搅拌转速（r/min) 35-51 35-51 35—51 35—51 外型尺寸 （mm）Φ1100 X2050 Φ1200 X2390Φ1400 X2650Φ1500 X2750 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 13 页 共 19 页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4.3 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＋骂titCl 12 I I 4、1圈也4 跺功r.r1占韩j亲患闺卜桂H 作2吊”3-nr.，细咀sn 111,ll,吨嗣6ll!i<’ij ;Ii,姐”？咆4帆$后’＼l夜罩切i)(I毒者呻吨！（II ＞（门口毛自随鸣串9 8 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 14 页 共 19 页的清理机械，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 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。
44 提取工序设备选型44.1 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—10μm）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,如很多剖’＂＇扭生φ属富；哥是非型J精ii·副If.稽贸自主囱令『6冲击粉碎工艺原理因1山1水111fl j 水边口出’l闺4-7PM:-OCP型摩砂机·－加峨2阴智！3－转衍 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 15 页 共 19 页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162m3选用真空转鼓式过滤机。
主要技术参数：过滤面积25m3；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 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4.2 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. VI,））划将｜］以也电儿j 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 16 页 共 19 页44.3 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段组成每个单元段包括循环风机、 加热装置、 单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量操作参数，可进行独立控制 ,从而保证带干机工作的可靠性和操作条件的优化带干机操作灵活，湿物进料,干燥过程在完全密封的箱体内进行,劳动条件较好，免了粉尘的外泄图 4-11 带式干燥机示意图工作原理：物料由加料器均匀地铺在网带上，网带采用 12—60 目不锈钢丝网 .由传动装置拖动在干燥机内移动干燥机由若干单元组成,每一单元热风独立循环 ,部分尾气由专门排湿风机排出，废气由调节阀控制， 热气由下往上或由上往下穿过铺在网带上的物料,加热干燥并带走水分网带缓慢移动，运行速度可根据物料温度自由调节,干燥后的成品连续落入收料器中.上下循环单元根据用户需要可灵活配备，单元数量可根据需要选取 . 结构形式 :（1)单级带式干燥机 :被干燥物料由进料端经加料装置被均匀分布到输带上输送带通常用穿孔的不锈钢薄板制成，由电机经变速箱带动， 可以调速 干燥机箱体内通常分隔成几个单元 ,以便独立控制运行参数， 优化操作 .干燥段之间有一隔离段 ,在此无干燥介质循环。
2）多级带式干燥机：多级带干燥实质上是由数台单级带干机串联组成，其操作原理与单级带干机相同叫’…蛐•d－＊生＇........四圈’榈捕阳”号·~’, ..... ~ .... -··-‘ 辞出持r;;;．怎－•－•z•~., a，风ac PJII• ~ ..’‘…．．，民‘’…·”··呻呵呵’由……’时’…呻”...... • _ ....... ",… ’ ..‘民”；，, .. ，民很＇．尺，霞’民．·．‘．，，．、，”；.~‘咱…"-- ·一…a』…』．阳巾，·叩叩窑’也…•1.1•”，民飞’莓，，，..』属今气.. , . .. 呻．．．田－. . 山．．…’ . 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 17 页 共 19 页（3）多层带式干燥机 :多层带干机常用于干燥速度要求较低、干燥时间较长 ,在整个干燥过程中工艺操作条件能保持恒定的场合层间设置隔板以组织干燥介质的定向流动，使物料干燥均匀 .多层带干机占地少，结构简单，广泛使用于干燥谷物类物料.但由于操作中要多次装料和卸料， 因此不适用于干燥易粘着输送带及不允许碎裂的物料4)冲击式带式干燥机：冲击式带干机适用于干燥织物、烟叶、基材的表面涂层及其他薄片状物料。
冲击式带机通常由两条输送带组成冲击式带机可分隔成单元段进行独立控制干燥介质增湿后,部分排出，另部分返回掺入新鲜干燥介质后再行循环. 特点：（1)物料在带干机上受到的振动和冲击轻微，物料颗粒不易粉化破碎，因此也适用于干燥某些不允许碎裂的物料2）带干机不仅供物料干燥，有时还可对物料进行焙烤、烧成或熟化处理操作3)带干机结构不复杂 ,安装方便，能长期运行，发生故障时可进入箱体内部检修，维修方便5 包装包装需要供瓶机、灌装机、压盖机、铝箔封口机及加盖机4 主要设备一览表主要设备发酵罐种子罐配料罐公称容积 /m3200 60 500L 年产 1 万吨维生素C 发酵工艺设计第 18 页 共 19 页参考文献[1] 俞俊棠，唐孝宣，邬行彦．新编生物工艺学（上、下册)．北京: 化学工业出版社，2005 ［2] 梁世中．生物工程设备．北京：中国轻工业出版社，2013 ［3］岑沛霖，蔡谨．工业微生物学．北京：化学工业出版社,2011 ［4] 邱立友．发酵工程与设备．北京：中国农业出版社，2007 ［5] 刘国诠．生物工程下游技术．北京：化学工业出版社，2003 [6] 吴思方．生物工程工厂设计概论．北京：中国轻工业出版社，2007 。
