微生物復合菌劑生產(chǎn)工藝流程與設計

1、 微生物復合菌劑生產(chǎn)工藝流程與設計（附簡圖)一生產(chǎn)前的準備工作 （1）生產(chǎn)用菌種的鑒定:主要包括純度鑒定，生產(chǎn)性能的檢查，有無雜菌污染。還有就是菌種的活性，重要特性有無退化等。 （2）如菌種已發(fā)生功能性改變或被雜菌污染，還需要進行菌種的純化或或復壯。 （3）其次在規(guī)模生產(chǎn)之前，還要通過實驗室中試，確定該菌群的最適生長溫度，PH，發(fā)酵培養(yǎng)基的最適成分與比例；生長曲線的繪制與最適培養(yǎng)時間的確定。我們一般選取對數(shù)生長期的菌體（絲）做為生產(chǎn)發(fā)酵用的菌種。最佳接種量與裝液量的控制。二實驗室菌種的活化與種子培養(yǎng)階段：（1）將冷凍保藏管中的菌種在斜面中活化（37 24h），并在平板中進行純化（37 24h）

2、。最終得到斜面菌種或菌種斜面。斜面培養(yǎng)基成份葡萄糖牛肉膏蛋白胨Nacl瓊脂PH組成比例0.1%1%1%0.5%2.0-2.5%（2）搖瓶培養(yǎng)階段: 取一環(huán)純化后的的菌種，接入裝量為20mL種子培養(yǎng)基的250mL三角瓶中，置于180r/min中搖床中培養(yǎng) (37 18h)。 分別取1mL的種子液 ,接入五個盛有20mL發(fā)酵培養(yǎng)基的250 mL 三角瓶中。置于180 r/ min搖床中 培養(yǎng)（37 24h） 。接種量為三角瓶實際培養(yǎng)基裝量的4-5%.PH控制在7.0-7.5之間。培養(yǎng)基組成見下表：搖瓶種子培養(yǎng)基成分葡萄糖尿素硫酸鎂磷酸氫二鉀玉米漿硫酸亞鐵硫酸錳PH各組成成分比例（%）2.50.50

3、.040.12ppm2ppm7.0（注；1ppm=1mg/l)三生產(chǎn)車間多級種子罐發(fā)酵階段：工藝流程 工藝條件 中控 全部設備滅菌 121125蒸汽0.103MPa0.168 MPa0.5h1.0h一級種子罐配料種子罐一級種子罐 PH值檢測培養(yǎng)基加料體積50%75%，實際為60%PH6.57.5 一級種子罐滅菌精密試紙或PH計121125蒸汽0.103MPa0.168 MPa0.5h1.0h一級種子罐降溫滅菌空氣2535常壓一級種子罐接種搖瓶菌種物料量的0.5-5%.實際接種量為1%一級種子罐發(fā)酵滅菌空氣2535鏡檢：2436h菌體的形態(tài)、密度消泡劑芽孢形成率80%攪拌轉速：180r/min

4、二級種子罐重復上述操作和參數(shù)控制其中，由搖瓶菌種向一級種子罐的接種量，控制在一級種子罐實際裝料量的0.5%-5.0%;PH控制在6.5-7.5;發(fā)酵溫度控制在2535；裝料量控制在種子罐公稱容積的60%左右。攪拌轉速控制為180r/min. 二級種子罐的具體工藝操作和參數(shù)控制和一級種子罐大體相同。二級種子罐培養(yǎng)基成分應盡可能的接近主體發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分。通過上述二級種子罐發(fā)酵培養(yǎng)，我們大致可以得到450L的發(fā)酵種子液。（計算如下：0.6*0.01*V=0.225L由此可得V=37.5L即通過一級種子發(fā)酵，我們可以得到22.5L的發(fā)酵菌體或菌絲。二級種子罐的接種量為5%。即0.6*0.05*V=2

5、2.5L)即V=750L.即通過二級種子發(fā)酵，我們大致可以得到450L的二級種子發(fā)酵液。二級種子罐培養(yǎng)基成分如下表培養(yǎng)基成分水解糖玉米漿磷酸二氫鉀硫酸鎂尿素鐵元素(mg/l)錳元素(mg/l)PH百分含 量（%）2.50.150.040.422四主體發(fā)酵階段（1）發(fā)酵罐主要部件的設計與選型（具體設計部分見附頁）主要部件包括：罐體，攪拌器，聯(lián)軸器，軸承，軸封，擋板，空氣分布器，換熱裝置，傳動裝置，消泡器，人孔試鏡，以及管路等。(2)通過實驗我們可以知道:最佳裝液量為（50%-75%）罐體公尺容積；最佳接種量（1%-5%)實際裝液量；發(fā)酵溫度控制在2535；PH控制在；攪拌轉速180-200r/m

6、in.轉速過快會對菌絲體產(chǎn)生破壞，轉速過慢易產(chǎn)生發(fā)酵泡沫，而且會因為溶解氧不足而影響微生物的生長繁殖。（3）具體發(fā)酵時間和發(fā)酵終點的確定，要通過鏡檢來觀察微生物菌體的形態(tài)，密度，以及芽孢形成率80%。最終來確定發(fā)酵時間和發(fā)酵終點。我們一般選取對數(shù)生長末期的菌體菌絲做為發(fā)酵終點。因為此時微生物代謝活性最高，菌體數(shù)目最多。(4)主體發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分及比例:培養(yǎng)基成分水解糖甘蔗蜜糖尿素（初尿）磷酸氫二鉀硫酸鎂硫酸亞鐵(ppm)硫酸錳(ppm)水PH含量（%)130.150.60.170.062280-906.8-7.2（5）主體發(fā)酵罐操作工藝流程框圖 二級種子罐發(fā)酵液發(fā)酵罐配料發(fā)酵罐培養(yǎng)基加料體積5

7、0%75%發(fā)酵罐 PH值檢測PH6.57.5精密試紙或PH計蒸汽發(fā)酵罐滅菌121125 0.103MPa0.168 MPa0.5h1.0h發(fā)酵罐降溫2535滅菌空氣 常壓 發(fā)酵罐發(fā)酵滅菌空氣2535鏡檢： 消泡劑 2436h 菌體的形態(tài)、密度芽孢形成率80%儲罐常溫常壓 液態(tài)菌劑固形物含量1020% 附頁部分一。復合菌劑生產(chǎn)工藝流程簡圖二。發(fā)酵罐主體部件的設計 發(fā)酵罐的種類很多，但是由于其他類型發(fā)酵罐應用的產(chǎn)品范圍較窄，其流行程度遠不如機械攪拌發(fā)酵罐，約92%的發(fā)酵工廠在使用機械攪拌發(fā)酵罐。它的主要部件包括：罐體，攪拌器，聯(lián)軸器，軸承，軸封，擋板，空氣分布器，換熱裝置，傳動裝置，消泡器，人孔試

8、鏡，以及管路等。(一)幾何尺寸1.罐體計算： 設計月生產(chǎn)量270噸，則日平均產(chǎn)量為9噸。設計有效裝液量為罐體公稱容積的60%。則可知V=15000L一般H/D=2.5較好，現(xiàn)在發(fā)展趨勢是H/D越來越小，已達1.8左右?，F(xiàn)設計H/D=2(其中H罐體高度,D為發(fā)酵罐內(nèi)徑），則由；H/D=2.可知罐體高度H=4m;發(fā)酵罐內(nèi)徑D=2m。 罐體各部分材料多采用不銹鋼，如1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9,或瑞典316L。罐體必須能承受發(fā)酵工作時和滅菌時的工作壓力和溫度。通常要求耐受130度和0.25MPa的絕壓。2、攪拌器直徑和幾何尺寸 高徑比：對于檔數(shù)：通用罐D/D1=3，只能適合罐容積不太大的場

9、合；當罐較大時，D/D1=3-4。根據(jù)需要，現(xiàn)設計采用圓盤渦輪式攪拌器。攪拌器葉輪直徑D1=1/3D=2/3m。3、封頭： 采用橢圓形或碟形封頭，當V5m3時，封頭與罐體間采用法蘭連接；當V5m3時，封頭與罐體間采用焊接；4、擋板： 擋板的作用是防止液面中央產(chǎn)生旋渦，促使液體激烈翻動，提高溶解氧。擋板寬度為（）D。當滿足全擋板條件時，增加罐內(nèi)附件，軸功率不變。 WZ/D=0.5 即：(0.1-0.12)Z=0.5 即擋板寬度W=0.2m5、管口位置：人孔：為了便于操作和維修，封頭上的人孔離操作層高度在0.7m左右，大小為500×450cm ;封頭上其它管口，在滿足工藝的同時應方便操作

10、。檢測點：在下攪拌與第二檔攪拌之間?？諝夤埽嚎砷_在封頭上，也可開在罐身上。取樣口：開在罐身上。冷卻水管口：夾套冷卻，冷卻水進口在罐底，出口在罐身上部；冷卻管冷卻，進出口多在上部。物料出口：開在罐底，稍微偏離罐底中心，也可開在罐身或罐頂，由一根管插入接近罐底最底處。補料管：消泡、流加糖從罐頂加入；補氨水、液氨從空氣管道加入。消泡電極:接口在罐頂封頭上。6、罐裝料容積的計算 公稱容積：罐身部分和底封頭的容積之和（與貯罐相區(qū)別）。 V=V1+V2= ·D2(H0+ha+D/6)/4 （ha可忽略不計） 罐實際裝料量：V0=V · ( =0.6-0.85) 圓筒部分裝料高度： HL

11、=4（ V · V封）/ D2 液柱高度：H= HL + ha+hb 7、空氣分布裝置(1) 單孔管：布置于罐底，結構簡單，開口向下式可消除罐底固形物積淀，但對封頭沖蝕嚴重；開口向上式對罐底物料混合不好；(2) 多孔環(huán)管：在環(huán)形管底部鉆有許多小孔，氣體分布比較均勻，但易使物料堵塞小孔，引起滅菌不徹底；(3) 環(huán)形多支管：在環(huán)形管底部設置4-6根“L”型支管，開口均朝發(fā)酵罐中心線，結構簡單但對罐底沉積物的清除往往不徹底。(4)一般在發(fā)酵工業(yè)中通常采用單管空氣分布器?？諝夥植计髟跀嚢杵飨路降墓薜字虚g位置，管口向下，空氣直接通入發(fā)酵罐的底部。管口與罐底距離為40mm,管徑可按空氣流速20m

12、/s左右計算。(二) 換熱裝置（1）換熱方式： 1、夾套換熱：應用于V20m3，結構簡單，死角少，但壁厚，降溫效果差。加導流板可增大傳熱系數(shù)。 2、罐內(nèi)豎式蛇管換熱：傳熱系數(shù)高，但彎曲部位易蝕穿。 3、罐內(nèi)豎式列管換熱：適用于水源充足的地方，傳熱系數(shù)低于蛇管，用水量大。 4、罐外半圓管為主，罐內(nèi)豎式蛇管補償或板式換熱器補償?？稍龃蠊迌?nèi)有效容積，減少死角，此為將來發(fā)展趨勢。 除以上換熱方式外，還可采用安裝在罐外的板式或螺旋板式換熱器進行換熱。（2）發(fā)酵過程熱量計算 通常以一年中最熱的半個月中每小時放出的熱量作為設計冷卻面積的根據(jù)。 1、通過冷卻水帶走的熱量進行計算 測定冷卻水的流量及進出口的溫度

13、，按公式計算： Q最大=4.186WC(t2-t1)/V 2、通過發(fā)酵液溫度升高進行計算 在最熱季節(jié)，選擇產(chǎn)熱量最大最快的時刻，先控制溫度恒定，關閉冷卻水，測定發(fā)酵液在半小時內(nèi)升高的溫度，由公式計算： Q最大=2×4.186(GCt+G1C1t)/V 3、通過生物合成熱進行計算： Q總=Q發(fā)+Q攪Q汽 Q發(fā)=Q呼+Q代 Q呼=15659W呼 （KJ/h） Q代=4857W代（KJ/h） Q攪=4.186×860P （KJ/h） Q汽=4.186G(I出I進) （KJ/h） W單位時間耗糖量（kg/h） P攪拌功率（KW） I空氣的熱焓（KJ/kg）(4) 通過燃燒熱進行計算

14、： Q總=Q作用物燃燒Q產(chǎn)物燃燒（三）安全生產(chǎn)（ 1）壁厚的設計： 采用夾套的發(fā)酵罐，按外壓容器進行壁厚計算： S= 封頭壁厚: S= S= （2）死角和泄漏的消除 1、罐體及封頭內(nèi)壁加工應光滑，焊接時采用雙面焊，內(nèi)外焊縫應打磨光滑； 2、流加、接種及取樣管道應能單獨滅菌； 3、排污管和排氣管應獨立排空； 4、應盡量減少罐內(nèi)的附件，減少死角； 5、管口連接盡量采用焊接或法蘭連接； 6、與罐直接相連的閥門采用抗生素截止閥，在閥門上安裝排汽考克，保證閥門能徹底滅菌，或隔膜閥； 7、發(fā)酵過程保持正壓，防止微生物滲入； 8、冷卻水管采用不銹鋼，防止腐蝕穿孔； 9、攪拌系統(tǒng)軸密封采用機械密封為好；（3）

15、消泡裝置 泡沫形成的因素有：通氣和攪拌、培養(yǎng)基成分、菌體自溶。 泡沫的危害： 1、減少發(fā)酵罐有效容積25-30%； 2、造成大量發(fā)酵液逃溢； 3、滲漏后易造成染菌； 4、影響通氣和攪拌的效果； 5、妨礙微生物的呼吸，使代謝不正常，導致菌體自溶； 常用消泡方法有化學消泡和機械消泡： 化學消泡：流加泡敵消除泡沫。 機械消泡：利用機械消泡裝置來打碎、分離泡沫， 常用的裝置有：耙式消泡器、離心式消泡器、刮板式消 器、射流消泡器、碟片式消泡器等。 消泡裝置給罐內(nèi)帶來了死角，同時還消耗能量，不如化學消泡效果好，若消泡劑對后處理影響較小，可單用化學消泡。常用的化學消泡劑是天然油脂類和聚醚類物質(zhì)。（四）攪拌系

16、統(tǒng)攪拌系統(tǒng)由軸、攪拌槳、聯(lián)軸器、軸密封、減速機、電機、軸承等組成。 1、攪拌槳： 發(fā)酵工程中常用的是渦輪攪拌槳，屬徑向攪拌器，分平葉、彎葉、箭葉，葉片數(shù)為3-8，常用的是六葉。 徑向混合：平葉彎葉箭葉 軸向混合：平葉彎葉箭葉 功率消耗：平葉彎葉箭葉 由于渦輪攪拌槳功率消耗較大，同時剪切作用對微生物的損傷也大，現(xiàn)在對軸向流攪拌槳的研究正在展開，如：螺旋槳攪拌槳和翼型攪拌槳。 由于軸向流攪拌槳的混合效果差于徑向流攪拌槳，容易在罐內(nèi)造成死區(qū)，氣泡分散也不好，單純使用軸向流攪拌槳的情況不多。研究人員發(fā)現(xiàn) 對氣泡分散效果最好的是最下檔的攪拌槳。因此，在罐內(nèi)最下檔采用渦輪攪拌槳，以上各檔都采用軸向流攪拌槳

17、的形式最好。 2、軸：一般為實心軸，為了降低重量和功率輸出也可采用空心軸，軸的長度一般在3-4m為一段，通過聯(lián)軸器將各段軸進行聯(lián)接。 3、軸承：老式發(fā)酵罐一般采用中間軸承和底軸承，作用是防止軸劇烈擺動及承重；中間軸承采用的是三拉桿式； 底軸承采用三足式。由于罐內(nèi)的軸承死角太多，軸的磨損較大，功率消耗也打，現(xiàn)為穩(wěn)定環(huán)所代替。穩(wěn)定環(huán)安裝在攪拌槳的下端，當它在液體中隨軸轉動時，液體會對它的擺動產(chǎn)生阻尼作用，使得最終擺動停止。 發(fā)酵罐采用穩(wěn)定環(huán)后，死角減少，可降低功率輸出10-15%，各種維修費用及人力的消耗都降低。 4、聯(lián)軸器： 用于將各段軸進行聯(lián)接，一般在罐內(nèi)使用剛性聯(lián)軸器，罐外使用三分式聯(lián)軸器。

18、 5、軸密封： 過去使用的是填料函密封，缺點是：死角多、易泄漏、消耗功率大、軸磨損大。 現(xiàn)在多為單端面機械密封，作用原理是利用彈簧的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉動而達到密封。其優(yōu)點較多，但也有缺點：結構復雜、對動靜環(huán)的表面光滑度和平直度要求高，一般3-4個月更換一次。6、減速機： 老式罐上采用三角皮帶減速機，但體積及重量都太大，效率低?，F(xiàn)改為立式擺線針輪減速機和行星齒輪減速機。 7、電機： 采用4級（1440rpm）或6級(960rpm)交流電機，用變頻器進行調(diào)速，減少發(fā)酵過程中的功率消耗。 目前，大部分工廠使用的是雙級電機，即有兩檔攪拌轉速，在發(fā)酵的不同階段采用不同的檔數(shù)。 8、軸功率的計算： 不通氣時：P0=kNp·n3D5 K檔數(shù) Np功率準數(shù) n轉數(shù)（r/s） D槳葉直徑（m） 密度（kg/m3） P0