年产1000吨黄原胶发酵工厂的设计Word文档格式.doc

1、 fermentation; plant design目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 引言11.2 黄原胶的结构特性11.3 黄原胶的物化性质21.4 黄原胶的生产制备41.4.1菌种41.4.2培养基41.4.3发酵工艺51.4.4提取工艺71.5 黄原胶的应用91.6 国内外黄原胶的发展研究现状及生产消费状况10第二章 工艺计算122.1 物料衡算122.1.1总物料衡算122.1.2发酵物料衡算132.1.3酒精沉淀分离物料衡算：142.1.4干燥和破碎物料衡算152.1.5酒精回收车间物料衡算152.2 热量衡算162.2.1发酵车间热量衡算172.2.2干燥过

2、程热量衡算192.2.3回收过程热量衡算192.3 发酵车间无菌空气耗量的计算202.3.1发酵罐的个数确定202.3.2发酵无菌空气耗量212.3.3种子培养等其他无菌空气耗量212.3.4发酵车间高峰无菌空气消耗量212.3.5发酵车间无菌空气年耗量212.3.6发酵车间无菌空气单耗22第三章 设备的工艺设计及设备选型233.1 概述233.1.1设备工艺设计及选型的意义233.1.2设备工艺设计及选型的原则233.1.3设备工艺设计及设备选型的依据233.2 发酵车间243.2.1发酵罐的选型243.2.2生产能力、数量和容积的的确定243.2.3发酵罐个数的确定253.2.4主要尺寸的

3、计算253.2.5冷却面积的计算253.2.6搅拌器设计263.2.7搅拌轴功率的计算273.3 酒精回收车间293.3.1塔板数的确定293.3.2塔径的计算313.4 换热器的计算333.4.1冷却面积的计算333.4.2最高热负荷下的耗水量333.4.3冷却管组数和管径343.4.4冷却管总长度计算353.5 设备材料的选择363.5.1发酵罐壁厚的计算363.5.2种子罐393.6 空气分过滤器463.6.1种子罐分过滤器463.6.2发酵罐分过滤器473.7 板框过滤设备计算483.8 流化床干燥器的计算503.8.1临界流化速度503.8.2操作流化速度503.8.3流化床几何尺寸

4、513.8.4物料在干燥器内停留时间53第四章 厂址选择及车间布置设计544.1 厂址选择544.1.1厂址选择的一般性原则544.1.2从投资和经济效益方面考虑厂址选择544.1.3厂址的选择依据544.2 总平面布置设计554.2.1工厂总平面布置设计原则554.3 车间布置564.3.1车间布置的基本原则和要求564.3.2年产1000吨黄原胶工厂的车间布置57第五章 发酵工厂配套工程585.1 黄原胶发酵有机废水的处理585.2 黄原胶发酵废气的处理585.3 黄原胶发酵废渣的处理595.4 黄原胶发酵工厂供电系统595.5 黄原胶发酵工厂给排水工程59第六章 设计结果及总结60参考文

5、献62致 谢64附 录6564 武汉工程大学本科毕业设计 第一章 绪论1.1 引言许多微生物都分泌胞外多糖,它们或附着在细胞表面,或以不定型粘质的形式存在于胞外介质中,这些胞外多糖对于生物体间信号传递、分子识别、保护己体免受攻击、构造舒适的体外环境等方面都发挥着重要的作用。这些分泌的多糖结构各异,其中一些有着优良的理化性质, 已为人类广泛应用。对于仍不为人类所知的绝大多数多糖,人们试图通过相关的多糖结构间的相互比较,推断出构效关系,从而人为地主动修饰、构造多糖,以满足应用的需要。其中,黄原胶是人类研究最为透彻、商业化应用程度最高的一种1。1.2 黄原胶的结构特性黄原胶（Xanthan gum）

6、是由黄单胞菌（Xanthomonas campestris）利用碳水化合物产生的一种胞外多糖，具有良好的水溶性、增粘性、假塑性和耐酸碱、耐盐及耐酶解的能力，广泛应用于食品、石油、印染、纺织等领域2。黄原胶由五糖单位重复构成,如图1-1,主链与纤维素相同,即由以糖苷键相连的葡萄糖构成,三个相连的单糖组成其侧链:甘露糖葡萄糖甘露糖。与主链相连的甘露糖通常由乙酰基修饰,侧链末端的甘露糖与丙酮酸发生缩醛反应从而被修饰,而中间的葡萄糖则被氧化为葡萄糖醛酸,分子量一般在之间。黄原胶除拥有规则的一级结构外,还拥有二级结构,经X-射线衍射和电子显微镜测定,黄原胶分子间靠氢键作用而形成规则的螺旋结构，双螺旋结构

7、之间依靠微弱的作用力而形成网状立体结构,这是黄原胶的三级结构,它在水溶液中以液晶形式存在3。侧链上的葡萄糖醛酸和丙酮酸群赋予了黄原胶负电荷。带负电荷的侧链之间以及侧链与聚合物骨架之间的相互作用决定了黄原胶溶液的优良性质。在低离子强度或高温溶液中,由于带负电荷侧链间彼此相互排斥作用,黄原胶链形成一种盘旋结构。然而即使电解质浓度的少量增加也会减少侧链间的静电排斥,使得侧链和氢键盘绕在聚合物骨架上,聚合物链伸展成为相对僵硬的螺旋状杆。随着电解质浓度的增加,这种杆状结构在高温和高浓度状态下也能稳定存在。在离子强度高于时,此结构可维持至而不受影响。一般水溶性聚合物骨架被化学药品或酶攻击、切断后,会丧失其

8、增稠能力。而在黄原胶溶液中,聚合物骨架周围缠绕的侧链可使其免于被攻击,所以黄原胶对化学药品和酶攻击的降解具有良好的抵抗性3。 图1-1 黄原胶的结构示意图1.3 黄原胶的物化性质黄原胶是一种类白色或浅黄色的粉末,是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体,性能较为优越的生物胶4。分子侧链末端含有丙酮酸基团的多少,对其性能有很大影响5。黄原胶具有长链高分子的一般性能,但它比一般高分子含有更多的官能团,在特定条件下会显示独特性能。它在水溶液中呈多聚阴离子且构象是多样的不同条件下表现出不同的特性,具有独特的理化性质。（1）悬浮性和乳化性黄原胶具有显著性的增加体系黏度和形成弱凝胶结构的特点而经常被用于

9、食品或其他产品,以提高乳状液的稳定。但麻建国6的研究发现,只有黄原胶的添加量达到一定量后,才能得到预定的稳定作用。在黄原胶质量分数小于0.001%时,试验体系的稳定性变化不大;质量分数在时样品底部富水层出现,但体系无明显分层;质量分数大于0.02%时,乳状液很快分层。只有当质量分数超过0.25%时,黄原胶才能起到提高体系稳定性的作用。（2）水溶性和增稠性黄原胶在水中能快速溶解,水溶性很好,在冷水中也能溶解,可省去繁杂的加热过程, 使用方便。吉武科等7在25下,用NDJ-1型旋转黏度计6 r/min时测得质量分数0.1%、0.2%、0.3%、0.7%、0.9%的黄原胶黏度分别为、和。从测试结果看

10、出,黏度随浓度的递减而不成比例地降低,且质量分数0.3%是高低黏度的分界点。质量分数为0.1%的黄原胶黏度为左右,而许多其他胶类在质量分数为0.1%时,黏度几乎为零。由此可见,黄原胶具有低浓度高黏度的特性。在相同的浓度,相同的温度条件下,黄原胶水溶液的粘度是瓜尔豆胶的1.7倍,海藻酸钠溶胶浓度的倍。（3）假塑性黄原胶溶液是一种很典型的假塑性流体。黄原胶的水溶液在受到剪切作用时,黏度急剧下降,且剪切速度越高,黏度下降越快,如6 r/min时质量分数0.3%的黄原胶黏度为,而60 r/min时黏度仅为,还不到原来的1/3。当剪切力消除时,则立即恢复原有的黏度。剪切力和黏度的关系是完全可塑的8。当黄原胶与纳米微晶纤维素复配时,能在水中形成高强度的全天然生物胶, 其触变性变得更强9。（4）热稳定性在的温度范围内,黄原胶溶胶的粘度基本不发生变化。据报道,1%的黄原胶溶液在的温度下处理4 min,黄原胶的