摘要黄原胶是由甘蓝黑腐黄单胞菌利用碳水化合物产生的一种胞外杂多糖，它具有良好的水溶性、增粘性、假塑性和耐酸碱、耐盐及耐酶解的能力，被广泛应用于食品、石油、印染、纺织等领域。
此次毕业设计的题目是年产1000 吨黄原胶发酵工厂设计。
为满足生产任务的要求，通过查阅相关的文献书籍，收集黄原胶发酵生产资料，从而设计出经济合理的黄原胶发酵生产路线。
随后对工艺流程中所涉及的物料和热量等进行了衡算，同时完成了对主要生产设备和辅助设备的合理选型。
另外，绘制出厂区总平面布置图、发酵车间的平面布置图、发酵车间立体布置图、全厂的工艺流程图、发酵罐的结构图和精馏塔的结构图。
关键词：年产1000吨黄原胶；发酵；工厂设计AbstractXanthan gum is an anionic extracellular heteropolysaccharide produced by the bacterium Xanthomonas campestris XUB-11.It has good water solubility and viscosity, plasticity and increasing resistance to acid and alkali, salt and enzyme-resistant ability.Xanthan gum is widely used in petroleum, printing and dyeing, food, textile and other fields.The topic of this graduation project is an annual output of 1000 tons of xanthan gum fermentation plant design. To meet the requirements of production task, by reviewing some relevant articles and books, collecting the fermentation production of xanthan gum, thus scheme out the economic rationality of xanthan gum fermentation route. Subsequently to compute material and heat balance involved in the technological process ,and complete a reasonable selection of main production equipment and auxiliary equipment. In addition, draw the layout of the factory, chief fermentation workshop, floor plan, three-dimensional layout of the fermentation plant, whole plant process flow diagram, structure diagram of the fermentation tanks and distillation column chart.Keywords:an annual output of 1000 tons of xanthan gum; fermentation; plant design目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 黄原胶的结构特性 (1)1.3 黄原胶的物化性质 (2)1.4 黄原胶的生产制备 (4)1.4.1菌种 (4)1.4.2培养基 (4)1.4.3发酵工艺 (5)1.4.4提取工艺 (7)1.5 黄原胶的应用 (9)1.6 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 (12)2.1 物料衡算 (12)2.1.1总物料衡算 (12)2.1.2发酵物料衡算 (13)2.1.3酒精沉淀分离物料衡算： (14)2.1.4干燥和破碎物料衡算 (15)2.1.5酒精回收车间物料衡算 (15)2.2 热量衡算 (16)2.2.1发酵车间热量衡算 (17)2.2.2干燥过程热量衡算 (19)2.2.3回收过程热量衡算 (19)2.3 发酵车间无菌空气耗量的计算 (20)2.3.1发酵罐的个数确定 (20)2.3.2发酵无菌空气耗量 (21)2.3.3种子培养等其他无菌空气耗量 (21)2.3.4发酵车间高峰无菌空气消耗量 (21)2.3.5发酵车间无菌空气年耗量 (21)2.3.6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 (23)3.1 概述 (23)3.1.1设备工艺设计及选型的意义 (23)3.1.2设备工艺设计及选型的原则 (23)3.1.3设备工艺设计及设备选型的依据 (23)3.2 发酵车间 (24)3.2.1发酵罐的选型 (24)3.2.2生产能力、数量和容积的的确定 (24)3.2.3发酵罐个数的确定 (25)3.2.4主要尺寸的计算 (25)3.2.5冷却面积的计算 (25)3.2.6搅拌器设计 (26)3.2.7搅拌轴功率的计算 (27)3.3 酒精回收车间 (29)3.3.1塔板数的确定 (29)3.3.2塔径的计算 (31)3.4 换热器的计算 (32)3.4.1冷却面积的计算 (32)3.4.2最高热负荷下的耗水量 (33)3.4.3冷却管组数和管径 (34)3.4.4冷却管总长度计算 (34)3.5 设备材料的选择 (35)3.5.1发酵罐壁厚的计算 (36)3.5.2种子罐 (38)3.6 空气分过滤器 (46)3.6.1种子罐分过滤器 (46)3.6.2发酵罐分过滤器 (47)3.7 板框过滤设备计算 (48)3.8 流化床干燥器的计算 (49)3.8.1临界流化速度 (49)3.8.2操作流化速度 (50)3.8.3流化床几何尺寸 (51)3.8.4物料在干燥器内停留时间 (52)第四章厂址选择及车间布置设计 (54)4.1厂址选择 (54)4.1.1厂址选择的一般性原则 (54)4.1.2从投资和经济效益方面考虑厂址选择 (54)4.1.3厂址的选择依据 (54)4.2 总平面布置设计 (55)4.2.1工厂总平面布置设计原则 (55)4.3车间布置 (56)4.3.1车间布置的基本原则和要求 (56)4.3.2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 (58)5.1 黄原胶发酵有机废水的处理 (58)5.2 黄原胶发酵废气的处理 (58)5.3 黄原胶发酵废渣的处理 (59)5.4 黄原胶发酵工厂供电系统 (59)5.5 黄原胶发酵工厂给排水工程 (59)第六章设计结果及总结 (60)参考文献 (62)致谢 (64)附录 (64)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 )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4 1,-β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D 76102~102⨯⨯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mol/L 0.15时,此结构可维持至℃100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食品或其他产品,以提高O/W 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0.02%0.01%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s1300⋅、smPamPa5400⋅mPa480⋅、smPa100⋅、s和s8600⋅。