年產(chǎn)5000噸土霉素工廠設計方案.docx

年產(chǎn)5000噸土霉素工廠設計摘 要土霉素(Terramycin)是四環(huán)素類抗生素的一種, 它是一類堿性廣譜抗生素,它還有其他的名稱，叫做鹽酸地霉素、地靈霉素、氧四環(huán)素(英文/拉丁名稱Oxytetracycline,OTC)等。它是經(jīng)過微生物發(fā)酵合成產(chǎn)生的,在治療過程中具備某些副作用,能抵抗多種球菌和桿菌的感染,結晶粉末呈現(xiàn)出金黃色或灰白色。目前,中國生產(chǎn)土霉素的量已占據(jù)世界榜首,占70%。由于土霉素的臨床用藥副作用大，作為獸用藥副作用不明顯，所以如今土霉素在畜用用藥方面需求量很大。土霉素是鏈霉菌屬，歸類于放線菌種，它是微生物的次級代謝產(chǎn)物，從選育出來的高產(chǎn)菌株-龜裂鏈絲菌(streptomyces rimosus)的發(fā)酵液中提取得到。本次生產(chǎn)工廠設計采用的是傳統(tǒng)的提取方法，總共觸及好幾個重要的工程概念和單元操作；即依次進行種子的培育、發(fā)酵、酸化、提取、過濾、脫色、結晶、離心、脫水等。眾所周知,土霉素的生產(chǎn)工藝是應用酸化劑（草酸或磷酸)來調整pH值；再利用黃血鹽-硫酸鋅革除蛋白質等高分子雜質，凈化發(fā)酵產(chǎn)物；然后用型號為122-2的樹脂進行脫色，過濾凈化土霉素濾液,最后把pH調到4.8左右,通過結晶獲得土霉素堿產(chǎn)品1。本次設計按照以上所述的工藝流程，詳細闡述了所需物料的多少，發(fā)酵車間和提取車間各個階段的工藝操作以及設備選型。自創(chuàng)了實踐發(fā)酵車間的安排,由計算得出設計2個發(fā)酵車間，車間建筑為三層，每個車間安裝的設備型號和數(shù)量都是經(jīng)過詳細計算的，并合理布置。 關鍵詞:土霉素;物料衡算;設備選型;工藝流程;提煉工段Abstract:Terramycin is a class of tetracycline antibiotics, it is a class of basic broad-spectrum antibiotics, it also has other names, called doxorubicin, terpenycin, oxytetracycline (English / Latin name Oxytetracycline , OTC) and so on. It is produced by microbial fermentation synthesis, in the course of treatment with some side effects, can resist the infection of a variety of cocci and bacilli, crystalline powder showing golden or gray. At present, Chinas production of oxytetracycline has occupied the top of the world, accounting for 70%. As the clinical side effects of oxytetracycline large, as a veterinary side effects is not obvious, so now oxytetracycline in the use of livestock is a great demand. Oxytetracycline is Streptomyces, classified as actinomycetes, which is the secondary metabolite of microorganisms and is extracted from the fermented broth of the highly proven strain, the strain of streptomyces rimosus. The production plant design is the traditional extraction method, a total of several important engineering concepts and unit operations; that is, followed by seed cultivation, fermentation, acidification, extraction, filtration, decolorization, crystallization, centrifugation, dehydration and so on. It is well known that oxytetracycline production process is the use of acidifier (oxalic acid or phosphoric acid) to adjust the pH value; and then use the yellow blood salt - zinc sulfate to remove protein and other high molecular impurities, purify the fermentation products; and then model 122-2 resin Decolorization, filtration and purification of oxytetracycline filtrate, and finally the pH adjusted to 4.8 or so, through the crystallization of oxytetracycline alkaline products 1.This design in accordance with the above described process, detailing the number of materials required, fermentation workshop and extraction workshop at all stages of the process operation and equipment selection. Since the creation of the practice of fermentation workshop arrangements, calculated by the design of two fermentation workshop, workshop building for the three, each workshop to install the equipment model and quantity are calculated in detail, and reasonable layout.Key words: oxytetracycline; material balance; equipment selection; process flow.目 錄第1章 緒論- 1 -1.1 土霉素概述- 1 -1.2設計目標任務- 1 -1.3本設計基本內容- 4 -1.3.1工藝流程設計- 4 -1.3.2工藝計算- 4 -1.3.3完成繪圖- 4 -1.4 原料與產(chǎn)品規(guī)格- 4 -1.5 供電- 5 -第2章 總平面布置說明- 6 -2.1 工廠總平面布置設計原則- 6 -2.2 車間布置設計原則- 6 -第3章 工藝設計與計算- 7 -3.1發(fā)酵生產(chǎn)工藝- 7 -3.1.1土霉素生產(chǎn)工藝流程簡介- 7 -3.1.2土霉素生產(chǎn)總工藝流程圖- 7 -3.2工藝計算- 8 -3.2.1發(fā)酵車間的物料衡算- 8 -3.2.2提取車間物料衡算- 13 -3.3 動力消耗計算- 15 -3.3.1 電力概算- 15 -3.3.2 水概算- 15 -3.3.3 蒸汽概算- 16 -3.3.4無菌空氣概算- 16 -第4章 設備的設計與選型- 18 -4.1 發(fā)酵車間- 18 -4.1.1 計算依據(jù)- 18 -4.1.2計算過程- 18 -4.2提取車間- 21 -4.2.1計算依據(jù)- 21 -4.2.2計算過程- 21 -4.3設備匯總- 27 -第5章 管道設計- 29 -5.1發(fā)酵罐的接管設計- 29 -5.2酸化設備的流體輸送- 31 -5.3稀釋設備的流體輸送- 32 -5.4板框過濾設備的輸送- 32 -第6章 車間設備布置設計- 33 -6.1車間設備布置設計原則- 33 -6.2車間設備布置- 33 -第7章 安全與環(huán)境保護- 34 -7.1 廢水處理系統(tǒng)- 34 -7.1.1衡量指標- 34 -7.1.2污水處理工藝流程- 35 -7.2 廢渣處理系統(tǒng)- 35 -7.2.1廢渣的處理及流程- 36 -本設計采用的處理方法是氣流干燥濕菌絲- 36 -7.2.2污泥處理- 36 -7.3 廢氣處理系統(tǒng)- 36 -第8章 人員額定- 37 -8.1全廠定員的編制- 37 -第9章 技術經(jīng)濟衡算- 40 -9.1設備規(guī)格- 40 -9.2投資概算- 41 -9.2.1設備購置、運輸安裝費- 41 -9.2.2建筑工程費- 41 -9.2.3總投資費用- 41 -9.2.4全廠最終投資- 41 -9.3產(chǎn)品成本概算- 42 -9.3.1可變成本- 42 -9.3.2固定成本- 43 -9.3.3生產(chǎn)總成本- 45 -9.4技術經(jīng)濟分析- 45 -9.4.1產(chǎn)品銷售額- 45 -9.4.2稅金- 45 -9.4.3銷售利潤- 45 -9.4.4投資回收期- 45 -9.4.5盈虧平衡點- 46 -參考文獻- 47 -致 謝- 48 - 49 - / 54第1章 緒論1.1 土霉素概述:土霉素(Terramycin)有兩種完全不同的狀態(tài)，一種是無定形粉末，而另一種是淡黃色的結晶，它屬于放線菌中的鏈霉菌屬。構造上含有母核，而且這個母核是四并苯基,想要形成不同類別的四環(huán)素類抗生素，取代基就要處于不同位置上，又或者四環(huán)上有著不同類型的取代基。圖1 土霉素分子式廣譜抑菌劑有很多種，土霉素就是其中的一種。為什么土霉素可以發(fā)揮抗生素的功效？其原因是位于原核生物核糖體 30S亞基上的A位點可以專一性與土霉素牢牢結合在一起，進而阻礙蛋白質翻譯過程中肽鏈的延長，達到抑制細菌生長的效果。OTC對許多腸球菌屬、立克次體屬、支原體屬、革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌等有抑制作用。其它的例如肺炎球菌、彎曲桿菌、流感桿菌、沙門氏菌、炭疽桿菌、草綠色鏈球菌、布魯菌屬、奴卡菌屬以及克雷伯氏菌等亦較敏感12?，F(xiàn)今，用于治療家畜的藥物以及飼料添加劑中都會用到土霉素, 使得畜禽的生長加快,加強畜禽的免疫力。但是由于長期使用會使得其能產(chǎn)生較強的抗藥性，所以現(xiàn)在也越來越少使用土霉素了。土霉素還可以作為制造多西環(huán)素等的主要原料。由于本品與不同品種的四環(huán)素類抗生素之間有著相似的化學結構，所以容易產(chǎn)生交叉耐藥 1415。并且因為其產(chǎn)生的副作用較為嚴重,所以臨床用藥微乎其微。1.2設計目標任務年產(chǎn)5000噸（純度： 99% ）土霉素工廠設計一、基礎數(shù)據(jù)設計年產(chǎn)量M = 5000t/a 成品效價Ud = 1000單位/毫克 年平均發(fā)酵水平Uf = 35000單位/毫升 年工作日m =315 d/a 1、發(fā)酵基礎工藝參數(shù)土霉素有184小時的發(fā)酵周期， 10小時的輔助時間發(fā)酵中罐有44小時的周期，4小時的輔助時間發(fā)酵周期為35小時，輔助時間3小時20%的接種比例， 15%的液體損失率在一個發(fā)酵周期內，需要往大罐中加入的全料量為：32m3在一個發(fā)酵周期內，需要往大罐中加入的稀料量為：17m3發(fā)酵液損失總計為總料液的15%大罐通氣量為2.0、中罐為1.5、小罐為0.65（每分鐘內單位體積發(fā)酵液通入的空氣的量）龜裂鏈絲菌株培育時長為20小時至40小時,補一次氨氮的間隔時間為4小時,每次的補充量控制在10至15L,培養(yǎng)基的氨濃度控制在45mg/100ml以上:培養(yǎng)基的主要成分見表1.1：表1.1培養(yǎng)基的主要成分2、提取基本工藝參數(shù)表1.2 提取基本工藝參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)脫色崗位收率99.24%發(fā)酵液效價35000u/ml結晶干燥崗位收率86%濾液效價11000u/ml過濾崗位收率116%母液效價1370u/ml產(chǎn)品純度99%濕晶體含水量30%發(fā)酵液密度1.58kg/L酸化液中草酸含量2.3% g/ml濾液密度1.02kg/L酸化加黃血鹽量0.25% g/ml20%氨水密度0.92kg/L酸化加硫酸鋅量0.18% g/ml氨水加量12%成品含水量1.5%脫色保留時間30-50分鐘酸化加水量230%v/v濾液通過樹脂罐的線速度控制在0.001-0.002m /s3.土霉素提取工藝參數(shù)一覽表：表1.3 土霉素提取工藝參數(shù)一覽表名稱反應時間( + 、)/h裝料系數(shù)酸化稀釋40.70結晶80.701.3本設計基本內容1.3.1工藝流程設計按照設計工作要求,在最初的設計階段到最后的施工階段，由于后期投入逐漸加深，隨著各種相關專業(yè)相應工作任務的開展，對于不完善的地方加以修正，最后設計出一條合乎市場需要、滿足客戶要求并能獲得豐厚利潤的工廠。 1.3.2工藝計算物料衡算:根據(jù)年產(chǎn)5000噸土霉素計算出需要采購的的原材料以及輔料的用量，總結出發(fā)酵和提取兩個操作階段的工藝參數(shù),最后列出物料衡算的總表。熱量衡算:不要求設備選擇: 根據(jù)物料衡算及設備選型的計算結果來確定主要設備的數(shù)量。發(fā)酵罐和種子罐的罐壁、封頭、攪拌器的安裝及相應的軸功率。管道設計: 主要是設計發(fā)酵車間和提取車間里的管道。1.3.3完成繪圖:總共要繪制4張圖紙，包括工廠總平面布局圖、帶控制點的工藝流程圖、車間設備布置圖、主要設備裝備圖。1.4 原料與產(chǎn)品規(guī)格本次土霉素工廠設計的主要原料是黃豆粉、工業(yè)淀粉、玉米漿等。所設計的工廠應該和就近的生物原料廠確定合作聯(lián)盟關系，確保原料的價格合理、質量有保障，并且交通運輸成本較低、方便；產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)格應該結合市場調研來做出相應的調整，熟悉近幾年土霉素的生產(chǎn)概況以及銷售量，大規(guī)模生產(chǎn)土霉素產(chǎn)品有利于工廠收益。1.5 供電供電工程在生物工程工廠設計當中是不必不可少的一個環(huán)節(jié)。（1）供電系統(tǒng) .土霉素工廠是一個生物制藥行業(yè)，這個特殊行業(yè)要求必須24小時連軸生產(chǎn)。對電力要求十分嚴格，要保證穩(wěn)定的電流電壓。（2） 供電方式 采用雙回路的變電站。 (3)特殊設備的特殊電設施: 要安裝應急照明燈、出入口安全標志燈，以防萬一，好疏散員工到達安全地帶。由于工廠24小時連續(xù)生產(chǎn)，那些生物工廠設備容易出現(xiàn)高溫灼燒損壞，所以應該在線路上配接相當承受功率的UPS電源。第2章 總平面布置說明2.1 工廠總平面布置設計原則（1） 要合乎生產(chǎn)流程。按照工藝流程走向，要將發(fā)酵車間、提取車間、原材料庫布置在核心區(qū)；從原料到成品的生產(chǎn)線應該是按順序排列，單線的流向。（2） 要充沛考慮到廠址主風向的影響，應該布置在當?shù)孛磕曛鲗эL的下風向或側風向，避免工廠產(chǎn)生的有害廢棄物擴散到居民區(qū)。（3） 將人流通道和物流通道分隔開來、方便運輸。工廠應該至少設計三個門，包括一個正門（職員初入門）、一個側門（產(chǎn)品、原材料的出入口）、一個后門（原材料、燃料、廢棄物出入口）。2.2 車間布置設計原則（1）滿足生產(chǎn)工藝的要求。通常要按照生產(chǎn)工藝流程的走向合理布置安排車間設備設施，要保障豎向和同一水平面這兩個方向的連續(xù)生產(chǎn)操作。（2）滿足生產(chǎn)操作的要求。（3）滿足安裝和檢修的要求。廠房內部結構要緊湊有序而且簡單，為未來生產(chǎn)發(fā)展以及技術的變革更新等創(chuàng)造有利條件。（4）滿足廠房建筑的要求。（5）滿足防火、衛(wèi)生的要求。在此前提條件下，要最大限度地節(jié)約廠房的占地面積與空間，保持廠區(qū)的高效運作。.第3章 工藝設計與計算物料衡算和動力消耗是本次工藝計算的主要內容。3.1發(fā)酵生產(chǎn)工藝3.1.1土霉素生產(chǎn)工藝流程簡介土霉素是由高產(chǎn)土霉素菌株發(fā)酵產(chǎn)生的，土霉素的生產(chǎn)制造過程主要包括發(fā)酵和提取兩大步驟。大概的工藝流程分為種子培育（獲得足夠數(shù)量的菌絲）、三級發(fā)酵、酸化（釋放菌絲中的單位）、過濾（去除雜質）、脫色（去除色素）、結晶（提高產(chǎn)品純度及產(chǎn)率）、干燥（延長保質期）等步驟13。提取技術用酸化劑（草酸或磷酸)調節(jié)pH值的大小,提高濾液質量，利用黃血鹽 硫酸鋅聚合物作為清洗劑協(xié)同去除蛋白質等高分子雜質,還可以除去鐵離子，使得產(chǎn)品純化，然后用122-2樹脂進行脫色，提高土霉素濾液的純度,最后加入堿化劑提高pH至等電點，結晶得到晶體產(chǎn)品13。3.1.2土霉素生產(chǎn)總工藝流程圖土霉素生產(chǎn)總工藝流程圖砂土孢子斜面孢子孢子培養(yǎng)36.5 4-5天種子培養(yǎng)30 38h 0.65v/v/m一級種子培養(yǎng)液種子擴大培養(yǎng)30 48h 1.0v/v/m二級種子培養(yǎng)液發(fā)酵30 194h 1：2.0v/v/m 補加液氨濕晶體旋風干燥土霉素堿成品發(fā)酵液酸化2.3%g/ml草酸調pH1.75-1.85ZnSO4 0.18% 黃血鹽0.23%酸化液稀釋200%v/v稀釋液板框過濾濾液樹脂脫色122-2樹脂 脫色液結晶12%氨水調pH4.5-4.6 28-30結晶液分離洗滌用濾后水淋洗再甩干3.2工藝計算通過物料衡算，可以算出生產(chǎn)過程中所需要的各種原料和輔料的質量和體積，各種殘品、最終產(chǎn)品和副產(chǎn)品的排出物料量。3.2.1發(fā)酵車間的物料衡算3.2.1.1計算依據(jù)發(fā)酵車間計算依據(jù)見表3.13.2.1.2 計算過程1.土霉素年生產(chǎn)情況：首先，由于在土霉素生產(chǎn)的過程中，兩大主要車間（發(fā)酵車間和提取車間）的工藝生產(chǎn)中不可能百分之百都最終制成成品，總會浪費耗損掉一些產(chǎn)品，則：土霉素實際總產(chǎn)量(t)= 年產(chǎn)量純度 /(發(fā)酵車間產(chǎn)率提取車間產(chǎn)率) =500099% /(1- 5%)(1- 20%)= 500099% /(95%80%)=6513.16t(3.1)年生產(chǎn)土霉素的實際單位量(U)= 土霉素實際總產(chǎn)量 土霉素理論效價 = 6513.161091000 = 6513160109 U(3.2)土霉素發(fā)酵液的生產(chǎn)效價在本次工藝中均用 30000 U/ml來計算。（其生產(chǎn)效價為3000033000U/ml）年實際發(fā)酵液體積 (m3) = 年生產(chǎn)產(chǎn)品的實際單位量 / 發(fā)酵液生產(chǎn)效價 = 651316010930000 =217.105109 ml = 217105 m3(3.3)年實際發(fā)酵液重量(t) = 年實際發(fā)酵液體積 發(fā)酵液密度 = 2171051200 =260526000kg = 260526 t.(3.4)2.每年生產(chǎn)輪次:輪次(輪) = 每年生產(chǎn)天數(shù)/發(fā)酵周期 = 30010 = 30 輪.(3.5)3.每輪次生產(chǎn)情況：每輪次發(fā)酵液體積(m3) = 年實際發(fā)酵液體積 /生產(chǎn)輪次 = 21710530 = 7237 m3(3.6)每輪次發(fā)酵液重量(t)= 每輪次發(fā)酵液體積 發(fā)酵液密度 = 7237 1200 =8684400 =8684.4 t(3.7)表3.2 發(fā)酵液計算結果匯總發(fā)酵液每輪次每年體積/m37237217110重量/t8684.42605323.2.1.3 原料用量計算此次計算的依據(jù)來源： 1. 一級種子罐到三級發(fā)酵罐的培養(yǎng)基配方和補料比例見表3.32.接種量：三級發(fā)酵罐二級種子罐一級種子罐三角瓶 1% 10% 20%3.2.1.4 計算過程發(fā)酵罐培養(yǎng)基的體積：Vc = 7237 (120%)= 5.79103 m3 .(3.8)二級種子罐培養(yǎng)基的體積：Vb =7237 20% (110%)= 5.21103 m3(3.9) 一級種子罐培養(yǎng)基的體積：Va =7237 20% 10% (11%)= 143.29 m3(3.10)注：均按每年生產(chǎn)總量進行計算的1.一級種子罐培養(yǎng)基用料的計算以每輪次的用量計算： 淀粉 = 143.29 1.5% =2.149 t(3.11) 糊精 = 143.29 1.5% =2.149 t.(3.12) 黃豆餅粉 = 143.29 0.5% = 0.72 t(3.13) 玉米漿 = 143.29 0.3% =0.43 t(3.14) 磷酸二氫鉀 = 143.29 0.045% = 0.0645t(3.15) 硫酸銨 = 143.29 0.5% = 0.72 t(3.16) 油 = 143.29 0.5% = 0.72 t(3.17)由于年用量 = 每輪次用量輪次 則淀粉年用量 = 2.149 30 = 64.47t(3.18)其他成分用量結果見表3.4表3.4 一級種子罐培養(yǎng)基內各成分用量表成分每輪次用量/t年用量/t淀粉2.14964.47糊精2.14964.47黃豆餅粉0.7221.6玉米漿0.4312.9硫酸銨0.7221.6磷酸二氫鉀0.06451.935油0.7221.6以下各級培養(yǎng)基各成分用量結果見表3.5數(shù)據(jù)匯總：表3.5 二級種子罐培養(yǎng)基內各用料用量表成分每輪次用量/t年用量/t淀粉296.978909.1黃豆餅粉130.253907.5硫酸銨52.11563磷酸二氫鉀1.823554.705油15.63468.9泡敵1.56346.89表3.6 發(fā)酵罐培養(yǎng)基內各成分用量表成分每輪次用量/t年用量/t淀粉492.1514764.5黃豆餅粉202.656079.5玉米漿34.741042.2硫酸銨69.482084.4磷酸二氫鉀1.73752.11油17.371.737淀粉酶0.05791.737泡敵0.57917.37表3.7 補料罐培養(yǎng)基內各用料用量表成分每輪次用量/t年用量/t淀粉75522650玉米漿25.67770.1磷酸二氫鉀1.20836.24油4.53135.9淀粉酶2.26567.95泡敵0.3029.062.總物料衡算及匯總計算過程：淀粉 = 2.149 + 296.97+ 492.15 +755= 1546.27 t(3.19)糊精=2.149 t.(3.20)黃豆餅粉 =0.72+130.25+ 202.65=333.62t.(3.21)玉米漿 = 0.43+ 34.74+ 25.67 =60.84 t.(3.22)硫酸銨 = 0.72 +52.1+ 69.48 = 122.3 t.(3.23)磷酸二氫鉀 0.0645+ 1.8235 +1.737 + 1.208=4.833t(3.24)油 =0.72 +15.63 +17.37+ 4.53=38.25 t.(3.25)淀粉酶 =0.0579 + 2.265= 2.323 t.(3.26)泡敵 =1.563+0.579+ 0.302 = 2.444t。(3.27)總物料用量匯總如表3.8表3.8 發(fā)酵車間總物料用量匯總表成分每輪次用量/t年用量/t淀粉1546.2746388.1糊精2.14964.47黃豆餅粉333.6210008.6玉米漿60.841825.2硫酸銨122.33669磷酸二氫鉀4.833144.99油38.251147.5淀粉酶2.32369.69泡敵2.44473.323.2.2提取車間物料衡算3.2.2.1計算依據(jù)提取車間計算參數(shù)見表3.9:注：以上數(shù)據(jù)均參考生產(chǎn)實踐提取過程物料之間的每一個階段的體積變化比值：結晶液脫色液濾液酸化液發(fā)酵液 358.5% 78.4% 97.9% 112.7% 3.2.2.2 計算過程V發(fā)酵 = 217105 m33.28V酸化 =217105358.5% = 778321.425m3（3.29）V濾液 = 778321.42578.4% = 610203.997 m3(3.30)V脫色 = 610203.99797.9% = 597389.71 m3.(3.31)V結晶 =597389.71112.7% =673258.21 m3.(3.32)草酸用量 =21710515% =832565.75 t.(3.33)黃血鹽用量 = 778321.425(0.15% + 0.2%)= 2724.12 t(3.34)硫酸鋅用量 = 778321.425(0.1% + 0.2%)= 2334.96 t.(3.35)氨水用量 = 673258.2111% =74058.40t(3.36)亞硫酸鈉用量 = 673258.212.5% = 4316831.46 t.(3.37)上述各成分用量的匯總見表3.10表3.10 提取車間各成分用量成 分年用量/t草酸832565.75黃血鹽2724.12硫酸鋅2334.96氨水74058.40亞硫酸鈉4316831.463.3 動力消耗計算3.3.1 電力概算計算依據(jù)：每生產(chǎn)一公斤土霉素就要耗7度電(參考生產(chǎn)實際情況)年耗電量 500010373.5107度.(3.38)每季度耗電量 3.5107 48.75106度(3.39)每輪次耗電量 3.5107301.17106度(3.40)上述電用量匯總見表4.11表3.11 電用量年耗電量/度季度耗電量/度輪次耗電量/度3.51078.751061.171063.3.2 水概算計算依據(jù)：每生產(chǎn)一公斤土霉素需要消耗3噸水(參考生產(chǎn)實際情況)計算過程如下：年產(chǎn)量5000 t土霉素原料藥的發(fā)酵工廠年耗水量：年耗水量 500010331.5107 t(3.41)季度耗水量 = 1.51074 = 3.75 106 t.(3.42)輪次耗水量 = 1.510730 = 5105 t.(3.43)上述水用的量匯總見表3.12 表3.12 水用量年耗水量/t季度耗水量/t輪次耗水量/t1.51073.75 10651053.3.3 蒸汽概算每生產(chǎn)一噸土霉素需要消耗15噸蒸汽(參考生產(chǎn)實際情況)年蒸汽用量 = 500015 = 75000 t.(3.44)每季度蒸汽用量 =750004 = 18750 t(3.45)每輪次蒸汽用量 =7500030 =2500 t.(3.46)上述蒸汽用量的匯總表如下：表3.13 蒸汽用量年蒸汽用量/t每季度蒸汽用量/t每輪次蒸汽用量/t750001875025003.3.4無菌空氣概算3.3.4.1 一級種子罐本次設計中，往一級種子罐中通入的無菌空氣定量為1:1.0v/v.min,換句話說就是每分鐘通入1.0體積的無菌空氣時供給1體積的種子液一級種子罐的種子液143.29m3/輪次發(fā)酵時間為2830h，取30h為計算標準一級種子罐中需要通入的無菌空氣143.291.03060 = 257922m3(3.47)3.3.4.2 二級種子罐本次設計中，往二級種子罐中通入的無菌空氣定量為1:1.01.3v/v.min。取1：1.3v/v.min，換句話說就是每分鐘通入1.3體積的無菌空氣時供給1體積的種子液二級種子罐的種子液 5.21103m3/輪次發(fā)酵時間為2832h，取32h為計算標準二級種子罐中需要通入的無菌空氣5.21103 1.3 32 6013004160 m3.(3.48)3.3.4.3 發(fā)酵罐本次設計中，往發(fā)酵罐中通入的無菌空氣定量為1：0.61.0v/v. min?？扇?：1.0 v/v. min，表示每分鐘通入1.3體積的無菌空氣時供給1體積的種子液發(fā)酵罐中的發(fā)酵液為1.51103 m3/輪次發(fā)酵周期為160190h，本次設計取190h。發(fā)酵罐中需要通入的無菌空氣= 5.79103 1.0 190 6065664000 m3(3.49)每輪次無菌空氣用量 =257922+1300416065664000 = 78926082 m3(3.50)無菌空氣年用量 =7892608230 = 2367782460 m3(3.51)無菌空氣用量匯總如下：表3.14 無菌空氣用量 每輪次無菌空氣用量/m3 無菌空氣年用量/m3 78926082 2367782460第4章 設備的設計與選型4.1 發(fā)酵車間4.1.1 計算依據(jù)本次設備設計的計算依據(jù)見表4.1。表4.1 發(fā)酵車間計算依據(jù)項 目每年實際發(fā)酵液體積/m3/年每輪發(fā)酵液體積/m3/輪裝載系數(shù)參 數(shù)21710572370.70.94.1.2計算過程4.1.2.1發(fā)酵罐本次設計采用通風發(fā)酵罐1.發(fā)酵罐因為每輪次發(fā)酵液體積是5.79 103 m3，則本次設計選用550 m3的標準發(fā)酵罐作為三級發(fā)酵罐，詳情參數(shù)見表4.2。裝料系數(shù)：一般取0.70.9，本設計選用0.75即75%所以發(fā)酵罐的個數(shù)= 5.79 103 ( 550 0.75) = 14.03(4.1)此次設計得有14個三級發(fā)酵罐，而且有2個生產(chǎn)車間，每個車間平均有7個三級發(fā)酵罐；因為每個車間要有一個備用罐，則實際總共有16個發(fā)酵罐。2.二級種子罐 5.79 103 20 20% = 57.9 m3(4.2)式中20%為二級種子罐往三級發(fā)酵罐的接種比例。此次選用填料系數(shù)為0.75的發(fā)酵罐，則選用的二級種子罐的標準容積為100 m3，詳見表5.2。然后按照二級種子罐：發(fā)酵罐=1:1，考慮到備用罐的存在，則本設計總共選用16個二級種子罐。3.一級種子罐 5.79 103 20 20% 10%= 5.79m3(4.3)式中10%為一級種子罐往二級種子罐的接種比例。此次選用填料系數(shù)為0.75的發(fā)酵罐，則本設計采用的一級種子罐的體積為10m3。按照一級種子罐:二級種子罐=1:1的原則，考慮到備用罐的存在，本設計總共選用16個一級種子罐。表4.2 通用式發(fā)酵罐的技術相關參數(shù)16公稱容積/m3罐體直徑/mm罐體高度/mm全容積/m3101800455010.8202300583022.6503100783055.21004000100801182005000126002134.車間的分配 發(fā)酵罐的車間具體分布情況見表4.3表4.3 發(fā)酵罐車間分布一級種子罐數(shù)量/個二級種子罐數(shù)量/個發(fā)酵罐數(shù)量/個第一車間888第二車間8884.1.2.2配料罐本設計配料罐設計2種配料罐，其中小的配料罐用來供應一級種子罐，而二級種子罐和發(fā)酵罐則共用一個大配料罐。每天配1罐料，以一天所需配料量計算配料罐大小。1.一級種子罐的配料罐一級種子罐為10m3，可以用10m3的小配料罐，配置一級種子罐的培養(yǎng)基。取H/D1.9，依據(jù)公式計算，取直徑1.8m，高4.5m。2.二級種子罐和發(fā)酵罐的配料罐發(fā)酵罐體積是550 m3，發(fā)酵罐裝料系數(shù)為75%，從二級種子罐至發(fā)酵罐的接種量為 20%，則每個發(fā)酵罐需配料量為 550 75%(1-20%)= 330m3(4.4)二級種子罐的體積為118 m3，裝料系數(shù)75%，從二級種子罐到發(fā)酵罐的接種量為 10%，則每個二級種子罐需配料量為 118 75%(1-10%)= 79.65m3(4.5)取配料罐裝料系數(shù)為75%則 (330+ 79.65)75%=546.2m3.(4.6)可取1個550m3 的配料罐，取H/D1.9，根據(jù)體積公式計算得D=6.8m，H=17m。每天配一罐料，每個車間一個大配料罐、一個小配料罐；因為有2個車間，所以共有2個大配料罐、2個小配料罐。4.1.2.3補料罐從第3章的物料衡算得知：每輪次補料中應該加入的原料重量=淀粉 + 玉米漿 + 磷酸二氫鉀 + 油 + 淀粉酶 + 泡敵 =755 + 25.67 + 1.208 + 4.35 + 2.265 + 0.302 = 788.795 t.(4.7)則補料的總質量為 548.63 52.25% = 1510m3(4.8)總共取8個補料罐，每個罐所需要的補料體積為1510 8= 188.75 m3(4.9)裝料系數(shù)：取85%則補料罐的體積為 188.75 0.85 = 222.05m3(4.10)選用容積為250的補料罐，取H/D1.9，根據(jù)體積公式計算得D=5.23m，H=9.94m。4.1.2.4 消泡劑貯存罐每年消耗的泡敵量為73.32 t。則每季度消耗的泡敵量為73.324=18.33t(4.11)泡敵密度為950kg/m3則泡敵的總體積為 18.33 103 950 = 19.29m3(4.12)選用2個20m3的貯罐，取H/D1.9，根據(jù)體積公式計算得D=2.35m，H=5.88m。4.2提取車間4.2.1計算依據(jù)根據(jù)第3章的物料衡算計算出的數(shù)據(jù)：2個生產(chǎn)車間中總共有16個發(fā)酵罐，發(fā)酵罐數(shù)目皆為8個/車間。有幾個發(fā)酵車間就有幾個提取車間。放罐數(shù)：1罐/天發(fā)酵車間的損耗為5%，則發(fā)酵液排放量為 5.79 103 14 (1-5%) =392.89m3(4.13)根據(jù)每天輪班工作24小時來計算，則得知每小時的流量為392.89 24 = 16.37 m3/h(4.14)提取時每一個階段的物料之間的體積變化比值如下： 結晶液脫色液濾液酸化液發(fā)酵液 358.5% 78.4% 97.9% 112.7% 4.2.2計算過程1.酸化罐酸化酸化液凈化液發(fā)酵液草酸鹽酸稀釋液損失酸化液體積為：392.89 358.5% = 1408.51m3(4.15)取230 m3的酸化罐，填料系數(shù)：取85%計算得知酸化罐的個數(shù)為：1408.51 (2300.85)= 7.2 (4.16)酸化罐選用體積為230 m3的8個，取H/D=1.9，計算得D=5.08 m，H=12.71。有兩個生產(chǎn)車間，則總共16個酸化罐。2.過濾設備凈化液高單位濾渣濾液損失需要板框壓濾機的數(shù)量： 其中，N 臺數(shù)； VF 發(fā)酵液體積，本設計VF=392.89 m3 358.5% 78.4% =1104.27m3；(4.17) 固體含量，15%20%，本設計取15%； K 板框內容渣填充系數(shù)，0.60.8，本設計取0.8； VP 壓濾機最大容渣體積；VP=濾板數(shù)n濾室容積V本設計選用禹州興泰壓濾機制造廠所生產(chǎn)型號為BMAJ/700 -30U的板框式壓濾機，其相關技術數(shù)據(jù)見表4.5：表4.5 板框壓濾機的相關參數(shù)12型號過濾面積/m2濾板數(shù)/塊濾室容積/m3濾餅厚度/mm地基尺寸/mm整機長度/mm整機重量/kgBMAJ/700 -30U40370.45030326039703000則 N =1104.27 0.15 ( 0.8 37 0.450 ) = 12.4 (臺) 取12臺由于考慮到兩級脫色，則其中6臺用作初濾、6臺用作復濾，共兩個車間，所以板框壓濾機共計24臺，因此濾液儲罐共24個。參考生產(chǎn)實際，一般過濾時間t在3小時左右，則處理量為VF t N= 1104.27 3 3 = 122.7 m3.(4.18)取填料系數(shù)為0.85，則122.7 0.85 = 144.35m3(4.19)采用12個過濾貯罐，其體積為150m3，取H/D=1.9，計算得知D=4.41 m，H=8.38。3.脫色罐脫色濾液脫色液損失脫色罐選用一般的樹脂罐。本設計取罐直徑為1.5 m,取H/D=4，則罐高6m。(4.20)其中：D 罐體直徑，本設計取D=1.5m； H 罐高，本設計取6m； Hb 橢圓封頭的直邊高度，本設計取0.025m。經(jīng)計算，罐的體積：V罐體積 =11.6 m3每小時交換液體積為：16.37 358.5% 78.4% 97.9% = 45.04m3/h(4.21)處理時間為一般為2h，所以，處理液體積為45.04 2= 90.08m3(4.22)本設計取罐的裝載系數(shù)為70%則罐的數(shù)量 = 90.08 ( 11.6 70% ) =11.09，取整為12套。另外加上一個備用罐，取13套罐子，總共26個罐子。(4.23)4.脫色液暫貯罐脫色液體積為：392.89 358.5% 78.4% 97.9% = 1081.08 m3.(4.24)貯罐體積取230 m3，取90%的填料