5000t鏈霉素生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

發(fā)酵工廠工藝課程設(shè)計(jì)題目：5000t鏈霉素生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)課程名稱：發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論學(xué)院：藥學(xué)與生物工程學(xué)院班級：112100101學(xué)號(hào)：20姓名：指導(dǎo)老師：二零一五年五月目錄1前言 42設(shè)計(jì)任務(wù)書 5本課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的 5本課程任務(wù)： 5基本要求： 52.4基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 5設(shè)計(jì)內(nèi)容： 6參考數(shù)據(jù)及公式 63廠址選擇 7廠址選擇主要考慮的幾個(gè)因素 7廠址的最終選擇 7廠址衛(wèi)星圖 84工廠總平面設(shè)計(jì) 8工廠的平面設(shè)計(jì)圖見附表： 85工藝流程簡圖及說明論證 8發(fā)酵工藝 8斜面孢子培養(yǎng) 85.1.2搖瓶種子培養(yǎng) 95.1.3種子罐擴(kuò)大培養(yǎng) 95.2鏈霉素發(fā)酵條件及中間控制 9溶氧的影響及控制 95.2.2溫度 105.2.3pH值 115.3提取工藝 11工藝流程簡圖如下： 126工藝計(jì)算 14物料衡算 14熱量衡算 15．1.對于生產(chǎn)1000kg鏈霉素產(chǎn)品，利用直接蒸汽混合加熱，蒸汽消耗量為： 15．2.發(fā)酵罐空罐滅菌時(shí)的蒸汽消耗量估算： 16．3.發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)的蒸汽消耗量估算： 16耗水量的計(jì)算 177發(fā)酵車間設(shè)備的選型計(jì)算 18發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) 18發(fā)酵罐的選型及尺寸 18設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) 197.2.1空氣分布器 197.2.2擋板 19攪拌器設(shè)計(jì) 19電機(jī)設(shè)計(jì)及軸功率的計(jì)算 20冷卻面積的計(jì)算與冷卻管的設(shè)計(jì) 217.2.6PH測定 23消泡 23觀察窗口 23液面高度顯示管安裝 23封頭連接方式 24密封方式 248對本設(shè)計(jì)的評述 249個(gè)人心得 2510參考文獻(xiàn) 261前言鏈霉素（Streptomycin）是瓦克斯曼（WaksmanS.A.)于1944年從灰色鏈霉菌（Streptomyces,griseus）培養(yǎng)液中分離出來的一種堿性抗生素。鏈霉素是一種相當(dāng)強(qiáng)的有機(jī)堿，也是一種多糖類化合物。其分子結(jié)構(gòu)是由鏈霉肌、鏈霉糖和N-甲基-L-葡萄糖胺三部分以苷鍵相聯(lián)結(jié)而成的。鏈霉素堿穩(wěn)定性特別差，工業(yè)產(chǎn)品主要是其硫酸鹽形式，即硫酸鏈霉素(StreptomycinSulfate)。鏈霉素對結(jié)核桿菌有強(qiáng)大抗菌作用，其最低抑菌濃度(MIC)一般0.5mg/L。它對許多革蘭氏陰性菌(G-)如大腸桿菌、肺炎桿菌、腸桿菌屬、沙門菌屬、布魯菌屬等也具抗菌作用。鏈霉素對革蘭氏陽性菌(G+)抗菌活性較差。鏈霉素游離堿為白色粉末。大多數(shù)鹽類也是白色粉末或結(jié)晶，無嗅，味微苦。鏈霉素在中性溶液中能以三價(jià)陽離子形式存在，所以可用離子交換法進(jìn)行提取。其水溶液比較穩(wěn)定，但其穩(wěn)定性受PH值和溫度的影響較大。其硫酸鹽的水溶液在PH=4-7，室溫下放置數(shù)星期仍很穩(wěn)定，如在冰箱中保存三個(gè)月內(nèi)活性無變化。目前抗生素的生產(chǎn)主要是利用微生物發(fā)酵來進(jìn)行，少數(shù)采用化學(xué)合成的方法，當(dāng)然也有的采用化學(xué)法或生化法半合成。對于鏈霉素可由灰色鏈霉菌發(fā)酵生產(chǎn)。雙氫鏈霉素可由濕鏈霉菌產(chǎn)生，但通常以半合成方法生產(chǎn)。一般認(rèn)為鏈霉素是治療結(jié)核桿菌感染的首選藥物，除此以外，還用于治療革蘭氏陰性菌所引起的泌尿道感染、結(jié)核性腦膜炎，鼠疫，腸道感染，肺炎，敗血癥，百日咳等。鏈毒素的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生耐藥性；長期使用對第八對腦神經(jīng)有毒害除了醫(yī)用外，也有報(bào)道將鏈霉素用于農(nóng)牧業(yè)的。例我國新疆某生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的農(nóng)場自1985年起應(yīng)用鏈霉素治療菜類瓜類和糧食等作物的病害，取得較好效果；鏈霉素還可用于豬肺炎，雛雞白痢疾、以及雞，鴨，鵝的巴氏桿菌感染等的治療。國內(nèi)有些廠家將生產(chǎn)的鏈霉素作為農(nóng)用出口，效益較好。2設(shè)計(jì)任務(wù)書2.1本課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的本課程是生物工程專業(yè)的一門實(shí)用性和技術(shù)性很強(qiáng)的專業(yè)課程。學(xué)習(xí)本課程的目的是使學(xué)生在學(xué)完生物工程專業(yè)的有關(guān)課程后，尤其是在學(xué)完《發(fā)酵工藝學(xué)》、《生物工程設(shè)備》和《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》這三門課程后，綜合運(yùn)用3年所學(xué)的全部知識(shí)，進(jìn)行工廠的初步設(shè)計(jì)。通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握應(yīng)具備的基本設(shè)計(jì)技能。待學(xué)生走上工作崗位后既能擔(dān)負(fù)起工廠技術(shù)改造的任務(wù)，又能進(jìn)行車間或全廠的工藝設(shè)計(jì)。2.2本課程任務(wù)：1．撰寫簡要設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括前言、設(shè)計(jì)任務(wù)書、廠址選擇、物料衡算、設(shè)備衡算及選型等；2．繪制工廠總平面布置圖一張、產(chǎn)品工藝方案流程圖一張、發(fā)酵車間發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)圖（包括俯視圖和剖面圖）一張、車間設(shè)備和管道布置圖。2.3基本要求：通過課程設(shè)計(jì)，應(yīng)訓(xùn)練學(xué)生提高以下幾方面的能力：1、搜集實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，熟悉技術(shù)文獻(xiàn)資料。2、合理設(shè)計(jì)工藝路線，準(zhǔn)確進(jìn)行工藝過程計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)選型計(jì)算。3、以精簡的文字、清晰的圖表來表達(dá)個(gè)人設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)結(jié)果。4、樹立科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)思想，兼顧安全、勞保、環(huán)保等要求。2.4基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：生產(chǎn)規(guī)模：5000/年（第2組）產(chǎn)品規(guī)格：成品效價(jià)為800單位/mg生產(chǎn)天數(shù)：300天/年倒罐率：1％發(fā)酵裝料系數(shù)：70%接種量：15％發(fā)酵液收率：95％提煉總收率：70％平均發(fā)酵水平：25000單位/ml；發(fā)酵周期：8天；每天放罐數(shù)：6罐。種子培養(yǎng)基配比：牛肉膏6％，葡萄糖4%，KH2PO41％，MgSO41%，接種量15%生產(chǎn)培養(yǎng)基配比：葡萄糖4%，黃豆餅粉0.8%，玉米漿1.5%，（NH4）2SO40.5%，豆油0.2％，KH2PO40.01％，CaCO30.04%2.5設(shè)計(jì)內(nèi)容：1．根據(jù)以上設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱有關(guān)資料、文獻(xiàn)，搜集必要的技術(shù)資料，工藝參數(shù)與數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)方法的選擇，工藝流程與工藝條件的確定與論證。2．工藝計(jì)算：全廠的物料衡算；發(fā)酵車間的熱量衡算(即蒸汽耗量的計(jì)算)；水用量的計(jì)算。(注：不計(jì)算耗冷量)3．發(fā)酵車間設(shè)備的選型計(jì)算：包括設(shè)備的容量，數(shù)量，主要的外形尺寸。（注：①不計(jì)算種子發(fā)酵罐設(shè)備選型；②發(fā)酵罐數(shù)應(yīng)多加1個(gè)備用的；③發(fā)酵罐容積應(yīng)以《生物工程設(shè)備》教輔資料P27，標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行選擇，標(biāo)準(zhǔn)表的公稱體積“75m3”改成“65m3”）4．對發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)化工計(jì)算與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：1．根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容，書寫設(shè)計(jì)說明書(以《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》P．254車間初步設(shè)計(jì)說明書的編寫要求書寫)。2．完成圖紙四張(A3紙打印)：工廠總平面布置圖；全廠工藝流程圖；發(fā)酵設(shè)備總裝圖（剖面和俯視圖）；車間設(shè)備布置圖。罐體的高徑比H/D：1～3攪拌槳直徑與罐體直徑之比Di/D：1/3～1/2擋板寬度與罐體直徑之比Wb/D：1/8～1/12（4塊擋板）發(fā)酵條件：轉(zhuǎn)速350r/min，溫度28℃，pH7.2(400L發(fā)酵罐)冷卻水進(jìn)出口溫度分別為25℃、30℃黏度：38cP;培養(yǎng)基比熱容：C=0.37×4.18X+4.18(1-X)X—固形物的質(zhì)量百分比，0.37×4.18－固形物的比熱3廠址選擇成本因素非成本因素1、運(yùn)輸成本2、原料供應(yīng)3、動(dòng)力和能源的供應(yīng)量和成本4、水力供應(yīng)5、勞工成本6、建筑成本和土地成本7、稅率、保險(xiǎn)和利率8、財(cái)務(wù)供應(yīng)：資本及貨款的機(jī)會(huì)9、各服務(wù)和保養(yǎng)費(fèi)用1、社區(qū)情況2、氣候和地理環(huán)境3、環(huán)境保護(hù)4、政治穩(wěn)定性5、文化習(xí)俗6、當(dāng)?shù)卣?、擴(kuò)展機(jī)會(huì)8、當(dāng)?shù)馗偁幷?、公眾對工商業(yè)的態(tài)度經(jīng)過我們組隊(duì)員的實(shí)地考察和衛(wèi)星地圖的查看，我們選擇了一塊在理工大學(xué)附近的花溪街道新屋村1社的一塊空地上。這里交通便利，水資源豐富，原料供應(yīng)好，勞動(dòng)力豐富，土地成本不高。也能為我們理工大學(xué)的學(xué)子們提供就業(yè)的崗位。4工廠總平面設(shè)計(jì)4.1工廠的平面設(shè)計(jì)圖見附表：5工藝流程簡圖及說明論證將砂土管（或冷凍管）菌種接種到斜面培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后即得原始斜面。原始斜面質(zhì)量要求一般為：菌落分布均勻，密度適中，顏色潔白，但菌落豐滿，。再從原始斜面的豐滿單菌落接種至斜面上，長成后即得生產(chǎn)斜面，斜面上的菌落應(yīng)為白色豐滿的梅花形和饅頭形，背面為淡棕色色素，排除各種雜型菌落。經(jīng)兩次傳代，可達(dá)到純化的目的，排出變異的菌株。其質(zhì)量還應(yīng)通過搖瓶實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行控制。合格的孢子面存在低溫冷庫（0~4℃）內(nèi)備用。5.1.2搖瓶種子培養(yǎng)生產(chǎn)斜面的菌落接種到搖瓶種子培養(yǎng)中，經(jīng)過培養(yǎng)基即得搖瓶種子。鏈霉素發(fā)酵經(jīng)常使用搖瓶種子來接種種子罐。種子質(zhì)量以菌絲階段、發(fā)酵單位、菌絲粘度或濃度、糖氮代謝、種子液色澤和無菌檢查為指標(biāo)。搖瓶種子可以直接接種子罐，也可以在擴(kuò)大培養(yǎng)，用培養(yǎng)所得的子瓶來接種。藥瓶培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分為黃豆餅粉、葡萄糖、硫酸銨、碳酸鈣等。黃豆餅粉的質(zhì)量和葡萄糖的用量對種子質(zhì)量都有影響。5.1.3種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)是用來擴(kuò)大種子量的。種子罐培養(yǎng)可為2~3級，根據(jù)發(fā)酵罐體積大小和接種量來確定。第一級種子罐一般采用搖瓶種子接種，2~3級種子罐則是逐級轉(zhuǎn)移，接種量一般都為10%左右。種子質(zhì)量對后期發(fā)酵的影響甚大，種子必須符合各項(xiàng)質(zhì)量要求（糖氮代謝、菌濃和菌絲階段、效價(jià)和無菌要求），方能轉(zhuǎn)罐。因此在培養(yǎng)過程中，必須嚴(yán)格控制好罐溫、通氣攪拌和泡沫，以保證菌絲生長良好，得到合乎要求的種子。鏈霉素發(fā)酵條件及中間控制鏈霉素產(chǎn)生菌一灰色鏈霉菌是一種高度需氧菌。它在整個(gè)代謝過程中以葡萄搪做為主要碳源，只有以氧做為最終電子受體時(shí)方能獲得大量能量，來滿足菌體生長、繁殖和合成鏈霉素的需要.物質(zhì)代謝與能量代謝是相輔相成的。據(jù)文獻(xiàn)記載[19]，空氣中，氧在培養(yǎng)液中的飽和濃度(1atm,25℃})大約只有0.2毫克分子(O2)/升，而鏈霉素發(fā)酵液中菌體的攝氧率在10~50毫克分子(O2[11]。對溶氧水平有較大影響的因素主要有：a、菌體代謝是否旺盛。b、培養(yǎng)液的粘度：過高的粘度會(huì)影響氧的傳遞，即影響氧由氣相溶解于液相之中。c、補(bǔ)料：補(bǔ)糖后糖代謝加快，補(bǔ)入10秒鐘后溶氧即明顯下降，但經(jīng)30~40分鐘后又逐漸恢復(fù)到補(bǔ)前水平。這種變化當(dāng)補(bǔ)糖量超過1.0%時(shí)較明顯。當(dāng)補(bǔ)無機(jī)氮源使氨基氮增加l0mg/100ml以上時(shí)，亦有這種變化。22溶氧濃度就升高或降低3%左右。但罐壓不能控制過高，超過一定限度對菌體的生長、代謝就要產(chǎn)生不良影響。e、空氣流量：體積氧傳遞系數(shù)中Vs為空氣在罐中的直線速率，它與空氣流量是等效的。從提高KLa的角度看，應(yīng)盡量增大Vs,但超過一定限度后溶氧濃度不再上升，反而會(huì)造成泡沫上升，發(fā)酵中間產(chǎn)物未及被利用即被帶出而造成不良后果，甚至使攪拌器周圍充滿氣泡從而使攪拌失去作用，造成溶氧下降。從價(jià)值工程原理出發(fā)，應(yīng)確定一個(gè)最適空氣流量vs}，即不使通氣量過剩，又滿足灰色鏈霉菌對氧的需求。f、攪拌：攪拌對溶氧濃度影響最大。在培養(yǎng)過程中如停止攪拌、溶氧濃度迅速下降幾乎到0，此時(shí)如果增加空氣流量，增大罐壓都無濟(jì)于事。同時(shí)對于不同的攪拌槳形式以及速度對溶氧也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。機(jī)械攪拌能損壞菌絲體，對發(fā)酵液過濾不利，采用空氣攪拌器則克服了這一缺點(diǎn)，提高了罐的利用率。采用大直徑小漿葉的攪拌器，在適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速下，能得較高的吸氧率。另外將渦輪式改為多棒式攪拌器，可降低功率消耗近一半。5.2.2溫度灰色鏈霉菌對溫度敏感。據(jù)報(bào)道，z-38菌株對溫度高度敏感：250℃時(shí)，發(fā)酵單位為1180毫克/升/118小時(shí)；27℃時(shí),，2041毫克/升/118小時(shí)；29℃時(shí)，2194毫克升/104小時(shí)，而31℃℃左右。有些人認(rèn)為不一定在24~31℃的范圍，應(yīng)隨菌株不同而適宜溫度有所改變。5.2.3pH值pH值直接影響到發(fā)酵過程中各種酶活動(dòng)，影響菌體對基質(zhì)代謝的速度，甚至改變菌體的代謝途徑及細(xì)胞結(jié)構(gòu)。菌體的發(fā)育生長和抗生素的合成有不同的適宜pH值。發(fā)酵過程中pH值必須予以控制，才能符合菌體生長和抗生素合成的需要。影響pH值的因素有生化反應(yīng)過程特性，以及發(fā)酵過程的環(huán)境變量，如溫度。另外，作為發(fā)酵過程氮源的(NH4)2S04和碳源的糖等補(bǔ)料加到發(fā)酵液中也會(huì)影響pH值。適合鏈霉菌菌絲生長的pH約為6.5~7.0，適合于鏈霉素合成的pH約為6.8~7.3，pH低于6.0或高7.5，對鏈霉素的生物合成不利。pH對鏈霉素發(fā)酵影響很大，故很多國家為了準(zhǔn)確控制pH值，使用pH自動(dòng)控制裝置。這樣，可提高發(fā)酵單位，又可以減少培養(yǎng)基中碳酸鈣的用量，在發(fā)酵液預(yù)處理時(shí)，還可減少中和用的酸量。5.3提取工藝經(jīng)四級或三級發(fā)酵生物合成鏈霉素。發(fā)酵液用水稀釋，草酸酸化至pH3．0左右，加熱至75～80"C，通過離心分離或板框過濾，除去大量不溶性菌絲體、酸性蛋白、鈣鎂離子、培養(yǎng)基殘?jiān)入s質(zhì)，冷卻至15℃以下，再用NaOH中和得到符合離子交換工藝要求的澄清鏈霉素原液。這一過程在生產(chǎn)上稱為發(fā)酵液的預(yù)處理。原液中的鏈霉素在水溶液中離解成三價(jià)陽離子，應(yīng)用鈉型弱酸性陽離子交換樹脂110樹脂或大孔D一152樹脂進(jìn)行吸附，洗脫后成為鏈霉素洗脫液，在這一步提取過程中使水溶液中的鏈霉素得到富集，含量由不到1％濃縮到20％，同時(shí)，通過離子交換樹脂的選擇作用，除去絕大部分的無機(jī)離子、色素、蛋白及可見的固形物等。鏈霉素提取液經(jīng)大孔伯胺基吸附樹脂D303樹脂通過Schiff反應(yīng)除去雙氫鏈霉糖、鏈霉胍、鏈霉胺等不含醛基的鏈霉素同系物，再經(jīng)強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂1×25樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂703樹脂組成的混合床脫鹽中和得到提純液。提純液先經(jīng)藥用活性炭脫色處理，吸附色素和細(xì)菌內(nèi)毒素，經(jīng)減壓蒸發(fā)，在45℃以下濃縮，鏈霉素含量由10％左右濃縮到45％。最后為了進(jìn)一步提高成品色級和保證細(xì)菌內(nèi)毒素及熱原合格，加入一定量的藥用活性炭脫色處理得到符合質(zhì)量要求的成品濃縮液。成品濃縮液經(jīng)過石棉板除菌過濾，噴霧干燥得到白色或類白色的無菌粉末，分裝出廠。5.4工藝流程簡圖如下：初步純化初步純化菌種斜面孢子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)空氣粗過濾空氣壓縮機(jī)兩級冷卻汽液分離過濾除菌原料稀釋陽離子交換發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵滅菌醪液過濾水解預(yù)處理洗脫液D303樹脂Schiff反應(yīng)鏈霉素提純液成品包裝精制粗制脫鹽中和濾液冷卻至15℃一下過濾加熱至75-80℃草酸酸化藥用活性炭脫色減壓蒸發(fā)濃縮除菌過濾噴霧干燥鏈霉素原液6工藝計(jì)算物料衡算首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg成品鏈霉素所需耗用的原輔材料及其他物料量：發(fā)酵液量：V1=1000×800÷[25000×(1—1%)3種子液量(接種量為15%):V2=V13牛肉膏耗用量：種子液用量：V2×6%=7.292×103kg葡萄糖耗用量：種子液用量：V2×4%=7.292×103kg發(fā)酵液用量：V1×4%=48.61×103kgKH2PO4耗用量：種子液用量：V2×1%=7.292×103kg發(fā)酵液用量：V1×%=48.61×103×%=4.861kgKH2PO4MgSO4耗用量：種子液用量：V2×1%=7.292×103kg黃豆餅粉耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.8%=48.61×103kg玉米漿耗用量：發(fā)酵液用量：V1×1.5%=48.61×103kg（NH4）2SO4耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.5%=48.61×103kg10.豆油耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.2%=48.61×103kg3耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.04%=48.61×103kg5000噸/a，鏈霉素廠發(fā)酵車間的生物料衡算物料名稱生產(chǎn)1000kg鏈霉素產(chǎn)品所需的物料量生產(chǎn)5000t鏈霉素所需的物料量每日物料量發(fā)酵液量（m3）243050種子液量（m3）36460牛肉膏耗用量（kg）21876007292葡萄糖耗用量（kg）1118040037268K2HPO4耗用量(kg）388905MgSO4耗用量（kg）364600黃豆粉餅耗用量（kg）1944400玉米漿耗用量（kg）3645750(NH4)2SO4耗用量（kg）1215250豆油耗用量（kg）486100CaCO3耗用量（kg）972206.2．1.對于生產(chǎn)1000kg鏈霉素產(chǎn)品，利用直接蒸汽混合加熱，蒸汽消耗量為：式中:D——蒸汽消耗量,kgG——被加熱料液量,kgc——料液的比熱,kJ/(kg·℃)t2——加熱結(jié)束時(shí)料液的溫度,℃t1——加熱開始時(shí)料液的溫度,℃i——蒸汽的熱焓,kJ/kg（0.3MP，2725.5kJ/kg）η——加熱過程中由于熱損失而增加的蒸汽消耗量,η可取5%-10%又料液的比熱：c=0.37×4.18x+4.18×（1-x）x——固形物的質(zhì)量百分比根據(jù)重慶地區(qū)的地理位置及氣候條件，取一年中的最低室溫10℃作為料液的初始溫度t1，η取10%，忽略種子液的加熱被加熱料液量:固形物的質(zhì)量百分比:x=料液的比熱:c=0.37×4.18×6.59%+4.18×(1-6.59%)=4.01kJ/(kg·℃)故直接蒸汽混合加熱，蒸汽的消耗量:D1=Gc(t2-t1)·(1+η)÷(i-t2·c)=×4.01×(121-10)×(1+10%)÷(-121×4.01)=1.14×104kg6.2．2.發(fā)酵罐空罐滅菌時(shí)的蒸汽消耗量估算：D=5VFρs式中:VF——發(fā)酵罐全容積,m3ρs——發(fā)酵罐滅菌時(shí),罐壓下蒸汽的密度,kg/m3滅菌時(shí)的溫度為121℃，在該溫度下水蒸汽的密度ρs3發(fā)酵罐全容積VF=48.61÷70%=69.44m3故D2=5VFρs=5×69.44×943.1=3.27×105kg6.2．3.發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)的蒸汽消耗量估算：一般來講，保溫時(shí)間內(nèi)的蒸汽消耗量可按發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌直接蒸汽加熱升溫時(shí)的蒸汽消耗量的30%～50%來估算。故D3=50%D1=5.70×103kg4.生產(chǎn)1000kg鏈霉素產(chǎn)品，總蒸汽的耗用量為:D=D1+D2+D3=×105kg5000t/a鏈霉素車間總熱量衡算表名稱規(guī)格（MPa）每噸產(chǎn)品消耗（kg）每天消耗（kg）年消耗量（kg）蒸汽0.3（表壓）×105×106×109生產(chǎn)1000kg鏈霉素種子液用水量:7.292(m3)生產(chǎn)1000kg鏈霉素發(fā)酵液用水量:48.61(m3)發(fā)酵冷卻水用量:(只考慮全年平均負(fù)荷)W=Q÷{c2×(tk－tH)}式中:W——冷卻水消耗量，kg/hQ——物料的熱效應(yīng),kJ/hc2——冷卻水的比熱kJ/(kg×℃)，通常水的比熱為4.183kJ/(kg×℃)tk——冷卻水的出口溫度℃tH——冷卻水的進(jìn)口溫度℃在計(jì)算冷卻水耗量時(shí),其冷卻水的進(jìn)出口溫差△t=tk－tH=30-25=5℃(冷凍水或冷鹽水)其中發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的熱效應(yīng)計(jì)算:Q=QF×VL式中:Q——發(fā)酵罐的熱效應(yīng),kJ/hQF——單位體積發(fā)酵液所產(chǎn)生的熱量,又稱發(fā)發(fā)酵熱,kJ/(m3×h),對于鏈霉素發(fā)酵,其值為18800kJ/(m3×h)VL——發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積,m3其中發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積見發(fā)酵罐公稱容積計(jì)算：VL=200×70%=140(m3)則W=Q÷{c2×(tk－tH)}=QF×VL÷{c2×(tk－tH)}=18800×140÷{4.183×5}=125842.70kg/h5000t/a鏈霉素車間用水量衡算表名稱規(guī)格每噸產(chǎn)品消耗定額（t/t）每小時(shí)用量（kg/h）每天用量（t/d）年耗量(t/a)冷水自來水7發(fā)酵車間設(shè)備的選型計(jì)算 根據(jù)發(fā)酵物的發(fā)酵特性，選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)罐(通用式發(fā)酵罐)，選用此種發(fā)酵罐的原因主要是：歷史悠久，資料齊全，在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗(yàn)，成功率高。公稱容積的計(jì)算V0=5000×1000×106×800÷（25000×106×300×99%×95%×70%）÷70%=1157.29(m3),取200(m3)則選用公稱容積200(m3)的發(fā)酵罐。平均每罐發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)量：230×70%×99%×95%×70%×25000/800=3312.32(kg)N=發(fā)酵周期×每天放罐數(shù)+1=8×6+1=49個(gè)公稱容積：200m3發(fā)酵罐的H/D值取2，則D=5.114m.H=10.228m.50m3通用式發(fā)酵罐的主要尺寸.罐內(nèi)徑m封頭容積m3圓柱高m10圓柱部分容積m3197封頭高m不計(jì)上封頭的容積m3213罐體總高m全容積m3230設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，是將設(shè)備的主要輔助裝置的工藝要求交代清楚，以供制造加工和采購時(shí)取得資料數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)的主要輔助設(shè)備有以下幾種。7.2.1空氣分布器對于好氣發(fā)酵罐,分布器主要有兩種形式,即多孔（管）式和單管式,本設(shè)計(jì)的發(fā)酵流程通氣量大,所以采用單管通風(fēng)。由于其進(jìn)風(fēng)速高,又有渦輪板阻擋,葉輪打碎、溶氧是沒有問題的。通氣管貼著罐壁到發(fā)酵罐底部，在攪拌器正下方開口向下。7.2.2擋板擋板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)中雖有豎式冷卻蛇管，但為了消除液面漩渦，更好的提高攪拌功率，采用4塊擋板，擋板的寬度W取罐徑的1/10，為0.31m。擋板與罐壁之間應(yīng)留有一定的間隙，避免培養(yǎng)液中的固體成分堆積在擋板背側(cè)，其大小為0.1W，0.031m。從消耗功率來看：平葉>彎葉>箭葉從發(fā)酵液中氣含率來看：平葉>彎葉>箭葉從軸向混和效果來看：箭葉>彎葉>平葉從上述條件綜合考慮，再考查國內(nèi)外的主要選型情況。本次設(shè)計(jì)選用六彎葉渦輪式攪拌器攪拌器葉徑：葉距Y=D=5m彎葉板厚δ=12mm攪拌轉(zhuǎn)速以小罐為比擬放大，其轉(zhuǎn)數(shù)為N1=350r/min，攪拌葉徑D1=0.75m，按比擬放大公式：N2=N1(D1/D2)2/3=350×(0.75/1.275)2/3=r/min參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工廠實(shí)際，為保證發(fā)酵罐的溶氧系數(shù)，取N2=100r/min。發(fā)酵液體被攪動(dòng)后流體的雷諾數(shù)可用下式計(jì)算：=2×1070/（38×10-3）=1.322×105>105視為湍流狀態(tài)此狀態(tài)下，單一攪拌器的軸功率：P=NpN3D5ρ=4.7×(100/60)35×1070兩檔攪拌P0上兩式中：NpN——攪拌轉(zhuǎn)數(shù),r/sD——攪拌器直徑，mρ——液體密度kg/m3,熱量衡算中己算出,1070kg/m3μ——醪液黏度，N·s/m2計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率PgPg=2.25*10-3*（P02ND3/Q)0.39求電機(jī)功率P電：P電采用三角帶傳動(dòng)η1=0.92；滾動(dòng)軸承η2=0.99，滑動(dòng)軸承η3=0.98；端面密封增加功率為1%；主要軸功率電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/s）總軸功率(kw)單一軸功率(kw)電機(jī)輸出功率(kw)發(fā)酵罐采用內(nèi)部列管式蛇管換熱,外部表面采用噴淋冷卻方式。蛇管進(jìn)水溫度為25℃,出水溫度為30℃,醪液溫度不超過36℃。冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式計(jì)算，即：式中：F——冷卻面積,m2Q總——發(fā)酵罐的熱效應(yīng),kJ/hK——×500kJ/(m3·h·℃)△tm——對數(shù)平均溫差,℃其中平均溫差=[(36-25)－(36-30)]÷㏑(11/6)℃故冷卻面積：=2.038×106÷(4.18×500×8.2)=3×10-2m3/s,冷卻方式采