年產(chǎn)850噸土霉素生產(chǎn)工程初步工藝設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第PAGEII頁(yè)共II頁(yè)P(yáng)AGE河北科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄1總論 11.1行業(yè)概況 11.2設(shè)計(jì)概況 11.3設(shè)計(jì)依據(jù)及范圍 21.3.1設(shè)計(jì)依據(jù) 21.3.2設(shè)計(jì)范圍 22設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、原則 22.1指導(dǎo)思想 22.2設(shè)計(jì)原則 33土霉素生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 33.1產(chǎn)品性質(zhì) 33.2產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格 43.3工藝流程 43.4工藝流程簡(jiǎn)述 43.4.2各級(jí)培養(yǎng)基的制備 43.4.3菌種的培養(yǎng) 53.4.4三級(jí)培養(yǎng) 53.4.6濾液脫色及樹(shù)脂再生 83.4.10結(jié)晶、干燥 94物料衡算 94.1有關(guān)土霉素生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo) 94.2發(fā)酵階段物料衡算 104.2.1發(fā)酵罐 104.2.2二級(jí)種子罐 114.2.3一級(jí)種子罐 114.2.4發(fā)酵階段物料衡算總結(jié) 124.3.1酸化、稀釋 134.3.2過(guò)濾 144.3.3脫色 144.3.4結(jié)晶 145設(shè)備計(jì)算與選型 155.1發(fā)酵階段 155.1.1發(fā)酵罐 155.1.2二級(jí)種子罐 195.1.3一級(jí)種子罐 205.1.4發(fā)酵罐配料罐 215.1.5二級(jí)種子罐配料罐 235.1.6一級(jí)種子罐配料罐 245.1.7發(fā)酵罐補(bǔ)料罐 255.2旋風(fēng)分離器 285.2.1大罐 285.2.2二級(jí)種子罐、一級(jí)種子罐及其它罐合用一臺(tái)旋風(fēng)分離器 29二級(jí)種子罐 29一級(jí)種子罐 295.3空氣過(guò)濾器 305.3.1總空氣過(guò)濾器 305.3.2分過(guò)濾器 31小罐分過(guò)濾器 32中罐分過(guò)濾器 32大罐分過(guò)濾器 325.4提取階段 325.4.1酸化罐 325.4.2過(guò)濾工段 335.4.3脫色工段 345.4.4結(jié)晶工段 355.5設(shè)備一覽表 366車(chē)間設(shè)備布置 386.1車(chē)間布置的基本原則 386.2發(fā)酵車(chē)間 386.3提取區(qū) 407公用工程用量 408勞動(dòng)組織與定員 419全廠平面布置 41結(jié)束語(yǔ) 42致謝 43參考文獻(xiàn) 44本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第3頁(yè)共44頁(yè)1總論1.1行業(yè)概況土霉素(Oxytetracycline,OTC)是20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的四環(huán)素族成員,別名52羥基四環(huán)素,地霉素,地靈霉素,氧四環(huán)素等,分子式為C2H24N209,相對(duì)分子質(zhì)量460.44,是一種廣譜抗菌藥物,被廣泛用于治療乳房炎,同時(shí)士霉素又是一種生長(zhǎng)促進(jìn)劑,常常被用作飼料添加劑。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，土霉素除了作為生產(chǎn)強(qiáng)力霉素等的原料外，主要用于畜禽藥物以及飼料添加劑。以土霉素為原料生產(chǎn)半合成抗生素的市場(chǎng)前景較好。如多西霉素（強(qiáng)力霉素），就是以土霉素為原料經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)制得的半合成抗生素，其市場(chǎng)價(jià)格是土霉素的5～7倍，產(chǎn)品大量出口。預(yù)計(jì)今年市場(chǎng)仍然看好，是土霉素深加工的一個(gè)方向，在眾多抗生素品種中，價(jià)格最低的土霉素今后將會(huì)在我國(guó)大量用于畜禽用藥及飼料添加劑中，預(yù)計(jì)這方面的需求會(huì)不斷增長(zhǎng)，成為土霉素的主要市場(chǎng)。土霉素作為動(dòng)物促生長(zhǎng)劑,主要是利用其提取過(guò)后的廢菌絲,其可作為動(dòng)物飼料或添加劑,提高動(dòng)物生產(chǎn)力和生活能力,當(dāng)然同時(shí)我們也應(yīng)該注意其作為飼料所帶來(lái)的耐藥性和公共安全問(wèn)題,特別是對(duì)人體健康的影響。生產(chǎn)土霉素每年要有大量的廢菌絲殘?jiān)?。此?尚還有3000IU～5000IU的土霉素。由于土霉素生產(chǎn)成本低,價(jià)格便宜,服用方便,在農(nóng)村廣大地區(qū)耐藥菌株相對(duì)較少,而一些新型抗生素雖然療效好,但成本高,價(jià)格貴;其次與人們用藥習(xí)慣也有關(guān)系。總之,四環(huán)素類(lèi)的抗生素生產(chǎn)在國(guó)內(nèi)雖是出于淘汰趨勢(shì),但作為獸用專(zhuān)用抗生素或添加劑在國(guó)內(nèi)仍有很大市場(chǎng)。1.2設(shè)計(jì)概況這次，我的設(shè)計(jì)的題目是《年產(chǎn)850噸土霉素生產(chǎn)工程初步工藝設(shè)計(jì)》。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們要去綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和自己的獨(dú)立思考，去解決生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。為了很好的系統(tǒng)的完善的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下，我們?cè)谇捌诓殚喠舜罅康奈墨I(xiàn)資料，并且得到了老師的初步講解，使我們對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有了一個(gè)籠統(tǒng)的了解。同時(shí)，我們還完成了開(kāi)題報(bào)告的編寫(xiě)和前期各項(xiàng)工作的準(zhǔn)備。與此同時(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的前期，我們進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)演算，不斷反復(fù)推敲，選型，使設(shè)計(jì)初見(jiàn)成效。同時(shí)，在2012年4月，學(xué)校組織我們?nèi)ナパ┐蟪芍扑幱邢挢?zé)任公司的車(chē)間進(jìn)行實(shí)地實(shí)習(xí)，由此，我們能夠更好的了解本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，通過(guò)老師幾次重點(diǎn)突出的輔導(dǎo)，使我們?cè)谟邢薜臅r(shí)間里進(jìn)行了數(shù)據(jù)的再次檢查及制圖的全過(guò)程，時(shí)我們的設(shè)計(jì)日趨完善，為我們今后的設(shè)計(jì)過(guò)程中提供了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)及范圍1.3.1設(shè)計(jì)依據(jù)1生工學(xué)院下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，包括設(shè)計(jì)中的要求的物料衡算，生產(chǎn)工藝，設(shè)備選型等。2提供的各種資料。如《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《抗生素生產(chǎn)設(shè)備》、《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)》、《分離純化工藝原理》、《抗生素工藝學(xué)》等參考書(shū)籍。3在實(shí)習(xí)中所獲得的經(jīng)驗(yàn)。1.3.2設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)850噸土霉素生產(chǎn)工程初步工藝設(shè)計(jì)，在本設(shè)計(jì)中包括土霉素堿生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算與設(shè)備選型、進(jìn)行車(chē)間平面布置、水電氣衡算、勞動(dòng)組織與定員安排以及三廢處理工程設(shè)計(jì)。2設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、原則2.1指導(dǎo)思想充分貫徹執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，盡量節(jié)約能源，合理利用廢物，保護(hù)環(huán)境，符合城區(qū)建設(shè)規(guī)劃要求。生產(chǎn)、消防用水來(lái)自廠區(qū)內(nèi)自來(lái)水供應(yīng)，并與廠區(qū)供水管網(wǎng)引接，排水至廠區(qū)原有排水干管。按確定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，即工藝流程及說(shuō)明，原料、輔助原料、公用工程的規(guī)格、產(chǎn)品及主要副產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格、廠區(qū)的自然條件等，進(jìn)行裝置的物料衡算。廠址選擇是工業(yè)基本建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在工廠布置和車(chē)間布置方面要符合國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和工業(yè)布局規(guī)劃。做好廢氣、廢水和廢渣的處理，控制好噪聲，搞好綠化。建立起全面的全系統(tǒng)的事故防范措施和人身健康保障措施。各生產(chǎn)車(chē)間、原料包裝及儲(chǔ)存車(chē)間，采用封閉式結(jié)構(gòu)。在保證安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件下，盡可能降低工程造價(jià)年生產(chǎn)時(shí)間為330天。2.2設(shè)計(jì)原則車(chē)間所在工廠在居民區(qū)下側(cè)，河流上游，要求地勢(shì)平坦，水源豐富，并且節(jié)約用地，少占耕地。盡可能采用新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)，以利于投產(chǎn)后達(dá)到好的經(jīng)濟(jì)效益。在條件允許情況下，盡可能的使用通用設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作量，縮短工作時(shí)間。原料來(lái)源立足于國(guó)內(nèi)、立足于本地，選擇優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的原料立足于本地。3土霉素生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第4頁(yè)共44頁(yè)P(yáng)AGE河北科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3.1產(chǎn)品性質(zhì)土霉素又稱5-羥基四環(huán)素，屬?gòu)V譜抗生素兩性化合物。本產(chǎn)品為黃色結(jié)晶性粉末，無(wú)臭，在紫外線輻射下可產(chǎn)生黃色熒光。分子式為C22H21N2O9-2H2O平均分子量為496.47。理論效價(jià)為1000μ/mg，具有旋光性，熔點(diǎn)為148.5-185.5℃，土霉素具有吸濕性，在空氣中吸收水分而潮解且顏色變深。在PH4.5-7.5之間難溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。等電點(diǎn)為5.4。主要用于革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌引起的感染，對(duì)立克次體及過(guò)濾性病毒有一定作用，能抗阿米巴腸炎及腸道感染，可以用于治療上呼吸道感染、泌尿系統(tǒng)感染并且效果顯著。耐藥性嚴(yán)重，毒副作用低，具有成鹽、沉淀、降解成色等一系列化學(xué)反應(yīng)。3.2產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第9頁(yè)共44頁(yè)P(yáng)AGE河北科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)產(chǎn)品質(zhì)量符合中國(guó)藥典2005版規(guī)定。具體質(zhì)量指標(biāo)如下：外觀：淡黃色粉末效價(jià)：>910μ/mg異物：<5個(gè)/0.5g異物：<5個(gè)/0.5g比旋度：[α]D25：-199o酸堿度：PH5.0-7.5水分：4.0%-7.5%保質(zhì)期：四年雜質(zhì)吸收峰：430不大于0.5490nm不大于0.23.3工藝流程[篩選高單位菌種流程]菌種→斜面（37℃，14天）→孢子懸浮液→計(jì)數(shù)→誘變處理→分離→雙碟（5-10個(gè)菌落）培養(yǎng)五天→挑選單菌落→試管斜面（4天）→挑斜面→接砂土管→砂土孢子→茄子瓶→斜面孢子[工藝流程]沙土孢子（36.5℃，4-5天）→斜面孢子（38℃，28-30h，空氣攪拌）→一級(jí)種子培養(yǎng)（30℃，28-32h，1：1.3VVm，空氣攪拌）→二級(jí)種子培養(yǎng)（30℃，170-190h，1：0.65VVm）→發(fā)酵液（草酸調(diào)PH1.75-1.85，硫酸鋅0.15%，黃血鹽0.25%）→酸化液（板框頂洗過(guò)濾10h→濾液（122#樹(shù)脂脫色）→脫色液[15%水（含2%亞硫酸鈉）調(diào)PH4.5-4.6，28-30℃]→結(jié)晶液（甩慮后用水淋洗再甩干）→濕晶體（進(jìn)風(fēng)：140-170℃，出風(fēng)：40-80℃3.4工藝流程簡(jiǎn)述3.4.1種子制備種子制備是在無(wú)菌條件下進(jìn)行的，菌種名稱為UV-138二代。3.4.2各級(jí)培養(yǎng)基的制備主要配料：糊精、黃豆餅粉、淀粉、玉米漿、固劑、氯化鈉、磷酸二氫鉀、硫酸氨、碳酸鈉、氯化鈷、玉米油、淀粉酶、碳酸鈣各級(jí)種子培養(yǎng)基均在配料罐中配制，用打料泵送至各級(jí)種子罐中。3.4.3菌種的培養(yǎng)土霉素生產(chǎn)車(chē)間的菌種培養(yǎng)在培養(yǎng)室里進(jìn)行。生產(chǎn)用的菌種為UV-138和龜裂鏈霉，用沙土管保藏，一般在溫度為4℃左右的條件下可保存三年，一次可制備20多支試管。在30℃條件下，經(jīng)過(guò)73.4.4三級(jí)培養(yǎng)以龜裂鏈霉菌為菌種⑴一級(jí)種子培養(yǎng)目的：使來(lái)自實(shí)驗(yàn)室制備的孢子發(fā)芽、繁殖以獲得一定數(shù)量的菌絲。一級(jí)種子罐采用夾套式換熱（自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)），無(wú)攪拌動(dòng)力設(shè)備。一級(jí)種子罐培養(yǎng)基采用實(shí)罐滅菌，消前加泡敵消沫劑。通氣：從罐底通入空氣來(lái)達(dá)到物料混合均勻的目的。培養(yǎng)溫度：32℃罐壓：0.05Mpa；滅菌：實(shí)消45min；PH：6.0～6.3接種：待一級(jí)種子罐溫度降到29～33℃時(shí)，即可接種，一般接種量(接種量指的是移入的種子懸液體積和接種后培養(yǎng)液的體積的比例)為7%～15%。操作程序如下：（1）用蘇爾浸泡的棉花在接種帽處從內(nèi)向外檫拭2～3次，再用75%的酒精棉球擦拭3～4次，然后用同樣的酒精棉球蓋在接種帽處點(diǎn)燃。（2）用鑷子將點(diǎn)燃的酒精棉球撤下，迅速將接種針頭扎入接種帽，由一級(jí)種子罐的滅菌工開(kāi)排氣閥，將罐內(nèi)壓力控制在0.09Mpa，待罐內(nèi)壓力和接種瓶?jī)?nèi)壓力平衡后，再由一級(jí)種子罐的滅菌工將罐內(nèi)壓力降至0.04Mpa，將接種瓶?jī)?nèi)的孢子懸浮液吸入一級(jí)種子罐內(nèi)，將接種針頭拔出。（3）用火柴點(diǎn)燃蠟燭，讓蠟液滴在接種帽上，凝固后用氧化鋅膠布再封好。消泡：一級(jí)種子罐不需要加入消泡劑。轉(zhuǎn)移：經(jīng)過(guò)約30小時(shí)左右的培養(yǎng)，培養(yǎng)基的顏色漸漸的變?yōu)辄S色，趨于成熟。測(cè)量培養(yǎng)液的pH，當(dāng)其值在6.0～6.4時(shí)即可作為種子移入二級(jí)種子罐。一級(jí)種子培養(yǎng)技術(shù)參考指標(biāo)：消前：PH6.1-6.7消后：PH5.9-6.4糖（g/ml）：2.5-3.7%氨氮（g/ml）：0.13-0.2%溶磷（μg/ml）：85-135接斜面孢子：兩瓶培養(yǎng)時(shí)間：30-34h培養(yǎng)溫度：32±2℃壓力降：0-6h，0.01MPa6-10h，0.02MPa10-12h放罐，0.03MPa⑵二級(jí)種子培養(yǎng)二級(jí)種子罐培養(yǎng)基采用實(shí)罐滅菌。采用壓差法將二級(jí)種子壓入發(fā)酵罐中，全程通入無(wú)菌空氣，實(shí)行機(jī)械攪拌，并進(jìn)行補(bǔ)料。打入種子液：待二級(jí)種子罐溫度降到29～33℃時(shí)，即可利用壓差法將一級(jí)種子罐中的種子液打入。通氣：土霉素是好氧霉菌，因此需要給罐內(nèi)不斷的通入空氣，并且用攪拌槳不斷的攪拌，以增加氧氣的擴(kuò)散和熱量的交換。消泡：二級(jí)種子罐不需要加入消泡劑。調(diào)溫：土霉素的最適生長(zhǎng)溫度為31℃取樣17～19小時(shí)時(shí)取樣檢測(cè)種子液pH，28小時(shí)時(shí)取樣測(cè)量C、N、種子液效價(jià)和pH，并作出相關(guān)記錄。冷卻：二級(jí)種子罐采用6組蛇管的冷卻裝置進(jìn)行冷卻,進(jìn)水方式為低進(jìn)高出。攪拌：二級(jí)種子罐采用二級(jí)攪拌裝置進(jìn)行攪拌，該攪拌裝置的槳葉為箭葉式，轉(zhuǎn)速為160r/min，功率為10kW，另外空氣流向與攪拌方向相反。轉(zhuǎn)移：二級(jí)罐發(fā)酵28個(gè)小時(shí)后液體變?yōu)轸丈?、變稠，測(cè)量效價(jià)和pH，在培養(yǎng)后期，隨著糖、氮濃度的降低，如果pH大于6.0，效價(jià)在800u/m1左右即可將其打入發(fā)酵罐中。二級(jí)種子培養(yǎng)滅菌：實(shí)消30min消前：PH5.9-6.3消后：PH5.9-6.4氨氮（g/ml）：0.36-0.5%溶磷（μg/ml）：270-390接種量（ml/ml）：8-10%流量（m3/h）：900-1200培養(yǎng)時(shí)間（h）：26-32罐壓（MPa）：0.05±0.01培養(yǎng)溫度（℃）：32±2攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）：160⑶三級(jí)培養(yǎng)發(fā)酵罐三級(jí)發(fā)酵罐采用列管式換熱（自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)），發(fā)酵罐采用六組蛇管冷卻裝置進(jìn)行冷卻，低進(jìn)高出。攪拌：發(fā)酵罐采用四級(jí)攪拌裝置進(jìn)行攪拌。滅菌接種：三級(jí)發(fā)酵是土霉素大量產(chǎn)生的時(shí)期，發(fā)酵罐和相應(yīng)管道經(jīng)過(guò)高溫實(shí)罐滅菌后，待罐溫降到29～33℃時(shí)即可采用壓差法將二級(jí)種子液打入發(fā)酵罐，開(kāi)始發(fā)酵過(guò)程。為了盡可能提高土霉素的產(chǎn)量，三級(jí)發(fā)酵分為30℃和31℃兩個(gè)控制階段。即在0～50h溫度維持在31±1℃，51～150h時(shí)溫度保持在30±1℃補(bǔ)料：隨著發(fā)酵的進(jìn)行，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度不斷下降，因此要通過(guò)補(bǔ)料罐和氨罐為其提供營(yíng)養(yǎng)。當(dāng)總糖下降到5%（g/ml）時(shí)開(kāi)始補(bǔ)料，補(bǔ)糖量按糖代謝速度殘?zhí)橇亢吞蔷S持水平來(lái)計(jì)算，補(bǔ)料液為實(shí)罐滅菌。防止雜菌污染在抗生素發(fā)酵過(guò)程中污染雜菌的主要原因有培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備滅菌不徹底、種子帶有雜菌、空氣過(guò)濾系統(tǒng)被污染、發(fā)酵設(shè)備滲漏、操作不慎等，在移種、取樣等過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作，并根據(jù)需要多次取樣進(jìn)行無(wú)菌檢查。發(fā)酵過(guò)程技術(shù)參數(shù)：消前：PH5.8-6.1消后：PH5.7-6.3氨氮（g/ml）：0.5-0.7%溶磷（μg/ml）：170-300殘?zhí)牵╣/ml）：<2.5%空氣流量（m3/h）：3500PH：0-100h，6.6-6.1培養(yǎng)時(shí)間（h）：140-170100h,6.5-5.5培養(yǎng)溫度（℃）：31.5±1150h-放罐，6.1-6.2罐壓（MPa）：0.03±0.01攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）：140。3.4.5發(fā)酵液的酸化、凈化、過(guò)濾目的：是發(fā)酵菌絲體內(nèi)的土霉素與菌絲體分開(kāi)，并進(jìn)行凈化（黃血鹽和硫酸鋅為凈化劑），同時(shí)釋放單位。原理：利用土霉素堿能與草酸生成鹽而溶于水的性質(zhì)，使土霉素堿從菌絲體內(nèi)轉(zhuǎn)入水相，以便與菌絲分離，利用草酸和發(fā)酵液中的Ca2+生成溶解度極小的草酸鈣，除去Ca2+。而草酸鈣還能和一些有機(jī)雜質(zhì)結(jié)合提高濾液質(zhì)量：加入黃血鹽和ZnSO4做凈化劑。過(guò)量的黃血鹽首先與發(fā)酵液中的Fe3+作用，生成普魯士蘭而去鐵，反應(yīng)式如下：3Na4(Fe(CN)6)+4Fe3+→Fe4(Fe(CN)6)3↓+12Na+余下的黃血鹽和ZnSO4作用生成膠狀亞鐵氰化鋅復(fù)鹽反應(yīng)式如下：2Na4(Fe(CN)6)+3ZnSO4→Na2Zn3(Fe(CN)6)2↓+3Na2SO4這種膠狀物能吸附發(fā)酵液中部分蛋白質(zhì)、色素，從而減少雜質(zhì)對(duì)土霉素結(jié)晶的干擾。四環(huán)類(lèi)抗生素的產(chǎn)生菌在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的抗生素主要以難溶于水的游離堿與高價(jià)金屬離子螯合物積存在菌絲體內(nèi)，因此未經(jīng)酸化的發(fā)酵液其濾液效價(jià)很低。酸化的目的就是將難溶于水的游離堿、高價(jià)金屬離子螯合物溶解，轉(zhuǎn)化為易溶于水的草酸土霉素，這是從一種化學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種化學(xué)狀態(tài)的過(guò)程，也是從難溶狀態(tài)轉(zhuǎn)化為易容狀態(tài)的過(guò)程，抗生素從菌絲體內(nèi)轉(zhuǎn)入水溶液中，生產(chǎn)上稱為酸化釋放單位。轉(zhuǎn)化率越高單位釋放的越好。過(guò)程：發(fā)酵完畢，將發(fā)酵液壓入酸化罐中，開(kāi)動(dòng)攪拌和壓縮空氣，按快速加酸法（盡量避開(kāi)等電點(diǎn)）加入草酸（除Ca2+），調(diào)PH值至2.0左右，待消沫后加黃血鹽（除Fe3+）并用草酸水進(jìn)行稀釋再加入ZnSO4（除蛋白質(zhì)）,最后稀釋液打入板框過(guò)濾機(jī)，過(guò)濾完畢用低單位液和草酸頂洗，4000μ/ml左右回流，頂洗至500μ/ml時(shí)停止。參考指標(biāo)：酸化：PH1.9-2.0稀釋單位：12000-13000μ/ml濾液要求：透光度>80%效價(jià)：>500μ/ml3.4.6濾液脫色及樹(shù)脂再生原理濾液通過(guò)122#樹(shù)脂脫色吸附，可除去部分色素和將雜質(zhì)吸附，122-2#樹(shù)脂是由水楊酸、甲醛和苯酚合成的弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂，該樹(shù)脂在酸性溶液中H+不活潑，不能發(fā)生離子交換作用。但能和濾液總的色素或有機(jī)雜質(zhì)形成氫鍵，借助氫鍵力將這些雜質(zhì)吸附，從而提高原液色澤和質(zhì)量。樹(shù)脂在NaOH溶液中由H型變成Na型而失去氫鍵活性，能使吸附的色素和雜質(zhì)解離出來(lái)，再經(jīng)過(guò)酸水作用由Na型變成H型，可重復(fù)進(jìn)行脫色。濾液通過(guò)122-2#樹(shù)脂脫色吸附，可除去部分色素和將雜質(zhì)吸附，而樹(shù)脂經(jīng)水反洗→反堿→正堿→通酸→洗酸的過(guò)程再生。3.4.7脫色液的連續(xù)結(jié)晶原理土霉素是酸堿兩性化合物，等電點(diǎn)為4.5，可選擇適當(dāng)?shù)膲A化劑來(lái)調(diào)節(jié)脫色液pH至土霉素等電點(diǎn)，此時(shí)，土霉素在水中溶解度最小，可以從水溶液中直接結(jié)晶出來(lái)。生產(chǎn)控制結(jié)晶pH為4.4～4.8。根據(jù)土霉素結(jié)晶的速度，結(jié)晶達(dá)到完全需要50分鐘，50分鐘后母液中土霉素含量趨于穩(wěn)定。連續(xù)結(jié)晶設(shè)備的容量，保證結(jié)晶液以最大量通過(guò)時(shí)維持50分鐘。保證結(jié)晶液在流動(dòng)的情況下達(dá)到完全結(jié)晶的目的。3.4.8結(jié)晶液離心分離原理將結(jié)晶液中晶體及母液經(jīng)離心分離以便得到含水量少，純度較高的土霉素晶體，在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)鋪設(shè)濾袋加入結(jié)晶液。利用離心機(jī)產(chǎn)生的離心力將母液甩出，從而土霉素濕晶體留在濾袋內(nèi)達(dá)到分離目的。3.4.9濕結(jié)晶體的氣流干燥原理氣流干燥為急劇快速干燥，在干燥過(guò)程中濕晶體和高溫?zé)峥諝饨佑|，使水分很快蒸發(fā)，一般接觸時(shí)間3s～5s，由于時(shí)間短可減少土霉素因長(zhǎng)時(shí)間受熱而發(fā)生破壞，保證產(chǎn)品質(zhì)量。3.4.10結(jié)晶、干燥用氨水調(diào)脫色液PH至4.5-4.8，進(jìn)串聯(lián)結(jié)晶柱，等電點(diǎn)附近攪拌沉淀結(jié)晶，將母液與晶體離心分離，并快速進(jìn)行氣流干燥，所得干粉再篩選分裝。4物料衡算4.1有關(guān)土霉素生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第45頁(yè)共44頁(yè)P(yáng)AGE河北科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)表2有關(guān)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)年產(chǎn)量850噸發(fā)酵單位30000u/ml發(fā)酵周期182h輔助時(shí)間10h發(fā)酵罐裝料系數(shù)0.75過(guò)濾收率1.12脫色收率0.95結(jié)晶收率0.90干燥收率0.97年工作日330天成品效價(jià)910u/mg中小罐周期30h發(fā)酵補(bǔ)料（c*n）接后體積的48%蒸發(fā)損失接后體積的20%種子罐裝料系數(shù)0.6種子罐損失（以消后體積為準(zhǔn)）小罐12%發(fā)酵單位富裕量20%中罐8%通氣量（比）小罐：1.5Vvm中罐及大罐：0.8Vvm接種量（以消后體積為準(zhǔn)）小罐15%發(fā)酵液稀釋效價(jià)15000u/ml中罐9%酸化PH植1.75-1.85加草酸量3.2%（T/ms）折合體積0.6m3配草酸水草酸用量0.2%（kg/L）發(fā)酵液含渣量38%凈化劑加量（以發(fā)酵液為準(zhǔn)）黃血鹽0.21%0.5m3堿化劑（以配堿化劑量為準(zhǔn)）氨水15%（kg/L）硫酸鋅0.15%0.4m3NA2SO32.0%（kg/L）脫色A=2.67（1/h）V=Qt=a/tV.全部結(jié)晶罐體積數(shù)交換負(fù)荷=F/MF流量，M樹(shù)脂體積Q.體積流量m3/ht.操作時(shí)間h結(jié)晶時(shí)間60mina.批處理體積母液?jiǎn)挝?000u/ml結(jié)晶體含水量20%成品含水量7%SS-800離心機(jī)每臺(tái)每次處理40kg結(jié)晶體種子罐、發(fā)酵罐罐壓0.3*10^5Pa加草酸量：3.2%，折合體積0.62m3/T（即每100噸發(fā)酵液添加3.2噸草酸，發(fā)酵液的體積增加0.62m凈化劑加量：黃血鹽0.21%0.5m3/T，硫酸鋅0.15%0.4m3/T（含義同草酸）提煉總收率：1.12×0.95×0.90×0.97=0.934.2發(fā)酵階段物料衡算4.2.1發(fā)酵罐由年產(chǎn)計(jì)算每天放罐發(fā)酵液的體積;Vd=G×103×μp／（ηp×m×μm）=850×1000×910／（0.93×31000×330）=81.30m3其中G：年產(chǎn)量850噸μp：910μ/mg=910g/Kg;m:全年生產(chǎn)天數(shù)330天μm：發(fā)酵單位：31000μ/ml=31000g/m3ηp提煉總收率：1.12×0.95×0.90×0.97=0.93V放：發(fā)酵或種子培養(yǎng)結(jié)束后，發(fā)酵罐或種子罐的放料體積V進(jìn)：發(fā)酵罐的總進(jìn)料量，包括消后體積和補(bǔ)料體積V放=V接后+V補(bǔ)－V蒸發(fā)=V接后+48%V接后－20%V接后=1.28V接后=81.30m3計(jì)算得：V接后=63.52m3又V接后=V消后+V接種=V消后+15%V消后=1.15V消后=63.52m3計(jì)算得：V消后=55.23m3V接種=15%V消后=55.32×15%=8.29m3V補(bǔ)=48%V接后=63.52×48%=30.49m3V蒸發(fā)=20%V接后=63.52×20%=12.70m3V冷凝水=0.20V配料又V配料=V消前=V消后－V冷凝水=V消后－0.20V配料V配料=V消后/1.2=55.23/1.2=46.02m3V冷凝水=0.20V配料=0.20×46.02=9.21m34.2.2二級(jí)種子罐V0=V接種／η0=8.29／0.6=13.82m3圓整為14m3由物料衡算：V消后+V接種=V放+V損失→V消后+9%V消后=8.29+8%V消后其中：中罐接種量－9%；中罐蒸發(fā)損失：消后體積8%即1.01V消后=8.29m3∴V消后=8.21m3V接種=9%V消后=0.74V損失=8%V消后=0.66m3V接后=V放+V損失=8.29+0.66=8.95m3V配料=V消前=V消后－V冷凝水=V消后－0.20V配料→1.2V配料=V消后=8.21∴V配料=8.21/1.2=6.84V冷凝水=0.20V配料=0.20×6.84=1.37中罐臺(tái)數(shù)=發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)×種子罐周期／發(fā)酵罐周期=28×30／182≈2臺(tái)設(shè)為4臺(tái)，其中2臺(tái)備用。4.2.3一級(jí)種子罐V放=V接種=0.74m3V0=V接種／η0=0.74／0.6=1.23m3圓整為1.2m3由：V消后+V接種=V放+V損失其中V接種可忽略→V消后=0.88+12%V消后即0.88V消后=0.74∴V消后=0.84m3V損失=12%V消后=12%×0.84=0.10m3又V配料=V消前=V消后－V冷凝水=V消后－0.20V配料→1.2V配料=V消后=0.84得V配料=0.84/1.2=0.70V冷凝水=0.20V配料=0.20×0.70=0.14m一級(jí)種子罐臺(tái)數(shù)=二級(jí)種子罐臺(tái)數(shù)×一級(jí)種子罐周期／二級(jí)種子罐周期=2×30／30=2臺(tái)設(shè)為4臺(tái)，其中2臺(tái)備用。4.2.4發(fā)酵階段物料衡算總結(jié)表1三級(jí)發(fā)酵料液平衡表項(xiàng)目大罐中罐小罐V放（m3）81.308.290.74V消后（m3）4V接后（m3）63.528.950.84V接種（m3）8.290.74V冷凝水（m3）9.211.370.14V損失（m3）12.700.660.10V配料（m3）46.026.840.70V補(bǔ)料（m3）30.49V進(jìn)（m3）85.728.950.84表2每罐發(fā)酵液原料消耗的計(jì)算（以接種后體積為基準(zhǔn)核算）原料名稱配比（%）接種后體積m3）投料量kg（L）大罐(%)中罐(%)小罐(%)大罐中罐小罐合計(jì)玉米漿70.80.25大罐：63.52中罐：8.95小罐：0.845230.40.8430.02553.172糊精3.7360.6320.1504.518淀粉7.255.291.654.1725.5760.16059.908磷酸二氫鉀0.030.030.020.2240.0320.0020.258黃豆餅粉2.942.50.521.9682.6350.05024.653碳酸鈣0.860.770.446.4260.8120.0447.282硫酸銨10.880.57.4720.9280.0508.450氯化鈉0.19650.4220.0501.936酵母粉320.0600.692氯化鈷0.00470.00180.03510.001900.037淀粉酶0.000250.0001824145.51724E-050.00190.000195.517E-060.00207泡敵0.020.1490.149單位生產(chǎn)時(shí)間原料消耗指標(biāo)原材料天耗Kg月耗kg年耗噸玉米漿53.17221595.166526.405糊精4.5184135.55244.732淀粉59.907661797.230593.086磷酸二氫鉀0.257787.7332.552黃豆餅粉24.65268739.580244.062碳酸鈣7.2815218.44572.087硫酸銨8.44952253.48683.650氯化鈉1.93611258.08319.168酵母粉0.692420.7726.855氯化鈷0.0370161.1100.366淀粉酶0.0020660.0620.020泡敵0.149444.4831.479注：每月以30個(gè)計(jì)算，每年以330個(gè)生產(chǎn)日計(jì)算4.3提取階段物料衡算4.3.1酸化、稀釋V大放=81.30m3發(fā)酵總單位=發(fā)酵單位×放罐體積=31000×81.30×106/108=25203億V酸化=V大放+料液體積增加量=81.30+2.056=83.356m3酸化工段物料衡算表用量%體積系數(shù)用量噸料液體積增加量m3草酸3.20.623.0611.898黃血鹽010.100硫酸鋅430.057合計(jì)2.056計(jì)算說(shuō)明舉例：草酸用量=V大放×3.2%=81.30×3.2%=2.602體積系數(shù)是指每添加一噸草酸（或黃血鹽等）料液體積的增加量。料液體積增加量=2.602×0.62=1.613噸稀釋倍數(shù)=31000×81.30/83.356/15000=2.016V稀釋后=V酸化×稀釋倍數(shù)=83.356×2.016=168.05m34.3.2過(guò)濾稀釋效價(jià)×過(guò)濾收率×V稀釋后=濾液平均效價(jià)×V濾液15000×1.12×168.05=10000×V濾液→V濾液=282.32m3V高=V稀釋后×1.4=168.05×1.4=235.27m3V低=V濾液－V高=282.32－235.27=47.05mV渣=38%V大放=38%×81.30=30.89m3∵V草酸水+V稀釋后=V濾液+V渣∴V草酸水=V濾液+V渣－V稀釋后=282.32+30.89－168.05=145.16m3草酸用量=0.2%V草酸水=0.2%×145.16×103=290.32kg4.3.3脫色脫色單位=脫色收率×濾液平均效價(jià)×V濾液=0.95×100000×282.32×106=26820.4億損失單位=濾液平均效價(jià)×V濾液×（1－脫色收率）=100000×282..32×106×（1－0.95）=1411.6億脫色液量=濾液體積=282.32m3脫色液濃度=脫色單位/脫色液量=26820.4/282.32=95億/m34.3.4結(jié)晶結(jié)晶單位=結(jié)晶收率×脫色單位=0.90×26820.4=24138.36億離心單位=結(jié)晶單位－母液效價(jià)×（V濾液+V堿化劑）=24138.36－1000×（282.32+282.32×1%）×106/108=21286.928億應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充堿化劑用量；亞硫酸鹽用量干燥單位=離心單位×干燥收率=21286.928×0.97=20648.32億濕體含水量：20%即：每次出產(chǎn)量：40×（1－20%）／（1－7%）=34.41kg（SS-800每臺(tái)每次處理40kg濕晶體）每臺(tái)離心機(jī)每次處理：34.41×910×106=313.13億離心機(jī)總臺(tái)數(shù)=20648.32／313.13=66臺(tái)實(shí)際臺(tái)數(shù)=離心機(jī)總臺(tái)數(shù)／批次=66／8=9臺(tái)5設(shè)備計(jì)算與選型5.1發(fā)酵階段5.1.1發(fā)酵罐發(fā)酵罐公稱容積V0和臺(tái)數(shù)的確定選用帶機(jī)械攪拌的通風(fēng)式發(fā)酵罐。V0=Vd/(nd×Φ)=81.3/(1×0.75)=108.4m3發(fā)酵罐裝料系數(shù)Φ：0.75;nd:每天放罐數(shù)，一般每天1-2罐，取n=1發(fā)酵罐的體積108.4m3圓整為110發(fā)酵罐總臺(tái)數(shù)：nd×發(fā)酵周期=1×8=8個(gè)。幾何尺寸的計(jì)算V大罐=110m3發(fā)酵罐的高徑比影響：高徑比越大，氧氣的利用率越大；進(jìn)罐的空氣壓力越高，伴隨空壓機(jī)的出口壓力提高和能耗增加；影響料液中二氧化碳的濃度，進(jìn)而影響微生物的代謝。在本設(shè)計(jì)中，取H0／D=3，其中H0：圓筒部分高度m；D：發(fā)酵罐內(nèi)徑m.發(fā)酵罐的直邊高度：JB1154-73規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度有25、40、50mm三種，根據(jù)壁厚來(lái)選擇發(fā)酵罐直邊高度。對(duì)于容積為100噸-500噸的發(fā)酵罐而言，壁厚在10-18mm之間，直邊高度選擇40mm全容積V=V1+2V2=π/4D2H0+2×π/4D2（Hb+1/6D）=π/4D2×3D+2×π/4D2（0.04+1/6D）=1在上式中，只有D未知，利用Excel采用內(nèi)插法求得：D=3.47罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=3×3.47+2×（3.47/6+0.04）=11.6米液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=3×3.47×0.75+3.47/6+0.04=8.43m攪拌器功率發(fā)酵罐在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)攪拌的需求分為以下幾種情況。實(shí)罐滅菌：為了使滅菌時(shí)培養(yǎng)基的傳熱較為理想，需開(kāi)動(dòng)攪拌，此時(shí)功率消耗較大。發(fā)酵中期：微生物旺盛生長(zhǎng)，對(duì)溶氧需求高，應(yīng)提高攪拌轉(zhuǎn)速，以提高氧氣的利用率。發(fā)酵前期以及后期：微生物生長(zhǎng)緩慢，對(duì)溶氧需求低，特別是發(fā)酵后期，菌體老化，發(fā)酵液粘度增加，劇烈攪拌會(huì)加速菌絲體的自溶，泡沫增加，影響發(fā)酵水平的提高?？稍诤闼贁嚢桦姍C(jī)上安裝變頻器，以實(shí)現(xiàn)變速攪拌，降低能耗，提高發(fā)酵單位。綜上所述，發(fā)酵罐在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中分為通氣和不通氣兩種情況。通氣情況下攪拌器所耗功率下降到原來(lái)的1/2到1/3，因此發(fā)酵罐的攪拌功率基本上應(yīng)按照不通氣時(shí)所需攪拌功率來(lái)確定。攪拌器直徑：Di=1/3D=1/3×3.47=1.16m擋板寬度：B=0.1D=0.35m攪拌葉間距：S=2Di=2.32m攪拌葉與罐底距離：C=（0.8-1.0）Di取0.8，則有C=0.8Di=0.928mC+3S=0.928+3×2.32=7.888m＜HL=8.43∴取4層攪拌器一般來(lái)說(shuō)，最上層攪拌漿葉到液面距離在0.5Di~2Di之間，進(jìn)行核算如下：最上層攪拌漿葉到液面距離8.91－8.296=0.614＞0.5Di=0.61m設(shè)發(fā)酵液為牛頓型流體，符合全擋板條件（指能達(dá)到消除液面漩渦的最低條件，此條件與擋板數(shù)、擋板寬度與罐徑之比有關(guān)）：ρ=1050㎏/m3n=110r/minμ=0.1NS/㎡則：Rem=Di2ρn／μ=1.162×1050×（110／60）/0.1=2.59×104＞104采用六箭葉渦輪攪拌器，根據(jù)Rem，查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上）》P2-58圖10-7，得功率準(zhǔn)數(shù)Np=3.88軸功率：P0=NpDi5ρn3=3.88×1.165×1050×（110/60）3=52.73KWf校正===1.56（HL液柱高；DI攪拌器直徑）∴實(shí)際軸功率P*=f校正×P0=1.56×52.73=82.07KW四層攪拌功率Pm=P*[1+0.6×（4－1）]=82.07×[1+0.6×（4－1）]=229.8KW《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上）》P2-58公式10-9Pm=P[1+0.6(m-1)多層攪拌器的軸功率M攪拌器經(jīng)查互聯(lián)網(wǎng)，/html/product.asp?id=93，選用浙江西瑪電機(jī)有限公司Y355L2-2型號(hào)電機(jī)，功率315KW，效率95%檢驗(yàn)：315×95%=299.25kW＞229.8KW選型合理5.1.1.4發(fā)酵罐通氣管最常用的通氣裝置為一單孔管，單孔管的出口位于罐的中央，開(kāi)口向下，以免培養(yǎng)基中固體物質(zhì)在開(kāi)口處堆積和罐底固形物質(zhì)沉淀。通氣管徑入口罐壓：Pg=P罐+1/2ρgHL=1.01×105+0.03×106+1/2×1050×9.81×8.43=1.74×105PaQ標(biāo)=VVm×V放=0.8×81.30=65.04m3/minQg=Q標(biāo)P標(biāo)T工況/P工況T標(biāo)=65.04×1.01×105×(273+31)/(1.74×105×273)=42.04m3/min管道內(nèi)空氣平均流速推薦值表壓力范圍(Mpa)0.1～0.60.6～1.01.0～2.02.0～3.0平均流速（m/s）10～2010～158～123～6v依上表取20m/s(以前取60m/s)=0.211米查《化工原理》，選φ25×3.25㎜發(fā)酵罐冷卻系統(tǒng)發(fā)酵罐的冷卻主要考慮培養(yǎng)基實(shí)消后的冷卻、發(fā)酵過(guò)程中微生物呼吸產(chǎn)熱以及機(jī)械攪拌消耗的功率移送給培養(yǎng)基的熱量。一般5噸以下的小型罐，利用夾套冷卻。大型發(fā)酵罐傳統(tǒng)使用多組立式蛇管。近幾年來(lái)，發(fā)酵罐采用半圓形外盤(pán)管，傳熱系數(shù)高，罐體容易清洗，增強(qiáng)罐體強(qiáng)度，降低壁厚，使發(fā)酵罐的造價(jià)降低，同時(shí)增加發(fā)酵罐的有效容積，是值得推廣的新技術(shù)。發(fā)酵熱q=16800KJ/m3h則：Q總=qV放=16800×81.30=1.366×106KJ/h發(fā)酵溫度32℃——32℃冷卻水溫度18Δt9℃——14℃Δtm=（14－9）／對(duì)于外盤(pán)管冷卻系統(tǒng)，傳熱系數(shù)K=450J/(m2.s.℃)=450/1000×3600=1620KJ/m2h℃?zhèn)鳠崦娣e：F=Q總／KΔtm=1.366×106／(162011.32)=74.49㎡發(fā)酵罐可用為傳熱的外表面面積F=3.14*D×H×70%=3.14×3.47×11.6×70%=88.47式中，發(fā)酵液上部的外壁因沒(méi)有流體，不可作為傳熱面，所以只取70%。發(fā)酵罐可用為傳熱的外表面面積大于所需傳熱面積，說(shuō)明采用合理設(shè)計(jì)的外盤(pán)管能滿足工藝設(shè)計(jì)的要求。冷卻水用量：W水=Q總／CΔt=1.366×106／4.2×（23－18）=6.5×104㎏/h冷卻水體積流量：V水=6.5×104／(1000×3600)=0.0181m3/s5.1.2二級(jí)種子罐幾何尺寸二級(jí)種子罐個(gè)數(shù)為3個(gè)V中放=14m3（此處應(yīng)按公稱容積計(jì)算外形尺寸）設(shè)H0／D=2.7Hb=0.025m全容積V=V1+2V2=π/4D2H0+2×π/4D2（Hb+1/6D）=π/4D2×2.7D+2×π/4D2（0.025+1/6D）=14利用Excel采用內(nèi)插法得D=1.80H0=2.7D=2.7×1.80=4.86mHa=1/4D=0.45mHb=0.025m罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=4.86+2×（0.35+0.025）=5.61m液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=4.86×0.6+0.45+0.025=3.391m攪拌器功率.1不通氣時(shí)攪拌器直徑：Di=1/2D=0.90m擋板寬度：B=0.1D=0.18m攪拌葉間距：S=2Di=1.80m攪拌葉與罐底距離：C=Di=0.90mC+S=0.90+1.80=2,70m＜HL=3.391m∴取2層攪拌器令流體為牛頓型流體，符合全擋板條件：ρ=1050㎏/m3n=160r/minμ=0.1NS/㎡則：Rem=Di2ρn／μ=0.902×1050×160／（60×0.1）=2.27×104＞104采用六箭葉渦輪攪拌器，查《發(fā)酵設(shè)備》，Np=3.74軸功率：P0=NpDi5ρn3=3.74×0.905×1050×（160/60）3=43.97KWf校正===0.915∴實(shí)際軸功率P*=f校正×P。=0.915×43.97=40.23KW兩層攪拌功率P=P*[1+0.6×（2－1）]=40.23×[1+0.6×（2－1）]=64.37KW電機(jī)選型：互聯(lián)網(wǎng)選用大連電機(jī)廠電機(jī)型號(hào)GJ315B-8功率：90kW，轉(zhuǎn)數(shù)：735r/min，效率：93%檢驗(yàn)：90×93%=83.7kW＞64.37kW選型合適.3通氣管道通氣管徑入口罐壓：Pg=P罐+1/2ρgHL=1.01×105+0.03×106+1/2×1050×9.81×3.931=1.51×105PaQ標(biāo)=Vvm×V中放=1.5×14=21Qg=Q標(biāo)P標(biāo)T工況／P工況T標(biāo)=21×1.01×105×(273+31)/(1.51×105×273)=15.64m3/min通氣管取1根；取空氣流速Ws=20m/s=0.129m查《化工原理》，選φ133×8㎜.4冷卻設(shè)備(以下內(nèi)容未經(jīng)核實(shí))二級(jí)種子罐采用夾套冷卻,查《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》夾套傳熱系數(shù)K=4.2×250=1050KJ/m2h發(fā)酵熱Q=16800KJ/m3hQ總=qV放=16800×9.93=166824△tm=(△t1－△t2)/ln(△t1/△t2)=(13－8)/ln(13/8)=10.3℃發(fā)酵液溫度31℃→31℃冷卻水溫度18℃→2冷卻面積F=Q/K△tm=166824/(1050×10.3)=15.42m2W水=EQEQQ/Cp(t2－t1)=166824/4.2×(23－18)=7944kg/h5.1.3一級(jí)種子罐幾何尺寸小罐個(gè)數(shù)為3個(gè)V小罐=1.2m3設(shè)H0／D=2V1=1.0m3V1=π/4D2H0=1.0∴D=0.860mH0=2D=1.721m又∵Ha=1/4D=0.215mHb=0.025m∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×0.8602×（0.025+1/6×0.860）=0.0978m3V=V1+2V2=1.0+2×0.0978=1.19m3∴設(shè)計(jì)合理罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=1.721+2×（0.215+0.025）=2.201m液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=1.721×0.6+0.215+0.025=1.273m通氣管道（取1根）P工況=P罐+P標(biāo)=P罐+1/2ρgHL=1.01×105+0.5×105+1/2×1050×9.81×1.273==1.58×105PaQ標(biāo)=VVm×V放=1.2×0.74=0.89m3/minQg=Q標(biāo)P標(biāo)T工況／P工況T標(biāo)=0.89×1.01×105×（273+32）／1.58×105×273=0.636m3/min取Ws=6m/s查《化工原理》，選φ50×4.0㎜冷卻設(shè)備一級(jí)種子罐采用夾套冷卻,查《發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論》夾套傳熱系數(shù)K=4.2×250=1050KJ/m2h發(fā)酵熱Q=16800KJ/m3hQ總=qV放=16800×0.74=12432△tm=(△t1－△t2)/ln(△t1/△t2)=(13－8)/ln(13/8)=10.3發(fā)酵液溫度31℃→31℃冷卻水溫度18℃→23℃冷卻面積F=Q/K△tm=12432/(1050×10.3)=1.15m2W水=EQEQQ/Cp(t2－t1)=12432/4.2×(23－18)=592kg/h=0.592m3/h5.1.4發(fā)酵罐配料罐幾何尺寸η0=0.75ρ=1050㎏/m3n=140r/minμ=0.1NS/㎡V配料=46.02m3V罐=V配料／η0=46.02／0.75=61.36m3取2個(gè)配料罐，則V′罐=31令V1=26m3H0／D=2V1=π/4D2H0=26∴D=2.55mH0=2D=5.1m又∵Ha=1/4D=0.638mHb=0.05m∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×2.552×（0.05+1/6×2.55）=2.43m3V=V1+2V2=26+2×2.43=31m3∴假設(shè)合理。罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=5.1+2×（0.638+0.05）=6.476m液柱高：HL=Hoη+Ha+Hb=5.1×0.75+0.638+0.05=4.513m攪拌器功率攪拌器直徑：Di=1/3D=0.85m擋板寬度：B=0.1D=0.255m攪拌葉間距：S=2Di=1.7m攪拌葉與罐底距離：C=Di=0.85mC+2S=0.85+2×1.7=4.25m＜HL∴取3層攪拌器令流體為牛頓型流體，符合全擋板條件：ρ=1050㎏/m3n=140r/minμ=0.1NS/㎡則：Rem=Di2ρn／μ=0.852×1050×（140／60）/0.1=1.77×104＞104屬湍流狀態(tài)采用六箭葉渦輪攪拌器，查《發(fā)酵設(shè)備》，Np=3.6軸功率：P0=NpDi5n3ρ=3.6×0.855×（140/60）3×1050=21.31KWf校正===1.33∴實(shí)際軸功率P*=f校正×P0=1.33×21.31=28.35kW三層攪拌功率Pm=P*[1+0.6×（3－1）]=28.35×[1+0.6×（3－1）]=62.37kWN實(shí)際=1.02Pm／η1η2η3=1.02×62.37/0.95×0.98×0.99=69.02kW電機(jī)選型：查選用大連電機(jī)廠GJ315B-8型電機(jī)功率：90kW，轉(zhuǎn)數(shù)：735r/min，效率：93%檢驗(yàn)：90×93%=83.7kW＞69.02kW選型合適5.1.5二級(jí)種子罐配料罐幾何尺寸η0=0.6ρ=1050kg/m3n=140r/minμ=0.0102㎏S/㎡V配料=6.84m3V罐=V配料／η0=6.84／0.6=11.4m3則V罐=12取V1=10m3令H0／D=2V1=π/4D2H0=10∴D=1.85mH0=2D=3.7m又∵Ha=1/4D=0.463mHb=0.025m∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×1.852×（0.025+1/6×1.85）=0.896m3V=V1+2V2=10+2×0.896=12m3∴假設(shè)合理。罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=3.7+2×（0.436+0.025）=4.622m液柱高：HL=Hoη+Ha+Hb=3.7×0.6+0.436+0.025=2.681m攪拌器功率攪拌器直徑：Di=1/3D=0.62m擋板寬度：B=0.1D=0.185m攪拌葉間距：S=2Di=1.24m攪拌葉與罐底距離：C=Di=0.62mC+S=0.62+1.24=1,86＜HL∴取2層攪拌器Re=Di2ρn/μ=0.622×1050×（140／60）/0.0102=9.22×104＞104為湍流采用六箭葉渦輪攪拌器，查《發(fā)酵設(shè)備》，Np=3.7軸功率：P0=NpDi5n3ρ=3.7×0.625×（140/60）3×1050=4.52kWf校正===1.200∴實(shí)際軸功率P*=f校正×P0=1.200×4.52=5.43kW二層攪拌功率Pm=P*[1+0.6×（2－1）]=5.43×[1+0.6×（2－1）]=7.60kWN實(shí)際=1.02Pm／η1η2η3=1.01×7.60/0.95×0.98×0.99=8.32kW查查選用大連電機(jī)廠GJ315A1-10型電機(jī)功率30KW，轉(zhuǎn)數(shù)：585r/min，效率：92%檢驗(yàn)：30×92%=27.6kW＞8.32kW選型合適5.1.6一級(jí)種子罐配料罐幾何尺寸η0=0.6n=130r/min物料20℃V配料=0.70m3V罐=V配料／η0=0.70／0.6=1.17m3取V0=1.5取V1=1.25m3令H0／D=2V1=π/4D2H0=1.25∴D=0.93mH0=2D=1.86m又∵Ha=1/4D=0.232mHb=0.025m∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×0.932×（0.025+1/6×0.93）=0.122m3V=V1+2V2=1.25+2×0.122=1.5m3∴假設(shè)合理。罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=1.86+2×（0.232+0.025）=2.374m液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=1.86×0.6+0.232+0.025=1.373m攪拌器功率攪拌器直徑：Di=1/3D=0.31m擋板寬度：B=0.1D=0.093m攪拌葉間距：S=2Di=0.62m攪拌葉與罐底距離：C=Di=0.31mC+S=0.31+0.62=0.93m＜HL∴取2層攪拌器Re=Di2ρn／μ=0.312×140×1050／(60×0.01)=23540采用六箭葉渦輪攪拌器，查《發(fā)酵設(shè)備》，Np=3.7軸功率：P0=NpDi5ρn3=3.7×0.315×（140/60）3×1050=0.141KWf校正===1.215∴實(shí)際軸功率P*=f校正×P0=1.215×0.141=0.171kW二層攪拌功率Pm=P*[1+0.6×（2－1）]=0.171×[1+0.6×（2－1）]=0.274kWN實(shí)際=1.01Pm／η1η2η3=1.01×0.274/0.95×0.98×0.99=0.31kW電極選型：選用Y801-4型電機(jī)功率：0.55KW，轉(zhuǎn)數(shù)：1500r/min，效率：73%檢驗(yàn)：0.55×73%=0.4kW＞0.31kW5.1.7發(fā)酵罐補(bǔ)料罐補(bǔ)氨水罐V補(bǔ)N=0.04V消后=0.04×55.23=2.209m3/批V0=V補(bǔ)N／0.75=2.209／0.75=2.946m3V0圓整為3.0m3取V1=2.5m3H0／D=2則V1=π/4D2H0=2.5∴D=1.17m，H0=2D=2.34mHa=1/4D=0.293mHb=0.025m∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×1.172×（0.025+1/6×1.17）=0.24m3V=V1+2V2=2.5+2×0.24=3.0m3∴假設(shè)合理。罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=2.34+2×（0.293+0.025）=2.976m液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=2.34×0.75+0.293+0.025=2.073m補(bǔ)糖罐選用2個(gè)補(bǔ)糖罐V補(bǔ)C=48%V接后－V補(bǔ)N=30.49－2.21=28.28m3V0=V補(bǔ)C／（0.75×2）=28.28／（0.75×2）=18.85m3圓整為19m3設(shè)H0／D=2V1=π/4D2H0=16∴D=2.17mH0=2D=4.34mHa=1/4D=0.54mHb=0.04m∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×2.172×（0.04+1/6×2.17）=1.49m3V=V1+2V2=16+2×1.49=19m3罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=4.34+2×（0.54+0.04）=5.5m液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=4.34×0.75+0.54+0.04=3.84m選用2個(gè)補(bǔ)糖配料罐.1V0=V糖／0.75=18.98／0.75=25.31m3設(shè)H0／D=2V1=π/4D2H0=22∴D=2.41mH0Ha=1/4D=0.60mHb=∴V2=π/4D2（Hb+1/6D）=π/4×2.412×（0.04+1/6×2.41）=2.01V=V1+2V2=22+2×2.01=26罐體總高：H=H0+2（Ha+Hb）=4.82+2×（0.60+0.04）=6.1液柱高：HL=H0η+Ha+Hb=4.82×0.75+0.60+0.04=4.25.2攪拌器直徑：Di=1/3D=0.擋板寬度：B=0.1D=0.2攪拌葉間距：S=2Di=1.攪拌葉與罐底距離：C=Di=0.80C+2S=0.80+2×1.60=2.40m＜HL∴選用3層六箭葉渦輪式攪拌器Re=Di2ρn／μ=0.802×140×1050／60×0.1=1.57×104查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，Np=3.7軸功率：P0=NpDi5ρn3=3.7×0.805×（140/60）3×1050=16.17KWf校正===1.33∴實(shí)際軸功率P*=f校正×P0=1.33×16.17=21.53kW三層攪拌功率Pm=P*[1+0.6×（3－1）]=21.53×[1+0.6×（3－1）]=47.37kWN實(shí)際=1.01Pm／η1η2η3=1.01×47.37/0.95×0.98×0.99=51.90kW電機(jī)選型：查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用GJ315B-10

型電機(jī)功率：75KW，轉(zhuǎn)數(shù)：585r/min，效率：92.5%檢驗(yàn)：75×92.5%=69.38KW＞51.90KW5.1.8二級(jí)種子罐配料罐——二級(jí)種子罐罐料夜輸送計(jì)算Q標(biāo)=VVm×V中放=0.8×8.29=6.63m3/minP工況=P罐=1.01×105+0.03×106=0.13×106PaQg=Q標(biāo)P標(biāo)T工況／P工況T標(biāo)=6.63×1.01×105×(273+31)/(1.3×105×273)=5.74m3/min5.1.9一級(jí)種子罐配料罐——二級(jí)種子罐罐料夜輸送計(jì)算Q標(biāo)=VVm×V小放=1.5×0.74=1.11m3/minP工況=P罐=1.01×105+0.03×106=0.13×106PaQg=Q標(biāo)P標(biāo)T工況／P工況T標(biāo)=1.11×1.01×105×（273+31）／(1.3×105×273)=0.96m3/minQ總=2Qg?。?Qg中=2×0.96＋2×5.74=7.66m3/min=0.13m3/s∴空氣流量：Wg=541.5V1/3／｛（dp）min｝4/3==39.23m/s分離器直徑：D=m由此計(jì)算旋風(fēng)分離器其他各個(gè)部分的尺寸。5.2旋風(fēng)分離器5.2.1大罐二個(gè)發(fā)酵罐合用一臺(tái)旋風(fēng)分離器，一共四臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的比例尺寸大致為：D1=0.4-0.6D；L1=1-2D；L2=2-3D；h=0.5D；b=0.2-0.25D；L0=0.5-0.625D；D2=0.2-0.35D假定（dp）min=10μm查《抗生素生產(chǎn)設(shè)備》PP86-87，L′=1.5，b′=0.25，h′=0.5(L′,b′,h′分別為L(zhǎng),b,h與D的比值，為經(jīng)驗(yàn)值)Q標(biāo)=VVm×V大放=0.8×81.3=65.04