年產400噸紅霉素的工藝設計

年產400噸紅霉素的生

產工藝設計制作人：王正紅學號：班級：生物工程091班指導老師：制作日期：2012.7目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一紅霉素的研究現狀 3\o"CurrentDocument"紅霉素的理化性質 3\o"CurrentDocument"紅霉素的特性 4\o"CurrentDocument"紅霉素的發(fā)展階段 4\o"CurrentDocument"紅霉素的發(fā)酵發(fā)展現狀 4生產概況 5\o"CurrentDocument"銷售概況 6\o"CurrentDocument"前景預測 6\o"CurrentDocument"二．立題依據（提出問題，解決問題） 7材料與方法 7\o"CurrentDocument"誘變方法 8\o"CurrentDocument"紅霉素的生產工藝 8\o"CurrentDocument"本設計的工藝原則和流程的確定 8\o"CurrentDocument"菌種選擇與培育 9\o"CurrentDocument"培養(yǎng)基的種類及各種成分 9\o"CurrentDocument"發(fā)酵條件的控制 12\o"CurrentDocument"提取工藝 14\o"CurrentDocument"物料衡算 14\o"CurrentDocument"總物料衡算 14\o"CurrentDocument"發(fā)酵車間物料衡算 15\o"CurrentDocument"提取車間物料衡算 17熱量衡算 18\o"CurrentDocument"設備選型及尺寸計算 19\o"CurrentDocument"設備結構的工藝設計 22生產成本的計算 26\o"CurrentDocument"5.5紅霉素發(fā)酵罐 295.6參考文獻 ?.30

紅霉素的研究現狀1.1紅霉素的理化性質分子式：紅霉素(Erythromycin)分子式及結構式:CHON分子量：733.94g/mol結構：紅霉素是由紅霉內酯與去氧氨基己糖和紅霉糖縮合而成的堿性苷。紅霉內酯環(huán)含有13個碳原子，內酯環(huán)的C-3通過氧原子與紅霉糖相聯結，C-5通過氧原子與去氧氨基己糖相連接。紅霉糖本身不含氮，是含有一個甲氧基的己糖，去氧氨基己糖。成分：由鏈霉素Streptomycinelytrous所產生，是一種堿性抗生素。其游離堿供口

服用，乳糖酸鹽供注射用。此外，尚有其琥珀酸乙酯（琥乙紅霉素）、丙酸酯的十二烷基硫酸鹽（依托紅霉素）供藥用。紅霉素的特性紅霉素堿易溶于醇類，醚，丙酮，氯仿和醋酸乙酯，醋酸戊酯，不甚溶于水，在水中的溶解度與一般化合物不同，如：60°C,1.14mg/mL；40°C,1.28mg/mL；19°C,3.10mg/mL；7°C,14.20mg/mL；1C,15.00mg/mL。紅霉素在水中的溶解度是隨溫度升高而減少，以55C時為最小，因此工業(yè)上利用此性質加溫至45—55°C并保溫，使紅霉素堿從水中析出結晶紅霉素為白色或類白色餓結晶或粉末；無臭,苦味,微有引濕性。起水合物熔點為135~140°C,熔溶于甲醇、乙醇或丙酮，微溶于水。無水乙醇（20mg/mL）中比旋度為-71°?-78°。紅霉素抗菌譜窄，水溶性小，只能口服，半衰期是1?2h,而且在酸中不穩(wěn)定，易被胃酸破壞，易分解迅速失去活性，因此早期對紅霉素的結構修飾為增加紅霉素的穩(wěn)定性和水溶性,主要將紅霉素制成各種酯類和鹽類的前體藥物。為了增加起在水中的溶解性，用紅霉素與乳糖醛酸成鹽，得到紅霉素乳糖醛酸鹽，可供注射使用。由于紅霉素的結構中存在多個羥基，在起9位上有一個羥基，因此紅霉素在酸性條件下不穩(wěn)定，易發(fā)生分子內的脫水環(huán)合。在酸性液中，紅霉素C-6上的羥基與C-9的羰基形成半縮酮的羥基，再與C-8上氫消去一分子水，生成8,9-脫水-6,9-半縮酮衍生物。然后C-12上的羥基與C-8,C-9雙鍵加成，進行分子內環(huán)合，生成6,9,12-螺環(huán)酮；最后起C-11羥基與C-10上的氫消去一分子水，同時水解成紅霉胺和克拉定糖。這種降解反應使紅霉素失去抗菌活性。紅霉素的發(fā)展階段階段 特點50年代-80年代（第一代） 紅霉素A為代表，部分復合物，基本以發(fā)酵產品原藥、制劑使用，對許多致病菌如衣原體、支原體、軍團菌、幽門螺桿菌、彎曲桿菌活性較強。80年代-90年代（第二代） 紅霉素A的6，9位結構改造物（羅紅霉素、克拉霉素、阿奇霉素）為代表，能有效阻止酸催化引起的內酯環(huán)的縮酮化，抗耐藥性無明顯增強。90年代- （第三代） 3-位脫克拉定糖后氧化形成酮內酯，6-位的取代；11，12位的結構改造，形成二環(huán)結構；在此基礎上的三環(huán)、四環(huán)；糖基上的修飾；二位的鹵化、酯化等。紅霉素的發(fā)酵發(fā)展現狀紅霉素屬大環(huán)內酯類紅霉素屬大環(huán)內酯類xn 橋纟I 鴕色抗生素，其水溶液呈強堿性,0.066%的紅霉素溶液pH為8.0?10.5,8.5%濃度的乳糖酸鹽pH亦達6.0?7.5。具有廣譜抗菌作用，其抗菌譜與青霉素類似，對革蘭氏陽性菌尤其敏感，對葡萄球菌，化膿性鏈球菌，綠色鏈球菌，肺炎鏈球菌，白喉桿菌等都有較強的抑制作用。臨床主要用于扁桃體炎，猩紅熱，白喉，淋病，皮膚組織感染等，對于軍團肺炎和支原體肺炎可以作為首選藥物。也可用于上下呼吸道感染。特別對于不耐青霉素的人也適用。紅霉素被收入中國藥典外，還被收入美國，日本，等藥典。近年來，在競爭激烈的抗生素市場上，紅霉素及其衍生物產量還在不斷增長，銷售節(jié)節(jié)上升，后市拓展仍有廣闊空間。紅霉素最早于1952年的J.M.Mcguire等人在菲律賓群島土樣中分離到的紅霉素經發(fā)酵制得，美國禮萊公司和Abbott公司最先生產并將產品推向市場多年來紅霉素生產穩(wěn)定增長，20世紀80年代全世界產量已達到800噸，占全球抗生素產量的3.2%20世紀90年代以來，國際市場上紅霉素暢銷，促進了生產，產量有了較大副增長。1995年產量達到1500噸，1996年達到3200噸，目前為6000噸左右，成為世界抗生素市場上除頭抱類和青霉素類以外的第三大抗生素藥物。我國紅霉素發(fā)酵水平屬低水平重復操作，與發(fā)達國家相比差距較大。目前國外發(fā)酵單位已達8000?12000g/ml，而國內大多企業(yè)紅霉素發(fā)酵水平卻一直在4000?5000g/ml。由于國外企業(yè)的技術封鎖，國內紅霉素生產的發(fā)酵水平一直比較落后。紅霉素發(fā)酵水平主要受工作菌種、培養(yǎng)基組成、發(fā)酵條件控制以及后期的分離提純條件等多方面因素的影響，國內很多科技工作者從紅霉素發(fā)酵相關參數和調控人手，希望提高紅霉素發(fā)酵水平。目前，響應面法和正交試驗法是微生物發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化常用的方法，單個因素和多種因素相互作用都會對紅霉素的生物合成產生不同程度的影響。1.4.1生產概況我國于1958年研制成功紅霉素，1960年上海第三制藥廠率先生產，后有江蘇、湖南、廣東、陜西等地多家企業(yè)相繼投產。紅霉素開始在我國投產時產量很少，全國年產量僅有幾噸,其后的20年間產量增長緩慢，年產量在20噸?30噸之間徘徊。改革開放以后，紅霉素產量有了大幅增長，1980年達到90噸，1985年翻了一番，達184噸（生產能力為210噸），1990年為225噸（生產能力為254噸），1995年為302噸（生產能力為467噸），1999年達到600噸，2000年為800噸左右（生產能力超過千噸）。據統(tǒng)計，自1980年以來的20多年里，我國紅霉素產量增長了9倍，生產能力增長了10倍。目前，我國擁有紅霉素原料藥生產批文的企業(yè)近40家。生產規(guī)模最小的企業(yè)年產量由20年前的2.5噸發(fā)展到現今的80噸，生產規(guī)模最大的企業(yè)年產量由20年前的35噸發(fā)展到現在的450噸。由此可見，我國紅霉素的生產已由分散型逐步向集約型轉變?，F在，我國主要的紅霉素生產企業(yè)為利君制藥股份公司、鎮(zhèn)江制藥廠、杭州中美華東藥業(yè)公司、湖南岳陽中湘康神藥業(yè)公司等。利君制藥股份公司自從兼并鎮(zhèn)江制藥廠后，其紅霉素產量已占全國產量的50%左右，出口量已占全國出口量的60%左右。我國紅霉素多年來都出口海外市場，但總量不大。自20世紀80年代起，我國紅霉素年出口量一直徘徊在幾噸到幾噸之間。近幾年,我國紅霉素由于受到印度低價產品的挑戰(zhàn)，出口嚴重受阻，特別是羅紅霉素、甲紅霉素（克拉霉素）這兩個紅霉素衍生物，印度產品對我國沖擊極大。2002年，我國紅霉素出口報價80美元/kg,而在國際市場上印度產品僅為70多美元/kg?？上驳氖?，近年來，我國部分紅霉素衍生物系列產品的出口也有較大增長，如利君制藥股份公司的琥乙紅霉素、湖南岳陽中湘康神藥業(yè)公司的硫氰酸紅霉素等。2000年，我國紅霉素衍生物系列產品出口創(chuàng)匯額在我國出口的所有醫(yī)藥原料藥中排第35位。2001年，我國出口紅霉素產品50余噸，絕大部分為紅霉素衍生物。2002年,我國紅霉素產品出口創(chuàng)匯2952萬美元，比2001年增長了90%，在國出口的所有醫(yī)藥原料藥中列第7位。銷售概況國際市場穩(wěn)定增長紅霉素上市后，由于療效確切，抗菌譜較廣，加之適合于對青霉素過敏的患者，因而市場銷售額穩(wěn)步提高。雖然自20世紀80年代中期起，新的頭孢菌素類、氨芐青霉素類、喹諾酮類藥物大量涌現，搶占抗生素市場，但紅霉素憑借其療效可靠、價格低廉、副作用較小等優(yōu)點，仍占據一定的市場份額。近年來，人們相繼研制出多種紅霉素衍生物，如依托紅霉素、琥乙紅霉素、地紅霉素、羅紅霉素、阿奇霉素、甲紅霉素（克拉霉素）等等這些新的半合成紅霉素與紅霉素相比，對酸更穩(wěn)定，血藥濃度較高，半衰期延長，口服生物利用度更高，療效更好，且毒副反應也有所減少，因而上市后大受歡迎，銷售額急速上升。1988年，輝瑞公司研制成功阿奇霉素，在美國上市的第一年銷售額就達8000萬美元，以后銷售額連創(chuàng)新高。2000年，阿奇霉素全球銷售額達13.82億美元，在全球前200位暢銷藥物中列第25位。1991年,雅培公司研制出克拉霉素，1993年全球銷售額就達4億美元,1996年達5億美元，1998年超過10億美元。1999年，克拉霉素全球銷售額達15億美元，在全球最暢銷的200個藥物中列第2位；2000年為12.4億美元，列第31位。2003年度7—ACA曾經出現的650元/kg價格，其銷量也是大的驚人。目前看來抗生素類藥物的市場依然是有增無減。前景預測據分析，今后紅霉素及其衍生物系列產品的市場仍有較大拓展空間，銷售額還將持續(xù)增加，理由有以下幾點：1.5.1臨床應用有特色：紅霉素特別是其衍生物療效確切，抗菌譜廣，抗菌活性強既可口服，又可注射，不良反應小，對某些細菌感染的疾病有獨特的療效，如軍團菌肺炎和支原體肺炎等，被列為這些疾病的首選藥物。另外，紅霉素對泌尿生殖系統(tǒng)感染（包括性?。┑闹委熜Ч己?。近年來，我國泌尿生殖統(tǒng)感染疾病的發(fā)病率在不斷上升，患者眾多，對抗菌藥物需求很大。而紅霉素及其衍生物對青霉素過敏的患者也適用，應用面較廣。此外，近幾年，我國革蘭陽性菌感染又有所抬頭，患病率增加。紅霉素及其衍生物對該類感染療效尤佳，后市用量將會不斷增長。1.5.2市場消費需求大：多年來，在我國藥品市場中，抗感染藥物的銷售額始終位居第1，目前年銷售額已達400多億元人民幣，占全國年藥品銷售總額的30%左右。在抗感染藥物市場中，大環(huán)內酯類抗生素和頭孢菌素類、喹諾酮類、青霉素類一起，成為四大主力軍團。而紅霉素及其衍生物長期以來一直占據著85%左右的大環(huán)內酯類抗生素市場份額，正處于銷售成熟期。全國有紅霉素及其衍生物的制劑生產企業(yè)近200家，劑型有片劑（普通片、糖衣片、腸溶衣片、腸溶薄膜片等）、膠囊、沖劑、干糖漿、丸劑、注射劑、軟膏、栓劑等，有穩(wěn)固的市場，有固定的銷售渠道，有叫得響的品牌，有價格低廉的優(yōu)勢，相信今后市場銷售額還會穩(wěn)步上升。1.5.3后市發(fā)展?jié)摿薮螅耗壳埃覈詾榘l(fā)展中國家，13億人口的人均年用藥金額不到10美元，與發(fā)達國家60美元?100美元的用藥水平相比差距很大。今后，隨著人民生活水平的逐步提高，醫(yī)療保障體系的日趨完善，對藥品的總體需求還將不斷擴大，醫(yī)藥市場這個蛋糕必將越做越大，紅霉素及其衍生物市場銷售額也必定水漲船高。二．立題依據（提出問題，解決問題）影響紅霉素發(fā)酵的主要因素是菌種的質量，其優(yōu)劣對紅霉素發(fā)酵工業(yè)有極的影響。目前，我國紅霉素的發(fā)酵工業(yè)與國外相比還有較大的差距，現在國外紅霉素發(fā)酵單位已達到8000g/ml以上，而國內大多企業(yè)紅霉素發(fā)酵水平卻一直在4000?5000g/ml左右。因此，本設計設計了對紅霉素生產菌種改良的方案，并在此基礎上優(yōu)化紅霉素培養(yǎng)基組成，以達到提高紅霉素發(fā)酵單位，降低紅霉素生產成本，增強我國紅霉素的國際市場競爭能力。具體方案如下：2.1材料與方法出發(fā)菌株紅色糖多抱菌（Saccharopolysporaerythraea）08L：實驗室分離純化得到。培養(yǎng)基改進高氏培養(yǎng)基：可溶性淀粉2％，NaC10.05％，硝酸鉀0.1％，磷酸二氫鉀0.05%，硫酸鎂0.05%，硫酸亞鐵0.001%，重鉻酸鉀（70?80ug/ml）,青霉素（2.5?3g/ml）,瓊脂1.5?2.5%,pH7.4—7.6（NaOH調）。發(fā)酵培養(yǎng)基：黃豆餅粉3.0%,淀粉4.0%,糊精3.0%,硫酸銨0.2%,碳酸鈣0.6%,葡萄糖1.0%,磷酸二氫鉀0.04%,pH6.8（Na0H調）。改進斜面培養(yǎng)基：可溶性淀粉1%,硫酸銨0.3%，玉米漿1.2%,NaC10.3%,碳酸鈣0.3%,瓊脂1.5?2.5%,重鉻酸鉀（70-80ug/ml），青霉素（25-3ug/ml）,pH7.5（Na0H調）。種子培養(yǎng)基：淀粉3.0%,黃豆餅粉2.5%,蛋白胨0.5%,糊精3.0%,葡萄糖1．0%,NaC10.4%,硫酸銨0.75%,碳酸鈣0.6%,硫酸鎂0.025%,磷酸二氫鉀0.02%,pH7.5（NaOH調）。2.2誘變方法對紅霉素產生菌的孢子進行超聲波、氯化鋰（分別采用在孢子懸液中加入適量的氯化鋰和在培養(yǎng)基中加入適量的氯化鋰兩種方法）單一誘變。在此基礎上，將誘變得到的實驗菌株用超聲波、氯化鋰進行復合誘變，選取高產菌株。2．2.1超聲波誘變法分別取10mL出發(fā)菌株08L的菌懸液于33支25mL的試管中，放入超聲波清洗器中，水淹沒至試管2/3左右，進行超聲波處理，超聲波功率分別為200w、300w.400W，誘變時間分別為0min、3rain、6min、9min12min、15min18rain、21min124min27min30min。2.2.2氯化鋰誘變法方法1：菌種在培養(yǎng)過程中誘變，分別取改進高氏培養(yǎng)基90mL于7個250mL的錐形瓶中，再分別加入10mL濃度為3.0%、6.0%、9.0%、12.0%、15.0%、18.0%、21.0%的氯化鋰溶液，滅菌后制成平板。方法2：菌種誘變后再培養(yǎng)，取7支25mL的試管分別加入濃度為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%的氯化鋰溶液各9mL，再各加入抱子懸液1mL,在振蕩培養(yǎng)箱中振蕩3?4h。2.2.3超聲波一氯化鋰復合誘變復合誘變采用四因素三水平正交表法，取10支25mL的試管各加入9mL菌懸液,然后按正交表加入滅菌的氯化鋰溶液或無菌水，在振蕩培養(yǎng)箱中振蕩3—4h后再進行超聲波處理，最后涂布在相應的平板上。2.3培養(yǎng)條件平板：33°C培養(yǎng)7d。斜面：33°C培養(yǎng)7d。種子搖瓶：33°C培養(yǎng)2d,搖瓶轉速220r/min。發(fā)酵搖瓶：31C培養(yǎng)2d,33C培養(yǎng)3d，搖瓶轉速都為220r/rain。再把在實驗室經過優(yōu)化培養(yǎng)的紅霉素培養(yǎng)基大規(guī)模培養(yǎng)，用在工廠設計中，這樣就可以達到提高紅霉素發(fā)酵單位，降低紅霉素生產成本，增強我國紅霉素的國際市場競爭能力。三紅霉素的生產工藝3.1本設計的工藝原則和流程的確定進行工藝流程設計，必須考慮的幾個原則：（1）保證產品的質量符合國家標準，國家規(guī)定原料藥紅霉素產品中紅霉素A的含量必須大于80%。而本設計成品種紅霉素含量按85%計算。（2）盡量采用成熟的、先進的技術和設備。努力提高原料利用率，提高勞動生產率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產成本，使工廠建成后能迅速投產，在短期內到達設計生產能力和產品質量要求，并做到生產穩(wěn)定、安全、可靠。從本設計的總體來看，菌種選用的是德國進口的發(fā)酵效價很高的一種，生產工藝來看是國內用的比較多的一種，其中補料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國內很先進的設備。（3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。本設計完全滿足要求。（4）安全生產，以保證人身和設備的安全。（5）生產過程幾乎全部采用的機械化，部分系統(tǒng)自動化。能穩(wěn)產、高產［7］。在滿足工藝流程原則的基礎上，采用的工藝流程如下：上一班濾洗液圖3工藝流程圖3.2菌種選擇與培育3.2.1菌種選擇：本設計采用的是德國進口的紅霉素鏈霉，在實驗室其發(fā)酵效價可達到10000?12000u/mL。3.2.2菌種培育：首先沙土管進行抱子培養(yǎng)（條件是34°C10天），接著就是母瓶進行抱子培養(yǎng)（條件是34C9天），最后子瓶斜面進行搖瓶培養(yǎng)（條件是32C48h）得到種子。3.3培養(yǎng)基的種類及各種成分3.3.1培養(yǎng)基成分（1）碳源發(fā)酵培養(yǎng)基中最適碳源為蔗糖，其次為葡萄糖，淀粉，糊精。生產上常采用葡萄糖（約占80%）和淀粉（約占20%）為混合碳源。故在生產中，碳源以葡萄糖為主，以淀粉為次。（2）氮源紅霉素發(fā)酵一般采用有機氮源，如黃豆餅粉、玉米漿、花生餅粉、蛋白胨、酵母粉。以黃豆餅粉、玉米漿最好，但在使用時，黃豆餅粉滅菌會產生大量泡沫，對發(fā)酵生產不利影響。一般配基料時用黃豆餅粉，后期補料用花生餅粉代替。無機鹽和微量元素：無機鹽(mineralsalt)和微量元素(traceelement,microelement)是生理活性物質的組成成分或具有生理調節(jié)作用，磷(核酸)、硫、鐵(細胞色素)、鎂、鈣(調節(jié)細胞膜透性)、錳、銅、鋅(輔酶或激活劑)、鈷、鉀、鈉(調節(jié)滲透壓)、氯。一般低濃度起促進作用，高濃度起抑制作用。水：菌體細胞的主要成分，營養(yǎng)傳遞的介質。良好導體，調節(jié)細胞生長。(5)生長因子：生長因子(growthfactor)是指微生物生長不可缺少的微量有機物，包括氨基酸、維生素、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分中含有，無需添加。但對于營養(yǎng)缺陷型(氨基酸、核苷酸)菌株，必需添加。前體與促進劑：前體是加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物，能被直接參與產物的生物合成，組成產物分子的一部分，而自身的結構沒有發(fā)生多大的變化。前體明顯提高產品產量和質量，一定條件下還能控制菌體合成代謝產物的方向。前體不僅有毒性，而且被菌體分解，因此多次少量流加工藝。在抗生素等次級代謝產物的發(fā)酵中，經常添加前體(precursor)和促進劑(accelerant)，以提高產量。前體可以是產物的中間體，也可以是其中的一部。培養(yǎng)及種類本設計中培養(yǎng)基的具體情況：紅霉素鏈霉菌在合成培養(yǎng)基上生長的菌落由淡黃色變成為微黃色，氣生菌為白色，抱子呈不緊密的螺旋形，約3?5圈，抱子呈球狀。現在生產上使用的菌種是通過育種，選育的具體抗噬菌體，生產能力高的菌種。選育以誘變育種為主要方法。紅色糖多抱菌一般經斜面抱子，搖瓶培養(yǎng)，種子罐培養(yǎng)后移入發(fā)酵罐進行發(fā)酵生產。斜面抱子培養(yǎng)基組分(%)：淀粉1.0，硫酸銨0.3，玉米漿1.0，碳酸鈣0.25，瓊脂2.2，PH7.0—7.2。斜面抱子培養(yǎng)基消毒后必須重視冷卻時間的控制，以快速為妥，冷卻時間過長對生長抱子不利。未接種的空白斜面需放置兩周，待表面無水分方可接種抱子。斜面培養(yǎng)溫度37°C，濕度50%左右，避光培養(yǎng)。因為光會抑制抱子的形成。培養(yǎng)7?10天斜面上長成白色至深米色抱子，色澤鮮艷，均勻，無黑點，背面產生紅色或紅棕色色素。在母瓶斜面抱子挑選優(yōu)良抱子區(qū)或單菌落接入子瓶，每批子瓶斜面抱子數不低于1億個。母瓶放冰箱1個月，子瓶可存放2個月。每批抱子成熟后除做搖瓶試驗測定生產能力外，還應插進一試驗罐對比考察發(fā)酵水平，如不低于前批抱子，可用于生產。玉米漿質量除對背面色素，抱子豐滿程度有影響外，還影響抱瓶內灰色焦狀菌落(稱為黑點)的數量。這種菌落呈草帽型，比深玉米的正常菌落生產能力低。高產菌株的子瓶內要求無黑點。菌種保藏采用冷凍干燥法，液氮超低溫保藏法和砂土管保藏法，每年自然分離1?2次。因紅霉素產生菌從孢子發(fā)芽期到生長繁殖菌絲的過程較長，所以有些廠通過搖瓶培養(yǎng)，將菌絲接入種子罐，這種雖能縮短種子罐的培養(yǎng)時間，但操作步驟增多，稍有疏忽就容易發(fā)生染菌現象，所以大多數生產廠都采用將種子瓶孢子制成菌懸液用微孔壓差法接入種子罐。（2）搖瓶種子培養(yǎng)基（用百分率表示%）：淀粉4.0，糊精2.0，蛋白胨5.0，葡萄糖1.0，黃豆餅粉1.5。硫酸銨0.25，氯化鈉0.4，七水合硫酸鎂0.05，磷酸二氫鉀0.02，碳酸鈣0.6，PH7.0。接種后在搖床培養(yǎng)，菌絲生長濃厚，8%（質量分數）接入發(fā)酵罐。（3）搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基（用百分率表示%）：淀粉4.0，葡萄糖5.0，黃豆餅粉4.5，硫酸銨0.1，磷酸二氫鉀0.03?0.05，碳酸鈣0.6，pH7.0，油1.2%，丙醇1.0%在種子接入發(fā)酵罐時一次加入。28°C,搖床培養(yǎng)8天，發(fā)酵效價在5500u/mL以上。（4）種子罐及繁殖罐的培養(yǎng)基由花生餅粉，蛋白胨，硫酸銨及淀粉，葡萄糖等組成。種子罐的培養(yǎng)溫度為35C,培養(yǎng)時間65h左右;繁殖罐培養(yǎng)溫度33C,培養(yǎng)時間40h左右，均按移種標準檢查，符合要求的進行移種。表2小、中、大罐中培養(yǎng)基的成分配比成分小罐％（g/mL）中罐％（g/mL）大罐％（g/mL）黃豆餅粉1.51.62.33玉米漿0.70.72.2淀粉1.81.55.0NaCl0.30.30.65CaCO30.50.50.6（NH4）2SO40.120.120.18豆油0.80.80.4糊精1.21.50.5有機硅油——2鑫氮素——0.673.4發(fā)酵條件的控制（1） 通氣和攪拌紅霉素發(fā)酵中，發(fā)酵液中的溶氧濃度對紅霉素的生物合成有很大影響，培養(yǎng)基營養(yǎng)成分豐富時，發(fā)酵單位的提高與通氣效率成正比。一般要求發(fā)酵罐的通量在1：0.8-1.2V/V/min。如果通氣量過低或攪拌不好，發(fā)酵菌生長不好，使發(fā)酵液轉稀，降低紅霉素的總產量。（2） pH值發(fā)酵液中的pH值對紅霉素生產菌的生長和紅霉素的生產合成影響很大。一般情況下，紅霉素鏈霉菌生長的最適pH值為6.6-7.0,紅霉素合成的最適pH為6.7-6.9。在原始發(fā)酵培養(yǎng)基中，pH5.7-8.7時，對菌體生長影響不大，但在接種24h以后，如果pH值過高或過低，菌體的生長繁殖就會緩慢。紅霉素生物合成水平也差別很大，如果pH6.2-6.3時，發(fā)酵單位僅為對照的5%-10%；pH7.8時.發(fā)酵單位僅為對照的80%。有試驗證明，pH值低于6.5時，紅霉素的生物合成被完全抑制，高于7.2時，菌體產生自溶。在發(fā)酵中，一般前期的pH在6.6-7.0比較適合；在48-96h之間，以pH6.7-6.9之間為最好。發(fā)酵液pH值的調節(jié)是通過調節(jié)培養(yǎng)基中生理酸性物質和生理堿性物質的用量；增強通氣，調節(jié)碳源加入量以減少有機酸的積累；通入氨水，使pH值上升等措施來實現的。溫度紅霉素鏈霉菌的生長、繁殖對溫度很敏感．溫度高時，生長繁殖速度快,較短時間內，發(fā)酵液的粘度就會達到最高峰，但菌體的衰老快，菌體自溶也加快，使發(fā)酵液粘度下降加快。如發(fā)酵溫度低，發(fā)酵菌的生長繁殖慢，到達發(fā)酵液的粘度最高峰的時間也很長，而且發(fā)酵液粘度的下降也緩慢，有利于延長紅霉素的生物合成時間。一般發(fā)酵時，采用全程32°C發(fā)酵。發(fā)酵后期溫度略降低，可防止菌體的快速自溶，延長紅霉素合成的時間。紅霉素粘度紅霉素發(fā)酵液的粘度對紅霉素成品的質量影響較大，因它會影響發(fā)酵液中紅霉素A和紅霉素C的比例。在一定范圍內，紅霉素A的含量和發(fā)酵液粘度成正比，即發(fā)酵液粘度越大，紅霉素A的比例越高，紅霉素的成品質量也就越好。因此，在發(fā)酵中要適當提高發(fā)酵液的粘度。可采用的措施有減慢攪拌速度，改變攪拌葉的型式，降低發(fā)酵溫度，適當多補充氮源等。目的是促進菌體生長，減緩菌體自溶。但是發(fā)酵液粘度太大，通氣攪拌效果不好，發(fā)酵液中的溶氧濃度又會顯著下降，引起發(fā)酵水平的明顯降低。所以，在增加發(fā)酵液的粘度時一定要適合，否則，同樣不能取得最佳的發(fā)酵水平。泡沫和消泡發(fā)酵培養(yǎng)基中的黃豆餅粉，在消毒、接種培養(yǎng)、通氣攪拌時，都會產生較多的泡沫。為了消除泡沫對發(fā)酵的影響，可以采取發(fā)酵初期加大通氣，不攪拌或少攪拌，發(fā)酵中后期通氣量大，攪拌速度快時加消泡劑等方法減少泡沫產生和消除過多的泡沫。如果用天然油脂作消泡劑，則用量不能過大，否則會促進菌體自溶，既縮短了紅霉素的合成時間，又增加了提取的困難。染菌處理紅霉素發(fā)酵中，如果意外被雜菌污染，應立即降溫至28C培養(yǎng)，并在發(fā)酵罐中加入新潔爾滅。如果發(fā)酵單位降低，則加入甲醛，停止補料等待放罐。有時為了殺死發(fā)酵罐中的雜菌，甲醛的總量可達0.5%。(7)中間補料大罐6小時開啟攪拌，8小時左右視液面情況補全料(20%)，發(fā)酵過程中還原糖控制在1.2?1.5%圍內10h起開始連續(xù)補液化糖和分批補入淀粉糖，每次補1?2t,分3批補入。直至放罐前12?18小時停止加糖。有機氮源一般每天補三至四次，根據發(fā)酵液枯度的大小決定補入量的多少，若粘度低可增加補料量，反之，則減少補料量，粘度過高還可適量補水，放罐前24小時停止補料。前體一般在24?39小時，當發(fā)酵液長濃，pH高于6.8時開始補入，每隔24小時加一次，全程共加四至五次，總量為0.7?0.8%，遇發(fā)酵單位增長趨勢好時可以適當多加。15小時啟動補丙醇，用量大概在1?1.2t左右。24小時啟動補油，補油量在4.5?5t左右。發(fā)酵過程中除了補全料和水之外，其他的補料方式全部采用自動控制系統(tǒng)，進行自動定時補料。自動補料系統(tǒng)比人工補料有很大的好處，最主要的就是可以減少操作、染菌率和提高發(fā)酵效率。自動化設計時，一般根據工藝生產的要求，采用國內、外先進水平的自動化常規(guī)儀表和集散型微機對生產過程的溫度、壓力、pH值，空氣流量以及溶解氧等參數進行檢測及自動控制，以確保生產過程的正常進行，提高產品質量，降低能耗，改善操作條件并提高勞動生產率。發(fā)酵廠房集中控制室設置在三層操作面，靠近發(fā)酵罐區(qū)，與生產區(qū)之間采用雙層玻璃隔斷，不僅方便地觀察到生產現場，又對控制室起到隔音作用。控制方式一般采用集中控制與就地指示相結合的方式對生產過程中的參數進行檢測、控制，大生產中比較成熟的檢測、控制參數為：各級種子罐的壓力檢測、溫度檢測及控制，發(fā)酵罐壓檢測、溫度，pH檢測及控制，補料及消沫系統(tǒng)順序控制，溶解氧、料液稱重及液位檢測，進罐空氣流量指示積算。控制系統(tǒng)采用UXL集散型微機控制系統(tǒng)，它是一種中、小規(guī)模的DCS,由山操作員站、現場控制（或監(jiān)視）單元、信號轉換單元、通訊總站等組成。該系統(tǒng)可靠性咼，具有良好的人機接口界而及很咼的性能價格比。針對比較復雜的補料系統(tǒng)，國外比較先進的是采用流量計測量用調節(jié)閥控制，或采用計量泵補料系統(tǒng)，而在我國抗生素發(fā)酵工業(yè)中，多數生產廠家由于原料清潔度差，補料速率變化范圍大，特別是可用于發(fā)酵過程中耐高溫、抗腐蝕的流量計造價高，調節(jié)閥可靠性差等因素;上述兩種補料方案實施難度大。本設計中采用計量罐脈沖滴加補料控制方法，根據工藝要求的補料速度，計量罐可選用2升罐，計量罐由罐體、入料閥、出料閥、電極和觀察窗等組成。圖1.1計量罐示意圖罐體采用不銹鋼材料，觀察窗采用耐極劇溫度變化的石英玻璃。進料閥和出料閥均采用不銹鋼波紋管氣動隔膜開關閥，外加氣動先濘電磁閥。補料時，首先打開進料閥料液進入計量罐，當液位上升觸到電極時，通過電極電路自動關閉進料閥，然后打開出料閥，把罐內料液排光，即完成補加一罐的操作。如果補料速率為100L/h，那么每36秒計算機控制補加一罐，從宏觀上看，是連續(xù)滴加，而從瞬間來看，是脈沖方式補加，所以我們稱之為脈沖滴加方式。該方式實際使用效果較好。針對發(fā)酵罐需要控溫、補料等特點，以前采用控制熱水（由蒸汽、冷水進行汽、水混合制得）的溫度、流量進行調節(jié)，實踐證明，這種控制方式溫度控制精度差，滯后時間長。設計中采用電磁開、關閥的控制方式，即當種子罐消毒結束后，只需要降溫，打開閥門（1）,其他閥門均為關閉狀態(tài)。正常生產過程中，閥

門（1）、（3）關閉，其他手動閥均為常開。若需降溫，電控閥（4）開啟，（5）關閉，若需升溫，電控閥（4）關閉，（5）開啟。這種控制方式做到了成木低、維護方便，可靠性高的使用效果，得到了很好的推廣應用。圖2自動控制系統(tǒng)示意圖總之，在整個發(fā)酵生產設計中，其生產廠房應布置合理，工藝管道盡量短；發(fā)酵罐設要有較好的通氣攪拌及換熱裝置，內部結構簡單，利于清洗、消毒；為了保證發(fā)酵過程的純種培養(yǎng)，必須對接觸菌種的設備、物料、空氣等進行徹底消毒、過濾，不能有雜菌進入；采用先進的微機控制系統(tǒng)把發(fā)酵過程的關鍵工藝參數控制在最佳狀態(tài)，使整個生產過程做到經濟運行，少投入，多產出［3?5提取工藝發(fā)酵液f儲罐f調pH-粗濾一超濾一脫色一溶媒萃取一調pH-干燥一包裝儲存發(fā)酵液，添加甲醛溶液來維持發(fā)酵液的穩(wěn)定性。通過添加氫氧化鈉溶液可將pH值調至7.5，冷卻發(fā)酵液，再進行粗濾。濾液用去離子水稀釋并儲存于罐中，再將儲存的發(fā)酵液進行超濾，然后經吸附柱脫色。脫色液經溶媒萃取濃縮，再將濃縮液調至堿性條件下即可獲得紅霉素。提取時采用膜過濾技術。四物料衡算4.1總物料衡算計算依據：發(fā)酵周期：144h計算依據：發(fā)酵周期：144h生產天數：330d/a發(fā)酵罐裝料系數：70%過濾得率：95%萃取得率：93%生產周期：168h產量：400t/a產品品質：99.8%超濾得率：96%淀粉G轉化率：98%糖化液中G糖化液中G含量：78%G紅霉素轉化率：26.5%G/淀粉：2.64以It紅霉素為基準進行物料衡算：生產1000kg紅霉素理論上所需的原料量MG總=1000/733.94X6X180=1471.51(kg)由于發(fā)酵采用的原料為葡萄糖和淀粉(G/淀粉：2.64)所以理論所需淀粉量為：1471.51(/1+180/162X98%X78%)=421.71k)所以理論所需葡萄糖量為：Mg=421.71x2.64=1113.32(kg)生產1000kg紅霉素實際所需的原料量所需純G的實際量=1113.32/(26.5%X95%X96%X93%)=4953.34(kg)所需淀粉實際量=4953.34/2.64=1876.27(kg)則工業(yè)葡萄糖用量=4953.34/90%=5503.71(kg)工業(yè)淀粉用量=1876.27/90%=2084.74(kg)原料年消耗:工業(yè)G用量=5503.71X320X99.8%=1757664.83(kg)工業(yè)淀粉用量=2084.74x320x99.8%=665782.57(kg)原料日消耗:工業(yè)葡萄糖用量=1757664.83/320=5492.70(kg)工業(yè)淀粉用量=665782.57/320=2080.57(kg)4.2發(fā)酵車間物料衡算(1)發(fā)酵罐個數確定：日紅霉素產量為400X103x99.8%/320=1247.50(kg)日所需G的量=1247.50/1000X4953.34=6179.29(kg)補料加入10%,且發(fā)酵初糖濃度為3%(g/mL),貝V：發(fā)酵罐裝料系數為70%，生產周期為168h，則所需要的發(fā)酵罐的體積為V=185.38X168/(0.7X24)=1853.8(m3)選100M3發(fā)酵罐，總容積為118M3，個數N=1853.8/118=15.71(個)選16個發(fā)酵罐每年生產罐數=185.38X320/(100X70%)=847.45日生產罐數=847.45/320=2.65（2）種子罐容積的確定按設計要求,一級種子罐到二級種子罐的接種量為25%,二級種子罐到發(fā)酵罐的接種量為20%,則種子罐容積為：二級：V2=V總X20%=100X20%=20（m3）一級：Vx=V2x25%=20x25%=5（m3）式中V----發(fā)酵罐容積（m3）總（3） 種子罐個數的確定種子罐與發(fā)酵罐對應上料。發(fā)酵罐平均每天上2.65罐，一級種子罐生產周期為60h,二級種子罐生產周期為36h,貝V：所需二級種子罐個數：2.65X36/24=3.98（罐），取4個二級種子罐應該夠。所需一級種子罐個數：3.98X60/24=9.95（罐），取10個二級種子罐應該足夠。（4） 原料配比及其年消耗量的計算原料配比：種子培養(yǎng)基：（w/v）淀粉3.5%，黃豆餅粉1.7%,花生餅粉1.5%，葡萄糖3.5%，蛋白胨1.3%，硫酸銨0.6%，KH2PO40.15%。發(fā)酵培養(yǎng)基：（w/v）淀粉1.1%，黃豆餅粉2.0%,花生餅粉4.0%，葡萄糖3.0%，碳酸鈣0.7%，硫酸銨0.5%，KH2P040.015%，豆油0.2%。補料培養(yǎng)基：（w/v）黃豆餅粉2.0%，花生餅粉4.0%，葡萄糖1.0%，碳酸鈣0.7%，硫酸銨1.0%，KH2PO40.015%，豆油0.2%。原料消耗（以每個單體設備計）：（100m3發(fā)酵罐，補料10%，5m3一級種子罐，20m3二級種子罐，裝料系數70%）發(fā)酵罐一級種子二級種子罐小計原料罐濃度投料濃投料濃投料投料量(g/L)量度量度量(kg)(kg)(g/L)(kg)(g/L)(kg)淀粉11/-69335122.5354901305.5黃豆餅粉201400175.951723.81429.75花生餅粉4028001552.5152103062.5葡萄糖30/10196035122.5354902572.5蛋白胨--1.34.551.318.222.75硫酸銨5/10385621684490KH2PO40.1510.51.55.251.52136.75碳酸鈣7490----490豆油2140----140聚氯化鋁0.042.82.8消泡劑0.2/-12.612.6丙酮：70m3x0.8%=560L--黃豆餅粉：1429.75X847.45=1211.64(t/a)花生餅粉：3062.5X847.45=2595.32(t/a)蛋白胨：22.75X847.45=19.28(t/a)硫酸銨：490X847.45=415.25(t/a)KH2PO4：36.75X847.45=31.14(t/a)碳酸鈣：490X847.45=415.25(t/a)豆油：140X847.45=118.64(t/a)消泡劑：12.6X847.45=10.68(t/a)聚氯化鋁：2.8X847.45=2037(t/a)丙酮：560LX847.45=474572(L)淀粉：1305.5X847.45=1106.35(t/a)葡萄糖：2572.5X847.45=2180.07(t/a)培養(yǎng)基中所用葡萄糖為淀粉糖化，糖化液中G含量78%所以每罐培養(yǎng)基中加入的糖化液為2572.5/78%=3298.08kg糖化液總量=3298.08X847.45=2795.57(t/a)(C6H1oO5)n+n^O-nC6H12O6162n 180n生產1tG需要淀粉量=(162/180)/98%=0.92t生產2572.5kgG需要淀粉量=2366.7kg/d日需淀粉總量=2366.7+1305.5=3672.2kg/d=3.7t/d生產2180.07tG需要淀粉量=2005.66(t/a)年所需淀粉總量=1106.35(t/a)+2005.66(t/a)=3112.01(t/a)4.3提取車間物料衡算由上部計算得出日所需處理的發(fā)酵液量為：V糖=6179.29/103x90%/3%=185.38(m3)調節(jié)pH，加入NaOH溶液，調pH至7.5,使菌體自溶，所需加入NaOH溶液的量約為10m3，全年生產320天，所需NaOH溶液的總量約為10X320=3200(m3/a)萃取要加0.05%的甲醛,3%聚氯化鋁,10%丙酮。

甲醛用量=185.38X320X0.05%=29.66(m3/a)聚氯化鋁用量=185.38X320X3%X30=53.39(t/a)丙酮用量=185.38X320X10%=5.93(t/a)4.4熱量衡算：通氣發(fā)酵過程熱量計算常用的計算方法有三種，一是通過冷卻水帶走的熱量計算；二是通過發(fā)酵液溫度升高測定計算；三是應用生物合成熱的方法進行計算。前兩種方法是通過試驗測定結果推算，第三種方法則是半理論計算法。據理論分析，發(fā)酵熱可用下式計算：Q2=￡+Qst-Q (kj/h)式中，Q為生物合成熱，包括微生物細胞呼吸放熱Q，和發(fā)酵放熱Q〃兩部b b b分，即：Qb" Qb〃 (kJ/h)其中，Q 15651kJ/kg(對葡萄糖)bQ 4953kJ/kg(對葡萄糖)ba和B分別為細胞呼吸和發(fā)酵耗糖量(kJ/h)；a取12%,B取85%。而機械攪拌產生的熱量為：QQ=3600nPst stkJ/h)式中，n——攪拌功熱轉換系數，為0.92P——攪拌軸功率(kW)st而Q為排氣使發(fā)酵液水分汽化帶出的熱焓。根據經驗，可取:￡Q￡Q￡=°.2QbkJ/h)有前面計算知道：黃豆餅粉+玉米漿+淀粉+糊精+豆油=2875.0+2712.6+6168.4+802.3+740.3=13298.6kg由于微生物對黃豆餅粉、玉米漿、豆油等的細胞呼吸放熱Q，和發(fā)酵放熱Q〃bb兩部分現階段并不清楚，因此本設計的發(fā)酵熱只可以根據一些試驗數據和現在國內一些生產廠家中試測得的試驗數據取細胞對發(fā)酵液呼吸放熱Q，為b

17500kJ/kg，發(fā)酵放熱Q〃為5500kJ/kg。b由此可以得出：Q=13298.6x17500+13298.6x5500=3.5087x108（kJ/h）b設備選型計算中有：P=49.65kWQ=3600x0.92x49.65=1.644x105stst（kJ/h）Q=0.2xQ=0.2x3.5087x108=6.117x107（kJ/h）e b由此可得出發(fā)酵熱為：Q=Q+Q-Q=2.514x108+1.644x105-5.028x107=2.013x108（kj/h）2 b st 8五設備選型及尺寸計算5.1?1總容積的計算：有上面的物料衡算得出發(fā)酵液的量為：V]=123.39m3。設發(fā)酵罐的填充系數?=70%；則每天需要發(fā)酵罐的總容積為V（發(fā)酵周期為0140h）。V0=V1/?=123.39/0.7=176.27m35.1..2發(fā)酵罐個數的確定：公稱體積：是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和并圓整為整數，上封頭因無法裝液，一般不計入容積。罐的全容積，是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和。Vt+V。24

總Vt+V。24

總123.39x140118x0.7x24取公稱容積100m3發(fā)酵罐10個，此處不選擇9個是由于發(fā)酵周期約為6天的樣子，取用一個奇數個發(fā)酵罐不利于連續(xù)性生產和裝罐選擇。且一次使用2個。實際產量驗算：118x0.7實際產量驗算：118x0.7x2123.39x1000=1338.8kg/d，富裕量：斗瀘x100%皿9%，能滿足生產要求。5.1.3主要尺寸的計算：V=V+2V=118m3；封頭折邊忽略不計，以方便計全筒封算。則有V=0.785D2X2D+3.14D3/24X2=81。設H=2D;解得方程：1.57D3+全0.26D3=118得D=4.01m取D=4.0m

H=2D=8m；驗算全容積：V=V+2V=0.785D2X2D+2X3.14Ds/24X =117.2(ms)V’雖比理於稍小，不過就世紀生產能力來看依舊可以滿足生產需要，因此還是可以認為滿足要求。表10大罐的各種尺寸罐內徑D值(m)罐筒高H值(m)總高度H’(m)總單個封頭容積V’ (m3) 封圓筒容積V’ (m3) 筒罐的總容積V’ (m3)總4.08.010.9.02筒100.4117.20885.1.4冷卻面積的計算：計算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即：F=k△-m對紅霉素發(fā)酵，每Ims發(fā)酵液、每lh傳給冷卻器的最大熱量約為4.2X6000kj/ms?h采用豎式蛇管換熱器，取經驗值K=4.185X(300—500)kJ/(ms?h?°C)。平均溫差AtmAtmAt—At=1 2-iAtin1At233C 33C25C Ik31C■828-2代入At= 8=4.33Cm8ln_2對公稱容積100ms的發(fā)酵罐，每天裝2罐，每罐實際裝液量為123.39/2=61.7m3換熱面積：F—丄KAtm二171.81m3F—丄KAtm二171.81m34.18x500x4.335.2.1攪拌器設計：機械攪拌通風發(fā)酵的攪拌渦旋輪有三中形式，由于紅霉素發(fā)酵過程有中間補料操作，對混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。葉片寬度：B=0.2D=24cm,弧長：1=0.375d=45cm,半徑：?=0.75D=90cm,葉弦長：L=0.25D=30cm,攪拌器間距：Y=D=135cm,底距：C=D/3=40cm。攪拌器轉速N,根據50m3罐，攪拌器直徑105cm,轉速N=110r/m，以等p/v為基準放大求得： 102/3=110(1.05]2/3=110(1.05]2/3=93r/min5.2.2攪拌功率的計算：①計算：Re二D2N^m p式中D——攪拌器直徑，D=1.2m；N——攪拌器轉速，N=93/60=1.55r/s；P——發(fā)酵液密度，P=1000kg/nt；口——發(fā)酵液黏度，口二15X10-3N?s/m2。將數值代入公式得：Re=1.2%1?5551°°0=i.48X105>104,視為湍流，則攪拌功率準數N=4.7。

m 15X10-3 P計算不通氣時的攪拌軸功率：P‘=Np?N3?D5?p式中N——在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數 4.7；N——攪拌轉速，N=P1.37r/s；D——攪拌器直徑，D=1.2m；P——發(fā)酵液密度，P=1000kg/m3。代入上式P'=4.7X1.553X1.25X1000=43.5X103W=43.5kW兩檔攪拌P=2P‘=87kW。0計算通風時的軸功率：Pg（P2ND3V39P=2.25x10-3x—0 g （Q0.08丿式中P——不通風時攪拌軸功率（kW）；N——攪拌轉速，N二93r/s。D-—攪拌器直徑（cm）,D=1.35m；Q——通風量（mL/min）,通風比vvm=0.3?0.8，取低限，如通風量變大，P會小，為安全。現取0.3；貝V：gQ=79.1X0.3X106=2.37X107mL/min。代入上式P=2.25P=2.25x10-3xg(P2ND3—0 、Q0.08、0.39丿、、0.39丿=2.25x10-3x(61.42x93x1.353x=2.25x10-3x、 (2.37x107)0.08=59.85kW電機功率計算P:電PP二 g—x1.01電耳耳耳123采用三角帶傳動n1=0.92；滾動軸承"2=0.99,滑動軸承“3=0.98；端面密封

增加的功率為1%；代入公式數值得：P= 59.85 xl.01=67.72kW電0.92x0.99x0.98采用額定功率為70kW的電機。5.3設備結構的工藝設計5.3.1發(fā)酵罐：(1)最高熱負荷下的耗水量W計算:QW二 總~cIt—t丿p21式中°總 每1ms發(fā)酵液在發(fā)酵最旺盛時，1h的發(fā)熱量與發(fā)酵液總體積的乘積：Q=4.2X6000X61.7=1.55X106kJ/h總C——冷卻水的比熱容，4.18kJ/kg?K；t——冷卻水終溫，31°C。p2t——冷卻水初溫，25C。1將各值代1入上式：W=4^—L2X104kgZT冷卻水體積流量為1.37X10-2ms/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s，根冷卻管總截面積S為：S=W據流體力學方程式， v式中W——冷卻水體積流量，W=1.37X10-2ms/s；v——冷卻水流速，v=1m/s。將值代入上式：S1.37x10-2將值代入上式：S1.37x10-21二1.37x10-2m2進水總管直徑d二1.37x10-20.785二0.13冷卻管組數和管徑：設冷卻管總表面積為S，管徑d，組數為n,則:總S=n?0.785d2總根據本罐的情況，取n二6，求管徑。有上式得：d—弋d—弋nx0.785■'1.37x10-2\6x0.785二0.054m查金屬材料表選擇?63X3.5無縫管，d=56mm，g=5.12kg/m，d>d，內內認為可以滿足要求，d=60mm。平均

現取豎蛇管圈端部U型彎曲徑為250mm，則兩直管距離為500mm，兩端彎管總長度為L。0L=nD=3.14X500=1570mm冷卻管總長度L計算：有前知冷卻管總面積F=171.81m2；現取無縫管卻面積為：-=3.14X0.06X1=0.188m2,貝廿：?63X3.5,每米長冷 0丁F171.81 9139L= = =913.9mF0.1880冷卻管占有體積：V=0.785X0.0632X913.9=2.85m3每組管長-和管組高度：L9139L=—= =152.3m0n6另需連接管6m：L=L+6=919.9m實m3，可排豎直蛇管的高度，設為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設發(fā)酵罐內附件占有體積為0.5m3，則總占有體積為V=V+V+Vm3，61.7+2.27+0.5=64.47(m3)則筒體部分液深為：v-v 617-9亠 封=S 0.785x42截亠 封=S 0.785x42截豎蛇管總高：H=4.2+0.25=4.45m管兩端彎管總長：lo=1570mm，兩端彎管總高為500mm,則直管部分高度：h=H-500=4450-500=3950mm管則一圈管長：l二2h+l=2X3950+1570=9470mm0(5)每組管子圈數n：n=L =16圈l9.5現取管間距為2.5D =2.5X0.063=0.16m,豎蛇管與管壁的最小距離為外0.15m，則計算出蛇管和攪拌器之間的距離不小于200mm。符合要求。(6)校核布置后冷卻管的實際傳熱面積F=3.14xd?L=3.14x0.06x920=173.3m2實平均實而前有F=171.81m2，F實＞F，可以滿足要求。(7)發(fā)酵罐壁厚的計算①計算法確定發(fā)酵罐的壁厚S：PD①計算法確定發(fā)酵罐的壁厚S：PD①-P+Ccm式中P——設計壓力，取最咼工作壓力的1.05倍，現取P=0.12MPa。L]D 發(fā)酵罐內徑，D=400cm； L」 A鋼的許用應力，3L」=127MPa。①一焊縫系數，根據焊接情況和探傷的程度，查相應表決定。

期范圍在0.5?1.0之間，現?、?0.7；C——壁厚附加量cm。C=C+C+C123式中q——鋼板負偏差，視鋼板厚度查表確定，其范圍為0.13—1.3,現取C=0.8mm。C 為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm,雙面腐蝕取2mm,現取C=2mm。22C——加工減薄量，對冷加工C=0，熱加工封頭C=SX10%；現取3 3 3 0C=0，代入上式3C=0.8+2+0=2.8(mm)=0.28cm+0.28=0.55cm0.12x400+0.28=0.55cm2x127x0.7—0.1查鋼材手冊取8mm厚的A鋼。直徑3.5m，厚8mm，筒高7m，每米高重711kg，3則筒的重量為：711X7=4977(kg)。封頭壁厚計算：標準封頭的厚度計算公式：PD①-封頭壁厚計算：標準封頭的厚度計算公式：PD①-P式中P=0.12MPaD=350cm =127Mpa ①=0.7C=0.8+2+0.1=3.8mm=0.38cm+0.38=0.65cm0.12x400+0.38=0.65cm2x127x0.7—0.1查鋼材手冊取8mm厚的鋼板制作。5.3.2二級種子罐：(1)種子罐選型同發(fā)酵罐，采用機械攪拌通風發(fā)酵罐。種子罐容積和數量的確定種子罐容積的確定：接種量10%，則種子罐容積V為：V=VX10%=118種 種總X10%=11.8m3式中V 發(fā)酵罐總容積總②種子罐個數確定：種子罐與發(fā)酵罐對應上料。發(fā)酵罐平均每天2罐,需種子罐2個。主要尺寸確定：取H：D=2：1,則種子罐總容積V=2V‘ +總封Vz 整理方程后得，D=1.86m取D=2.3m,H=4.6m查表得封頭高為615筒mm,那么罐的總高為H， +2H，=4600+2X615=5830mm總筒封單個封頭容積：3.14V，D3+0.785xD2x0.050=1.76m3封24圓筒容量：V，「0.785D2X2D=0.785X2.32X4.6=19.1m3不計上封頭容積：V，二V，”+V， =1.76+19.1=20.86m3校核種子罐總容積V，有=2V， +V， =1.76X2+19.1=22.6m3比需要的種子總 封 筒罐容積11.8m3大，可以滿足要求。 ° 表11中罐的各種尺寸

罐內徑罐筒高總高度 單個封頭容積圓筒容積罐的總容積D值(m)H值(m)H(m)總V (m3)封V (m3)筒V (m3)總2.34.65.831.7619.122.6一級種子罐：(1)種子罐選型同發(fā)酵罐，采用機械攪拌通風發(fā)酵罐。(2)種子罐容積和數量的確定種子罐容積的確定：接種量10%，則種子罐容積V為：種V=VX10%=22.6X10%=2.26m3種種式中V——二級種子罐總容積種種子罐個數確定：一級種子罐與二級種子罐對應上料。二級種子罐平均每天2罐，需一級種子罐2個。(3)主要尺寸確定：取H'：Dz=2：1，則一級種子罐總容積卩,總=2V〃+V〃 整理方程后得，D/=1.07m,取D/=1.5m,H/=3.0m，查表封筒得封頭高為400mm，那么罐的總高為H〃=H〃 +2H〃 =3000+2X400=3800mm3.14筒封單個封頭容積：V〃= D3+0.785xD2x0.050=0.487m3封24圓筒容量：V〃二0.785D2X2D=0.785X1.52X3.0=5.3m3筒不計上封頭容積：V〃=V〃 +V〃 =5.3+0.487=5.79m3TOC\o"1-5"\h\z有效 筒 封校核種子罐總容積V〃=2V〃 +V〃 =0.487X2+5.3=6.27m3比需要的種子總 封 筒罐容積2.26m3大，可以滿足要求。 °表12小罐的各種尺寸罐內徑D'值(m)罐筒高H'值(m)總高度H〃(m)單個封頭容積V〃 (m3)封圓筒容積V〃 (m3)筒罐的總容積V〃 (m3)總1.53.03.80.4875.36.27預處理罐：預處理罐一般是2個左右(一個用來儲上班濾洗液)，其體積可以根據發(fā)酵液的體積做出相應的選擇。由前面計算可知道進入預處理罐的體積為127.81個立方米。那么可以選擇一個類似50立方米的發(fā)酵罐，其罐的內徑為3.1米，罐高6.2米，無封頭。需要注意的是預處理罐應該是耐腐材料做的，因此采用搪瓷罐。5.3.5板框過濾機及儲罐：(1)現在我國板框過濾機處理量為15?25L/(m2?h)。本設計采用的是暗流式油壓壓緊板框過濾機BAY40-635/25,其過濾面積為40m2,框內尺寸為635mmX635mm，濾框厚度為25mm；濾框塊為50塊；濾板為49塊；板內體積=0.635X0.635X0.025X50=0.5(m3)。操作壓強為7.8X105Pa；油壓缸工作壓力為2.9X105Pa。處理量為20L/(m2?h)。一臺機子1小時的處理量為：20X40=800(L)=0.8(m3)[6]。預處理后的液體的體積為：123.39X55%+3.62=71.48m3。若處理時間設定為2個小時那么需要的過濾機數量為：71.48/(0.8X2)=44.7個，取45個。(2)儲罐的設計可以根據預處理液的體積設定為60?65m3的型號罐子，不要求有封頭1個。5.3.6碟片式分離機：考慮處理時間約為2個小時和現在市場使用比較多的情況，本設計采用的碟片式分離機型號為：DP-400J。其相關參數如下：轉鼓內徑400mm；碟片數目75?79個；轉速6500r/m；最大分離因數9200；碟片間隙0.6mm；噴嘴直徑1.2,1.3mm；生產能力12ms/h；電機功率13kW。計算得出數量為3臺⑺。5.3.7成鹽罐：成鹽罐一般從經濟、成鹽效率和耐腐情況來考慮，根據國內部分生產廠家（岳陽同聯）的情況,本設計采用成鹽罐的個數為2個,體積大約為30?35m3的搪瓷罐。5?3?8高速離心機：高速離心機是指離心分離因數f=3000?50000的離心機。離心機的操作性能是選擇離心機的主要因數?？紤]到設計中用的離心機應該是脫水、洗滌效果很好的離心機。選擇網孔轉鼓SS600型，臺數為4臺。5.3.9真空干燥機：本設計采用的干燥機為雙錐回轉真空干燥器。此設備除雙錐回轉真空干燥器外，附屬設備有真空泵、冷卻器、粉塵捕集器、熱載體加熱器等。干燥器中間為圓筒行，兩端為圓錐形，外有加熱夾套。整個容器是密閉的，被干燥的物質置于容器內，夾套內通入加熱蒸汽或熱水。干燥器兩側分別連接空心轉軸，一側的空心軸內通入蒸汽并排除冷卻水，另一側的空心軸連接真空系統(tǒng)。在工作操作的情況時，物料在真空條件下，邊翻動，邊通過器壁取得熱量，被蒸出的濕氣由真空泵抽走。物料受熱均勻，干燥速度較快，產品質量好。設備有不銹鋼制作，內表面全部拋光處理，內部結構簡單，清掃容易，物料可以排凈，可以達到無菌要求。物料的充填率以干燥器全容積的30%?50%為宜。根據國內廠家（岳陽同聯）情況，采用容積為0.8?1m3的干燥器。5.4生產成本的計算對于工業(yè)產品成本的計算，半成品一般只計算出車間成本，成品一般只計算出工廠成本即可，一般說來一個工廠的成本構成如下：1．原料費系指經過加工構成產品的材料。2．輔助材料費系指直接用于生產或者間接用于生產，但不構成產品的各種材料費。3．燃料費系指為工藝過程提供加熱蒸汽之熱源材料費。4．動力消耗費系指用于生產而直接消耗的能源費。5．生產工人工資系指直接參加生產的工人基本工資和附加工資。6．生產工人工資附加費系指按工人工資規(guī)定的比例所儲存的勞動基金，醫(yī)療費，文教補助費，福利補助費，及企業(yè)直接支付的勞動補助費。7．車間經費即在車間范圍