[经管营销]土霉素车间工艺设计.doc

1 课程设计 题目：年产 800 吨土霉素工厂设计 设计内容 30 页 图纸 4 张 指导老师： 周延 学生姓名： 李周阳 学 号： 200882077 所在班级： 生实 0801 2 年产 800 吨土霉素车间工艺设计 摘摘 要要： 土霉素是一种四环类广谱抗生素，有一定副作用。目前，中国已成 为世界上最大的土霉素生产国，占 70%。目前我国畜用土霉素需求量很大。本 次设计为生产规模 800 吨/年的土霉素车间。土霉素是微生物发酵产物，目前国 内土霉素提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节 pH 值,利用黄血盐-硫酸锌作 净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用 122#树脂脱色进一步净化土霉素滤 液,最后调 pH 至 4.8 左右结晶得到土霉素碱产品。本次设计也按照这个工艺流 程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。 设计中借鉴了实际发酵车间的布置，设计为 3 层车间，共安装 5 个发 酵罐，1 个酸化罐，2 个二级种子罐，1 个一级种子罐，1 个通氨罐，2 个补料 罐，1 个板框过滤器，1 个结晶罐，脱色罐，喷雾式干燥器等等相关设备。 目目 录录 第第 1 章章 绪论 第 1.1 节 引言 第 1.2 节 设计目标任务 第 1.3 节 本次设计的基本内容 第第 2 章章 工艺流程设计工艺流程设计 第 2.1 节 土霉素生产工艺流程简介 第 2.2 节 土霉素生产总工艺流程图 第第 3 章章 物料衡算物料衡算 第 3.1 节土霉素总物料衡算 3 第 3.2 节土霉素发酵工序物料衡算 第 3.3 节土霉素酸化稀释过滤工序物料衡算 第 3.4 节 土霉素脱色结晶工序物料衡算 第 3.5 节 土霉素干燥工序物料衡算 第第 4 章章 设备选型设备选型 第 4.1 节 发酵罐 第 4.2 节 二级种子罐 第 4.3 节 一级种子罐 第 4.4 节 氨水储罐 第 4.5 节 全料罐 第 4.6 节 稀料罐 第 4.7 节 储酸罐 第 4.8 节 酸化罐 第 4.9 节 稀释罐 第 4.10 节板框过滤机 第 4.11 节脱色罐 第 4.12 节结晶罐 第 4.13 节干燥器 第第 5 章章 管道设计管道设计 5.1 发酵罐(三级罐)的接管设计 5.2 酸化设备的流体输送 5.3 稀释设备的流体输送 4 5.4 板框过滤设备的输送 5.5 脱色工段的流体输送 5.6 结晶过程的流体输送 5.7 管道汇总表 第第 6 章章 车间布置：车间布置： 第 7 章结论 参考文献参考文献 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言： 土霉素 Terramycin (Oxytetracycline)是四环类抗生素，其在结构 上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同而构成不同种 类的四环素类抗生素。 分子式如图一所示，化学名： 6-甲基-4-（二甲氨基 ）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11 二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯 甲酰胺。 土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。许多立克次体属、支原体属、 衣原体属、螺旋体对其敏感。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李 斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等 亦较敏感。临床上用于治疗上呼吸道感染 胃肠道感染 斑疹伤寒恙虫病等。 OH H CH3 O OH OH OH O N(CH3)2 CONH2 图一 土霉素分子式 5 常见副作用有：肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红 斑等过敏反应，长期使用可 致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不 良及龋齿（俗称四环素牙）， B 族维生素缺乏等。 由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重， 并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药 1.2 设计目标任务 请设计年产 800 吨（成品含量： 99% ）土霉素工厂设 计 一、基础数据 设计年产量 M = 800t/a 成品效价 Ud = 1000 单位/毫克 年平均发酵水平 Uf = 35000 单位/毫升 年工作日 m = 315 d/a 1、发酵基础工艺参数 土霉素的发酵周期 T 为 184 小时，辅助时间为 10 小时， 发酵中罐周期为 44 小时，辅助时间 4 小时 发酵周期为 35 小时，辅助时间 3 小时 接种比为 20%，液体损失率为 15% 大罐一个发酵周期内所需全料的量为：32m3 大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：17m3 逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的 15% 大、中、小罐通气量分别为 2.0、1.5、0.65（每分钟内单位 体积发酵液通入的空气的量） 氨氮的利用情况，培养 20-40 小时，每 4 小时补一次,每次 10-15L，控氨水平在 45mg/100ml 以上 培养基配比： 小罐中罐大罐全 料 稀料 组成配比 （%） 配比（%）配比 （%） 配比 （% ） 配比 （%） 黄豆饼粉3.02.53.03.53.0 6 淀粉2.52.58.06.53.0 氯化钠0.40.360.20.4 碳酸钙0.60.41.10.40.4 磷酸二氢钾0.0050.003 磷酸氢二钾0.0050.003 植物油42.670.41 2、提取基本工艺参数 名称参数名称参数 脱色岗位收率99.24%发酵液效价35000u/ml 结晶干燥岗位收率86%滤液效价11000u/ml 过滤岗位收率116%母液效价1370u/ml 总收率99%湿晶体含水量30% 发酵液密度1.58kg/L酸化液中草酸含量2.3% g/ml 滤液密度1.02kg/L酸化加黄血盐量0.25% g/ml 20%氨水密度0.92kg/L酸化加硫酸锌量0.18% g/ml 氨水加量12%成品含水量1.5% 脱色保留时间30-50 分钟酸化加水量230%v/v 滤液通过树脂罐的线速度控制在 0.001-0.002m /s 3.土霉素提取操作工艺参数一览表 名称反应时间( + 、 、) /h 装料系数 酸化稀释40.70 结晶80.70 1.3 本设计基本内容 1.3.1 工艺流程设计 7 根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数， 进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。简述工艺流程。 1.3.2 工艺计算 物料衡算：每个工序画工艺流程简图，列出所有工艺参数，计算，列出衡 算表，发酵和提取列出物料衡算总表。 热量衡算：不要求 设备选型：大、中、小罐、通氨、补料罐的尺寸及数量；大罐的罐壁、封 头、搅拌装置及轴功率。提取工段各工序主要设备尺寸及数量。 管道设计：大罐主要接管设计，提取各种设备的主要连接管道。 1.3.3 完成初步设计阶段图纸：设备流程图、车间平面布置图。 第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计 2.1 土霉素生产工艺流程简介 土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素生产工艺主要含发酵和提 取两大步。提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节 pH 值,利用黄血盐-硫酸锌 作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用 122#树脂脱色进一步净化土霉素 滤液,最后调 pH 至 4.8 左右结晶得到土霉素碱产品。本次设计也按照这个工艺 流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。 2.2 土霉素生产总工艺流程图 土霉素生产总工艺流程图土霉素生产总工艺流程图 砂土孢子斜面孢子 孢子培养 36.5 4-5 天天 种子培养 30 38h 0.65v/v/m 一级种子培养液 种子扩大培养 30 48h 1.0v/v/m 二级种子培养液 发酵 30 194h 1：2.0v/v/m 补加液氨补加液氨 湿晶体 旋风干燥 土霉素碱成品 发酵液 酸化 2.3%g/ml 草酸调 pH1.75-1.85 ZnSO4 0.18% 黄血盐 0.23% 酸化液 稀释 200%v/v 稀释液 板框过滤 滤液 树脂脱色 122-2 树脂 脱色液 结晶 12%氨水 调 pH4.5-4.6 28-30 结晶液 分离洗涤 用滤后水淋洗再甩干 8 第三章第三章 物料衡算物料衡算 3.1 总物料衡算 纯品土霉素的量：80099% =792 t/a 日产量：792/315= 2.51 t/d 效价：7921091000 =7.921014 单位/a 土霉素的生产过程总收率为 99% 则发酵时的总效价：7.921014/99% =81014 单位/a 发酵液的效价：35000 单位/ml 发酵液的体积：81014/35000 =2.291010 ml =2.29104 m3 3.2.1 大罐的物料衡算： 每天发酵液的体积： 2.29104/315=72.70 m3/d 每天损失的体积： 72.7015%/（1-15%）=12.83 m3/d 加入氨水体积：培养 20-40 小时，每 4 小时补一次，每天共 6 次，每次 15L， 共计 90L，既 0.09 m3/d 大罐一个发酵周期内所需全料的量：32 m3 ，则一天内所需全料： 32/(194/24)=3.96 m3/d 大罐一个发酵周期内所需稀料的量:17 m3 ，则一天内所需稀料料： 17/(194/24)=2.10 m3/d 设发酵开始的培养基体积为 V，蒸汽带入的水量按 20%计 由体积衡算 (V20%+V20%+V+3.96+2.10+0.09) (1-15%)= v发酵液 发酵液=72.70m3/d 得培养基体积 V 为 56.70m3/d 则加入的二级种子液体积： 56.7020%=11.34 m3/d 9 蒸汽带入水量： 56.7020%=11.34m3/d 因此，每天所需培养基组成的量如下： 黄豆饼粉： 56.703%+3.963.5%+2.103%= 1.903m3/d 淀粉： 56.708%+3.966.5%+2.103%= 4.856m3/d 氯化钠： 56.700.2%+2.100.4%= 0.1218m3/d 碳酸钙： 56.701.1%+3.960.4%+2.100.4%=0.6471m3/d 植物油： 56.700.4%+2.101%= 0.24 78m3/d 配料水： 56.70-1.903-4.856-0.1218-0.6471-0.2478=48.92m3/d 表表 1 三级发酵物料衡算表三级发酵物料衡算表 进入发酵罐的量离开发酵罐的量 项目 体积 （m3/d) 体积（m3/周 期) 项目 体积 （m3/d) 体积（m3/周 期) 二级种子液11.3491.66 发酵 液 72.70587.7 蒸汽带入水 量 11.3491.66损失12.83103.7 培养基56.70458.3 全料量3.9632.01 稀料量2.1016.98 10 氨水0.090.73 总量85.53691.4总量85.53691.4 表表 2 三级发酵培养基的组成三级发酵培养基的组成 项目体积（m3/d)体积（m3/周期） 黄豆饼粉1.90315.38 淀粉4.85639.25 氯化钠0.12180.9845 碳酸钙0.64715.231 植物油0.24782.003 配水量48.92395.4 总56.70458.3 培培 养养 基基 黄豆饼粉 1.9031.903m3 /d 淀粉 4.4.856m3 /d 氯化钠 0.120.1218m3 /d 碳酸钙 0.64710.6471 m3 /d 植物油 0.24780.2478m3/d 配料水 48.9248.92m3 /d 发酵罐 85.5385.53 m3/d二级种子液 11.34 m3/d 培养基 56.70m3/d 蒸汽带入水量 11.34 m3/d 全料量 3.96 m3/d 稀料量 2.10 m3/d 液氨 0.09 m3/d 发酵液 72.70 m3/d 液体损失率为 15% 12.83 m3/d 11 3.2.2 中罐的物料衡算： 设发酵开始的培养基体积为 V，蒸汽带入的水量按 20%计， 由体积衡算： (V20%+V20%+V)(1-15%)= V 二级种子液 二级种子液 V 二级种子液 二级种子液(1-15%)= V二级种子液二级种子液=11.34m3/d V 二级种子液 二级种子液=11.34/0.85=13.34 得培养基体积 V 为 11.21 m3 则加入的一级种子液： 11.2120%=2.242 m3/d 蒸汽带入水量： 11.2120%=2.242 m3/d 液体损失 15% 13.340.15=2.001m3/d 接种损失 15% 2.242/(1-15%)-2.242=0.3956 m3/d 总损失量=液体损失+接种损失 2.001+0.3956=2.397m3/d 因此，每天所需培养基组成的量如下： 黄豆饼粉： 11.212.5%=0.2802m3/d 淀粉： 11.212.5%=0.2802m3/d 氯化钠： 11.210.36%=0.04036 m3/d 碳酸钙： 11.210.4%=0.04484 m3/d 12 磷酸二氢钾： 11.210.003%=0.0003363 m3/d 磷酸二氢钾：磷酸二氢钾： 11.210.003%=0.0003363 m3/d 植物油： 11.212.67%=0.2993 m3/d 配料水： 11.21-0.2802-0.2802-0.04036-0.04484-0.0003363-0.0003363-0.2993=10.26 m3/d 表表 3 二级发酵物料衡算表（周期为二级发酵物料衡算表（周期为 48h 即即 2d） 进入发酵罐的量离开发酵罐的量 项目 体积 （m3/d) 体积（m3/周 期) 项目 体积 （m3/d) 体积（m3/周 期) 一级种子 液 2.2424.484 二级种子 液 13.3426.68 带入水量2.2424.484损失2.3974.794 培养基11.2122.42 总量15.6931.38总量15.6931.38 表表 4 二级发酵培养基的组成二级发酵培养基的组成 项目体积（m3/d)体积（m3/周期） 黄豆饼粉0.28020.5604 淀粉0.28020.5604 氯化钠0.040360.08072 碳酸钙0.044840.08968 植物油0.29930.5986 配水量10.2620.52 磷酸二氢钾0.00033630.0006726 13 磷酸氢二钾0.00033630.0006726 总11.2122.42 黄豆饼粉 0.2802 m3 /d 氯化钠 0.04036 m3 /d 碳酸钙 0.04484 m3 /d 植物油 0.2993 m3/d 配料水 10.26m3 /d 磷酸二氢钾 0.0003363m3 /d 磷酸氢二钾 0.0003363m3 /d 培培 养养 基基 3.2.3 小罐的物料衡算： 设发酵开始的培养基体积为 V，蒸汽带入的水量按 20%，斜面孢子体积忽略不 计，由体积衡算： (V20%+V)(1-15%)= V一级种子液 一级种子液 V一级种子液 一级种子液(1-15%)= V一级种子液一级种子液=2.242m3/d 得培养基体积 V 为 2.586 m3/d 则 蒸汽带入水量: 2.58620%=0.5172m3/d 发酵罐 15.6915.69m3/d 一级种子液 2.242 m3/d 培养基 11.21 m3/d 蒸汽带入水量 2.242 m3/d 二级种子液 13.34 m3/d 液体损失 15% 2.001m3/d 接种损失 15% 0.3956 m3/d 14 液体损失 15% 2.6380.15=0.3956m3/d 接种损失 15% 2.58620%15%=0.07758 m3/d 总损失量=液体损失+接种损失 0.3956+0.07758=0.4673m3/d 因此，每天所需培养基组成的量如下： 黄豆饼粉： 2.5863%=0.07758 m3/d 淀粉： 2.5862.5%=0.06465 m3/d 氯化钠： 2.5860.4%=0.01034m3/d 碳酸钙： 2.5860.6%=0.01552 m3/d 磷酸二氢钾： 2.5860.005%=0.0001293 m3/d 磷酸氢二钾： 2.5860.005%=0.0001293m3/d 植物油： 2.5864%=0.1034 m3/d 配料水： 2.586-0.07758-0.06465-0.01034-0.01552-0.0001293-0.0001293-0.1034=2.314 m3/d 表表 5 一级发酵物料衡算表（周期一级发酵物料衡算表（周期 38/24=1.58d） 进入发酵罐的量离开发酵罐的量 项目 体积 （m3/d) 体积（m3/周 期) 项目 体积 （m3/d) 体积（m3/周 期) 15 培养基2.5864.086 一级种子 液 2.6384.168 带入水量0.51720.8172损失0.46730.7383 总量3.1034.903总量3.1034.903 表表 6 一级培养基的组成（周期一级培养基的组成（周期 38/24=1.58d） 项目体积（m3/d)体积（m3/周期） 黄豆饼粉0.077580.1226 淀粉0.064650.1021 氯化钠0.010340.01634 碳酸钙0.015520.02452 植物油0.10340.1634 配水量2.3143.656 磷酸二氢钾0.00012930.0002043 磷酸氢二钾0.00012930.0002043 总2.5864.086 发酵罐 3.103 m3/d 斜面孢子 培养基 2.586 m3/d 蒸汽带入水量 0.5172 m3/d 一级种子液 2.638 m3/d 液体损失 15% 0.3956m3/d 接种损失 15% 0.07758 m3/d 总损失=0.39+0.07=0.4673 16 黄豆饼粉 0.07758 m3 /d 淀粉 0.06465 m3 /d 氯化钠 0.01034 m3 /d 碳酸钙 0.01552 m3 /d 植物油 0.1034 m3/d 配料水 2.314m3 /d 磷酸二氢钾 0.0001293m3 /d 磷酸氢二钾 0.0001293m3 /d 培培 养养 基基 3.3 酸化稀释过滤工序物料衡算： 发酵液效价：35000u/ml 滤液效价：11000u/ml 由效价守恒得滤液的体积：72.70106350001.16/11000106=268.33 m3 滤液：268.331031.02=273.70t 每天/ t 草酸：72.701032.3%10-3= 1.67 黄血盐：72.701030.75%10-3= 0.545 硫酸锌：72.701030.18%10-3= 0.13 水：72.702.3= 167.21 发酵液：72.701031.58= 114.87 总： 284.43 表 3-3 酸化稀释过滤工艺物料衡算表 酸化过滤前酸化过滤后 项目质量 （t/d） 质量(t/周期)项目质量 （t/d） 质量(t/周期)） 草酸 1.6713.50 滤液 273.702212.41 黄血盐 0.5454.41 菌丝 10.7386.73 硫酸锌 0.131.05 水 167.211351.61 发酵液 114.87928.53 17 总量 284.432299.14 总量 284.432299.14 酸酸 化化 稀稀 释释 过过 滤滤 草 酸 1.67 t/d 黄血盐 0.545 t/d 硫酸锌 0.13 t/d 水 167.21t/d 发酵液 114.87t/d 菌丝 10.73t/d 滤液 273.70 t 3.4 脱色结晶工序物料衡算： 母液效价：1370u/ml 氨水加量：12% 由效价守恒得母液体积： 72.701063500099.24%116%（1-86%）/1370106=299.33 m3 氨水：273.7012%=32.84t 湿晶体：3.53t/d 母液：273.70+32.84-3.53=303.01t/d 表 3-2 脱色提取工序物料衡算表 脱色提取前脱后色提取 项目质量 （t/d） 质量(t/周期)项目质量 （t/d） 质量(t/周期) 滤液 273.702212.41 母液 303.012449.33 氨水 32.84265.46 湿晶体 3.5328.54 总量 306.5422477.87 总量 306.542477.87 脱色提取脱色提取 滤 液 273.70t/d 氨 水 32.84t/d 母 液 303.01t/d 湿晶体 3.53t/d 18 3.5 干燥工序物料衡算： 干晶体重：800（1-1.5% ）=788 t/a 湿晶含水量：W1=30%/(1-30%) =0.43 干晶含水量：W2=1.5%/(1-1.5%) =0.02 应除去的水分：788（0.43-0.02）=323.08 t/a 湿晶体的量：788+323.08 =1111.08 t/a 表 3-1 干燥工序物料衡算表 干燥前干燥后 项目质量 t/a质量 t/d项目质量 t/a质量 t/d 湿晶体的量1111.08 3.53 干晶体的量 7882.51 除去的水分 323.081.02 总量1111.08 3.53 总量1111.08 3.53 湿晶体 3.53t/d 干干 燥燥 干晶体 2.51t/d 水分 1.02t/d 第四章第四章 设备选型设备选型 4.1 三级发酵罐 发酵罐的选型 选用机械涡轮搅拌通风发酵罐。 生产能力、数量和容积的确定 发酵罐容积的确定： 选用 200m3罐，全容积为 230m3 生产能力的计算： 选用公称容积为 200 m3的发酵罐，装料系数为 0.7,那么该罐生产土霉素的能力 为: 2000.7=140 (m3) 由前面的物料衡算中，已知年产 800 吨土霉素的工厂,日产 72.70 m3的土霉素。 19 发酵的操作时间需要 194h(其中发酵时间 184h),这样生产需要的发酵罐应为： N=72.70/140194/24=4.20 （罐） 取整后需 5 台 每日投（放）罐次为： 72.70/140=0.52 (罐) 设备容积的计算： 由前面的物料衡算中，已知年产 800 吨土霉素的工厂,日产 72.70 m3的土霉 素，每天的发酵液的量：V0=72.70 (m3/d) 所需设备总容积： V=72.70194/(240.7)= 839.51(m3) 查表公称容积为 200 m3的发酵罐，总容积为 230m3。 则 5 台发酵罐的总容积为： 2305=1150 m3839.51 m3,可满足需要 主要尺寸 公称容 积 VN(m3 ) 罐内径 D(mm ） 圆筒高 H0(mm) 封头 高 h0(m m) 罐体总 高 H(mm) 不计 上封 头容 积(m3) 全容 积(m3) 搅拌 器直 径 D(mm ) 搅拌 转速 n(r/mi n) 电动机 功率 N(kW) 2005000100001300126002232301700150230 搅拌轴功率（见上表） 4.2 二级种子罐 选型 : 选择机械搅拌通风发酵罐 容积和数量的确定 由前面的物料衡算中，已知年产 800 吨土霉素的工厂,日产 11.34 m3 的二级种子液。 20 所以选用公称容积为 50 m3 的二级种子罐，装料系数为 0.7,那么该罐生产的能 力为: 500.7=35(m3) 发酵的操作时间需要 48(其中发酵时间 44h),这样生产需要的二级种子罐应为： N=11.34/3548/24=0.648（罐） 取整后需 1 台 每日投（放）罐次为： 11.34/35=0.324 (罐) 设备容积的计算： 由前面的物料衡算中，已知年产 800 吨土霉素的工厂,日产 11.34m3 的二级 种子液，每天的种子液的量：V0=11.34(m3/d) 所需设备总容积： V=11.3448/(240.7)= 32.40(m3) 查表公称容积为 50 m3 的发酵罐，总容积为 55.2m3。 则 1 台二级种子罐的总容积为： 55.2m332.4m3,可满足需要 4.3 一级种子罐: 选型 : 选择机械搅拌通风发酵罐 容积和数量的确定 由前面的物料衡算中，已知年产 800 吨土霉素的工厂,日产 2.242 m3 的一级种子液。 所以选用公称容积为 5m3 的二一级种子罐，装料系数为 0.7,那么该罐生产的能 力为: 50.7=3.5(m3) 发酵的操作时间需要 38(其中发酵时间 35h),这样生产需要的二级种子罐应为： N=2.242/3.538/24=1.014（罐） 取整后需 2 台 21 每日投（放）罐次为： 2.242/3.5=0.640 (罐) 设备容积的计算： 由前面的物料衡算中，已知年产 800 吨土霉素的工厂,日产 2.242m3 的二级种子 液，每天的种子液的量：V0=2.242(m3/d) 所需设备总容积： V=2.24238/(240.7)= 5.07(m3) 查表公称容积为 5m3 的发酵罐，总容积为 6.27m3。 则 2 台二级种子罐的总容积为： 6.272=12.54m35.07m3,可满足需要 44 通氨罐: 每罐三级发酵需要 0.09m3 的液氨，且有 5 个发酵罐均连续操作，考虑装料系数 为 0.7，0.09*5/0.7=0.64m3，故选取公称容积为 1m3 的罐一个。 4.5 全料罐: 每罐三级发酵需要 32m3 的全料，且有 5 个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为 0.7，32*5/0.7=228.57 m3 故选用公称容积为 50m3 的储罐，故选取 5 个全料罐。 4.6 稀料罐: 每个三级发酵罐需要 17m3 的稀料，且有 5 个发酵罐均连续操作，考虑装料系数 为 0.7，17*5/0.7=121.43 m3，故选取公称容积为 50 m3 的储罐 3 个。 4.7 储酸罐 每天产生发酵液共 72.70m3/d，酸化工程中加入草酸 1.67 t/d，二水合草酸密度 为 1.653kg/L，则可推算出体积为 1.01m3，考虑装料系数为 0.7，实际体积为 1.43m3，则选择公称容积为 2.5m3 的储液罐即可满足生产要求。酸化稀释共需 4 小时，属间歇操作，因此一个罐可以满足 6 大罐的需要，即每天工作 4 小时 4.8 酸化罐: 酸化罐中包含原料发酵液和加入的酸液，总体为 72.70m3，考虑到装料系数为 0.7，则实际需要的罐体积为 103.85m3，因此，选用 2 个公称容积为 50m3 的酸 22 化罐即可满足生产要求。 4.9 稀释罐: 在稀释的过程中加入两倍体积的水，使得酸化液的体积变为 218.1m3，考虑装 料系数为 0.7，则实际需要的罐体积为 311.6m3，因此，选取公称容积为 75m3 的罐 5 个，可满足每天生产一批的要求。 4.10 板框过滤机板框过滤机; 处理液密度=32.84t/218.1m3=0.150t/m3，处理时间取 30min，板框压滤机处理能 力： ，)/( 2.436 60*30 1.218*36003600 3 hm T V Q M=436.2*0.150=65.43t 因此选用如下设备，因考虑到两级脱色，故选 2 台： 型号型号过滤面积过滤面积 /m2 滤板数量滤板数量 /pcs 滤框面滤框面 积积/m2 最大工作最大工作 压力压力 /MPa 处理能力处理能力/t质量质量/t Larox-PF 96 9616961.67073 4.11 脱色罐脱色罐: 脱色保留时间 30-50 分钟，取 40min，液通过树脂罐的线速度控制在 0.001- 0.002m/s，取 0.0015m/s，则物料在罐内停留的距离即 0.0015*40*60=3.6m，考 虑装料系数 0.7，则 3.6/0.7=5.14m，因此选取罐体高度超过 5.14m 的罐即可。 因此，选取公称容积 50m3的储液罐,其罐内部圆筒高度为 6m。 液氨储罐 加入的液氨体积为 35.04 m3，考虑装料系数为 0.7，实际需要体积为 50.06m3， 则选用公称容积为 50m3的储液罐即可满足要求，结晶时间为 8 小时，属间歇操 作，则每天只一次，因此只需 1 个罐。 4.12 结晶罐结晶罐: 采用三级连续结晶，设三级罐的总体积为 V V/(V 处理量/24)8 23 V 处理量 291.97 m3，则 V97.32 m3 为了晶核的形成和形成晶体的饱满，三级罐应依次由小到大 则分别选择 公称容积为 5m3 10m3 100m3的三个罐串联即可满足要求。 4.13 干燥器干燥器: 每天生产湿晶体重量 3.53t，干晶体重量 2.51t，则须除去水分 1.02t，每小时处 理量为 1.02/24=42.5kg，因此选用蒸发水分为 50kg/h 的脉冲旋风式气流干燥器， 具体参数见下表 型号型号蒸发水分蒸发水分/(kg/h)装机功率装机功率/kw占地面积占地面积/m2高度高度/m XQG50507178 4.14 车间设备一览表车间设备一览表 设备名称设备名称所属车间所属车间数量数量型号型号 一级种子罐一级种子罐发酵车间7公称容积 5m3 1500 二级种子罐二级种子罐发酵车间5公称容积 50m3 3100 三级发酵罐三级发酵罐发酵车间3公称容积 200m3 4600 通氨罐通氨罐发酵车间1公称容积 1m3 900 补料罐补料罐(全料罐全料罐)发酵车间4公称容积 50 m3 3100 补料罐补料罐(稀料罐稀料罐)发酵车间2公称容积 50 m3 3100 酸化反应罐酸化反应罐酸化过滤车 间 1公称容积 50 m3 3100 酸化储罐酸化储罐酸化过滤车 间 1公称容积 2.5m3 1200 稀释罐稀释罐酸化过滤车 间 3公称容积 75 m3 3200 板框过滤机板框过滤机酸化过滤车 间 2Larox-PF 96 过滤面积 96m2 脱色罐脱色罐脱色结晶车 间 1公称容积 50 m3 3400 1 5 2 1 5 3 2 1 5 2 1 24 液氨储罐液氨储罐脱色结晶车 间 1公称容积 50 m3 3400 结晶罐结晶罐脱色结晶车 间 3公称容积分别为 5m3、10m3、100m3 旋风干燥器旋风干燥器干燥车间1XQG50，蒸发水分 50kg/h 第五章：管道设计 5.1 发酵罐(三级罐)的接管设计: 冷却面积的计算： 按发酵生成热高峰、一年中最热的半个月的气温、冷却水可能到最高温的条件 下，设计冷却面积。取 qmax=4.186000 KJ/( m3 h) 采用竖式列管式换热器，取经验值 K=4.18500 KJ/( m3 h) tm=（t1-t2）/(lnt1/t2)=(12-5)/(ln12/5)=8 () 每天装 0.52 罐，每罐实际装液量为: 72.70/0.52=139.81 (m3) 换热面积:F=4.186000139.81/(4.185008)=209.71 (m3) 设备结构的工艺设计 1).空气分布器：单管通风 2).挡板：不设挡板 3).密封方式：机械密封 4).冷却管布置 a) 最高热负荷下的耗水量： W=4.186000139.81/(4.18（27-20） ） =1.196105 （kg/h）=33.29(kg/s) 则冷却水体积流量为 W=0.03329m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为 v=1m/s,冷 却管总截面积: S总=0.03329/1=0.03329 (m2) 进水总管直径 d总 2= S 总/0.785,解出 d总=0.2059 （m） 1 3 1 25 b) 冷却管组数和管径 设冷却管径为 d0，组数为 n 则：S总=0.7850 nd02，根据本罐情况，取 n=8，求 出管径： d0=0.073 （m） 查表取 893.5 无缝钢管，d内=82mm，d内d0，可满足要求，d平均=86 mm。 取竖蛇管端部 U 型弯管曲率半径为 250 mm，则两直管距离为 500 mm， 两端弯管总长度：l0=D=3.14500=1570 mm c) 冷却管总长度 L 计算 已知冷却总面积 F=209.71m2，无缝钢管 893.5 每米冷却面积为： F0=3.140.0861=0.2700（m2） 则冷却管总长度： L=209.71/0.27=776.7（m） 冷却管体积：V=0.7850.0862776.7=4.51(m3) d) 每组管长 L0和管组高度 每组管长:L0= L/n=776.7/8=97.08 (m) 另需连接管 8m：L实际=L+8=784.7（m） 可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头 250mm。设发酵罐内 附件占体积为 0.5 m3，则： V总=V液+V管+V附件=（784.7/8）+4.49+0.5=103.1 (m3) 筒体部分液深：（V总-V封）/S截=（103.1-17）/(0.78552)=4.387(m) 竖直蛇管总高:H管=4.387+0.5=4.887（m） 又两端弯管总长： l0=1570 mm，两端弯管总高为 500mm 则直管部分高度： h=H管-500=5190 （mm） 则一圈管长：l=2h+ l0=25190+1570=11950(mm) e) 每组管子圈数 n0 n0= L0/l=97.08/11.95=8.124 (圈) 管间距为：2.5d外=2.50.089=0.23 (m) 竖蛇管与罐壁的最小距离为 0.2m，可算出与搅拌器的距离为 0.23m0.2m，在允 许范围内。 作图表明，各组冷却管相互无影响。如发现无法排下这么多冷却管，可考虑增 大管径，或增加冷却管组数 26 f) 校核冷却管传热面积 F实=d平均L实际=3.140.086784.7=211.9 （m2） F实F，可满足要求。 设备材料的选择： 优先考虑满足工艺要求，其次是经济性。本设计选 A3钢，以降低设备费用。 接管设计： a) 接管长度 h 设计 管直径的大小和有无保温层，一般取 100200mm。 b) 接管直径的确定 按排料管（也是通风管）为例计算其管径。发酵罐装料 140m3，2h 之内排空， 物料体积流量：Q=140/3600/2=0.02 (m3/s) 发酵液流速取 v=1m/s 排料管截面积：S料=Q/v=0.02/1=0.02 (m2) 管径 d：d2= S料/0.785,解出 d=0.16 （m）=160 mm 取无缝钢管 21925，其内径 169mm160mm，适用。 按通风管计算，通风比 2vvm(0.1MPa，20) 通风量：Q=1402=280(m3/min)=4.7（m3/s） 折算到工作状态(0.35MPa，30)下的风量： Qf=4.70.1（273+30）/(0.35(273+20)=1.4（m3/s） 取风速：v=25 m/s 则通风管截面积： Sf= Qf/v=1.4/25=0.056 (m2) 则通风管径：df2=Sf/0.785,解出 df=0.27 （m） 因通风管也是排料管，故取 21925 无缝钢管。 排料时间复核 ：物料流量 Q=0.02 m3/s，流速 v=1m/s， 管道截面积：S=0.7850.1692=0.022(m2) 相应流量比：P=Q/Sv=0.02/(0.0221)=0.9 倍 排料时间：t=20.9=1.8（h） 支座选择：裙式支座 5.2 酸化设备的流体输送：酸化设备的流体输送： 27 酸化液进料管即采用发酵液的排空管不锈钢焊接钢管 1335。 酸化液排出的体积近似认为与发酵液相等，即 72.70m3，酸化罐装料 102m3，发 酵液体积 72.70m3，2h 之内排空，物料体积流量 smQ/10*09.10 23600 70.72 33 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 23 3 料 10*09.10 1 10*09.10 m v Q S 管径m S d11.0 785.0 10*09.10 785.0 3 料 取不锈钢焊接钢管 1335，其内径 123mm110mm，适用。 5.3 稀释设备的流体输送稀释设备的流体输送 稀释罐进料管即采用酸化罐的排空管不锈钢焊接钢管 1335 稀释液的体积为 218.1m3，采用三个酸化罐，即每个罐内液体的体积为 72.70 m3，装料 102m3，2h 之内排空，物料体积流量 smQ/10*09.1 23600 70.72 32 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 22 2 料 10*09.1 1 10*09.1 m v Q S 管径m S d11.0 785.0 10*09.1 785.0 2 料 取不锈钢焊接钢管 1335，其内径 123mm110mm，适用。 5.4 板框过滤设备的输送板框过滤设备的输送: 进入板框过滤机的管道与稀释液流出的管道相同，不锈钢焊接钢管 1335。 经板框过滤后，由滤液效价可知体积为 268.91m3，处理时间 30min 物料体积流量 smQ/15 . 0 5 . 03600 268.91 3 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 28 2 15 . 0 1 15 . 0 m v Q S 料 管径 m S d438. 0 785 . 0 15. 0 785 . 0 料 故选用不锈钢焊接钢管取 4505，其内径 440mm438mm。 5.5 脱色工段的流体输送脱色工段的流体输送: 进入脱色罐的管道与板框过滤流出的管道相同，不锈钢焊接钢管 4505。 流出脱色罐的管道 V=291.97m3，操作时间为 40min， 物料体积流量 smQ/12 . 0 )60/40(3600 291.97 3 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 2 12 . 0 1 12 . 0 m v Q S 料 管径 m S d39. 0 785 . 0 12. 0 785. 0 料 故选用不锈钢焊接钢管取 4505，其内径 440mm390mm。 5.6 结晶过程的流体输送结晶过程的流体输送 液氨的输送 需要加入的液氨体积为 35.04m3，结晶的停留时间为 8 小时，物料体积流量 smQ/10*2 . 1 83600 04.35 33 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 23 3 10*2 . 1 1 10*2 . 1 m v Q S 料 管径 m S d039 . 0 785 . 0 10*2 . 1 785 . 0 3 料 取不锈钢焊接钢管 452.5，其内径 40mm39mm，适用 结晶罐之间的流体输送 结晶总处理体积为 291.97 m3，结晶的停留时间为 8 小时，物料体积流量 29 smQ/01 . 0 83600 291.97 3 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 2 01 . 0 1 01. 0 m v Q S 料 管径 m S d113. 0 785 . 0 01. 0 785 . 0 料 取不锈钢焊接钢管 1335，其内径 123mm113mm，适用。 干燥条件 混合气体由 45oC 加热到 150oC，喷雾干燥器进口温度 150 oC，喷雾干燥 器出口温度 110 oC，物料出口温