土霉素脱色、结晶、干燥工段毕业设计.doc

学校代码： 10128学 号： 200820515031 本科毕业设计说明书（题 目：800t/a土霉素脱色、结晶（间歇）、干燥工段工艺设计学生姓名：赵东辉学 院：化工学院系 别：化学工程系专 业：制药工程班 级：制药08-1班指导教师：竺宁 讲师二 零 一 二 年 六 月 内蒙古工业大学本科生毕业设计说明书摘 要土霉素又称为地霉素或氧四环素，英文名称 Terramycin (Oxytetracycline)。属于抗菌素的一种，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染胃肠道感染斑疹伤寒恙虫病等，现今主要用于畜禽药及饲料添加剂。土霉素是一个典型的利用生物工程技术生产的产品，生产工艺涉及种子培养、发酵、提取、过滤、脱色、结晶、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念，通过对赤峰制药（集团)有限责任公司土霉素的生产工艺的实习，可以提高理论联系实际与综合应用所学知识的能力。经过对土霉素生产中的各个工段进行学习，了解到生产过程所需的设备以及应该掌握的单元操作。本文对土霉素生产的酸化工段进行的重点研究和介绍，通过物料守恒、热量守恒计算，编写了实习论文并绘制物料流程图，厂房平立面图，PID图以及设备一览表。关键词：生产工艺；物料流程；提炼 AbstractStrain called again with oxygen or minocycline, English name Terramycin (Oxytetracycline). Belongs to a kind of antibiotics, to DuoZhong aureus and bacillus possess antimicrobial function, and amebic conditioned to rickettsia also have inhibition, used to treat the upper respiratory tract infection, gastrointestinal tract infection, typhus, worm disease now look, mainly used for livestock and poultry medicine and feed additives. Oxytetracycline base is a typical using biological engineering technology the production of products, production process involving seed cultivation, fermentation, extraction, filtering, decoloring, crystallization, centrifugal and dry, and other important unit operation and the engineering concept, through to chifeng pharmaceutical (group) Co., LTD. Was the production technology of practice can improve the theory with practice and integrated application of knowledge ability. After each section of the production of strain to learn, understand all the equipment needed to the production process and should control unit operation. In this paper, the production was the acidification of the section of key research and introduces, through the material conservation, heat conservation calculation, write practice and drew the material flow chart paper, the factory workshop flat elevation, PID diagram and equipment list. Key words: process; Material process; refining 目 录引言 本设计为年产800t/a土霉素生产车间提炼工段工艺设计。通过查阅资料，大量的计算，设计出一条满足市场需求，满足客户需求，经济适用的工艺路线。土霉素属四环素类抗生素，为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对本品敏感。肠球菌属对其耐药。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、耶尔森菌等对本品亦较敏感。多年来由于土霉素和四环素类的广泛应用,临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，包括葡萄球菌等革兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。本品与四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。本品作用机制为药物能特异性与细菌核糖体30S亚基的A位置结合，抑制肽链的增长和影响细菌蛋白质的合成。 土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国被广泛运用，现如今主要生产企业主要是赤峰制药、石家庄华署制药、山西星火制药等，产量约占世界的25%，随着产量不断下降，土霉素出口价格也随之降低。在国内市场，土霉素除了作为上产强力霉素的原料外，主要用于禽兽药物以及饲料添加剂、临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高无菌土霉素。我国生产的土霉素大多为抵挡产品，因此对土霉素工艺的研究与创新凸显重要。第一章 土霉素 本文为年产800t/a土霉素生产车间提炼工段工艺设计，所以对土霉素以及生产工艺进行介绍，以便了解本文的内容。 1.1土霉素概述 土霉素：是抗生素类药物，具有广谱抗菌作用，主要用于立克次体病支原体肺炎，衣原体感染。土霉素 是通过生物合成得到的广谱抗生素，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122-2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。 中文名： 土霉素 英文名： Oxytetracycline 化学名： (4s,4R，5S，5R，6S，12S）N-4-二甲胺基-1，4，4，5，5，6,11，12-八氢，5，6，12，12- 六羟基-6-甲基-1，11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。 分子式： C22H24N2O9 分子量： 460.0 理化性质： 土霉素是由龟裂链丝菌产生的，属于放线菌中的链霉菌属，它们具有发育 良好的菌丝体，菌丝体分支，无隔膜，直径约0.41.0米，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝再形成分生孢子。而龟裂链丝菌的菌落灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。菌丝成树枝分支，白色，孢子灰白色，柱形。淡黄色的结晶性或无定形粉末，无臭；在日光下颜色变暗，在碱性溶液中破坏失效。在乙醇中微溶,在水中极微溶解，在稀酸和稀碱中溶解。土霉素是四环类抗生素，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。其结构和命名如图。土霉素是由龟裂链丝菌产生的，属于放线菌中的链霉菌属，他们具有发育零号的菌丝体，菌丝体分枝捂隔膜，直径约为0.41.0米，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝分化成为分生孢子，而龟裂链丝菌的菌落为灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。土霉素是典型的次级代谢产物，其发酵的特点之一就是分批过程分为菌体的生长期、产物期和菌体期三个阶段。龟裂链丝菌的生长和土霉素的生物合成受到许多发酵条件的影响：温度、发酵PH值、溶氧、接种量、泡沫等。同时还受到一些代谢调控机制的控制，磷酸盐的的调节作用、ATP的调节和产生菌生长速率的调节等。1.2土霉素作用机理本品为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体、阿米巴原虫和某些疟原虫也对本品敏感。肠球菌属对其耐药。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、耶尔森菌等对本品敏感。 本品对淋球菌和脑膜炎球菌具一定抗菌活性，但耐青霉素的淋球菌对土霉素也耐药。多年来由于四环素类的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素耐药现象严重，包括葡萄球菌等革兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。第二章 土霉素的生产工艺简介2.1生产工艺流程图 生产工艺流程图沙土孢子斜面孢子一级种子罐发酵液三级种子罐二级种子罐酸化液滤液脱色液土霉素干品土霉素湿品结晶液孢子培养孢子培养扩大种子培养发酵过滤脱色离心干燥2.2工艺流程介绍2.2.1发酵，土霉素的生产目前主要采用龟裂霉菌发酵产生。沙土管中或冷冻干燥管中保藏的种子首先经过实验室种子制备阶段获得一定数量和质量和孢子,然后经过生产车间种子制备阶段的一级种子罐和二级种子罐逐级扩大培养使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，最后将二级种子罐中的菌液接种到三级发酵罐中进行微生物发酵。种子的制备时需要注意培养基的产地、品种、培养的温度等条件对种子质量的影响。2.2.2酸化和过滤，土霉素能和钙、镁等金属离子，某些季胺盐、碱等形成复合物沉淀。在发酵过程中，这些复合物积聚在菌丝中，在液体中的浓度不高。发酵结束后，土霉素大部分沉积在菌丝中，发酵液中很少。因此，应对土霉素发酵液进行酸化等处理，酸化将破坏细菌细胞壁结构，使菌丝中的单位释放出来，以保证产品收率和质量。过滤工艺采用板框过滤机过滤。滤布可以去除一些杂质。正批液经过板框过滤机后直接进入正批液储罐。为了提高过滤机中土霉素的利用率，采用三级过滤和顶洗的方法。2.2.3结晶，过滤所得的土霉素液含色素高，结晶产品质量差，因此，需要脱色。脱色设备主要是树脂罐，每组有主罐、副罐、再生罐。脱色液到达结晶罐后，经过加碱化剂来调节适当的PH，从而进行结晶。通常用的碱化剂是氨水和亚硫酸钠。结晶的设备采用的是结晶罐串联的方式，通过连续结晶以提高产率。2.2.4离心喝干燥，湿品甩干约40-60分钟，进行干燥。第三章 物料横算年产900t/a土霉素生产车间脱色、结晶（间歇）、干燥工段工艺设计（年工作日300天）已知：土霉素分子量为4460.58 ，年生产天数300天，土霉素密度1.71，故每天生产土霉素的量3.1干燥工段干燥湿品水干品损失已知：干品含水量为6%，湿品含水量为25%，损失率为2%。已知干品的量为，表3-1 干燥工段物料衡算表干燥前（kg）干燥后（kg）湿品3836.73干品3000水分760损失76.73总计3836.73总计3836.733.2结晶、分离工段结晶碱化剂脱色液离心母液湿品损失已知：土霉素折干效价 脱色液结晶分离时损失1% ，离心母液效价假设为，母液的密度为，碱化剂的密度为 ，脱后液的密度为，。则由质量守恒得： （1） （2）将数据代入（1）（2）整理得：， 表3-2 结晶、分离工段物料衡算表进料出料质量（kg）质量/kg脱后液259624.46母液256547.62碱化剂3398.17损失液2596.24湿品3836.73总计263022.63总计262980.593.3 脱色工段脱色脱色液滤液损失已知：滤液密度为，脱色液的密度，脱色液体积损失为1%，脱后液的效价损失为4%。由质量守恒得：代入数据得： 由质量守恒得： 代入数据得：在1100015000之间，符合要求。表3-3 脱色工段物料衡算表进料出料质量（kg）质量（kg）滤液262246.93脱后液259624.46损失液2622.47总计262246.93总计262246.933.4过滤工段过滤滤液净化液滤渣损失高单位已知： 滤渣效价 滤液效价，假设高单位顶洗液效价。故： （1） （2） （3） （4） （5） 联立（1）（2）（3）（4）（5），代入数据得：， ， ，由效价守恒得：代入数据得：，在1750018000之间，符合要求。表3-4 过滤工段物料衡算表进料出料体积（L）体积（L）净化液133694.51滤液254608.47高单位顶洗液101843.47滤渣7638.26草酸水26708.95总计262246.93总计262246.933.5 酸化工段酸化酸化液发酵液净化液草酸盐酸稀释液损失已知：酸化液效价取，稀释液效价，净化液的体积为，假设损失率为2%，黄血盐0.5%（w/v%）,硫酸锌0.3%（w/v%），盐酸加入量为0.85%（v/v%），草酸加入量为2%（w/v%）。由质量守恒得： （1） （2）联立（1）（2）代入数据得： ， ， 由质量守恒得： （3） （4）联立（3）（4）代入数据得： ，在3400038000之间，符合要求。表3-5 酸化工段物料衡算表进料出料发酵液64422.68L黄血盐324.85kg净化液133694.51L盐酸547.60L硫酸锌194.91kg损失液2728.46L草酸1288.45kg稀释液71452.70L3.6 酸化工段3.6.1三级发酵三级发酵罐培养基发酵液损失10%来自二级种子罐补料已知：接种量为12%, 补料5:9补料进料比（v/v，）假设损失为10%，发酵液体积为，通气比为1:0.8（每小时）。则 （1） （2） （3）联立（1）（2）（3）代入数据得： 表3-6 三级发酵物料衡算表进料出料体积（L）体积（L）培养基42316.53发酵液64422.68补料23509.187158.08二级种液5770.44总计71596.1571580.76三级培养基成分表：含量（w/v%）质量(kg)淀粉83385.32豆饼粉2.91227.18酵母粉0.4169.27（NH4）2SO41.1465.48NaCl0.284.63CaCO30.6253.89KH2PO40.0312.69豆油15/3600017.63水86.7736718.05CoCl20.00471.99-淀粉酶0.000250.106总计10042336.236补料成分表含量（w/v%）质量(kg)淀粉51175.46豆饼粉0.247.02NaCl0.024.70CaCO30.0614.11KH2PO40.09522.33水94.489 22213.59酶0.13631.97总计10023509.183.6.2二级发酵二级发酵罐培养基放罐后进三级种子罐损失10%来自一级种子罐已知：接种量为8%, 补料5:9补料进料比（v/v，）假设损失为10%，发酵液体积为，通气比为1:0.8（每小时）。 （1） （2） 联立（1）（2）代入数据得： 表3-6二级发酵物料衡算表进料（L）出料（L）培养基5898.67二级种液5770.44一级种液512.93损失641.16总计6411.60总计6411.60二级培养基成分表含量（w/v%）质量(kg)淀粉5294.93糊精0.635.39豆饼粉2.5147.47酵母粉0.635.39（NH4）2SO40.847.19NaCl0.423.59CaCO30.7544.24KH2PO40.031.77豆油8/55008.58水89.328.58CoCl20.00185268.69总计1005907.353.6.3一级发酵一级发酵罐培养基放罐后进二级种子罐损失10%接种已知：损失量为10% 接种量为3个茄子瓶，通气比为1:0.8（每小时）。 （1） （2） 联立（1）（2）代入数据得： 表3-6一级发酵物料衡算表进料（L）出料（L）培养基569.92一级种液512.93损失56.97总计569.92总计569.90培养基成分表含量（w/v%）质量(kg)淀粉1.58.55糊精1.58.55豆饼粉0.52.85酵母粉0.754.27（NH4）2SO40.52.85NaCl0.52.85CaCO30.42.28KH2PO40.030.17豆油1/6000.95水94.32537.55总计100570.87第四章.设备选型4.1 三级发酵罐的选型4.1.罐子个数的确定1、已知：日处理料液：Vd3=71.60 m3，土霉素的发酵周期为167h,罐体填充系数选取=0.70，操作周期3=172h。则每天所需三级发酵罐的全容积:V= Vd3/=71.60/0.70=102.29 m3查发酵工厂工艺设计表6-2可知，选择公称容积为50m3、全容积55.2 m3、罐内径3100、圆柱高6200、电机功率55kW的发酵罐。根据N=Vd/24Va （4-1）其中: N设备的个数 Va设备的名义容积（m3） 设备的每一个操作周期Vd昼夜被加工的原料或半成品的容量（m3）得：N=17271.60/(240.7055.2)=13.28，取N3=14，取15个罐,其中一个备用 。 4.1.2设备主要尺寸计算已知：D=3100mm，查发酵工厂工艺设计附录一表15，可知H封= ha+ hb=800+50=850mm核算全容积V全则有 V全=0.785D2D+2(/24) D+0.785D0.052 =0.7853.16.2+2/243.1+0.7853.10.052 =55.32 V全V全 , 可满足设计要求4.1.3筒体壁厚 S=D(mPL/2.6ED)0.4C （4-2） 式中：P设计压力，取最高压力的1.05倍，取P=0.42MPa； D发酵罐内径，310cm； m外压容器的稳定系数，m=3；E金属材料的弹性模量，对A3钢E=2105 MPa；L筒体的长度，L=620cm； C壁厚附加量，C= C1C2C3=0.81+0=0.18cm； C1钢板负偏差，其范围为0.131.3，现取 C1=0.8mm； C2腐蚀余量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm， C2=1mm； C3加工减薄量，对冷加工 C3=0，热加工封头C3=S10%,取C3=0；则S=310（30.42620/2.62105310）0.4+0.18=2.50cm取S=26mm查发酵工厂工艺设计表17得，每米筒体重量为2068kg，W筒体=20696.2=12827.8kg。4.1.4封头壁厚由D=3100mm, hb=50mm,取封头壁厚26mm,查发酵工厂工艺设计附录一表18，取封头壁厚封=26mm, 封头质量2410kg。三级种子罐的质量G=12827.8+24102=17647.8kg。4.2 二级种子罐的选型4.2.1罐子个数的确定已知：日处理料液：Vd2=6.41m3，土霉素种子发酵周期为28 h，罐体填充系数=0.75，操作周期2=32h。根据=Vd/Va =24/ N=/ （4-3）其中: 一昼夜内总的操作批数 一昼夜内每台设备的操作批数 N 设备的个数Vd昼夜被加工的原料或半成品的容量得： =Vd3/3Va3 = 71.60/0.755.2=1.85=24/2 =24/32=0.75 N=1.85/0.75=2.47 取3个罐，再加1个备用罐。则每个罐子的处理量为：V= Vd232/24N=6.4132/240.753=3.80m3。 查发酵工厂工艺设计表6-2可知, 选择公称容积为5m3、全容积6.27 m3、罐内径1500、圆柱高3000、电机功率5.5kW的发酵罐。4.2.2设备主要尺寸计算已知：D=1500mm，查发酵工厂工艺设计附录一表15，可知H封= ha+ hb=375+25=400mm核算全容积V全则有 V全=0.785D2D+2(/24) D+0.785D0.0252 =0.7851.53.0+2/241.5+0.7851.50.0252 =6.27 V全=V全,可满足设计要求。=V/Va2=3.80/6.27=0.610.75,符合要求。4.2.3筒体壁厚 由S=D(mPL/2.6ED)0.4 得：S=150（30.4300）/（2.6210150）0.4 + 0.18=1.30cm，取筒体壁厚14mm。查发酵工厂工艺设计附录一表17，可知筒体每米高重450。W筒体=4503.0=1350kg。4.2.4封头壁厚由D=1500mm, hb=25mm,取封头壁厚14mm,查发酵工厂工艺设计附录一表18，取封头壁厚封=14mm, 封头质量230kg。二级种子罐的质量G=1350+2302=1810kg。4.3一级种子罐的选型已知：日处理料液：Vd1=569.92m3，土霉素种子发酵周期为28 h，罐体填充系数=0.7，操作周期1=31h。根据（4-3）得：=1.851=24/1 =0.77 N=1.85/0.77=2.39 取3个罐，再加1个备用罐。则每个罐子的处理量为：V= Vd131/24N=569.9231/240.73=316.62L。 查发酵工厂工艺设计表6-2可知, 选择公称容积为500L、全容积649L、罐内径700、圆柱高1400的发酵罐。4.3.2设备主要尺寸计算已知：D=700mm，查发酵工厂工艺设计附录一表15，可知H封= ha+ hb=175+25=200mm核算全容积V全则有 V全=0.785D2D+2(/24) D+0.785D0.0252 =0.7850.71.4+2/240.7+0.7850.70.0252 =649 V全=V全,可满足设计要求。=V/Va1=316.62/649=0.0.490.7,符合要求。4.3.3筒体壁厚 由S=D(mPL/2.6ED)0.4 得：S=70（30.4140）/（2.621070）0.4 + 0.18=0.7cm取筒体壁厚8mm查发酵工厂工艺设计附录一表17,可知筒体每米高重140。W筒体=1401.4=196kg。4.3.4封头壁厚由D=700mm, hb=25mm,取封头壁厚8mm,查发酵工厂工艺设计附录一表18，取封头壁厚封=8mm, 封头质量37.7kg。二级种子罐的质量G=196+37.72=271.4kg。4.4补料罐的选型4.4.1罐子个数的确定已知：日处理料液：V=23509.18L，罐体填充系数选取=0.7，则每天所需补料罐的全容积:V= V/=23509.18/0.7=33584.54L。查发酵工厂工艺设计表6-2可知，选择公称容积为50m3、全容积55.2 m3、罐内径3100、圆柱高6200的罐。选取2个，其中1个作为备用罐。4.4.2设备主要尺寸计算已知：D=3100mm，查发酵工厂工艺设计附录一表15，可知H封= ha+ hb=800+50=850mm核算全容积V全则有 V全=0.785D2D+2(/24) D+0.785D0.052 =0.7853.16.2+2/243.1+0.7853.10.052 =55.32 V全V全 , 可满足设计要求4.4.3筒体壁厚 由S=D(mPL/2.6ED)0.4 得：S=310（30.42620）/（2.6210310）0.4 + 0.18=2.50cm取筒体壁厚26mm，查发酵工厂工艺设计附录一表17，可知筒体每米高重,2069。W筒体=20696.2=12827.8kg。4.4.4封头壁厚由D=1500mm, hb=50mm,取封头壁厚26mm,查发酵工厂工艺设计附录一表18，取封头壁厚封=26mm, 封头质量2410kg。补料罐的质量G=12827.8+24102=17647.8kg。4.4脱色罐的选型已知：每天处理的滤液为V滤 =254608.67L，滤液的总单位为：U滤 V滤=254608.6712561103=3.201013g。已知：每13亿单位对应1kg干树脂，则树脂的质量为：M=3.201013/13108=2666.67kg，每1g树脂相当于7ml湿树脂。则V湿 =2666.677/103=16.67m3已知：树脂的再生膨胀率为55.2%，所以，V总= V湿（1+55.2%）=28.42m3。以赤峰制药厂作为参考，脱色罐选取4组，其中1组作为备用，每组3个罐，其中1个为再生罐，故，实际运行的脱色罐为6个，则每个罐的树脂装量为：V= 28.42/6=4.74 m3。由于树脂罐是不定型设备，选取直径为1.2m的罐，则树脂罐的填料高度为：H=4V/D2=44.74/3.141.22=4.19m，故，选取树脂罐的高度为5m。4.4结晶罐的选型4.4补料罐的选型4.4.1罐数的确定1、已知：日处理料液：34.15 ，罐体填充系数=0.8则所需一级种子罐的全容积: 34.150.8=42.69 m3椐发酵工厂工艺设计表6-2可知,选择公称容积为50m3、全容积55.2m3、罐内径3200、圆柱高6400的罐。4.4.2设备主要尺寸计算 V全 = V筒+2 V封=55.2 V全=0.785D2D+2(/24) D=55.2 解得：D=3.11 m 取D=3200 mm 则 H=2D=6.4 m根据附录一表15，可知H封= ha+ hb=800+40=415 mm核算全容积V全则有 V全=0.785D2D+2(/24) D+0.785D0.05 =0.7853.26.4+2/243.2+0.7853.20.05 =55.6 V全V全 , 可满足设计要求4.4.3筒体壁厚 S=PD/(2P)C ()式中：P设计压力，取最高压力的1.05倍，P=0.4MPa； D发酵罐内径，320cm； A3钢的许用应力=127MPa； 焊缝系数，范围在0.51之间，现取=0.7； C壁厚附加量，C= C1C2C3=0.82=0.28 cm； C1钢板负偏差，其范围为0.131.3，现取 C1=0.8 mm； C2腐蚀余量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm， C2=2 mm； C3加工减薄量，对冷加工 C3=0，热加工封头C3=S10%S=0.4320(21270.70.4)0.28=10.01cm取筒体壁厚14mm4.4.4封头壁厚由D=3200mm, 取封头壁厚14mm查附录一表17，可知筒体每米高重1108kg查附录一表18，取封头壁厚封=14mm, 封头质量2985kg三级种子罐的质量G=11046.4+22985=13061.2kg4.6.2离心泵选型及管径查化工流体流动与传热得知，黏度较大的流体流速一般为0.51m/s，本设计取流速为0.8m/s，已知板框压滤机的进液口为50mm。所以进液体积流量为：设一台离心泵对应4台板框压滤机输送液体，所以选取离心泵的数量为2台。则离心泵的总流量：管径： 所以选取公称直径为100mm的PVC管输送液体物料。根据厂方设置情况，滤液贮罐和压滤机的相对高度差约为8m，总管路长度约为30m，依据湍流摩擦系数的经验关联式，求的；要求输送量为22.6m3/h，查化工工艺设计手册得知公称直径为100m的PVC管件的内径为110；输送液体密度1010kg/m3，操作压力为0.7MPa，流速为0.8m/s。压头损失， (5-4)扬程， (5-5)解得，根据流量从防腐蚀泵系列中选取型号为100F-92A，其性能参数如下表：流量m3/h扬程m转数r/min轴功率kW效率%允许吸上真空度/m叶轮外径/mm94.380296025.4684256表中数据来源化工流体流动与传热。由于所输送液体的密度大于水的密度，所以需要核算泵所需的轴功率， (5-6)从泵的性能参数可以看出泵所提供的功率大于输送液体所需功率，所选离心泵符合要求。第五章.热量计算5.1计算过程介绍根据能量守恒方程式可以得出以下热量平衡方程式：Q入=Q入Q损 （61） 式中:Q入输入的热量总和(kJ) Q出输出的热量总和(kJ) Q损损失的热量总和(kJ)通常Q1Q2Q3=Q4Q5Q6Q7Q8 （62） 式中:Q1物料带入的热量，kJ； Q2由加热剂(或冷却剂)传给设备和所处理得物料热量，kJ； Q3过程的热效应，包括生物反应热，搅拌热，kJ； Q4物料带出的热量，kJ； Q5加热设备需要的热量，kJ； Q6加热物料需要的热量，kJ； Q7气体或蒸气带出的热量，kJ； Q8设备向环境散热，kJ；热量衡算的目的式计算出Q2，从而确定加热剂或冷却剂的量，为了求出Q2必须知道式（62）中的其他各项。以下就这几项进行介绍。 1、物料带入热量Q1和带出的热量Q4的计算 Q1（Q4）=Mct （63）式中： M物料质量，kg；c物料比热容，kJ/(kgK)；t物料进入或离开设备的温度，；2、过程热效应Q3过程的热效应主要有生物合成热QB,搅拌热QS和状态热(例如气化热、溶解热、结晶热)。Q3=QBQS （64）式中QB为发酵热(呼吸热)(kJ),是不同条件、环境下计算。QS=3600P （65）式中：P搅拌功率，kW；为搅拌过程功热转化率，通常=92。3、加热设备消耗热量Q5，为了简化计算，忽略设备不同部分的温度差异，则： Q5Mc(t2-t1) （66）式中： M设备总质量，kg；c设备材料比热容，kJ/(kgK)；t1设备加热前后的平均温度，；t2设备的最终平均温度，；t1一般可取为室温，t2根据具体情况而定。4、加热物料需要的热量Q6Q6= mc(t2-t1) （67）式中：m物料质量，kg； c物料比热容，kJ/（kgK）； t1, t2物料前后的比热温度，；5、气体或蒸汽带出的热量Q7 Q7=M(ct+r) (68)式中：M离开设备的气态物料量(kg) c液态物料由0升温至蒸发温度的平均比热容（kg/(kJK)） t气体物料温度() r蒸发潜热(kJ/kg)6、设备向环境散热Q8,为了简化计算，假定设备壁面的温度是相同的，则：Q8FT(tW-t) (69)式中：F设备总表面，m； T壁面对空气的联合给热系数，W/( m)； tW壁面温度，； t环境空气温度，；T的计算：（1）、当隔热层外空气做自然对流，T =8+0.05tW （610）（2）、当空气作强制对流，空气的速度u不大于5m/s时T=5.3+3.6 （611）（3）、当空气作强制对流，空气的速度u大于5m/s时 T=6.7u0.78 （612）5.2 基本数据计算5.2.1谷物比热容计算1、谷物的比热容计算公式： C谷物=0.01（100-W）C0+4.18W (613) 式中:W谷物含水百分率 C0绝对谷物比热容 C0=1.55kJ/(kgK)2、已知条件：淀粉含水量：14% 糊精含水量：10% 豆饼粉含水量：8%酵母粉含水量：9% 淀粉酶含水量：8% 3、谷物比热容计算由上式计算七种谷物各自的比热容计算如下： =0.01(100-14）1.55+4.1814=1.92kJ/(kgK) =0.01(100-10）1.55+4.1810=1.81kJ/(kgK)C豆饼粉=0.01(100-8）1.55+4.188=1.76kJ/(kgK)C酵母粉=0.01(100-9）1.55+4.188=1.79kJ/(kgK)C淀粉酶=0.01(100-8）1.55+4.188=1.76kJ/(kgK)谷物比热容计算结果如表5-1表5-1谷物比热容项目淀粉糊精豆饼粉酵母粉淀粉酶比热容kJ/kg.K1.921.811.761.791.765.2.2化合物比热容计算依据实用无机物热力学数据手册有公式：Cp=A1+A210-3TA310-5T-2A410-6T2A510-8T-3 (J/mol) (614)已知：基准温度298K化合物比热容计算结果如表5-2表5-2化合物比热容项目A1A2A3A4A5CP(298K)J/mol计算kJ/(kgK)CaCO3104.51621.924-25.9140081.8380.815(NH4)2SO4103.554280.746000187.2161.418KH2PO4144.51538.953-35.52200116.1230.854CoCl282.0696.724-4.9540078.4940.605NaCl45.94016.31800050.8030.8681、298K时的CP进行单位换算(1)已知条件=100.4 g/mol =129.84 g/mol =132.14 g/mol =136.02 g/mol =58.44 g/mol(2)单位换算CaCO3 81.838/100.04=0.818 kJ/kg.KCoCl2 78.494/129.84=0.605 kJ/kg.K(NH4)2