年产630吨土霉素车间工艺设计.doc

1 课程设计 题目 年产 630 吨土霉素工厂设计 设计内容 30 页 图纸 4 张 指导老师 王兴广 学生姓名 杨北冬 学 号 20100412310064 所在班级 生物工程 2 班 2 年产 630 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 630 吨 成品含量 99 土霉素工厂设 计 一 基础数据 设计年产量 M 630t 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 300d 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 630 99 623 7t a 日产量 792 300 2 079t d 效价 623 7 109 1000 6 237 1014 单位 a 土霉素的生产过程总收率为 99 则发酵时的总效价 6 237 1014 99 6 3 1014 单位 a 发酵液的效价 35000 单位 ml 发酵液的体积 6 3 1014 35000 1 80 1010 ml 1 80 104 m3 3 2 1 大罐的物料衡算 每天发酵液的体积 1 80 104 300 60 00m3 d 每天损失的体积 60 00 15 1 15 10 59m3 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 V 20 V 20 V 3 96 2 10 0 09 1 15 v发酵液 发酵液 60m3 d 得培养基体积 V 为 46 03m3 d 则加入的二级种子液体积 46 03 20 9 21 m3 d 9 蒸汽带入水量 46 03 20 9 21m3 d 因此 每天所需培养基组成的量如下 黄豆饼粉 46 03 3 3 96 3 5 2 10 3 1 583m3 d 淀粉 46 03 8 3 96 6 5 2 10 3 4 003m3 d 氯化钠 46 03 0 2 2 10 0 4 0 1005m3 d 碳酸钙 46 03 1 1 3 96 0 4 2 10 0 4 0 5306m3 d 植物油 46 03 0 4 2 10 1 0 2051m3 d 配料水 46 03 1 582 4 003 0 1005 0 531 0 2051 39 61m3 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9 2174 45 发酵 液 60485 0 蒸汽带入水 量 9 2174 45损失10 6085 7 培养基46 03372 1 全料量3 9632 01 稀料量2 1016 98 10 氨水0 090 73 总量70 60570 7总量70 60570 7 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 58312 80 淀粉4 00332 36 氯化钠0 10050 8124 碳酸钙0 53064 289 植物油0 20511 658 配水量39 61320 2 总46 03372 1 培培 养养 基基 黄豆饼粉 1 5831 583m3 d 淀粉 4 0034 003m3 d 氯化钠 0 10050 1005m3 d 碳酸钙 0 53060 5306m3 d 植物油 0 20510 2051m3 d 配料水 39 61m3 d 发酵罐 70 60m3 d二级种子液 9 21 m3 d 培养基 46 03m3 d 蒸汽带入水量 9 21 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 60 00m3 d 液体损失率为 15 10 60m3 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 V 20 V 20 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 9 21m3 d V 二级种子液 二级种子液 9 21 0 85 10 84 得培养基体积 V 为 9 11 m3 则加入的一级种子液 9 11 20 1 822m3 d 蒸汽带入水量 9 11 20 1 822 m3 d 液体损失 15 10 84 0 15 1 626m3 d 接种损失 15 1 822 1 15 1 822 0 3215m3 d 总损失量 液体损失 接种损失 1 626 0 3215 1 9475m3 d 因此 每天所需培养基组成的量如下 黄豆饼粉 9 11 2 5 0 2278m3 d 淀粉 9 11 2 5 0 2278m3 d 氯化钠 9 11 0 36 0 03280m3 d 碳酸钙 9 11 0 4 0 03644m3 d 12 磷酸二氢钾 9 11 0 003 0 0002733m3 d 磷酸氢二钾 磷酸氢二钾 9 11 0 003 0 0002733 m3 d 植物油 9 11 2 67 0 2432 m3 d 配料水 9 11 0 2278 0 2278 0 03280 0 03644 0 0002733 0 0002733 0 2432 8 34m3 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 1 8223 644 二级种子 液 10 8421 68 带入水量1 8223 644损失1 9482 896 培养基9 1118 22 总量12 7525 50总量12 7525 50 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 22780 4556 淀粉0 22780 4556 氯化钠0 032800 06560 碳酸钙0 036440 07288 植物油0 24320 4864 配水量8 3416 68 磷酸二氢钾0 00027330 0005466 13 磷酸氢二钾0 00027330 0005466 总9 1118 22 黄豆饼粉 0 2278 m3 d 氯化钠 0 03280m3 d 碳酸钙 0 03644m3 d 植物油 0 2432 m3 d 配料水 8 34m3 d 磷酸二氢钾 0 0002733m3 d 磷酸氢二钾 0 0002733m3 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 V 20 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 1 822m3 d 得培养基体积 V 为 2 101 m3 d 则 蒸汽带入水量 2 101 20 0 4202m3 d 发酵罐 12 7512 75m3 d 一级种子液 1 822m3 d 培养基 9 11m3 d 蒸汽带入水量 1 822m3 d 二级种子液 10 84 m3 d 液体损失 15 1 626m3 d 接种损失 15 0 3215m3 d 14 液体损失 15 2 14 0 15 0 3215m3 d 接种损失 15 2 101 20 15 0 06303m3 d 总损失量 液体损失 接种损失 0 3215 0 06303 0 3846m3 d 因此 每天所需培养基组成的量如下 黄豆饼粉 2 101 3 0 06303 m3 d 淀粉 2 101 2 5 0 05253 m3 d 氯化钠 2 101 0 4 0 008400m3 d 碳酸钙 2 101 0 6 0 01261 m3 d 磷酸二氢钾 2 101 0 005 0 0001051 m3 d 磷酸氢二钾 2 101 0 005 0 0001051m3 d 植物油 2 101 4 0 0840m3 d 配料水 2 101 0 06303 0 05253 0 08400 0 01261 0 0001051 0 0001051 0 0840 1 880m3 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 1013 327 一级种子 液 2 1443 395 带入水量0 42020 677损失0 38460 6090 总量2 5214 004总量2 5214 004 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 063030 0998 淀粉0 052530 0832 氯化钠0 0084000 0133 碳酸钙0 012610 01997 植物油0 08400 1330 配水量1 88032977 磷酸二氢钾0 00010510 0001664 磷酸氢二钾0 00010510 0001664 总2 1013 327 发酵罐 2 521m3 d 斜面孢子 培养基 2 101 m3 d 蒸汽带入水量 0 4202m3 d 一级种子液 2 144m3 d 液体损失 15 0 3215m3 d 接种损失 15 0 06303m3 d 总损失 0 3215 0 06303 0 3846 0 3215 0 06303 0 3846 16 黄豆饼粉 0 06303m3 d 淀粉 0 05253 m3 d 氯化钠 0 008400m3 d 碳酸钙 0 01261 m3 d 植物油 0 840 m3 d 配料水 1 1880m3 d 磷酸二氢钾 0 0001051m3 d 磷酸氢二钾 0 0001051m3 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 60 00 106 35000 1 16 11000 106 221 45 m3 滤液 221 45 103 1 02 225 88t 每天 t 草酸 60 00 103 2 3 10 3 1 38 黄血盐 60 00 103 0 75 10 3 0 15 硫酸锌 60 00 103 0 18 10 3 0 108 水 60 00 2 3 138 发酵液 60 00 103 1 58 94 8 总 234 44 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 3811 16 滤液 225 881825 86 黄血盐 0 151 21 菌丝 8 5669 19 硫酸锌 0 1080 87 水 1381115 5 发酵液 94 8766 30 17 总量 234 441895 06 总量 234 441895 06 酸酸 化化 稀稀 释释 过过 滤滤 草 酸 1 38t d 黄血盐 0 15 t d 硫酸锌 0 108t d 水 1381t d 发酵液 94 8t d 菌丝 8 56t d 滤液 225 88t 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 60 00 106 35000 99 24 116 1 86 1370 106 247 04 m3 氨水 225 88 12 27 11t 湿晶体 2 92t d 母液 225 88 27 11 2 92 250 07t 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 225 881825 86 母液 250 072021 40 氨水 27 11219 14 湿晶体 2 9223 60 总量 252 992045 00 总量 252 992045 00 脱色提取脱色提取 滤 液 225 88t d 氨 水 27 11 d 母 液 249 46t d 湿晶体 3 53t d 18 3 5 干燥工序物料衡算 干晶体重 630 1 1 5 620 55 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 620 55 0 43 0 02 254 43 t a 湿晶体的量 620 55 254 43 874 98t 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874 982 92干晶体的量 620 552 07 除去的水分 254 430 85 总量874 982 92总量874 982 92 湿晶体 2 92t d 干干 燥燥 干晶体 2 07t d 水分 0 85t 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 200 0 7 140 m3 由前面的物料衡算中 已知年产 630 吨土霉素的工厂 日产 60 00m3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 60 140 194 24 3 46 罐 取整后需 4 台 每日投 放 罐次为 60 00 140 0 43 罐 设备容积的计算 由前面的物料衡算中 已知年产 630 吨土霉素的工厂 日产 60 00 m3的土霉 素 每天的发酵液的量 V0 60 00 m3 d 所需设备总容积 V 60 00 194 24 0 7 692 86 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 230 4 920m3 692 86 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 630 吨土霉素的工厂 日产 9 21 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 50 0 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 9 21 35 48 24 0 526 罐 取整后需 1 台 每日投 放 罐次为 9 21 35 0 263 罐 设备容积的计算 由前面的物料衡算中 已知年产 630 吨土霉素的工厂 日产 9 21m3 的二级种 子液 每天的种子液的量 V0 9 21 m3 d 所需设备总容积 V 9 21 48 24 0 7 26 31 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 2m3 26 31m3 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 630 吨土霉素的工厂 日产 1 822 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 5 0 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 1 822 3 5 38 24 0 824 罐 取整后需 1 台 21 每日投 放 罐次为 1 822 3 5 0 521 罐 设备容积的计算 由前面的物料衡算中 已知年产 630 吨土霉素的工厂 日产 1 822m3 的二级种子 液 每天的种子液的量 V0 1 822 m3 d 所需设备总容积 V 1 822 38 24 0 7 4 12 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 27 1 6 27m3 5 07m3 可满足需要 4 4 通氨罐 每罐三级发酵需要 0 09m3 的液氨 且有 4 个发酵罐均连续操作 考虑装料系数 为 0 7 0 09 4 0 7 0 51m3 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 4 个发酵罐均连续操作 考虑装料系数为 0 7 32 4 0 7 182 86m3 故选用公称容积为 50m3 的储罐 故选取 4 个全料罐 4 6 稀料罐 每个三级发酵罐需要 17m3 的稀料 且有 4 个发酵罐均连续操作 考虑装料系数 为 0 7 17 4 0 7 97 14 m3 故选取公称容积为 50 m3 的储罐 2 个 4 7 储酸罐 每天产生发酵液共 60 00m3 d 酸化工程中加入草酸 1 38t d 二水合草酸密度 为 1 653kg L 则可推算出体积为 0 835m3 考虑装料系数为 0 7 实际体积为 1 19m3 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 60 00m3 考虑到装料系数为 0 7 则实际需要的罐体积为 85 71m3 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 180m3 考虑装料 系数为 0 7 则实际需要的罐体积为 257 14m3 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 27 11t 180m3 0 151t m3 处理时间取 30min 板框压滤机处理能 力 0 360 60 30 180 36003600 3 hm T V Q M 360 0 150 54 36t 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 V 97 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 2 92t 干晶体重量 2 07t 则须除去水分 0 85t 每小时处 理量为 0 85 24 35 4kg 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公称容积 5m3 1500 二级种子罐二级种子罐发酵车间公称容积 50m3 3100 三级发酵罐三级发酵罐发酵车间公称容积 200m3 4600 通氨罐通氨罐发酵车间公称容积 1m3 900 补料罐补料罐 全料罐全料罐 发酵车间公称容积 50 m3 3100 补料罐补料罐 稀料罐稀料罐 发酵车间公称容积 50 m3 3100 酸化反应罐酸化反应罐酸化过滤车间公称容积 50 m3 3100 酸化储罐酸化储罐酸化过滤车间公称容积 2 5m3 1200 稀释罐稀释罐酸化过滤车间公称容积 75 m3 3200 板框过滤机板框过滤机酸化过滤车间Larox PF 96 过滤面积 96m2 脱色罐脱色罐脱色结晶车间公称容积 50 m3 3400 液氨储罐液氨储罐脱色结晶车间公称容积 50 m3 3400 结晶罐结晶罐脱色结晶车间公称容积分别为 5m3 10m3 100m3 旋风干燥器旋风干燥器干燥车间XQG50 蒸发水分 50kg h 1 5 1 1 4 2 2 1 4 2 1 1 3 1 24 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 18 6000 KJ m3 h 采用竖式列管式换热器 取经验值 K 4 18 500 KJ m3 h tm t1 t2 ln t1 t2 12 5 ln12 5 8 每天装 0 52 罐 每罐实际装液量为 60 00 0 43 139 53 m3 换热面积 F 4 18 6000 139 53 4 18 500 8 209 30 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 18 6000 139 53 4 18 27 20 1 196 105 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 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 89 3 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 14 500 1570 mm 25 c 冷却管总长度 L 计算 已知冷却总面积 F 209 30m2 无缝钢管 89 3 5 每米冷却面积为 F0 3 14 0 086 1 0 2700 m2 则冷却管总长度 L 209 71 0 27 775 2 m 冷却管体积 V 0 785 0 0862 776 7 4 50 m3 d 每组管长 L0和管组高度 每组管长 L0 L n 775 2 8 96 9 m 另需连接管 8m L实际 L 8 783 2 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 783 2 8 4 50 0 5 102 9 m3 筒体部分液深 V总 V封 S截 102 9 17 0 785 52 4 377 m 竖直蛇管总高 H管 4 377 0 5 4 877 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 2 5190 1570 11950 mm e 每组管子圈数 n0 n0 L0 l 96 9 11 95 8 109 圈 管间距为 2 5d外 2 5 0 089 0 22 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 23m 0 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 f 校核冷却管传热面积 F实 d平均L实际 3 14 0 086 783 2 211 5 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 26 a 接管长度 h 设计 管直径的大小和有无保温层 一般取 100 200mm 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 219 25 其内径 169mm 160mm 适用 按通风管计算 通风比 2vvm 0 1MPa 20 通风量 Q 140 2 280 m3 min 4 7 m3 s 折算到工作状态 0 35MPa 30 下的风量 Qf 4 7 0 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 219 25 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 0 785 0 1692 0 022 m2 相应流量比 P Q Sv 0 02 0 022 1 0 9 倍 排料时间 t 2 0 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 酸化液进料管即采用发酵液的排空管不锈钢焊接钢管 133 5 酸化液排出的体积近似认为与发酵液相等 即 60 00m3 酸化罐装料 85 71m3 发酵液体积 60 00m3 2h 之内排空 物料体积流量 smQ 10 33 8 23600 00 60 33 发酵液流速取 v 1m s 排料管截面积 27 23 3 10 33 8 1 10 33 8 m v Q S 料 管径m S d10 0 785 0 10 33 8 785 0 3 料 取不锈钢焊接钢管 133 5 其内径 123mm 110mm 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 133 5 稀释液的体积为 180m3 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 33 8 23600 00 60 32 发酵液流速取 v 1m s 排料管截面积 22 2 10 33 8 1 10 33 8 m v Q S 料 管径m S d10 0 785 0 10 33 8 785 0 2 料 取不锈钢焊接钢管 133 5 其内径 123mm 110mm 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 133 5 经板框过滤后 由滤液效价可知体积为 218 23m3 处理时间 30min 物料体积流量 smQ 12 0 5 03600 218 23 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 d441 0 785 0 12 0 785 0 料 故选用不锈钢焊接钢管取 450 5 其内径 440mm 438mm 5 5 脱色工段的流体输送脱色工段的流体输送 28 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 450 5 流出脱色罐的管道 V 291 97m3 操作时间为 40min 物料体积流量 smQ 10 0 60 40 3600 240 97 3 发酵液流速取 v 1m s 排料管截面积 2 10 0 1 10 0 m v Q S 料 管径 m S d36 0 785 0 10 0 785 0 料 故选用不锈钢焊接钢管取 450 5 其内径 440mm 360mm 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 28 93m3 结晶的停留时间为 8 小时 物料体积流量 smQ 10 0 1 83600 93 28 33 发酵液流速取 v 1m s 排料管截面积 23 3 10 0 1 1 10 0 1 m v Q S 料 管径 m S d036 0 785 0 10 0 1 785 0 3 料 取不锈钢焊接钢管 45 2 5 其内径 40mm 36mm 适用 结晶罐之间的流体输送 结晶总处理体积为 247 04 m3 结晶的停留时间为 8 小时 物料体积流量 smQ 009 0 83600 247 04 3 发酵液流速取 v 1m s 排料管截面积 2 009 0 1 009 0 m v Q S 料 管径 m S d121 0 785 0 009 0 785 0 料 29 取不锈钢焊接钢管 133 5 其内径 123mm 121mm 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 物料出口温度 60 oC 进