年产800吨土霉素车间工艺设计

薆课程设计 薂 For personal use only in study and research; not for commercial use 虿 薀 For personal use only in study and research; not for commercial use 莈 For personal use only in study and research; not for commercial use 薅题目：年产 800 吨土霉素工厂设计 蝿设计内容 30 页 For personal use only in study and research; not for commercial use 蚇图纸 4 张 For personal use only in study and research; not for commercial use 螆 莄 For personal use only in study and research; not for commercial use 衿 For personal use only in study and research; not for commercial use 肈 蒈指导老师： 周延 膃学生姓名： 李周阳 膃学 号： 7 葿所在班级： 生实 0801 羅 膆 芃 衿 蚇 羄 莃 芀 膅年产 800 吨土霉素车间工艺设计 蚃 蒃蒃摘摘 要要： 蒇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。 袇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。 蒂 薃薃目目 录录 袈 芅芅第第 1 章章 绪论 蒅第 1.1 节 引言 蚂第 1.2 节 设计目标任务 艿第 1.3 节 本次设计的基本内容 羇羇第第 2 章章 工艺流程设计工艺流程设计 芄第 2.1 节 土霉素生产工艺流程简介 蚂第 2.2 节 土霉素生产总工艺流程图 蚀蚀第第 3 章章 物料衡算物料衡算 蒅第 3.1 节土霉素总物料衡算 肃第 3.2 节土霉素发酵工序物料衡算 螂第 3.3 节土霉素酸化稀释过滤工序物料衡算 螇第 3.4 节 土霉素脱色结晶工序物料衡算 膇第 3.5 节 土霉素干燥工序物料衡算 袂袂第第 4 章章 设备选型设备选型 袂第 4.1 节 发酵罐 膈第 4.2 节 二级种子罐 蚄第 4.3 节 一级种子罐 袅第 4.4 节 氨水储罐 羂第 4.5 节 全料罐 薈第 4.6 节 稀料罐 莆第 4.7 节 储酸罐 蚃第 4.8 节 酸化罐 肂第 4.9 节 稀释罐 罿第 4.10 节板框过滤机 螄第 4.11 节脱色罐 莂第 4.12 节结晶罐 膂第 4.13 节干燥器 莀莀第第 5 章章 管道设计管道设计 薆5.1 发酵罐(三级罐)的接管设计 蒅5.2 酸化设备的流体输送 节5.3 稀释设备的流体输送 薇5.4 板框过滤设备的输送 芈5.5 脱色工段的流体输送 膄5.6 结晶过程的流体输送 芁5.7 管道汇总表 羈羈第第 6 章章 车间布置：车间布置： 蚆第 7 章结论 羃羃参考文献参考文献 莁 荿荿第一章第一章 绪论绪论 莈1.1 引言： 螂土霉素 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 。 蒁 袆 螅 薁 袇 薇 薄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。 蚁常见副作用有：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。 芇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 肅 节1.2 设计目标任务 OH H CH3 O OH OH OH O N(CH3)2 CONH2 螀图一 土霉素分子式 螁请设计年产 800 吨（成品含量： 99% ）土霉素工厂设 计 蚈一、基础数据 螇设计年产量 M = 800t/a 莅成品效价 Ud = 1000 单位/毫克 袁年平均发酵水平 Uf = 35000 单位/毫升 聿年工作日 m = 315 d/a 膅1、发酵基础工艺参数 肄土霉素的发酵周期 T 为 184 小时，辅助时间为 10 小时， 袀发酵中罐周期为 44 小时，辅助时间 4 小时 蒀发酵周期为 35 小时，辅助时间 3 小时 羇接种比为 20%，液体损失率为 15% 袃大罐一个发酵周期内所需全料的量为：32m3 羀大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：17m3 薇逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的 15% 莅大、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） 蚂氨氮的利用情况，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 肀培养基配比： 羈肇小罐蚅中罐膀大罐荿全 料 薅稀料 蒄组成芀配比 （%） 螀配比（%）芆配比 （%） 芃配比 （% ） 莀配比 （%） 膁黄豆饼粉蚄3.0芅2.5莀3.0莇3.5蒆3.0 肄淀粉蒀2.5螈2.5膈8.0螃6.5蕿3.0 腿氯化钠薆0.4薂0.36虿0.2莈0.4 薅碳酸钙蝿0.6葿0.4薈1.1膆0.4蚁0.4 袀磷酸二氢 钾 芀0.005羅0.003羅螈 羈磷酸氢二 钾 肅0.005蚂0.003蒀膅 肃植物油袇4蒅2.67芅0.4虿 1 芄 莅2、提取基本工艺参数 蚀名称肇参数芇名称蒅参数 肁脱色岗位收率蝿99.24%肆发酵液效价蒄35000u/ml 蒂结晶干燥岗位收 率 芇86%袅滤液效价薄11000u/ml 蕿过滤岗位收率罿116%蚄母液效价蚄1370u/ml 羀总收率蒇99%蚇湿晶体含水量螄30% 莁发酵液密度腿1.58kg/L蒆酸化液中草酸含 量 袄2.3% g/ml 螂滤液密度薆1.02kg/L膄酸化加黄血盐量羄0.25% g/ml 膂20%氨水密度芈0.92kg/L芇酸化加硫酸锌量羄0.18% g/ml 荿氨水加量肀12%羆成品含水量肄1.5% 螀脱色保留时间蒈30-50 分 钟 螅酸化加水量膃230%v/v 膁滤液通过树脂罐的线速度控制在 0.001-0.002m /s 膀3.土霉素提取操作工艺参数一览表 薄名称芃反应时间( + 、 、) /h 薂装料系数 蚈酸化稀释薇4莃0.70 虿结晶莀8莆0.70 蒃 肀1.3 本设计基本内容 袇 肅根据设计任务，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。 薃 蒁 蕿物料衡算：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。 膈热量衡算：不要求 薃设备选型：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。 袁管道设计：大罐主要接管设计，提取各种设备的主要连接管道。 羇 袆 蚃 节节第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计 蝿2.1 土霉素生产工艺流程简介 蚅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。 螃2.2 土霉素生产总工艺流程图 荿 膇膇土霉素生产总工艺流程图土霉素生产总工艺流程图 蒄 蚁 袀 芀 羅 羅 芁 螈 羈 肅 蚂 蒀蒀第三章第三章 物料衡算物料衡算 螇3.1 总物料衡算 膅纯品土霉素的量：80099% =792 t/a 肃日产量：792/315= 2.51 t/d 袂砂土孢子螀斜面孢子 衿孢子培 养 蒇蒇36.5 4-5 天天 羂种子培 养 膁膁30 38h 0.65v/v/m 莇一级种子培养 液 芆种子扩大培养 肂肂30 48h 1.0v/v/m 薂二级种子培养 液 聿发酵 肅肅30 194h 1：2.0v/v/m 膂膂 补加液氨补加液氨 羃湿晶 体 蒆旋风干燥 肈土霉素碱成品 膂发酵 液 膀酸化 芈2.3%g/ml 草酸调 pH1.75- 1.85 袆ZnSO4 0.18% 节 黄血盐 0.23% 薀酸化 液 羀稀释 薅薅200%v/v 莂稀释 液 羁板框过滤 莈滤液 莄树脂脱色 蒂122-2 树脂 莂脱色 液 膀结晶 莇12%氨水 薁调 pH4.5-4.6 28-30 葿结晶 液 薈分离洗涤 膆用滤后水淋洗再甩干 袇效价：7921091000 =7.921014 单位/a 蒅土霉素的生产过程总收率为 99% 芅则发酵时的总效价：7.921014/99% =81014 单位/a 艿发酵液的效价：35000 单位/ml 虿发酵液的体积：81014/35000 =2.291010 ml =2.29104 m3 芄 莅每天发酵液的体积： 蚀 2.29104/315=72.70 m3/d 肇每天损失的体积： 肃肃72.7015%/（1-15%）=12.83 m3/d 膁加入氨水体积：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 螇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： 薅薅32/(194/24)=3.96 m3/d 螂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： 芀芀17/(194/24)=2.10 m3/d 膈设发酵开始的培养基体积为 V，蒸汽带入的水量按 20%计 羃由体积衡算 薁薁(V20%+V20%+V+3.96+2.10+0.09) (1-15%)= v发酵液 发酵液=72.70m3/d 莀得培养基体积 V 为 56.70m3/d 芅则加入的二级种子液体积： 蚅蚅56.7020%=11.34 m3/d 莀蒸汽带入水量： 莀莀56.7020%=11.34m3/d 蚆因此，每天所需培养基组成的量如下： 膃黄豆饼粉： 莃莃56.703%+3.963.5%+2.103%= 1.903m3/d 蒀淀粉： 肇肇56.708%+3.966.5%+2.103%= 4.856m3/d 袄氯化钠： 膂膂56.700.2%+2.100.4%= 0.1218m3/d 薀碳酸钙： 蒇蒇56.701.1%+3.960.4%+2.100.4%=0.6471m3/d 莂植物油： 羀羀56.700.4%+2.101%= 0.24 78m3/d 蚀配料水： 羈 56.70-1.903-4.856-0.1218-0.6471-0.2478=48.92m3/d 肄肄 羃羃表表 1 三级发酵物料衡算表三级发酵物料衡算表 螀进入发酵罐的量肅离开发酵罐的量 螆项目 螂体积 （m3/d) 袀体积（m3/周 期) 蒆项目 芄体积 （m3/d) 蒁体积（m3/周 期) 罿二级种子 液 袇袇11.34羆羆91.66 芀发酵 液 罿罿72.70芈芈587.7 莄蒸汽带入 水量 芃芃11.34聿聿91.66莅损失肆肆12.83肂肂103.7 腿培养基螆螆56.70薃薃458.3 袁艿艿膆膆 芅全料量袃袃3.96荿荿32.01 薇螃螃蚂蚂 葿稀料量羈羈2.10蒅蒅16.98 莁薈薈膅膅 袃氨水膀膀0.09薈薈0.73 薆蚅膃膃 蚈总量羇羇85.53肃肃691.4羂总量螈螈85.53莈莈691.4 螅 螁螁表表 2 三级发酵培养基的组成三级发酵培养基的组成 袈项目蝿体积（m3/d)节体积（m3/周期） 螄黄豆饼粉羈羈1.903袅袅15.38 羄淀粉薂薂4.856肈肈39.25 芆氯化钠蚆蚆0.1218莁莁0.9845 膈碳酸钙蚇蚇0.6471膄膄5.231 芀植物油莇莇0.2478芈芈2.003 肆配水量芃芃48.92蒇蒇395.4 莅总蒄蒄56.70肂肂458.3 薇 螆发酵罐 膅膅85.5385.53 m3/d 袁二级种子液 袁袁11.34 m3/d 膆培养基 蚃蚃56.70m3/d 袃蒸汽带入水量 羁羁11.34 m3/d 薇 莅全料量 蚂蚂3.96 m3/d 肁稀料量 羈羈2.10 m3/d 袃液氨 莁莁0.09 m3/d 膁发酵液 膅膅72.70 m3/d 薅液体损失率为 15% 膀膀12.83 m3/d 芀 薆 羃 膃 莀 羇 蚅 羂 莀 莈 螁黄豆饼粉 1.9031.903m3 /d 蒀淀粉 4.4.856m3 /d 蒅氯化钠 0.120.1218m3 /d 袄碳酸钙 0.64710.6471 m3 /d 蕿植物油 0.24780.2478m3/d 薀配料水 48.9248.92m3 /d 袅 莂设发酵开始的培养基体积为 V，蒸汽带入的水量按 20%计， 薂由体积衡算： 蚀蚀(V20%+V20%+V)(1-15%)= V 二级种子液 二级种子液 芆芆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 肄肄V 二级种子液 二级种子液=11.34/0.85=13.34 莁莁 螀得培养基体积 V 为 11.21 m3 蚇则加入的一级种子液： 蒂蒂11.2120%=2.242 m3/d 肀蒸汽带入水量： 衿衿11.2120%=2.242 m3/d 肈液体损失 15% 芄芄13.340.15=2.001m3/d 膃接种损失 15% 罿罿2.242/(1-15%)-2.242=0.3956 m3/d 芅 总损失量=液体损失+接种损失 羆羆2.001+0.3956=2.397m3/d 袂 罿因此，每天所需培养基组成的量如下： 蚆黄豆饼粉： 莄莄11.212.5%=0.2802m3/d 蚁淀粉： 聿聿11.212.5%=0.2802m3/d 肇氯化钠： 肆肆11.210.36%=0.04036 m3/d 蒀碳酸钙： 腿腿11.210.4%=0.04484 m3/d 蒈磷酸二氢钾： 薃薃11.210.003%=0.0003363 m3/d 蒃蒃磷酸二氢钾：磷酸二氢钾： 艿艿11.210.003%=0.0003363 m3/d 薄植物油： 芅芅11.212.67%=0.2993 m3/d 芁配料水： 荿 11.21-0.2802-0.2802-0.04036-0.04484-0.0003363-0.0003363-0.2993=10.26 m3/d 羅 螃螃 羀羀表表 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） 葿进入发酵罐的量莆离开发酵罐的量 蒅项目 蝿体积 （m3/d) 芄体积（m3/周 期) 蒃项目 虿体积 （m3/d) 薈体积（m3/周 期) 莄一级种子 液 袄袄2.242莁莁4.484 莇二级种 子液 蒄蒄13.34肁肁26.68 蝿带入水量肆肆2.242蒄蒄4.484蒂损失薀薀2.397腿腿4.794 薄培养基袃袃11.21羈羈22.42 袇蚄蚄芃芃 蚀总量蚆蚆15.69螄螄31.38蚄总量膈膈15.69虿虿31.38 袄 螁螁表表 4 二级发酵培养基的组成二级发酵培养基的组成 袀项目蒈体积（m3/d)羃体积（m3/周期） 膂黄豆饼粉薂薂0.2802芇芇0.5604 肃淀粉薃薃0.2802肀肀0.5604 羆氯化钠肃肃0.04036羄羄0.08072 螂碳酸钙聿聿0.04484膃膃0.08968 膁植物油腿腿0.2993螈螈0.5986 芃配水量薂薂10.26羁羁20.52 薆磷酸二氢钾蚇蚇0.0003363羂羂0.0006726 荿磷酸氢二钾蕿蕿0.0003363蚇蚇0.0006726 莃总肁肁11.21莈莈22.42 螇 螄 羈 袆 蚁 艿 肈 羃 莃 肈黄豆饼粉 0.2802 m3 /d 肈氯化钠 0.04036 m3 /d 莄碳酸钙 0.04484 m3 /d 袀植物油 0.2993 m3/d 肁配料水 10.26m3 /d 膈磷酸二氢钾 0.0003363m3 /d 螄磷酸氢二钾 0.0003363m3 /d 衿 芈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 蕿发酵罐 膇膇15.6915.69m3/d 袆一级种子液 袁袁2.242 m3/d 芁 袆培养基 羆羆11.21 m3/d 肄蒸汽带入水量 薁薁2.242 m3/d 螁二级种子液 袈袈13.34 m3/d 蒅 芃液体损失 15% 2.001m3/d 蒀接种损失 15% 0.3956 m3/d 不计，由体积衡算： 芅芅(V20%+V)(1-15%)= V一级种子液 一级种子液 肀肀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 蚈得培养基体积 V 为 2.586 m3/d 莈则 蒸汽带入水量: 蚆蚆2.58620%=0.5172m3/d 螂液体损失 15% 蚁蚁2.6380.15=0.3956m3/d 蒇接种损失 15% 螃螃2.58620%15%=0.07758 m3/d 蒄 总损失量=液体损失+接种损失 蒀蒀0.3956+0.07758=0.4673m3/d 薇薇 膄因此，每天所需培养基组成的量如下： 羂黄豆饼粉： 腿腿2.5863%=0.07758 m3/d 蚇淀粉： 薅薅2.5862.5%=0.06465 m3/d 蚄氯化钠： 羈羈2.5860.4%=0.01034m3/d 蚇碳酸钙： 羆羆2.5860.6%=0.01552 m3/d 肂磷酸二氢钾： 羁羁2.5860.005%=0.0001293 m3/d 螇磷酸氢二钾： 肃肃2.5860.005%=0.0001293m3/d 螃植物油： 螀螀2.5864%=0.1034 m3/d 袇配料水： 蒃蒃2.586-0.07758-0.06465-0.01034-0.01552-0.0001293-0.0001293-0.1034=2.314 m3/d 芁 薈薈表表 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） 羇进入发酵罐的量袄离开发酵罐的量 羃项目 薁体积 （m3/d) 肇体积（m3/周 期) 芅项目 蒁体积 （m3/d) 莀体积（m3/周 期) 膆培养基蚆蚆2.586膃膃4.086 袅一级种 子液 羂羂2.638蕿蕿4.168 莇带入水量蚄蚄0.5172肂肂0.8172羀损失聿聿0.4673蚇蚇0.7383 膂总量莁莁3.103蒆蒆4.903蒆总量膂膂3.103螂螂4.903 芈 膄膄表表 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） 节项目膂体积（m3/d)蚆体积（m3/周期） 芇黄豆饼粉莂莂0.07758荿荿0.1226 莈淀粉羆羆0.06465蒂蒂0.1021 螀氯化钠膀膀0.01034螅螅0.01634 薁碳酸钙膁膁0.01552薈薈0.02452 薄植物油蚁蚁0.1034薂薂0.1634 芀配水量薇薇2.314螁螁3.656 虿磷酸二氢钾螈螈0.0001293莆莆0.0002043 螁磷酸氢二钾肀肀0.0001293蒀蒀0.0002043 肅总膅膅2.586蒁蒁4.086 袇 膇 芅 肇 蚅 蒅 荿 膄 芄 袁 肆 蚄 蒄 葿发酵罐 膄膄3.103 m3/d 蒀斜面孢子 莅培养基 节节2.586 m3/d 袁蒸汽带入水 量 虿虿0.5172 m3/d 袆 羇一级种子 液 膇膇2.638 m3/d 蚈液体损失 15% 0.3956m3/d 羆接种损失 15% 0.07758 m3/d 莄总损失=0.39+0.07=0.4673 芁 蒈 螈 蒃黄豆饼粉 0.07758 m3 /d 薄淀粉 0.06465 m3 /d 衿氯化钠 0.01034 m3 /d 芆碳酸钙 0.01552 m3 /d 蒆植物油 0.1034 m3/d 薃配料水 2.314m3 /d 芀磷酸二氢钾 0.0001293m3 /d 羈磷酸氢二钾 0.0001293m3 /d 蚃 蚁3.3 酸化稀释过滤工序物料衡算： 蒆发酵液效价：35000u/ml 滤液效价：11000u/ml 肄由效价守恒得滤液的体积：72.70106350001.16/11000106=268.33 m3 螃滤液：268.331031.02=273.70t 肂 每天/ t 膈草酸：72.701032.3%10-3= 1.67 肇黄血盐：72.701030.75%10-3= 0.545 袃硫酸锌：72.701030.18%10-3= 0.13 腿水：72.702.3= 167.21 袀发酵液：72.701031.58= 114.87 袆总： 284.43 羃表 3-3 酸化稀释过滤工艺物料衡算表 薀酸化过滤前莇酸化过滤后 薄项目肃质量 （t/d） 羀质量(t/周期)聿项目莃质量 （t/d） 肃质量(t/周期)） 莁草酸 蒇1.67莆13.50 膃滤液 蒈273.70艿2212.41 袁黄血盐 肈0.545蚅4.41 莃菌丝 蚀10.73肈86.73 肆硫酸锌 膅0.13螃1.05 膈 蒇薃 蒂水 芈167.21袈1351.61 芄 芁莈 羄发酵液 螂114.87聿928.53 蒈 莅芆 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 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。 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。 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 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 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 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 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 () 1 5 2 1 5 3 2 1 5 2 1 1 3 1 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） 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 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： 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 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 smQ/01. 0 83600 291.97 3 发酵液流速取 v=1m/s，排料管截面积 2 0