链霉素工艺设计要点

1、课程设计题目：链霉素牛产工艺设计课程名称：发醉工厂工艺设计概论学 院：生物工程学院班 级：学 号：姓 名：指导老师：二零零七年十二月 TOC o 1-5 h z 1前言 2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 2设计任务书 3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 基础数据 3. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 设计内容 3.设计要求 3.3工艺流程 44工艺计算 4 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 物料

2、衡算 4. HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 热量衡算 5. HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 水用量的计算 7车间设备（发酵罐）的选型计算. 8 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 发酵罐的选型 8. HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 生产能力、数量和容积的确定. 8 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 发酵罐容积的确定 .8生产能力的计算. .8发

3、酵罐个数 .8主要尺寸的计算. .8 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 冷却面积的计算. .9搅拌器设计 .10 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 搅拌轴功率的计算. .10设备结构的工艺设计 .11 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 6对本设计的评述. 167参考文献 178附表一、工艺流程图 9附表二、发酵罐总装置图 2设计任务书2.1基础数据生产规模：9000吨/年产品规格：成品效价为800单位/mg生产天数：300天/年接种量15%倒罐

4、率：1%发酵周期：8天每天放罐：2罐发酵装料系数：75%发酵液收率：95%提炼总收率：70%平均发酵水平：25000单位/ml种子培养基配比（g/L）:牛肉膏6%,葡萄糖4%, KH2PO4 1%, MgSO4 1%生产培养基配比（g/L）:葡萄糖4%,黄豆饼粉0.8%,玉米浆1.5%,（NH4）2SO40.5%,豆油 0.2%, KH2PO4 0.01%, CaCO3 0.04%参考数据罐体的高径比H/D: 13搅拌桨直径与罐体直径之比 Di/D: 1/31/2挡板宽度与罐体直径之比 Wb/D : 1/81/12 （4块挡板）最下层搅拌桨高度与罐体直径之比：0.81.0相邻两层搅拌桨距离与搅

5、拌桨直径之比：12.5发酵条件：转数350r/min，温度28C, pH7.2 （400L发酵罐）冷却水进出口温度分别为25C、30C黏度：38cP设计内容1、根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数 与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。2、工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算）；水用量的计算。3、发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。4、对发酵设备进行详细化工计算与设计。4设计要求1、根据以上设计内容，书写设计说明书2、完成图纸两张（1号图纸）：全厂工艺流程图（初步设计阶段），发酵设备总 装图

6、（剖面和俯视图）。3工艺流程4工艺计算4.1物料衡算首先计算生产1000kg成品链霉素所需耗用的原辅材料及其他物料量:.发酵液量：3V1=1000800寸25000 X（1 1%） 95%X70%=48.61m3.种子液量（接种量为15%）:V2=V1M5%=7.292m.牛肉膏耗用量：种子液用量：V2 6%=7.292 M03 %=437.52kg.葡萄糖耗用量：种子液用量：V2 X4%=7.292 M03 X4%=291.68kg发酵液用量：V1 X4%=48.61 M03 X4%=1944.4kg葡萄糖总共耗用量：291.68+1944.4=2236.08kg.KH2PO4耗用量：种子液

7、用量：V2 M%=7.292 M03 Xl%=72.92kg发酵液用量：ViM.01%=48.61 1030.01%=4.861kgKH2PO4 总共耗用量：72.92+4.861=77.781kg.MgSO4耗用量：种子液用量：V2 M%=7.292 M03 X1%=72.92kg.黄豆饼粉耗用量：发酵液用量：V1M.8%=48.61 1030.8%=388.88kg.玉米浆耗用量：发酵液用量：V1X1.5%=48.61 103X1.5%=729.15kg. (NH4)2SO4耗用量：发酵液用量：V1M.5%=48.61 1030.5%=243.05kg.豆油耗用量：发酵液用量：V1M.2%

8、=48.61 1030.2%=97.22kg.CaCQ耗用量：发酵液用量：V1 刈.04%=48.61 1030.04%=19.444kg500吨/a,链霉素厂发酵车间的生物料衡算物料名称生产1000kg链霉素产品的物料量9000t/a,链毒素生产的物料量每日物料量发酵液量（m3）48.614374901458.3种子液量（m3）7.29265628218.76牛肉膏耗用量（kg）437.52393768013125.6葡锢糖耗用量（kg）2236.082012472067802.4KH 2PO4 耗用量(kg)77.7817000202333.4MgSO4耗用量(kg)72.92656280

9、2187.6黄豆饼粉耗用量（kg）388.88349992011666.4玉米浆耗用量（kg）729.15656235021874.5(NH4) 2SO4耗用量(kg)243.0521874507291.5豆油耗用量（kg）97.228749802916.64CaCO3耗用量(kg)19.444174996583.324.2热量衡算1.对于单发酵罐，利用直接蒸汽混合加热，蒸汽消耗量为:(1)Gc(t2 -ti)U 二i -t2 c式中:U蒸汽消耗量,kgG被加热料液量,kgc料液的比热,kJ/(kg 。)t2加热结束时料液的温度,ti加热开始时料液的温度，Ci蒸汽的热燃,kJ/kg-加热过程中

10、由于热损失而增加的蒸汽消耗量，汨取5%-10% 又料液的比热：c=0.37 4.18x+4.18 (1-x)x固形物的质量百分比根据重庆地区的地理位置及气候条件，取一年中的最低室温10 C作为料液的初始温度t1,“取10%,忽略种子液的加热被力口热料液量：G=48610+1944.4+388.88+729.15+243.05+97.22+19.444+4.861=52037.006kg固形物的质量百分比：x=3427.006/52037.006=6.59%料液的比热：c=0.37 M.18 659%+4.18(1-6.59%)=4.01kJ/(kg C)故直接蒸汽混合加热，蒸汽的消耗量：U1=

11、Gc(t2-t1) (1+ 仍 2M=52037.006 本01 (121-10) (+10%)看50M.1&121 401) =1.38 106kg.发酵罐空罐灭菌时的蒸汽消耗量估算：U=5Vf 作 式中：Vf发酵罐全容积,m3出一一发酵罐灭菌时，罐压下蒸汽的密度，kg/m3灭菌时的温度为121C,在该温度下水蒸汽的密度 历943.1kg/m3发酵罐全容积Vf =230故 D2=5Vf 岱=5230943.1=1.08 106kg.发酵罐实罐灭菌保温时的蒸汽消耗量估算一般来讲，保温时间内的蒸汽消耗量可按发酵罐实罐灭菌直接蒸汽加热升温 时的蒸汽消耗量的30%50%来估算。故 D3=50%D1=

12、6.90 105kg总蒸汽的耗用量为：D=D1+D2+D3=3.15汉06kg500t/a链霉素车间总热量衡算表名称规格(MPa)每吨产品消耗(kg)每天消耗(kg)年消耗量(kg)蒸汽0.3 (表压)3.15 X069.45 107102.84 104.3耗水量的计算种子液用水量：7.292 (m3)发酵液用水量：48.61(m3)发酵冷却水用量：(只考虑全年平均负荷)W=Q C2*(tktH)式中:W冷却水消耗量，kg/hQ物料的热效应，kJ/hC2冷却水的比热kJ/(kg*C),通常水的比热为 4.183kJ/(kg*C)tk冷却水的出口温度CtH 冷却水的进口温度C在计算冷却水耗量时，

13、其冷却水的进出口温差(tWktH)取5c (冷冻水或冷盐水)其中发酵罐发酵过程中的热效应计算：Q=Qf*V l式中:Q发酵罐的热效应，kJ/hQf单位体积发酵液所产生的热量，又称发酵热，kJ/(m3*h),对于链霉素发酵，具值为18800kJ/(m3*h)Vl发酵罐内发酵液体积,m3其中发酵罐内发酵液体积见发酵罐公称容积计算:3VL=200*75%=150(m )则 W=Q- C2*(tk-tH)=Q F*VL*2*(tktH)=18800*150 -4.183*5=134831.46 kg/h500t/a链霉素车间用水量衡算表名称规格每吨产品消耗定额 (t/t)每小时每吨用量 (kg/h)每

14、天用量(t/d)年耗量(t/a)冷水自来水811.5134831.463235.969707866.665发酵车间设备的选型计算发酵罐的选型根据发酵物的发酵特性，选用机械涡轮搅拌通风发罐 (通用罐)，选用此种发 酵罐的原因主要是：历史悠久，资料齐全，在比拟放大方面积累了较丰富的成功 经验，成功率高。生产能力、数量和容积的确定发酵罐容积的确定发酵罐容积的确定：选用200m3罐生产能力的计算：现每天生产链霉素30t,链霉素的发酵周期为8d(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。则每天需糖液体积为V糖。每天产纯度为100%的链霉素30t,每吨100%的链霉素需糖液48.61m3V 糖=48

15、.61*30=1458.3(m3)设发酵罐的填充系数。=70%;则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V0 (发酵周期为8d)。V0=1458.3/0.7=2083.286(m3)发酵罐个数的确定：公称体积为 200m3的发酵罐，总体积为230 m3NiV 巧 24心、2083.2862308= 72.566（个）取公称体积200 m3发酵罐74个，其中一个留作备用实际产量验算:230 0.7 9-300 = 9326.32 t / a富裕量:46.619326.32 - 90000二 3.63%9000能满足产量要求（主要尺寸的计算：取高径比 H: D=2: 1V = V筒 2V封=230m3;

16、2兀 3V全=0.785 D 2D D3 2 = 23024解得：1.57D3 0.26D3 = 230r 2230”D = 3= 5.004 m 1 .83取 D=5mH=2D=10m封头高：H封=ha + = 1300mm）封头容积：V封=16.4m3圆柱部分容积：V筒=197m3验算全容积V全：V全=% 2V封= 197 2 16.4 = 229.8 m35.2.5冷却面积的计算发酵罐采用内部列管式蛇管换热，外部表面采用喷淋冷却方式。蛇管进水温度为25C,出水温度为30C,醪液温度不超过36Co冷却面积使用牛顿传热定律公式计算，即：LQ总F 二K tm式中：F冷却面积，m2Q总一一发酵罐

17、的热效应，kJ/hK竖式列管换热器传热系数，选用4.18 500kJ/（m3 h ：C ）tm对数平均温差，C其中平均温差=(36-25) (36-30) 1 +(11/6)=8.2C故冷却面积:K tm=18800X50寸4.18 500 8.2）.-2=164.55m又圆筒外表面积为：Ao=兀, Do=3.14*5*10=157m2因为外淋罐壁冷却效果相当于的列管冷却面积为圆筒的50%相当于列管面积为157X50%=78.5m2所以发酵罐内列管冷却面积为 164.5578.5=86.05m2搅拌器设计从消耗功率来看：平叶 弯叶 箭叶从发酵液中气含率来看：平叶 弯叶箭叶从轴向混和效果来看：箭

18、叶 弯叶平叶从上述条件综合考虑，再考查国内外的主要选型情况。本次设计选用六弯叶 涡轮式搅拌器搅拌器叶径：Di=D/3=5/3=1.67m 取 d=1.7m叶宽 B=0.2d=0.2*1.7=0.34m弧长 l=0.375d=0.375*1.7=0.64m底距 C=D/3=5/3=1.7m盘彳至 di=0.75*Di=0.75*1.7=1.28m叶弦长 L=0.25d=0.25*1.7=0.43m叶距Y=D=5m弯叶板厚6 =12mm搅拌轴功率的计算搅拌转速以小罐为比拟放大，具转数为N1=110r/min,搅拌叶径D=1.05m, 按比拟放大公式：N2=N1(D1/D2)2/3=110X1.05

19、/1.7)2/3=80r/min发酵液体被搅动后流体的雷诺数可用下式计算： d2NRem =(80/60) X1.72X1050/1.3 t0-3=3.1 106104视为湍流状态计算不通气时的搅拌轴功率P0:P 0=NpN3d5p=4.7 御0/60)1.755M05010=88.2kw两挡板搅拌 P=2P0=88.2*2=176.4kw上两式中：Np功率系数，在圆盘弯叶涡轮式湍流情况下取值4.7N搅拌转数,r/sd搅拌器直径，mP -液体密度 kg/m3, 1050kg/m3祖-醪液黏度，N-s/m2计算通风时的轴功率Pg :Pg2.25 104P02ND3、I Q0.08 j0.39kW

20、式中P0-不通风时搅拌轴功率（kW）,N一轴转速，N=80D 一搅拌器直径（cm）, D3=1.73X 106=4.9X 106Q通风量（ml/min ）,设通风比 VVm=0.110.18, 取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11;则 Q=155X 0.11X 106=1.7X 107 (ml/min)Q0.08 =1.7Pg =2.25 10d7 0.08107= 3.790.393.仔104M80M4.9M1063.79= 69.1 kW求电机功率P电：P 电=(Pg/刀 1 刀 2刀 3)*1.01采用三角带传动刀1=0.92;滚动轴承“2=0.99,滑动轴承“3=0.9

21、8;端面密封增加功率为1%;代入公式数值得：P电=78.2kw5.2.8设备结构的工艺设计设备结构的工艺设计，是将设备的主要辅助装置的工艺要求交代清楚，以11供制造加工和采购时取得资料数据。本设计的主要辅助设备包括：空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径 4 133X4mm。挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。冷却管布置：采用竖式蛇管I最高负荷下的耗水量WcP t2 t tl式中 Q总一每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的 发热量与醪液总体积的 乘积Q总=4.18 6000 155= 3.89 106 kJ/hcp冷却水的比热容，

22、4.18kJ/ (kg K)t2一冷却水终温，t2=27Ct1一冷却水初温，t1=20C将各值代入上式3.89 1064.18 27 - 20= 1.33 105 kg/h = 36.9 kg/s冷却水体积流量为3.69x 10-2m3/s,取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s,根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：式中 W冷却水体积流量，W=3.69X10-2m3/sV冷却水流速，V=1m/s12代入上式:心、369 1021二 3.69 102 m2进水总管直径：d总3.69 100.785_2=0.217 mn冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0,组数为n,则:取n=8,求管径。由上式得:n *0.7853.6910 8 0.785=0.077 m查金属材料表选取（|）89X4mm无缝管 d内=81mm , g=5.12kg/m.d内d0认为可满足要求，d平均=80mm 0现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为300mm,则两直管距离为600mm,两 端弯管总长度为：lrD= 3.14 600= 1884mmm冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积一