年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计

1、-PAGE . z.*: 11439108 课 程 设 计设计课程名称： 生物工程设备与工艺设计 题 目：年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计 学 生 姓 名：学 院系： 制药与生命科学学院 专 业 班 级：生工 指 导 教 师： 王利群 专业技术职务：副教授 设计时间： 2014 年 12 月 8 日 2014 年 12 月 19 日生物工程设备与工艺设计课程设计任务书 制药与生命科学 学院 生物工程 专业班同学：现下达给你们毕业设计任务如下，要求你们在预定时间内完成此项任务。一、设计题目：年产200吨L-丝氨酸发酵和无菌空气车间的工艺设计二、设计主要内容： 1、针对产品的要求

2、进展工艺流程的设计查阅资料，补充必要数据； 2、工艺计算物料衡算、能量衡算；3、设备的计算和选型；4、绘制带控制点工艺流程图3号图纸。三、生产条件包括年操作日、生产方式及其它限制性条件发酵接种量为3%，发酵时间为14 h，发酵罐的搅拌转速为120 rpm，发酵液密度为1050 kg/m3，粘度为0.1 Pas。每升发酵液可得到L-丝氨酸产品37 g。发酵工艺规定发酵罐通气量为0.8 VVM标准状态，种子罐通气量为1 VVM。工厂所在位置空气的平均温度为20，平均相对湿度为85%。年操作日300天，生产裕度为20%。培养基配方(g/L)：葡萄糖29.5，硫酸铵18.1，玉米浆3.79，KH2PO

3、41.0，K2HPO43H2O 1.0，MgSO47H2O 0.1，MnSO44H2O 0.001，FeSO47H2O 0.001，pH 7.07.2。水蒸气138，冷却水进出口温度根据实际情况确定。四、设计中主要参考资料包括参考书、资料、规*、标准等国家医药管理局*医药*编. 化工工艺设计手册第二版(M).：化学工业，1996沈自法，唐孝宣编.发酵工厂工艺设计(M).：华东理工大学，2004陈国豪主编.生物工程设备M.：化学工业，2007梁世中主编.生物工程设备M.：化学工业，2002陈敏恒等编.化工原理M.：化学工业，2004目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc

4、8533 1. 概述 全年生产周期数：单个周期发酵液体积计算:m3装料系数 取=0.7=20.36/0.7=29.09m3所以我们选用3个10 m3的发酵罐，另选一个作为备用罐。实际装料系数：发酵罐装液量：H/D=1.73，取H/D=2.0=10D=1.8m, H=2D=3.6m 取d=0.4D=0.7m,取W=D=0.18m 圆整W=0.2m，取B=0.8d=0.56m 圆整B=0.6m, 取S=1.5d=1.05m 圆整S=1.1m假设用两层搅拌器，所以SL=HLBS=2.820.61.1=1.12m检验：SL/d=1.12/0.7=1.6在12*围内3.5.2搅拌器轴功率计算d=0.7m

5、 D=1.8m n=120rpm=2 r/s=1050kg/ m3=0.1Pas ReM=104 属湍流状态采用六弯叶涡轮搅拌器，读图可知K=4.8P=kn3d5=KW校正系数f= =实际P*=f P=kw因为有两层搅拌器，kw标准状况下的通气量Q0=VLVVM= () = 5.6() =3.67m3/minNa=0.089=0.46 Pg=3.6种子罐的计算3.6.1种子罐的尺寸计算因为接种量为3%，故V种=m3装料系数 取=0.6=0.31/0.6=0.52m3应去2个0.6 m3的种子罐H/D=1.73，取H/D=2.0=0.6，D=0.7m, H=2D=1.4m 取d=D=0.35m

6、，圆整d=0.4m,取W=D=0.07m 圆整W=0.1m，取B=1.0d=0.4m , 取S=1.5d=0.6m 假设用1层搅拌器，所以SL=0.69m检验：SL/d=0.69/0.4=1.7在12*围内3.6.2种子罐轴功率计算种子罐单位体积轴功率P=78kw/ m3 取P=8kw/ m3P种子=0.313.7贮罐计算V=20.36/3=6.79m3取=0.7=6.8/0.75=8.24m3故取3个10 m3的贮罐,选取1422-74查化工手册取罐为：公称直径DN= 2000mm，高度H=3000mm3.8配料罐的计算3.8.1发酵罐配料罐的计算V=20.36/3=6.79 m3取=0.7

7、=6.79/0.7=9.7m3查表取3个10m3的配料罐，选取1422-74查化工手册取罐为：公称直径DN= 2000mm，高度H=3000mm3.8.2种子罐配料罐的计算V种=m3取=0.7=0.204/0.7=0.29 m3查表取3个0.3m3的配料罐,型号为1425-74公称直径DN=600mm，高度H=800mm4. 无菌空气的工艺设计4.1空气用量发酵车间需要最大压缩空气用量为V=100.70.83+0.60.6121.2=21.02m3/min4.2压缩空气的温度1.以实际生产中空压机空气中的压强为表压0.2MPat2=377.5-273=104.5压缩空气的温度为104.5因此压

8、缩机输出的高温压缩空气必须进展适当冷却，再进入总过滤器进展除菌处理。2.压缩空气的除水由任务书可知，空气的平均温度为20查表得，空气温度为20时，ps1=2340Pa3.当压缩到0.2MPa时，实际生产过程中的温度为120查表得，空气温度为120时，ps2=198653Pa，1=80%此时的压缩空气相对湿度为假设冷却至40，无水析出，需除水查表得查表得：露点温度即冷却到30.8时，开场有水生成。计算除水量：每千克空气析出水量为 4.3空气冷却器的传热量冷却时逆流冷却，空气温度由12030.8，冷却水温度由2025空气在状态1时：4.4空气加热器的传热量加热时，空气温度由30.840，加热蒸汽温

9、度由保持138不变，压强不变。对于30.8的空气，由之前计算可知：4.5空气预处理系统计算与设计4.5.1吸风塔空气压缩机车间要建在厂区的上风向外，还要求吸风塔的高度大于10m。为了防止雨水灌入，顶部设计有防雨罩。吸风塔内的空气流速不能太快，不然噪声过大，一般空气在吸风塔的界面流速设计8m/s。本设计选用：1.吸风塔高度H=15m。2.空气在吸风塔的界面流速v=6m/s。所以吸风塔规格为D0.48mH15m4.5.2前置过滤器通常采用无纺布作为过滤介质。空气在前置预过滤中流速不能过快，否则噪声很大。粗过滤空气流速控制在小于等于0.5m/s，亚高效过滤层控制在0.20.5m/s。本设计选取管径流

10、速v=0.4m/s 空气过滤的进气口直径一般情况下与出去口直径相等，也可大于出气口直径，本设计选用4.5.3空气压缩机根据全场发酵工艺所需的空气流量、克制压缩空气输送过程的阻力和克制发酵罐的液柱高度所需的压强过来选用空气压缩机型号。本设计选用4L-20/8型空气压缩机1台。排气量为21.55m3/min，最终排气压力为0.3MPa。4.5.4压缩空气贮罐根据经历公式估算，贮罐容积可取V=10%15%的空压机每分钟的吸气量m3，本设计中取V=10%的空压机每分钟的吸气量m3。，贮罐的设计H/D=2.2-2.5，取H/D=2.5所以压缩空气贮罐规格为D1.5mH3.75m4.5.5空气冷却器根据步

11、骤4.3 空气冷却器计算的传热量冷却时逆流冷却，当空气温度由12030.8，冷却水由2025时，因此，本设计选用固定管板式换热器，换热面积为43.1m，换热管长度为4500mm，公称直径DN=400mm，管程数2，管根数164，中心排管数15。4.5.6水滴别离设备4.5.6.1旋风别离器4.5.6.2丝网除沫器,4.5.7空气加热器根据步骤4.4 空气加热器计算的传热量当空气温度由30.8至40，水蒸气温度不变 取传热系数K=100w/m因此，本设计选用固定管板式换热器，换热面积为1.3m，换热管长度为1500mm，公称直径DN=159mm，管程数1，管根数15，中心排管数5。4.6 空气除

12、菌设备计算与设计4.6.1空气总过滤器的计算及设计设发酵车间需要最大压缩空气用量V=100.70.83+0.60.6121.2=21.02m3/min根据陈国豪主编生物工程设备P27表2-2，本设计选用YUD-z-3型空气总过滤器2台其中1台备用总过滤器1台，规格为1000mm1897mm滤芯配置：规格为350mm500mm/3芯 4.6.2 10m3发酵罐的空气分过滤系统设备的计算及设计确定发酵时间为14h，则通气工作时间亦为14h根据发酵工艺每个10m3发酵罐最大空气用量Vf=100.8=8m3/min查陈国豪主编生物工程设备P29表2-3，JPF型空气用量过滤器的规格型号本设计选用JPF

13、-10型空气用量过滤器1台，规格为180mm1046mm过滤器配滤芯JPF-A或JPF-C型号3支，滤芯长20in1in=0.0254m，下同空气预过滤器选型根据已选JPF-10型空气用量过滤器，空气通量10m3/min。查陈国豪主编生物工程设备P31表2-5，JLS-YUD空气预过滤器规格型号本设计选用JLS-YUD-10空气预过滤器1台，规格为230mm965mm，并配置DGF规格为200mm330mm的滤芯蒸汽过滤器选型根据已选JPF-10型空气膜过滤器，查陈国豪主编生物工程设备P32表2-6，JLS-F蒸汽过滤器的规格型号本设计选用JLS-F-035型蒸汽过滤器1台，规格为89mm52

14、2mm，配置JLS-F滤芯3支，规格为22mm260mm4.6.3 0.3m3种子罐的空气分过滤系统设备的计算及设计确定发酵时间为14h，则通气工作时间亦为14h根据发酵工艺每个0.6m种子罐最大空气用量为 查陈国豪主编生物工程设备P29表2-3，JPF型空气膜过滤器的规格型号本设计选用JPF-2空气膜过滤器1台，规格为110mm549mm，过滤器配滤芯JPF-A或JPF-C型号1支，滤芯长10in空气预过滤器选型根据已选JPF-2型空气膜过滤器，空气通量为2m/min，查陈国豪主编生物工程设备P31表2-5，JLS-YUD空气预过滤器规格型号本设计选用JLS-YUD-10空气预过滤器1台，规

15、格为230mm965mm，并配置DGF规格为200mm330mm的滤芯蒸汽过滤器选型根据已选JPF-2型空气膜过滤器，查陈国豪主编生物工程设备P32表2-6，JLS-F蒸汽过滤器的规格型号本设计选用JLS-F-010型蒸汽过滤器1台，规格为89mm402mm，配置JLS-F滤芯3支，规格为22mm150mm总结发酵罐规格：D1.8mH3.6m。种子罐规格：D0.7mH1.4m。贮罐规格：DN2mH3m。发酵罐配料罐规格：DN2.0mH3.0m。种子罐配料罐规格：DN0.6mH0.8m。泵型号：IS清水泵。吸风塔规格：D0.48mH15m。空气压缩机：4L-20/8型，1台。压缩空气贮罐规格：D

16、1.5mH3.75m。空气冷却器：固定管板式换热器，换热面积为43.1m，换热管长度为4500mm，公称直径DN=400mm，管程数2，管根数164，中心排管数15。空气加热器：固定管板式换热器，换热面积为1.3m，换热管长度为1500mm，公称直径DN=159mm，管程数1，管根数15，中心排管数5。10m发酵罐的空气分过滤系统设备的选型有:JPF-10型空气用量过滤器1台，规格为180mm1046mm，过滤器配滤芯JPF-A或JPF-C型号3支，滤芯长20in。JLS-YUD-10空气预过滤器1台，规格为230mm965mm，并配置DGF规格为200mm330mm的滤芯。JLS-F-035型蒸汽过滤器1台，规格为89mm522mm，配置JLS-F滤芯3支，规格为22mm260mm。0.3m种子罐的空气分过滤系统设备的选型有：本设计选用JPF-2空气膜过滤器1台，规格为110mm549mm，过滤器配滤芯JPF-A或JPF-C型号1支，滤芯长10in。JLS-YUD-10空气预过滤器1台，规格为230mm965mm，并配置DGF规格为200mm330mm的滤芯。JLS-F-010型蒸汽过滤器1台，规格为89mm402mm，配置JLS-F滤芯3支，规格为22mm150mm。6参考文献1国家医药管理局*医药*编.化学工艺设计手册第二版M.：化学工业，19962沈自法，唐孝宣