年产200吨L-丝氨酸发酵车间的设计

1、目录1概述21.1产品概述21.2设计概述21.2.1设计依据：21.2.2设计范围31.2.3指导思想32.原材料及产品的主要技术规格33.生产流程简述44工艺计算44.1物料衡算44.1.1发酵罐44.1.2种子罐44.2热量衡算54.2.1发酵罐（不锈钢蛇管传热）54.2.2种子罐65.主要设备的计算65.1发酵罐的设计65.2搅拌器轴功率计算85.3接种罐的计算85.4种子罐轴功率计算95.5贮罐计算95.6配料罐的计算105.6.1发酵罐配料罐105.6.2种子罐配料罐105.7离心机计算106.其它108.致谢12年产200吨L-丝氨酸发酵车间的设计1概述1.1产品概述丝氨酸(简称

2、Ser.)是一种重要的生化试剂和药剂, 在氨基酸输液和氨基酸胶囊以及多肽合成等方面发展迅速。同时丝氨酸的衍生物也具有优良的药用和生物活性, 如-取代丝氨酸被应用于设计肽, 而且是免疫抑制剂ISP（多球壳菌素 Myriocin, 嗜热菌杀酵母素 Thermozymocidin）和免疫激活剂, 神经鞘真菌素E等生物活性物质的有效组成部分；L-丝氨酸的磷酸脂具有解除疲劳, 恢复体力等功效偶氮丝氨酸常用于治疗肿瘤。目前L-丝氨酸生产水平还较低, 在世界氨基酸生产行业中L-丝氨酸是工业化生产难度较大的氨基酸。日本用前体发酵法生产L-丝氨酸, 在1969年产量为4t, 在1990年70t, 在1996年1

3、00t,2002年280t。中国以前大多采用蛋白质水解法提取, 然而分离困难, 始终未能形成生产规模。四川南充药厂生产是用发酵法, 生产周期长, 收率低也不宜推广应用。而湖北八峰药化采用酶促法转化生产L-丝氨酸, 2003年3月建成一条年产50t的生产线, 产酸量及转化率均达到国际先进水平。1.2设计概述本设计是关于年产200吨L-丝氨酸发酵车间的初步设计，包括生产车间的设计和布置，发酵工段的工艺设计，设备选型。最后完成任务书要求的相关图纸的绘制。1.2.1设计依据：（1）依据与工厂设计和生产工艺相关的各种资料。如化工工艺设计手册（2）GB/T 501032001 总图制图标准（3）GB501

4、8793 工业企业总平面设计规范（4）GB 1234890工业企业厂界噪声标准（5）化工原理（6）生物工艺原理（7）生物工程设备1.2.2设计范围（1）L-丝氨酸生产工艺的设计和生产工段的计算（2）主要设备的计算和选型（3）带控制点的工艺流程图1.2.3指导思想发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。发酵工程的三个阶段均分别有它们各自的工艺原理和设备及过程控制原理，它们一起构成发酵工程原理。 千

5、百年，特别是最近几十年的发酵工业生产的实践证明:微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。 从生物科学的角度重新审视发酵工程，发现发酵工程最基本的原理是其生物学原理，而前述的发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上。因此，发酵工程的生物学原理是发酵工程最基本的原理，并且可以把它简称为“发酵原理”。2.原材料及产品的主要技术规格培养基：LB培养基蛋白胨 10g酵母浸出液 5 g氯化钠 5g水 1000ml3.生产流程简述1.将LB培养基共0.25m3放入0.3m3的种子罐配料罐中，待搅拌均匀后，用泵打入种子罐中，种子罐用138水蒸

6、气进行夹套加热灭菌（使培养基从25升至121），再用冷却水使之冷却到37，接入菌种后培养到对数期待用。2在12 m3的发酵罐配料罐中加入8.35m3的LB培养基，开启搅拌待混匀后，用泵打入发酵罐中，进行灭菌，用138水蒸气先进行间接加热（使培养基从25升至90），再用蒸汽直接加热（使培养基从90升至121），然后用冷却水使之冷却到37，待用。3.将种子罐中的料液放入发酵罐中发酵14h，再用离心机进行离心分离，收集菌体，废液放入贮罐中。4工艺计算4.1物料衡算已知LB培养基的成分：酵母提取物5g，蛋白胨10g，NaCl5g，水1000ml4.1.1发酵罐 发酵液 G=8768kg，酵母提取物 G

7、1=8768kg蛋白胨 G2=8768kgNaCl G3=8768kg水 G水=8768kg=8.6ml4.1.2种子罐发酵液 G=263.6kg酵母提取物 G1=263.6kg蛋白胨 G2=263.6kgNaCl G3=263.6kg水 G水=263.6kg=2.58ml4.2热量衡算4.2.1发酵罐（不锈钢蛇管传热）1.间接加热过程的蒸汽量（培养基温度从25升到90）已知G=1050kg， t1=25 ，t2=90 c=4.18kJ/(kg) =138 查表得r=2155.6 kJ/kgK=12501900 kJ/(m2h) 取K=1674 kJ/(m2h)=5%10%，取10% =121

8、5.7kg已知=11.5h 取=1h=1F=18.7 m22. 直接加热过程的蒸汽量（培养基温度从90升到121）t1=90 ，t2=121查表得138下=2735.2 kJ/kg， =4.18kJ/(kg)=5%10%，取10% kg3.冷却阶段的冷却水用量 =10 （实测当培养基温度t1为80时，此时冷却水出口温度t2为30）K=1674 kJ/(m2h)kJ/(kg)（Ac2）=1674(1.4=22257.3kg/h=22.2573t/h4.2.2种子罐体积小于5 m3采用夹套加热1. 间接加热过程的蒸汽量已知V种=8.35 m3kgt1=25 ，t2=121 ，r=2155.6kJ/

9、kg=5%10%，取10% =53.98kg取=0.5h K=8301250kJ/(m2h) 取K=1000kJ/(m2h)=0.5F=4.2 m22. 冷却阶段的冷却水用量 =10 （实测当培养基温度t1为80时，此时冷却水出口温度t2为30）K=1000 kJ/(m2h)kJ/(kg)（Ac2）=1000(1.4=2986.2kg/h=2.9862t/h5.主要设备的计算5.1发酵罐的设计生产条件：已知发酵培养接种量为3%，使用的培养基是LB培养基，发酵时间为14h，发酵罐的搅拌转速为180rpm，通气量为0.8VVM，发酵液密度为1050kg/m3,粘度为0.1Pas。每升发酵液可以纯化

10、得到L-丝氨酸产品40g。年操作日300天，生产方式：间歇生产。水蒸气138，冷却水进出口温度根据实际情况确定。因为发酵时间为14h，再考虑发酵罐灭菌，降温，出料，清洗等辅助时间。确定发酵周期为24h。单个周期发酵液体积计算：L=16.7m3装料系数 取=0.7=16.7/0.7=23.86 m3所以我们选用两个12 m3的发酵罐，另选一个作为备用罐。H/D=1.73，取H/D=2.0=12D=1.91m, 圆整D=2m, H=2D=4m已知 取d=0.4D=0.8m已知,取W=D=0.2m已知，取B=0.9d=0.72m 圆整B=0.8m已知, 取S=1.5d=1.2m（取25mm）m3发酵

11、液的圆柱体积V柱=16.7/21.12=7.23 m3发酵液的柱体高h=假设用两层搅拌器，所以S1=2.31.2=1.1m检验：S1/d=1.1/0.8=1.375在12范围内5.2搅拌器轴功率计算已知d=0.8m , D=2m 液位高 HL=2.3+0.8=3.1mn=90rpm=1.5r/s =1050kg/ m3 =0.1Pas =104 （属湍流状态）P=kn3d5=4.8 1.53 kW校正系数f= =实际P*=f P=1.04kW因为有两层搅拌器kW标准状况下的通气量Q0=VLVVM=0.816.7/2=6.68 m3/min= () = 6.68() =4.42 m3/minNa

12、= Pg=5.79kW5.3接种罐的计算因为接种量为3%，故V种=m3装料系数 取=0.6=0.25/0.6=0.42 m3应取两个0.5 m3的种子罐H/D=1.73，取H/D=2.0=0.5D=0.66m, 圆整D=0.7m, H=2D=1.4m已知 取d=0.4D=0.28m 圆整d=0.3已知,取W=D=0.07m 圆整W=0.1m已知，取B=1.0d=0.3m 已知, 取S=1.5d=0.45m 圆整S=0.5m（取25mm）m3发酵液的圆柱体积V柱=0.250.0542=0.20 m3发酵液的柱体高h= 圆整h=0.6m假设用一层搅拌器，所以S1=h=0.6m检验：S1/d=0.6

13、/0.3=2在12范围内5.4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=0.25kW5.5贮罐计算V=16.7/2=8.35 m3取=0.75=8.35/0.75=11.13m3查化工手册取一个10 m3的贮罐公称直径DN=1800mm，L1=3400mm5.6配料罐的计算5.6.1发酵罐配料罐V=16.7/2=8.35 m3取=0.8=8.35/0.8=10.44m3查化工手册取2个12 m3的配料罐,型号为JB1423-74公称直径DN=2200mm，H=3200mm，D=2240mm5.6.2种子罐配料罐V种=m3取=0.8=0.25/0.8=

14、0.31m3查化工手册取2个0.3m3的配料罐,型号为JB1425-74公称直径DN=600mm，H=1200mm，D=620mm5.7离心机计算生产能力=16.7/14=1.19 m3/h选择型号为:卧式螺旋卸料沉降离心机 LW 200600N6.其它通过这次课程设计，我们初步了解了做设计的一般要求，格式，内容和方法，为将来的小设计乃至毕业设计积累了宝贵的经验。刚开始做课程设计时有点一头雾水，因为跟以前的化工原理课程设计不同，这次没有老师教我们到底每一步该怎么做。而是在拿到任务后，我们必须自己整理思路，规划设计。老师能告诉我们的只是一些规范的格式，必须的作图技巧，以及为我们在设计中遇到的困惑

15、答疑解难。这着实让习惯了填鸭式教育的我们措手不及，一下子不知道该从何下手。所幸经过几天的适应摸索，以及和同组同学的相互讨论，我们渐渐理清思路，开始步入正确的轨道。设计的本质就是要解决问题，一个任务布置下来，我们要做的就是调动一切现有条件，使用各种工具来针对性地解决这个问题。要成功完成设计，除了基本的专业知识外更要有较好的文献研读能力，如何消化他人的研究成果从海量数据中找到自己所需的内容，并结合具体问题正确使用非常重要。刚开始看化工设计手册那两本大厚书时真是头疼，满满都是字根本不知道我们想找的内容在哪里，在老师的指导下经过多次练习后才感觉有些上手。此外，要完成一项工作团队精神不可或缺，一个人的知

16、识能力有限，考虑问题自然是不全面的。大家凑在一起，互补合作，及时发现错误，工作效率自然就高得多。最后通过这次的学习我也深刻认识到做设计是项精细的工作，由于涉及到大量计算，我们必须有极高的耐心和专注力。否则稍不留神哪里算错，便真是一失足成千古恨要改动大量数据，烦不胜烦。我在期间就犯过不少错误，幸亏在跟同学交流时及时发现未酿成大错。总之这次的课程设计对我们来说是次宝贵的历练，既学到许多知识，又为今后的课程打下基础。感谢老师的辛苦指导和同学们的互相帮助，这些知识我在日后的学习中将受用不尽。7.参考文献1国家医药管理局上海医药设计院编.化学工艺设计手册（第二版）（M）.北京：化学工业出版社，19962沈自法，唐孝宣编.发酵工厂工艺设计（M）.上海：华东理工大学出版社，20043陈国豪主编.生物工程设备（M）.北京：化学工业出版社，20074梁世中主编.生物工程设备（M）.北京：化学工业出版社，20025陈敏恒主编.化工原理（M）北京：化学工业出版社，2004 8.致谢此次课程设计的制定、实施、完成到撰写