链霉素工艺设计.

1、课程设计题目：链霉素牛产工艺设计课程名称：发酵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：二零零七年十二月目录1前言 22设计任务书 32.1基础数据. 32.2设计内容 32.3设计要求 33工艺流程 44工艺计算 44.1物料衡算 4.4.2热量衡算 54.3水用量的计算 75发酵车间设备（发酵罐）的选型计算. 85.1发酵罐的选型 8.5.2生产能力、数量和容积的确定. 85.2.1发酵罐容积的确定 .85.2.2生产能力的计算. .85.2.3发酵罐个数 .85.2.4主要尺寸的计算. .85.2.5冷却面积的计算. .95.2.6搅拌器设计. 105.2.7

2、搅拌轴功率的计算. .105.2.8设备结构的工艺设计 .116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

3、1.5%, （ NH4）SO4 0.5%， 豆油 0.2%, KH2PO4 0.01%, CaCO3 0.04%2.2 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 ： 1/8 1/12, 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： 38cP2.3 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

4、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（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：1. 发酵液量：3Vi=1000800才25000 （ 1- 1%） 95%X70%=48.61

5、m32. 种子液量 （接种量为 15%）:3V2=ViX15%=7.292m3. 牛肉膏耗用量：种子液用量：V2 6%=7.292 X03 0%=437.52kg4. 葡萄糖耗用量：种子液用量： V24%=7.2921034%=291.68kg3发酵液用量： V14%=48.611034%=1944.4kg葡萄糖总共耗用量： 291.68+1944.4=2236.08kg5. KH2PO4耗用量:种子液用量：V2 X1%=7.292 XI03 Xl%=72.92kg发酵液用量：ViX0.01%=48.61 X03X).01%=4.861kgKH2PO4 总共耗用量：72.92+4.86 仁77

6、.781kg6. MgSO4耗用量：3种子液用量：V2X1%=7.292X0 X1%=72.92kg7. 黄豆饼粉耗用量：发酵液用量：V1X0.8%=48.61 103X0.8%=388.88kg8. 玉米浆耗用量：发酵液用量：V1X1.5%=48.61 103X1.5%=729.15kg9. ( NH4)2SO4耗用量：发酵液用量：V1 X0.5%=48.61 103 X0.5%=243.05kg10. 豆油耗用量：发酵液用量：V1 .2%=48.61 103 X0.2%=97.22kg11. CaCQ耗用量：3发酵液用量：V1 .04%=48.61 10 0.04%=19.444kg500

7、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,链霉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葡萄糖耗用量(kg)2236.082012472067802.4KH 2PO4 耗用量(kg)77.7817000202333.4MgSO4耗用量(kg)72.926562802187.6黄豆饼粉耗用量(kg)388.88349992011666.4玉米浆耗用量(kg)729.15656235021874.5(NH4)

8、 2SO4耗用量(kg)243.0521874507291.5豆油耗用量(kg)97.228749802916.6CaCO3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：Gc(t? -切 “ 、D21 (j )i t? c式中:D蒸汽消耗量，kgG被加热料液量,kgc料液的比热，kJ/(kgt2加热结束时料液的温度，Cti加热开始时料液的温度Ci蒸汽的热焓,kJ/kgn热过程中由于热损失而增加的蒸汽消耗量,n可取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

9、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, n取10%，忽略种子液的加热被加热料液量：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=0.37 418)6.59%+4.18(1-6.59%)=4.01kJ/(kg C故直接蒸汽混合加热，蒸汽的消耗量：D1=Gc(t2-t1) (1+ ni-t24_c)=52037.006 4； 01 总21-10) (1+10%) -650 4.18-121 X .01)

10、 =1.38 106kg2.发酵罐空罐灭菌时的蒸汽消耗量估算：D=5Vf p 式中：Vf发酵罐全容积,m3P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p=943.1kg/m3发酵罐全容积Vf =230故 D2=5Vfp=5230943.1=1.08 W6kg3. 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%Di=6.90 05kg总蒸汽的耗用量为:D=Di+D2+D3=3.15 06kg500t/a链霉素车间总热量衡算表名称规格（MPa

11、）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 09.45 07102.84 104.3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*(tk tH)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，其冷却水的进出口温差（ t=tktH）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

12、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，其值为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*(tktH)=Q f*Vl比C2*(tk甸=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

13、计算5.1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。5.2生产能力、数量和容积的确定5.2.1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=48.61*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V

14、 （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 m317VtV 总-24总、20邑286 8 = 72.566 个230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 9300 二 9326.32 t/a富裕量:46.619326.3290000 = 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全 二 V筒 2V封二 230m3;2n 3” 0785 D2D 去 D 2=23解得：1.57D30.26D3 二 230230.83

15、-5.004取 D=5mH=2D=10m圭寸头高:=ha h 1300 mm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 二 V筒 2V封二 197 2 16.4 二 229.8 m3525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36C。冷却面积使用牛顿传热定律公式计算，即：式中：F冷却面积,m2Q总发酵罐的热效应，kJ/hK竖式列管换热器传热系数，选用4.18 300kJ/(m3 h -C ) tm对数平均温差，C其中平均温差厶“In: t2=(36-25) (36-30)

16、阡(11/6)=8.2C故冷却面积：5=18800X50说4.18 500 8.2)2=164.55m又圆筒外表面积为：A0=n- D0=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 164.55 78.5=86.05m25.2.6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

17、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盘径 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S =12mm5.2.7搅拌轴功率的计算搅拌转速以小罐为比拟放大，其转数为Ni=110r/min,搅拌叶径Di=1.05m, 按比拟放大公式：2/32/3N2=Ni(Di/D2)2 =110X1.05/1.7)=80r/mi n发酵液体被搅动后流体的雷诺数可用下式计算：f d2Np Re.=(80/60) X1.72x1050/1.3 1

18、0-3 =3.1 X06104视为湍流状态计算不通气时的搅拌轴功率P0：3 5P 0=NpN3d5p35=4.7 忍0/60)3X.755X050=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 体密度 kg/m3, 1050kg/m3卩一-!液黏度，Ns/m2计算通风时的轴功率Pg :Pg2.25 10P2ndI Q0.08 丿3 239kW式中P0-不通风时搅拌轴功率（kW）,N轴转速，N=80D 搅拌器直径(cm), D3=1.73X 106=4.9X 106取低限，如通风

19、量变大,Q通风量（ml/min）,设通风比 VVm=0.110.18,Pg会小，为安全。现取0.11;则 Q=155X 0.11X 106=1.7X 107 (ml/min )Q.08 =1.7Pg =2.25 107 0.08107二 3.79z46 -0.393.仔104疋80疋4.9063.79求电机功率P电:= 69.1 kWP 电=(Pg/ n 1 n 2 n 3) *1.01采用三角带传动n 1=0.92；滚动轴承n 2=0.99，滑动轴承n 3=0.98；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

20、置的工艺要求交代清楚，以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 133X 4mm。 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 t? - ti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总二 4.18 6000 155= 3.89 106 kJ/hcp冷却水的比热容，4.18kJ/ (kg K)t2冷却水终温，t2=27Ct1冷却水初温，t仁20C将各值代入上式3.89 1064.1827

21、- 20- 1.33 105 kg/h 二 36.9 kg / s冷却水体积流量为3.69 x 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=3.69x 10-2m3/sV冷却水流速，V=1m/s代入上式:Sr369 1021二 369 102m2进水总管直径：0.7853.69 10 工0.785=0.217 mII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:0f6910 J =0.07780.785查金属材料表选取 89x 4mm无缝管 d内=81mm , g=5.12kg/m.d内d0 认为可满足要求，d平均=80mm。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：I。D 二 3.14 600 1884mmm冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积2F=232.5m2现取无缝钢管 8