链霉素工艺设计

1、课程设计 题目：链霉素生产工艺设计 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.44.2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.85.2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搅拌轴

2、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.1前 言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1.5%，（NH4）2SO4 0.5%，豆油0.

3、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 ：1/81/12（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拌桨直径之比：12.5发酵条件：转数350r/min ,温度28，pH7.2（400L发酵罐）冷却水进出口温度分别为25、30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

4、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： V1=100080025000（11%）95%70%=48.61m32. 种子液量(接种量为15%): V2=V115%=7.292m33. 牛肉膏耗用量： 种子液用量：V26%=7.2

5、921036%=437.52kg 4. 葡萄糖耗用量： 种子液用量：V24%=7.2921034%=291.68kg 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：V21%=7.2921031%=72.92kg 发酵液用量：V10.01%=48.611030.01%=4.861kg KH2PO4总共耗用量：72.92+4.861=77.781kg6. MgSO4耗用量： 种子液用量：V21%=7.2921031%=72.92kg7. 黄豆饼粉耗用量： 发酵液用量：V10.8%

6、=48.611030.8%=388.88kg8. 玉米浆耗用量： 发酵液用量：V11.5%=48.611031.5%=729.15kg9. （NH4）2SO4耗用量： 发酵液用量：V10.5%=48.611030.5%=243.05kg10.豆油耗用量： 发酵液用量：V10.2%=48.611030.2%=97.22kg11.CaCO3耗用量： 发酵液用量：V10.04%=48.611030.04%=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，链霉素生产的物料量每日物料量发酵液量(m3)48.614374901458.3种

7、子液量(m3)7.29265628218.76牛肉膏耗用量(kg)437.52393768013125.6葡萄糖耗用量(kg)2236.082012472067802.4KH2PO4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）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

8、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：式中:D蒸汽消耗量,kg G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,t1加热开始时料液的温度,i蒸汽的热焓,kJ/kg加热过程中由于热损失而增加的蒸汽消耗量,可取5%-10%又料液的比热：c=0.374.18x+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作为料液的初始温度t1，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 =52037.006k

9、g固形物的质量百分比:x=3427.006/52037.006=6.59%料液的比热: c=0.374.186.59%+4.18(1-6.59%)=4.01kJ/(kg) 故直接蒸汽混合加热，蒸汽的消耗量:D1=Gc(t2-t1)(1+)(i-t2c)=52037.0064.01(121-10) (1+10%)(6504.18-1214.01)=1.38106kg2.发酵罐空罐灭菌时的蒸汽消耗量估算：D=5VFs式中: VF发酵罐全容积,m3s发酵罐灭菌时,罐压下蒸汽的密度,kg/m3 灭菌时的温度为121，在该温度下水蒸汽的密度s=943.1kg/m3 发酵罐全容积VF =230 故 D2=

10、5VFs=5230943.1=1.08106kg3.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=6.90105kg 总蒸汽的耗用量为:D=D1+D2+D3=3.15106kg500t/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）3.151069.451072.8410104.3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=Qc2*(t

11、ktH)式中:W冷却水消耗量，kg/h Q物料的热效应,kJ/h c2冷却水的比热kJ/(kg*)，通常水的比热为4.183kJ/(kg*) tk冷却水的出口温度 tH冷却水的进口温度在计算冷却水耗量时,其冷却水的进出口温差(t=tktH)取5(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*VL 式中:Q发酵罐的热效应,kJ/h QF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：VL=200*75%=150(m3) 则W=Qc2*(tktH)

12、=QF*VLc2*(tktH) =18800*1504.183*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

13、： 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 m3 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：富裕量: 能满足产量要求（主要尺寸的计算：取高径比 H：D=2：1解得：取

14、D=5m H=2D=10m封头高：封头容积 ： V封=16.4m3圆柱部分容积：V筒=197m3验算全容积V全：5.2.5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25,出水温度为30,醪液温度不超过36。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4.18500kJ/(m3h)tm对数平均温差,其中平均温差 =(36-25)(36-30)(11/6) =8.2故冷却面积：=18800150(4.185008.2)=164.55m2又圆筒外表面积为：A0=DH0=3.14*5*1

15、0=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15750%=78.5m2所以发酵罐内列管冷却面积为164.5578.5=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

16、.28m叶弦长L=0.25d=0.25*1.7=0.43m叶距Y=D=5m弯叶板厚=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N1=110r/min，搅拌叶径D1=1.05m，按比拟放大公式：N2=N1(D1/D2)2/3=110(1.05/1.7)2/3=80r/min发酵液体被搅动后流体的雷诺数可用下式计算： =（80/60）1.721050/1.310-3=3.1106104 视为湍流状态计算不通气时的搅拌轴功率P0：P 0=NpN3d5=4.7(80/60)31.7551050 =88.2kw两挡板搅拌P=2P0=88.2*2=176.4kw上两式中：Np功率

17、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，m液体密度kg/m3, 1050kg/m3醪液黏度，Ns/m2计算通风时的轴功率Pg :式中 P0不通风时搅拌轴功率（kW）， N轴转速，N=80 D搅拌器直径（cm），D3=1.73106=4.9106 Q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=1550.11106=1.7107（ml/min）求电机功率P电:P电=（Pg/123）*1.01采用三角带传动1=0.92；滚动轴承2=0.99，滑动轴承3=0.98；端面密封增加功率为1%；代入

18、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1334mm。 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 最高负荷下的耗水量W 式中 Q总每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的 发热量与醪液总体积的乘积 cp冷却水的比热容，4.18kJ/（kgK） t2冷却水终温，t2=27 t1冷却水初温，t1=20将各值代入上式 冷却水体积流量为3.6910-2m3/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=3.6910-2m3/s V冷却水流速，V=1m/s代入上