年产350吨土霉素发酵罐设计

1、- 0 - 内蒙古科技大学课程设计题目：年产 350 吨土霉素发酵罐设计 学 院：数理与生物工程学院 班 级：10 级生物工程（1）班指导老师：郑春丽 学生姓名： 学 号： - 1 -摘要摘要土霉素是一种广谱抗生素，有一定的副作用。目前，中国已经成为世界上最大的土霉素生产国，占世界产量 70%，主要应用与畜牧业。土霉素是微生物发酵产物，在国内土霉素提取工艺为用草酸或磷酸做酸化调节 PH 值，利用黄血盐-硫酸锌做净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质，然后用 122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调 pH 至 4.8 左右结晶得到土霉素碱产品。本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、

2、脱色、结晶、干燥等。由于时间有限及设计要求，此次仅设计年产 350 吨土霉素的发酵罐和其上相关必要设备。- 2 -目录目录第 1 章 绪论 1.1 节 引言.3 1.2 节 设计目标任务.4 1.3 节 设计基本内容.5第 2 章 物料衡算 2.1 节 总物料衡算.6 2.2 节 发酵工序物料衡算.6第 3 章 设备选型 3.1.发酵罐的选型.10 3.2 生产能力、数量和容积.10第四章 接管设计 4.1 冷却面积的计算.12 4.2 搅拌器设计.12 4.3 搅拌轴功率的确定.13 4.4 设备结构的工艺设计.15 4.5 发酵罐壁厚的计算.19第五章 设计结果与讨论.2121第 6 章

3、发酵罐结构图.22第 7 章 结论.23参考文献- 3 -第一章第一章 绪论绪论1.1 引言： 土霉素 Terramycin (Oxytetracycline)是四环类抗生素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同而构成不同种类的四环素类抗生素。分子式如图一所示，化学名：6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。 土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、

4、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等亦较敏感。临床上用于治疗上呼吸道感染胃肠道感染斑疹伤寒恙虫病等。 常见副作用有：肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反应，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙）， B 族维生素缺乏等。 由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药OHHCH3OOHOHOHON(CH3)2CONH2图一 土霉素分子式- 4 -1.2 设计目标任务 请设计年产 350 吨（成品含量： 99% ）土霉素工厂设计 一、基础数据 设计年产量 M = 350t/a

5、 成品效价 Ud = 1000 单位/毫克 年平均发酵水平 Uf = 35000 单位/毫升 年工作日 m = 315d/a 搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4 搅拌器直径：Di=D/3 搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D 最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却替。 1、发酵基础工艺参数土霉素的发酵周期 T 为 184 小时，辅助时间为 10 小时，发酵中罐周期为 44 小时，辅助时间 4 小时发酵周期为 35 小时，辅助时间 3 小时接种比为 20%，液体损失率为 15%大罐一个发酵周期

6、内所需全料的量为：32m3大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：17m3逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的 15%通气量分别为 1.0（每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量）氨氮的利用情况，培养 20-40 小时，每 4 小时补一次,每次10-15L，控氨水平在 45mg/100ml 以上培养基配比： 发酵罐全料稀料组成配比（%）配比（%）配比（%）黄豆饼粉3.03.53.0- 5 -1.3 本设计基本内容 1.3.1 工艺流程设计根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。 1.3.2 工艺计算物料衡算：列出所有工艺

7、参数，计算，列出衡算表。热量衡算：不要求设备选型：发酵罐的尺寸及数量、罐壁、封头、搅拌装置及轴功率。管道设计：大罐主要接管设计。 1.3.3 完成初步设计阶段图纸：发酵罐。淀粉8.06.53.0氯化钠0.20.4碳酸钙1.10.40.4植物油0.41- 6 - 第二章第二章 物料衡算物料衡算2.1 总物料衡算 纯品土霉素的量：35099% =346.5t/a日产量：346.5/315= 1.1t/d效价：346.51091000 =3.4651014 单位/a土霉素的生产过程总收率为 99%则发酵时的总效价：3.4651014/99% =3.51014 单位/a发酵液的效价：35000 单位/

8、ml发酵液的体积：3.51014/35000 =11010 ml =1104 m32.2 发酵工序物料衡算 每天发酵液的体积： 1104/315=31.75m3/d每天损失的体积： 31.7515%/（1-15%）=5.60m3/d加入氨水体积：培养 20-40 小时，每 4 小时补一次，每天共 6 次，每次 15L，共计 90L，既 0.09 m3/d大罐一个发酵周期内所需全料的量：32 m3 ，则一天内所需全料： 32/(194/24)=3.96 m3/d大罐一个发酵周期内所需稀料的量:17 m3 ，则一天内所需稀料料： 17/(194/24)=2.10 m3/d设发酵开始的培养基体积为

9、V，蒸汽带入的水量按 20%计由体积衡算- 7 -(V20%+V20%+V+3.96+2.10+0.09) (1-15%)= v发酵液=31.75m3/d得培养基体积 V=22.29m3/d则加入的二级种子液体积： 22.2920%=4.46 m3/d蒸汽带入水量： 22.2920%=4.46m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉： 22.293%+3.963.5%+2.103%= 0.870m3/d 淀粉： 22.298%+3.966.5%+2.103%= 2.104m3/d 氯化钠： 22.290.2%+2.100.4%= 0.053m3/d 碳酸钙： 22.291.1%+3.

10、960.4%+2.100.4%=0.269m3/d 植物油： 22.290.4%+2.101%= 0.110m3/d 配料水： 22.290.870-2.104-0.053-0.269-0.110=18.884m3/d表 1 发酵物料衡算表- 8 -进入发酵罐的量离开发酵罐的量项目体积（m3/d)体积（m3/周期)项目体积（m3/d)体积（m3/周期)二级种子液4.4636.05发酵液31.75265.7蒸汽带入水量4.4636.05损失5.645.3培养基22.29180.18全料量3.9632.01稀料量2.1016.98氨水0.090.73总量37.36302.00总量37.35302.

11、00表 2 三级发酵培养基的组成项目体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉0.8707.03淀粉2.10417.01氯化钠0.0530.43碳酸钙0.2692.17植物油0.1100.89配水量18.884152.65总21.75180.18- 9 -培培 养养 基基黄豆饼粉 0.8700.870m3 /d淀粉 2.1042.104m3 /d氯化钠 0.0530.053m3 /d碳酸钙 0.2690.269m3 /d植物油 0.1100.110m3/d配料水 18.884m3 /d发酵罐37.36m3/d二级种子液4.46 m3/d培养基46.03m3/d蒸汽带入水量4.46 m3/d全料

12、量3.96 m3/d稀料量2.10 m3/d液氨0.09 m3/d发酵液31,75m3/d液体损失率为 15%5.60m3/d- 10 -第第 3 3 章章 设备选型设备选型3.1.发酵罐的选型 鉴于土霉素发酵是好氧发酵故选用机械涡轮搅拌通风发酵罐。3.2 生产能力、数量和容积 A.发酵罐容积选用 100m3发酵罐，全容积 118m3 B.生产能力计算选用 100m3装液系数为 0.75 的发酵罐，那么生产能力为： 1000.75=75m3 由第二章物料衡算知年产 350t 土霉素，日产 31.75m3。发酵的操作时间需 194h（其中发酵时间 184h）。这样生产需要的发酵罐为： N=(31

13、.75/75)(194/24)=3.42(罐)取整数 4 罐每天投（放）罐次为 31.75/75=0.42（罐）设备溶积的计算： 每天发酵液的量 v0=31.75m3/d所需设备总容积： V=31.75(194/24)/0.75=342.19m3四个发酵罐总容积为： 1184=472m3342.19m3 符合。发酵罐主要尺寸查表的：- 11 -公称容积VN(m3)罐内径D(mm）圆筒高H0(mm)封头高h0(mm)罐体总高H(mm)不计上封头容积(m3)全容积(m3)10040008000104010380109118- 12 -第第 4 4 章章 接管设计接管设计4.1 冷却面积的计算： 按

14、发酵罐生成热高峰，一年中最热半个月的气温，冷却水可能达到最高温条件下设计冷却面积。取 qmax=4.186000KJ/(m3h)采用竖式蛇管换热器。取经验值 k=4.18500KJ/(m2h)tm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(12-5)/ln(12/5)=8没天装 0.42 罐，没管实际装液量为： 31.75/0.42=75.60m3换热面积： F=Q/(ktm)=(4.18600075.60)/（4.185008）=113.40m24.2 搅拌器设计搅拌器设计：机械搅拌通风发酵的搅拌涡旋轮有三中形式，由于红霉素发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌

15、器的各部尺寸与罐径 D 有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4现将主要尺寸列后3：搅拌器叶径 Di为： )m(33. 1343DDi取 1.35m。叶宽 B 为：m ( 27. 0 35. 12 . 0D2 . 0Bi弧长 L 为：1.35=0.50(m)0.3750.375ilD底距 C 为：- 13 -41.33( )33DCm 取 1.35m 盘径 di为：)m(012. 135. 175. 0D75. 0dii 叶弧长 L 为：)m(338. 035. 125. 0D25. 0Li 叶距 Y 为：)m(4DY弯叶板厚：=12（mm）取两挡搅拌，搅拌转速

16、 N2可根据 50m3罐，搅拌直径 1.05m，转速N1=110r/min。以等 P0/V(单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同)为基准放大求得. 即：322112ddnn 式中 n2放大的搅拌器的转速，r/min n1模型搅拌器的转速，n=110r/min1 d1模型搅拌器直径，d=1.05m1 d2放大的搅拌器直径，d=1.35m 将各值代入上式.min)/ r (0.9335. 105. 1110ddnn32322112取两档搅拌，搅拌转速 93.0r/min。4.3 搅拌轴功率的确定4.3.1 计算 RemNDm2Re- 14 -式中 D搅拌器直径，D=1.35m N搅拌器转速，N=1.

17、55r/s 发酵液密度，=1200kg/m3 发酵液粘度，=1.8510-3Ns/m2将数代入上式：25431.351.55 1200Re18.32 10101.85 10m视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.74.3.2 不通气条件下的轴功率计算：53pdnNP式中 Np功率数,Np=4.7 n搅拌器的转速，n=1.55r/s d搅拌器直径，d=1.35m 流体密度，=1200kg/m 将各值代入上式3535p4.7 1.551.35120094176.6()94.2()PN n dWKW4.3.3 通气发酵轴功率计算：C45.056.032gQndPP式中 Cd/D=1/2 时，C=0.10

18、1P不通气条件下的轴功率，P=94.2KWn搅拌器的转速，n=93r/mind搅拌器直径，d=135cmQ工况下的通气量，(发酵罐通风比：设通风比VVm=0.20.8，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全，现取0.2则- 15 -=208 kw=235.4KWQ =1180.70.3106=2.48107 mL/min。 将各值代入上式C45.056.032gQndPP4.3.4 求电机功率 P电01. 1P321g电P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%；代入公式数值得：01. 1P321g电P采用额定功率为 250kW 的电机。4

19、.4 设备结构的工艺设计：1）空气分布器：单管通风2)挡板： 本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。3)密封方式：本罐拟采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。4)冷却管布置： 使用的是竖直蛇管冷却装置。 A) 最高热负荷下的耗水量：W=Q总/Cp（t2-t1)=(4.18600075.60)/4.18(27-20)= 6.36104 kg/h=18 kg/s冷却水体积流量 W=0.018 m3/s取冷却水在竖直蛇管中的流速 v=1m/s- 16 -则冷却管总截面积： S总=W/v=0.018/1=0.018m2进水总管直径 d= （S总/0.785）=0.15m B) 冷却管组数和管径

20、设冷却管径为 d0，组数为 n则 S总=0.25nd02 n 取 6 d0=0.062m=62mm查表取 764 无缝钢管 d内=68mm,d内d0 满足要求。d平均=72mm取竖式蛇管端部 U 型弯管曲率半径为 250mm，则两直管距离为 500mm.两端弯管总长为 l0=D=3.14500=1570mm C) 冷却蛇管总长度 L 计算由前面知冷却管总面积 F=113.40m2，现取无缝钢管 764每米冷却管面积 F0=d平均=3.140.072=0.226m冷却管总长度 L=F/F0=113.4/0.226=501.77冷却管占有体积：V=0.25d2平均L=0.253.140.07225

21、01.77 =2.04m3 D) 每组管长 L0和管组高度：每组管长 L0=L/n=501.77/6=83.63m另需连接管 3.63m L实=L-3.63=80.00m可排竖直蛇管的高度设为静液面高度，下不可伸入封底 250mm，设发酵罐内附件占有体积 1.5m3- 17 - V管+V附件=2.04+1.5=3.54m3筒体液面为: V总0.75+（V管+V附件）-V封/S截=1000.75+3.54-8.34/（0.78542）=5.59m竖直蛇管高 H管=5.59+20.25=6.09两端弯管总长 l0=1570mm，两端弯管总高 500mm.直管部分高度 h=H管-500=5590mm

22、一圈管长 l=2h+l0=55902+1570=12750mm=12.75m E ) 每组管子圈数 n0=L0/l=83630/12750=6.56 圈取整数 7 圈。管间距 2.5d外=2.50.076=0.19ml实=12.7576+3.636=557.28m竖直蛇管与管壁的最小距离为 0.15m最内层竖直蛇管与管壁的最小距离 0.196+0.15+0.054=1.344m与搅拌器距离 4-1.35-1.344=1.306m 在允许的范围内（应大于200mm） 。 F ) 校核冷却传热面积F实=d平均l实=3.140.072557.28=125.99m2113.40m2及 F实F,满足要求

23、. F) 设备材料的选择优先考虑满足工艺要求,其次是经济性。本设计选 A3钢 ，以降低设备费用。- 18 -接管设计：a) 接管长度 h 设计管直径的大小和有无保温层，一般取 100 200mmb) 接管直径的确定按排料管（也是通风管）为例计算其管径。发酵罐装料液75m3,1h 内排空。物料体积流量 Q=75/3600=0.021m3/s发酵液流速取 v=1m/s排料管截面积 S料=Q/v=0.021m2。管径 d12=4S料/ d1=0.164m去无缝钢管 21925，其内径 169mm164mm 适用。按通风管计算，通风比 1vv（0.1MPa、20） 。通风量 Q=751=75m3/mi

24、n=1.25m/s折算到工作状态（0.35MPa、30） 。Qf=1.250,1(273+30)/0.35(273+20) =0.37m3/s取风速 v=20m/s则通风管截面积 Sf=Qf/v=0.37/20=0.0185m2通风管径 df2=4Sf/df=0.154m=154mm。因通风管也是排料管，故取 21925 无缝钢管。排料时间复核- 19 -物料流量 Q=0.02m3/s,流速 v=1m/s。管道截面积 S=0.25d2内=0.253.140.1692=0.022m2相应流量比 P=Q/Sv=0.02/(0.0221)=0.9 倍排料时间 t=10.9=0.9h支座选择对于 10

25、0m3以上的发酵罐，由于设备总质量较大，应选用裙式支座。4.5 发酵罐壁厚的计算 根据压力容器安全技术监察规程规定，发酵罐属于一级压力容器，因此，其设计、制造、安装以及使用均须遵照该规定。设计计算须按 GB150-2021钢制压力容器进行。 (1) 内压圆筒厚度计算： 21TiCCp2pD 式中 圆筒的设计厚度，mm p设计压力，p=0.3MPa Di圆筒的内直径，Di=4000mm T设计温度下圆筒材料的许应用力，T=124.5MPa 焊缝系数，=0.9 C1钢板的厚度负偏差，C1=0.8mm C2腐蚀裕量，C2=1mm 将各值代入上式)mm(16. 718 . 03 . 09 . 05 .

26、124240003 . 0CCp 2Dp21Ti查附表可选用 8mm 厚的碳钢钢板。- 20 - (2) 椭圆形封头厚度计算： p5 . 02pDTi 式中 圆筒的设计厚度，mm p设计压力，p=0.3MPa Di圆筒的内直径，Di=4000mm T设计温度下圆筒材料的许应用力，T=124.5MPa 焊缝系数，=0.9 将各值代入上式)mm(36. 53 . 05 . 09 . 05 .1242400030.0.5p-2pDTi查附表可选用 8mm 厚的碳钢钢板。- 21 -第五章第五章 设计结果与讨论设计结果与讨论5.1 发酵罐参数设计汇总 发酵罐参数发酵罐选型机械涡轮机搅拌通风发酵罐发酵罐

27、容积1003m发酵罐总体积1183m发酵罐直径D4m圆柱高 H8m封头高 H1.35m发酵罐发酵罐壁厚S8mm- 22 -第六章第六章 发酵罐结构图发酵罐结构图见附图（共 1 张）搅拌器选型六弯叶涡轮搅拌器搅拌器叶径1.35m弧长l0.338m盘径id1.012m叶宽B0.27m叶弦长L0.25m底距C1.35m叶距Y4m弯叶板厚12mmemR1.832106转速2N93r/min搅拌轴功率0P94.2KW通风时轴功率gP81.03KW搅拌器电动机功率电P91.69KW- 23 -第七章第七章 结论结论本课程设计只是对年产 350 吨土霉素发酵罐的初步设计，但可以看到虽是一个看是简单的发酵罐，

28、其实结构是非常复杂的。其中影响土霉素发酵的因素都得到体现。发酵罐是土霉素发酵的核心设备，其设备的选择和相关结构的合理设计是发酵成败、影响产品质量、产率高低的重要因素。所以，应综合考虑科学、合理、经济、效率、质量进行发酵罐设计- 24 -参考文献参考文献【1】【1】梁世中生物工程设备中国轻工业出版社【2】【2】吴思芳 生物工程工厂设计概论中国轻工业出版社【3】【3】林大钧，于传浩，杨静化工制图高等教育出版社- 25 - 教师见习报告总结期待已久的见习已经结束了，在龙岩三中高中部见习听课，虽然只是短短的两个星期，但感触还是蛮深的，以前作为一名学生坐在课室听课，和现在作为一名准教师坐在课室听课是完全

29、不同的感受，感觉自己学到了一些在平时课堂上学不到的东西。在这里，我获得的不仅是经验上的收获，更多是教学管理，课堂教学等的理念，以及他们带给我的种种思考。教育见习实践过程：听课。教育见习的主要目的是让学生在指导教师的引导下，观摩教师上课方法、技巧等。听课是教育见习的主要内容。我院规定在一周的见习中需完成至少 6 课的见习任务。我在教师的安排指导下，分别对高一、高二物理专业课型为主，其他课型齐头的方式，积极主动的完成了听课任务，收到良好的效果。我听的第一节课是高二（8）班，这是一个平衡班，水平不如实验班高。在上课前。科任老师已经跟我说了这个班的纪律是比较差的，而且成绩也不是很好。在我听课期间，确实

30、有几个学生在课堂上说话，但是我发现了一个有趣的现象，这个现象我在往后的几个班都发现了，就是绝大部分的学生的学习热情都好高涨，积极举手发言，积极参与课堂活动。我跟老师们提起这个现象的时候，科任老师就跟我说，一个班里不可能所有的学生都能全神贯注地听完一节课，所以作为一名教师，应该想办法吸引学生的注意力，调动的积极性，比如可以以小组为单位，以抢答计分的形式调动学生的积极性，这样课堂气氛就会活跃起来了。在为期两周的见习工作中，我真的有很大的感触，我第一次感受到自己已经从一名学生向一名教师靠近，走在校园里，每当有学生叫我一声老师，我在感到无比自豪的同时，还感受到了自己的责任。见习工作结束了，我要回到学校

31、继续我的学习了，但是我会好好记住我从*中学学到的一切，并应用于我的专业学习中去。一、教学管理理念 在龙岩三中，从领导阶层到一位普通的科任老师，都秉承以学生为主体的宗旨进行学校的管理，进行教学工作的开展。作为一个课程改革的示范学校，一个教育实验基地。这所学校鼓励着老师做各种研究，各种改革。每个班主任- 26 -都有着自己的管理经验与管理宗旨。有了这种思想的自由，自然这里也就充满着探索与尝试，从而有所创造与进步。在我见习的班集体中，班主任对他的学生说：“我要让你们成为学习型的管理者，也是管理型的学习者。 ”这样一句简单的话，让我感到这里老师进行班级管理的良苦用心。他们关心的不只是学生的学习，更多的是从一个完整的人的概念出发，去培养学生多方面的素质。二、教学理念 在见习期间，借着录课的机会，我听了很多的市级，校级的公开棵，还有理科实验班的课。在这些课堂上，让我看到教学改革正在悄然进行，有意识的老师正在努力体会“以学生为主体”的课堂模式。学生的创造也逐步成为教师追求的教学效果。其次，这里的老师也都在适应着多媒体教学，信息化教学，使得课堂更加生动，资源更加丰富，学生获取学习资源的渠道也就更多。尽管，这种教学理