年产800吨土霉素工厂设计 精品

1、生命科学与技术学院制药工程系题目：年产800吨土霉素工厂设计第一章绪论1.1引言目前，全世界的医药产品生产已有一半以上由生物技术合成，其中，抗生素、维生素、激素这三大类药物主要由微生物发酵生产。抗生素在世界范围内的应用十分广泛，从而有效地控制了许多传染疾病，同时也促进了发酵工业的发展。1.1.1土霉素化学式及性状土霉素(Terramycin)又称地霉素、氧四环素(Oxytetracycline)，化学名：(4s,4aR,5S,5aR,6S,12aS)-N-4-二甲胺基-l,4,4a,5,5a,6,ll,12a-八氢,5,6,10,12,12a-六羟基-6-甲基-1,11-二氧代并四苯-2-甲酰

2、胺，是四环素类抗生素的一种，因结构上含有四并苯基的母核而得名。化学式如下：本品为灰白色至黄色的结晶粉末，无臭，味苦，熔点是180C，在空气中性质稳定，在日光下颜色变暗在碱性溶液中易破坏失效。土霉素的盐酸盐为黄色结晶，味苦，熔点190194C，有吸湿性，但水分和光线不影响其效价，在室温下长期保存不变质，不失效。盐酸盐易溶于水，溶于甲醇，微溶于无水乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性条件下不稳定。添加到饲料中，在室温下保存四个月，效价下降4%9%，制粒时效价下降5%7%。112作用机理本品为广谱抑菌剂，能特异性地与细菌核糖体30S亚基的A位置结合，抑制肽链的增长和影响细菌蛋白质的合成，能抑制动物肠道

3、内的有害微生物，激活大肠中有利于营养物质合成的微生物。可使动物肠壁变薄，更有利于营养物质的吸收和利用，从而提高肠道吸收效率。许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体、阿米巴原虫和某些疟原虫也对本品敏感。肠球菌属对其耐药。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽抱杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等对本品敏感。1.1.3土霉素的应用土霉素为四环类抗生素，生产工艺简单、生产成本较低，可作为生产其它新型抗生素的原料。土霉素价格低廉，可以作为饲料添加剂用于养殖业。实践表明：土霉素用于饲料添加剂，可以改善饲料转化效率，促进畜禽生长，提高畜禽抗疾病能力。土霉素对多数革兰氏

4、阳性菌（如肺炎球菌，溶血性链球菌，草绿色链球菌以及部分葡萄糖球菌，炭疽杆菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌，产气杆菌，破伤风，肺炎杆菌，流感杆菌，百日咳杆菌等）均有抗菌作用。临床上主要用于肺炎、败血症、斑疹、伤寒了、淋巴肉芽肿、砂岩及其他细菌性感染等，对伤寒有效，也可用于阿米巴痢疾和阴道滴虫病患者。此外还能抑制立克次体和砂岩病毒及淋巴肉芽肿病毒。作为抗生素，上世纪六七十年代时，土霉素曾在抗菌药市场上占重要地位，但伴随着其它多种高效抗生素的诞生与发展，土霉素市场快速走向衰落。目前，土霉素已经极少用于临床了。1.1.4土霉素的生产土霉素通常由龟裂链丝菌（streptomycesrimoS发酵得到，目前

5、国内提取工艺一般以草酸（或部分盐酸替代草酸）作酸化剂调节发酵液pH值，利用黄血盐钠和硫酸锌作净化剂生成普鲁士蓝沉淀协同去除Fe3+及高分子杂质，再经122-2树脂脱色，调节pH至4.6晶得干燥到土霉素成品。1.2设计目标任务本设计主要内容为：了解土霉素生产中的原料预处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。1.3本次设计的基本内容设计年产800吨（成品含量99%）土霉素生产工厂。其中年产量M=8OOt/a,成品效价Ud=1000U/mg,年平均发酵水平Uf=

6、35000U/mg,年工作日m=335d/a。第二章工艺流程设计土霉素发酵工艺流程2.11菌种的保藏菌种的保藏方法有：斜面菌种低温保藏法、砂土管保藏法、甘油封藏法、真空冷冻干燥法。斜面菌种低温保藏法：利用低温对微生物生命活动有抑制作用的原理进行保藏。把斜面菌种、固体穿刺培养物或菌悬液等，直接放入45C冰箱中。保藏时间一般不超过3个月，到时必须进行移接传代，再放回冰箱。砂土管保藏法：将干燥砂粒与细土混合后灭菌制成砂土管，然后接种保藏。若把砂土管放在低温或抽气后密封，效果更佳。此法适用于产抱子及芽抱菌种的保藏。保藏期110年。甘油封藏法：向培养好的菌种斜面上，加入灭菌甘油，高出斜面lcm,然后蜡封

7、管口，放入冰箱。该法既可防止培养基水分蒸发，又能使菌种与空气隔绝。保藏期12年。真空冷冻干燥法：是目前比较理想的一种方法。在低于-15C下，快速将细胞冻结，并保持细胞完整，然后在真空中使水分升华致干。在此环境中，微生物的生长和代谢都暂时停止，不易发生变异，故可长时间保存，一般为510年，最多可达15年之久。此法兼备了低温、干燥及缺氧几方面条件，使微生物可以保存较长时间，但过程较麻烦，需要一定的设备。2.1.3抱子的制备这是发酵工序的开端，是一个重要环节。抗生素产量和成品质量同菌种性能以及同抱子和种子的情况有密切关系。生产用的抱子需经过纯种和生产能力的检验，符合规定的才能用来制备种子。保藏在砂土

8、管或冷冻干燥管仲的菌种经无菌手续接入又麸皮、琼脂和水组成的斜面培养基中，在36.5-36.8C、50%相对湿度的条件下培养4-5天，挑选菌落正常的抱子作为种子。在抱子制备的过程中，蒸馏水中可适当添加0.005%MgS04、0.01%KH2P04及0.015%(NH4)2HP04,避免水质波动对抱子质量的影响，还可以缩短抱子的成熟期。2.1.4种子制备种子制备是指抱子接入种子罐后，在罐中繁殖成大量菌丝的过程，其目的是使抱子发芽、繁殖和获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐当中去。种子培养基的成分基本与发酵培养基近似，培养30C、30小时左右培养液趋于浓厚并转为黄色。pH一般在6.0-6.4时可以移

9、入下一级罐。移入发酵罐时pH6.0,效价在800u/ml左右。种子罐级数是在指制备种子需逐级扩大培养的次数，一般根据种子的生长特性、抱子发芽及菌体繁殖速度，以及发酵罐的容积而定。土霉素种子制备一般为二级种子罐扩大培养。2.1.5发酵培养基介绍培养基是供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量等。土霉素的发酵培养基由碳源、氮源、无机盐及金属离子、添加前体、消泡剂五部分组成。生产上曾以单糖一葡萄糖、双糖一饴糖、及多糖一籼米粉、玉米粉及淀粉的解酶液作为碳源。本设计采用淀粉作为碳源，发

10、酵相对容易控制。由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。采用植物油消沫仍旧是个好方法，一方面作为消沫剂，另一方面还可以起到碳源作用，但现在已普遍采用泡敌代替豆油。216灭菌灭菌指的是用化学或物理的方法杀灭或除去物料及设备中所有的有生命物质的技术或工艺流程。灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种，前者指菌体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象。工业上常用的方法有：干热灭菌、湿热灭菌、化学药剂灭菌、射线灭菌和介质过滤除菌等几种。在土霉素的生产中，对培养基和发酵罐主要采

11、用的是湿热蒸汽灭菌和空气过滤除菌的方法。2.1.7发酵这一过程的目的主要是为了使微生物分泌大量的抗生素。发酵开始前，有关设备和培养基必须先经过灭菌，后接入种子。接种量一般为20%。发酵周期一般为194小时。发酵全程30-31C分段培养，通气量为2.0v/v/m。当接种后发酵pH低于6.4时开始通氨，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。根据发酵液残糖值补入总糖，一般在100小时前残糖控制4.0%-5.0%,100小时-150小时控制3.5%-4.0%,150小时至放罐前6小时控制在3.0%。在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐

12、压，并隔一段时间取样进行生化分析和无菌试验，观察代谢变化、抗生素产生情况和有无杂菌污染。土霉素的提取生产工艺流程及各单元操作简介2.2.1发酵液的预处理土霉素因能和钙、镁等金属离子，某些季铵盐、碱等形成复合物而沉淀，在发酵过程中，这些复合物聚集在菌丝中，而在液体中浓度不高，因此，应对发酵液进行酸化的预处理使之释放出来，以保证沉淀的收率和质量。通常采用草酸作为酸化剂，其去钙较完全，析出的草酸钙还能促进蛋白质的凝结，提高滤液质量，草酸属于弱酸，比盐酸、硫酸等对设备的腐蚀性小。但其价格较贵，并促使差向土霉素等异构物的产生，因此在草酸做酸化剂时，温度必须在15C以下，且尽量缩短操作时间。通常在考虑土霉

13、素稳定性和成品质量及成本的前提下，pH控制在1.6-1.9。2.2.2发酵液的纯化发酵液中同时存在着许多有机和无机的杂质，为了进一步提高滤液质量，为直接沉淀创造有利条件，可加入黄血盐进而硫酸锌协同作用除去蛋白质，同时除去铁离子（黄血盐和铁离子生成普鲁士蓝沉淀），并加入硼砂，以提高滤液质量。2.2.3滤液脱色进一步除去滤液中的色素和有机杂质以提高滤液质量，将滤液通过122-2树脂进行脱色,该树脂在酸性滤液中氢离子不活波，不能发生电离及离子交换作用，但能生成氢键，其生成的氢键能吸附溶液中的带正电的铁离子、色素及其他有机杂质，故能使土霉素滤液的色泽和质量有所提高。树脂在氢氧化钠溶液中又氢型变成纳型，

14、失去氢键的活性，能使其吸附的色素和杂质解离出来，再经酸作用仍能回复活性，可重复使用。现多采用板框式过滤机。2.2.4沉淀结晶经预处理过的滤液加入碱化剂调pH至等电点，使之沉淀结而从滤液中分离。通常使用氨水（含2-3%NaHSO3或Na2CO3及尿素），既节约成本，又能起到抗氧化脱色作用，效果较好。条件控制为pH4.5-4.6,28-30C、结晶通常需要2小时。目前通常采用连续结晶法。经旋风分离，离心送至干燥。2.2.5干燥物料经粉碎后，通常采用旋风干燥机干燥，并经除尘可得到最终产物。土霉素生产总工艺流程图ZnS040.18%黄血盐0.23%调pH4.5-4.628-30C湿晶体土霉素碱成品2.

15、4相关工艺的改进尽管现有的生产工艺已较为成熟，但是相关的工艺改进仍在继续，主要在以下几个方面:在结晶工艺中，为缩短结晶时间，提高结晶设备的利用率，通过研究结晶过程中影响晶型的各种因素，改进了发酵液预处理、结晶工艺。结果表明，在控制发酵液酸化pH值1.95-2.05、黄血盐钠加量0.3%、黄血盐钠和硫酸锌配比3：2、结晶温度等条件，找到了一个较为适宜的发酵液预处理和结晶工艺，在结晶时间仅为47min的情况下，可明显改善土霉素晶型，使晶体粒度分布均匀，产品内在质量得到进一步提高。在酸化提取工艺中，最佳酸化条件为：pH值控制在1.43左右，黄血盐钠的用量控制在发酵液体积的0.35%时得到土霉素效价最

16、高，为5102U/g2。在脱色吸附的过程中，改变树脂的高径比，可以提高铲平的色泽。目前，也有报道称通过复合诱变（经饥饿培养、52FU、UV、咖啡因复合诱变处理）的方法得到新的菌株，再用含高磷酸盐的培养基定向筛选，得到高产突变菌株遗传特性稳定，代谢特性优于出发菌株，经57m3发酵罐生产验证，生产稳定，低效价罐批减少59.5%，在磷酸盐浓度提高到0.04%0.05%时，统计一年的正常罐批平均发酵效价比对照菌株提高5.76%4。第三章物料衡算3.1霉素提取工段物料衡算年产800t/a（成品含量：99%）,工作日335天，则日产量干燥G2=800X0.99/335=2.364t/d提取基本工艺参数名称

17、参数名称参数脱色岗位收率99.24%发酵液效价35000u/mL结晶干燥岗位收率86%滤液效价11000u/mL过滤岗位收率116%母液效价1370u/mL总收率99%湿晶体含水量30%发酵液密度1.58kg/L酸化液中草酸含量2.3%g/mL滤液密度1.02kg/L酸化加黄血盐量0.25%g/mL20%氨水密度0.92kg/L酸化加硫酸锌量0.18%g/mL氨水加量12%成品含水量1.5%脱色保留时间30-50分钟酸化加水量230%v/v滤液通过树脂罐的线速度控制在0.001-0.002m/s土霉素提取操作工艺参数一览表名称反应时间（T+T、）/h装料系数9酸化稀释40.70结晶80.703

18、.1.1干燥工段湿晶体一含水量330%干晶体含水量321.5%G1X(1-i)=G2*(1-2)G1X(1-30%)=2.364*(1-1.5%)G=3.326t湿晶体效价=G2XUd=2.364*109*1000=2.364*10i2U3.1.2酸化稀释过滤工段0.25%黄血盐2.3%草酸0.18%ZnSO4200%v/vH20发酵液*滤液发酵稀释过滤菌丝板框过滤收率n1=116%，脱色收率n2=99.24%,干燥洁净收率n3=86%，总收率n=99%。脱色液效价=2.364X1012U/86%=2.749*1012U滤液效价=2.749X1012U/99.24%=2.770*1012U稀释

19、液效价=2.770X1012U/116%=2.388*1012U忽略该过程损失，菌丝体带走的效价不计(m+vX(2.3%+0.25%+0.18%)+200%XvXp)X116%=m+m发酵液发酵液发酵液水滤液菌丝35000XvX116%=2.749*1012U发酵液m=vXp发酵液发酵液发酵液m=2.770X1012U/11000U/mlXp滤液滤液将数据带入以上方程得解得v67.71m3m=107.0tm=26.49tm=256.8t发酵液=发酵液菌丝滤液则加入草酸m=67.71m3X106X2.3%=1.557t加入黄血盐m=67.71m3X106X0.25%=0.1693t加入ZnSO4

20、m=67.71m3X106X0.18%=0.1218t加入水V=230%Xv=155.7m3水发酵液V=223.4m3稀释液313沉淀结晶工段12%NH3脱色液沉淀结晶湿晶体母液假设该过程体积不变，损失效价全部由母液带走效价平衡2.749X10i2U=1370U/mLXV+2.364*10i2UV=281.0m3加入NH3体积=281.0X12%=33.72m3加入NH3质量=33.72X103X0.92=31.02t由此可得提取过程的物料衡算表进料量输入物质名称含量质量发酵液35000U/mL107.0t草酸2.3%g/mL1.557t黄血盐0.25%g/mL0.1693tZnSq0.18%

21、g/mL0.1218t水155.7m3NH312%31.02t总进入2.388*1012U出料量输出物质名称含量质量菌丝体26.49t母液1370U/mL281.0m3干晶体1000U/mg2.364t总出料2.364*1012U3.2土霉素发酵工段物料衡算3.2.1计算基础数据设计年产量M=800t/a（成品含量：99%）,成品效价Ud=1000U/mg，年平均发酵水平Uf=35000U/mg，年工作日m=335d/a。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%

22、大罐一个发酵周期内所需全料的量为：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%大、中、小罐通气量分别为2.0、1.5、0.65（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：小罐中罐大罐全料稀料组成配比（）配比（）配比（）配比（）配比（）黄豆饼粉3.02.53.03.53.0淀粉2.52.58.06.53.0氯化钠0.40.360.20.4碳酸钙0.60.41.10.40.4磷酸二氢钾0.0050.003磷酸氢二钾0.0050.003植

23、物油42.670.413.2.2大罐的物料衡算设发酵开始的培养基体积为V,蒸汽带入的水量按20%计加入氨水体积培养20-40小时，每4小时补一次，共6次，每次15L,共计90L,0.09m3由体积衡算发酵液(VX20%+VX20%+V+32+17+0.09)X(1-15%)=vv=67.71m3发酵液V=21.83m3则加入的二级种子液体积=21.83X20%=4.366m3蒸汽带入水量=21.83X20%=4.366m3全料量=32m3其中：黄豆饼粉=32X3.5%=1.12t淀粉=32X6.5%=2.08t碳酸钙=32X0.4%=0.128t稀料量=17m3其中：黄豆饼粉=17X3%=0.

24、51t淀粉=17X3%=0.51t氯化钠=17X0.4%=0.068t碳酸钙=17X0.4%=0.068t植物油=17X1%=0.17t培养基21.83m3其中：黄豆饼粉=21.83X3%=0.6549t淀粉=21.83X8%=1.746t氯化钠=21.83*0.2%=0.04366t碳酸钙=21.83X1.1%=0.2401t植物油=21.83X1%=0.2183t由此得三级罐物料衡算表进料量出料量进入物质名称含量质量/体积产出物质名称含量质量/体积二级种子液20%4.366m3发酵液35000U/ml67.71m3蒸汽带入水量4.366m3损失11.94m3培养基21.83m3黄豆饼粉3%

25、0.67t淀粉8%1.79t氯化钠0.2%0.048t碳酸钙1.1%0.25t植物油1%0.22t全料量32m3黄豆饼粉3.5%1.12t淀粉6.5%2.08t碳酸钙0.4%0.128t稀料量17m3黄豆饼粉3%0.51t淀粉3%0.51t氯化钠0.4%0.068t碳酸钙0.4%0.068t植物油1%0.17t氨水0.09m3总79.65m3总79.65m33.2.3中罐的物料衡算蒸汽带入水量培养基发酵罐一级种子液二级种子液液体损失率为15%接种损失15%设发酵开始的培养基体积为V,蒸汽带入的水量按20%计(VX20%+VX20%+V)X(1-15%)=V二级种子液X(1-15%)=V二级种子

26、液三级接种量=4.366m3V=5.136m3三级接种量二级种子液V=4.316m3则加入的一级种子液=4.316X20%=0.8272m3蒸汽带入水量=4.316X20%=0.8272m3加入的培养基体积=4.316m3其中：黄豆饼粉=4.316X2.5%=0.1078t淀粉=4.316X2.5%=0.1090t氯化钠=4.316X0.36%=0.01553t碳酸钙=4.316X0.4%=0.01726t磷酸二氢钾=4.316X0.003%=0.1294kg磷酸氢二钾=4.316X0.003%=0.1294kg植物油=4.316X2.67%=0.1152t由此可以得到二级发酵的物料衡算表进料

27、量出料量进料物质名称含量质量/体积出料物质名称含量质量/体积一级种子液20%0.8272m3二级种子液5.136m3蒸汽带入水量0.8272m3损失0.8344m3培养基4.316m3黄豆饼粉2.5%0.1078t淀粉2.5%0.1090t氯化钠0.36%0.01553t碳酸钙0.4%0.01726t磷酸二氢钾0.003%0.1294kg磷酸氢二钾0.003%0.1294kg植物油2.67%0.1152t总5.970m3总5.970m33.2.4小罐的物料衡算蒸汽带入水量培养基亠发酵罐斜面抱子一级种子液液体损失率为15%接种损失15%设发酵开始的培养基体积为V,蒸汽带入的水量按20%,斜面抱子

28、体积忽略不计(VX20%+V)X(1-15%)=V一级种子液X(1-15%)=V一级种子液二级接种量=0.8272m3二级接种量V=0.9541m3则蒸汽带入水量=0.9541X20%=0.1908m3加入的培养基体积=0.9541m3其中：黄豆饼粉=0.9541X3%=28.62kg淀粉=0.9541X2.5%=23.85kg氯化钠=0.9541X0.4%=3.816kg碳酸钙=0.9541X0.6%=5.724kg磷酸二氢钾=0.9541X0.005%=0.04771kg磷酸氢二钾=0.9541X0.005%=0.04771kg植物油=0.9541X4%=38.16kg由此可以得到一级发酵

29、的物料衡算表进料量出料量进料物质名称含量质量/体积出料物质名称含量质量/体积蒸汽带入水量0.1908m3一级种子液0.9732m3培养基0.9541m3损失0.1717m3黄豆饼粉3.0%28.62kg淀粉2.5%23.85kg氯化钠0.4%3.816kg碳酸钙0.4%5.724kg磷酸二氢钾0.005%0.04771kg磷酸氢二钾0.005%0.04771kg植物油4%38.16kg总1.145m3总1.145m3第四章设备选型4.1工艺计算依据满足药品生产质量管理规范（1998年修订）中有关设备选型的要求，根据该厂生产特点，结合企业生产经验，以保证产品质量为前提，充分利用公司现有的符合GM

30、P要求的设备。4.2土霉素工艺设备计算4.2.1发酵罐4.2.11三级发酵罐V=67.71m3根据味精工业手册中提供的发酵罐参数，选取公称容积为VT024Va100m3的发酵罐，实际体积为102m3,装料系数0.8，发酵周期194h。=6.70767.71x19424x0.8x102故选取7台发酵罐。其主要参数如下表公称容罐内径圆筒高封头高罐体总高不计上全容搅拌器搅拌转电机功积VND/mmHm/mmh0/mmH/mm封头容积V直径速n率N积Di/mm/r/min/kw100m33400100009001180096.4102950150132m3m34.2.1.2二级种子罐取公称容积10m3的

31、罐，实际体积10.9m3。接种比为20%，则每个大罐需要接种量100m3*0.2=20m3,考虑接种损失为15%。则需要二级种子液体积23.5m3,7个罐共需要164.5m3,二级种子罐发酵周期48/24=2天，是大罐的1/4，则每个种子罐发酵周期需要产生41.1m3,考虑装料系数为0.8,即需要容积为51.375m3,因此，需要二级种子罐51.375/10.9=4.713台，故取证选5台。4.2.1.3一级种子罐取公称容积5m3的发酵罐，全容积6.27m3。每台二级种子罐的接种量为10m3*0.2=2m3，考虑接种损失为15%。则需要一级种子液体积2.35m3，则5台二级罐供需11.75m3

32、,一级种子的发酵周期为38/24=1.58天，近似认为2天与中罐相同，则每个一级罐周期需要生产11.75m3,考虑装料系数0.8,即需要容积为14.69m3，因此，需要二级种子罐14.69/6.27=2.34台，故取证选3台。4.2.2补料罐全料罐每罐三级发酵需要32m3的全料，且有7个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，32X7/0.7=320m3故选用公称容积为100m3的储罐，故选取4个全料罐。稀料罐每个三级发酵罐需要17m3的稀料，且有7个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，17X7/0.7=170m3故选取公称容积为100m3的储罐2个。4.2.3通氨罐每罐三级发酵需要0.0

33、9m3的液氨，且有7个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，0.09X7/0.7=0.9m3,故选取公称容积为1m3的罐一个4.2.4酸化罐储酸罐每天产生1大罐发酵液共67.71m3，酸化工程中加入草酸1.557t,二水合草酸密度为1.653kg/L，则可推算出体积为0.9419m3,考虑装料系数为0.7,实际体积为1.346m3,则选择公称容积为2.5m3的储液罐即可满足生产要求。酸化稀释共需4小时，属间歇操作，因此一个罐可以满足8大罐的需要，即每天工作4小时。酸化罐酸化罐中包含原料发酵液和加入的酸液，总体为68.65m3,考虑到装料系数为0.7，则实际需要的罐体积为98.07m3，因此，

34、选用1个公称容积为100m3的酸化罐即可满足生产要求。4.2.5稀释罐在稀释的过程中加入两倍体积的水，使得酸化液的体积变为206.0m3,考虑装料系数为0.7,则实际需要的罐体积为294.3m3,因此，选取公称容积为100m3的罐3个，可满足每天生产一批的要求。4.2.6板框过滤机处理液密度=26.49t/206m3=0.1286t/m3,处理时间取30min,板框压滤机处理能力Q二3600V二3600 x206二412(m3/h)，M=412X0.1286=52.98t,因此选用T30 x60如下设备，因考虑到两级脱色，故选2台:型号过滤面积/m2滤板数量/pcs滤框面积/m2最大工作压力/

35、MPa处理能力/t质量/tLarox-PF969616961.670734.2.7脱色罐脱色保留时间30-50分钟，取40min，液通过树脂罐的线速度控制在0.001-0.002m/s,取0.0015m/s,则物料在罐内停留的距离即0.0015*40*60=3.6m,考虑装料系数0.7，则3.6/0.7=5.14m，因此选取罐体高度超过5.14m的罐即可。因此，选取公称容积50m3的储液罐，其罐内部圆筒高度为6m。4.2.8液氨储罐加入的液氨体积为34.08m3,考虑装料系数为0.7,实际需要体积为48.69m3,则选用公称容积为50m3的储液罐即可满足要求，结晶时间为8小时，属间歇操作，则每

36、天只一次，因此只需1个罐。4.2.9结晶罐采用三级连续结晶，设三级罐的总体积为VV/(V处理量/24)8V处理量281m3,贝VV94m3为了晶核的形成和形成晶体的饱满，三级罐应依次由小到大则分别选择公称容积为5m310m3100m3的三个罐串联即可满足要求。4.2.10干燥器每天生产湿晶体重量3.326t，干晶体重量2.364t，则须除去水分0.962t，每小时处理量为0.962/24=40.08kg,因此选用蒸发水分为50kg/h的脉冲旋风式气流干燥器，具体参数见下表型号蒸发水分/（kg/h）装机功率/kw占地面积/m2高度/mXQG505071784.3车间设备一览表设备名称所属车间数量

37、型号一级发酵罐发酵车间7公称容积100m3申3400二级发酵罐发酵车间5公称容积10m3申1800三级发酵罐发酵车间3公称容积5m3申1500通氨罐发酵车间1公称容积1m3申900补料罐（全料罐）发酵车间4公称容积100m3申3400补料罐（稀料罐）发酵车间2公称容积100m3申3400酸化反应罐酸化过滤车间1公称容积100m3申3400酸化储罐酸化过滤车间1公称容积2.5m3申1200稀释罐酸化过滤车间3公称容积100m3申3400板框过滤机酸化过滤车间2Larox-PF96过滤面积96m2脱色罐脱色结晶车间1公称容积50m3申3400液氨储罐脱色结晶车间1公称容积50m3申3400结晶罐脱

38、色结晶车间3公称容积分别为5m3、10m3、100m3旋风干燥器干燥车间1XQG50，蒸发水分50kg/h第五章管道设计5.1管路计算方法发酵生产的各阶段物料主要靠管道来实现，因此，管道安装设计的好坏，关系到生产操作的正常进行及生产费用，是设计中重要的组成部分。511最佳经济管径的求取通常在某一输量下，投资总额随管径变化的曲线必有极小值存在，即存在使投资总额最低的管径，经营费用主要由两种类型的费用组成：一类费用随管径的变化与曲线的变化趋势相仿。如管线设备折旧、税金、管理及维修等费用，它们是按投资总额提成一定比例计算的。另一类费用是随管径的增大而减少。如能耗费等，这是因为在一定输量下，管径越大，

39、流体越容易流动，即动力消耗越小的缘故。对于某一输量，总费用(投资总额与经营总费用之和)最低的管径叫做最佳管径D,该输量即是最佳管径D所对应的经济输量，此时管内流速即为经济流速。5.1.2利用液体流速计算管径管径的计算主要又流速确定，通常状态下流速范围如下流体的种类及情况常用流速范围/(m/s)流体的种类及情况常用流速范围/(m/s)水及一般流体1-3饱和水蒸气粘度较大的液体0.5-1v800KPa40-60低压气体8-15v300KPa20-40易燃易爆低压气体8过热水蒸气30-50压力较咼气体15-25真空操作下气体420mm。5.2.1.2输液管1)排料管发酵罐装料102m3,发酵液体积6

40、7.71m3,2h之内排空，物料体积流量Q=9.404*10-3m3/s3600 x2发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积管径9.404*10-31=9.404*10-3m2d=0.7859404*10-3V0.785=0.119m取不锈钢焊接钢管申130 x5，其内径120mm112mm,适用。2)进液管种子液二级种子液4.366m3,半小时之内接种完毕，则物料的体积流量。Q=册5=2426*10-3m3/s发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积2.426x10-31=2.426x10-3m2管径d=葺=；.0.7852426510一3=0.05559m=55.59mm0.785取不锈钢焊

41、接钢管申70 x5,其内径60mm55.59mm,适用。补全料输液管全料液32m3,184小时之内补料完毕，则物料的体积流量。32Q=483*10-5m3/SQ4.83*10-51=4.83*10-5m2发酵液流速取v=1m/s,排料管截面积管径鼻一=7.84mm0.7850.785取不锈钢焊接钢管912x1.5，其内径9mm7.84mm,适用。补稀料输液管稀料液17m3，184小时之内补料完毕，则物料的体积流量。Q=17=2.56*10-5m3/s36005184发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积2.56*10-51=2.56*10-5m2管径、=、；=5.72mm0.7850.785取

42、不锈钢焊接钢管申12x1.5，其内径9mm5.72mm,适用。通氨管液氨共0.09m3，20-40h内补6次，平均每次补十分钟，共计耗时1h，则物料的体积流量。Q=鷗=25510-5m3/s发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积S=2.5510=2.5510-5m2料v1S25X10-5官径d二4二二5.64mm0.7850.785取不锈钢焊接钢管申12x1.5，其内径9mm5.64mm,适用。5.2.2酸化设备的流体输送酸化液进料管即采用发酵液的排空管不锈钢焊接钢管申130 x5。酸化液排出的体积近似认为与发酵液相等，即67.71m3,酸化罐装料102m3,发酵液体积67.71m3，2h之内

43、排空，物料体积流量人a1Q二二9.404*10-3m3/s3600 x2发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积管径9.404x10-31二9.404*10-3m2d=匚0.785.9.404x10-3：0.785_二0.109m取不锈钢焊接钢管申130 x5，其内径120mm109.5mm,适用。5.2.3稀释设备的流体输送稀释罐进料管即采用酸化罐的排空管不锈钢焊接钢管9130 x5稀释液的体积为223.4m3，采用三个酸化罐，即每个罐内液体的体积为74.47m3，装料102m3,2h之内排空，物料体积流量7447Q二二10.34x10-3m3/s3600 x2发酵液流速取v=1m/s，排料管

44、截面积管径d=丄0.78510.34x10-31二10.34x10-3m2.10.34x10-30.785取不锈钢焊接钢管9130 x5，其内径120mm112mm，适用。5.2.4板框过滤设备的输送进入板框过滤机的管道与稀释液流出的管道相同，不锈钢焊接钢管9130 x5.经板框过滤后，由滤液效价可知体积为256.8m3,处理时间30min物料体积流量Q=2568=0.142淤/s360)00.5发酵液流速取v=1m/s,排料管截面积cQ0.1427cS=0.1427m2料v10.11631二0.1163m2管径d丄匕.14210.426m0.7850.785故选用不锈钢焊接钢管取申450 x

45、5,其内径440mm430mm。5.2.5脱色工段的流体输送进入脱色罐的管道与板框过滤流出的管道相同，不锈钢焊接钢管申450 x5。流出脱色罐的管道V=279.1m3,操作时间为40min，物料体积流量2791Q二3600 x(40/60厂.1163m3/S发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积管径d二二：0.1160.385m0.7850.785故选用不锈钢焊接钢管取申450 x5，其内径440mm385mm。5.2.6结晶过程的流体输送液氨的输送需要加入的液氨体积为33.72m3，结晶的停留时间为8小时，物料体积流量3372Q二二1.171*10-3m3/s3600 x8发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积管径1.171x10-31二1.171x10-3m2d=0.785；1.171x10-3I；0.785二0.0386m取不锈钢焊接钢管申48x2.5，其内径43mm39mm,适用结晶罐之间的流