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1、个人资料整理仅限学习使用课程设计题目：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： 106100102 学号： 10 姓名：杨英才指导老师：杨艳红精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用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 .7 5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
2、生产能力、数量和容积的确定.8 5.2.1发酵罐容积的确定 .8 5.2.2生产能力的计算 .8 5.2.3发酵罐个数 .8 5.2.4主要尺寸的计算 .85.2.5冷却面积的计算 .9 5.2.6搅拌器设计 .10 5.2.7搅拌轴功率的计算 .105.2.8设备结构的工艺设计 .12 6 对本设计的评述 .157 参考文献 . .178 附表一、工艺流程图. 9 附表二、发酵罐总装置图.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用1前言链霉素 streptomycin）是一种氨基葡萄糖型抗生素，分
3、子式C21H39N7O12 。 1943 年美国 S.A. 瓦克斯曼从链霉菌中析离得到，是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素。它的抗结核杆菌的特效作用，开创了结核病治疗的新纪元。从此，结核杆菌肆虐人类生命几千年的历史得以有了遏制的希望。链霉素是一种从灰链霉菌的培养液中提取的抗菌素。属于氨基糖甙碱性化合物，它与结核杆菌菌体核糖核酸蛋白体蛋白质结合，起到了干扰结核杆菌蛋白质合成的作用，从而杀灭或者抑制结核杆菌生长的作用。由于链霉素肌肉注射的疼痛反应比较小，适宜临床使用，只要应用对象选择得当，剂量又比较合适，大部分病人可以长期注射 ：牛肉膏 6%，葡萄糖 4%，KH2PO4 1% ，MgSO4
4、1% 生产培养基配比 (g/L ：葡萄糖 4% ，黄豆饼粉0.8%，玉 M浆 1.5%，NH4）2SO4 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 1/124 块挡板）最下层搅拌桨高度与罐体直径之比：0.8 1.0 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【X:固形物的质量百分比】精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
5、-第 4 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用2.3 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；发酵车间的热量衡算即蒸汽耗量的计算）；水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。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 1000k
6、g成品链霉素所需耗用的原辅材料及其他物料量：3、发酵液量： V1=1000 800 22000 : V2=V1 15%=7.7325m3 5、牛肉膏耗用量：种子液用量： V2 6%=7.7325 103 6%=463.95kg 6、葡萄糖耗用量：种子液用量： V2 4%=7.7325 103 4%=309.3kg 发酵液用量： V1 4%=51.55103 4%=2062kg 葡萄糖总共耗用量： 309.3+2062=2371.3kg 7、KH2PO4耗用量：种子液用量： V2 1%=7.7325 103 1%=77.325kg 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
7、- - - - - - -第 5 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用发酵液用量： V1 0.01%=51.55 103 0.01%=5.155kg KH2PO4总共耗用量： 77.325+5.155=82.48kg 8、MgSO4耗用量：种子液用量： V2 1%=7.7325 103 1%=77.325kg 9、黄豆饼粉耗用量：发酵液用量： V1 0.8%=51.55 103 0.8%=412.4kg 10、玉 M 浆耗用量：发酵液用量： V1 1.5%=51.55 103 1.5%=773.25kg 11、 51.55 41240137.47 种子液量 (m3 7.732 628620
8、.62 牛肉膏耗用量 (kg 463.95 3711601237.2 葡萄糖耗用量 (kg 2371.3 1897046323.47 KH2PO4耗用量 (kg 82.48 65984219.95 MgSO4耗用量 (kg 77.325 61860206.2 黄豆饼粉耗用量 (kg 412.4 3299201099.73 玉M浆耗用量 (kg 773.25 6186002062 257.75 206200687.33 豆油耗用量 (kg 103.1 82480274.93 CaCO3耗用量 (kg 20.62 1649654.99 4.2 热量衡算精选学习资料 - - - - - - - -
9、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用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 ,kg c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 =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 =55184.2754.01(121-10 (1+10% (503.67-
10、121 4.01=1.46106kg 2. 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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用发酵罐全容积 VF =51.55 75%=68.73 m3故 D2=5VFs=568.73943.1=3.24 105kg 3. 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
11、接蒸汽加热升温时的蒸汽消耗量的30% 50% 来估算。故 D3=50%D1=7.3105kg 总蒸汽的耗用量为 :D=D1+D2+D3=2.514106kg 500t/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 发酵液用水量 :51.55(m3 发酵冷却水用量 :( 只考虑全年平均负荷 W=Q c2*(tktH 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
12、, 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, 又称发发酵热 ,kJ/(m3*h, 对精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用于链霉素发酵 , 其值为 18800kJ/(m3*hVL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=60*75%=45(m3 则 W=Q c2*(tktH=QF*VLc2*(tktH =18800*454.
13、183*5 =40449.44 kg/h 500t/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 用 量kg/h）每 天用 量 冷水自来水811.5 40449.44 970.79 291235.96 5 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发酵罐容积的确定公称容积的计算 V0=800*1000*800,取 60(m3 则选用公称容积 60(m3的发酵罐。5
14、.2.2生产能力的计算平均每罐发产品生产量：60*75%*99%*95%*75%*22000/800=872.9(kg 5.2.3发酵罐个数N= 发酵周期每天放罐数 =8*3+1=25个精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用5.2.4主要尺寸的计算公称容积： 60m3发酵罐的 H/D值取 2，0.785=68.73 D=3.4mH=6.8mm360m3通用式发酵罐的主要尺寸来确定. 得到罐内径 m 3.4 封头容积 m35.14 圆柱高 m 6.8 圆柱部分容积 m361.7 封头高 m 0.9
15、 不计上封头的容积m366.84 罐体总高 m 8.6 全容积 m373 5.2.5冷却面积的计算发酵罐采用内部列管式蛇管换热。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4.18 500kJ/(m3h tm对数平均温差 , 其中平均温差 =(36-25(36-30 (11/6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用 =8.2
16、故冷却面积：=1880045(4.18 8008.2 =30.85m2又圆筒外表面积为： A0=D H0=3.143.4 6.8=72.60m2因为外淋罐壁冷却效果相当于50% 的列管冷却面积 , 相当于列管面积为 72.60 50%=36.30m2所以发酵罐内列管冷却面积为41.1430.18=10.96m25.2.6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 。 常 用 六 弯 叶 涡 轮 式 搅 拌 器 的 尺 寸 比 列 为h:b:d
17、1:d=4:5:13:20，r=0.5d1，=38由前得出d=1.7m,可推出h=0.34m，b=0.425m，d1=1.105m，r=0.5525m，=38。采用 3 层搅拌器，最下层搅拌桨与 罐体 直径 之 比 取 0.8 ，则 最下 层搅 拌 浆 高 度 为 2.72m， 根 据 静 液 面高HL=4.898m,选取相邻两层搅拌桨距离与搅拌桨直径之比为1, 则相邻两层搅拌桨距离为 1.7m。5.2.7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=350r/min ， 搅 拌 叶 径D1=0.25m，按比拟放大公式：N2=N1(D1/D22/3=
18、350(0.25/1.72/3=97.5r/min 参考设计数据与工厂实际，为保证发酵罐的溶氧系数，取N2=110r/min 。发酵液体被搅动后流体的雷诺数可用下式计算：=104视为湍流状态此状态下，单一搅拌器的轴功率：P =NpN3D5=4.8(110/6031.751078.598 =452.97kw 上两式中： Np功率系数 , 在圆盘弯叶涡轮式湍流情况下取值4.8 N 搅拌转数 ,r/s D 搅拌器直径， m 液体密度 kg/m3, 热量衡算中己算出 ,1078.598kg/m3醪液黏度， Ns/m2在计算搅拌轴功率时 , 因 HL/D,D /D 值不符合标准尺寸范围 , 根据实际情进
19、行校正 , 校正式为 : P校=P(D /D(HL/D(D /D*(HL/D* =P0.53.16 (1/3 31/2 =569.37kw 式中： (D /D*和(HL/D*为标准尺寸范围值 , 而(D /D和(HL/D为实际值 . HL液面静高 , 其值为圆柱部分液高4.083m+底封头高 0.815m,共高 4.898m D搅拌器直径 ,1.7m 总轴功率可由下式计算：Pm=P校1+0.6 m 1） 本设计为 3 层搅拌器，则总轴功率：Pm=P校1+0.6 / =Pm(1+10%+2%/ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页
20、，共 17 页个人资料整理仅限学习使用 =1252.61.12/0.95 =1476.7kw 式中： PT轴封摩擦损失之功率,kw, 分为填料合轴封摩擦损失功率取 10%Pm, 端面轴封摩擦损失的功率取2%Pm传动机构效率 , 皮带传动 为 0.95 5.2.8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：1 空气分布器对于好气发酵罐 , 分布器主要有两种形式, 即多孔 1/2=0.113m 1/2 =11.2410-3/(6 0.7851/2 =0.049m 查金属材料表选取?573.5 无缝管 ,
21、d内=50mmd0，满足要求 , 取 d平均=53.5mm 。现取竖直蛇管圈端部U 型弯管曲径为0.25m 则直管距离为0.5m, 两端弯管总长度为 l0：则 l0=D=3.140.5=1.57m 2）冷却管总长度 L 计算：由上知冷却管总面积F=8.21m2, 现取无缝钢管?573.5, 每 M长冷却面积 F0=3.140.05351=0.168m2则 L=F/F0=30.85/0.168=183.63m 冷却管占有体积 V=0.7850.052183.63=2.32m3，则实际管长 L实=L+2.4=186.03m。可排竖直蛇管的高度 , 设为静液面高度 , 下部可伸入封头0.25m。设发
22、酵罐内附件占有体积 0.2m3, 则发酵液总占有体积：V总=V液+V管+V附件=45+2.32+0.2=47.52m3筒体部分液深为 : (V总-V封/S截=(47.52-5.14/(0.7853.42=4.67m 竖蛇管总高： H管=4.67+0.25=4.92m 又两端弯管总长 l0=1.57m,两端弯管总高为 0.5m 则直管部分高度 :h=H管-0.5=4.42m 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用一圈管长： l=2h+l0=24.42+1.57=10.41m 4）每组管子圈数：n
23、0=L0/l=30.6/10.41=3圈现取管间距为： 2.5D外=2.50.05=0.125m 5 pH测定电极测量，在装料液面中间部位开两个电极插入孔。6 消泡因化学消泡容易造成染菌，因而选用罐外消泡器，本设计设备选用离心式消泡器。7 观察窗口装料液面部位装置观察窗。8 液面高度显示管安装外置有机玻璃管。9 封头连接方式上封头直接焊接于筒身上，但在顶上开有人孔，以便进行检修。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用6 对本设计的评述精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 17 页个人资料整理仅限学习使用7 参考文献精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 17 页