年產(chǎn)850噸土霉素生產(chǎn)工程初步工藝設(shè)計設(shè)計說明書

1、目 錄1 總論11.1 行業(yè)概況11.2 設(shè)計概況11.3 設(shè)計依據(jù)及范圍21.3.1 設(shè)計依據(jù)21.3.2 設(shè)計范圍22 設(shè)計指導(dǎo)思想、原則22.1 指導(dǎo)思想22.2 設(shè)計原則33 土霉素生產(chǎn)工藝流程設(shè)計33.1 產(chǎn)品性質(zhì)33.2 產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格43.3 工藝流程43.4 工藝流程簡述43.4.2 各級培養(yǎng)基的制備43.4.3 菌種的培養(yǎng)53.4.4 三級培養(yǎng)53.4.6 濾液脫色及樹脂再生83.4.10 結(jié)晶、干燥94 物料衡算94.1 有關(guān)土霉素生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)94.2 發(fā)酵階段物料衡算104.2.1 發(fā)酵罐104.2.2 二級種子罐114.2.3 一級種子罐114.2.4 發(fā)酵階段物料衡算總

2、結(jié)124.3.1 酸化、稀釋134.3.2 過濾144.3.3 脫色144.3.4 結(jié)晶145 設(shè)備計算與選型155.1 發(fā)酵階段155.1.1 發(fā)酵罐155.1.2 二級種子罐195.1.3 一級種子罐205.1.4 發(fā)酵罐配料罐215.1.5 二級種子罐配料罐235.1.6 一級種子罐配料罐245.1.7 發(fā)酵罐補(bǔ)料罐255.2 旋風(fēng)分離器28 5.2.1 大罐285.2.2 二級種子罐、一級種子罐及其它罐合用一臺旋風(fēng)分離器295.2.2.1 二級種子罐295.2.2.1 一級種子罐295.3 空氣過濾器305.3.1 總空氣過濾器305.3.2 分過濾器315.3.2.1 小罐分過濾器3

3、25.3.2.2 中罐分過濾器325.3.2.3 大罐分過濾器325.4 提取階段325.4.1 酸化罐325.4.2 過濾工段335.4.3 脫色工段345.4.4 結(jié)晶工段355.5 設(shè)備一覽表366 車間設(shè)備布置386.1 車間布置的基本原則386.2 發(fā)酵車間386.3 提取區(qū)407 公用工程用量408 勞動組織與定員419 全廠平面布置41結(jié) 束 語42致 謝43參考文獻(xiàn)441 總論1.1 行業(yè)概況土霉素( oxytetracycline ,otc)是20世紀(jì)40 年代發(fā)現(xiàn)的四環(huán)素族成員 ,別名52羥基四環(huán)素 ,地霉素 ,地靈霉素 ,氧四環(huán)素等 ,分子式為 c2h24n209 ,相對

4、分子質(zhì)量 460.44,是一種廣譜抗菌藥物 ,被廣泛用于治療乳房炎 ,同時士霉素又是一種生長促進(jìn)劑 ,常常被用作飼料添加劑。在國內(nèi)市場上，土霉素除了作為生產(chǎn)強(qiáng)力霉素等的原料外，主要用于畜禽藥物以及飼料添加劑。以土霉素為原料生產(chǎn)半合成抗生素的市場前景較好。如多西霉素（強(qiáng)力霉素），就是以土霉素為原料經(jīng)過多步反應(yīng)制得的半合成抗生素，其市場價格是土霉素的57倍，產(chǎn)品大量出口。預(yù)計今年市場仍然看好，是土霉素深加工的一個方向，在眾多抗生素品種中，價格最低的土霉素今后將會在我國大量用于畜禽用藥及飼料添加劑中，預(yù)計這方面的需求會不斷增長，成為土霉素的主要市場。土霉素作為動物促生長劑 ,主要是利用其提取過后的廢

5、菌絲 ,其可作為動物飼料或添加劑 ,提高動物生產(chǎn)力和生活能力 ,當(dāng)然同時我們也應(yīng)該注意其作為飼料所帶來的耐藥性和公共安全問題 ,特別是對人體健康的影響。生產(chǎn)土霉素每年要有大量的廢菌絲殘渣。此外 ,尚還有3000iu5000iu的土霉素。由于土霉素生產(chǎn)成本低 ,價格便宜 ,服用方便 ,在農(nóng)村廣大地區(qū)耐藥菌株相對較少 ,而一些新型抗生素雖然療效好 ,但成本高 ,價格貴;其次與人們用藥習(xí)慣也有關(guān)系。總之 ,四環(huán)素類的抗生素生產(chǎn)在國內(nèi)雖是出于淘汰趨勢 ,但作為獸用專用抗生素或添加劑在國內(nèi)仍有很大市場。1.2 設(shè)計概況這次，我的設(shè)計的題目是年產(chǎn)850噸土霉素生產(chǎn)工程初步工藝設(shè)計。在本次畢業(yè)設(shè)計中，我們要

6、去綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識和自己的獨(dú)立思考，去解決生產(chǎn)過程中的實際問題。為了很好的系統(tǒng)的完善的完成這次畢業(yè)設(shè)計，在老師的指導(dǎo)下，我們在前期查閱了大量的文獻(xiàn)資料，并且得到了老師的初步講解，使我們對整個設(shè)計有了一個籠統(tǒng)的了解。同時，我們還完成了開題報告的編寫和前期各項工作的準(zhǔn)備。與此同時，在畢業(yè)設(shè)計過程中的前期，我們進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)演算，不斷反復(fù)推敲，選型，使設(shè)計初見成效。同時，在2012年4 月，學(xué)校組織我們?nèi)ナパ┐蟪芍扑幱邢挢?zé)任公司的車間進(jìn)行實地實習(xí)，由此，我們能夠更好的了解本次畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計后期，通過老師幾次重點(diǎn)突出的輔導(dǎo)，使我們在有限的時間里進(jìn)行了數(shù)據(jù)的再次檢查及制圖的全過程，時我們的設(shè)

7、計日趨完善，為我們今后的設(shè)計過程中提供了大量的實踐經(jīng)驗。1.3 設(shè)計依據(jù)及范圍1.3.1 設(shè)計依據(jù)1 生工學(xué)院下達(dá)的設(shè)計任務(wù)書，包括設(shè)計中的要求的物料衡算，生產(chǎn)工藝，設(shè)備選型等。2 提供的各種資料。如 化工工藝設(shè)計手冊、抗生素生產(chǎn)設(shè)備、發(fā)酵工廠設(shè)計、分離純化工藝原理、抗生素工藝學(xué)等參考書籍。3 在實習(xí)中所獲得的經(jīng)驗。1.3.2 設(shè)計范圍本設(shè)計為年產(chǎn)850噸土霉素生產(chǎn)工程初步工藝設(shè)計，在本設(shè)計中包括土霉素堿生產(chǎn)工藝流程設(shè)計、物料衡算與設(shè)備選型、進(jìn)行車間平面布置、水電氣衡算、勞動組織與定員安排以及三廢處理工程設(shè)計。2 設(shè)計指導(dǎo)思想、原則2.1 指導(dǎo)思想充分貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)規(guī)定，盡量節(jié)約能源，合理

8、利用廢物，保護(hù)環(huán)境，符合城區(qū)建設(shè)規(guī)劃要求。生產(chǎn)、消防用水來自廠區(qū)內(nèi)自來水供應(yīng)，并與廠區(qū)供水管網(wǎng)引接，排水至廠區(qū)原有排水干管。按確定的設(shè)計基礎(chǔ)，即工藝流程及說明，原料、輔助原料、公用工程的規(guī)格、產(chǎn)品及主要副產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格、廠區(qū)的自然條件等，進(jìn)行裝置的物料衡算。廠址選擇是工業(yè)基本建設(shè)中的一個重要環(huán)節(jié)，在工廠布置和車間布置方面要符合國家長遠(yuǎn)規(guī)劃和工業(yè)布局規(guī)劃。做好廢氣、廢水和廢渣的處理，控制好噪聲，搞好綠化。建立起全面的全系統(tǒng)的事故防范措施和人身健康保障措施。各生產(chǎn)車間、原料包裝及儲存車間，采用封閉式結(jié)構(gòu)。 在保證安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件下，盡可能降低工程造價年生產(chǎn)時間為330天。2.2 設(shè)計原則車間所

9、在工廠在居民區(qū)下側(cè)，河流上游，要求地勢平坦，水源豐富，并且節(jié)約用地，少占耕地。盡可能采用新工藝 、新設(shè)備、 新技術(shù)，以利于投產(chǎn)后達(dá)到好的經(jīng)濟(jì)效益 。在條件允許情況下，盡可能的使用通用設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計以簡化設(shè)計工作量，縮短工作時間。原料來源立足于國內(nèi)、立足于本地，選擇優(yōu)質(zhì)價廉的原料立足于本地。3 土霉素生產(chǎn)工藝流程設(shè)計3.1 產(chǎn)品性質(zhì) 土霉素又稱5-羥基四環(huán)素，屬廣譜抗生素 兩 性化合物。本產(chǎn)品為黃色結(jié)晶性粉末，無臭，在紫外線輻射下可產(chǎn)生黃色熒光。分子式為c22h21n2o9-2h2o平均分子量為496.47。理論效價為1000/mg，具有旋光性，熔點(diǎn)為148.5-185.5， 土霉素具有吸濕性，

10、在空氣中吸收水分而潮解且顏色變深。 在ph4.5-7.5之間難溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。等電點(diǎn)為5.4。主要用于革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌引起的感染，對立克次體及過濾性病毒有一定作用，能抗阿米巴腸炎及腸道感染，可以用于治療上呼吸道感染、泌尿系統(tǒng)感染并且效果顯著。耐藥性嚴(yán)重， 毒副作用低，具有成鹽、沉淀、降解成色等一系列化學(xué)反應(yīng)。3.2 產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格產(chǎn)品質(zhì)量符合中國藥典2005版規(guī)定。具體質(zhì)量指標(biāo)如下：外觀：淡黃色粉末 效價： 910/mg 異物：5個/0.5g 異物：5個/0.5g比旋度：d25：-199o 酸堿度：ph5.0-7.5水分：4.0%-7.5% 保質(zhì)期：四年雜質(zhì)吸收峰：430 不大

11、于0.5 490nm不大于0.23.3 工藝流程 篩選高單位菌種流程菌種斜面（37，14天） 孢子懸浮液計數(shù)誘變處理分離雙碟（5-10個菌落）培養(yǎng)五天挑選單菌落試管斜面（4天）挑斜面接砂土管砂土孢子茄子瓶斜面孢子工藝流程沙土孢子（36.5，4-5天）斜面孢子（38，28-30h，空氣攪拌）一級種子培養(yǎng) （30， 28-32h， 1：1.3vvm， 空氣攪拌） 二級種子培養(yǎng)（30，170-190h，1：0.65 vvm） 發(fā)酵液 （草酸調(diào) ph1.75-1.85， 硫酸鋅0.15%，黃血鹽0.25%） 酸化液（板框頂洗過濾10h 濾液（122#樹脂脫色）脫色液15%水（含2%亞硫酸鈉）調(diào)ph4.

12、5-4.6， 28-30 結(jié)晶液（甩慮后用水淋洗再甩干）濕晶體（進(jìn)風(fēng)：140-170，出風(fēng)：40-80）土霉素堿成品3.4 工藝流程簡述3.4.1 種子制備種子制備是在無菌條件下進(jìn)行的，菌種名稱為 uv-138二代。3.4.2 各級培養(yǎng)基的制備主要配料：糊精、黃豆餅粉、淀粉、玉米漿、固劑、氯化鈉、磷酸二氫鉀、硫酸氨、碳酸鈉、氯化鈷、玉米油、淀粉酶、碳酸鈣各級種子培養(yǎng)基均在配料罐中配制，用打料泵送至各級種子罐中。3.4.3 菌種的培養(yǎng)土霉素生產(chǎn)車間的菌種培養(yǎng)在培養(yǎng)室里進(jìn)行。生產(chǎn)用的菌種為uv-138和龜裂鏈霉，用沙土管保藏，一般在溫度為4左右的條件下可保存三年，一次可制備20多支試管。在30條件

13、下，經(jīng)過7天時間的培養(yǎng)后，觀察可看到，土霉素菌落豐滿，菌落下有一定量的紅色分泌物，面積大于菌落；孢子的顏色為乳白色。3.4.4 三級培養(yǎng)以龜裂鏈霉菌為菌種一級種子培養(yǎng)目的：使來自實驗室制備的孢子發(fā)芽、繁殖以獲得一定數(shù)量的菌絲。一級種子罐采用夾套式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），無攪拌動力設(shè)備。一級種子罐培養(yǎng)基采用實罐滅菌，消前加泡敵消沫劑。通氣：從罐底通入空氣來達(dá)到物料混合均勻的目的。培養(yǎng)溫度：32；時間：30 32h；流量：按壓力降數(shù)；罐壓：0.05mpa；滅菌：實消45min；ph：6.06.3接種：待一級種子罐溫度降到2933時，即可接種，一般接種量(接種量指的是移入的種子懸液體積和接種后培養(yǎng)液的

14、體積的比例)為7%15%。操作程序如下：（1）用蘇爾浸泡的棉花在接種帽處從內(nèi)向外檫拭23次，再用75%的酒精棉球擦拭34次，然后用同樣的酒精棉球蓋在接種帽處點(diǎn)燃。（2）用鑷子將點(diǎn)燃的酒精棉球撤下，迅速將接種針頭扎入接種帽，由一級種子罐的滅菌工開排氣閥，將罐內(nèi)壓力控制在0.09mpa，待罐內(nèi)壓力和接種瓶內(nèi)壓力平衡后，再由一級種子罐的滅菌工將罐內(nèi)壓力降至0.04mpa，將接種瓶內(nèi)的孢子懸浮液吸入一級種子罐內(nèi)，將接種針頭拔出。 （3）用火柴點(diǎn)燃蠟燭，讓蠟液滴在接種帽上，凝固后用氧化鋅膠布再封好。消泡： 一級種子罐不需要加入消泡劑。 轉(zhuǎn)移 ：經(jīng)過約30小時左右的培養(yǎng)，培養(yǎng)基的顏色漸漸的變?yōu)辄S色，趨于成

15、熟。測量培養(yǎng)液的ph，當(dāng)其值在6.06.4時即可作為種子移入二級種子罐。一級種子培養(yǎng)技術(shù)參考指標(biāo)：消前：ph6.1-6.7 消后：ph5.9-6.4 糖（g/ml）：2.5-3.7% 氨氮（g/ml）：0.13-0.2% 溶磷（g/ml）：85-135 接斜面孢子：兩瓶培養(yǎng)時間：30-34h 培養(yǎng)溫度：322 壓力降：0-6h，0.01mpa 6-10h，0.02 mpa 10-12h放罐，0.03 mpa 二級種子培養(yǎng)二級種子罐培養(yǎng)基采用實罐滅菌。采用壓差法將二級種子壓入發(fā)酵罐中，全程通入無菌空氣，實行機(jī)械攪拌，并進(jìn)行補(bǔ)料。打入種子液：待二級種子罐溫度降到2933時，即可利用壓差法將一級種子

16、罐中的種子液打入。 通氣： 土霉素是好氧霉菌，因此需要給罐內(nèi)不斷的通入空氣，并且用攪拌槳不斷的攪拌，以增加氧氣的擴(kuò)散和熱量的交換。 消泡： 二級種子罐不需要加入消泡劑。 調(diào)溫：土霉素的最適生長溫度為31，在發(fā)酵熱，攪拌熱等熱源的作用下可能使發(fā)酵罐內(nèi)的溫度偏離，因此需要通入冷卻水調(diào)節(jié)發(fā)酵罐的溫度。 取樣 1719小時時取樣檢測種子液ph，28小時時取樣測量c、n、種子液效價和ph，并作出相關(guān)記錄。 冷卻：二級種子罐采用6組蛇管的冷卻裝置進(jìn)行冷卻,進(jìn)水方式為低進(jìn)高出。攪拌：二級種子罐采用二級攪拌裝置進(jìn)行攪拌，該攪拌裝置的槳葉為箭葉式，轉(zhuǎn)速為160r/min，功率為10kw，另外空氣流向與攪拌方向相

17、反。轉(zhuǎn)移： 二級罐發(fā)酵28個小時后液體變?yōu)轸丈⒆兂?，測量效價和ph，在培養(yǎng)后期，隨著糖、氮濃度的降低，如果ph大于6.0，效價在800 u/m1左右即可將其打入發(fā)酵罐中。二級種子培養(yǎng)滅菌：實消30min 消前：ph5.9-6.3 消后：ph5.9-6.4 氨氮（g/ml）：0.36-0.5% 溶磷（g/ml）：270-390 接種量（ml/ml）：8-10% 流量（m3/h）：900-1200培養(yǎng)時間（h）：26-32 罐壓（mpa）：0.050.01培養(yǎng)溫度（）：322 攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）：160 三級培養(yǎng)-發(fā)酵罐三級發(fā)酵罐采用列管式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），發(fā)酵罐采用六組蛇管冷卻裝置進(jìn)行

18、冷卻，低進(jìn)高出。攪拌： 發(fā)酵罐采用四級攪拌裝置進(jìn)行攪拌。滅菌接種： 三級發(fā)酵是土霉素大量產(chǎn)生的時期，發(fā)酵罐和相應(yīng)管道經(jīng)過高溫實罐滅菌后，待罐溫降到2933時即可采用壓差法將二級種子液打入發(fā)酵罐，開始發(fā)酵過程。為了盡可能提高土霉素的產(chǎn)量，三級發(fā)酵分為30和31兩個控制階段。即在050h溫度維持在311，51150h時溫度保持在301，151h放罐溫度保持在311。三級發(fā)酵大約需要八天左右的發(fā)酵時間。補(bǔ)氮量的多少參考ph值。要求100小時前ph在6.36.5，100小時后ph6.26.3。為了防止氣泡的大量產(chǎn)生需要給發(fā)酵罐內(nèi)添加消泡劑，本工藝主要采用泡敵作為消泡劑。 補(bǔ)料： 隨著發(fā)酵的進(jìn)行，營養(yǎng)物

19、質(zhì)的濃度不斷下降，因此要通過補(bǔ)料罐和氨罐為其提供營養(yǎng)。當(dāng)總糖下降到5%（g/ml）時開始補(bǔ)料，補(bǔ)糖量按糖代謝速度殘?zhí)橇亢吞蔷S持水平來計算，補(bǔ)料液為實罐滅菌。防止雜菌污染 在抗生素發(fā)酵過程中污染雜菌的主要原因有培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備滅菌不徹底、種子帶有雜菌、空氣過濾系統(tǒng)被污染、發(fā)酵設(shè)備滲漏、操作不慎等，在移種、取樣等過程中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作，并根據(jù)需要多次取樣進(jìn)行無菌檢查。 發(fā)酵過程技術(shù)參數(shù)：消前：ph5.8-6.1 消后：ph5.7-6.3 氨氮（g/ml）：0.5-0.7% 溶磷（g/ml）：170-300殘?zhí)牵╣/ml）：80% 效價：500/ml3.4.6 濾液脫色及樹脂再生原理濾液通過12

20、2#樹脂脫色吸附，可除去部分色素和將雜質(zhì)吸附，122-2#樹脂是由水楊酸、甲醛和苯酚合成的弱酸性陽離子樹脂，該樹脂在酸性溶液中h+不活潑，不能發(fā)生離子交換作用。但能和濾液總的色素或有機(jī)雜質(zhì)形成氫鍵，借助氫鍵力將這些雜質(zhì)吸附，從而提高原液色澤和質(zhì)量。樹脂在naoh溶液中由h型變成na型而失去氫鍵活性，能使吸附的色素和雜質(zhì)解離出來，再經(jīng)過酸水作用由na型變成h型，可重復(fù)進(jìn)行脫色。濾液通過122-2#樹脂脫色吸附，可除去部分色素和將雜質(zhì)吸附，而樹脂經(jīng)水反洗反堿正堿通酸洗酸的過程再生。3.4.7 脫色液的連續(xù)結(jié)晶 原理土霉素是酸堿兩性化合物，等電點(diǎn)為4.5，可選擇適當(dāng)?shù)膲A化劑來調(diào)節(jié)脫色液ph至土霉素等

21、電點(diǎn)，此時，土霉素在水中溶解度最小，可以從水溶液中直接結(jié)晶出來。生產(chǎn)控制結(jié)晶ph為4.44.8。根據(jù)土霉素結(jié)晶的速度，結(jié)晶達(dá)到完全需要50分鐘，50分鐘后母液中土霉素含量趨于穩(wěn)定。連續(xù)結(jié)晶設(shè)備的容量，保證結(jié)晶液以最大量通過時維持50分鐘。保證結(jié)晶液在流動的情況下達(dá)到完全結(jié)晶的目的。3.4.8 結(jié)晶液離心分離原理將結(jié)晶液中晶體及母液經(jīng)離心分離以便得到含水量少，純度較高的土霉素晶體，在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)鋪設(shè)濾袋加入結(jié)晶液。利用離心機(jī)產(chǎn)生的離心力將母液甩出，從而土霉素濕晶體留在濾袋內(nèi)達(dá)到分離目的。3.4.9 濕結(jié)晶體的氣流干燥原理氣流干燥為急劇快速干燥，在干燥過程中濕晶體和高溫?zé)峥諝饨佑|，使水分很快蒸發(fā)，

22、一般接觸時間3 s5 s，由于時間短可減少土霉素因長時間受熱而發(fā)生破壞，保證產(chǎn)品質(zhì)量。3.4.10 結(jié)晶、干燥用氨水調(diào)脫色液ph至4.5-4.8，進(jìn)串聯(lián)結(jié)晶柱，等電點(diǎn)附近攪拌沉淀結(jié)晶，將母液與晶體離心分離，并快速進(jìn)行氣流干燥，所得干粉再篩選分裝。4 物料衡算4.1 有關(guān)土霉素生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)表2有關(guān)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)年產(chǎn)量850噸發(fā)酵單位30000u/ml發(fā)酵周期182h輔助時間10h發(fā)酵罐裝料系數(shù)0.75過濾收率1.12脫色收率0.95結(jié)晶收率0.90干燥收率0.97年工作日330天成品效價910u/mg中小罐周期30h發(fā)酵補(bǔ)料（c*n）接后體積的48%蒸發(fā)損失接后體積的20%種子罐裝料系數(shù)0.

23、6種子罐損失（以消后體積為準(zhǔn)）小罐 12%發(fā)酵單位富裕量20%中罐 8%通氣量（比）小罐：1.5vvm中罐及大罐：0.8vvm接種量（以消后體積為準(zhǔn)）小罐 15%發(fā)酵液稀釋效價15000u/ml中罐 9%酸化ph植1.75-1.85加草酸量3.2%（t/ms）折合體積0.6m3/t配草酸水草酸用量0.2%（kg/l）發(fā)酵液含渣量38%凈化劑加量（以發(fā)酵液為準(zhǔn)）黃血鹽0.21% 0.5m3/t堿化劑（以配堿化劑量為準(zhǔn)）氨水15%（kg/l）硫酸鋅0.15% 0.4m3/tna2so32.0%（kg/l）脫色a=2.67（1/h）v=qt=a/tv.全部結(jié)晶罐體積數(shù)交換負(fù)荷=f/mf流量，m樹脂體

24、積q.體積流量m3/ht.操作時間h結(jié)晶時間60mina.批處理體積母液單位1000u/ml結(jié)晶體含水量20%成品含水量7%ss-800離心機(jī)每臺每次處理40kg結(jié)晶體種子罐、發(fā)酵罐罐壓0.3*105pa加草酸量：3.2%，折合體積0.62 m3/t（即每100噸發(fā)酵液添加3.2噸草酸，發(fā)酵液的體積增加0.62 m3）凈化劑加量：黃血鹽0.21% 0.5 m3/ t， 硫酸鋅0.15% 0.4 m3/t （含義同草酸）提煉總收率：1.120.950.900.97=0.934.2 發(fā)酵階段物料衡算4.2.1 發(fā)酵罐 由年產(chǎn)計算每天放罐發(fā)酵液的體積;vd=g103p（pmm）=8501000910

25、（0.9331000330）=81.30m3其中g(shù)：年產(chǎn)量850噸 p：910/mg=910g/kg ; m: 全年生產(chǎn)天數(shù) 330天m：發(fā)酵單位：31000/ml=31000g/ m3 p提煉總收率：1.120.950.900.97=0.93v放：發(fā)酵或種子培養(yǎng)結(jié)束后，發(fā)酵罐或種子罐的放料體積v進(jìn)：發(fā)酵罐的總進(jìn)料量，包括消后體積和補(bǔ)料體積v放= v接后+v補(bǔ)v蒸發(fā)= v接后+48%v接后20%v接后=1.28 v接后= 81.30 m3計算得：v接后=63.52m3又v接后=v消后+v接種= v消后+15% v消后=1.15 v消后=63.52m3 計算得：v消后=55.23 m3v接種=1

26、5% v消后=55.3215%=8.29m3 v補(bǔ)=48% v接后=63.5248%=30.49m3v蒸發(fā)=20% v接后=63.5220%=12.70m3 v冷凝水=0.20 v配料又v配料=v消前= v消后v冷凝水= v消后0.20 v配料v配料= v消后/1.2=55.23/1.2=46.02m3 v冷凝水=0.20 v配料=0.2046.02=9.21m34.2.2 二級種子罐v0= v接種 0=8.290.6=13.82 m3 圓整為14m3由物料衡算： v消后+v接種= v放+v損失 v消后+9% v消后=8.29+8% v消后其中：中罐接種量9%；中罐蒸發(fā)損失：消后體積8%即 1

27、.01v消后=8.29 m3 v消后=8.21m3 v接種=9% v消后=0.74 m3v損失=8% v消后=0.66m3 v接后= v放+v損失=8.29+0.66=8.95m3v配料=v消前= v消后v冷凝水= v消后0.20 v配料 1.2v配料 = v消后=8.21 m3 v配料=8.21/1.2=6.84m3v冷凝水=0.20 v配料=0.206.84=1.37m3中罐臺數(shù)=發(fā)酵罐臺數(shù)種子罐周期發(fā)酵罐周期=28301822臺 設(shè)為4臺，其中2臺備用。4.2.3 一級種子罐v放= v接種=0.74m3v0= v接種 0=0.740.6=1.23 m3 圓整為1.2m3 由：v消后+v接

28、種= v放+v損失 其中v接種可忽略 v消后=0.88+12% v消后即0.88v消后=0.74 v消后=0.84 m3v損失=12% v消后=12%0.84=0.10 m3又v配料=v消前= v消后v冷凝水= v消后0.20 v配料 1.2v配料 = v消后=0.84 m3得v配料=0.84/1.2=0.70 m3v冷凝水=0.20 v配料=0.200.70=0.14m3 一級種子罐臺數(shù)=二級種子罐臺數(shù)一級種子罐周期二級種子罐周期=23030=2臺設(shè)為4臺，其中2臺備用。4.2.4 發(fā)酵階段物料衡算總結(jié)表1 三級發(fā)酵料液平衡表項目大罐中罐小罐v放（ m3 ）81.308.290.74v消后（

29、 m3 ）55.238.210.84v接后（ m3 ）63.528.950.84v接種（ m3 ）8.290.74v冷凝水（ m3 ）9.211.370.14v損失（ m3 ）12.700.660.10v配料（ m3 ）46.026.840.70v補(bǔ)料（ m3 ）30.49v進(jìn)（ m3 ）85.728.950.84表2每罐發(fā)酵液原料消耗的計算 （以接種后體積為基準(zhǔn)核算）原料名稱配比（%）接種后體積m3）投料量kg（l）大罐(%)中罐(%)小罐(%)大罐中罐小罐合計玉米漿70.80.25大罐：63.52m3中罐：8.95 m3小罐：0.84 m35230.40.8430.02553.172糊精0

30、.50.61.53.7360.6320.1504.518淀粉7.255.291.654.1725.5760.16059.908磷酸二氫鉀0.030.030.020.2240.0320.0020.258黃豆餅粉2.942.50.521.9682.6350.05024.653碳酸鈣0.860.770.446.4260.8120.0447.282硫酸銨10.880.57.4720.9280.0508.450氯化鈉0.1960.40.51.4650.4220.0501.936酵母粉0.60.60.6320.0600.692氯化鈷0.00470.00180.03510.001900.037淀粉酶0.00

31、0250.0001824145.51724e-050.0019 0.00019 5.517e-060.00207 泡敵0.020.149 0.149 單位生產(chǎn)時間原料消耗指標(biāo)原材料天耗 kg月耗 kg年耗 噸玉米漿53.17221595.166526.405糊精4.5184135.55244.732淀粉59.907661797.230593.086磷酸二氫鉀0.257787.7332.552黃豆餅粉24.65268739.580244.062碳酸鈣7.2815218.44572.087硫酸銨8.44952253.48683.650氯化鈉1.93611258.08319.168酵母粉0.6924

32、20.7726.855氯化鈷0.0370161.1100.366淀粉酶0.0020660.0620.020泡敵0.149444.4831.479注：每月以30個計算，每年以330個生產(chǎn)日計算4.3 提取階段物料衡算 4.3.1 酸化、稀釋v大放=81.30 m3發(fā)酵總單位=發(fā)酵單位放罐體積=3100081.30106/108=25203億v酸化= v大放+料液體積增加量 =81.30+2.056=83.356m3 酸化工段物料衡算表用量 %體積系數(shù)用量 噸料液體積增加量 m3草酸3.20.623.0611.898黃血鹽0.210.50.2010.100硫酸鋅0.150.40.1430.057合

33、計2.056計算說明舉例：草酸用量= v大放3.2%=81.303.2%=2.602體積系數(shù)是指 每添加一噸草酸（或黃血鹽等）料液體積的增加量。料液體積增加量=2.6020.62=1.613 噸 稀釋倍數(shù)=3100081.30/83.356/15000=2.016 v稀釋后= v酸化稀釋倍數(shù)=83.3562.016=168.05m3 4.3.2 過濾稀釋效價過濾收率v稀釋后=濾液平均效價v濾液150001.12168.05=10000v濾液 v濾液=282.32 m3v高= v稀釋后1.4=168.051.4=235.27m3v低= v濾液v高=282.32235.27=47.05m3v渣=3

34、8% v大放=38%81.30=30.89m3v草酸水+ v稀釋后= v濾液+ v渣v草酸水= v濾液+ v渣 v稀釋后=282.32+30.89168.05=145.16 m3草酸用量=0.2% v草酸水=0.2%145.16103=290.32kg4.3.3 脫色脫色單位=脫色收率濾液平均效價v濾液=0.95100000282.32106=26820.4億損失單位=濾液平均效價v濾液（1脫色收率）=100000282.32106（10.95）=1411.6億脫色液量=濾液體積=282.32m3脫色液濃度=脫色單位/脫色液量=26820.4/282.32=95億/ m34.3.4 結(jié)晶結(jié)晶單

35、位=結(jié)晶收率脫色單位=0.9026820.4=24138.36億離心單位=結(jié)晶單位母液效價（v濾液+v堿化劑）=24138.361000（282.32+282.321%）106/108=21286.928億 應(yīng)當(dāng) 補(bǔ)充 堿化劑用量；亞硫酸鹽用量干燥單位=離心單位干燥收率=21286.9280.97=20648.32億濕體含水量：20% 即：每次出產(chǎn)量：40（120%）（17%）=34.41kg （ss-800 每臺每次處理40kg濕晶體）每臺離心機(jī)每次處理：34.41910106=313.13億離心機(jī)總臺數(shù)=20648.32313.13=66臺實際臺數(shù)=離心機(jī)總臺數(shù)批次=668=9臺 5 設(shè)備

36、計算與選型5.1 發(fā)酵階段5.1.1 發(fā)酵罐5.1.1.1發(fā)酵罐公稱容積v0和臺數(shù)的確定選用帶機(jī)械攪拌的通風(fēng)式發(fā)酵罐。v0= vd/(nd)=81.3/(10.75)=108.4 m3 圓整為110m3發(fā)酵罐裝料系數(shù)：0.75; nd:每天放罐數(shù)，一般每天1-2罐，取n=1發(fā)酵罐的體積108.4m3圓整為110m3 發(fā)酵罐總臺數(shù)：nd發(fā)酵周期=18=8個。5.1.1.2 幾何尺寸的計算 v大罐=110 m3 發(fā)酵罐的高徑比影響：高徑比越大，氧氣的利用率越大；進(jìn)罐的空氣壓力越高，伴隨空壓機(jī)的出口壓力提高和能耗增加；影響料液中二氧化碳的濃度，進(jìn)而影響微生物的代謝。在本設(shè)計中，取h0d=3 ，其中h

37、0：圓筒部分高度m；d：發(fā)酵罐內(nèi)徑m.發(fā)酵罐的直邊高度：jb1154-73規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度有25、40、50 mm 三種，根據(jù)壁厚來選擇發(fā)酵罐直邊高度。對于容積為100噸-500噸的發(fā)酵罐而言，壁厚在10-18mm之間，直邊高度選擇40mm.全容積v= v1+ 2v2 =/4 d2 h0+2/4 d2（h b +1/6d）=/4 d23d+2/4 d2（0.04+1/6d）=110 m3在上式中，只有d 未知，利用excel采用內(nèi)插法求得：d=3.47米罐體總高：h= h0+2（ha+ h b ）=33.47+2（3.47/6+0.04）=11.6米液柱高：hl = h0+ ha

38、+ h b=33.470.75+3.47/6+0.04=8.43m5.1.1.3 攪拌器功率 發(fā)酵罐在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對攪拌的需求分為以下幾種情況。實罐滅菌：為了使滅菌時培養(yǎng)基的傳熱較為理想，需開動攪拌，此時功率消耗較大。發(fā)酵中期：微生物旺盛生長，對溶氧需求高，應(yīng)提高攪拌轉(zhuǎn)速，以提高氧氣的利用率。發(fā)酵前期以及后期：微生物生長緩慢，對溶氧需求低，特別是發(fā)酵后期，菌體老化，發(fā)酵液粘度增加，劇烈攪拌會加速菌絲體的自溶，泡沫增加，影響發(fā)酵水平的提高?？稍诤闼贁嚢桦姍C(jī)上安裝變頻器，以實現(xiàn)變速攪拌，降低能耗，提高發(fā)酵單位。綜上所述，發(fā)酵罐在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中分為通氣和不通氣兩種情況。通氣情況下攪拌器所耗功率下降到原來的

39、1/2到 1/3，因此發(fā)酵罐的攪拌功率基本上應(yīng)按照不通氣時所需攪拌功率來確定。攪拌器直徑：d i =1/3d =1/33.47=1.16m擋板寬度：b=0.1d=0.35m 攪拌葉間距：s=2 di =2.32m攪拌葉與罐底距離：c=（ 0.8-1.0）di 取0.8，則有 c= 0.8di =0.928m c +3s =0.928+32.32=7.888m hl=8.43 取4層攪拌器一般來說，最上層攪拌漿葉到液面距離在0.5 d i 2d i之間，進(jìn)行核算如下：最上層攪拌漿葉到液面距離8.918.296=0.614 0.5 di =0.61m設(shè)發(fā)酵液為牛頓型流體，符合全擋板條件（指能達(dá)到消

40、除液面漩渦的最低條件，此條件與擋板數(shù)、擋板寬度與罐徑之比有關(guān)）： =1050/ m3 n=110r/min =0.1 n s/則：rem= d i2n =1.1621050（11060）/0.1=2.59104104采用六箭葉渦輪攪拌器，根據(jù)rem，查化工工藝設(shè)計手冊（上）p2-58 圖10-7，得功率準(zhǔn)數(shù)n p=3.88軸功率：p0= n p d i5n3=3.881.1651050（110/60）3=52.73kwf校正=1.56 （hl液柱高；d i 攪拌器直徑）實際軸功率p*= f校正p0=1.5652.73=82.07kw四層攪拌功率pm= p* 1+0.6（41）=82.071+0

41、.6（41）=229.8kw化工工藝設(shè)計手冊（上）p2-58 公式 10-9 pm=p1+0.6(m-1)多層攪拌器的軸功率 m 攪拌器經(jīng)查互聯(lián)網(wǎng)， ，選用浙江西瑪電機(jī)有限公司y355l2-2 型號電機(jī)，功率315kw，效率95%檢驗：31595%=299.25kw229.8kw 選型合理5.1.1. 4 發(fā)酵罐通氣管最常用的通氣裝置為一單孔管，單孔管的出口位于罐的中央，開口向下，以免培養(yǎng)基中固體物質(zhì)在開口處堆積和罐底固形物質(zhì)沉淀。通氣管徑入口罐壓：pg = p罐+1/2g hl=1.01105+0.03106+1/210509.818.43=1.74105pa q標(biāo)=vvmv放=0.881.

42、30=65.04 m3/minq g= q標(biāo)p標(biāo)t工況 /p工況t標(biāo)=65.041.01105(273+31)/(1.74105273)=42.04 m3/min管道內(nèi)空氣平均流速推薦值表壓力范圍 (mpa)0.10.60.61.01.02.02.03.0平均流速 （m/s）1020101581236 v依上表取 20 m/s (以前 取60m/s)=0.211米查化工原理，選253.255.1.1.3 發(fā)酵罐冷卻系統(tǒng) 發(fā)酵罐的冷卻主要考慮培養(yǎng)基實消后的冷卻、發(fā)酵過程中微生物呼吸產(chǎn)熱以及機(jī)械攪拌消耗的功率移送給培養(yǎng)基的熱量。一般5噸以下的小型罐，利用夾套冷卻。大型發(fā)酵罐傳統(tǒng)使用多組立式蛇管。近

43、幾年來，發(fā)酵罐采用半圓形外盤管，傳熱系數(shù)高，罐體容易清洗，增強(qiáng)罐體強(qiáng)度，降低壁厚，使發(fā)酵罐的造價降低，同時增加發(fā)酵罐的有效容積，是值得推廣的新技術(shù)。發(fā)酵熱q=16800kj/ m3h 則：q總=q v放=1680081.30=1.366106 kj/ h發(fā)酵溫度 3232 冷卻水溫度 1823t 9 14 tm= （149）ln14/9=11.32 對于外盤管冷卻系統(tǒng)，傳熱系數(shù)k=450 j/ (m2.s.)=450/10003600=1620 kj/ m2h傳熱面積：f= q總ktm=1.366106(162011.32)=74.49發(fā)酵罐可用為傳熱的外表面面積f=3.14*dh70%=3.

44、143.4711.670%=88.47式中，發(fā)酵液上部的外壁因沒有流體，不可作為傳熱面，所以只取70%。發(fā)酵罐可用為傳熱的外表面面積大于所需傳熱面積，說明采用合理設(shè)計的外盤管能滿足工藝設(shè)計的要求。冷卻水用量：w水= q總ct=1.3661064.2（2318）=6.5104/h 冷卻水體積流量：v水=6.5104(10003600)=0.0181 m3/s5.1.2 二級種子罐5.1.2.1 幾何尺寸 二級種子罐個數(shù)為3個 v中放=14 m3 （此處應(yīng)按公稱容積計算外形尺寸）設(shè)h0d=2.7 h b =0.025m全容積v= v1+ 2v2 =/4 d2 h0+2/4 d2（h b +1/6d

45、）=/4 d22.7d+2/4 d2（0.025+1/6d）=14利用excel 采用內(nèi)插法得 d=1.80 m h0=2.7d=2.71.80=4.86m ha=1/4d=0.45m h b=0.025m罐體總高：h= h0+2（ha+ h b ）=4.86+2（0.35+0.025）=5.61m 液柱高：hl = h0+ ha+ h b=4.860.6+0.45+0.025=3.391m5.1.2.2 攪拌器功率5.1.2.2.1 不通氣時攪拌器直徑：d i =1/2d =0.90m 擋板寬度：b=0.1d=0.18m攪拌葉間距：s=2 d i =1.80m 攪拌葉與罐底距離：c= d i

46、 = 0.90m c +s =0.90+1.80=2,70m hl=3.391m 取2層攪拌器令流體為牛頓型流體，符合全擋板條件： =1050/ m3 n=160r/min =0.1 n s/ 則：rem= di2n=0.9021050160（600.1）=2.27104104 采用六箭葉渦輪攪拌器，查發(fā)酵設(shè)備，n p=3.74 軸功率：p0= n p d i5n3=3.740.9051050（160/60）3=43.97kw f校正=0.915 實際軸功率p*= f校正p。=0.91543.97=40.23kw兩層攪拌功率p = p* 1+0.6（21）=40.231+0.6（21）=64.37kw電機(jī)選型：互聯(lián)網(wǎng)選用大連電機(jī)廠電機(jī)型號gj315b-8功率：90kw，轉(zhuǎn)數(shù)：735 r/min，效率：93%檢驗：9093%=83.7kw64.37kw 選型合適5.1.2.2.3 通氣管道通氣管徑入口罐壓：pg = p罐+1/2g hl=1.01105