年產(chǎn)300噸鏈霉素工業(yè)鹽發(fā)酵車間工藝設(shè)計

50/50課程設(shè)計題目：年產(chǎn)300噸硫酸鏈霉素工業(yè)鹽發(fā)酵車間的工藝設(shè)計課程名稱：發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論學(xué)院：班級：學(xué)號：指導(dǎo)老師：姓名：四川理工學(xué)院二零12年9月13日目錄1.前言..……………32.設(shè)計任務(wù)書..……………………53.工藝設(shè)計講明3.1項目背景和開發(fā)意向.………………63.2生產(chǎn)菌種及發(fā)酵差不多原理.……………63.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)..………………73.4參考數(shù)據(jù)..………………84.工藝流程及方案的講明論證……………94.1發(fā)酵工藝………………94.2鏈霉素發(fā)酵條件及中間操縱…….104.3提取工藝………………114.4工藝流程簡圖……………125.物料衡算及能量恒算..………………..…145.1物料衡算..………………145.2熱量衡算..………………155.3水用量的計算..………………176.發(fā)酵車間設(shè)備的選型計算 ..………196.1發(fā)酵罐的設(shè)計..………………196.1.1發(fā)酵罐的選型及尺寸.…………..196.2設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計..……………….……...…..………206.2.1空氣分布器..……….………206.2.2擋板..…………………..……...206.2.3電機設(shè)計及軸功率的計算..………………..206.2.4攪拌器設(shè)計..………………226.2.5冷卻面積的計算與冷卻管的設(shè)計..………..226.2.6PH測定..…………………..256.2.7消泡..………256.2.7消泡..……………256.2.8觀看窗口..………………256.2.9液面高度顯示安裝..…………………256.2.10封頭連接方式..………………256.2.11密封方式..………………25對本設(shè)計的評述..………………26廠房平面圖289.參考文獻..…………………291前言硫酸鏈霉素(StreptomycinSulfate)的要緊成分是鏈霉素，鏈霉素[硫酸鏈霉素化學(xué)結(jié)構(gòu)式]（Streptomycin）是瓦克斯曼〔WaksmanS.A.)于1944年從灰色鏈霉菌（Streptomyces,griseus）培養(yǎng)液中分離出來的一種堿性抗生素。鏈霉素是一種相當(dāng)強的有機堿，也是一種多糖類化合物。其分子結(jié)構(gòu)是由鏈霉肌、鏈霉糖和N-甲基-L-葡萄糖胺三部分以苷鍵相聯(lián)結(jié)而成的。鏈霉素堿穩(wěn)定性特不差，工業(yè)產(chǎn)品要緊是其硫酸鹽形式，即硫酸鏈霉素。鏈霉素對結(jié)核桿菌有強大抗菌作用，其最低抑菌濃度(MIC)一般為0.5mg/L。它對許多革蘭氏陰性菌(G-)如大腸桿菌、肺炎桿菌、腸桿菌屬、沙門菌屬、布魯菌屬等也具抗菌作用。鏈霉素對革蘭氏陽性菌(G+)抗菌活性較差。鏈霉素游離堿為白色粉末。大多數(shù)鹽類也是白色粉末或結(jié)晶，無嗅，味微苦。鏈霉素在中性溶液中能以三價陽離子形式存在，因此可用離子交換法進行提取。其水溶液比較穩(wěn)定，但其穩(wěn)定性受PH值和溫度的阻礙較大。其硫酸鹽的水溶液在PH=4--7，室溫下放置數(shù)星期，仍專門穩(wěn)定，如在冰箱中保存三個月內(nèi)活性無變化。目前抗生素的生產(chǎn)要緊是利用微生物發(fā)酵來進行，少數(shù)采納化學(xué)合成的方法，因此也有的采納化學(xué)法或生化法半合成。關(guān)于鏈霉素可由灰色鏈霉菌發(fā)酵生產(chǎn)。雙氫鏈霉素可由濕鏈霉菌產(chǎn)生，但通常以半合成方法生產(chǎn)。一般認(rèn)為鏈霉素是治療結(jié)核桿菌感染的首選藥物，除此以外，還用于治療革蘭氏陰性菌所引起的泌尿道感染、結(jié)核性腦膜炎，鼠疫，腸道感染，肺炎，敗血癥，百日咳等。鏈毒素的缺點是容易產(chǎn)生耐藥性；長期使用對第八對腦神經(jīng)有毒害除了醫(yī)用外，也有報道將鏈霉素用于農(nóng)牧業(yè)的。例我國新疆某生產(chǎn)建設(shè)兵團的農(nóng)場自1985年起應(yīng)用鏈霉素治療菜類瓜類和糧食等作物的病害，取得較好效果；鏈霉素還可用于豬肺炎，雛雞白痢疾、以及雞，鴨，鵝的巴氏桿菌感染等的治療。國內(nèi)有些廠家將生產(chǎn)的鏈霉素作為農(nóng)用出口，效益較好。2設(shè)計任務(wù)書四川理工學(xué)院制藥工程課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號：指導(dǎo)教師：（簽名）系主任（簽名）院長（簽名）設(shè)計時刻:一、設(shè)計任務(wù)1.題目：年產(chǎn)300噸硫酸鏈霉素工業(yè)鹽發(fā)酵車間的工藝設(shè)計2.條件：年產(chǎn)量為300噸。一年按300個工作日算。二、設(shè)計內(nèi)容（一）、設(shè)計講明書，內(nèi)容包括：1、目錄2、題目及條件（任務(wù)書）3、工藝設(shè)計講明書4、工藝流程及方案的選擇5、物料衡算及能量衡算6發(fā)酵車間設(shè)備的選型計算 7、設(shè)計評述8、參考文獻（二）、繪圖繪制帶操縱點工藝流程圖或車間平面布置圖或主體設(shè)備圖3工藝設(shè)計講明3.1硫酸鏈霉素生產(chǎn)背景和開發(fā)意向《生產(chǎn)硫酸鏈霉素項目可行性研究報告》通過對項目科學(xué)深入的市場需求和供給分析、以后價格預(yù)測、資源供應(yīng)、建設(shè)規(guī)模、工藝路線、設(shè)備選型、環(huán)境阻礙、節(jié)能減排、投資估算、資金籌措、盈利能力等方面的科學(xué)研究，從市場、技術(shù)、經(jīng)濟、工程等角度對項目進行調(diào)查研究和分析比較，并對項目建成以后可能取得的財務(wù)、經(jīng)濟效益及社會環(huán)境阻礙進行科學(xué)預(yù)測，為項目決策提供了公正的、可靠的、科學(xué)性的投資咨詢意見。

3.2生產(chǎn)菌種及發(fā)酵差不多原理3.2.1硫酸鏈霉素生產(chǎn)簡介在鏈霉素發(fā)酵中，我們采納國內(nèi)比較常用的灰色鏈霉菌及其變種。該菌除了分泌鏈霉素外，還產(chǎn)生不的抗生素如放線菌酮對酵母和真菌的殺菌作用強，因毒性大不能用于臨床。灰色鏈霉素的孢子柄直而短，不呈螺旋。孢子量多，呈橢圓球形。氣生菌絲和孢子都呈白色，單菌落生長豐滿，呈梅花形或饅頭形，直徑3-4mm?；|(zhì)菌絲透明，在斜面背后產(chǎn)生淡棕色色素。菌種采納沙土管或冷凍干燥保藏。鏈霉素是由鏈霉胍、鏈霉糖和N．甲基．L一葡萄糖胺組成的三糖苷，屬于氨基糖苷類抗生素。鏈霉胍是在1，3-位置上帶有2個孤基的l，3去氧青蟹肌醇，去掉2個脒基后稱為鏈霉胺。鏈霉糖是帶有支鏈的5’，脫氧五碳糖，在第3碳上有1個醛基。N-甲基-L-葡萄糖胺是在第2碳上的-NH2被甲基化(-cH3NH)的L一葡萄糖胺。這三糖連接的糖苷鍵差不多上型的糖苷鍵。3.2.2硫酸鏈霉素合成示意圖由D-葡萄糖和NH3合成鏈霉素的大致途徑如圖13.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模：300噸/年產(chǎn)品規(guī)格：成品效價為800單位/mg生產(chǎn)天數(shù)：300天/年接種量：15%倒罐率：1%發(fā)酵周期：8天每天放罐：2罐發(fā)酵裝料系數(shù)：70%發(fā)酵液收率：95%提煉總收率：70%平均發(fā)酵水平：25000單位/ml種子培養(yǎng)基配比(g/L)：牛肉膏6%，葡萄糖4%，KH2PO41%，MgSO41%生產(chǎn)培養(yǎng)基配比(g/L)：葡萄糖4%，黃豆餅粉0.8%，玉米漿1.5%，（NH4）2SO40.5%，豆油0.2%，KH2PO40.01%，CaCO30.04%3.4參考數(shù)據(jù)罐體的高徑比H/D：1～3攪拌槳直徑與罐體直徑之比Di/D:1/3～1/2擋板寬度與罐體直徑之比Wb/D：1/8～1/12（4塊擋板）最下層攪拌槳高度與罐體直徑之比：0.8～1.0相鄰兩層攪拌槳距離與攪拌槳直徑之比：1～2.5發(fā)酵條件：轉(zhuǎn)數(shù)350r/min,溫度28℃，pH7.2（400L發(fā)酵罐）冷卻水進出口溫度分不為25℃、30℃黏度：38cP4工藝流程及方案的講明論證4.1發(fā)酵工藝4.1.1斜面孢子培養(yǎng)將砂土管（或冷凍管）菌種接種到斜面培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后即得原始斜面。原始斜面質(zhì)量要求一般為：菌落分布均勻，密度適中，顏色雪白，但菌落豐滿，。再從原始斜面的豐滿單菌落接種至斜面上，長成后即得生產(chǎn)斜面，斜面上的菌落應(yīng)為白色豐滿的梅花形和饅頭形，背面為淡棕色色素，排除各種雜型菌落。經(jīng)兩次傳代，可達到純化的目的，排出變異的菌株。其質(zhì)量還應(yīng)通過搖瓶實驗來進行操縱。合格的孢子面存在低溫冷庫（0~4℃）內(nèi)備用。4.1.2搖瓶種子培養(yǎng)生產(chǎn)斜面的菌落接種到搖瓶種子培養(yǎng)中，通過培養(yǎng)基即得搖瓶種子。鏈霉素發(fā)酵經(jīng)常使用搖瓶種子來接種種子罐。種子質(zhì)量以菌絲時期、發(fā)酵單位、菌絲粘度或濃度、糖氮代謝、種子液色澤和無菌檢查為指標(biāo)。搖瓶種子能夠直接接種子罐，也能夠在擴大培養(yǎng)，用培養(yǎng)所得的子瓶來接種。藥瓶培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分為黃豆餅粉、葡萄糖、硫酸銨、碳酸鈣等。黃豆餅粉的質(zhì)量和葡萄糖的用量對種子質(zhì)量都有阻礙。4.1.3種子罐擴大培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)是用來擴大種子量的。種子罐培養(yǎng)可為2~3級，依照發(fā)酵罐體積大小和接種量來確定。第一級種子罐一般采納搖瓶種子接種，2~3級種子罐則是逐級轉(zhuǎn)移，接種量一般都為10%左右。種子質(zhì)量對后期發(fā)酵的阻礙甚大，種子必須符合各項質(zhì)量要求（糖氮代謝、菌濃和菌絲時期、效價和無菌要求），方能轉(zhuǎn)罐。因此在培養(yǎng)過程中，必須嚴(yán)格操縱好罐溫、通氣攪拌和泡沫，以保證菌絲生長良好，得到合乎要求的種子。4.2鏈霉素發(fā)酵條件及中間操縱4.2.1溶氧的阻礙及操縱鏈霉素產(chǎn)生菌一灰色鏈霉菌是一種高度需氧菌。它在整個代謝過程中以葡萄糖做為要緊碳源，只有以氧做為最終電子受體時方能獲得大量能量，來滿足菌體生長、生殖和合成鏈霉素的需要.物質(zhì)代謝與能量代謝是相輔相成的。據(jù)文獻記載[19]，空氣中，氧在培養(yǎng)液中的飽和濃度(1atm,25℃})大約只有0.2毫克分子(O2)/升，而鏈霉素發(fā)酵液中菌體的攝氧率在10~50毫克分子(O2)/升小時。因此向發(fā)酵液中迅速地補充溶解氧.是鏈霉素發(fā)酵中的重要問題[11]。對溶氧水平有較大阻礙的因素要緊有：a、菌體代謝是否旺盛。b、培養(yǎng)液的粘度：過高的粘度會阻礙氧的傳遞，即阻礙氧由氣相溶解于液相之中。c、補料：補糖后糖代謝加快，補入10秒鐘后溶氧即明顯下降，但經(jīng)30~40分鐘后又逐漸恢復(fù)到補前水平。這種變化當(dāng)補糖量超過1.0%時較明顯。當(dāng)補無機氮源使氨基氮增加l0mg/100ml以上時，亦有這種變化。d、罐壓：實驗證明罐壓對溶氧的阻礙較空氣流量對溶氧的阻礙更為明顯。在菌體生長前期，空氣流量在一定范圍內(nèi)的增減對溶氧幾乎沒有什么阻礙，而罐壓變化則溶氧變化明顯。在培養(yǎng)前期，一般罐壓每升高或降低0.lkg/cm2溶氧濃度就升高或降低4%左右；在培養(yǎng)中、后期，罐壓每升高或降低0.lkg/cm2溶氧濃度就升高或降低3%左右。但罐壓不能操縱過高，超過一定限度對菌體的生長、代謝就要產(chǎn)生不良阻礙。e、空氣流量：體積氧傳遞系數(shù)中Vs為空氣在罐中的直線速率，它與空氣流量是等效的。從提高KLa的角度看，應(yīng)盡量增大Vs,但超過一定限度后溶氧濃度不再上升，反而會造成泡沫上升，發(fā)酵中間產(chǎn)物未被利用即被帶出而造成不良后果，甚至使攪拌器周圍充滿氣泡從而使攪拌失去作用，造成溶氧下降。從價值工程原理動身，應(yīng)確定一個最適空氣流量vs，即不使通氣量過剩，又滿足灰色鏈霉菌對氧的需求。f、攪拌：攪拌對溶氧濃度阻礙最大。在培養(yǎng)過程中如停止攪拌、溶氧濃度迅速下降幾乎到0，現(xiàn)在假如增加空氣流量，增大罐壓都無濟于事。同時關(guān)于不同的攪拌槳形式以及速度對溶氧也會產(chǎn)生專門大的阻礙。機械攪拌能損壞菌絲體，對發(fā)酵液過濾不利，采納空氣攪拌器則克服了這一缺點，提高了罐的利用率。采納大直徑小漿葉的攪拌器，在適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速下，能得較高的吸氧率。另外將渦輪式改為多棒式攪拌器，可降低功率消耗近一半。4.2.2溫度灰色鏈霉菌對溫度敏感。據(jù)報道，z-38菌株對溫度高度敏感：250℃時，發(fā)酵單位為1180毫克/升/118小時；27℃時,，2041毫克/升/118小時；29℃時，2194毫克升/104小時，而31℃時則為414毫克/升/72小時。故認(rèn)為鏈霉素生產(chǎn)適宜培養(yǎng)溫度為28.5℃左右。有些人認(rèn)為不一定在24~31℃的范圍，應(yīng)隨菌株不同而適宜溫度有所改變。4.2.3pH值pH值直接阻礙到發(fā)酵過程中各種酶活動，阻礙菌體對基質(zhì)代謝的速度，甚至改變菌體的代謝途徑及細(xì)胞結(jié)構(gòu)。菌體的發(fā)育生長和抗生素的合成有不同的適宜pH值。發(fā)酵過程中pH值必須予以操縱，才能符合菌體生長和抗生素合成的需要。阻礙pH值的因素有生化反應(yīng)過程特性，以及發(fā)酵過程的環(huán)境變量，如溫度。另外，作為發(fā)酵過程氮源的(NH4)2S04和碳源的糖等補料加到發(fā)酵液中也會阻礙pH值。適合鏈霉菌菌絲生長的pH約為6.5~7.0，適合于鏈霉素合成的pH約為6.8~7.3，pH低于6.0或高7.5，對鏈霉素的生物合成不利。pH對鏈霉素發(fā)酵阻礙專門大，故專門多國家為了準(zhǔn)確操縱pH值，使用pH自動操縱裝置。如此，可提高發(fā)酵單位，又能夠減少培養(yǎng)基中碳酸鈣的用量，在發(fā)酵液預(yù)處理時，還可減少中和用的酸量。4.3提取工藝經(jīng)四級或三級發(fā)酵生物合成鏈霉素。發(fā)酵液用水稀釋，草酸酸化至pH3．0左右，加熱至75～80"C，通過離心分離或板框過濾，除去大量不溶性菌絲體、酸性蛋白、鈣鎂離子、培養(yǎng)基殘渣等雜質(zhì)，冷卻至15℃以下，再用NaOH中和得到符合離子交換工藝要求的澄清鏈霉素原液。這一過程在生產(chǎn)上稱為發(fā)酵液的預(yù)處理。原液中的鏈霉素在水溶液中離解成三價陽離子，應(yīng)用鈉型弱酸性陽離子交換樹脂1×10樹脂或大孔D一152樹脂進行吸附，洗脫后成為鏈霉素洗脫液，在這一步提取過程中使水溶液中的鏈霉素得到富集，含量由不到1％濃縮到20％，同時，通過離子交換樹脂的選擇作用，除去絕大部分的無機離子、色素、蛋白及可見的固形物等。鏈霉素提取液經(jīng)大孔伯胺基吸附樹脂D303樹脂通過Schiff反應(yīng)除去雙氫鏈霉糖、鏈霉胍、鏈霉胺等不含醛基的鏈霉素同系物，再經(jīng)強酸性陽離子交換樹脂1×25樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂703樹脂組成的混合床脫鹽中和得到提純液。提純液先經(jīng)藥用活性炭脫色處理，吸附色素和細(xì)菌內(nèi)毒素，經(jīng)減壓蒸發(fā)，在45℃以下濃縮，鏈霉素含量由10％左右濃縮到45％。最后為了進一步提高成品色級和保證細(xì)菌內(nèi)毒素及熱原合格，加入一定量的藥用活性炭脫色處理得到符合質(zhì)量要求的成品濃縮液。成品濃縮液通過石棉板除菌過濾，噴霧干燥得到白色或類白色的無菌粉末，分裝出廠。4.4硫酸鏈霉素生產(chǎn)工藝流程圖菌種菌種斜面孢子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)空氣粗過濾空氣壓縮機兩級冷卻氣液分離過濾除菌原料預(yù)處理水解過濾醪液滅菌發(fā)酵發(fā)酵液發(fā)酵液預(yù)處理初步純化精制成品分裝出廠稀釋草酸酸化加熱至75～80℃過濾濾液冷卻至15℃以下鏈霉素原液陽離子交換洗脫液D303樹脂Schiff反應(yīng)脫鹽中和鏈霉素提純液藥用活性炭脫色減壓蒸發(fā)濃縮除菌過濾噴霧干燥圖1硫酸鏈霉素生產(chǎn)工藝流程圖重復(fù)2次5物料衡算及能量衡算5.1物料衡算首先計算生產(chǎn)1000kg成品鏈霉素所需耗用的原輔材料及其他物料量：發(fā)酵液量：V1=1000×800÷[25000×(1-1%)×95%×70%]=48.61m3種子液量(接種量為15%):V2=V1×15%=7.292m3牛肉膏耗用量：種子液用量：V2×6%=7.292×103×6%=437.52kg葡萄糖耗用量：種子液用量：V2×4%=7.292×103×4%=291.68kg發(fā)酵液用量：V1×4%=48.61×103×4%=1944.4kg葡萄糖總共耗用量：291.68+1944.4=2236.08kgKH2PO4耗用量：種子液用量：V2×1%=7.292×103×1%=72.92kg發(fā)酵液用量：V1×0.01%=48.61×103×0.01%=4.861kgKH2PO4總共耗用量：72.92+4.861=77.781kgMgSO4耗用量：種子液用量：V2×1%=7.292×103×1%=72.92kg黃豆餅粉耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.8%=48.61×103×0.8%=388.88kg玉米漿耗用量：發(fā)酵液用量：V1×1.5%=48.61×103×1.5%=729.15kg（NH4）2SO4耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.5%=48.61×103×0.5%=243.05kg10.豆油耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.2%=48.61×103×0.2%=97.22kg11.CaCO3耗用量：發(fā)酵液用量：V1×0.04%=48.61×103×0.04%=19.444kg300噸/a，鏈霉素廠發(fā)酵車間的生物料衡算物料名稱生產(chǎn)1000kg鏈霉素產(chǎn)品的物料量300t/a，鏈霉素生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液量(m3)48.611458348.61種子液量(m3)7.2922187.67.29牛肉膏耗用量(kg)437.52131256437.52葡萄糖耗用量(kg)2236.086708242236.08KH2PO4耗用量(kg)77.78123334.377.78MgSO4耗用量(kg)72.922187672.92黃豆餅粉耗用量(kg)388.88116664388.88玉米漿耗用量(kg)72915（NH4）2SO4耗用量(kg)243.0572915243.05豆油耗用量(kg)97.222916697.22CaCO3耗用量(kg)19.4445833.219.445.2熱量衡算1.關(guān)于生產(chǎn)1000kg硫酸鏈霉素產(chǎn)品，利用直接蒸汽混合加熱，蒸汽消耗量為：式中:D——蒸汽消耗量,kgG——被加熱料液量,kgc——料液的比熱,kJ/(kg·℃)t2——加熱結(jié)束時料液的溫度,℃t1——加熱開始時料液的溫度,℃i——蒸汽的熱焓,kJ/kgη——加熱過程中由于熱損失而增加的蒸汽消耗量,η可取5%-10%又料液的比熱：c=0.37×4.18x+4.18×（1-x）x——固形物的質(zhì)量百分比依照重慶地區(qū)的地理位置及氣候條件，取一年中的最低室溫10℃作為料液的初始溫度t1，η取10%，忽略種子液的加熱被加熱料液量:G=48610+437.52+2236.08+77.781+72.92+388.88+729.15+243.05+97.22+19.444=52912.045kg固形物的質(zhì)量百分比:x=3427.006/52912.045=6.47%料液的比熱:c=0.37×4.18×6.47%+4.18×(1-6.47%)=4.01kJ/(kg·℃)故直接蒸汽混合加熱，蒸汽的消耗量:D1=Gc(t2-t1)·(1+η)÷(i-t2·c)=52912.045×4.01×(121-10)×(1+10%)÷(503.67-121×4.01)=1.40×106kg2.發(fā)酵罐空罐滅菌時的蒸汽消耗量估算：D=5VFρs式中:VF——發(fā)酵罐全容積,m3ρs——發(fā)酵罐滅菌時,罐壓下蒸汽的密度,kg/m3滅菌時的溫度為121℃，在該溫度下水蒸汽的密度ρs=943.1kg/m3發(fā)酵罐全容積VF=48.61÷70%=69.44m3故D2=5VFρs=5×69.44×943.1=3.27×105kg3.發(fā)酵罐實罐滅菌保溫時的蒸汽消耗量估算一般來講，保溫時刻內(nèi)的蒸汽消耗量可按發(fā)酵罐實罐滅菌直接蒸汽加熱升溫時的蒸汽消耗量的30%～50%來估算。故D3=50%D1=6.90×105kg4.生產(chǎn)1000kg硫酸鏈霉素產(chǎn)品，總蒸汽的耗用量為:D=D1+D2+D3=2.417×106kg300t/a鏈霉素車間總熱量衡算表名稱規(guī)格（MPa）每噸產(chǎn)品消耗（kg）每天消耗（kg）年消耗量（kg）蒸汽0.3（表壓）2.417×1062.415×1067.253×1085.3耗水量的計算生產(chǎn)1000kg硫酸鏈霉素種子液用水量:7.292(m3)生產(chǎn)1000kg硫酸鏈霉素發(fā)酵液用水量:48.61(m3)發(fā)酵冷卻水用量:(只考慮全年平均負(fù)荷)W=Q÷{c2×(tk－tH)}式中:W——冷卻水消耗量，kg/hQ——物料的熱效應(yīng),kJ/hc2——冷卻水的比熱kJ/(kg×℃)，通常水的比熱為4.183kJ/(kg×℃)tk——冷卻水的出口溫度℃tH——冷卻水的進口溫度℃在計算冷卻水耗量時,其冷卻水的進出口溫差△t=tk－tH=30-25=5℃(冷凍水或冷鹽水)其中發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的熱效應(yīng)計算:Q=QF×VL式中:Q——發(fā)酵罐的熱效應(yīng),kJ/hQF——單位體積發(fā)酵液所產(chǎn)生的熱量,又稱發(fā)發(fā)酵熱,kJ/(m3×h),關(guān)于鏈霉素發(fā)酵,其值為18800kJ/(m3×h)VL——發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積,m3其中發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積見發(fā)酵罐公稱容積計算：VL=50×70%=35(m3)則W=Q÷{c2×(tk－tH)}=QF×VL÷{c2×(tk－tH)}=18800×35÷{4.183×5}=31460.67kg/h300t/a鏈霉素車間用水量衡算表名稱規(guī)格每噸產(chǎn)品消耗定額（t/t）每小時用量（kg/h）每天用量（t/d）年耗量(t/a)冷水自來水566.2923595.51566.30169887.86發(fā)酵車間設(shè)備的選型計算 6.1發(fā)酵罐的設(shè)計6.1.1發(fā)酵罐的選型及尺寸依照發(fā)酵物的發(fā)酵特性，選用機械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)罐(通用式發(fā)酵罐)，選用此種發(fā)酵罐的緣故要緊是：歷史悠久，資料齊全，在比擬放大方面積存了較豐富的成功經(jīng)驗，成功率高。6.1.1.1發(fā)酵罐容積的確定公稱容積的計算V0=300×1000×106×800÷（25000×106×300×2×99%×95%×70%）÷70%=34.72(m3),取40(m3)則選用公稱容積40(m3)的發(fā)酵罐。6.1.1.2生產(chǎn)能力的計算平均每罐發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)量：40×106×70%×99%×95%×70%×25000/（800×106）=576.06(kg)6.1.1.3發(fā)酵罐個數(shù)N=發(fā)酵周期×每天放罐數(shù)+1=8×2+1=17個6.1.1.4要緊尺寸的計算公稱容積：40m3發(fā)酵罐的H/D值取2，則.H=6.2m.罐內(nèi)徑m3.1封頭容積m34.2圓柱高m6.2圓柱部分容積m346.8封頭高m0.815不計上封頭的容積m351罐體總高m7.830全容積m355.26.2設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計，是將設(shè)備的要緊輔助裝置的工藝要求交代清晰，以供制造加工和采購時取得資料數(shù)據(jù)。本設(shè)計的要緊輔助設(shè)備有以下幾種。6.2.1空氣分布器關(guān)于好氧發(fā)酵罐,分布器要緊有兩種形式,即多孔（管）式和單管式,本設(shè)計的發(fā)酵流程通氣量大,因此采納單管通風(fēng)。由于其進風(fēng)速高,又有渦輪板阻擋,葉輪打碎、溶氧是沒有問題的。通氣管貼著罐壁到發(fā)酵罐底部，在攪拌器正下方開口向下。6.2.2擋板擋板的作用是加強攪拌強度。本設(shè)計中雖有豎式冷卻蛇管，但為了消除液面漩渦，更好的提高攪拌功率，采納4塊擋板，擋板的寬度W取罐徑的1/10，為0.31m。擋板與罐壁之間應(yīng)留有一定的間隙，幸免培養(yǎng)液中的固體成分堆積在擋板背側(cè)，其大小為0.1W，0.031m。6.2.3電機設(shè)計及軸功率的計算攪拌轉(zhuǎn)速以小罐為比擬放大，其轉(zhuǎn)數(shù)為N1=350r/min，攪拌葉徑D1=0.19m，按比擬放大公式：N2=N1(D1/D2)2/3=350×(0.19/1)2/3=116r/min參考設(shè)計數(shù)據(jù)與工廠實際，為保證發(fā)酵罐的溶氧系數(shù)，取N2=120r/min。發(fā)酵液體被攪動后流體的雷諾數(shù)可用下式計算：N=120/60=2r/s=（120/60）×12×1088.5/（38×10-3）=5.73×104>104視為湍流狀態(tài)此狀態(tài)下，單一攪拌器的軸功率：P=NpN3D5ρ=4.8×(120/60)3×15×1088.5=41.8kw上兩式中：Np——功率系數(shù),在圓盤彎葉渦輪式湍流情況下取值4.8N——攪拌轉(zhuǎn)數(shù),r/sD——攪拌器直徑，mρ——液體密度kg/m3,熱量衡算中己算出,1088.5kg/m3μ——醪液黏度，N·s/m2在計算攪拌軸功率時,因HL/D,D′/D值不符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍,依照實際情進行校正,校正式為:P校=P[(D′/D)·(HL/D)÷(D′/D)*÷(HL/D)*]=P[0.5×3.16÷(1/3)÷3]1/2=52.6kw式中：(d/D)*和(HL/D)*為標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍值,而(d/D)和(HL/D)為實際值.HL——液面靜高,其值為圓柱部分液高4.083m+底封頭高0.815m,共高4.898mD——攪拌器直徑,1m總軸功率可由下式計算：Pm=P校[1+0.6·（m－1）]本設(shè)計為3層攪拌器，則總軸功率：Pm=P校[1+0.6×（3－1）]=2.2P校=2.2×52.6=115.72kw依照軸功率Pm可得出所需電動機輸出功率:P電=(Pm+PT)/η=Pm(1+10%+2%)/η=115.72×1.12/0.95=136.43kw式中：PT——軸封摩擦損失之功率,kw,分為填料合軸封摩擦損失功率取10%Pm,端面軸封摩擦損失的功率取2%Pmη——傳動機構(gòu)效率,皮帶傳動η為0.95要緊軸功率電機轉(zhuǎn)速（r/s）2總軸功率(kw)115.72單一軸功率(kw)41.8電機輸出功率(kw)136.43校正軸功率(kw)52.66.2.4攪拌器設(shè)計：從消耗功率來看：平葉>彎葉>箭葉從發(fā)酵液中氣含率來看：平葉>彎葉>箭葉從軸向混和效果來看：箭葉>彎葉>平葉從上述條件綜合考慮，再考查國內(nèi)外的要緊選型情況。本次設(shè)計選用六彎葉渦輪式攪拌器。常用六彎葉渦輪式攪拌器的尺寸比列為h:b:d1:d=4:5:13:20，r=0.5d1，θ=38°由前得出d=3.1m,可推出h=0.2m，b=0.25m，d1=0.65m，r=0.325m，θ=38°。采納3層攪拌器，取最下層攪拌漿與底部距離為0.8284m，依照靜液面高HL=4.898m,選取相鄰兩層攪拌槳距離為2m。攪拌器尺寸h(m)0.2底距（m）0.8284b(m)0.25攪拌槳個數(shù)（個）3d(m)1相鄰攪拌槳距離（m）2r(m)0.325d1(m)0.656.2.5冷卻面積的計算與冷卻管的設(shè)計發(fā)酵罐采納內(nèi)部列管式蛇管換熱,外部表面采納噴淋冷卻方式。蛇管進水溫度為25℃,出水溫度為30℃,醪液溫度不超過36℃。冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式計算，即：式中：F——冷卻面積,m2Q總——發(fā)酵罐的熱效應(yīng),kJ/hK——豎式列管換熱器傳熱系數(shù),選用4.18×500kJ/(m3·h·℃)△tm——對數(shù)平均溫差,℃其中平均溫差=[(36-25)－(36-30)]÷㏑(11/6)=8.2℃故冷卻面積：=18800×35÷(4.18×500×8.2)=38.39m2硫酸鏈霉素發(fā)酵熱取18800kJ/(m3·h)又圓筒外表面積為：A0=π·D·H0=3.14·3.1·6.2=60.35m2因為外淋罐壁冷卻效果相當(dāng)于的列管冷卻面積為圓筒的50%,相當(dāng)于列管面積為60.35×50%=30.18m2因此發(fā)酵罐內(nèi)列管冷卻面積為38.39－30.18=8.21m2由冷卻水用量衡處得冷卻水體積流量為W=9.36×10-3m3/s,冷卻方式采納內(nèi)置豎直蛇管.取冷卻水在豎直蛇管中流速v=1m/s,則依照流體力學(xué)方程式,冷卻管總截面積：S總=W/v=9.36/1=9.36×10-3m2則進水總管直徑d總=(S總/0.785)1/2=0.109m（1）冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)管徑d0.組數(shù)為n.由前得到的S總=n·0.785d02依照發(fā)罐的尺寸,選擇8組豎直蛇管.則管徑d0=[S總/(n·0.785)]1/2=[9.36×10-3/(8×0.785)]1/2=0.38m查金屬材料表選取?45×3.5無縫管,d內(nèi)=38mm=d0，滿足要求,取d平均=40mm?，F(xiàn)取豎直蛇管圈端部U型彎管曲徑為0.25m則直管距離為0.5m,兩端彎管總長度為l0：則l0=πD=3.14×0.5=1.57m（2）冷卻管總長度L計算：由上知冷卻管總面積F=8.21m2,現(xiàn)取無縫鋼管?45×3.5,每米長冷卻面積F0=3.14×0.040×1=0.1256m2則L=F/F0=8.21/0.1256=65.37m冷卻管占有體積V=0.785×0.052×65.37=0.13m3（3）每組管長L0和管組高度：L0=L/n=65.37/8=8.17m另需接管2.4m(24彎處接管×0.1m)，則實際管長L實=L+2.4=67.77m?？膳咆Q直蛇管的高度,設(shè)為靜液面高度,下部可伸入封頭0.25m。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積0.2m3,則發(fā)酵液總占有體積：V總=V液+V管+V附件=35+0.13+0.2=35.33m3筒體部分液深