紅霉素發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)

1、2022-3-11紅霉素發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)一、本設(shè)計(jì)的任務(wù)要求及基本資料二、流程設(shè)計(jì)及操作工藝分析三、設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)果分析四、工藝流程圖與設(shè)備布置設(shè)計(jì) 五、設(shè)計(jì)問(wèn)題總結(jié)與評(píng)價(jià)、建議匯報(bào)內(nèi)容有以下幾個(gè)方面任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案：設(shè)計(jì)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案： 建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)20噸紅霉素堿。產(chǎn)品方案：發(fā)酵液濃度為5000u/mL，產(chǎn)品純度為98.5%以上紅霉素 具體設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求如下：具體設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求如下：a. 設(shè)計(jì)出一條最優(yōu)生產(chǎn)性工藝路線b.完成生產(chǎn)工藝路線的物料和熱量平衡的設(shè)計(jì)計(jì)算c.完成工藝路線中所涉及設(shè)備的計(jì)算和選型或設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)d.作出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，設(shè)備平面布置

2、圖和設(shè)備立面布置圖e.在上述設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)上，編寫出項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告紅霉素的簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)：紅霉素是由紅霉內(nèi)酯與去氧氨基己糖 和紅霉糖縮合而成的堿性苷。紅霉內(nèi)酯環(huán)含 有13個(gè)碳原子，內(nèi)酯環(huán)的C-3通過(guò)氧原子與紅 霉糖相聯(lián)結(jié)，C-5通過(guò)氧原子與去氧氨基己糖相連接。成分：由鏈霉素Streptomycin elytrous所產(chǎn)生，是一種堿性抗生素。其游離堿供口服用，乳糖酸鹽供注射用。此外，尚有其琥珀酸乙酯（琥乙紅霉素）、丙酸酯的十二烷基硫酸鹽（依托紅霉素）供藥用。 紅霉素（Erythromycin）分子：C37H67O13N 分子量：733.94 g/mol紅霉素結(jié)構(gòu)式紅霉素的發(fā)現(xiàn)與分類抗生素抗生素分子式分子

3、式相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量熔點(diǎn)熔點(diǎn)/25DpKamax紅霉素AC37H67O13N733.9113514073.5（甲醇）8.6280紅霉素BC37H67O12N717.91198788.5289紅霉素CC36H65O13N719.881211258.6292紅霉素DC36H65O12N703.45紅霉素EC37H65O14N735.8816016549.7（甲醇）285 紅霉素為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，是在1952年由紅色鏈絲菌產(chǎn)生的抗生素。主要成分C的活性較弱，只為A的1/5，而毒性則為A的5倍，B不僅活性低且毒性大。通常所說(shuō)的紅霉素即指紅霉素A，而其他兩個(gè)組分視為雜質(zhì)。 二、流程設(shè)計(jì)及操作分析

4、工藝流程設(shè)計(jì)： 菌種選擇與培育 培養(yǎng)基的確定 本設(shè)計(jì)的工藝原則和流程的確定菌種選擇與培育 菌種選擇：紅霉素工業(yè)生產(chǎn)菌紅色糖多孢菌S.erythraea HL3168 E3 菌種培育：(1)制備母液斜面孢子:將保存在2-6 冰箱中的砂土孢子，無(wú)菌接種于已滅菌的斜面培養(yǎng)基上，于37 培養(yǎng)7-10天, 保存?zhèn)溆?2)制備子瓶斜面孢子:將生長(zhǎng)好且在冰箱存放一周以上的母液取出，制成菌懸液接種于子瓶斜面上，于37 恒溫培養(yǎng)7-10天,保存?zhèn)溆?3)制備孢懸液 :取子瓶斜面制備成孢懸液，以壓差法將孢懸液接入一級(jí)種子罐內(nèi)。 培養(yǎng)基的確定培養(yǎng)基選擇的一般原則：1.1.生物學(xué)原則生物學(xué)原則：根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)和

5、反應(yīng)需求，設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成較豐富，濃度適當(dāng)，滿足菌體生長(zhǎng)和合成產(chǎn)物的需求。各種成分之間比例恰當(dāng)，特別是有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮源，C/N比。紅霉素培養(yǎng)液中一般C/N比為201。一定條件下，各種原材料之間不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。具有適宜的pH和滲透壓。2.2.工藝原則：工藝原則：不影響通氣和攪拌，又不影響產(chǎn)物的分離精制和廢物處理，過(guò)程容易控制。 3.3.低成本原則：低成本原則：原材料要因地制宜，來(lái)源方便，豐富，質(zhì)量穩(wěn)定，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，成本低。4.4.高效經(jīng)濟(jì)原則：高效經(jīng)濟(jì)原則：生產(chǎn)安全，環(huán)境保護(hù)，高質(zhì)量，最高得率，最小副產(chǎn)物。培養(yǎng)基中各組分功能 碳源：碳源：紅霉素生產(chǎn)最適合碳源是蔗糖，在蔗糖濃度為7.0%時(shí)

6、，紅霉素產(chǎn)量和菌絲干重最大，各種碳源的效果大小的順序?yàn)椋赫崽瞧咸烟堑矸酆?。蔗糖效果比葡萄糖好的原因可能是蔗糖的分解速率正適合菌體對(duì)糖的利用速率，不會(huì)因單獨(dú)使用葡萄糖而積累中間產(chǎn)物或使pH值下降。生產(chǎn)上采用葡萄糖（約占80%）和淀粉（約占20%）的混合碳源，其效果與使用蔗糖相似。 氮源：氮源：常用有機(jī)氮源有黃豆餅粉（最常用）、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉、尿素等。常用無(wú)機(jī)氮源有銨鹽、氨水和硝酸鹽。銨鹽中的氮可被菌體直接利用。硝酸鹽中的氮必須還原為氨才可利用。無(wú)機(jī)氮源可以作為主要氮源或輔助氮源，氨鹽比硝酸鹽更快被利用。 根據(jù)氨鹽利用后，殘留物質(zhì)的性質(zhì)，把無(wú)機(jī)氮源可

7、分為生理酸性物質(zhì)和生理堿性物質(zhì)。生理酸性物質(zhì)是代謝后能產(chǎn)生酸性物質(zhì)，如（NH4）2SO4利用后，產(chǎn)生硫酸。生理堿性物質(zhì)是代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)，如硝酸鈉利用后，產(chǎn)生氫氧化鈉。生產(chǎn)中常常加入無(wú)機(jī)氮源來(lái)調(diào)節(jié)pH值，一舉兩得。培養(yǎng)基的確定 無(wú)機(jī)鹽和微量元素?zé)o機(jī)鹽和微量元素: 無(wú)機(jī)鹽和微量元素是生理活性物質(zhì)的組成成分或具有生理調(diào)節(jié)作用，磷（核酸）、硫、鐵（細(xì)胞色素）、鎂、鈣（調(diào)節(jié)細(xì)胞膜透性）、錳、銅、鋅（輔酶或激活劑）、鈷、鉀、鈉（調(diào)節(jié)滲透壓）、氯。一般低濃度起促進(jìn)作用，高濃度起抑制作用。 生長(zhǎng)因子：生長(zhǎng)因子：生長(zhǎng)因子是指微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物，包括氨基酸、維生素、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分

8、中含有，無(wú)需添加。但對(duì)于營(yíng)養(yǎng)缺陷型（氨基酸、核苷酸）菌株，必需添加。 前體與促進(jìn)劑：前體與促進(jìn)劑：前體是加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物，能被直接參與產(chǎn)物的生物合成，組成產(chǎn)物分子的一部分，而自身的結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生多大的變化。前體明顯提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，一定條件下還能控制菌體合成代謝產(chǎn)物的方向。前體不僅有毒性，而且被菌體分解，因此多次少量流加工藝。在抗生素等次級(jí)代謝產(chǎn)物的發(fā)酵中，經(jīng)常添加前體和促進(jìn)劑，以提高產(chǎn)量。前體可以是產(chǎn)物的中間體，也可以是其中的一部。 水：水：菌體細(xì)胞的主要成分，營(yíng)養(yǎng)傳遞的介質(zhì)。良好導(dǎo)體，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)中培養(yǎng)基的具體比例：成分成分小罐小罐中罐中罐大罐大罐葡萄糖3%3%3%淀

9、粉4%3%2.5%黃豆餅粉2.5%2.2%3%玉米漿0.2%0.8%0.30%硫酸銨0.5%0.1%0.1%氯化鈉0.4%0.05%碳酸鈣0.6%0.6%0.60%磷酸二氫鉀0.6%-0.02%丙醇-0.60%豆油-0.15%工藝設(shè)計(jì)原則和流程確定 工藝設(shè)計(jì)原則工藝設(shè)計(jì)原則 進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)，必須考慮的幾個(gè)原則：（1）保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家規(guī)定原料藥紅霉素產(chǎn)品中紅霉素A的含量必須大于80%。（2）盡量采用成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。努力提高原料利用率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產(chǎn)成本，使工廠建成后能迅速投產(chǎn)，在短期內(nèi)到達(dá)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并做到生產(chǎn)穩(wěn)定

10、、安全、可靠。從本設(shè)計(jì)的總體來(lái)看，菌種選用的是德國(guó)進(jìn)口的發(fā)酵效價(jià)很高的一種，生產(chǎn)工藝來(lái)看是國(guó)內(nèi)用的比較多的一種，其中補(bǔ)料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)很先進(jìn)的設(shè)備。（3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。本設(shè)計(jì)完全滿足要求。（4）安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全。（5）生產(chǎn)過(guò)程幾乎全部采用的機(jī)械化，部分系統(tǒng)自動(dòng)化。能穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。孢子培養(yǎng)3410天孢子培養(yǎng)349天種子培養(yǎng)3560-70h種子培養(yǎng)3435-40h發(fā)酵31150h提取與精制砂土孢子發(fā)酵液二級(jí)培養(yǎng)液母斜面孢子子斜面孢子一級(jí)培養(yǎng)液凈化空氣無(wú)菌空氣孢懸液pH調(diào)節(jié)液二級(jí)種子配料罐二級(jí)種子罐發(fā)酵罐發(fā)酵液配料罐發(fā)酵液實(shí)罐滅菌生產(chǎn)階段工藝流程框

11、圖接種實(shí)罐滅菌實(shí)罐滅菌提取精制一級(jí)種子罐水培養(yǎng)基配料一級(jí)種子配料罐生產(chǎn)階段工藝流程示意圖發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程重點(diǎn)參數(shù)確定 一級(jí)種子培養(yǎng): 在35左右，罐壓0.04MPa左右，通氣（1.0vvm）培養(yǎng)60-70h后接入二級(jí)種子罐，接種量10%。 二級(jí)種子培養(yǎng): 在33-35繼續(xù)通氣（1.0vvm）培養(yǎng)35-40h，后期適當(dāng)補(bǔ)料，完成后以10%接種量接種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。 發(fā)酵: 在31下，pH維持6.7-6.9左右，通氣（0.5vvm）發(fā)酵150h后放罐，發(fā)酵過(guò)程中按糖氮代謝的實(shí)際情況補(bǔ)料，視代謝情況，后期適當(dāng)補(bǔ)水，并需添加消沫劑等。發(fā)酵中所用的滅菌方法 工業(yè)上常用的方法有：干熱滅菌、濕熱滅菌、化學(xué)藥劑滅菌

12、、射線滅菌和介質(zhì)過(guò)濾除菌等幾種。 在紅霉素生產(chǎn)中，對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵罐主要采用的是濕熱蒸汽滅菌，對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾除菌。培養(yǎng)基與發(fā)酵設(shè)備的滅菌 滅菌的要求：工業(yè)上無(wú)菌（滅菌度為1000）。即盡可能的除去雜菌的同時(shí)，還要盡可能的減少營(yíng)養(yǎng)物的損失。常采用的條件為：121，20-30 min。 （1）間歇滅菌：將配制好的培養(yǎng)基同時(shí)放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過(guò)程，也稱實(shí)罐滅菌。 （2）連續(xù)滅菌（又稱連消）：將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過(guò)連續(xù)滅菌裝置進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。 連續(xù)滅菌與間歇滅菌 由于連續(xù)滅菌設(shè)備成本高，操作難，易染菌，極易導(dǎo)致發(fā)酵失敗，通過(guò)綜合考慮我國(guó)的

13、生產(chǎn)現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)條件，我們對(duì)所有的培養(yǎng)基均選擇實(shí)罐滅菌。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)連續(xù)滅菌高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分損失少。發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短，利用率高。 設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩，染菌機(jī)會(huì)多。不適合含大量固體物料的滅菌。間歇滅菌設(shè)備要求低，不需另外加熱、冷卻裝置。操作要求低，適合小批量生產(chǎn)規(guī)模。適合含大量固體物料的滅菌。培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失大，滅菌后培養(yǎng)基 質(zhì)量下降。發(fā)酵罐的利用率較低。不適合大規(guī)模生產(chǎn)的滅菌。無(wú)菌空氣制備過(guò)程 基本過(guò)程： 空氣過(guò)濾除菌設(shè)備一般是把吸氣口吸入的空氣先進(jìn)行壓縮前過(guò)濾，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)。從空氣壓縮機(jī)出來(lái)的空氣(一般壓力在0.2MPa以上，溫度120160C)，先冷卻至適當(dāng)溫度(

14、2025C)除去油和水，再加熱至3035C，最后通過(guò)總空氣過(guò)濾器和分過(guò)濾器(有的不用分過(guò)濾器)除菌，從而獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合工藝要求的滅菌空氣。 圍繞兩個(gè)目的： 一是提高壓縮前空氣的質(zhì)量(潔凈度)； 另一個(gè)是去除壓縮空氣中所帶的油和水。一級(jí)冷卻器二級(jí)冷卻器旋風(fēng)分離器過(guò)濾器加熱器蒸汽過(guò)濾器蒸汽（含銹渣）進(jìn)發(fā)酵罐無(wú)菌空氣空氣凈化流程圖絲網(wǎng)過(guò)濾器壓縮機(jī)粗過(guò)濾器壓縮空氣儲(chǔ)罐空氣除菌設(shè)備 高空取氣管：高空取氣管：為遠(yuǎn)離地面幾十米的管子，每升高10米，空氣中雜菌降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。 粗過(guò)濾器：粗過(guò)濾器：攔截空氣中較大的灰塵以保護(hù)空氣壓縮機(jī)，同時(shí)也起到一定的除

15、菌作用，減輕做過(guò)濾器的負(fù)擔(dān)。過(guò)濾介質(zhì)：泡沫塑料（平板式）、無(wú)紡布式（折疊式）。 空氣壓縮機(jī)：空氣壓縮機(jī)：克服輸送過(guò)程中過(guò)濾介質(zhì)的阻力并維持一定的氣流速度。 作用：提供動(dòng)力以克服以后各設(shè)備的阻力。 空氣貯罐：空氣貯罐：消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力。利用重力沉降作用除去部分油霧。緊接空壓機(jī)安裝。有些裝有冷卻管。 空氣除菌設(shè)備 冷卻器：冷卻器：壓縮后的高溫空氣能引起過(guò)濾介質(zhì)的炭化或燃燒，增大發(fā)酵罐的降溫負(fù)荷，增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)一般用列管式冷卻器進(jìn)行冷卻空氣冷卻器的傳熱系數(shù)為105w/(m2)，采用雙程或四程結(jié)構(gòu)。 氣液分離設(shè)備氣液分離設(shè)備:除去空氣中的水和油，以保護(hù)過(guò)濾介質(zhì)。 旋

16、風(fēng)分離器利用離心力進(jìn)行沉降，對(duì)于10m以上的微粒分離效率較高。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、分離效率高。 絲網(wǎng)分離器利用慣性進(jìn)行攔截，分離效率較高，能除去25m的細(xì)小顆粒。去除1m以上的粒子，去除率為98%。 空氣的加熱空氣的加熱:進(jìn)入總過(guò)濾器之前要求空氣濕度從100%降至70%以下。將除油水后的空氣加熱（溫差在1015C 左右），降低相對(duì)濕度（達(dá)50%60%）后，輸入過(guò)濾器。 用列管換熱器或套管加熱器。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)絲網(wǎng)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)空氣過(guò)濾器 目前發(fā)酵工廠采用的空氣過(guò)濾設(shè)備大多數(shù)是傳統(tǒng)的深層過(guò)濾設(shè)備，濾層厚度一般為12米，所用的過(guò)濾介質(zhì)一般是棉花、活性炭，也有采用玻璃纖維、焦炭等。對(duì)不同的材料，材料

17、的不同規(guī)格，材料的填充情況不同，都會(huì)得到不同的過(guò)濾效果。 棉花：需使用未脫脂棉，有彈性，纖維厚度適中，約23cm，纖維直徑為1620m，實(shí)重度1520kg/m3，填充密度130-150kg/m3，填充率為8.5%10%，也可先將棉花制成直徑比過(guò)濾器內(nèi)徑稍大的棉墊后，放入器內(nèi)。棉藥（玻璃棉）活性炭過(guò)濾器示意圖二、操作要點(diǎn)分析過(guò)程控制 供氧控制 pH控制 溫度控制 補(bǔ)料控制 發(fā)酵液黏度控制染菌原因分析發(fā)酵過(guò)程控制 供氧控制 是好氧發(fā)酵能否成功的重要限制因素之一。 影響供氧的因素：攪拌，空氣流量，培養(yǎng)液的密度黏度等性質(zhì)，微生物細(xì)胞濃度，消沫劑等。 控制水平 ：發(fā)酵罐的通氣量一般控制在在0.5-1.0

18、vvm，增大空氣流量和加快攪拌轉(zhuǎn)速會(huì)提高發(fā)酵單位，但必須加強(qiáng)補(bǔ)料的工藝控制，防止菌絲早衰自溶。 pH控制 pH過(guò)高：添加糖、硫酸或無(wú)機(jī)氮源；pH過(guò)低：加入碳酸鈣、氫氧化鈉、氨或尿素，也可提高通氣量。（也可利用自動(dòng)加入酸或堿） 溫度控制 紅色鏈霉菌對(duì)溫度比較敏感，31培養(yǎng)，在48h黏度方達(dá)到最高峰，但衰老較慢，黏度下降速度減緩，轉(zhuǎn)稀時(shí)間推遲。發(fā)酵過(guò)程控制 補(bǔ)料控制（1）還原糖控制在1.2I.5%圍內(nèi),15h起每隔6小時(shí)加入葡萄糖液（濃度40%-50%），,直至放罐前1218小時(shí)停止加糖。（2）氮源一般每天補(bǔ)三至四次，根據(jù)發(fā)酵液粘度度的大小決定補(bǔ)入量的多少，放罐前24小時(shí)停止補(bǔ)料，采用發(fā)酵后期滴加

19、通入氨水。（3）15小時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)丙醇。（4）豆油為消沫劑，宜少量多次加入，24小時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)油。（5）發(fā)酵過(guò)程中除了補(bǔ)全料和水之外，其他的補(bǔ)料方式全部采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)定時(shí)補(bǔ)料。發(fā)酵過(guò)程控制 發(fā)酵液黏度控制 在一定的發(fā)酵液黏度范圍內(nèi)，紅霉素C的含量與發(fā)酵液黏度呈負(fù)相關(guān)，因此適當(dāng)提高發(fā)酵液黏度能減少紅霉素C組分的比例，提高產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)酵液黏度與攪拌功率、氮源補(bǔ)入量及培養(yǎng)溫度有關(guān)。通過(guò)減慢攪拌轉(zhuǎn)速、改變攪拌槳葉型式、降低罐溫、增加有機(jī)氮源補(bǔ)入量、滴加氨水等措施提高發(fā)酵液黏度。但黏度過(guò)高會(huì)影響溶氧濃度，是發(fā)酵單位明顯下降，所以必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制。防止染菌的要點(diǎn) 染菌是抗生素發(fā)酵的大敵，影響染

20、菌的因素很多，如表2-3所示，而且?guī)щS機(jī)性質(zhì)，要根據(jù)具體情況來(lái)分析染菌原因，找到解決途徑。染菌原因染菌原因百分率（百分率（%）染菌原因染菌原因百分率（百分率（%）種子帶菌9.64蛇管穿孔5.89接種時(shí)罐壓跌零0.19接種管穿孔0.39培養(yǎng)基滅菌不透0.79閥門泄露1.45空氣系統(tǒng)帶菌19.96罐蓋漏1.54攪拌軸密封泄露2.09其他設(shè)備漏10.13泡沫冒頂0.48操作問(wèn)題10.15夾套穿孔12.36原因不明24.91三、設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)果分析 物料衡算 熱量衡算 尺寸及壁厚 設(shè)備計(jì)算：發(fā)酵罐 冷卻器 攪拌器 種子罐 二級(jí)種子罐 一級(jí)種子罐 無(wú)菌空氣計(jì)算 物料衡算及結(jié)果分析基本參數(shù)：基本參數(shù)：已給定

21、發(fā)酵液濃度為5000u/mL，產(chǎn)品純度為98.5% 紅霉素堿效價(jià)1000u/mg 提取過(guò)程收率取80% 大罐的接種量為底料的10%，中罐的接種量為底料的10% 補(bǔ)料量為底料培養(yǎng)基的20%每周期生產(chǎn)發(fā)酵液量的計(jì)算：每周期生產(chǎn)發(fā)酵液量的計(jì)算： 年工作日：280天 生產(chǎn)周期：七天（發(fā)酵周期150h，輔助18h） 則共有40周期，每周期產(chǎn)量：20400.5t 發(fā)酵液放罐體積：V0.50.9850.8100050001000123.125 m3 密度取1t/ m3，則M123.125 m3設(shè)計(jì)思路 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積：是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和，并圓整為整數(shù)，上封頭因無(wú)法裝液，一般不計(jì)入容

22、積。 罐的全容積，是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和。 初選100 m3的發(fā)酵罐，查化工工藝手冊(cè)知公稱容積為100 m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為118 m3 。 則發(fā)酵罐個(gè)數(shù)：123.125（1180.7）1.49，所以取兩個(gè)100 m3的發(fā)酵罐確定發(fā)酵罐容積及放罐體積，做單個(gè)發(fā)酵罐物料衡算操作方式的確定操作方式的確定本設(shè)計(jì)選擇兩臺(tái)反應(yīng)器平行操作方式，具體投料方式如圖3-2所示，則每個(gè)發(fā)酵罐放罐體積為61.56 m3下圖為 操作方式示意圖操作方式示意圖單個(gè)發(fā)酵罐物料衡算理論基礎(chǔ)以單個(gè)發(fā)酵罐為基準(zhǔn)的物料衡算過(guò)程：底料培養(yǎng)基組分質(zhì)量（t)葡萄糖1.51260淀粉1.26050黃豆餅粉1.51260玉米漿0

23、.15126硫酸銨0.05042氯化鈉0.02521碳酸鈣0.30252磷酸二氫鉀0.010084丙醇0.30252豆油0.07563水（含滅菌蒸汽冷凝水）45.2166總量50.42發(fā)酵罐體積100m3排氣帶走的水量3.98t蒸汽6.17t發(fā)酵罐放罐體積 61.56t 補(bǔ)料量10.08t蒸汽量1.21t接種量5.04t單個(gè)發(fā)酵罐物料衡算結(jié)果小罐小罐中罐中罐大罐大罐總量總量成分百分含量質(zhì)量（kg）百分含量質(zhì)量（kg）百分含量質(zhì)量（kg）每批物料量(kg)每年物料量(t)總和1504.2015042.0150420111932.44477.30葡萄糖3.0%15.123.0%151.263.00

24、%1512.63357.96 134.32 淀粉4.0%20.163.0%151.262.50%1260.52863.84 114.55 黃豆餅粉2.5%12.602.2%110.923.00%1512.63272.25 130.89 玉米漿0.2%1.0080.8%40.340.30%151.26385.21 15.41 硫酸銨0.5%2.5200.1%5.0420.10%50.42115.96 4.64 氯化鈉0.4%2.016-0.05%25.2154.45 2.18 碳酸鈣0.6%3.0240.6%30.250.60%302.52671.59 26.86 磷酸二氫鉀0.6%3.024-

25、0.02%10.0826.22 1.05 丙醇-0.60%302.52605.04 24.20 豆油-0.15%75.63151.26 6.05 水88.2%444.5390.3%4552.9389.68%45216.7100428.22 4017.13 物料消耗量表熱量衡算及結(jié)果分析熱量衡算及結(jié)果分析熱量衡算及結(jié)果分析設(shè)備計(jì)算與選型表3-1 100 m3發(fā)酵罐的尺寸發(fā)酵罐的計(jì)算與選型發(fā)酵罐的計(jì)算與選型紅霉素發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵，設(shè)計(jì)中選用100m3機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐，兩臺(tái)設(shè)備計(jì)算與選型罐內(nèi)徑D值（m）罐筒高H值（m）總高度H總（m）單個(gè)封頭容積Vb（m3）圓筒容積V筒（m3）罐的總?cè)莘eV總（m

26、3）4.08.010.049.02100.48117.2表3-1 100 m3發(fā)酵罐的尺寸1.發(fā)酵罐的尺寸發(fā)酵罐的尺寸:2.發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算:算得S=0.55mm查鋼材手冊(cè)取8mm厚的A3鋼。直徑3.5m，厚8mm，筒高7m，每米高重711kg，則筒的重量為：7117 = 4977（kg）。發(fā)酵罐的計(jì)算 3.冷卻設(shè)備計(jì)算：冷卻設(shè)備計(jì)算： （1）冷卻面積的計(jì) 對(duì)紅霉素發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為4.26000 kJ/m3h,采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K = 4.185（300500）kJ/ （m3h）,發(fā)酵液溫度31，進(jìn)水溫度20，出水溫度29,計(jì)算得

27、m2 （2）最高熱負(fù)荷下的耗水量W計(jì)算： 將各值代入上式： W=11.44kg/s 冷卻水體積流量為1.1410-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s根據(jù)流體力學(xué)方程式 將值代入上式:S=1.1410-2m2 進(jìn)水總管直徑:21pQWctt總WSv發(fā)酵罐的計(jì)算（3）冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為 ，管徑d，組數(shù)為n，則： = n0.785d2 根據(jù)本罐的情況，取n = 6，求管徑。有上式得： 查金屬材料表選擇633.5無(wú)縫管，d內(nèi) = 56mm ，g = 5.12kg/m，d內(nèi)d，認(rèn)為可以滿足要求，d平均60mm。 現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎曲徑為250mm，則兩直管距離為500m

28、m，兩端彎管總長(zhǎng)度為L(zhǎng)0。 L0 =D = 3.14500 = 1570 mm（4）冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算： 冷卻管占有體積：V=0.7850.0632739 = 2.3m3發(fā)酵罐的計(jì)算（5）每組管長(zhǎng)L0和管組高度： 另需連接管8m：L實(shí)=L+8 =747 m 一圈管長(zhǎng)：l = 2h +l0 =24150+1570=9870 mm（6）每組管子圈數(shù)n：13 現(xiàn)取管間距為2.5D外=2.50.063=0.16 m，豎蛇管與管壁的最小距離為0.15m，則計(jì)算出蛇管和攪拌器之間的距離不小于200mm。符合要求。（7）校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積： F實(shí)=140.7m2 前有F = 140.4m2，F(xiàn)實(shí)

29、F，可以滿足要求。發(fā)酵罐的計(jì)算 4.攪拌器設(shè)計(jì)攪拌器設(shè)計(jì): 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵的攪拌渦旋輪有三中形式，由于紅霉素發(fā)酵過(guò)程 有中間補(bǔ)料操作，對(duì)混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。 （1）計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率：P= 443.5103 W = 43.5 kW （2）計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率：Pg=59.85 kW （3）電機(jī)功率計(jì)算P電： 采用三角帶傳動(dòng) =0.92；滾動(dòng)軸承 =0.99，滑動(dòng)軸承 =0.98；端面密封增加的功率為1%；代入公式數(shù)值得：采用額定功率為70kW的電機(jī) 種子罐的計(jì)算:罐內(nèi)徑D值（m）罐筒高H值（m）總高度H總（m）單個(gè)封頭容積V封（m3）圓筒容積V筒（m3）罐的總?cè)莘eV總

30、（m3）1.63.24.040.6436.437.704罐內(nèi)徑D值（m）罐筒高H值（m）總高度H（m）單個(gè)封頭容積V封（m3）圓筒容積V筒（m3）罐的總?cè)莘eV總（m3）0.91.81.30.1121.141.36 一級(jí)種子罐的計(jì)算：一級(jí)種子罐的計(jì)算：選型同發(fā)酵罐，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐；數(shù)量:2個(gè)二級(jí)種子罐的計(jì)算：二級(jí)種子罐的計(jì)算：選型同發(fā)酵罐，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐；數(shù)量:2個(gè)發(fā)酵車間設(shè)備一覽表序號(hào)序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)臺(tái)數(shù)規(guī)格規(guī)格/型號(hào)型號(hào)材料材料備注備注1發(fā)酵罐2公稱容積100 m3, 4000mmA3鋼專業(yè)設(shè)備2二級(jí)種子罐2公稱容積/，1600mmA3鋼3一級(jí)種子罐2公稱容積1m3,

31、900mmA3鋼4發(fā)酵罐分過(guò)濾器1900mmA3鋼5種子罐分過(guò)濾器1100mmA3鋼6玉米漿槽120001500A3鋼7玉米漿泵1IS8050200機(jī)體鑄鐵通用設(shè)備8培養(yǎng)基輸送泵2IS8050200機(jī)體鑄鐵9氨水儲(chǔ)罐1V=3 m3A3鋼非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備10油儲(chǔ)罐1V=2 m3A3鋼11糖液罐2V=50 m3A3鋼12消糖液罐1V=12 m3A3鋼13消油罐1V=0.5m3A3鋼14無(wú)機(jī)鹽槽1V=0.4 m31CR18Ni9Ti15發(fā)酵配料槽1V=100 m3A3鋼16種子配料罐1V=3 m3A3鋼17消毒液槽1V=0.6 m31CR18Ni9Ti18糖液計(jì)量罐2V=1.5 m3A3鋼19油計(jì)量器1V

32、=0.07 m3A3鋼20氨水計(jì)量罐1V=1 m3A3鋼非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選擇原則：1、起儲(chǔ)存作用的罐、槽主要考慮材質(zhì)和容量合適，盡量選擇比表面積小的幾何形狀，但球形容器加工難，所以多采用正方形和直徑高度相近的筒形。2、起混合調(diào)量滅菌作用的罐、池，為了使混合或沉降效果好，選擇高徑比常小于等于1。3、起計(jì)量作用的設(shè)備為使計(jì)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，通常高徑比或高寬比都選的比較大，如H/D=34，這樣，當(dāng)變化相同容量時(shí)在高度上的變化比較靈敏。要配置可靠的液位顯示儀表。無(wú)菌空氣的計(jì)算及空壓機(jī)選型 通入無(wú)菌空氣的溫度保持在4050，總空壓0.155MPa，發(fā)酵罐中空氣流速選擇0.5vvm，兩級(jí)種子罐空氣流速都取1.0

33、vvm vvm:單位時(shí)間單位體積培養(yǎng)基中通入標(biāo)況下的空氣的體積。 發(fā)酵罐中培養(yǎng)基體積為61.56 m3 ，發(fā)酵時(shí)間是150 h。 空氣用量V大=空氣流速培養(yǎng)基體積發(fā)酵時(shí)間 =0.561.56150=4617 m3 中罐培養(yǎng)基的體積是5.04m3，培養(yǎng)時(shí)間是35 h。 V中=1.05.0435=176.4 m3 小罐培養(yǎng)基的體積是0.504 m3，培養(yǎng)時(shí)間是60 h。 V小=1.00.50460=30.24 m3無(wú)菌空氣的計(jì)算總量：V總 =4617+176.4+30.24=4823.64 m3換算成常壓下的量,在相同溫度下 P1V1 = P2V2其中P1=0.155MPa V1=4823.64

34、m3 P2（101325Pa）為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。計(jì)算得出V2= P1V1 / P2 =7.379 103m3 小、中、大罐中無(wú)菌空氣的量小罐（m3）中罐（m3） 大罐（m3） 總量（m3）換算成標(biāo)態(tài)量（m3）每周期用量（m3）每年用量（m3）30.24176.446174823.647.379 1031.758 1045.90 105 表 小、中、大罐中無(wú)菌空氣的量空壓機(jī)選型 空氣壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)的確定:全車間有2個(gè)發(fā)酵罐，每臺(tái)裝液61.56 m3；有2臺(tái)二級(jí)種子罐，共裝液5.04 m3；2臺(tái)一級(jí)種子罐，共裝液0.504 m3設(shè)有6臺(tái)設(shè)備同時(shí)需通風(fēng)，平均通風(fēng)比按0.5vvm計(jì)算。則工作狀態(tài)的最大Vmax

35、 =（61.562+5.04+0.504）0.5 =64.33（m3/min）。換算成20，0.1MPa時(shí)的體積： Vmax=95.78 m3/min考慮到余量再乘1.1倍，則需風(fēng)量為Vmax=95.781.1=105.37 m3/min 空氣壓縮機(jī)選用單吸渦輪空壓機(jī)DA350-41，其公稱供氣量350 m3/min，出口壓強(qiáng)0.4MPa（絕對(duì)）。臺(tái)數(shù)為1臺(tái)。 同時(shí)空氣儲(chǔ)罐的體積也可以確定：V=（0.10.2）Vc= 98.9197.8 m3 Vc壓縮機(jī)的排氣量m3/min四、制圖部分 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 車間平面布置圖本車間工藝過(guò)程包括配料消毒、種子制備、發(fā)酵，故車間由種子制備區(qū)、配料區(qū)、發(fā)酵區(qū)、輔助區(qū)及人凈更衣區(qū)組成。車間長(zhǎng)52.8米，寬19米，為一字型三層廠房，一層層高4米，二層層高5米，三層層高6米。五、設(shè)計(jì)問(wèn)題總結(jié)與評(píng)價(jià) 污染控制 廢氣處理 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)及不足 污染源控制（1）大氣污染控制（2）人的污染源控制（3）物料的污染源控制（4）空調(diào)