年产4500吨饲料级金霉素发酵工段工艺设计.doc

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1、 年产4500吨饲料级金霉素发酵工段工艺设计 生物06-1 高素霞 指导教师 赵宏宇 摘 要 本次毕业设计的任务是年产4500吨饲料级金霉素发酵工段工艺设计。金霉素由发酵法生产，主要用于饲料添加剂方面。设计中首先根据参考资料选定了金霉素发酵生产的具体工艺流程，通过物料衡算确定需要60立方米发酵罐10台和8立方米种子罐4台，在此基础上得出发酵工段所需要的各种原料量，通过能量衡算确定水、无菌空气和蒸汽等的消耗量。然后对主要设备进行计算和选型，得出发酵罐、种子罐及通用设备、非标准设备等的结构尺寸、冷却装置、传动装置，根据工艺要求确定罐的附属设备和辅助设备以及发酵过程中

2、的优化控制。最后设计了发酵工厂的车间布局，提出了相应的公用工程、安全卫生与环境保护等辅助工艺。根据计算结果，设计了六张图纸，分别为发酵罐装配图、种子罐装配图、工艺管道及仪表流程图、厂房车间布置图、物料流程图和设备一览表。 关键词 金金霉素；发酵；工艺设计 The process design of the Aureomycin used for feed fermention section with the chpacity of 4500 tons annually Abstract This was a process design about the Aureomycin u

3、sed for feed fermention, which can produced 4500 tons annually. Aureomycin, produced by biosynthesis, was mainly used to feed additive.Firstly,according to the technical data, we selected flow of the aureornycin fermentation.Then,we determined that 60m fermentor units 10 and 8m seed pot units 4 wer

4、e needed by the law of mass conservation of water, aseptic air, stream and so on, by the law of energy conservative.Secondly,we calculated and selected the main professional equipment and equipment type, containing the structure sizes, cooling equipment, gearing equipment and so on. According to the

5、 design reqirement,we also confirmed the other equipment which were used in the fermentative equipment, and optimized control in fermentative production.Finally,we completed the fermentative plant workshop layout, the corresponding public works,security,hygiene and environmental protection technolog

6、y and otheraids.According to the results, we finished all of the six drawings, such as the cutaway view of fermentor,the cutaway view of seed pot, the flow chart of process piping and instrumentation, the flow chart of workshop collocation, the material flow chart and the equipment list. Key Word

7、Aureomycin; Ferment; Process design 1 总论 1.1设计依据 内蒙古科技大学数理与生物工程学院下达的《内蒙古科技大学（本科生）毕业设计任务书》 1.2设计范围 根据设计任务书，本设计的生产规模为年生产4500吨饲料级金霉素。 2 概论 2.1 产品名称 设计产品名称饲料金霉素。 2.2 产品性质 2.2.1 分子式: C22H23ClN2O8 2.2.2 性状 本品为棕色或棕褐色粉末或颗粒，无结块发霉，无臭。 2.2.3 耐药机制 产生耐药性主要由于在微生物的金霉素作用部位难于达到一定浓度，原因包括：微生物外膜对金霉素的通透性下

8、降，进入菌体的药物减少（如阴性菌）；微生物将金霉素泵出体外，体内蓄积量减少（如金黄色葡萄球菌、革兰阴性菌）；产生灭活金霉素的酶，破坏金霉素结构。另外，微生物可能改变30S小亚基结构，使金霉素无法结合作用部位（如肠球菌属）。 2.3 主要设计指标 年产量：M=4500 t/a 年工作日：m=330 d 发酵周期：T=120小时，其中辅助时间20小时 年平均发酵水平：=28000单位/毫升 装料系数: =86.7% 提炼总收率：η =93% 2.4 生产金霉素的工艺流程 砂土管孢子→母斜面孢子→挑孢子→子斜面孢子→种子培养液→发酵液→提炼→混合→包装→成品 3 工艺计算

9、 3.1 发酵罐计算 3.1.1 根据年产量计算每日发酵液量 由设计要求年产量M=150025%+300015%=825 （t/a） 每天放罐发酵液体积=103.3（m3/d） 取Vd =104 m3/d 取装料系数为87%，根据每日发酵液体积计算发酵罐得公称体积 调整到国内常用发酵罐容积系列，取V0=60 m3 3.1.2计算发酵罐数 3.2 种子罐计算 3.2.1 种子罐的公称体积 调整到国内常用种子罐容积系列，则8m。 3.2.2 种子罐台数 种子罐台数 为了防止由于种子罐种子生长不良或染菌造成发酵罐停工待种，取4台种子罐。 3.3 物

10、料计算 3.3.1 发酵物料计算 培养基 消前50% V1=30.59 m3 消后53% V1′=34.23 m3 种子液量 9% V2 =5.506 m3 补料量 33% V3 =20.19 m3 氨水 5% V4 =3.059 m3 3.3.2 种子罐物料计算 培养基 消前 98% V1=5.512 m3 消后 99% V1′=5.568 m3 接种量 1% V2=0

11、.056 m3 3.4热量计算 发酵罐发酵过程中的热效应：Q=1900052=9.88105 KJ/h 种子罐发酵过程中的热效应：Q′=190005.512=104728 KJ/h 3.5水用量计算 3.5.1 自来水 种子罐配料用水 V种=5.518m 发酵罐配料用水 V发=30.62m 补料罐配料用水 V补=20.21m 种子罐洗罐用水 V种′=89%=0.72m 发酵罐洗罐用水 V发′=609%=5.4m 补料罐洗罐用水 V补′=509%=4.5m 自来水总用量 V=155.3m3 3.5.2 冷却用水 冬季冷却水用量 发酵罐用水

12、：Q =9.88105 KJ/h W==40519.5 （KJ/h） 种子罐用水：Q′=104728 KJ/h W′==4295.1（KJ/h） 总用水量：W总=W+W′=40519.5+4295.1=44814.6（KJ/h），取W总=45t/h 夏季冷却水用量 发酵罐用水：Q =9.88105 KJ/h W==31515.2 （Kg/h） 种子罐用水：Q′=104728 KJ/h W′==3340.6（Kg/h） 总用水量：W总=W+W′ =31515.2+3340.6=34855.8（KJ/h），取W总=35t/h 3.5.3 实消过程用水 发酵罐用水：

13、W1= 种子罐用水：W2= 补料罐用水：W3= 3.6 蒸汽耗量计算 3.6.1 直接加热蒸汽耗量 发酵罐 D1= (1+7%)=5614.8Kg 种子罐 D1′= (1+7%)=1011.8Kg 补料罐 D1′′= (1+7%)=7419.1Kg 3.6.2灭菌保温时间内蒸汽用量 发酵罐：D2=47%D1=0.475614.8=2639.0Kg 种子罐：D2′=47%D1′=0.471011.8=475.5Kg 补料罐：D2′′=47%D1′′=0.477419.1=3487.0Kg 3.7 压缩空气耗量 发酵罐 Qg=n∑(vvm)V=100.652=

14、312（m/min） 种子罐 Qg′=41.45.512=30.87（m/min） 3.8 用电量的计算 ①发酵罐年用电量1.518106 KWh ②种子罐年用电量95040 KWh ③补料罐年用电量72600 KWh ④泵年用电量24185.7KWh ⑤照明、监控室及其他年用电量4950KWh ⑥年总用电量1.1（1.518106+95040+72600+24185.7+4950）=1.886106 KWh 4 典型设备计算 4.1发酵罐 4.1.1 发酵罐尺寸的计算 发酵罐总体积为 V0= Vc+Vb = D2H+D3 则60=D22.2D+D3 D=3

15、.18m 参考资料，将直径调整到常用发酵罐系列则D=3m 则H== =6.88m，圆整后取H=6900mm 查表知公称直径D=3200mm，ha =800mm，hb =50mm 罐体总高度：H0=H+2(ha +hb)=6.9+2(0.8+0.05)=8.6m 圆筒部分装液量：Vc′=V-Vb=52-4.69=47.31m 则圆筒部分液面高：HL′===5.89m 发酵液体总高度：HL = HL’+ ha + hb =5.89+0.8+0.05=6.74m 4.1.2 发酵罐搅拌装置及轴功率计算 4.1.2.1 搅拌装置 本设计采用六弯叶圆盘涡轮式最合适。其主要尺寸如下：

16、 搅拌器直径d=0.4D=0.43200=1280mm 叶宽b=0.2d=0.21280=256mm 叶弦长L=0.25d=0.251280=320mm 弧长r=0.375d=0.3751280=480mm 底距C=0.8D=0.83200=2560mm 盘径Φ=0.75d=0.751280=960mm 叶距S=1.4d=1.41280=1792mm 弯叶板厚度δ=12mm 4.1.2.2 搅拌轴功率计算 不通风条件下的搅拌功率： P实= =91.6KW 搅拌器层数的计算 由于C+2S< HL

17、.5KW 通风条件下的搅拌功率： Pg=0.156()0.45=85.0KW 则PN==100.8KW 查资料，选取电动机功率为115KW，其型号为YJL12-10；减速机选用YP系列，根据要求选窄V带YPV9-115系列。 4.1.3 发酵罐的换热设备 冷却器面积计算： F实=1.1F=1.1=1.162.57=68.83 m2 冷却管布置： 进水总管直径计算 d总===0.12m，查表，选取Ф1334的半圆管，符合要求。 外盘管设计： 取Ф884的半圆管，外盘管换热面积F1=24 m2，则： 外盘管管长：L1==300m 缠绕圈数：n1==29.9圈，取30圈。

18、 冷却管组数和管径: 取竖式蛇管n=6组 每组4圈，高L=6.09m 取Ф573.5的无缝钢管 4.1.4 发酵罐壁厚的计算 =mm 圆整到标准规格取8mm.。椭圆封头采用同材质16Mn钢材制作，尺寸同上。 4.1.5 接管设计 排料管计算管径：取无缝钢管 通风管计算：通风管取无缝管 因为通风管也是排料管，故取两者的大值。取无缝钢管Φ1594.5可满足工艺要求。 排料时间复核 排料时间t=0.78h 4.1.6 支座选择 由于设备总重量较大，本设计选用裙式支。 4．2 种子罐 4.2.1种子罐设计尺寸的计算 V0=Vc+Vb=D2H+D3 根据取值H=2

19、D， 则8=D22D+D3 解得D=1.68m，将直径圆整到国内常用发酵罐系列，取D=1800mm。 D=1800mm时，ha =450mm，hb =50mm，则 H==m，圆整后取H=3.0m 罐体总高度：H0=H+2(ha +hb)=3.0+2(0.45+0.05)=4.0m 圆筒部分装液量： Vc′=V-Vb=5.512-0.889=4.623 m 圆筒部分液面高：HL′===1.82m 则罐内液体总高度：HL = HL′+ ha + hb =1.82+0.45+0.05=2.32m 4.2.2 种子罐搅拌装置及轴功率的计算 4.2.2.1 搅拌装置 本设计采用六弯叶

20、涡轮式。 4.2.2.2 搅拌功率计算 不通风条件下的搅拌功率 P实= =KW 搅拌器层数的计算：由于C+S< HL

21、蛇管n=8组 每组3圈Ф253的无缝钢管。 S实=d均L总=3.1421.8610-3114.6=7.87 m2>7.29 m2，满足设计要求。 4.2.4发酵罐壁厚的计算 =mm，圆整到标准规格取4mm。 椭圆封头采用同材质不锈钢制作，尺寸同上。 4.2.5接管设计 排料管计算管径：取无缝钢管Φ764 通风管计算：通风管取无缝管Φ573.5 因为通风管也是排料管，故取两者的大值。取无缝钢管Φ764可满足工艺要求。 排料时间复核: 排料时间t=0.86h 4.2.6支座选择 选取悬挂式支座，并根据工厂实际情况做适当的改变 4.3 空气分过滤器 4.3.1 发酵罐

22、空气分过滤器的计算 A. 空气过滤器的计算及设计 该发酵车间需要最大压缩空气的用量V=10600.6+481.4=408.8 m/min 查表，选取JLS-Y-140型空气过滤器，Φ10082335mm，4台（其中一台备用）。 B. 发酵罐的空气过滤系统设备的计算及设计 根据发酵工艺，每个种子罐最大空气用量为Vf=10600.6=36m/min。 ①高效金属过滤器选型 查表选取JLS-Y-40型号的高效金属过滤器，Φ7081530mm，10台。 ②空气预过滤器选型 根据已选用的JLS-Y-40型号的高效金属过滤器，空气用量36m/min，查表【12】，选用JLS-YU-40型

23、号的空气预过滤器, Φ3021395mm,10台。 ③蒸汽过滤器选型 由①、②选型，查表可选JLS-F-1型蒸汽过滤器，Φ164585mm,10台。 ④空气分布器 在直径为1.2m、长为3.768m长的环形管上开两列直径是6mm的小孔，总个数为708个，且小孔与小孔的中心距为10.6mm。 4.3.2种子罐分过滤器的计算 根据发酵工艺，每个种子罐最大空气用量为m/min ①高效金属过滤器 查表选取JLS-Y-15型号的高效金属过滤器，Φ4081260mm，4台。 ②空气预过滤器选型 根据已选用的JLS-Y-15型号的高效金属过滤器，空气用量11.2m/min，查表选用JLS

24、-YU-15型号的空气预过滤器， Φ2381250mm,4台。 ③蒸汽过滤器选型 由①、②选型，查表可选JLS-F-080型蒸汽过滤器，Φ114500mm,4台。 ④空气分布器 在直径为500mm、长为1.57m的环形管上开三列直径是6mm的小孔，总个数为399个，且小孔与小孔之的中心距为11.8mm。 5 通用设备的设计与选型 5.1 补料泵 a.流量Q：Q=1.51.68=2.52m/h b.扬程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表选用IS50-32-200型离心泵，功率0.75KW/h。 5.2 种子罐泵 a.流量Q：Q==12.8m/h b.

25、扬程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表选用IS65-50-125型离心泵，功率3KW/h。 5.3 补油泵 a. 流量Q：Q=1.512=18L/h b. 扬程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m 查表选用25FB-16A型单级单吸全不锈钢耐腐蚀离心泵，功率0.75KW/h 5.4 补氨泵 a. 流量Q：Q=1.50.255=0.38L/h b. 扬程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m 查表选用25FB-16A型单级单吸全不锈钢耐腐蚀离心泵，功率0.75KW/h。 5.5 泡敌泵 a.流量Q：Q=1.58.49=12.74L/

26、h b.扬程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表选用25FB-16A型单级单吸全不锈钢耐腐蚀离心泵，功率0.75KW/h 6 非标准设备的设计 6.1 补料罐 6.1.1 基本尺寸的计算 取两个补料罐罐，公称容积为50m，装料系数为80.8%。 由V0=Vc+Vb=D2H+D3 得D=3.09m，圆整后取D=3100mm H=2D=6200mm，h=815mm 罐体总高：H0=H+2h=6.2+20.815=7.83m 圆筒部分装液量：Vc′=V-Vb=40.42-4.2=36.22m 圆筒部分液面高：HL′===4.8m 则罐内液体总高度：HL

27、= HL′+ h =4.8+0.815=5.305m 6.1.2 搅拌装置及轴功率的计算 选用推进式搅拌器， d=1.05m 由于C+2S< HL

28、交替使用。 氨水罐公称容积为10m，全容积为10.8m，直径为1.8m，圆筒高度为3.6m 经计算得筒体的名义厚度为6mm，标准椭圆形上下封头的名义厚度为6mm，且校核满足条件。 选取Dg=1800mm的支撑式支座 6.3 泡敌罐 取公称容积为5m，装料系数为81.6%的泡敌罐两个交替使用。 泡敌罐公称容积为5m，全容积为6.27m，直径为1.5m，圆筒高度为3.0m。 经计算得筒体的名义厚度为4mm，标准椭圆形上下封头的名义厚度为4mm，且校核满足条件。 选取悬挂式支座。 6.4 植物油罐 取公称容积为10m，装料系数为86.4%的植物油储罐两个交替使用。 植物油罐的公

29、称容积为10m，全容积为10.8m，直径为1.8m，圆筒高度为3.6m。 计算得筒体的名义厚度为6mm，标准椭圆形上下封头的名义厚度为6mm，且校核满足条件。 选取Dg=1800mm的支撑式支座。 主要参考文献 1. 吴思方.发酵工厂工艺设计概论[M]，北京：中国轻工业出版社，1995. 2. 陈洪章.生物工程工程与设备[M]，北京：化学工业出版社，2003. 3. 谢昌贤，刘运添，王鹏飞，等.卫星搭载选育金霉素高产菌的研究[J],内蒙古大学学报（自然科学版），2006，37（06）：651-655. 4. 沈自法，唐孝宜.发酵工厂工艺设计[M]，上海：华东理工大学出版社，1994. 5. 中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册（上册）[M]，北京：化学工业出版社，2003. 6. 梁世忠.生物工程设备[M]，北京：中国轻工业出版社，2008. 7. 陈志平.搅拌与混合设备设计选用手册[M]，北京：化学工业出版社，2004. 8. 中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册（下册）[M]，北京：化学工业出版社，2003. 9. 张颖，郝东升.化工设计[M]，呼和浩特：内蒙古大学出版社，2005.