年產(chǎn)42噸恩拉霉素設(shè)計(jì)項(xiàng)目【含全套CAD圖紙、說明書】

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本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)42噸恩拉霉素設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在深刻理解恩拉霉素發(fā)酵提純生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，首先繪制出工藝流程草圖，理順其生產(chǎn)操作的前后關(guān)系。然后按照年產(chǎn)42噸恩拉霉素的任務(wù)書要求進(jìn)行了物料能量衡算和設(shè)備選型，并列出主要設(shè)備一覽表。同時(shí)考慮了環(huán)境保護(hù)、組織結(jié)構(gòu)、人員培訓(xùn)以及經(jīng)濟(jì)效益和風(fēng)險(xiǎn)性分析等。最后繪制出主要的單體設(shè)備組裝圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和車間平面設(shè)備布置圖。 1產(chǎn)品概述、設(shè)計(jì)依據(jù)及項(xiàng)目內(nèi)容 1.1產(chǎn)品概述 1.1.1產(chǎn)品名稱 中文名(Chinese name)：恩拉霉素 英文名(English name)：Enramycin 1.1.2化學(xué)結(jié)構(gòu)式、分子式及分子量 1.1.2.1結(jié)構(gòu)式(Structure)： 圖1-1 恩拉霉素結(jié)構(gòu)式 Fig.1-1 the struction of enramycin 恩拉霉素是不飽和脂肪酸與由氨基酸分子構(gòu)成的巨大內(nèi)酯環(huán)通過酰胺鍵連接而成的脂肽類物質(zhì)。并且巨大內(nèi)酯環(huán)是由13個(gè)不同種類的17個(gè)氨基酸分子組成。由于末端脂肪酸的取代基R的不同，其主要組成為恩拉霉素A(C107H138N26O31Cl2)和恩拉霉素B(C108H140N26O31Cl2)，還有少量的C和D[2][3]。 1.1.2.2分子式(Molecular formula)： 恩拉霉素A：C107H138N26O31Cl2 恩拉霉素B：C108H140N26O31Cl2 1.1.2.3分子量(Molecular weight) ： 2500 1.1.2.4 CAS No： 11115-82-5 1.1.3理化性質(zhì) 恩拉霉素以白色結(jié)晶性粉末的鹽酸鹽形式存在，有特臭氣味。融點(diǎn)在238℃～245℃，易溶于二甲亞砜，可溶于含水乙醇和甲醇，難溶于丙酮，不溶于苯和氯仿等。其鹽酸鹽在自然條件下的穩(wěn)定性很好，尤其對(duì)熱、光照和潮濕。并且在制粒過程中也表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。除此之外，將其混合在飼料之中，長期儲(chǔ)藏在室溫下，效價(jià)也很穩(wěn)定。 1.1.4產(chǎn)品檢測(cè)[4] 依據(jù)我國農(nóng)業(yè)部1999年頒發(fā)的《進(jìn)口獸藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)于恩拉霉素的檢測(cè)采用管碟法。 1.2抗菌活性及作用機(jī)理 1.2.1抗菌活性［5］ 有研究結(jié)果顯示，恩拉霉素除了在厭氧條件下，對(duì)大部分革蘭氏陽性菌具有強(qiáng)大的殺菌作用，而且在需氧條件下效果也很明顯。但對(duì)大腸桿菌、綠膿桿菌等革蘭氏陰性菌幾乎無抗菌作用。同時(shí)恩拉霉素還具有溶菌作用。 1.2.2作用機(jī)理 目前，關(guān)于恩拉霉素的抑菌作用機(jī)理主要有以下四種：1)形成離子通道；2)抑制細(xì)胞呼吸；3)對(duì)細(xì)胞外膜蛋白合成的抑制；4)對(duì)細(xì)胞壁形成的抑制。 除此之外還有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，恩拉霉素對(duì)乙肝病毒(HBV)抗原有較強(qiáng)的抑制作用，對(duì)乙肝e抗原（HBeAg)也有較好的抑制效果[6]。 1.3恩拉霉素的應(yīng)用 1.3.1在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用 根據(jù)胥傳來等人［7］的研究結(jié)果，恩拉霉素除了能夠明顯提高飼料轉(zhuǎn)化率，而且能夠有效的降低肉雞的死亡率。同時(shí)在Abd E1-Hakimt[8]研究影響動(dòng)物利用蛋白的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將恩拉霉素(20×10-6mg/kg)添加在肉雞飼料中，肉雞對(duì)植物性蛋白的利用率(P <0.05)得到明顯提高。并且也有研究表明，恩拉霉素能夠很好的改善小腸絨毛形態(tài)。但是其對(duì)肉雞免疫器官發(fā)育的抑制作用也比較明顯。 1.3.2在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用[9] 有飼喂試驗(yàn)表明，將一定劑量范圍內(nèi)的恩拉霉素添加到豬仔的日糧中，可以提高豬仔對(duì)飼料蛋白質(zhì)、干物質(zhì)的消化利用率，促進(jìn)豬仔生長，降低仔豬腹瀉率，提高成活率，同時(shí)具有緩解應(yīng)激的作用[10]。 1.3.3在水產(chǎn)生物生產(chǎn)中的應(yīng)用 黃峰等人[11]的研究表明，恩拉霉素在水產(chǎn)動(dòng)物的應(yīng)用中，也表現(xiàn)出了良好的促生長及改善飼料利用率效果。 1.4分離純化方法的研究 日本武田醫(yī)藥公司的Hori[12]曾采用多孔苯乙烯-二乙烯苯聚合物大孔吸附樹脂(Amberlite XAD-2)對(duì)恩拉霉素樣品進(jìn)行層析，成功地分離出了恩拉霉素A和恩拉霉素B組分，同時(shí)采用梯度洗脫法對(duì)恩拉霉素A 和恩拉霉素B進(jìn)行了定量分析。 王丹丹等[13]在提取恩拉霉素試驗(yàn)中，采用了幾種不同型號(hào)的大孔樹脂(Diaion HP-10、D101、Ab-8)，并且對(duì)其提取效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ab-8大孔樹脂提取效果較為理想。 也有研究表明，采用HZ-816大孔樹脂對(duì)恩拉霉素進(jìn)行吸附洗脫，使其很好的從粗提液中分離純化出來，并且HZ-816大孔樹脂對(duì)雜質(zhì)的吸附量較少。況且具有操作簡單和成本低等特點(diǎn)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)[14]。 1.5發(fā)展前景 根據(jù)近年關(guān)于恩拉霉素研究的報(bào)道，主要針對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能和生理等方面進(jìn)行了研究，所以未來的研究方向應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：(1)恩拉霉素對(duì)動(dòng)物免疫器官的發(fā)育抑制作用及動(dòng)物腸道微生態(tài)平衡的影響；(2)恩拉霉素在肉類等食品中的殘留對(duì)人類健康的影響；(3)恩拉霉素在飼料中的最佳添加比例以及和其它抗菌促生長藥物的聯(lián)合應(yīng)用的研究。并且恩拉霉素的生產(chǎn)水平相對(duì)較低，未來的研究可以嘗試采用新技術(shù)手段篩選高產(chǎn)菌種來提高生產(chǎn)水平，也可以通過發(fā)酵過程參數(shù)控制或者優(yōu)化等控制策略來提高恩拉霉素的產(chǎn)量、得率和生產(chǎn)能力。 1.6工藝路線 目前來看，恩拉霉素的生產(chǎn)大都依賴微生物發(fā)酵進(jìn)行工業(yè)化，并且對(duì)于恩拉霉素的研究報(bào)道多集中在應(yīng)用和生理方面，相比之下關(guān)于發(fā)酵工藝方面的研究報(bào)道卻甚少，這使得提取分離恩拉霉素的工業(yè)化進(jìn)程緩慢。與此同時(shí)發(fā)酵后的菌絲體直接制成恩拉霉素預(yù)混劑，這對(duì)于進(jìn)一步分離純化恩拉霉素的生產(chǎn)工藝更加艱難。 本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝路線為，培養(yǎng)殺真菌鏈霉菌發(fā)酵生產(chǎn)恩拉霉素，發(fā)酵液經(jīng)過濾得到菌絲體，對(duì)菌絲體進(jìn)行離心、破碎、萃取、過濾得到恩拉霉素萃取液，然后經(jīng)酸化、過濾、堿化、過濾除去雜蛋白，最后經(jīng)活性炭脫色、樹脂吸附、洗脫、減壓濃縮結(jié)晶、離心、干燥得到恩拉霉素原料產(chǎn)品。本工藝過程操作簡單方便，收率高，所用溶劑可蒸餾回收，成本相對(duì)較低，便于生產(chǎn)。 恩拉霉素的分離純化方法，包括以下步驟： (1)過濾發(fā)酵液，分離出菌絲體； (2)菌絲體破壁，釋放恩拉霉素； (3)甲醇萃??； (4)酸堿化除雜蛋白； (5)脫色、吸附、洗脫； (6)濃縮結(jié)晶、離心、干燥。 1.7設(shè)計(jì)本項(xiàng)目的意義 幾十年以來，國外對(duì)恩拉霉素生產(chǎn)的壟斷情形愈加嚴(yán)重，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)少之甚少，所以本設(shè)計(jì)著重于開發(fā)一套完整的恩拉霉素發(fā)酵、提取分離和純化方法的工藝，以提高恩拉霉素在我國的整體生產(chǎn)水平。 1.8設(shè)計(jì)依據(jù) 1.8.1設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求 較深入的分析恩拉霉素的生產(chǎn)工藝，確定一條最佳的生產(chǎn)工藝路線，進(jìn)行物料衡算、設(shè)備選型以確定主要設(shè)備等，同時(shí)繪制主要的單體設(shè)備組裝圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和車間平面設(shè)備布置圖，完成年產(chǎn)42噸恩拉霉素設(shè)計(jì)項(xiàng)目，撰寫出本設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告書。 1.8.2國家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn) (1)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》 (2)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范實(shí)施指南》 (3)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》 (4)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50073-2001 (5)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ 16-87 (6)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058-1992 (7)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GBZ 1-2002 (8)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8987-1996 (9)《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》GB 12348-1990 (10)《工業(yè)企業(yè)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 19-87 (11)《鋼制壓力容器》GB 150 (12)《工業(yè)企業(yè)采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50033 (13)《工業(yè)企業(yè)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 12348-91 (14)《工業(yè)建筑防腐設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50046-95 (15)《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)定》HG 20711 (16)《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)規(guī)范》HG 20546 (17)《化工裝置管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》HG/T 20549 (18)《醫(yī)藥建設(shè)項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)內(nèi)容及深度規(guī)定》〔國家醫(yī)藥管理局文件，國藥綜經(jīng)字（1995），第397號(hào)〕 (19)《醫(yī)藥建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告內(nèi)容及深度規(guī)定》(國家醫(yī)藥管理局文件，國藥綜經(jīng)字1995，第397號(hào)) (20)中華人民共和國國務(wù)院令(1998)年底253號(hào)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理?xiàng)l例》 (21)《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 87-85 (22)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096-1996 (23)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GWP B3-1999 (24)《工業(yè)三廢排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)》GBJ 4-73 1.8.3項(xiàng)目內(nèi)容 本項(xiàng)目是年產(chǎn)42噸恩拉霉素的生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)，企業(yè)的水、電、汽、風(fēng)、冷動(dòng)力配套設(shè)施有余量，能夠滿足新增車間需要。  2建設(shè)規(guī)模、工藝流程、物料能量衡算和設(shè)備選型 2.1 建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案 2.1.1 產(chǎn)品名稱和性狀 恩拉霉素以白色或灰色結(jié)晶性粉末的鹽酸鹽形式存在，有特臭氣味。融點(diǎn)在238℃～245℃，易溶于二甲亞砜，可溶于含水乙醇和甲醇，難溶于丙酮，不溶于苯和氯仿等。其鹽酸鹽在自然條件下的穩(wěn)定性很好，尤其對(duì)熱、光照和潮濕。 2.1.2 生產(chǎn)規(guī)模 年產(chǎn)42噸恩拉霉素。 2.1.3 儲(chǔ)藏方式 遮光、密閉、干燥處保藏。 2.1.4產(chǎn)品測(cè)定方法及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 2.1.4.1所用原輔材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 表2-1 原輔材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) Table 2-1 the quality standard of raw material and supplement 原料名稱 規(guī)格 控制項(xiàng)目 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 鹽酸 工業(yè)品 外觀 總酸度(以HCl計(jì))，% 鐵（Fe）,% 硫酸鹽(以SO42-計(jì))，% 砷(As)，% 灼燒殘?jiān)? 氯化物(以Cl計(jì)算)，% 無色或淺黃色液體 ≥ 31 ≤1 ≤ 0.5 ≤ 0.01 ≤ 15 ≤ 0.5 氫氧化鈉 工業(yè)品 總堿度(以NaOH計(jì))，% 密度(20℃），g/cm3 蒸發(fā)殘?jiān)?(m/m) 酸度(以乙酸計(jì)），%（m/m） 高錳酸鉀時(shí)間試驗(yàn)(25℃)，min 水分，%(m/m) 醇含量，%(m/m) 純度，%(m/m) ≤ 10 0.789-0.793 ≤0.005 ≤0.005 ≥ 35 ≤0.60 ≤1.0 ≥ 98.5 水 自來水 pH值 水中溶解氧及二氧化碳含量適度 硬度 6.5~8.5 水中溶解氧≥6mg/L 50-200mg/L(以碳酸鈣計(jì)) 蒸餾水 一蒸水 灼燒渣含量 錳(Mn)含量 鐵(Fe)含量 氯（Cl) 還原高錳酸鉀物質(zhì) 透明度(mm) 電阻率(25℃) 硝酸及亞硝酸鹽 銨(NH4)含量 堿土金屬氧化物 ≤0.01 % ≤0.00001% ≤0.0004 % ≤0.0005 % （O）含量(≤0.0002%) 無色透明 ≥10x104Ωcm 以N計(jì)≤0.0003% ≤0.0008 % CaO計(jì)≤0.005% 甲醇 工業(yè)品 色度/Hazen單位(鉑-鈷號(hào)) 密度(20℃)，g/cm3 溫度范圍(0℃，101325Pa)，℃ 沸程(包括64.6±0.1℃)，℃ 高錳酸鉀實(shí)驗(yàn)，min 蒸發(fā)殘?jiān)?% 水分含量，% 酸度(以HCOOH計(jì))，% 水溶性試驗(yàn) 羥基化合物含量（以CH2O計(jì)），% ≤ 10 0.791~0.794 64.0~65.5 1.5 ≥20 ≤ 0.0050 ≤ 0.01 ≤ 0.0050 澄清 ≤0.010 氯化銨 分析純 外觀 含量，% 水不溶物，% 燒灼殘?jiān)? 硫酸鹽，% 磷酸鹽，% 鈉，% 鎂，% 鉀，% 鈣，% 鐵，% 白色結(jié)晶性粉末 ≥99.5 ≤0.0035 ≤0.01 ≤0.003 ≤0.0004 ≤0.0026 ≤0.0007 ≤0.003 ≤0.0008 ≤0.0003 酵母膏 工業(yè)品 外觀 水分，% 總氮，% 氨基酸態(tài)氮，% 灰分，% PH值 透光率0.1%，% 透光率0.5%，% 黃色至黃褐色膏體 ≤35.0 ≥11.0 ≥4.0 ≤15.0 4.0-7.5 ≥90 ≥80 蛋白胨 工業(yè)品 外觀 堿性沉淀試驗(yàn) 磷酸鹽沉淀試驗(yàn) 含氮量 水分 pH值 氨基氮 氯化鈉 含磷量 灰分 白色或淡黃色粉末 澄清 無沉淀 澄清 無沉淀 ≥14.5% ≤6.0% 5-7 ≥2.5% ≤3.0% ≤0.3% ≤5.0% KH2PO4 工業(yè)品 外觀 主含量(K2HPO4·3H2O計(jì)) 五氧化二磷(以P2O5 ) PH值(1%水溶液) 水分 重金屬(以Pb計(jì)) 砷(以As計(jì)) 氟化物(以F計(jì)) 水不溶物 白色或無色晶體，易溶于水 ≥98.0% ≥30.50% 8.8-9.2 ≤3.0% ≤0.001% ≤0.0003% ≤0.003% ≤0.10% 氯化鋅 工業(yè)品 外觀 主含量 pH(5W/V%Sol) 鐵含量(Fe) 氯含量(cL) 重金屬(Pb) 砷含量(As) 水不溶物 灼燒失重 無色小顆粒結(jié)晶體 ≥99.5% 5-8 ≤0.0015% ≤0.02% ≤0.001% ≤0.0002% ≤0.01% 48-52% CaCl2·H2O 工業(yè)品 外觀 主含量 鎂及堿金屬化合物(以氯化鈉計(jì)) 水不溶物 堿度(以氫氧化鈣計(jì)) 硫酸鹽(以硫酸鈣計(jì)) pH值 白色顆粒結(jié)晶 ≥90.0 ≤5.5% ≤0.05% ≤0.2% ≤0.1 8-10 2.1.4.2恩拉霉素的檢查內(nèi)容［15］ 酸堿度：取本品水懸液(1→10），振搖，依法測(cè)定，pH值應(yīng)為5.0～8.0。 干燥失重：取本品，以五氧化二磷為干燥劑，在60℃減壓干燥至恒重，減失重量不得過6.0%。 酸可溶性灰分：取本品1.0g，精密稱定，加稀鹽酸20ml，在50℃加熱15分鐘，充分混合，冷卻后，加水稀釋成50ml，離心，取上清液25ml，稀硫酸1ml，于坩堝中，小火加熱，使硫酸蒸氣除盡，并蒸發(fā)溶液至干，置800℃熾灼，使完全灰化至恒重，殘?jiān)坏眠^20.0%。 重金屬：取本品1.0g，經(jīng)熾燒使碳化后，加硫酸0.5～1ml使?jié)駶櫍蜏丶訜嶂亮蛩嵴魵獬M，在500～600℃使完全灰化后，依法檢查（第二次），含重金屬不得過百萬分之二十。 砷鹽：取本品0.5g，加氫氧化鈣0.5g，混合，加水少量，攪拌均勻，干燥后，先用小火燒灼使碳化，再在500～600℃熾灼使完全灰化，放冷，加鹽酸5ml與水23ml使溶解，依法檢查，應(yīng)符合規(guī)定(0.0004%)。 2.1.4.3恩拉霉素含量測(cè)定 取本品適量，精密稱定，加丙酮:1mol/L鹽酸:水（35:12:56）適量，再用1mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2.8～3.2，制成每1ml中約含1000單位的溶液，充分振搖30分鐘，取清液，再用醋酸鹽緩沖液（pH4.0）稀釋成濃度范圍為每1ml中含10.0～40.0單位的溶液，照抗生素微生物檢定法測(cè)定，即得。 2.2 工藝流程設(shè)計(jì) 2.2.1生產(chǎn)方法的選擇 發(fā)酵后的菌絲體含有恩拉霉素，主要用來制成恩拉霉素預(yù)混劑，可是這種預(yù)混劑有降解性。而恩拉霉素純品在制粒過程中表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，并且將其混合在飼料之中，長期儲(chǔ)藏在室溫下，效價(jià)也很穩(wěn)定。在傳統(tǒng)發(fā)酵生產(chǎn)中，發(fā)酵水平的高低受菌種影響較大，所以采用紫外一氯化鋰復(fù)合誘變，結(jié)合高效簡單的瓊脂塊培養(yǎng)法篩選誘變菌株，以獲得高效的生產(chǎn)菌株。 以殺真菌鏈霉菌為生產(chǎn)菌種，將其先經(jīng)過斜面培養(yǎng)，再接種到搖瓶中培養(yǎng)，接著接種于種子罐中進(jìn)行放大發(fā)酵，然后將種子罐中發(fā)酵培養(yǎng)好的種子接種到發(fā)酵罐中進(jìn)一步放大發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵罐中的發(fā)酵液依次經(jīng)過過濾、離心、破碎、萃取、過濾、酸化、過濾、堿化、過濾、脫色、樹脂吸附、洗脫、濃縮結(jié)晶、離心、干燥得到恩拉霉素原料產(chǎn)品。 2.2.2工序劃分 本設(shè)計(jì)項(xiàng)目共分為十一個(gè)工序： 第一工段為殺真菌鏈霉菌的種子培養(yǎng) 第二工段為菌體發(fā)酵 第三工段為過濾發(fā)酵液、離心 第四工段為配置懸浮液 第五工段為萃取破碎過濾 第六工段為酸化堿化過濾 第七工段為活性炭脫色 第八工段為大孔樹脂吸附 第九工段為減壓蒸餾結(jié)晶 第十工段為離心、干燥 第十一工段為產(chǎn)品鑒定 2.2.3 工藝流程 圖2-1 工藝流程圖 Fig.2-1 process flow diagram 2.2.4 工藝過程的詳細(xì)工業(yè)化生產(chǎn)描述 2.2.4.1.菌種部分 ①生產(chǎn)工藝過程： 接種 28℃ 8.5d 種子斜面 種子瓶 生產(chǎn)用菌種 225r/min ②種子瓶的制備 按種子瓶的培養(yǎng)基配方配制好培養(yǎng)基，然后裝入750ml搖瓶中，裝量80ml，再用1kg/cm2飽和蒸汽120℃滅菌30分鐘，冷卻備用。 ③接種子瓶 首先將菌株在斜面培養(yǎng)基上進(jìn)行接種，然后在28℃下培養(yǎng)7天，即活化處理；之后在超凈工作臺(tái)上，利用火焰的保護(hù)，用無菌接種鏟(蒸汽消毒)，從活化好的菌種斜面上挖取約1cm2菌塊，連同培養(yǎng)基接入裝有100mL種子培養(yǎng)基的750mL三角瓶中，28℃，225r/min，搖床振蕩培養(yǎng)2d；用移液管吸取2mL種子液接種于裝有80mL發(fā)酵培養(yǎng)基的750mL搖瓶中，在28℃，225r/min條件下振蕩培養(yǎng)8.5d，生長良好的搖瓶種子液pH7.2左右，外觀呈棕黃色；鏡檢菌絲粗壯，無雜菌即可作為種子接入下一級(jí)種子罐培養(yǎng)或小試發(fā)酵罐發(fā)酵。 2.2.4.2.發(fā)酵部分 ①一級(jí)種子罐 實(shí)罐消毒：壓力 1.0 kg/cm2±0.1kg/cm2 預(yù)熱時(shí)間30分鐘為宜 溫度 119～122℃保溫保壓 30分鐘 分過濾器消毒：壓力1.2～1.4kg/cm2，保溫、保壓30分鐘 按種子罐配方配好培養(yǎng)基，移入種子罐內(nèi)攪拌后，直接進(jìn)蒸汽進(jìn)行實(shí)罐消毒，消后體積200L，降溫至28℃后，在火焰的保護(hù)下，利用壓差法將種子接入種子罐內(nèi)，進(jìn)行發(fā)酵。 培養(yǎng)溫度：28℃ 罐壓：0.4 kg/cm2 培養(yǎng)時(shí)間：45小時(shí) 通氣量：0.2vvm 攪拌轉(zhuǎn)速：360轉(zhuǎn)/分 ②二級(jí)種子罐： 實(shí)罐消毒：壓力 1.0 kg/cm2±0.1kg/cm2 預(yù)熱時(shí)間30～45分鐘為宜 溫度 119～122℃ 保溫、保壓 30分鐘 分過濾器消毒：壓力1.2～1.4kg/cm2，保溫、保壓35分鐘 移種管道消毒：2～3 kg/cm2 保壓2小時(shí)。 按種子罐配方配好培養(yǎng)基，移入罐內(nèi)攪拌后，直接進(jìn)蒸汽進(jìn)行實(shí)罐消毒，消后體積2T，降溫至28℃后，通過移種管道接入一級(jí)種子罐內(nèi)的種子，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。 培養(yǎng)溫度：28℃ 罐壓：24小時(shí)前0.2 kg/cm2，24小時(shí)后0.1 kg/cm2 培養(yǎng)時(shí)間：22小時(shí) 通氣量：0.2vvm 攪拌轉(zhuǎn)速：210轉(zhuǎn)/分 ③發(fā)酵罐： 實(shí)罐消毒：壓力 1.0 kg/cm2±0.1kg/cm2 預(yù)熱時(shí)間30～45分鐘為宜 溫度 119～122℃ 保溫、保壓 30分鐘 分過濾器消毒：壓力1.2～1.4kg/cm2 保溫、保壓35分鐘 移種管道消毒：2～3 kg/cm2 保壓2小時(shí)。 按發(fā)酵罐配方配好培養(yǎng)基，移入罐內(nèi)攪拌后，直接進(jìn)蒸汽進(jìn)行實(shí)罐消毒，消后體積3T，降溫至35℃后，通過移種管道接入二級(jí)種子罐內(nèi)的種子，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。 培養(yǎng)溫度：28℃ 罐壓：24小時(shí)前0.4 kg/cm2，24小時(shí)后0.5 kg/cm2 培養(yǎng)時(shí)間：260小時(shí) 通氣量：0.2vvm 攪拌轉(zhuǎn)速：170轉(zhuǎn)/分 2.2.4.3提取部分［14］ 提取部分可劃分為： 第一工段：發(fā)酵液的過濾離心，發(fā)酵液用板框過濾機(jī)過濾，再用轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)離心。 轉(zhuǎn)鼓離心機(jī) 濾餅 板框過濾機(jī) 發(fā)酵液 第二工段：加入45%甲醇溶解濾餅，配置懸浮液，利用高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行細(xì)胞破碎6小時(shí)，恩拉霉素釋放出來，同時(shí)用45%甲醇進(jìn)行萃取。過濾除去細(xì)胞碎片，得到恩拉霉素提取液。 加45%甲醇 過濾器 高壓均質(zhì)機(jī) 萃取罐 第三工段：濾液進(jìn)入酸化罐，加20%鹽酸調(diào)節(jié)恩拉霉素甲醇提取液的pH至2.5，于40℃保溫1小時(shí)，過濾，濾液用8%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，過濾。 20%鹽酸 pH2.5 8%氫氧化鈉pH8.0 過濾器 濾液 堿化罐 過濾器 酸化罐 40℃保溫1小時(shí) 濾液 濾液儲(chǔ)罐 第四工段：活性炭脫色，將所得濾液以2.5BV/h的流速過處理好的活性炭柱進(jìn)行脫色，再以同樣的流速過HZ-816樹脂，以吸附恩拉霉素。吸附完成后，用pH8.0的50%甲醇(體積比)以3.0BV/h的流速進(jìn)行沖洗。沖洗完畢后，用pH8.0的70%甲醇（體積比）以1.5BV/h的流速進(jìn)行洗脫，收集洗脫液。 吸附 HZ-816樹脂 脫色液儲(chǔ)罐 脫色 活性炭柱 洗脫 洗脫液儲(chǔ)罐 第五工段：將洗脫液在30℃條件下，減壓濃縮至有晶體出現(xiàn)后，將濃縮液以3℃/h的速度進(jìn)行降溫?cái)嚢杞Y(jié)晶，降至2℃時(shí)停止攪拌。將結(jié)晶晶體于固液離心機(jī)中進(jìn)行離心，晶體送入真空回轉(zhuǎn)干燥機(jī)進(jìn)行干燥，得到白色恩拉霉素精品。 產(chǎn)品 真空回轉(zhuǎn)干燥機(jī) 結(jié)晶 離心機(jī) 30℃減壓濃縮 結(jié)晶罐 3℃/h降溫?cái)嚢杞Y(jié)晶 2.2.5工藝控制點(diǎn) 表2-3工藝控制點(diǎn) Table2-3 Technology control point 質(zhì)量控制點(diǎn) 檢查頻次 一級(jí)種子發(fā)酵 溫度、壓力、時(shí)間 隨時(shí) 二級(jí)種子發(fā)酵 溫度、壓力、時(shí)間 隨時(shí) 發(fā)酵罐發(fā)酵 溫度、壓力、時(shí)間 隨時(shí) 破碎萃取 溫度、時(shí)間 隨時(shí) 酸化 溫度、壓力、時(shí)間 隨時(shí) 堿化 壓力 隨時(shí) 脫色 時(shí)間 每批 樹脂吸附洗脫 時(shí)間 每批 包裝 數(shù)量、批號(hào) 每批 內(nèi)容、數(shù)量 每批 數(shù)量、合格證、標(biāo)簽 每批 控制區(qū) 溫濕度 1次/天 含菌量 1-2次/月 塵埃粒子 1次/季度 2.3物料衡算 2.3.1物料衡算的目的和意義 物料衡算是生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是能量衡算和設(shè)備選型的前提。根據(jù)本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的年生產(chǎn)指標(biāo)，通過對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程或局部生產(chǎn)單元進(jìn)行物料衡算，可以計(jì)算得到原、輔料的生產(chǎn)消耗量，以及副產(chǎn)品量等物料量。然后在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行能量衡算和設(shè)備選型，從而對(duì)過程所需設(shè)備的投資及其性能進(jìn)行可行性估價(jià)。 2.3.2物料衡算的方法 1. 弄清題意和計(jì)算的目的要求； 2. 繪制物料衡算流程示意圖； 3. 寫出生物反應(yīng)方程式 4. 收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有關(guān)物化常數(shù)； 5. 確定工藝指標(biāo)及消耗定額； 6. 選定計(jì)算基準(zhǔn)； 7. 由已知數(shù)據(jù)根據(jù)公式進(jìn)行物料衡算； 8. 校核與整理計(jì)算結(jié)果，列出物料衡算表。 2.3.3物料衡算的基準(zhǔn) 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 表2-4恩拉霉素發(fā)酵工藝主要技術(shù)指標(biāo) Table 2-4 Enramycin fermentation process the major technical indicators 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo)數(shù) 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo)數(shù) 年產(chǎn)量G t/a 42 一級(jí)種子罐發(fā)酵周期T1 h 45 年工作日m d/a 300 接種量j % 10 發(fā)酵單位U g/L 8 發(fā)酵罐裝料系數(shù)k0 % 70 產(chǎn)品總收率n % 90 二級(jí)種子罐裝料系數(shù)k2 % 40 發(fā)酵罐發(fā)酵周期T0 h 260 一級(jí)種子罐裝料系數(shù)k1 % 30 二級(jí)種子罐發(fā)酵周期T2 h 22 表2-5.培養(yǎng)基配比表 Table 2-5 medium components 成分 種子罐配比 Kg/m3 發(fā)酵罐配比 Kg/m3 玉米淀粉 20 25 玉米漿 25 20 玉米蛋白粉 5 20 氯化銨 --- 5 氯化鈉 --- 15 CaCO3 20 20 酵母膏 --- 12.9 磷酸二氫鉀 --- 1.48（10.84mmol/L） 氯化鋅 --- 1.19（8.74mmol/L） 葡萄糖 --- 59.3 水 930 820.13 依據(jù) 年產(chǎn)量42噸、年生產(chǎn)300天、每天放一罐作為一批 計(jì)算 每天產(chǎn)量即批產(chǎn)量為(42×106g)÷300÷90%=155555.56g=155.56kg 2.3.4發(fā)酵工段培養(yǎng)基總物料衡算 (1)放罐成熟發(fā)酵液量： 依據(jù) 批產(chǎn)量為155.56kg、產(chǎn)品總收率為90%、發(fā)酵單位為8g/L 計(jì)算 每批放罐的發(fā)酵液體積：VF=155.56kg÷(8g/L)=19444.45L =19.5m3 (2)放罐成熟發(fā)酵液VF由兩個(gè)部分組成： 依據(jù) 接種量為j=10% 計(jì)算 發(fā)酵罐中種液量即二級(jí)發(fā)酵罐放罐液體積 VF1 =19.5m3×10%=1.95m3 發(fā)酵罐中底液量即發(fā)酵罐的實(shí)際投料體積 VF2 =19.5m3-1.95m3=17.55m3 (3)發(fā)酵罐中補(bǔ)料量： 依據(jù) 發(fā)酵周期為11天，按經(jīng)驗(yàn)發(fā)酵罐投放料比約為3:2、成熟發(fā)酵液的放料體積為19.5 m3 計(jì)算 發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的補(bǔ)料體積V3 = 19.5m3×3/2-19.5m3=9.75m3 (4)二級(jí)種子罐液量V2由兩部分組成： 依據(jù) 接種量j=10%、二級(jí)種子罐液量V2 =1.95m3 計(jì)算 二級(jí)種子罐中種液量即一級(jí)種子罐放罐液量V21 =1.95m3×0.1=0.195m3 二級(jí)種子罐中底液量即實(shí)際投料量V22 =1.95m3-0.195m3=1.755m3 (5)一級(jí)種子罐液量V1由兩部分組成： 依據(jù) 接種量j=10%、一級(jí)種子罐液量V1=0.195m3 計(jì)算 一級(jí)種子罐中種液量V11=0.195m3×0.1=0.0195m3 一級(jí)種子罐中底液量V12=0.195m3-0.0195m3=0.1755m3 (6)發(fā)酵罐底液的物料用量： 依據(jù) 發(fā)酵罐底液量VF2=17.55m3、發(fā)酵罐培養(yǎng)基配方 計(jì)算 葡萄糖： mF1=17.55m3×59.3kg/m3=1040.72kg 玉米淀粉： mF2=17.55 m3×25kg/m3=438.75kg 玉米漿： mF3=17.55m3×20kg/m3=351kg 玉米蛋白粉： mF4=17.55m3×20kg/m3=351kg 氯化銨： mF5=17.55m3×5kg/m3=87.75kg 氯化鈉： mF6=17.55m3×15kg/m3=263.25kg CaCO3 ： mF7=17.55m3×20kg/m3=351kg 酵母膏： mF8=17.55m3×12.9kg/m3=226.40kg 磷酸二氫鉀： mF9=17.55m3×1.48kg/m3=25.98kg 氯化鋅： mF10=17.55m3×1.19kg/m3=20.89kg (7)發(fā)酵罐補(bǔ)料物料用量： 依據(jù) 發(fā)酵罐補(bǔ)料體積V3 =9.75m3 、 發(fā)酵罐培養(yǎng)基配方 計(jì)算 葡萄糖： m31=9.75m3×59.3kg/m3=578.18kg 玉米淀粉： m32=9.75m3×25kg/m3=243.75kg 玉米漿： m33=9.75m3×20kg/m3=195kg 玉米蛋白粉： m34=9.75m3×20kg/m3=195kg 氯化銨： m35=9.75m3×5kg/m3=48.75kg 氯化鈉： m36=9.75m3×15kg/m3=146.25kg CaCO3： m37=9.75m3×20kg/m3=195kg 酵母膏： m38=9.75m3×12.9kg/m3=125.78kg 磷酸二氫鉀： m39=9.75m3×1.48kg/m3=14.43kg 氯化鋅： m310=9.75m3×1.19kg/m3=11.61kg (8)二級(jí)種子罐底液物料用量： 依據(jù) 二級(jí)種子罐底液量V22=1.755m3、種子罐培養(yǎng)基配方 計(jì)算 玉米淀粉： m21=1.755m3×25kg/m3=43.88kg 玉米漿： m22=1.755m3×20kg/m3=35.10kg 玉米蛋白粉： m23=1.755m3×20kg/m3=35.10kg CaCO3： m24=1.755m3×20kg/m3=35.10kg (9)一級(jí)種子罐底液物料用量： 依據(jù) 一級(jí)種子罐底液量V12=0.1755m3、種子罐培養(yǎng)基配方 計(jì)算 玉米淀粉： m11=0.1755m3×25kg/m3=4.39kg 玉米漿： m12=0.1755m3×20kg/m3=3.51kg 玉米蛋白粉： m13=0.1755m3×20kg/m3=3.51kg CaCO3 ： m14=0.1755m3×20kg/m3=3.51kg (10)總物料用量： 發(fā)酵罐底料的物料用量+發(fā)酵罐的補(bǔ)料物料用量+二級(jí)種子罐底料的物料用量+一級(jí)種子罐底料的物料用量 葡萄糖： m1= mF1+m31=1040.72kg+578.18kg=1618.9kg 玉米淀粉： m2= mF2+m32+m21+m11=438.75kg+243.75kg+43.88kg+4.39kg=730.77kg 玉米漿： m3= mF3+m33+m22+m12=351kg+195kg+35.10kg+3.51kg=584.61kg 玉米蛋白粉： m4= mF4+m34+m23+m13=351kg+195kg+35.10kg+3.51kg=584.61kg 氯化銨： m5= mF5+m35=87.75kg+48.75kg=136.5kg 氯化鈉： m6= mF6+m36=263.25kg+146.25kg=409.5kg CaCO3： m7= mF7+m37+m24+m14=351kg+195kg+35.10kg+3.51kg=584.61kg 酵母膏： m8= mF8+m38=226.40kg+125.78kg=352.18kg 磷酸二氫鉀： m9= mF9+m39=25.98kg+14.43kg=40.41kg 氯化鋅： m10= mF10+m310=20.89kg+11.61kg=32.50kg 2.3.5下游提取分離工段物料衡算 (1)過濾離心 獲得菌絲體 依據(jù)工藝 發(fā)酵罐培養(yǎng)基比例為179.87‰(kg/m3) 可計(jì)算 最多可得到19.5m3×179.87kg/m3=3507.465kg菌絲體 (2)懸浮液 加入45%甲醇配置懸浮液 依據(jù)工藝 45%甲醇用量為5ml/g菌絲體 可計(jì)算 45%甲醇用量最多為17537.325L (3)破碎萃取 除去細(xì)胞殘片3507.465kg (4)過濾酸化 濾液加20%鹽酸調(diào)至pH2.5 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 20%鹽酸用量為300L/10T濾液 可計(jì)算 20%鹽酸用量最多為631.3437L (5)抽濾堿化 濾液加8%氫氧化鈉調(diào)至pH8.0 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 20%氫氧化鈉用量為350L/10T濾液 可計(jì)算 8%氫氧化鈉用量最多為1841.41912L (6)過濾 得濾液19757.5503L (7)脫色 用活性炭進(jìn)行脫色 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 活性炭150mg/mL(0.15kg/L)濾液，用量10% 可計(jì)算 活性炭用量最多為296.363254kg 活性炭柱為1037L (8)樹脂吸附 采用HZ-816樹脂吸附 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) HZ-816樹脂40mg/mL(0.04kg/L)濾液 可計(jì)算 HZ-816樹脂用量最多為790.302012kg HZ-816樹脂柱體積為3889L 沖洗 用pH8.0的50%甲醇沖洗 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 沖洗所用pH8.0的50%甲醇為樹脂的4倍量體積 可計(jì)算 pH8.0的50%甲醇用量最多為15556L 洗脫 用pH2.0的70%甲醇洗脫 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 洗脫所用pH2.0的70%甲醇為樹脂的6倍量體積 可計(jì)算 pH2.0的70%甲醇用量最多為23334L 洗脫液 沖洗和洗脫過程在樹脂中存在殘余積累 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 洗脫液為樹脂的5倍量體積 可計(jì)算 洗脫液最多為19445L (9)結(jié)晶 減壓濃縮攪拌結(jié)晶 計(jì)算 得到恩拉霉素產(chǎn)品155.56kg 本設(shè)計(jì)采用30%的鹽酸，使用時(shí)配制為20%(6mol/L)鹽酸。 依據(jù) 30%的鹽酸摩爾濃度為9.5mol/L 可計(jì)算 工業(yè)鹽酸的用量為631.3437×6÷9.5=420.8958L 用水量210.4479L 本設(shè)計(jì)采用40%的氫氧化鈉，使用時(shí)配制為8%(2mol/L)氫氧化鈉。 依據(jù) 40%的氫氧化鈉摩爾濃度為10mol/L 可計(jì)算 工業(yè)氫氧化鈉的用量為1841.41912×2÷10=368.283824L 用水量1473.135296L 本設(shè)計(jì)采用99.9%的工業(yè)甲醇，使用時(shí)配制成45%、50%、70%的甲醇溶液。 可計(jì)算 工業(yè)甲醇的用量為 (0.45×17537.325÷0.999)+(0.5×15556÷0.999)+(0.7×23334÷0.999)=32035.63L 用水量為 17537.325-(0.45×17537.325÷0.999)+15556-(0.5×15556÷0.999)+23334-(0.7×23334÷0.999)=24391.6931L 根據(jù)上述計(jì)算，列出原材料消耗表： 表2-6 原材料消耗 Tab.2-6 consumption of raw materials 物料名稱 種子罐投料量 發(fā)酵投料量 每批投料量 全年投料量 葡萄糖 玉米淀粉 --- 48.27kg 1618.9kg 682.5kg 1618.9kg 730.77kg 485670kg 219231kg 玉米漿 38.61kg 546kg 584.61kg 175383kg 玉米蛋白粉 38.61kg 546kg 584.61kg 175383kg 氯化銨 --- 136.5kg 136.5kg 40950kg 氯化鈉 --- 409.5kg 409.5kg 122850kg CaCO3 38.61kg 546kg 584.61kg 175383kg 酵母膏 --- 352.18kg 352.18kg 105654kg 磷酸二氫鉀 --- 40.41kg 40.41kg 12123kg 氯化鋅 水 --- 1795.37kg 32.5kg 22389.55kg 32.5kg 24184.92kg 9750kg 1.5×107kg 甲醇 32035.63L 32035.63L 9.7×106L 30%鹽酸 420.90L 420.90L 126270L 40%氫氧化鈉 368.28L 368.28L 110484L 活性炭 296.36kg 296.36kg 296.36kg HZ-816大孔樹脂 790.3kg 790.3kg 790.3kg 2.4 設(shè)備設(shè)計(jì)及選型[16-18] 2.4.1設(shè)計(jì)選擇設(shè)備的原則 設(shè)計(jì)本身就應(yīng)該具有創(chuàng)造性和創(chuàng)新性，所以在設(shè)備的設(shè)計(jì)選型上，不僅要體現(xiàn)出符合正常生產(chǎn)的設(shè)備，還應(yīng)展現(xiàn)出所設(shè)計(jì)工廠的先進(jìn)性。如下原則，值得考慮： (1)保證工藝生產(chǎn)過程實(shí)施的安全可靠。 (2)經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)。 (3)投資省，耗材料少。 (4)運(yùn)行管理費(fèi)用低，公用能量消耗少。 (5)操作簡單，清潔方便，耐用可靠，方便維修。 (6)結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)良。 (7)考慮生產(chǎn)突發(fā)情況與設(shè)備的平衡，保證正常生產(chǎn)。 (8)考慮設(shè)備故障與檢修的備用。 2.4.2發(fā)酵工段設(shè)備設(shè)計(jì) 2.4.2.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用到的主要設(shè)備為發(fā)酵罐，通常用于抗生素生產(chǎn)的發(fā)酵罐(包括種子罐)是一個(gè)長筒形密閉容器，具有橢圓形或碟形的蓋和底(也稱封頭)。發(fā)酵罐一般應(yīng)以不銹鋼板制作為好，但也可以用復(fù)合不銹鋼板或低碳鋼板制作。為了防止染菌，罐的內(nèi)壁應(yīng)光滑無死角，要保證焊接質(zhì)量使之至少能耐受4.5kg/cm2(表壓)的水壓。 正確的發(fā)酵罐選型應(yīng)該滿足以下要求： (1) 結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，耐蒸汽耐腐蝕，內(nèi)壁光滑且附件少，以利于滅菌徹底和減少金屬離子對(duì)發(fā)酵的影響； (2)氣-液、液-固物料混合性能良好，使物質(zhì)傳遞、氣體交換能有效的進(jìn)行； (3)攪拌及通氣所消耗的動(dòng)力盡量在保證正常發(fā)酵的前提下減少； (4)熱量交換性能良好； (5)設(shè)置有效的消沫裝置，減少泡沫生成，提高裝料系數(shù)； (6)附有必要和可靠的檢測(cè)及控制儀表。 為了保證耐腐，本設(shè)計(jì)選用材質(zhì)優(yōu)良的不銹鋼制作發(fā)酵罐。典型發(fā)酵罐具有進(jìn)料口，放料口(兼作排污口)、接種口、取樣口、消沫劑口，補(bǔ)料口、進(jìn)氣口、排氣口、循環(huán)水進(jìn)出口等。 發(fā)酵罐須配有：攪拌裝置、通氣裝置(蒸汽)、傳熱裝置(循環(huán)水)、分過濾器、補(bǔ)料灌、配料罐、壓縮空氣及壓力表等。 表2-7發(fā)酵罐主要設(shè)計(jì)條件 Tab.2-7 desin conditions of fermenter 項(xiàng)目及代號(hào) 參數(shù) 備注 工作壓力 0.4MP 由任務(wù)書確定 設(shè)計(jì)壓力 0.6MP 由任務(wù)書確定 發(fā)酵溫度 28℃ 由工藝條件確定 發(fā)酵液密度 1170kg/m3 由工藝條件確定 發(fā)酵液粘度 2.0×10-3N.s/m2 由工藝條件確定 (1)發(fā)酵罐容積的確定： 依據(jù) 發(fā)酵罐的放料體積VF=19.5m3、發(fā)酵罐的裝料系數(shù)k0=0.7 計(jì)算 發(fā)酵罐的體積V=VF/k0=19.5/0.7=27.9m3 圓整為28 m3 發(fā)酵罐的公稱容積V0一般是指發(fā)酵罐的圓筒部分容積Vc與罐體上底封頭的容積Vb之和，即： V0=Vc+Vb=πD2H/4+Vb 橢圓形封頭的容積可從《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查到，也可用下式求得 Vb=πD2hb/4+πD2ha/6=πD2(hb+D/6)/4 上式中hb為封頭直邊高度，ha為封頭凸出部分的高度，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的ha=D/4。 于是 V=πD2[(H+hb)+D/6]/4 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)高徑比H/D=1.7~2.5，同時(shí)考慮占地面積的大小，查《材料與零部件》(上)壓力容器公稱直徑表2-1-1 可取D=2400mm。 查《材料與零部件》(上)表2-1-7，以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓形封頭的尺寸、內(nèi)表面積、容積，可選擇封頭Dg=2400m，曲面高h(yuǎn)a=600mm，直邊hb=40 mm，表面積F=6.52㎡，容積Vb=2.00 m3 依據(jù) V0=Vc+Vb=πD2H/4+Vb 計(jì)算 H=4(V0-Vb)/ πD2 =4(28-2.00)/(3.14159×2.42) =5.75m 則 H/D=5.75/2.4=2.4 發(fā)酵罐的全體積 V=πD2H/4+2Vb=30.02m3 (2)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)確定 發(fā)酵罐發(fā)酵周期T0=260h，大約為11天，每天放一罐作為一批，設(shè)備的準(zhǔn)備檢修需要一天，發(fā)酵過程中還需補(bǔ)料，則需要發(fā)酵罐12臺(tái)。 (3)發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，發(fā)酵罐屬于壓力容器，因此其設(shè)計(jì)、制造、安裝以及使用均需遵循該規(guī)定。設(shè)計(jì)計(jì)算需按照《鋼制壓力容器》GB-150-1998進(jìn)行。 ①內(nèi)壓圓筒壁厚 S=PD/(2[σ]φ-P)＋C 式中：P---圓筒體的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，0.6MPa； D---發(fā)酵罐內(nèi)徑，2400mm； φ---焊縫系數(shù)，取0.9； C---壁厚附加量，mm； [σ]---設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力，125MPa； 其中C=C1+C2+C3 C1—鋼板負(fù)偏差，0.8mm C2—腐蝕裕量，2mm C3—加工減薄量，冷卷加工可取0 代入上述數(shù)據(jù)得S=9.2mm 查《材料與零部件》(上)324頁表2-1-3 可取罐體壁厚S=10mm ②橢圓封頭壁厚 查《材料與零部件》(上)332頁表2-1-9 可取封頭壁厚S=12mm (4)攪拌器 ①攪拌器設(shè)計(jì) 一般攪拌渦旋輪有三種形式，鑒于該發(fā)酵過程中有中間補(bǔ)料的操作，對(duì)混合的要求較高，所以選擇六箭葉渦輪攪拌器。 該攪拌器的各部尺寸與罐徑有一定的比例關(guān)系，Di:di:L:B=20:13:5:3.5 攪拌器葉徑： Di=D/3=2.4/3=0.8m 葉寬： B=0.175Di=0.175×0.8=0.14m 盤踞： di=0.65×Di=0.65×0.8=0.52m 葉弦長： L=0.25×Di=0.25×0.8=0.2m 弧長： l=0.375Di=0.375×0.8=0.3m 葉距： Y=D=2.4m 箭葉板厚： δ=12mm 底距： C=D/3=2.4/3=0.8m 攪拌器間距： S=3Di=3×0.8=2.4m 攪拌速度： N=170r/min ②攪拌軸功率的確定 對(duì)于攪拌軸功率的計(jì)算有許多方法，針對(duì)此發(fā)酵罐而言，選擇修正的麥凱爾式求攪拌功率，并由此選擇電機(jī)。 (Ⅰ)計(jì)算Rem Rem=D2Nρ/μ 式中：D—攪拌器直徑， D=0.8m N—攪拌器轉(zhuǎn)速， N=120/60=2.83r/s ρ—料液密度， ρ=1170kg/m3 μ—發(fā)酵液粘度， μ= 2.0×10-3 N·s/m2 將數(shù)值帶入上式：可計(jì)算出Rem=1.05×106>104，視為湍流，由《抗生素發(fā)酵設(shè)備》圖5-3得：湍流下攪拌功率K值為4.0 (Ⅱ)不通氣時(shí)攪拌功率P0的計(jì)算： P0 =KN3D5ρ 式中：K—在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.0 N—攪拌器轉(zhuǎn)速， N=170/60=2.83r/s D—攪拌器直徑， D=0.8m ρ—料液密度， ρ=1170kg/m3 將各值代入上式： P0 =4×2.833×0.85×1170=34758W=35kw 攪拌器個(gè)數(shù)=發(fā)酵罐筒體高度/攪拌器間距=5.75÷2.4=2.40 取3個(gè) 一般，三個(gè)攪拌器為單個(gè)攪拌器的2倍 P實(shí)=35kw×2=70kw (Ⅲ)通氣下攪拌軸功率Pg的計(jì)算： Pg=2.25×10-3×(P02ND3/Q0.08)0.39 式中：P0—不通氣時(shí)攪拌軸功率(kw) P0 =70kw N—攪拌器轉(zhuǎn)速，N=170r/min D—攪拌器直徑(cm)，D=80cm Q—通氣量(ml/min) 通風(fēng)比(vvm)一般為0.2~0.8，取其下限0.2則 Q=28×106×0.7×0.2 =3.92×106(ml/min) 將數(shù)值帶入可得： Pg=2.25×10-3×(P02 ND3/Q0.08)0.39 =2.25×10-3 ×[702×170×803/(3.92×106 )0.08]0.39 =48.1kw (Ⅳ)求電動(dòng)機(jī)功率P電： P電= Pg/(η1η2η3)× 1.01 采用三角帶傳動(dòng)η1=0.92；滾動(dòng)軸承 η2 =0.99；滑動(dòng)軸η3=0.98；端面密封增加功率為1%；帶入公式數(shù)值得： P電=48.1÷(0.92×0.99×0.98)×1.01=