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的优化控制。最后设计了发酵工厂的车间布

2、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 annuallyAbstract This was a process design about the Aureomycin used for feed fermention, wh

3、ich 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 were needed by the law of mass c

4、onservation 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 design reqirement,we also co

5、nfirmed 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 technology and otheraids.According to

6、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 Aureomycin; Ferment; Process des

7、ign1 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:C22H23ClN2O82.2.2 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，

8、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： =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 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 m

9、3/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 m33.1.2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 m33.3.2 种子罐物料计算培养基 消前 98

10、 V1=5.512 m3 消后 99% V1=5.568 m3接种量 1% V2=0.056 m33.4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/h3.5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=155.3m33.5.2 冷却用水冬季冷却水用量发酵罐用水：Q=9.

11、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/h3.5.3 实消过程用水发酵罐用水：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

12、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%)=7419.1Kg3.6.2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=3487.0Kg3.7 压缩空气耗量发酵罐 Qg=n(vvm)V=100.652=312（m/min）种子罐 Qg=41.45.512=30.87（m/min）3.8 用电量的计算发酵罐年用电量1.518106 KWh种子罐年用电量95040 KW

13、h补料罐年用电量72600 KWh泵年用电量24185.7KWh照明、监控室及其他年用电量4950KWh年总用电量1.1（1.518106+95040+72600+24185.7+4950）=1.886106 KWh4 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+D3D=3.18m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

14、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=6.74m4.1.2 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：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=0.75d=0.751280=960mm叶距S=

15、1.4d=1.41280=1792mm弯叶板厚度=12mm4.1.2.2 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 HLC+3S，故取三个搅拌器。则Pm=91.6(0.4+0.63)=201.5KW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

16、查表，选取1334的半圆管，符合要求。外盘管设计：取884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。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573.5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1594.5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

17、用裙式支。42 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=2D， 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=2.32m4.2.2 种子罐搅拌装置及轴功率的

18、计算4.2.2.1 搅拌装置本设计采用六弯叶涡轮式。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 HL7.29 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764 通风管计算：通风管取无缝管573.5因为通风管也是排料管，故取两者的大值。取无缝钢管764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 发酵罐空气分过滤器的计算A.

19、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，10082335mm，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。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，7081530mm，10台。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型号的空气预过滤器, 3021395mm,10台。蒸汽过滤器选型由、选

20、型，查表可选JLS-F-1型蒸汽过滤器，164585mm,10台。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高效金属过滤器查表选取JLS-Y-15型号的高效金属过滤器，4081260mm，4台。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-YU-15型号的空气预过滤器， 2381250mm,4台。蒸汽过滤器选型由、选型，查表可选JLS-F-080型蒸汽过滤器，1

21、14500mm,4台。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/hb.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.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/hb. 扬程H：H=1.1H

22、0=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/h5.4 补氨泵a. 流量Q：Q=1.50.255=0.38L/hb. 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/hb.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/h6 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

23、80.8%。由V0=Vc+Vb=D2H+D3 得D=3.09m，圆整后取D=3100mmH=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 = HL+ h =4.8+0.815=5.305m6.1.2 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 HLC+3S成立，故取三个搅拌器。P实= =KW则PN=10.23KW查资料，选取电动机功率为11KW，电动机型号为Y160M-4型；减速机型号：LPJ240。6.1

24、3 补料罐壁厚的计算 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。6.1.4支座选择选择裙式支座，并根据工厂实际情况做适当改变。6.2 氨水罐取公称体积为10m，装料系数为61.2的氨水罐两个交替使用。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

25、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.