紅霉素發(fā)酵工藝設計

1、2021-7-24 紅霉素發(fā)酵工藝設計 一、本設計的任務要求及基本資料 二、流程設計及操作工藝分析 三、設計計算及結果分析 四、工藝流程圖與設備布置設計 五、設計問題總結與評價、建議 匯報內容有以下幾個方面 任務及要求 設計項目建設規(guī)模和產(chǎn)品方案：設計項目建設規(guī)模和產(chǎn)品方案： 建設規(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 具體設計的任務和要求如下：具體設計的任務和要求如下： a. 設計出一條最優(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計計算 c.完成工藝路線中所涉及設備的計算和選型或設備的主體結構設計 d.作出帶控制點的

2、工藝流程圖，設備平面布置圖和設備立面布置圖 e.在上述設計工作的基礎上，編寫出項目設計報告 紅霉素的簡介 結構：紅霉素是由紅霉內酯與去氧氨基己糖 和紅霉糖縮合而成的堿性苷。紅霉內酯環(huán)含 有13個碳原子，內酯環(huán)的C-3通過氧原子與紅 霉糖相聯(lián)結，C-5通過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 紅霉素結構式

3、紅霉素的發(fā)現(xiàn)與分類 抗生素抗生素分子式分子式相對分子質量相對分子質量熔點熔點/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 常所說的紅霉素即指紅

4、霉素A，而其他兩個組分視為雜質。 二、流程設計及操作分析 工藝流程設計： 菌種選擇與培育 培養(yǎng)基的確定 本設計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種子罐內。 培養(yǎng)基的確定

5、 培養(yǎng)基選擇的一般原則： 1.1.生物學原則生物學原則：根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)和反應需求，設計培養(yǎng)基。營養(yǎng)物質組成 較豐富，濃度適當，滿足菌體生長和合成產(chǎn)物的需求。各種成分之間比例恰當， 特別是有機氮和無機氮源，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)生化學反應。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，來源方便，豐富，質量穩(wěn)定，質優(yōu)價廉，成 本低。 4.4.高效經(jīng)濟原則：高效經(jīng)濟原則：生產(chǎn)安全，環(huán)境保護，高質量，最高得率，最

6、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，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為：蔗糖葡萄糖淀粉糊精。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糖的利用速率，不會因單獨使用葡 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。常用無機氮源有銨鹽、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。

7、無機氮源可 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，殘留物質的性質，把無機氮源可分為生理酸性物質和生理堿性物 質。生理酸性物質是代謝后能產(chǎn)生酸性物質，如（NH4）2SO4利用后，產(chǎn)生硫酸。生 理堿性物質是代謝后能產(chǎn)生堿性物質，如硝酸鈉利用后，產(chǎn)生氫氧化鈉。生產(chǎn)中常 常加入無機氮源來調節(jié)pH值，一舉兩得。 培養(yǎng)基的確定 無機鹽和微量元素無機鹽和微量元素: 無機鹽和微量元素是生理活性物質的組成成分或具有生理調節(jié) 作用，磷（核酸）、硫、鐵（細胞色素）、鎂、鈣（調節(jié)細胞膜透性）、錳、銅、 鋅（輔酶或激活劑）、鈷、鉀、鈉（調節(jié)滲透壓）、氯。一般低濃度起促進作用， 高濃度起抑制

8、作用。 生長因子：生長因子：生長因子是指微生物生長不可缺少的微量有機物，包括氨基酸、維生素 、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分中含有，無需添加。但對于營養(yǎng)缺陷型（氨基 酸、核苷酸）菌株，必需添加。 前體與促進劑：前體與促進劑：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，而自身的結構沒有發(fā)生多大的變化。前體明顯提 高產(chǎn)品產(chǎn)量和質量，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。在抗生素等次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵中 ，經(jīng)常添加前體和促進劑，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

9、體細胞的主要成分，營養(yǎng)傳遞的介質。良好導體，調節(jié)細胞生長。 本設計中培養(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% 工藝設計原則和流程確定 工藝設計原則工藝設計原則 進行工藝流程設計，必須考慮的幾個原則： （1）保證產(chǎn)品質量符合國家標準，國家規(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、先進的技

10、術和設備。努力提高原料利用率，提高勞動生產(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 短期內到達設計生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質量要求，并做到生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。從本設 計的總體來看，菌種選用的是德國進口的發(fā)酵效價很高的一種，生產(chǎn)工藝來看是國 內用的比較多的一種，其中補料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國內很先進的設備。 （3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。本設計完全滿足要求。 （4）安全生產(chǎn)，以保證人身和設備的安全。 （5）生產(chǎn)過程幾乎全部采用的機械化，部分系統(tǒng)自動化。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) 34

11、35-40h 發(fā)酵 31150h 提取與精制 砂土孢子 發(fā)酵液二級培養(yǎng)液 母斜面孢子子斜面孢子一級培養(yǎng)液 凈化空氣無菌空氣 孢懸液 pH調節(jié)液 二級種子配料罐 二級種子罐發(fā)酵罐 發(fā)酵液配料罐 發(fā)酵液 實罐滅菌 生產(chǎn)階段工藝流程框圖 接種 實罐滅菌 實罐滅菌 提取精制 一級種子罐 水培養(yǎng)基配料 一級種子配料罐 生產(chǎn)階段工藝流程示意圖 發(fā)酵生產(chǎn)過程重點參數(shù)確定 一級種子培養(yǎng): 在35左右，罐壓0.04MPa左右，通氣（1.0vvm）培養(yǎng)60-70h后接入二級種子 罐，接種量10%。 二級種子培養(yǎng): 在33-35繼續(xù)通氣（1.0vvm）培養(yǎng)35-40h，后期適當補料，完成后以10%接 種量接種進行發(fā)

12、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)酵過程 中按糖氮代謝的實際情況補料，視代謝情況，后期適當補水，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、化學藥劑滅菌、射線 滅菌和介質過濾除菌等幾種。 在紅霉素生產(chǎn)中，對培養(yǎng)基和發(fā)酵罐主要采用的是濕熱蒸汽滅菌， 對空氣進行過濾除菌。 培養(yǎng)基與發(fā)酵設備的滅菌 滅菌的要求：工業(yè)上無菌（滅菌度為1000）。即盡可能的除去雜菌 的同時，還要盡可能的減少營養(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)基同時放在發(fā)酵罐或其他

13、裝置中， 通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設備一起進行加熱滅菌的過程，也稱實罐 滅菌。 （2）連續(xù)滅菌（又稱連消）：將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過連續(xù)滅菌裝 置進行加熱、保溫和冷卻而進行滅菌。 連續(xù)滅菌與間歇滅菌 由于連續(xù)滅菌設備成本高，操作難，易染菌，極易導致發(fā)酵失敗，通 過綜合考慮我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀和設計條件，我們對所有的培養(yǎng)基均選擇 實罐滅菌。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 連續(xù) 滅菌 高溫短時滅菌，培養(yǎng)基營養(yǎng) 成分損失少。發(fā)酵罐占用時 間縮短，利用率高。 設備復雜，操作麻煩，染菌機會多。不適合含 大量固體物料的滅菌。 間歇 滅菌 設備要求低，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

14、料的滅菌。 培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質損失大，滅菌后培養(yǎng)基 質 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。 無菌空氣制備過程 基本過程： 空氣過濾除菌設備一般是把吸氣口吸入的空氣先進行壓縮前過濾， 然后進入空氣壓縮機。從空氣壓縮機出來的空氣(一般壓力在0.2MPa 以上，溫度120160C)，先冷卻至適當溫度(2025C)除去油和水 ，再加熱至3035C，最后通過總空氣過濾器和分過濾器(有的不用 分過濾器)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。 圍繞兩個目的： 一是提高壓縮前空氣的質量(潔凈度)； 另一個是去除壓縮空氣中所帶的油和水。 一 級 冷 卻 器 二 級

15、冷 卻 器 旋 風 分 離 器 過 濾 器 加 熱 器 蒸 汽 過 濾 器 蒸汽（含銹渣） 進 發(fā) 酵 罐 無菌空氣 空氣凈化流程圖 絲 網(wǎng) 過 濾 器 壓 縮 機 粗 過 濾 器 壓 縮 空 氣 儲 罐 空氣除菌設備 高空取氣管：高空取氣管：為遠離地面幾十米的管子，每升高10米，空氣中雜菌降低一 個數(shù)量級。因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。 粗過濾器：粗過濾器：攔截空氣中較大的灰塵以保護空氣壓縮機，同時也起到一定的除 菌作用，減輕做過濾器的負擔。過濾介質：泡沫塑料（平板式）、無紡布式 （折疊式）。 空氣壓縮機：空氣壓縮機：克服輸送過程中過濾介質的阻力并維持一定的氣流速度。 作用： 提供動

16、力以克服以后各設備的阻力。 空氣貯罐：空氣貯罐：消除壓縮機排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力。利用重力 沉降作用除去部分油霧。緊接空壓機安裝。有些裝有冷卻管。 空氣除菌設備 冷卻器：冷卻器：壓縮后的高溫空氣能引起過濾介質的炭化或燃燒，增大發(fā)酵罐的降 溫負荷，增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)一般用列管式冷卻器進行冷卻空氣冷卻器的傳 熱系數(shù)為105w/(m2)，采用雙程或四程結構。 氣液分離設備氣液分離設備:除去空氣中的水和油，以保護過濾介質。 旋風分離器利用離心力進行沉降，對于10m以上的微粒分離效率較高。特 點：結構簡單、阻力小、分離效率高。 絲網(wǎng)分離器利用慣性進行攔截，分離效率較高，能除去25m的細小

17、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:進入總過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），降低相對濕度（達50%60%）后， 輸入過濾器。 用列管換熱器或套管加熱器。 旋風分離器結構 絲網(wǎng)過濾器結構 空氣過濾器 目前發(fā)酵工廠采用的空氣過濾設備大多數(shù)是傳統(tǒng)的 深層過濾設備，濾層厚度一般為12米，所用的過 濾介質一般是棉花、活性炭，也有采用玻璃纖維、 焦炭等。對不同的材料，材料的不同規(guī)格，材料的 填充情況不同，都會得到不同的過濾效果。 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

18、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濾器內徑 稍大的棉墊后，放入器內。 棉藥（玻璃棉）活性炭過濾器示意圖 二、操作要點分析 過程控制 供氧控制 pH控制 溫度控制 補料控制 發(fā)酵液黏度控制 染菌原因分析 發(fā)酵過程控制 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，微 生物細胞濃度，消沫劑等。 控制水平 ：發(fā)酵罐的通氣量一般控制在在0.5-1.0vvm，增大空氣流 量和加快攪拌轉速會提高發(fā)酵單位，但必須加強補料的工藝控制， 防止菌絲早衰自溶。 pH控制 pH過高：

19、添加糖、硫酸或無機氮源；pH過低：加入碳酸鈣、氫氧化 鈉、氨或尿素，也可提高通氣量。（也可利用自動加入酸或堿） 溫度控制 紅色鏈霉菌對溫度比較敏感，31培養(yǎng)，在48h黏度方達到最高峰， 但衰老較慢，黏度下降速度減緩，轉稀時間推遲。 發(fā)酵過程控制 補料控制 （1）還原糖控制在1.2I.5%圍內,15h起每隔6小時加入葡萄糖液（濃 度40%-50%），,直至放罐前1218小時停止加糖。 （2）氮源一般每天補三至四次，根據(jù)發(fā)酵液粘度度的大小決定補入 量的多少，放罐前24小時停止補料，采用發(fā)酵后期滴加通入氨水。 （3）15小時啟動補丙醇。 （4）豆油為消沫劑，宜少量多次加入，24小時啟動補油。 （5）

20、發(fā)酵過程中除了補全料和水之外，其他的補料方式全部采用自 動控制系統(tǒng)，進行自動定時補料。 發(fā)酵過程控制 發(fā)酵液黏度控制 在一定的發(fā)酵液黏度范圍內，紅霉素C的含量與發(fā)酵液黏度呈負相關， 因此適當提高發(fā)酵液黏度能減少紅霉素C組分的比例，提高產(chǎn)品質量。 發(fā)酵液黏度與攪拌功率、氮源補入量及培養(yǎng)溫度有關。通過減慢攪 拌轉速、改變攪拌槳葉型式、降低罐溫、增加有機氮源補入量、滴 加氨水等措施提高發(fā)酵液黏度。但黏度過高會影響溶氧濃度，是發(fā) 酵單位明顯下降，所以必須根據(jù)實際情況進行控制。 防止染菌的要點 染菌是抗生素發(fā)酵的大敵，影響染菌的因素很多，如表2-3所示，而且?guī)щS機 性質，要根據(jù)具體情況來分析染菌原因，找

21、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其他設備漏10.13 泡沫冒頂0.48操作問題10.15 夾套穿孔12.36原因不明24.91 三、設計計算及結果分析 物料衡算 熱量衡算 尺寸及壁厚 設備計算：發(fā)酵罐 冷卻器 攪拌器 種子罐 二級種子罐 一級種子罐 無菌空氣計算 物料衡算及結果分析 基本參數(shù)：基本參數(shù)：已給定發(fā)酵液濃度為5000u/mL，產(chǎn)品純度為98.5% 紅霉素

22、堿效價1000u/mg 提取過程收率取80% 大罐的接種量為底料的10%，中罐的接種量為底料的10% 補料量為底料培養(yǎng)基的20% 每周期生產(chǎn)發(fā)酵液量的計算：每周期生產(chǎn)發(fā)酵液量的計算： 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 設計思路 發(fā)酵罐個數(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)，上封頭因無法裝液，一般不計入容積。 罐的全容積，是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和。

23、 初選100 m3的發(fā)酵罐，查化工工藝手冊知公稱容積為100 m3的 發(fā)酵罐，總容積為118 m3 。 則發(fā)酵罐個數(shù)：123.125（1180.7）1.49，所以取兩個100 m3的 發(fā)酵罐 確定發(fā)酵罐容積及放罐體積，做單個發(fā)酵罐物料衡算 操作方式的確定操作方式的確定 本設計選擇兩臺反應器平行操作方式，具體投料方式如圖3-2所示，則 每個發(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 單個發(fā)酵罐物料衡算理論基礎 以單個發(fā)酵罐為基準的物料衡算過程： 底料培養(yǎng)基 組分 質量（t) 葡萄糖1.51260 淀粉1.26050 黃豆餅粉1.51260 玉米漿0.15126 硫酸

24、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 補料量 10.08t 蒸汽量 1.21t 接種量 5.04t 單個發(fā)酵罐物料衡算結果 小罐小罐 中罐中罐大罐大罐總量總量 成分百分含量質量（kg）百分含 量 質量（ kg） 百分含 量 質量（kg ） 每批物料量 (kg) 每年物料 量(t) 總和1504.2015042.0150420111932.4447

25、7.30 葡萄糖3.0%15.123.0%151.263.00%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

26、.52671.59 26.86 磷酸二氫鉀0.6%3.024-0.02%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 熱量衡算及結果分析 熱量衡算及結果分析 熱量衡算及結果分析 設備計算與選型 表3-1 100 m3發(fā)酵罐的尺寸 發(fā)酵罐的計算與選型發(fā)酵罐的計算與選型 紅霉素發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵，設計 中選用100m3機械攪拌通風式發(fā) 酵罐，兩臺 設備計算與選型 罐內徑 D值（m） 罐筒高

27、 H值（m） 總高度 H總（m） 單個封頭容積 Vb（m3） 圓筒容積 V筒（m3） 罐的總容積 V總（m3） 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)酵罐壁厚的計算發(fā)酵罐壁厚的計算: 算得S=0.55mm查鋼材手冊取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)酵罐的計算 3.冷卻設備計算：冷卻設備計算： （1）冷卻面積的計 對紅霉素發(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

28、換熱器，取經(jīng)驗值K = 4.185（300 500）kJ/ （m3h）,發(fā)酵液溫度31，進水溫度20，出水溫 度29,計算得 m2 （2）最高熱負荷下的耗水量W計算： 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)流體力學方程式 將值代入上式:S=1.1410-2m2 進水總管直徑: 21p Q W ctt 總 W S v 發(fā)酵罐的計算 （3）冷卻管組數(shù)和管徑：設冷卻管總表面積為 ，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無縫管，d內

29、 = 56mm ，g = 5.12kg/m，d內 d，認為可以滿足要求，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500mm，兩 端彎管總長度為L0。 L0 =D = 3.14500 = 1570 mm （4）冷卻管總長度L計算： 冷卻管占有體積：V=0.7850.0632739 = 2.3m3 發(fā)酵罐的計算 （5）每組管長L0和管組高度： 另需連接管8m：L實=L+8 =747 m 一圈管長：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

30、0.15m，則計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際傳熱面積： F實=140.7m2 前有F = 140.4m2，F(xiàn)實F，可以滿足要求。 發(fā)酵罐的計算 4.攪拌器設計攪拌器設計: 機械攪拌通風發(fā)酵的攪拌渦旋輪有三中形式，由于紅霉素發(fā)酵過程 有中間補料操作，對混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。 （1）計算不通氣時的攪拌軸功率：P= 443.5103 W = 43.5 kW （2）計算通風時的軸功率：Pg=59.85 kW （3）電機功率計算P電： 采用三角帶傳動 =0.92；滾動軸承 =0.99，滑動軸承 =0.98；端面密 封增加的功率為

31、1%；代入公式數(shù)值得： 采用額定功率為70kW的電機 種子罐的計算: 罐內徑 D值（m） 罐筒高 H值（m） 總高度 H總（m） 單個封頭容積 V封（m3） 圓筒容積 V筒（m3） 罐的總容積 V總（m3） 1.63.24.040.6436.437.704 罐內徑 D值（m） 罐筒高 H值（m） 總高度 H（m） 單個封頭容積 V封（m3） 圓筒容積 V筒（m3） 罐的總容積 V總（m3） 0.91.81.30.1121.141.36 一級種子罐的計算：一級種子罐的計算： 選型同發(fā)酵罐，采用機械攪拌通風發(fā)酵罐；數(shù)量:2個 二級種子罐的計算：二級種子罐的計算： 選型同發(fā)酵罐，采用機械攪拌通風發(fā)酵

32、罐；數(shù)量:2個 發(fā)酵車間設備一覽表 序號序號設備名稱設備名稱臺數(shù)臺數(shù)規(guī)格規(guī)格/型號型號材料材料備注備注 1發(fā)酵罐2公稱容積100 m3, 4000mmA3鋼 專業(yè)設備 2二級種子罐2公稱容積/，1600mmA3鋼 3一級種子罐2公稱容積1m3,900mmA3鋼 4發(fā)酵罐分過濾器1900mmA3鋼 5種子罐分過濾器1100mmA3鋼 6玉米漿槽120001500A3鋼 7玉米漿泵1IS8050200機體鑄鐵 通用設備 8培養(yǎng)基輸送泵2IS8050200機體鑄鐵 9氨水儲罐1V=3 m3A3鋼 非標準設備 10油儲罐1V=2 m3A3鋼 11糖液罐2V=50 m3A3鋼 12消糖液罐1V=12 m

33、3A3鋼 13消油罐1V=0.5m3A3鋼 14無機鹽槽1V=0.4 m31CR18Ni9Ti 15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 m31CR18Ni9Ti 18糖液計量罐2V=1.5 m3A3鋼 19油計量器1V=0.07 m3A3鋼 20氨水計量罐1V=1 m3A3鋼 非標準設備的選擇原則： 1、起儲存作用的罐、槽主要考慮材質和容量合適，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、起計量作用的

34、設備為使計量結果盡量準確，通常高徑比或高寬比都選的比較 大，如H/D=34，這樣，當變化相同容量時在高度上的變化比較靈敏。要配置 可靠的液位顯示儀表。 無菌空氣的計算及空壓機選型 通入無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，兩級種子罐空氣流速都取1.0vvm vvm:單位時間單位體積培養(yǎng)基中通入標況下的空氣的體積。 發(fā)酵罐中培養(yǎng)基體積為61.56 m3 ，發(fā)酵時間是150 h。 空氣用量V大=空氣流速培養(yǎng)基體積發(fā)酵時間 =0.561.56150=4617 m3 中罐培養(yǎng)基的體積是5.04m3，培養(yǎng)時間是35 h。 V中=1.05.0435=17

35、6.4 m3 小罐培養(yǎng)基的體積是0.504 m3，培養(yǎng)時間是60 h。 V小=1.00.50460=30.24 m3 無菌空氣的計算 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 m3 P2（101325Pa）為標準大氣壓。 計算得出V2= P1V1 / P2 =7.379 103m3 小、中、大罐中無菌空氣的量 小罐（m3）中罐（m3） 大罐（m3） 總量（m3） 換算成標態(tài)量 （m3） 每周期用量 （m3） 每年用量 （m3） 30.24176.44617482

36、3.647.379 103 1.758 1045.90 105 表 小、中、大罐中無菌空氣的量 空壓機選型 空氣壓縮機臺數(shù)的確定: 全車間有2個發(fā)酵罐，每臺裝液61.56 m3；有2臺二級種子罐，共裝液5.04 m3； 2臺一級種子罐，共裝液0.504 m3 設有6臺設備同時需通風，平均通風比按0.5vvm計算。則工作狀態(tài)的最大Vmax = （61.562+5.04+0.504）0.5 =64.33（m3/min）。換算成20，0.1MPa時的體 積： Vmax=95.78 m3/min 考慮到余量再乘1.1倍，則需風量為Vmax=95.781.1=105.37 m3/min 空氣壓縮機選用單吸渦輪空壓機DA350-41，其公稱供氣量350 m3/min，出口壓 強0.4MPa（絕對）。臺數(shù)為1臺。 同時空氣儲罐的體積也可以確定： V=（0.10.2）Vc= 98.9197.8 m3 Vc壓縮機的排氣量m3/min 四、制圖部分 帶控制點的工藝流程圖 車間平面布置圖 本車間工藝過程包括配料消毒、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、設計問題總結與評價 污染控制 廢氣處理 設計亮點及不足 污染源控制 （1）大氣污染控制 （2）人的污染源控制