年產(chǎn)4500噸飼料級(jí)金霉素發(fā)酵工段工藝設(shè)計(jì).doc

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1、 年產(chǎn)4500噸飼料級(jí)金霉素發(fā)酵工段工藝設(shè)計(jì) 生物06-1 高素霞 指導(dǎo)教師 趙宏宇 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是年產(chǎn)4500噸飼料級(jí)金霉素發(fā)酵工段工藝設(shè)計(jì)。金霉素由發(fā)酵法生產(chǎn)，主要用于飼料添加劑方面。設(shè)計(jì)中首先根據(jù)參考資料選定了金霉素發(fā)酵生產(chǎn)的具體工藝流程，通過(guò)物料衡算確定需要60立方米發(fā)酵罐10臺(tái)和8立方米種子罐4臺(tái)，在此基礎(chǔ)上得出發(fā)酵工段所需要的各種原料量，通過(guò)能量衡算確定水、無(wú)菌空氣和蒸汽等的消耗量。然后對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行計(jì)算和選型，得出發(fā)酵罐、種子罐及通用設(shè)備、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備等的結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻裝置、傳動(dòng)裝置，根據(jù)工藝要求確定罐的附屬設(shè)備和輔助設(shè)備以及發(fā)酵過(guò)程中

2、的優(yōu)化控制。最后設(shè)計(jì)了發(fā)酵工廠的車(chē)間布局，提出了相應(yīng)的公用工程、安全衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)等輔助工藝。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)了六張圖紙，分別為發(fā)酵罐裝配圖、種子罐裝配圖、工藝管道及儀表流程圖、廠房車(chē)間布置圖、物料流程圖和設(shè)備一覽表。 關(guān)鍵詞 金金霉素；發(fā)酵；工藝設(shè)計(jì) 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 總論 1.1設(shè)計(jì)依據(jù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)數(shù)理與生物工程學(xué)院下達(dá)的《內(nèi)蒙古科技大學(xué)（本科生）畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》 1.2設(shè)計(jì)范圍 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模為年生產(chǎn)4500噸飼料級(jí)金霉素。 2 概論 2.1 產(chǎn)品名稱 設(shè)計(jì)產(chǎn)品名稱飼料金霉素。 2.2 產(chǎn)品性質(zhì) 2.2.1 分子式: C22H23ClN2O8 2.2.2 性狀 本品為棕色或棕褐色粉末或顆粒，無(wú)結(jié)塊發(fā)霉，無(wú)臭。 2.2.3 耐藥機(jī)制 產(chǎn)生耐藥性主要由于在微生物的金霉素作用部位難于達(dá)到一定濃度，原因包括：微生物外膜對(duì)金霉素的通透性下

8、降，進(jìn)入菌體的藥物減少（如陰性菌）；微生物將金霉素泵出體外，體內(nèi)蓄積量減少（如金黃色葡萄球菌、革蘭陰性菌）；產(chǎn)生滅活金霉素的酶，破壞金霉素結(jié)構(gòu)。另外，微生物可能改變30S小亞基結(jié)構(gòu)，使金霉素?zé)o法結(jié)合作用部位（如腸球菌屬）。 2.3 主要設(shè)計(jì)指標(biāo) 年產(chǎn)量：M=4500 t/a 年工作日：m=330 d 發(fā)酵周期：T=120小時(shí)，其中輔助時(shí)間20小時(shí) 年平均發(fā)酵水平：=28000單位/毫升 裝料系數(shù): =86.7% 提煉總收率：η =93% 2.4 生產(chǎn)金霉素的工藝流程 砂土管孢子→母斜面孢子→挑孢子→子斜面孢子→種子培養(yǎng)液→發(fā)酵液→提煉→混合→包裝→成品 3 工藝計(jì)算

9、 3.1 發(fā)酵罐計(jì)算 3.1.1 根據(jù)年產(chǎn)量計(jì)算每日發(fā)酵液量 由設(shè)計(jì)要求年產(chǎn)量M=150025%+300015%=825 （t/a） 每天放罐發(fā)酵液體積=103.3（m3/d） 取Vd =104 m3/d 取裝料系數(shù)為87%，根據(jù)每日發(fā)酵液體積計(jì)算發(fā)酵罐得公稱體積 調(diào)整到國(guó)內(nèi)常用發(fā)酵罐容積系列，取V0=60 m3 3.1.2計(jì)算發(fā)酵罐數(shù) 3.2 種子罐計(jì)算 3.2.1 種子罐的公稱體積 調(diào)整到國(guó)內(nèi)常用種子罐容積系列，則8m。 3.2.2 種子罐臺(tái)數(shù) 種子罐臺(tái)數(shù) 為了防止由于種子罐種子生長(zhǎng)不良或染菌造成發(fā)酵罐停工待種，取4臺(tái)種子罐。 3.3 物

10、料計(jì)算 3.3.1 發(fā)酵物料計(jì)算 培養(yǎng)基 消前50% V1=30.59 m3 消后53% V1′=34.23 m3 種子液量 9% V2 =5.506 m3 補(bǔ)料量 33% V3 =20.19 m3 氨水 5% V4 =3.059 m3 3.3.2 種子罐物料計(jì)算 培養(yǎng)基 消前 98% V1=5.512 m3 消后 99% V1′=5.568 m3 接種量 1% V2=0

11、.056 m3 3.4熱量計(jì)算 發(fā)酵罐發(fā)酵過(guò)程中的熱效應(yīng)：Q=1900052=9.88105 KJ/h 種子罐發(fā)酵過(guò)程中的熱效應(yīng)：Q′=190005.512=104728 KJ/h 3.5水用量計(jì)算 3.5.1 自來(lái)水 種子罐配料用水 V種=5.518m 發(fā)酵罐配料用水 V發(fā)=30.62m 補(bǔ)料罐配料用水 V補(bǔ)=20.21m 種子罐洗罐用水 V種′=89%=0.72m 發(fā)酵罐洗罐用水 V發(fā)′=609%=5.4m 補(bǔ)料罐洗罐用水 V補(bǔ)′=509%=4.5m 自來(lái)水總用量 V=155.3m3 3.5.2 冷卻用水 冬季冷卻水用量 發(fā)酵罐用水

12、：Q =9.88105 KJ/h W==40519.5 （KJ/h） 種子罐用水：Q′=104728 KJ/h W′==4295.1（KJ/h） 總用水量：W總=W+W′=40519.5+4295.1=44814.6（KJ/h），取W總=45t/h 夏季冷卻水用量 發(fā)酵罐用水：Q =9.88105 KJ/h W==31515.2 （Kg/h） 種子罐用水：Q′=104728 KJ/h W′==3340.6（Kg/h） 總用水量：W總=W+W′ =31515.2+3340.6=34855.8（KJ/h），取W總=35t/h 3.5.3 實(shí)消過(guò)程用水 發(fā)酵罐用水：

13、W1= 種子罐用水：W2= 補(bǔ)料罐用水：W3= 3.6 蒸汽耗量計(jì)算 3.6.1 直接加熱蒸汽耗量 發(fā)酵罐 D1= (1+7%)=5614.8Kg 種子罐 D1′= (1+7%)=1011.8Kg 補(bǔ)料罐 D1′′= (1+7%)=7419.1Kg 3.6.2滅菌保溫時(shí)間內(nèi)蒸汽用量 發(fā)酵罐：D2=47%D1=0.475614.8=2639.0Kg 種子罐：D2′=47%D1′=0.471011.8=475.5Kg 補(bǔ)料罐：D2′′=47%D1′′=0.477419.1=3487.0Kg 3.7 壓縮空氣耗量 發(fā)酵罐 Qg=n∑(vvm)V=100.652=

14、312（m/min） 種子罐 Qg′=41.45.512=30.87（m/min） 3.8 用電量的計(jì)算 ①發(fā)酵罐年用電量1.518106 KWh ②種子罐年用電量95040 KWh ③補(bǔ)料罐年用電量72600 KWh ④泵年用電量24185.7KWh ⑤照明、監(jiān)控室及其他年用電量4950KWh ⑥年總用電量1.1（1.518106+95040+72600+24185.7+4950）=1.886106 KWh 4 典型設(shè)備計(jì)算 4.1發(fā)酵罐 4.1.1 發(fā)酵罐尺寸的計(jì)算 發(fā)酵罐總體積為 V0= Vc+Vb = D2H+D3 則60=D22.2D+D3 D=3

15、.18m 參考資料，將直徑調(diào)整到常用發(fā)酵罐系列則D=3m 則H== =6.88m，圓整后取H=6900mm 查表知公稱直徑D=3200mm，ha =800mm，hb =50mm 罐體總高度：H0=H+2(ha +hb)=6.9+2(0.8+0.05)=8.6m 圓筒部分裝液量：Vc′=V-Vb=52-4.69=47.31m 則圓筒部分液面高：HL′===5.89m 發(fā)酵液體總高度：HL = HL’+ ha + hb =5.89+0.8+0.05=6.74m 4.1.2 發(fā)酵罐攪拌裝置及軸功率計(jì)算 4.1.2.1 攪拌裝置 本設(shè)計(jì)采用六彎葉圓盤(pán)渦輪式最合適。其主要尺寸如下：

16、 攪拌器直徑d=0.4D=0.43200=1280mm 葉寬b=0.2d=0.21280=256mm 葉弦長(zhǎng)L=0.25d=0.251280=320mm 弧長(zhǎng)r=0.375d=0.3751280=480mm 底距C=0.8D=0.83200=2560mm 盤(pán)徑Φ=0.75d=0.751280=960mm 葉距S=1.4d=1.41280=1792mm 彎葉板厚度δ=12mm 4.1.2.2 攪拌軸功率計(jì)算 不通風(fēng)條件下的攪拌功率： P實(shí)= =91.6KW 攪拌器層數(shù)的計(jì)算 由于C+2S< HL

17、.5KW 通風(fēng)條件下的攪拌功率： Pg=0.156()0.45=85.0KW 則PN==100.8KW 查資料，選取電動(dòng)機(jī)功率為115KW，其型號(hào)為YJL12-10；減速機(jī)選用YP系列，根據(jù)要求選窄V帶YPV9-115系列。 4.1.3 發(fā)酵罐的換熱設(shè)備 冷卻器面積計(jì)算： F實(shí)=1.1F=1.1=1.162.57=68.83 m2 冷卻管布置： 進(jìn)水總管直徑計(jì)算 d總===0.12m，查表，選取Ф1334的半圓管，符合要求。 外盤(pán)管設(shè)計(jì)： 取Ф884的半圓管，外盤(pán)管換熱面積F1=24 m2，則： 外盤(pán)管管長(zhǎng)：L1==300m 纏繞圈數(shù)：n1==29.9圈，取30圈。

18、 冷卻管組數(shù)和管徑: 取豎式蛇管n=6組 每組4圈，高L=6.09m 取Ф573.5的無(wú)縫鋼管 4.1.4 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 =mm 圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格取8mm.。橢圓封頭采用同材質(zhì)16Mn鋼材制作，尺寸同上。 4.1.5 接管設(shè)計(jì) 排料管計(jì)算管徑：取無(wú)縫鋼管 通風(fēng)管計(jì)算：通風(fēng)管取無(wú)縫管 因?yàn)橥L(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取無(wú)縫鋼管Φ1594.5可滿足工藝要求。 排料時(shí)間復(fù)核 排料時(shí)間t=0.78h 4.1.6 支座選擇 由于設(shè)備總重量較大，本設(shè)計(jì)選用裙式支。 4．2 種子罐 4.2.1種子罐設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算 V0=Vc+Vb=D2H+D3 根據(jù)取值H=2

19、D， 則8=D22D+D3 解得D=1.68m，將直徑圓整到國(guó)內(nèi)常用發(fā)酵罐系列，取D=1800mm。 D=1800mm時(shí)，ha =450mm，hb =50mm，則 H==m，圓整后取H=3.0m 罐體總高度：H0=H+2(ha +hb)=3.0+2(0.45+0.05)=4.0m 圓筒部分裝液量： Vc′=V-Vb=5.512-0.889=4.623 m 圓筒部分液面高：HL′===1.82m 則罐內(nèi)液體總高度：HL = HL′+ ha + hb =1.82+0.45+0.05=2.32m 4.2.2 種子罐攪拌裝置及軸功率的計(jì)算 4.2.2.1 攪拌裝置 本設(shè)計(jì)采用六彎葉

20、渦輪式。 4.2.2.2 攪拌功率計(jì)算 不通風(fēng)條件下的攪拌功率 P實(shí)= =KW 攪拌器層數(shù)的計(jì)算：由于C+S< HL

21、蛇管n=8組 每組3圈Ф253的無(wú)縫鋼管。 S實(shí)=d均L總=3.1421.8610-3114.6=7.87 m2>7.29 m2，滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2.4發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 =mm，圓整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格取4mm。 橢圓封頭采用同材質(zhì)不銹鋼制作，尺寸同上。 4.2.5接管設(shè)計(jì) 排料管計(jì)算管徑：取無(wú)縫鋼管Φ764 通風(fēng)管計(jì)算：通風(fēng)管取無(wú)縫管Φ573.5 因?yàn)橥L(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取無(wú)縫鋼管Φ764可滿足工藝要求。 排料時(shí)間復(fù)核: 排料時(shí)間t=0.86h 4.2.6支座選擇 選取懸掛式支座，并根據(jù)工廠實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)母淖? 4.3 空氣分過(guò)濾器 4.3.1 發(fā)酵罐

22、空氣分過(guò)濾器的計(jì)算 A. 空氣過(guò)濾器的計(jì)算及設(shè)計(jì) 該發(fā)酵車(chē)間需要最大壓縮空氣的用量V=10600.6+481.4=408.8 m/min 查表，選取JLS-Y-140型空氣過(guò)濾器，Φ10082335mm，4臺(tái)（其中一臺(tái)備用）。 B. 發(fā)酵罐的空氣過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì) 根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè)種子罐最大空氣用量為Vf=10600.6=36m/min。 ①高效金屬過(guò)濾器選型 查表選取JLS-Y-40型號(hào)的高效金屬過(guò)濾器，Φ7081530mm，10臺(tái)。 ②空氣預(yù)過(guò)濾器選型 根據(jù)已選用的JLS-Y-40型號(hào)的高效金屬過(guò)濾器，空氣用量36m/min，查表【12】，選用JLS-YU-40型

23、號(hào)的空氣預(yù)過(guò)濾器, Φ3021395mm,10臺(tái)。 ③蒸汽過(guò)濾器選型 由①、②選型，查表可選JLS-F-1型蒸汽過(guò)濾器，Φ164585mm,10臺(tái)。 ④空氣分布器 在直徑為1.2m、長(zhǎng)為3.768m長(zhǎng)的環(huán)形管上開(kāi)兩列直徑是6mm的小孔，總個(gè)數(shù)為708個(gè)，且小孔與小孔的中心距為10.6mm。 4.3.2種子罐分過(guò)濾器的計(jì)算 根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè)種子罐最大空氣用量為m/min ①高效金屬過(guò)濾器 查表選取JLS-Y-15型號(hào)的高效金屬過(guò)濾器，Φ4081260mm，4臺(tái)。 ②空氣預(yù)過(guò)濾器選型 根據(jù)已選用的JLS-Y-15型號(hào)的高效金屬過(guò)濾器，空氣用量11.2m/min，查表選用JLS

24、-YU-15型號(hào)的空氣預(yù)過(guò)濾器， Φ2381250mm,4臺(tái)。 ③蒸汽過(guò)濾器選型 由①、②選型，查表可選JLS-F-080型蒸汽過(guò)濾器，Φ114500mm,4臺(tái)。 ④空氣分布器 在直徑為500mm、長(zhǎng)為1.57m的環(huán)形管上開(kāi)三列直徑是6mm的小孔，總個(gè)數(shù)為399個(gè)，且小孔與小孔之的中心距為11.8mm。 5 通用設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 5.1 補(bǔ)料泵 a.流量Q：Q=1.51.68=2.52m/h b.揚(yáng)程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表選用IS50-32-200型離心泵，功率0.75KW/h。 5.2 種子罐泵 a.流量Q：Q==12.8m/h b.

25、揚(yáng)程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表選用IS65-50-125型離心泵，功率3KW/h。 5.3 補(bǔ)油泵 a. 流量Q：Q=1.512=18L/h b. 揚(yáng)程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m 查表選用25FB-16A型單級(jí)單吸全不銹鋼耐腐蝕離心泵，功率0.75KW/h 5.4 補(bǔ)氨泵 a. 流量Q：Q=1.50.255=0.38L/h b. 揚(yáng)程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m 查表選用25FB-16A型單級(jí)單吸全不銹鋼耐腐蝕離心泵，功率0.75KW/h。 5.5 泡敵泵 a.流量Q：Q=1.58.49=12.74L/

26、h b.揚(yáng)程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表選用25FB-16A型單級(jí)單吸全不銹鋼耐腐蝕離心泵，功率0.75KW/h 6 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì) 6.1 補(bǔ)料罐 6.1.1 基本尺寸的計(jì)算 取兩個(gè)補(bǔ)料罐罐，公稱容積為50m，裝料系數(shù)為80.8%。 由V0=Vc+Vb=D2H+D3 得D=3.09m，圓整后取D=3100mm H=2D=6200mm，h=815mm 罐體總高：H0=H+2h=6.2+20.815=7.83m 圓筒部分裝液量：Vc′=V-Vb=40.42-4.2=36.22m 圓筒部分液面高：HL′===4.8m 則罐內(nèi)液體總高度：HL

27、= HL′+ h =4.8+0.815=5.305m 6.1.2 攪拌裝置及軸功率的計(jì)算 選用推進(jìn)式攪拌器， d=1.05m 由于C+2S< HL

28、交替使用。 氨水罐公稱容積為10m，全容積為10.8m，直徑為1.8m，圓筒高度為3.6m 經(jīng)計(jì)算得筒體的名義厚度為6mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形上下封頭的名義厚度為6mm，且校核滿足條件。 選取Dg=1800mm的支撐式支座 6.3 泡敵罐 取公稱容積為5m，裝料系數(shù)為81.6%的泡敵罐兩個(gè)交替使用。 泡敵罐公稱容積為5m，全容積為6.27m，直徑為1.5m，圓筒高度為3.0m。 經(jīng)計(jì)算得筒體的名義厚度為4mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形上下封頭的名義厚度為4mm，且校核滿足條件。 選取懸掛式支座。 6.4 植物油罐 取公稱容積為10m，裝料系數(shù)為86.4%的植物油儲(chǔ)罐兩個(gè)交替使用。 植物油罐的公

29、稱容積為10m，全容積為10.8m，直徑為1.8m，圓筒高度為3.6m。 計(jì)算得筒體的名義厚度為6mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形上下封頭的名義厚度為6mm，且校核滿足條件。 選取Dg=1800mm的支撐式支座。 主要參考文獻(xiàn) 1. 吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論[M]，北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1995. 2. 陳洪章.生物工程工程與設(shè)備[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003. 3. 謝昌賢，劉運(yùn)添，王鵬飛，等.衛(wèi)星搭載選育金霉素高產(chǎn)菌的研究[J],內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，37（06）：651-655. 4. 沈自法，唐孝宜.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)[M]，上海：華東理工大學(xué)出版社，1994. 5. 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003. 6. 梁世忠.生物工程設(shè)備[M]，北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008. 7. 陳志平.攪拌與混合設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004. 8. 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下冊(cè)）[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003. 9. 張穎，郝東升.化工設(shè)計(jì)[M]，呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2005.