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1、 年產4500噸飼料級金霉素發(fā)酵工段工藝設計 生物06-1 高素霞 指導教師 趙宏宇 摘 要 本次畢業(yè)設計的任務是年產4500噸飼料級金霉素發(fā)酵工段工藝設計。金霉素由發(fā)酵法生產，主要用于飼料添加劑方面。設計中首先根據參考資料選定了金霉素發(fā)酵生產的具體工藝流程，通過物料衡算確定需要60立方米發(fā)酵罐10臺和8立方米種子罐4臺，在此基礎上得出發(fā)酵工段所需要的各種原料量，通過能量衡算確定水、無菌空氣和蒸汽等的消耗量。然后對主要設備進行計算和選型，得出發(fā)酵罐、種子罐及通用設備、非標準設備等的結構尺寸、冷卻裝置、傳動裝置，根據工藝要求確定罐的附屬設備和輔助設備以及發(fā)酵過程中

2、的優(yōu)化控制。最后設計了發(fā)酵工廠的車間布局，提出了相應的公用工程、安全衛(wèi)生與環(huán)境保護等輔助工藝。根據計算結果，設計了六張圖紙，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、廠房車間布置圖、物料流程圖和設備一覽表。 關鍵詞 金金霉素；發(fā)酵；工藝設計 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設計依據 內蒙古科技大學數理與生物工程學院下達的《內蒙古科技大學（本科生）畢業(yè)設計任務書》 1.2設計范圍 根據設計任務書，本設計的生產規(guī)模為年生產4500噸飼料級金霉素。 2 概論 2.1 產品名稱 設計產品名稱飼料金霉素。 2.2 產品性質 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，無結塊發(fā)霉，無臭。 2.2.3 耐藥機制 產生耐藥性主要由于在微生物的金霉素作用部位難于達到一定濃度，原因包括：微生物外膜對金霉素的通透性下

8、降，進入菌體的藥物減少（如陰性菌）；微生物將金霉素泵出體外，體內蓄積量減少（如金黃色葡萄球菌、革蘭陰性菌）；產生滅活金霉素的酶，破壞金霉素結構。另外，微生物可能改變30S小亞基結構，使金霉素無法結合作用部位（如腸球菌屬）。 2.3 主要設計指標 年產量：M=4500 t/a 年工作日：m=330 d 發(fā)酵周期：T=120小時，其中輔助時間20小時 年平均發(fā)酵水平：=28000單位/毫升 裝料系數: =86.7% 提煉總收率：η =93% 2.4 生產金霉素的工藝流程 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 工藝計算

9、 3.1 發(fā)酵罐計算 3.1.1 根據年產量計算每日發(fā)酵液量 由設計要求年產量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 取裝料系數為87%，根據每日發(fā)酵液體積計算發(fā)酵罐得公稱體積 調整到國內常用發(fā)酵罐容積系列，取V0=60 m3 3.1.2計算發(fā)酵罐數 3.2 種子罐計算 3.2.1 種子罐的公稱體積 調整到國內常用種子罐容積系列，則8m。 3.2.2 種子罐臺數 種子罐臺數 為了防止由于種子罐種子生長不良或染菌造成發(fā)酵罐停工待種，取4臺種子罐。 3.3 物

10、料計算 3.3.1 發(fā)酵物料計算 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 補料量 33% V3 =20.19 m3 氨水 5% V4 =3.059 m3 3.3.2 種子罐物料計算 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熱量計算 發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的熱效應：Q=1900052=9.88105 KJ/h 種子罐發(fā)酵過程中的熱效應：Q′=190005.512=104728 KJ/h 3.5水用量計算 3.5.1 自來水 種子罐配料用水 V種=5.518m 發(fā)酵罐配料用水 V發(fā)=30.62m 補料罐配料用水 V補=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 補料罐洗罐用水 V補′=509%=4.5m 自來水總用量 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 實消過程用水 發(fā)酵罐用水：

13、W1= 種子罐用水：W2= 補料罐用水：W3= 3.6 蒸汽耗量計算 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 補料罐 D1′′= (1+7%)=7419.1Kg 3.6.2滅菌保溫時間內蒸汽用量 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 典型設備計算 4.1發(fā)酵罐 4.1.1 發(fā)酵罐尺寸的計算 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算 4.1.2.1 攪拌裝置 本設計采用六彎葉圓盤渦輪式最合適。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L=0.25d=0.251280=320mm 弧長r=0.375d=0.3751280=480mm 底距C=0.8D=0.83200=2560mm 盤徑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 攪拌軸功率計算 不通風條件下的攪拌功率： P實= =91.6KW 攪拌器層數的計算 由于C+2S< HL

17、.5KW 通風條件下的攪拌功率： Pg=0.156()0.45=85.0KW 則PN==100.8KW 查資料，選取電動機功率為115KW，其型號為YJL12-10；減速機選用YP系列，根據要求選窄V帶YPV9-115系列。 4.1.3 發(fā)酵罐的換熱設備 冷卻器面積計算： F實=1.1F=1.1=1.162.57=68.83 m2 冷卻管布置： 進水總管直徑計算 d總===0.12m，查表，選取Ф1334的半圓管，符合要求。 外盤管設計： 取Ф884的半圓管，外盤管換熱面積F1=24 m2，則： 外盤管管長：L1==300m 纏繞圈數：n1==29.9圈，取30圈。

18、 冷卻管組數和管徑: 取豎式蛇管n=6組 每組4圈，高L=6.09m 取Ф573.5的無縫鋼管 4.1.4 發(fā)酵罐壁厚的計算 =mm 圓整到標準規(guī)格取8mm.。橢圓封頭采用同材質16Mn鋼材制作，尺寸同上。 4.1.5 接管設計 排料管計算管徑：取無縫鋼管 通風管計算：通風管取無縫管 因為通風管也是排料管，故取兩者的大值。取無縫鋼管Φ1594.5可滿足工藝要求。 排料時間復核 排料時間t=0.78h 4.1.6 支座選擇 由于設備總重量較大，本設計選用裙式支。 4．2 種子罐 4.2.1種子罐設計尺寸的計算 V0=Vc+Vb=D2H+D3 根據取值H=2

19、D， 則8=D22D+D3 解得D=1.68m，將直徑圓整到國內常用發(fā)酵罐系列，取D=1800mm。 D=1800mm時，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算 4.2.2.1 攪拌裝置 本設計采用六彎葉

20、渦輪式。 4.2.2.2 攪拌功率計算 不通風條件下的攪拌功率 P實= =KW 攪拌器層數的計算：由于C+S< HL

21、蛇管n=8組 每組3圈Ф253的無縫鋼管。 S實=d均L總=3.1421.8610-3114.6=7.87 m2>7.29 m2，滿足設計要求。 4.2.4發(fā)酵罐壁厚的計算 =mm，圓整到標準規(guī)格取4mm。 橢圓封頭采用同材質不銹鋼制作，尺寸同上。 4.2.5接管設計 排料管計算管徑：取無縫鋼管Φ764 通風管計算：通風管取無縫管Φ573.5 因為通風管也是排料管，故取兩者的大值。取無縫鋼管Φ764可滿足工藝要求。 排料時間復核: 排料時間t=0.86h 4.2.6支座選擇 選取懸掛式支座，并根據工廠實際情況做適當的改變 4.3 空氣分過濾器 4.3.1 發(fā)酵罐

22、空氣分過濾器的計算 A. 空氣過濾器的計算及設計 該發(fā)酵車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型空氣過濾器，Φ10082335mm，4臺（其中一臺備用）。 B. 發(fā)酵罐的空氣過濾系統設備的計算及設計 根據發(fā)酵工藝，每個種子罐最大空氣用量為Vf=10600.6=36m/min。 ①高效金屬過濾器選型 查表選取JLS-Y-40型號的高效金屬過濾器，Φ7081530mm，10臺。 ②空氣預過濾器選型 根據已選用的JLS-Y-40型號的高效金屬過濾器，空氣用量36m/min，查表【12】，選用JLS-YU-40型

23、號的空氣預過濾器, Φ3021395mm,10臺。 ③蒸汽過濾器選型 由①、②選型，查表可選JLS-F-1型蒸汽過濾器，Φ164585mm,10臺。 ④空氣分布器 在直徑為1.2m、長為3.768m長的環(huán)形管上開兩列直徑是6mm的小孔，總個數為708個，且小孔與小孔的中心距為10.6mm。 4.3.2種子罐分過濾器的計算 根據發(fā)酵工藝，每個種子罐最大空氣用量為m/min ①高效金屬過濾器 查表選取JLS-Y-15型號的高效金屬過濾器，Φ4081260mm，4臺。 ②空氣預過濾器選型 根據已選用的JLS-Y-15型號的高效金屬過濾器，空氣用量11.2m/min，查表選用JLS

24、-YU-15型號的空氣預過濾器， Φ2381250mm,4臺。 ③蒸汽過濾器選型 由①、②選型，查表可選JLS-F-080型蒸汽過濾器，Φ114500mm,4臺。 ④空氣分布器 在直徑為500mm、長為1.57m的環(huán)形管上開三列直徑是6mm的小孔，總個數為399個，且小孔與小孔之的中心距為11.8mm。 5 通用設備的設計與選型 5.1 補料泵 a.流量Q：Q=1.51.68=2.52m/h b.揚程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 補油泵 a. 流量Q：Q=1.512=18L/h b. 揚程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m 查表選用25FB-16A型單級單吸全不銹鋼耐腐蝕離心泵，功率0.75KW/h 5.4 補氨泵 a. 流量Q：Q=1.50.255=0.38L/h b. 揚程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m 查表選用25FB-16A型單級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.揚程H：H=1.1H0=1.18.6=9.46m m 查表選用25FB-16A型單級單吸全不銹鋼耐腐蝕離心泵，功率0.75KW/h 6 非標準設備的設計 6.1 補料罐 6.1.1 基本尺寸的計算 取兩個補料罐罐，公稱容積為50m，裝料系數為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算 選用推進式攪拌器， 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 經計算得筒體的名義厚度為6mm，標準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，裝料系數為81.6%的泡敵罐兩個交替使用。 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。 經計算得筒體的名義厚度為4mm，標準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，裝料系數為86.4%的植物油儲罐兩個交替使用。 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。 計算得筒體的名義厚度為6mm，標準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 1. 吳思方.發(fā)酵工廠工藝設計概論[M]，北京：中國輕工業(yè)出版社，1995. 2. 陳洪章.生物工程工程與設備[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2003. 3. 謝昌賢，劉運添，王鵬飛，等.衛(wèi)星搭載選育金霉素高產菌的研究[J],內蒙古大學學報（自然科學版），2006，37（06）：651-655. 4. 沈自法，唐孝宜.發(fā)酵工廠工藝設計[M]，上海：華東理工大學出版社，1994. 5. 中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊（上冊）[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2003. 6. 梁世忠.生物工程設備[M]，北京：中國輕工業(yè)出版社，2008. 7. 陳志平.攪拌與混合設備設計選用手冊[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2004. 8. 中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊（下冊）[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2003. 9. 張穎，郝東升.化工設計[M]，呼和浩特：內蒙古大學出版社，2005.