紅霉素發(fā)酵工藝設(shè)計

1、2024/4/3,,紅霉素發(fā)酵工藝設(shè)計,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一、本設(shè)計的任務(wù)要求及基本資料,,二、流程設(shè)計及操作工藝分析,,三、設(shè)計計算及結(jié)果分析,,四、工藝流程圖與設(shè)備布置設(shè)計,,五、設(shè)計問題總結(jié)與評價、建議,匯報內(nèi)容有以下幾個方面,任務(wù)及要求,設(shè)計項目建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案： 建設(shè)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(shè)計的任務(wù)和要求如

2、下：a. 設(shè)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(shè)計計算c.完成工藝路線中所涉及設(shè)備的計算和選型或設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計d.作出帶控制點的工藝流程圖，設(shè)備平面布置圖和設(shè)備立面布置圖e.在上述設(shè)計工作的基礎(chǔ)上，編寫出項目設(shè)計報告,紅霉素的簡介,結(jié)構(gòu)：紅霉素是由紅霉內(nèi)酯與去氧氨基己糖 和紅霉糖縮合而成的堿性苷。紅霉內(nèi)酯環(huán)含 有13個碳原子，內(nèi)酯環(huán)的C-3通過氧原子與紅 霉糖相聯(lián)結(jié)，C-5通過氧原子與去

3、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(jié)構(gòu)式,紅霉素的發(fā)現(xiàn)與分類,紅霉素為大環(huán)內(nèi)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

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

5、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(nèi)。,培養(yǎng)基的確定,培養(yǎng)基選擇的一般原則：1.生物學(xué)原則：根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)和反應(yīng)需求，設(shè)計培養(yǎng)基。營養(yǎng)物質(zhì)組成較豐富，濃度適當(dāng)，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(dāng)，特別是有機(jī)氮和無機(jī)氮

6、源，C/N比。紅霉素培養(yǎng)液中一般C/N比為20∶1。一定條件下，各種原材料之間不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。具有適宜的pH和滲透壓。2.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.低成本原則：原材料要因地制宜，來源方便，豐富，質(zhì)量穩(wěn)定，質(zhì)優(yōu)價廉，成本低。4.高效經(jīng)濟(jì)原則：生產(chǎn)安全，環(huán)境保護(hù)，高質(zhì)量，最高得率，最小副產(chǎn)物。,培養(yǎng)基中各組分功能,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

7、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(dú)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：常用有機(jī)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(jī)氮源有銨鹽、氨水和硝酸鹽

8、。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。無機(jī)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(zhì)的性質(zhì)，把無機(jī)氮源可分為生理酸性物質(zhì)和生理堿性物質(zhì)。生理酸性物質(zhì)是代謝后能產(chǎn)生酸性物質(zhì)，如（NH4）2SO4利用后，產(chǎn)生硫酸。生理堿性物質(zhì)是代謝后能產(chǎn)生堿性物質(zhì)，如硝酸鈉利用后，產(chǎn)生氫氧化鈉。生產(chǎn)中常常加入無機(jī)氮源來調(diào)節(jié)pH值，一舉兩得。,培養(yǎng)基的確定,無機(jī)鹽和微量元素: 無機(jī)鹽和微量

9、元素是生理活性物質(zhì)的組成成分或具有生理調(diào)節(jié)作用，磷（核酸）、硫、鐵（細(xì)胞色素）、鎂、鈣（調(diào)節(jié)細(xì)胞膜透性）、錳、銅、鋅（輔酶或激活劑）、鈷、鉀、鈉（調(diào)節(jié)滲透壓）、氯。一般低濃度起促進(jìn)作用，高濃度起抑制作用。生長因子：生長因子是指微生物生長不可缺少的微量有機(jī)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(jìn)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

10、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(jié)構(gòu)沒有發(fā)生多大的變化。前體明顯提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)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(jìn)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：菌體細(xì)胞的主要成分，營養(yǎng)傳遞的介質(zhì)。良好導(dǎo)體，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長。,本設(shè)計中培養(yǎng)基的具體比例：,工藝設(shè)計原則和流程確定,工藝設(shè)計原則

11、 進(jìn)行工藝流程設(shè)計，必須考慮的幾個原則：（1）保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)的技術(shù)和設(shè)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(nèi)到達(dá)設(shè)計生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并做到生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。從本設(shè)計的總體來看，菌種選用的是德國進(jìn)口的發(fā)酵效價很高的一種，生產(chǎn)工藝來看是國內(nèi)用的比較多

12、的一種，其中補(bǔ)料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國內(nèi)很先進(jìn)的設(shè)備。（3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。本設(shè)計完全滿足要求。（4）安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全。（5）生產(chǎn)過程幾乎全部采用的機(jī)械化，部分系統(tǒng)自動化。能穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。,孢子培養(yǎng),34℃10天,孢子培養(yǎng),34℃9天,種子培養(yǎng),35℃60-70h,種子培養(yǎng),34℃35-40h,發(fā)酵,31℃150h,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

13、,凈化,空氣,無菌空氣,孢懸液,pH調(diào)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（

14、1.0vvm）培養(yǎng)35-40h，后期適當(dāng)補(bǔ)料，完成后以10%接種量接種進(jìn)行發(fā)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(bǔ)料，視代謝情況，后期適當(dāng)補(bǔ)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(xué)藥劑滅菌、射線滅菌和介質(zhì)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

15、進(jìn)行過濾除菌。,培養(yǎng)基與發(fā)酵設(shè)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)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)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(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。,連續(xù)滅菌與間歇滅菌,由于連續(xù)滅

16、菌設(shè)備成本高，操作難，易染菌，極易導(dǎo)致發(fā)酵失敗，通過綜合考慮我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀和設(shè)計條件，我們對所有的培養(yǎng)基均選擇實罐滅菌。,無菌空氣制備過程,基本過程： 空氣過濾除菌設(shè)備一般是把吸氣口吸入的空氣先進(jìn)行壓縮前過濾，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)。從空氣壓縮機(jī)出來的空氣(一般壓力在0.2MPa以上，溫度120~160°C)，先冷卻至適當(dāng)溫度(20~25°C)除去油和水，再加熱至30~35°C，最后通過總空氣過濾器和分過

17、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(zhì)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,二級冷卻器,旋風(fēng)分離器,過濾器,加熱器,蒸汽過濾器,,蒸汽（含銹渣）,進(jìn)發(fā)酵罐,,無菌空氣,空氣凈化流程圖,絲網(wǎng)過濾器,壓縮機(jī),粗過濾器,壓縮空氣儲罐,空氣除菌設(shè)備,高空取氣管：為遠(yuǎn)離地面幾十米的管子，每升高10米，空氣中雜菌降低

18、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：攔截空氣中較大的灰塵以保護(hù)空氣壓縮機(jī)，同時也起到一定的除菌作用，減輕做過濾器的負(fù)擔(dān)。過濾介質(zhì)：泡沫塑料（平板式）、無紡布式（折疊式）?？諝鈮嚎s機(jī)：克服輸送過程中過濾介質(zhì)的阻力并維持一定的氣流速度。 作用：提供動力以克服以后各設(shè)備的阻力?？諝赓A罐：消除壓縮機(jī)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(jī)安裝。有些裝有冷卻管。,空氣除菌設(shè)備,冷

19、卻器：壓縮后的高溫空氣能引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒，增大發(fā)酵罐的降溫負(fù)荷，增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)一般用列管式冷卻器進(jìn)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(jié)構(gòu)。氣液分離設(shè)備:除去空氣中的水和油，以保護(hù)過濾介質(zhì)。  旋風(fēng)分離器——利用離心力進(jìn)行沉降，對于10μm以上的微粒分離效率較高。特點：結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、分離效率高。絲網(wǎng)分離器——利用慣性進(jìn)行攔截，分離效率較高，能除去2～5μm的細(xì)小顆粒。去除1μ

20、m以上的粒子，去除率為98%。空氣的加熱:進(jìn)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10～15°C 左右），降低相對濕度（達(dá)50%～60%）后，輸入過濾器。 用列管換熱器或套管加熱器。,旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu),絲網(wǎng)過濾器結(jié)構(gòu),空氣過濾器,目前發(fā)酵工廠采用的空氣過濾設(shè)備大多數(shù)是傳統(tǒng)的深層過濾設(shè)備，濾層厚度一般為1～2米，所用的過濾介質(zhì)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

21、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2～3cm，纖維直徑為16～20μm，實重度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(nèi)徑稍大的棉墊后，放入器內(nèi)。,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(bǔ)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

22、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(zhì)，微生物細(xì)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(zhuǎn)速會提高發(fā)酵單位，但必須加強(qiáng)補(bǔ)料的工藝控制，防止菌絲早衰自溶。pH控制  pH過高：添加糖、硫酸或無機(jī)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

23、）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(dá)到最高峰，但衰老較慢，黏度下降速度減緩，轉(zhuǎn)稀時間推遲。,發(fā)酵過程控制,補(bǔ)料控制（1）還原糖控制在1.2～I(xiàn).5%圍內(nèi),15h起每隔6小時加入葡萄糖液（濃度40%-50%），,直至放罐前12～18小時停止加糖。（2）氮源一般每天補(bǔ)三至四次，根據(jù)發(fā)酵液粘度度的大小決定補(bǔ)入量的多少，放罐前24小時停止補(bǔ)料，采用發(fā)酵后期滴加通入氨水。（3）15小時啟動補(bǔ)丙醇。（

24、4）豆油為消沫劑，宜少量多次加入，24小時啟動補(bǔ)油。（5）發(fā)酵過程中除了補(bǔ)全料和水之外，其他的補(bǔ)料方式全部采用自動控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動定時補(bǔ)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(nèi)，紅霉素C的含量與發(fā)酵液黏度呈負(fù)相關(guān)，因此適當(dāng)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(zhì)量。發(fā)酵液黏度與攪拌功率、氮源補(bǔ)入量及培養(yǎng)溫度有關(guān)。通過減慢攪拌轉(zhuǎn)速、改變攪拌槳葉型式、降低罐溫、增加有機(jī)氮源補(bǔ)入量、滴加氨水等措施提高發(fā)

25、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(jìn)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(jī)性質(zhì)，要根據(jù)具體情況來分析染菌原因，找到解決途徑。,,三、設(shè)計計算及結(jié)果分析,物料衡算熱量衡算 尺寸及壁厚 設(shè)備計算：發(fā)酵罐 冷卻器

26、 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(jié)果分析,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(bǔ)料量為底料培養(yǎng)

27、基的20%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：20÷40＝0.5t發(fā)酵液放罐體積：V＝0.5×0.985÷0.8×1000÷5000×1000＝123.125 m3 密度取1t/ m3，則M＝123.125 m3,設(shè)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，

28、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。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?cè)莘e為118 m3 。 則發(fā)酵罐個數(shù)：123.125÷（118×0.7）≈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,本設(shè)計選擇兩臺反應(yīng)器平行操作方式，具體投料方式如圖3

29、-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(chǔ),以單個發(fā)酵罐為基準(zhǔn)的物料衡算過程：,,單個發(fā)酵罐物料衡算結(jié)果,,,,物料消耗量表,熱量衡算及結(jié)果分析,熱量衡算及結(jié)果分析,熱量衡算及結(jié)果分析,設(shè)備計算與選型,表3-1 100 m3發(fā)酵罐的尺寸,發(fā)酵罐的計算與選型紅霉素發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵，設(shè)計中選用100m3機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐，兩臺,,,,設(shè)備計算與選型,表3-1 10

30、0 m3發(fā)酵罐的尺寸,1.發(fā)酵罐的尺寸:,2.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：711×7 = 4977（kg）。,發(fā)酵罐的計算,3.冷卻設(shè)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4.2×6000 kJ/m3·h,采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗

31、值K = 4.185×（300－500）kJ/ （m3·h·℃）,發(fā)酵液溫度31℃，進(jìn)水溫度20℃，出水溫度29℃,計算得 m2 （2）最高熱負(fù)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1.14×10-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s根據(jù)流體力學(xué)方程式

32、 將值代入上式:S=1.14×10-2m2 進(jìn)水總管直徑:,,,,,發(fā)酵罐的計算,（3）冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為 ，管徑d，組數(shù)為n，則： = n·0.785d2 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φ63×3.5無縫管，d內(nèi) = 56mm ，g = 5.12kg/m，d內(nèi)>d，認(rèn)為可以滿足要求，d平均＝60mm。

33、 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 =πD = 3.14×500 = 1570 mm（4）冷卻管總長度L計算： 冷卻管占有體積：V=0.785×0.0632×739 = 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 =2&

34、#215;4150+1570=9870 mm（6）每組管子圈數(shù)n：13 現(xiàn)取管間距為2.5D外=2.5×0.063=0.16 m，豎蛇管與管壁的最小距離為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(shè)計: 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵的攪拌渦

35、旋輪有三中形式，由于紅霉素發(fā)酵過程 有中間補(bǔ)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= 443.5×103 W = 43.5 kW （2）計算通風(fēng)時的軸功率：Pg=59.85 kW （3）電機(jī)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1%；代入公式數(shù)值得：采用額定功率為70kW

36、的電機(jī),,種子罐的計算:,,一級種子罐的計算：選型同發(fā)酵罐，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐；數(shù)量:2個,二級種子罐的計算：選型同發(fā)酵罐，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐；數(shù)量:2個,發(fā)酵車間設(shè)備一覽表,非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選擇原則：,1、起儲存作用的罐、槽主要考慮材質(zhì)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(diào)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

37、用的設(shè)備為使計量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，通常高徑比或高寬比都選的比較大，如H/D=3—4，這樣，當(dāng)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(jī)選型,通入無菌空氣的溫度保持在40～50℃，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(biāo)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1

38、50 h。空氣用量V大=空氣流速×培養(yǎng)基體積×發(fā)酵時間 =0.5×61.56×150=4617 m3中罐培養(yǎng)基的體積是5.04m3，培養(yǎng)時間是35 h。 V中=1.0×5.04×35=176.4 m3小罐培養(yǎng)基的體積是0.504 m3，培養(yǎng)時間是60 h。

39、 V小=1.0×0.504×60=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 P1·V1 = P2·V2其中P1=0.155MPa V1=4823.64 m3 P2（101325Pa）為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。計算得出V2= P1·V1 / P2 =7.379 103m3

40、 小、中、大罐中無菌空氣的量,表 小、中、大罐中無菌空氣的量,,空壓機(jī)選型,空氣壓縮機(jī)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(shè)有6臺設(shè)備同時需通風(fēng)，平均通風(fēng)比按0.5vvm計算。則工作狀態(tài)的最大V′max =（61.56×2+5.04+0.504）×0.5 =64.33（m3/min）。換算成20℃，

41、0.1MPa時的體積： Vmax=95.78 m3/min考慮到余量再乘1.1倍，則需風(fēng)量為Vmax=95.78×1.1=105.37 m3/min 空氣壓縮機(jī)選用單吸渦輪空壓機(jī)DA350-41，其公稱供氣量350 m3/min，出口壓強(qiáng)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=（0.1～0.2）Vc= 98.9～197.8 m3 Vc──壓縮機(jī)的排氣量m3/min,四、制圖

42、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(shè)計問題總結(jié)與評價,污染控制廢氣處理設(shè)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（3）物料的污染源控制（4）空調(diào)系統(tǒng)污染控制（5）生產(chǎn)過程中的污染控制散播

43、過程控制 塵粒和微生物在其散發(fā)，傳播過程中都有可能對其他物品造成污染。其污染主要包括：流動污染和表面污染?？刂品椒ㄖ饕紤]：①控制塵粒和微生物的擴(kuò)散 ②降低塵粒和微生物的濃度,由于染菌問題后果嚴(yán)重，必須注重污染控制,廢氣處理和利用,發(fā)酵生產(chǎn)過程中要排放大量的廢氣、廢渣、廢水，如果不認(rèn)證治理，將給生態(tài)環(huán)境造成很大的壓力。對于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、

44、廢渣，能回收利用的要盡量回收，不能回收利用的要經(jīng)過必要處理后達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)再排放。發(fā)酵車間排出的CO2純度可達(dá)到99%以上，但由于含有少量的有機(jī)雜質(zhì)，因此必須經(jīng)水、高錳酸鉀、溶液洗滌，活性炭、硅膠或分子篩等吸附劑凈化干燥后，再經(jīng)造氣壓縮機(jī)壓縮成液體二氧化碳裝瓶使用或售出。國外已使用大型恒溫貯槽車裝運(yùn)低溫二氧化碳，以提高制冷量和工作效率，降低成本。,二氧化碳處理流程示意,本設(shè)計選擇兩臺反應(yīng)器錯時操作方式,錯開兩臺發(fā)酵罐投料時間，節(jié)約人

45、力物力，更大化利用設(shè)備及生產(chǎn)人員。該生產(chǎn)工藝路線整個過程嚴(yán)格按照發(fā)酵滅菌要求，做了詳細(xì)的空氣凈化流程工藝并對防止雜菌污染也做了考慮。 此次設(shè)計的生產(chǎn)工藝路線具有生產(chǎn)方便、操作可靠、能耗低、后續(xù)處理比較簡單等特點。大體上符合綠色設(shè)計的要求。做到了既環(huán)保又安全的要求。,設(shè)計亮點：,存在的不足，主要有：紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基各成分量的確立，因數(shù)據(jù)不足，只能根據(jù)一般培養(yǎng)基成分配制原則及一般經(jīng)驗值進(jìn)行確立。 考慮到連續(xù)滅菌設(shè)備成本高，操作難

46、，易染菌，極易導(dǎo)致發(fā)酵失敗，我們對所有的培養(yǎng)基均選擇實罐滅菌。但發(fā)酵罐的利用率較低。由于發(fā)酵工程熱量分析復(fù)雜，且一般實際生產(chǎn)的經(jīng)驗值也難以查到，只做了大概的熱量衡算分析。設(shè)備選型數(shù)據(jù)太少，未做經(jīng)濟(jì)和成本核算。對AutoCAD、ChemCAD等化工設(shè)計軟件掌握不到位。缺乏實踐經(jīng)驗，對設(shè)備、生產(chǎn)缺乏直觀印象，易于想當(dāng)然。,參考文獻(xiàn),[1] 何建勇,夏煥章,倪孟祥.發(fā)酵工藝學(xué)（第二版）[M].北京:中國醫(yī)藥科技出版，2009.[2]

47、 曹軍衛(wèi),馬輝文,張甲耀.微生物工程第二版）[M].北京:科學(xué)出版社,2007.[3] 劉振宇.發(fā)酵工程技術(shù)與實踐 [M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2007.[4] 吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2008.[5] 梅樂和,姚善涇，林東強(qiáng).生化生產(chǎn)工藝學(xué)[M]. 北京:科學(xué)出版社,1999.[6] 化工設(shè)計簡明手冊[7] 俞文和.新編抗生素工藝學(xué) [M].北京：中國建材工業(yè)出版社,1996