洁霉素发酵车间设计课程设计(编辑修改稿)

洁霉素发酵车间设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

4 2 8mW d C D         可知计算合格。 由于通气量较大，搅拌充分，可采用单孔管作为通气装置。 空气流量V =4000m3/h，压力 P =. 取管内空气流速 u =25m/s，则通气管的内径为 4 4 4 0 0 0 0 2 3 8 m2 5 3 6 0 0p    . 选取  299 8mm 热轧无缝钢管，其内径 pD =，实际气速为 224 4 4 0 0 0 2 4 9 8 m / s0 2 3 8 3 6 0 .    发酵罐的结构尺寸示意图见图 22。 图 3 发酵罐结构尺寸示意图（单位： cm） 采用 Rushton 算图法计算 不通气时，发酵罐内为均相系，其搅拌功率与搅拌雷诺数 Re 有关： 2ndRe  (24) 其中  为液体密度， n 为搅拌转速，  为液体密度。 洁霉素发酵液的粘度一般为 60103mPas[4]，其密度可取  =1100kg/m3。 搅拌转速为 60r/min，则其搅拌雷诺数为 22 431 1 0 0 1 1 4 4 3 8 0 2 1 06 0 1 0n d .R e .      搅拌功率查 Rushton 算图计算 [8]，得六片弯叶圆盘涡轮在 Re= 104时功率因数 1 为 ，当 Re 300 且符合全挡板条件时，则一个搅拌桨的搅拌功率为 3 5 3 51 4 6 1 1 0 0 1 1 4 4 2 7 2 1 k WN n d . . .      选 2 层桨，所以总功率为 12 54 42kWN N . 通气时，由于气泡的存在而使液体的表观密度降低，功率 gN 减小。 gN 可用下式计算 [3]： 22 1 . 9 64 . 3 8 0 . 1 1 53l g 1 9 2 ( ) ( ) ( ) ( )dDggNQd d n d nN D g n d （ 25） gNN = kW 本发酵罐的容积较大 ( 5m3)，因此应选用竖直蛇管作为换热装置 [3]。 一般抗生素在发酵过程中发酵热 Q 为 1625MJ/m3h [5]， 本设计中取 Q =20MJ/ m3h。 发酵液的体积为。 冷却水的入口温度 1t 取 18℃ ，出口温度 2t 取 25℃，其定性温度 12 18 25 otttC    水在该温度下的物性数据为  =pc =(kg℃ ) k =(m℃ )  =s 冷却水耗量    32 0 1 0 8 0 0 1 5 1 8 k g / s4 1 8 2 2 5 1 8 3 6 0 .c t tp    取管内流速 2m/s，分四段同时进水，则换热管内径为 4 4 1 5 .1 8 0 .0 4 9 2 m4 9 9 8 .2 2W cD p nu        所以选用  4mm 的热轧无缝钢管，内径为。 核算流速 24 4 m /spn W cu D 罐温为 30℃，求算平均温度差： 1 30 18 12 Ct    2 30 25 5 Ct    21211 2 5 8 . 0 0 C12lnln 5mttt tt       发酵罐中竖直蛇管换热的总传热系数经验值可取为 K =400kJ/(m2h℃ )[9]，据此值计算换热面积 F ： 3 22 0 1 0 8 0 . 0 0 1 1 9 . 6 2m4 . 1 8 4 0 0 8 . 0 0mQF Kt      换热管所需长度为 1 1 9 . 6 2 1 4 9 . 9 0 m4 0 . 0 6 3 5 4oFL d   [4] 湿热灭菌是直接用加压湿蒸汽进行物或设备容器的灭菌。 湿热灭菌是发酵生产中普遍使用的灭菌方法。 用蒸汽将物料升温到 115140℃，保持一定时间，可杀死各种微生物。 常用的灭菌条件是 120℃、 20— 30 分钟。 蒸汽在冷凝时释放出大量潜热，并具有强大的穿 透力，且在高温及有水分存在的条件下，微生物细胞中的蛋白质极易凝固而引起微生物的死亡，故湿热灭菌具有经济和快速的特点，尤其适用于大量培养基及发酵设备的灭菌。 实罐灭菌 (简称实消 ) 是将饱和蒸汽直接通入装有配制好的培养基的发酵设备进行灭菌的一种方法。 此法不要另外的专用灭菌设备，因而具有投资少、操作简便、染菌机会少等优点，但是，使用蒸汽较集中，而且发酵设备的利用率较低。 淀粉培养基灭菌一般选用 120℃ 125℃，灭菌 30 分钟。 本设计采用 125℃， 30min 灭菌。 取灭菌蒸汽压力为 （表压），查饱和水蒸 汽表 [8]得其温度为 ℃，汽化潜热为。 实罐灭菌分为加热、保温和冷却三个阶段，其时间和蒸汽量可分别计算。 加热阶段 加热阶段的蒸汽消耗量为 221 fsG c ( t t ) Q 39。 S  （ 26） 其中 G 为培养基重量， 2st 和 2ft 分别为加热开始和结束时培养基的温度， 39。 Q 为发酵罐散失的热量，一般取加热所需热量的 1020%；  为加热蒸汽的潜热。 取 Q39。 为加热所需热量的 20%，则    22 41 8 0 0 0 1 1 0 0 4 1 8 4 1 2 5 1 8 1 2 0 2 2 8 9 1 0 k g2 0 6 5 1 2fsG c t t Q 39。 . . %S. .         加热阶段的时间为 121 12ln sfttGcKF t t   (27) 其中 c 为培养基比热（可取 (kg ℃ )）， 1 t 为加热蒸汽温度。 所以 121128 0 . 0 0 1 1 0 0 4 . 1 8 4 1 5 1 . 7 1 8l n l n 2 . 9 6 h1 6 7 3 . 6 1 1 9 . 6 2 1 5 1 . 7 1 2 5sfttGcK F t t         保温阶段 保温阶段为 30min 即 . 保温阶段的蒸汽耗量一般为直接加热时的 3050%[3]，取 40%即 43214 0 4 0 2 2 8 9 1 0 9 1 5 6 1 0 k gS % S % . .      冷却阶段 冷却阶段的时间为 1213 2 1 2ln1 ssfsttGc AW c A t t   (2 8) 其中  2exp /A K F W c (2 9a) c1 和 c2 分别为培养基和冷却水的比热， t1s和 t1f分别为培养基开始冷却和冷却结束时的温度， t2s为冷却水的入口温度。 冷却水的流量 W 取 40kg/s，则  2 4 . 1 8 4 4 0 0 1 1 9 . 6 2e x p / e x p 1 . 3 94 0 3 6 0 0 4 . 1 8 4A K F W c    3 1212 1 28 0 . 0 0 1 1 0 0 4 . 1 8 4 1 . 3 9 1 2 5 1 8l n l n 4 . 7 6h1 4 0 3 6 0 0 4 . 1 8 4 1 . 3 9 1 3 0 1 8ssfsttGc AW c A t t                     所以蒸汽总耗量为 4 3 412 2 2 8 9 1 0 9 1 5 6 1 0 3 2 0 5 1 0 k gS S S . . .        灭菌总时间为 1 2 3 h          第三章 种子罐各部分设计计算 结构尺寸 一级种子罐仍选用通用式发酵罐，其直径为 03 3 3 1 2 11 7 0 1 7 0VD...m 取 D =，罐身高度 2 2 1 3 2 6H D . .   m. 根据椭圆形封头标准 JB115473[9]， D= 的椭圆形封头 ha=325mm，hb=25mm. 验算总容积 tV ：    2 2 3111 3 2 6 0 0 0 2 5 1 3 3 7 7 m4 6 4 6tbV D H h D . . . . .                  所以总容积符合要求。 该种子罐的容积较小，可在底部安装一个六叶圆盘涡轮式后弯叶搅拌器。 搅拌器的结构尺寸为： 0 3 6 0 3 6 1 3 0 4 6 8 md . D . . .    0 468mB d . 1 . 21 . 2 0 . 3 5 0 . 3 5= 1 . 3 0 . 1 2 m6bWD n   . 0 2 0 2 0 1 2 0 0 2 4 mC . W . . .    2 2 0 7 5 6 m DW d C .   空气流量 V=150m3/h，压力 P=. 取管内空气流速 u=25m/s，则通气管的内径为 4 4 1 5 0 0 0 4 7 m2 5 3 6 0 0p    . 选取  60 3mm 热轧无缝钢管，其内径 Dp=，实际气速为 224 4 1 5 0 1 8 2 m / s0 0 5 4 3 6 0 .    搅拌功率 搅拌雷诺数为 22 331 1 0 0 1 0 4 6 8 4 0 1 5 1 06 0 1 0n d .R e .      查 Rushton 算图 [8]得六片弯叶圆盘涡轮在 Re= 103时功率因 数  为 当 Re300 且符合全挡板条件时，搅拌功率 3 5 3 54 5 11 00 1 0 46 8 11 1 13 WN n d . . .      通气时有 22 1 . 9 64 . 3 8 0 . 1 1 53l g 1 9 2 ( ) ( ) ( ) ( )dDggNQd d n d nN D g n d gNN= 93  换热装置 一级种子罐体积小于 5m3，可采用 外夹套作为换热装置。 取装填系数  =75%，种子液的体积为 75%=. 夹套的传热系数可取 K=150 kJ/(m2h℃ )[9]，换热面积 21 3 2 6 1 0 6 2mF D H . . .     由以上数据可求出对数平均温差 320 10 2 83 8 49 2 C4 18 4 15 0 10 62 om . .    冷却水入口温度 1t 为 18℃，试差得出口温度 2t 为 ℃。 冷却水耗量    321 1 7 1 0 2 3 6 0 5 2 2k g / s4 1 8 3 2 5 . 1 2 0 3 6 0 0c p t t .      蒸汽灭菌量及时间 一级种子罐仍采用实罐灭菌。 . 加热阶段的蒸汽消耗量为    22 21 3 1 4 1 1 0 0 4 1 8 4 1 2 5 2 0 1 1 8 8 6 7 1 0 k g2 0 6 5 1 2fsG c t t Q 39。 . . %S. .         加热阶段的时间为 121123 . 1 4 1 1 0 0 4 .。