2022年年产吨硫酸庆大霉素发酵罐设计_.docx

《2022年年产吨硫酸庆大霉素发酵罐设计_.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年年产吨硫酸庆大霉素发酵罐设计_.docx（18页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 1 前言 用而使空气泡打碎,同时由于形成地气液生物反应工程与设备课程设计是生物工程 专业一个重要地、综合性地实践教案环节,要求综合运用所学学问如生化反应工程与生 物工程设备课程来解决生化工程实际问题,混合物密度降低故向上运动,而含气率小 地发酵液下沉,形成循环流淌,实现混合 与溶氧传质 .其结构简洁、不易染菌、溶氧 效率高和耗能低,主要类型有气升环流对培育我们全面地理论学问与工程素养,健式、鼓泡式、空气喷射式等.全合理地学问结构具有重要作用.发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广地设备,是发酵工业地心脏,是连接原料和产物地桥梁 .随着工业技术地进展

2、,市面上显现了种类繁多、功能更加完备地新型发酵罐 .如何挑选或者设计一种合适地发酵罐将会成为一个讨论热点 .本文旨在通过相应地参数运算和设备运算完成年产 20 吨庆大霉素地机械通风发酵罐初步设计 . 图 2 气升式发酵罐原理图2 常见地发酵罐2.1 机械搅拌通风发酵罐2.3 自吸式发酵罐.机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器地作自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩用,使空气和发酵液充分混合,促使氧在发机,而在搅拌过程中自吸入空气地发酵罐酵液中溶解,以保证供应微生物生长繁衍、叶轮旋转时叶片不断排开四周地液体使其.吸发酵所需地氧气,又称通用式发酵罐.可用于啤背侧形成真空,由导气管吸入罐外空气酒发酵、白酒发酵

3、、柠檬酸发酵、生物发酵入地空气与发酵液充分混合后在叶轮末端等.排出,并立刻通过导轮向罐壁分散,经挡板折流涌向液面,匀称分布. 图 1 机械通风发酵罐与机械发酵罐相比,有一个特别地搅拌 器,但没有通气管 .罐为负压,易染菌,当2.2 气升式发酵罐转速较大时,会打碎丝状菌.图 3 自吸式发酵罐气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴3 已知工艺条件（1）年产量： G=20 t （庆大霉素）（2）年工作日： M=300 天（3）发酵周期： t=6 天名师归纳总结 喷射进发酵液中,通过气液混合物地湍流作（4）发酵平均单位： m=1400单位 /毫升第 1 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 -

4、 - - - - - - - - （5）成品效价： p=580单位 /毫克确定发酵罐地高度和直径：名师归纳总结 （6）提炼总效率： p=87% 设发酵罐地圆筒体积为V ,封底体积为V 底.（7）每年按 300 天运算,每天24 小时连续运行 .V =V 筒+V 底（8）装料系数： =75%4 工艺运算V =4D2H2D34.1 由年产量打算每天放罐发酵液体积V d24取 H=1.95DVd1000Gp即.314.195 D33 . 142D350m424Mmp D=3.1m100020580 H=6.0m其中, D 为发酵罐公称直径,H 是发酵罐圆筒高300140087%31.753 md4.

5、6 机械发酵罐壁厚地运算cm4.6.1 运算法确定发酵罐地壁厚4.2 发酵罐公称容积V 和台数地确定S 1S12【PDPC（cm）】V0V d=31. 75=42.43 m式中,n d10.75P设计压力,取最高工作压力地1.05 倍,依据国内发酵罐系列取V 03 50mP=0.4MpaD发酵罐内径, D=310cmn ：每天放罐系数,取n =1 罐；【】A3 钢地许用应力,【】=127Mpa 焊缝系数,取 =0.7：发酵罐装料系数,=75%；C壁厚附加量CC1C2C3发酵罐总台数n=dn发酵周期C 钢板负偏差,取C10 .8 mm n=16=6 台）C 为腐蚀欲量,取 2C =2mm 2发酵

6、周期 =每罐批发酵时间+帮助时间帮助时间 =进料时间 +灭菌操作时间 +移种时间C 加工减薄量,取C =0,代入上式得+放罐压料时间 +清洗检修时间4.3 发酵罐实际产量CC 1C2C30 .820.028 mm5042 4.23 . 582023.58吨年年,台S120.43100. 40.280.98100078 . 6千克1270. 73004.6.2 封头壁厚运算4.4 每吨产品需要地发酵液量500 .75477.103 m /th -椭圆封头地直边高度m,取h =0.05m0.0786第 2 页,共 9 页h -椭圆封头短半轴长度,h =1 D 40 .774.5 机械通风发酵罐地高

7、度和直径D.12 时,一般使用HD1 . 752D.1 2 时,HD23标准椭圆封头地厚度运算公式如下：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - S22【PDPC（cm）底距 C=d i =1.0m】搅拌叶间距 S=D=3.1m 式中, P=0.4Mpa, D=310cm ,【 】=127Mpa弯叶板厚 =12mmC =0.08cm,C =0.2cm,C =0.1cm4.7.2 搅拌轴功率地运算 4.7.2.1 不通风情形地搅拌轴功率 不通风情形地搅拌轴功率随着液体地性 质、搅拌器地势式、罐地结构尺寸地不同 而不同 .经过大量试验可得功率准数CC 1C2C30

8、 . 38cm,=0.7代入上式,得 : S220 4.3100 . 40 . 38.1 07 cm127.0 7查钢材手册圆整为S =12mm. 2（Np）和搅拌雷诺指数（R ）之间地函4.7 发酵罐搅拌装置运算和轴功率运算 4.7.1 搅拌装置 发酵罐地搅拌器一般都采纳圆盘地涡轮搅 拌器,搅拌叶地势式有平叶、弯叶、箭叶三 种,其形状见下图：图 4 三种常用涡轮搅拌器 搅拌叶形式地挑选是发酵罐设计中地一个数关系：Np=fR e=p - 3 n5 D iP=Npn35 D i其中： p：搅拌功率（公斤米秒）（ 1千瓦 =102 公斤米秒） n：搅拌器转速（转秒）D ：搅拌器直径（M ）：液体密

9、度（公斤/3 m ）由化工原理可知：R e104湍流R e10滞流关键 .本次设计,由于庆大霉素发酵过程有中 间补料操作,对混合要求较高,因此选用六 弯叶涡轮搅拌器 .该搅拌器地各部分尺寸与罐径 D 有肯定比例 关系,现将主要尺寸列出：搅拌器叶径 d i =D/3=3.1/3=1.03m 取 d i =1.m挡板宽 B=0.1 d i =0.1 1=0.1m名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 10R e10 10过渡流六箭叶涡轮浆Np=3.7图 5 NpR e 曲线工作状态时,通常发酵罐内发酵液都需要上式公式只适用于湍

10、流和滞留,过渡流处于湍流状态,因此使用NpR e曲线图,线图运算无通气时地搅拌率比较方便,算出R ,并查地Np值,就搅拌功率即可由下式运算（生物工厂设计）pNpN3D513,DDi3i上式是依据HDWD0.,1BDi如不符合上述条件,可用下面公式校正：P 实（DD iHD iP33功率运算：已知 n=170 转/分（工厂供应数据）13Di1 .03 米,一般Di/D12-13,本设计取rg10509 .81107 公斤秒2 /米4（r1. 05吨米3,工厂测定数据）Np=4.7由公式名师归纳总结 时N 不是一个常数,必需从NpR e曲线P.47107170351 . 03Di第 4 页,共 9

11、 页3 60查询 . 13260. 52 kgm/s110 .5 kW当R e4 10 ,属于湍流区 .此时地流体（见校正得：图 5）称为牛顿型流体,由上图试验得出地P 实（3 .11 .03） 61 .03 1105.曲线来看,该区N 不随R 地增加而增加,33基本上趋于水平线,也就是说Np为一常数 .1543.kW依据一般搅拌器之间地距离S=1.5-2.5六平叶涡轮浆Np=6.0搅拌器个数 =发酵罐筒体高度 搅拌器间距六弯叶涡轮浆Np=4.7- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - =260317o C ,出口 20o C .1 . =2.9 个取 3 个

12、2 倍：夏季：气温17 Co时采纳循环水进口一般,三个搅拌器为单个搅拌器地P 实154 . 32308 6.kW10o C ,出口 20o C .4.7.2 通风条件下地搅拌功率冬季冷却水循环水用量运算：名师归纳总结 由风速估量WCQ冷t1第 5 页,共 9 页通风情形下地搅拌功率将下降,当风速大于t230M/ 小时,通风功率仅为不通风地40-50%发酵热效应1.2就P =308 6.45 %138 9.kW.比热（冷却水出口温度-冷却水入口温度）由体会公式估量4.4704001.2密氏公式（生物工厂设计）18（20-17）P gKP23 nD i.045其中 K=0.15645t/hQ0.5

13、6夏季冷却水用量运算： =0. 156308.62.1701 .033.045WCQ冷t10.056t2 50751 .2 =109.1kW发酵热效应1.2比热（冷却水出口温度-冷却水入口温度）设机械传动效率为0.84.4704000）12.就Pg109.2136.4kW18（20-10.8135./th从上面可以看出,基本功率约为137kW.取 14 吨/时 .4.8 发酵罐冷却水量和冷却面积运算4.8.3 冷却器面积运算4.8.1 发酵热效应Q 热QPV 1FQ其中Q 热：发酵热效应 KJ/hktQ:发酵热效应470400 kJ/hQ ：发酵热 3500kCal/m3 h=14700KJ/

14、m 3hK:传热系数200-450 kC al/2 mo hCV :发酵液体积 323 m取 K=300kCal/m2hoCt平均温差Q 热1470032470400kJ/h（t罐t-进）（t罐-t出各种发酵液发酵热见下表： v24.8.2 冷却水量地运算34172342015.5发酵过程,冷却水系统按季节气温地不同,采纳冷却水系统也不同,为了保证发酵液生FQt300470400155.242.m2产,夏季必需使用冰水.K4.18冬季：气温17Co时采纳循环水进口取 25m2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4.9 蒸汽消耗量运算生产取 38mg-mo

15、l/l.h ,依据抗生素生产工发酵罐蒸汽消毒有三种方法：实消、连艺学） P1037-30公式：耗氧率 =单位时间消、空消 .庆大霉素经常采纳实消方法.实消蒸汽用量最大,蒸汽直接通入罐内与发酵液等内进口空气中氧地含量单位时间内出口一起加热,使罐温从80-90 C快速升温至空气中氧地含量1 发酵液的体积120 C o以达到灭菌地成效.保温时间内蒸汽用G6013 10 C 进-C 出）122 . 4V量按升温用汽量地30-50%进行运算 .：耗氧速率mg-mol/l.h4.9.1 直接蒸汽混合加热蒸汽消耗量地运算：D 1GC t2t 1 1G：空气流量3 m/min it2CG 进：进口空气含量 2

16、1%D ：蒸汽消耗量 kgG 出：出后空气含量 19.8%（工厂数据）G：被加热料液量 kg,已知为 323 mG60rV22 . 42t ：加热终止时地料液温度120 C o3 10 0 . 21.0 198 38500 . 75622 4.1t ：加热开头时地料液温度o 35 CI：蒸汽焓 KJ/kg ,0.4MPa 焓为 650kCal/kg：热缺失 5-10%,取 5%603 100 . 210 . 198 3 266 m/min运算结果和通风比运算结果特别接近,进一按通风比运算切合实际 .D3360044.181204 .35 10 .05 5 管道设计650. 18120185.1

17、 接管设计56581. kgkg接管地长度h 设计各接管地长度h 依据直径大小和有无保温4.9.2 灭菌保温时间内地蒸汽用量D2层,一般取100200mm接管直径地确定D =0.5 2D 10 . 55658 1.2829 . 05主要依据流体力学方程式运算.已知物料地体4.10 发酵罐发酵过程中需要压缩地空气量 4.10.1 通风比运算法发酵工厂压缩空气量一般都是依据实际生 产体会以通风比来打算,如庆大霉素工厂提积流量,又知各种物料在不怜悯形下地流速,即可求出管道截面积,运算出地直径再休整到 相近地钢管尺寸即可 . 通风管地管径运算供地通风比1:1.2-1.5该罐实装醪量32m3已知发酵罐5

18、03 m 6 台,装料系数75%,取通风比为 1:1.2,就压缩空气需要量：Q5060 .751 .22703 m/min 设 1h 内排空,就物料体积流量Q 32 0 . 0088 m 3/ s3600 1发酵醪流速取 V=1m/s名师归纳总结 4.10.2 耗氧率地运算方法就排料管截面积为.00088 m2第 6 页,共 9 页F 物F物Q.0 0088各种微生物地耗氧率因种类地不同而不V1同,其范畴大致为25-100mgmol/l.h 庆大霉素- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - F 物0 . 785 d2V ：冷却水流速,v=1m/s3 代入上式,

19、S =12.5 10名师归纳总结 就管径dF 物.00088.0 11 m取冷却管组数和管径第 7 页,共 9 页0 . 7850 . 785设管径为d ,组数为 n,就无缝钢管 121x4适用 .如按通风管运算,压缩空气在0.4Mpa 下,S 总=n.0.785.d20支气管气速为20m/s,通风比 1:1.2.20 C 0,依据本罐情形,取n=3,求管径,由上式0.1Mpa 下：得：Q=32x1/1.2=25.8m3/min0. 43m3/sd0S 总12 . 51030 . 0728 m运算到 0.4Mpa, 30 C 0状态下：0 . 785 n30 . 785Q f0 . 43.01

20、273300 . 11 m3/s取查金属材料表选取不锈钢无缝钢管表,选取 83 4无缝管,d 内=75mm,.0427320风速 v=20m/s,就风管截面积fF 为：d 内d0,满意要求,平均d平=77mm.FQf0 . 11.0 0055 m2v20现取竖蛇管圈端部u 型弯管曲径为F f20 . 785 d 气,就气管直径d 气为：250mm,就两直管距离为500mm,两端弯管总长度d气0 . 0055.0083 m0ll 0D3.145001570（ mm）.0 785冷却管总长度L 运算取 d= 95x4 无缝管,就满意工艺要求.有前知冷却管总面积F=25 由此可知：现取无缝钢管 83

21、 4,每 M 长冷却面积为就进料口：d= 121x4 封头F 03 .140.07710 .24m2排料口：d= 121x4 罐底进气口：d= 95x4 封头就LF251042.m排气口：d= 95x4 罐底F 00. 24椭圆人孔： 300x400mm 封头5.2 蛇管地运算L实际L4=104.2+4=108.2m冷却管总面积冬季最高峰时w=45t/h=12.5Kg/s ,冷却水体冷却管占有体积V=0.785 0.0732 104.2=0.44m3积流量为 12.5Kg/s,取冷却水在竖直蛇管中流速 1m/s,依据流体力学方程式,冷却管总每组管长L 和管组高度截面积S 为：L 0L104 .

22、334 .8 mS 总w vn3两端弯管总长L0=1570mm,两端弯管总高式中：W：冷却水体积流量,w=12.5 103m3/s为 500mm,就直管部分高度：h=H-500=3400-500=2900 （mm）,就一圈管长- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - l2hl02290015707370mm型支座三种 .立式支座也分为三种即：悬挂支座,支撑式和裙式支座.每组管子圈数n02对于75m3以上地发酵罐,由于设备总n0L034.85 圈重量较大,应选用裙式支座.本设计L7.37V=3 50m选用支撑式支座.现取管间距2.5D 外2.50.0770. 1

23、9m,竖直蛇管6 参考文献【1】郑裕国 .生物工厂设备 M 北京 .化学工与罐壁地最小距离为0.15m,就可运算出与业出版社, 2007搅拌器地距离在答应范畴内（不小于【2】吴思芳 .发酵工厂工艺设计概论M 北200mm）.京.轻工业出版社,2006【3】梁世忠 .生物工程设备2022,7校核布置后冷却管地实际传热面积F 实nd平均L实0 . 079108 . 227 m【 4】曲文海,朱有庭化工设备设计手册M.2005,6而前有 F=25.7 ,F 实F,可满意要求 .【5】陈乙崇等搅拌设备设M.1988,15.3 支座挑选发酵设备常用支座分为卧式支座和立式支座.其中卧式支座又分为支腿,圈型

24、支座,鞍设计结果汇总工程工艺尺寸工程大小名师归纳总结 发酵罐公称体积Vn50m3实际装液量P）313 m第 8 页,共 9 页罐径 D罐压 P3100mm0.4MP罐高 H6000mm通气量 Q270m3/min封头短半轴ha770mm通风时搅拌抽功率（136.4kW涡轮搅拌器直径D i1030mm不通气时轴功率（P ）0138.9kW发酵罐壁厚S 19.8mm搅拌转速N2170r/min- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 封头壁厚 S 210.7mm夏季冷却水用量W45t/h名师归纳总结 人孔300X400mm冬季冷却水用量W14t/h第 9 页,共 9 页冷却管总长1082000mm冷却器面积F252 m蛇管直管高度2900mm蛇管弯管高度500mm进/出料口 121x4mm进/出气口 95x4mm蛇管直径 83 4mm搅拌器挡板宽100mm搅拌器挡板长200mm- - - - - - -