机械搅拌通风发酵罐的设计.docx
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机械搅拌通风发酵罐的设计
课程设计报告
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第一章前言
青霉素是一类抗生素的总称。
自从被发现以来，就被人们广泛应用于医疗行业。
是用应得最多的一类抗生素，从此很多医学难题迎刃而解。
也使人们致力于青霉素及其相关技术的研究。
青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。
它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。
它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。
通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。
继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。
青霉素发酵是通气发酵[2]，该生产工艺和设备具有很强的典型性，本设计对味青霉素发酵罐的选型及计算作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。
第二章绪论
2．1青霉素的概述.
青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。
青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。
青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。
2.2青霉素的应用
青霉素类抗生素的毒性很小，由于β-内酰胺类作用于 细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，是化疗指数最大的抗生素。
临床应用：
主要控制敏感金黄色葡糖球菌、链球菌、肺炎双球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、螺旋体等引起感染，对大多数革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体有抗菌作用。
青霉素针剂和口服青霉素能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。
工业应用：
可用于生产柠檬酸、延胡索酸、葡萄糖酸等有机酸和酶制剂。
2.3青霉素的发酵工艺流程
（1）丝状菌三级发酵工艺流程
冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h,1:
1.5vvm）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h,1:
1.5vvm）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天,1:
0.95vvm）——发酵液
（2）球状菌二级发酵工艺流程
冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h,1:
1.5vvm）——种子培养液（26~25-24°C，发酵，7天，1：
0.8vvm）——发酵液
第三章设计方案的分析、拟定
青霉素发酵是好氧发酵，而我设计的是一台高径比为2.5,50m3通风机械搅拌发酵罐。
经查阅资料[1]可知生产青霉素的菌种主要是产黄青霉菌，该菌种的最适发酵温度在20～27℃,最适pH6.5～6.9，培养基的主要成分包括碳源、氮源、无机盐（包括微量元素）和前体等。
这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。
而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。
说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。
表3-1 发酵罐主要设计条件
项目及代号
参数及结果
备注
发酵菌种
产黄青霉菌
根据参考文献[1]选取
工作压力
0.3MPa
由工艺条件确定
设计压力
0.4MPa
由工艺条件确定
发酵温度（工作温度）
20～30℃
根据参考文献[1]选取
设计温度
150℃
由工艺条件确定
冷却方式
蛇管冷却
由工艺条件确定
培养基
根据参考文献[1]选取
发酵液密度
由工艺条件确定
发酵液黏度
由工艺条件确定
第四章机械通风发酵罐的设计
4.1机械搅拌发酵罐的总体结构
发酵罐主要由罐体、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。
罐体主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等一些附件，构成了完整的通风机械搅拌发酵罐。
4.2几何尺寸的确定
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.5，则H=2.5D
初步设计：
设计条件给出的是发酵罐的公称体积（50m3）
公称体积V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和
全体积V0－－公称体积和上封头体积之和
封头体积
发酵罐全体积V0=（π/4）D2H+0.15D3
假设H0/D=2，根据设计条件发酵罐的公称体积为50m3
由公称体积的近似公式V1=（π/4）D2H0+015D3
可以计算出罐体直径D=3074.30㎜近似为3100mm
罐体总高度H=2.5D=2.5×3074.30㎜=7685㎜
取整为7685
查阅文献【2】，当公称直径DN=3100mm时，标准椭圆封头的曲面高度ha=775mm，直边高度
，总深度为Hf=815mm，内表面积Af=10.8m2，容积Vf=4.2m3
可得罐筒身高H0=H-2Hf=7685-2×815=6055mm
则此时H0/D=6055/3100=1095322，与前面的假设相近，
故可认为D=3100mm是合适的
发酵罐的全体积V1=（π/4）D2H0+2Vf=55.195m3≈56m3
搅拌叶直径取Di=1000mm，其中Di/D=1000/3100=0.32符合
搅拌叶间距S=2Di=1000×2=2000mm
底搅拌叶至底封头高度c=Di=1000mm
挡板高度B=0.1D=310mm
椭圆封头短半轴的长度ha=0.25D=775mm
表4-1大中型发酵罐技术参数
公称容量
筒体高度
H（mm）
筒体直径
mm
换热面积
转速
r/min
电机功率
kw
10
3200
1800
12
150
7.5
21
4700
2200
21
154
30
30
6600
2400
34
180
45
50
7000
2800-3000
38-60
160
55
60
8000
3000-3200
65
160
65
75
8000
3200
84
165
100
100
9400
3600
114
170
130
200
11500
4600
221
142
215
表4-2200m3发酵罐的几何尺寸
项目及代号
参数及结果
备注
公称体积
50
设计条件
全体积
56
计算
罐体直径
3100
计算
发酵罐总高
7685
计算
发酵罐筒体高度
6055
计算
搅拌叶直径
1000
计算
椭圆封头短半轴长
775
计算
椭圆封头直边高度
40
计算
底搅拌叶至封头高度
1000
计算
搅拌叶间距
2000
计算
5罐体主要部件尺寸设计与计算
5.1罐体
考虑压力、温度、腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构与罐体连接方式。
因为青霉素发酵是在弱酸性条件下进行的，对罐体不会造成太大地腐蚀，所以罐体和封头都选择16Mn不锈钢作为材料，封头设计为标准椭圆封头，因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。
5.2罐体壁厚
5.3封头壁厚
5.4人孔和视镜
为了方便发酵罐内部附件安装、修理及对内部设备的检查、清洗，根据任务目标要求，选用回转盖式人孔。
查相关手册选用DN500mm人孔，密封面形式为突面，安装位置在上封头处。
考虑到增加开孔会降低罐体强度，因此将人孔也当手孔。
选择DN100试镜，其中之一为带灯试镜，分别安装在上封头对称的两侧。
5.5接管口
以进料口为例计算，设发酵醪液流速v=1m/s，2h 排尽。
发酵罐料液体积：
V1=56×0.75=42m³，
物料体积流量Q=42/（3600×2）=0.00583m³/s，
则排料管截面积F=Q/v=0.00583m2，又F=0.785d2， 得d=m。
取无缝钢管，查GB/8163-87，
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