土霉素车间工艺课程设计.docx
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土霉素车间工艺课程设计
课程设计
题目：
年产800吨土霉素工厂设计
设计内容26页
图纸4张
指导老师：
学生姓名：
学号：
所在班级：
年产800吨土霉素车间工艺设计
摘要
本次设计为生产规模800吨/年的土霉素车间。
土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素提取工艺为用草酸（或磷酸）做酸化剂调节pH值,利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。
本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、枯燥等。
设计中借鉴了实际发酵车间的布置，设计为3层车间，共安装5个发酵罐，1个酸化罐，2个二级种子罐，1个一级种子罐，1个通氨罐，2个补料罐，1个板框过滤器，1个结晶罐，脱色罐，喷雾式枯燥器等等相关设备。
第1.1节引言
第1.2节设计目标任务
第1.3节本次设计的根本内容
第一章绪论
1.1引言
土霉素Terramycin（Oxytetracycline）分子式如图一所示，化学名：
6-甲基-4-〔二甲氨基〕-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。
图一土霉素分子式
土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。
许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。
其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等亦较敏感。
临床上用于治疗上呼吸道感染﹑胃肠道感染﹑斑疹伤寒﹑恙虫病等。
常见副作用有：
肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反响，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿〔俗称四环素牙〕，B族维生素缺乏等。
由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药
请设计年产800吨〔成品含量：
99%〕土霉素工厂设计
一、根底数据
设计年产量M=800t/a
成品效价Ud=1000单位/毫克
年平均发酵水平Uf=35000单位/毫升
年工作日m=310d/a
1、发酵根底工艺参数
土霉素的发酵周期T为184小时，辅助时间为10小时，
发酵中罐周期为44小时，辅助时间4小时
发酵周期为35小时，辅助时间3小时
接种比为5%，液体损失率为15%
大罐一个发酵周期内所需全料的量为：
32m3
大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：
17m3
逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的15%
大、中、小罐通气量、、〔每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量〕
氨氮的利用情况，培养20-40小时，每4小时补一次,每次10-15L，控氨水平在45mg/100ml以上
培养基配比：
小罐
中罐
大罐
全料
稀料
组成
配比〔%〕
配比〔%〕
配比〔%〕
配比〔%〕
配比〔%〕
黄豆饼粉
淀粉
氯化钠
碳酸钙
磷酸二氢钾
磷酸氢二钾
植物油
4
1
2、提取根本工艺参数
名称
参数
名称
参数
脱色岗位收率
99.24%
发酵液效价
35000u/ml
结晶枯燥岗位收率
86%
滤液效价
11000u/ml
过滤岗位收率
116%
母液效价
1370u/ml
总收率
99%
湿晶体含水量
30%
发酵液密度
/L
酸化液中草酸含量
2.3%g/ml
滤液密度
/L
酸化加黄血盐量
0.25%g/ml
20%氨水密度
/L
酸化加硫酸锌量
0.18%g/ml
氨水加量
12%
成品含水量
1.5%
脱色保存时间
30-50分钟
酸化加水量
230%v/v
/s
土霉素提取操作工艺参数一览表
名称
反响时间（τ+τ、）/h
装料系数φ
酸化稀释
4
结晶
8
工艺流程设计
根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比拟，工艺流程与工艺条件确定的论证。
简述工艺流程。
工艺计算
物料衡算：
每个工序画工艺流程简图，列出所有工艺参数，计算，列出衡算表，发酵和提取列出物料衡算总表。
热量衡算：
不要求
设备选型：
大、中、小罐、通氨、补料罐的尺寸及数量；大罐的罐壁、封头、搅拌装置及轴功率。
提取工段各工序主要设备尺寸及数量。
管道设计：
大罐主要接管设计，提取各种设备的主要连接管道。
完成初步设计阶段图纸：
设备流程图、车间平面布置图。
第二章工艺流程设计
土霉素生产工艺流程简介
土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素生产工艺主要含发酵和提取两大步。
提取工艺为用草酸（或磷酸）做酸化剂调节pH值,利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。
本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、枯燥等。
2.2土霉素生产总工艺流程图
发酵液
酸化
稀释
稀释液
板框过滤
菌丝
122#树脂脱色
脱色液
过滤
结晶
氨水
滤液
母液
离心别离
湿晶体
枯燥
土霉素产品
结晶液
草酸，黄血盐，硫酸锌，去离子水
发酵
第三章物料衡算
总物料衡算
纯品土霉素的量：
800×99%=792t/a
效价：
792×109××1014单位/a
土霉素的生产过程总收率为99%
×1014/99%=8×1014单位/a
发酵液的效价：
35000单位/ml
发酵液的体积：
8×1014×1010×104m3
枯燥工序物料衡算
湿晶体
干燥
干晶体
水分
干晶体重：
800×〔1-1.5%〕=788t/a
应除去的水分：
788×〔0.43-0.02〕=323.08t/a
湿晶体的量：
788+323.08=1111.08t/a
表3-1枯燥工序物料衡算表
枯燥前
枯燥后
工程
质量t/a
质量t/d
工程
质量t/a
质量t/d
湿晶体的量
干晶体的量
788
除去的水分
总量
总量
脱色结晶工序物料衡算
脱色提取
滤液
氨水
母液
湿晶体
母液效价：
1370u/ml氨水加量：
12%
×106×35000×99.24%×116%×〔1-86%〕/1370×106m3
×
湿晶体：
3.58t/d
表3-2脱色提取工序物料衡算表
脱色提取前
脱后色提取
工程
质量〔t/d〕
质量（t/周期）
工程
质量〔t/d〕
质量（t/周期）
滤液
母液
氨水
湿晶体
总量
总量
酸化稀释过滤工序物料衡算
酸化稀释过滤
草酸1.70t/d
黄血盐0.18t/d
硫酸锌0.13t/d
水16t/d
发酵液11t/d
菌丝10.59t/d
滤液27t
发酵液效价：
35000u/ml滤液效价：
11000u/ml
×106×35000××106m3
×103×1.02=277.57t
每天/t
×103×2.3%×10-3
×103×0.75%×10-3
×103×0.18%×10-3
×
×103×
表3-3酸化稀释过滤工艺物料衡算表
酸化过滤前
酸化过滤后
工程
质量〔t/d〕
质量（t/周期）
工程
质量〔t/d〕
质量（t/周期）〕
草酸
滤液
黄血盐
菌丝
硫酸锌
水
发酵液
总量
总量
发酵工序物料衡算
发酵
发酵液73.73m3/d
损失1m3/d
2m3/d
7m3/d
氯化钠0.17m3/d
碳酸钙1m3/d
植物油0.34m3/d
接种量1.61m3/d
氨〔碱〕0.09m3/d
配料水7m3/d
×104/315=73.73m3
逃液，蒸发，取样，放灌损失总计为总料液的15%
×15%/〔1-15%〕=13.01m3
3
大罐一个发酵周期内所需全料的量：
32m3一天内所需：
32/194×24=3.95m3
大罐一个发酵周期内所需稀料的量：
17m3一天内所需：
17/194×24=2.10m3
发酵前参加的物料量：
〔73.73+12.66〕-3.95-2.10=80.69m3
每天每周期〔×194/24〕
×××3%=2.62m321.19m3
×8%+3.95××3%=6.77m354.76m3
××0.4%=0.17m31.37m3
×××0.4%=0.91m37.37m3
××1%=0.34m32.79m3
×20%/194×24=1.61m313.04m3
××6=0.09m30.73m3
配料水：
71.93m3581.43m3
表4发酵工序物料衡算表
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
工程
体积〔m3/d）
体积〔m3/周期）
工程
体积〔m3/d）
体积〔m3/周期）
黄豆饼粉
发酵液
595.98
淀粉
损失
氯化钠
碳酸钙
植物油
接种量
氨〔碱〕
配料水
总量
总量
第四章设备选型
发酵罐的选型
选用机械涡轮搅拌通风发酵罐。
生产能力、数量和容积确实定
4.1.2.1发酵罐容积确实定：
选用200m3罐，全容积为230m3
4.1.2.2生产能力的计算：
选用公称容积为200m3的发酵罐，装料系数为0.7,那么该罐生产土霉素的能力为:
200×0.7=140（m3）
由前面的物料衡算中，年产800吨土霉素的工厂,日产m3的土霉素。
发酵的操作时间需要194h（其中发酵时间184h）,这样生产需要的发酵罐应为：
N=×194/24=〔罐〕取整后需5台
每日投〔放〕罐次为：
140=（罐）
4.1.2.3设备容积的计算：
由前面的物料衡算中，年产800吨土霉素的工厂,日产m3的土霉素，每天的发酵液的量：
V0=（m3/d）
所需设备总容积：
V=×194/（24×0.7）=（m3）
查表公称容积为200m3的发酵罐，总容积为230m3。
那么5台发酵罐的总容积为：
230×5=1150m3>m3,可满足需要
4.1.2.4主要尺寸
公称容积VN（m3）
罐内径D（mm〕
圆筒高H0（mm）
封头高h0（mm）
罐体总高H（mm）
不计上封头容积（m3）
全容积（m3）
搅拌器直径D（mm）
搅拌转速n（r/min）
电动机功率N（kW）
200
5000
10000
1300
12600
223
230
1700
150
230
4.1.2.5搅拌轴功率〔见上表〕
4.1.2.6冷却面积的计算：
按发酵生成热顶峰、一年中最热的半个月的气温、冷却水可能到最高温的条件下，设计冷却面积。
取qmax×6000KJ/（m3．h）
×500KJ/（m3．h．℃）
△tm=〔△t1-△t2〕/（ln△t1/△t2）=（12-5）/（ln12/5）=8（℃）
每天装罐，每罐实际装液量为:
/=（m3）
×6000××500×8）=（m3）
4.1.2.7设备结构的工艺设计
1）.空气分布器：
单管通风
2）.挡板：
不设挡板
3）.密封方式：
机械密封
4）.冷却管布置
a）最高热负荷下的耗水量：
×6000××〔27-20〕〕
=×105〔kg/h〕=（kg/s）
那么冷却水体积流量为W’=m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为v=1m/s,冷却管总截面积:
S总=/1=（m2）
进水总管直径d总2=S总/0.785,解出d总=〔m〕
b）冷却管组数和管径
设冷却管径为d0，组数为n那么：
S总=0.785nd02，根据本罐情况，取n=8，求出管径：
d073〔m〕
查表取φ89×无缝钢管，d内=82mm，d内>d0，可满足要求，d平均=86mm。
取竖蛇管端部U型弯管曲率半径为250mm，那么两直管距离为500mm，
两端弯管总长度：
l0=π×500=1570mm
c）冷却管总长度L计算
冷却总面积F=m2，无缝钢管φ89×
每米冷却面积为：
F0××1=〔m2〕
那么冷却管总长度：
L=/0.27=〔m〕
×2×=（m3）
d）每组管长L0和管组高度
每组管长:
L0=L/n=/8=（m）
另需连接管8m：
L实际=L+8=〔m〕
m3，那么：
V总=V液+V管+V附件=〔/8〕++0.5=（m3）
筒体局部液深：
〔V总-V封〕/S截=〔-17×52）=（m）
竖直蛇管总高:
H管=+0.5=〔m〕
又两端弯管总长：
l0=1570mm，两端弯管总高为500mm
那么直管局部高度：
h=H管-500=5190〔mm〕
那么一圈管长：
l=2h+l0=2×5190+1570=11950（mm）
e）每组管子圈数n0
n0=L0/l=/=（圈）
外×89=0.23（m）
竖蛇管与罐壁的最小距离为0.2m，可算出与搅拌器的距离为0.23m>0.2m，在允许范围内。
作图说明，各组冷却管相互无影响。
如发现无法排下这么多冷却管，可考虑增大管径，或增加冷却管组数
f）校核冷却管传热面积
F实=πd平均L实际×86×=〔m2〕
F实>F，可满足要求。
4.1.2.8设备材料的选择
优先考虑满足工艺要求，其次是经济性。
本设计选A3钢，以降低设备费用。
4.1.2.9接管设计
a）接管长度h设计
管直径的大小和有无保温层，一般取100~200mm。
b）接管直径确实定
①按排料管〔也是通风管〕为例计算其管径。
发酵罐装料140m3，2h之内排空，物料体积流量：
Q=1402（m3/s）
发酵液流速取v=1m/s
排料管截面积：
S料22（m2）
管径d：
d2=S料/0.785,解出d=0.16〔m〕=160mm
取无缝钢管φ219×25，其内径169mm>160mm，适用。
②按通风管计算，通风比2vvm（0.1MPa，20℃）
通风量：
Q’=140×2=280（m3/min）=〔m3/s〕
折算到工作状态（0.35MPa，30℃）下的风量：
Qf=×××（273+20））=〔m3/s〕
取风速：
v=25m/s
那么通风管截面积：
Sf=Qf/v=/25=0.056（m2）
那么通风管径：
df2=Sf/0.785,解出df=〔m〕
因通风管也是排料管，故取φ219×25无缝钢管。
③排料时间复核：
物料流量Q=0.02m3/s，流速v=1m/s，
×0.169222（m2）
222×1）=0.9倍
排料时间：
t=2×=1.8〔h〕
4.1.2.11支座选择
裙式支座
二级种子罐
选型
选择机械搅拌通风发酵罐
容积和数量确实定
V种=230*2%=m3
n种=5*48/194=，圆整取2个。
主要尺寸确实定
选择10m3的发酵罐
具体尺寸如下：
公称容积VN（m3）
罐内径D〔mm〕
圆筒高H0〔mm〕
封头高h0〔mm〕
罐体总高H〔mm〕
不计上封头容积〔m3〕
全容积〔m3〕
搅拌器直径D（mm）
搅拌转速n〔r/min〕
电动机功率N〔kW〕
10
1800
3600
475
4500
630
145
13
/10×100%=75.6%
选择公称容积是10m3的种子罐2个。
罐的内径：
1800mm；封头高度：
475mm；封头容积：
m3。
冷却面积的计算
取qmax×6000KJ/（m3．h）
×6000×=×104KJ/（m3．h）
×200KJ/（m3．h．℃）
△t1=32-23=9℃△t2=32-27=5℃
△t1/2<△t2
△tm=〔△t1+△t2〕/2=7℃
换热面积:
F=×104×200×7）=（m3）
核算夹套冷却面积：
按静止液深确定夹套高度
静止液体浸没筒体高度：
H0=〔V-V封〕/S罐=〔-0.826××）=m
液深HL=H封+H0=0.475+=m
夹套可实现的冷却面积
S夹=S筒+S封=
DH0+S封××+=m2
需换热面积F=m2，可提供的换热面积S夹=m2
S夹>F，可满足工艺要求
设备材料的选择
选择A3不锈钢材质罐
4.2.6设备结构的工艺设计
a.挡板
c.进风管〔进出料管〕
管底距罐30mm向下单管
按通风管计算管径
通风比，20℃）
通风量：
Q’=×=〔m3/min〕=（m3/s）
折算到工作状态，32℃）下的风量:
Qf=××（273+32）/（273+20）=×10-3（m3/s）
取风速v=20m3/s，
那么通风管径：
d12=×10-3×20）d1=56m=56mm
按排料管〔也是通风管〕计算管径。
装料3，20min之内送完，物料体积流量：
Q=/（20×60）63（m3/s）
物料流速取，排料管截面积：
S料63/0.5=13m2
管径：
d22=S料/0.785d2=0.13m=130mm
取d1，d2两者大值，作为进〔气〕管，取管径D=130mm。
查金属材料表取φ168×10无缝钢管。
d.冷却水管
由前知需冷却热量：
Q=×104KJ/（m3．h）
冷却水温变化23℃-27℃，那么耗水量：
W=Q/（cw（t2-t1））=×104×（27-23））
=2093（kg/h）=0.00058m3/s
取水流速v=1m/s,，
那么冷却管径：
d2587m
查金属材料表取焊接管Dg=30mm可满足要求，取冷却水接管长度h=100mm。
支座选型
支撑式支座，将种子罐置于楼板上。
一级种子罐
选型
选择机械搅拌通风发酵罐
容积和数量确实定
V种=*2%=m3
n种=1*38/48=，圆整取1个。
4.3.3主要尺寸确实定
选择1m3的发酵罐
具体尺寸如下：
公称容积VN/m3
罐内径D/mm
圆筒高H0/mm
封头高h0/mm
罐体总高H/mm
不计上封头容积/m3
全容积/m3
搅拌器直径D/mm
搅拌转速n〔r/min〕
电动机功率N/kW
1
900
1800
250
2300
315
220
选择公称容积是1m3的种子罐1个。
罐的内径：
900mm；封头高度：
250mm；封头容积：
m3。
4.3.4冷却面积的计算
取qmax×6000KJ/（m3．h）
×6000××104KJ/（m3．h）
×200KJ/（m3．h．℃）
△t1=32-23=9℃△t2=32-27=5℃
△t1/2<△t2
△tm=〔△t1+△t2〕/2=7℃
×104×200×7）=3.0（m3）
核算夹套冷却面积：
按静止液深确定夹套高度
静止液体浸没筒体高度：
H0=〔V-V封〕/S罐××0.9）=
液深HL=H封+H0=0.25+1.0=1.25m
夹套可实现的冷却面积
S夹=S筒+S封=
DH0+S封××0.9+0.95=3.8m2
需换热面积2，可提供的换热面积S夹2
S夹>F，可满足工艺要求
4.3.5设备材料的选择
选择不锈钢材质罐
4.3.6设备结构的工艺设计
a.挡板
c.进风管〔进出料管〕
管底距罐30mm向下单管
按通风管计算管径
通风比，20℃）
通风量：
Q’×0.65=0.050〔m384（m3/s）
折算到工作状态，32℃）下的风量:
Qf84××（273+32）/（273+20）=2×10-4（m3/s）
取风速v=20m3/s，
那么通风管径：
d12=2×10-4×20）d1=37m=37mm
按排料管〔也是通风管〕计算管径。
装料3，20min×60=0.00065（m3/s）
物料流速取，排料管截面积：
S料0.0013m2
管径：
d22=S料/0.785d2=0.04m=40mm
取d1，d2两者大值，作为进〔气〕管，取管径D=40mm。
查金属材料表取φ48×3无缝钢管。
d.冷却水管
×104KJ/（m3．h）
冷却水温变化23℃-27℃，那么耗水量：
W=Q/（cw（t2-t1×104×（27-23））
=1160（kg/h）=0.00032m3/s
取水流速v=1m/s,，
那么冷却管径：
d2=0.00032/0.785d=0.02m
查金属材料表取焊接管Dg=25mm可满足要求，取冷却水接管长度h=100mm。
4.3.7支座选型
支撑式支座，将种子罐置于楼板上。
氨水储罐
由脱色提取工序物料衡算
氨水的密度0.92kg/l,
3
设通氨罐的直径是D，高是H=1.5D，
×D2×
那么可选用直径为4m，高为6m的通氨罐，该通氨罐的体积为75.36m3
全料罐
一天内所需要补充的全料是3.95m3
×D2×H，
那么可选用直径为2m，高为3m的全料罐，该全料罐的体积为9.42m3
稀料罐
一天内所需要补充的稀料是2.10m3
×D2×H，
那么可选用直径为1.5m，高为2.25m的稀料罐，该稀料罐的体积为3.97m3
酸化罐一个周期要装料t，滤液密度为/l，那么所需酸化的体积为2107.74m3
m3
×D2×H，
那么可选用直径为4m，高为6m的酸化罐，该酸化罐的体积为75.36m3
装料系数=/75.36=57.67%<70%.符合要求.
酸化过滤后的滤液全部进入结晶罐,结晶罐的体积要求即是能够容纳全部的滤液,
所需酸化的体积为2107.74m3,结晶罐的体积为2107.74m3
m3
×D2×H，
那么可选用直径为5m，高为7.5m的结晶罐，该结晶罐的体积为147.19m3
装料系数=/147.19=59.05%<70%.符合要求.
4.8枯燥器
设备选型选喷雾枯燥器。
喷
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