土霉素车间工艺课程设计样本.docx
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土霉素车间工艺课程设计样本
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
此次设计为生产规模800吨/年土霉素车间。
土霉素是微生物发酵产物，现在中国土霉素提取工艺为用草酸（或磷酸）做酸化剂调整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#树脂脱色深入净化土霉素滤液,最终调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。
此次设计也根据这个工艺步骤，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。
设计中借鉴了实际发酵车间部署，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，喷雾式干燥器等等相关设备。
第1.1节引言
第1.2节设计目标任务
第1.3节此次设计基础内容
第一章绪论
1.1引言
土霉素Terramycin（Oxytetracycline）分子式图一所表示，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。
土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。
很多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。
其它如放线菌属、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。
临床上用于诊疗上呼吸道感染﹑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应，长久使用可致牙齿产生不一样程度变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙），B族维生素缺乏等。
因为土霉素广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，而且因为其副作用严重，现在临床上多用于兽用药
1.2设计目标任务
请设计年产800吨（成品含量：
99%）土霉素工厂设计
一、基础数据
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、发酵基础工艺参数
土霉素发酵周期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量为：
32m3
大罐一个发酵周期内所需稀料量为：
17m3
逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液15%
大、中、小罐通气量分别为2.0、1.5、0.65（每分钟内单位体积发酵液通入空气量）
氨氮利用情况，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
3.0
2.5
3.0
3.5
3.0
淀粉
2.5
2.5
8.0
6.5
3.0
氯化钠
0.4
0.36
0.2
0.4
碳酸钙
0.6
0.4
1.1
0.4
0.4
磷酸二氢钾
0.005
0.003
磷酸氢二钾
0.005
0.003
植物油
4
2.67
0.4
1
2、提取基础工艺参数
名称
参数
名称
参数
脱色岗位收率
99.24%
发酵液效价
35000u/ml
结晶干燥岗位收率
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
1.58kg/L
酸化液中草酸含量
2.3%g/ml
滤液密度
1.02kg/L
酸化加黄血盐量
0.25%g/ml
20%氨水密度
0.92kg/L
酸化加硫酸锌量
0.18%g/ml
氨水加量
12%
成品含水量
1.5%
脱色保留时间
30-50分钟
酸化加水量
230%v/v
滤液经过树脂罐线速度控制在0.001-0.002m/s
土霉素提取操作工艺参数一览表
名称
反应时间（τ+τ、）/h
装料系数φ
酸化稀释
4
0.70
结晶
8
0.70
1.3本设计基础内容
1.3.1工艺步骤设计
依据设计任务，查阅相关资料、文件，搜集必需技术资料，工艺参数，进行生产方法选择比较，工艺步骤和工艺条件确定论证。
简述工艺步骤。
1.3.2工艺计算
物料衡算：
每个工序画工艺步骤简图，列出全部工艺参数，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、补料罐尺寸及数量；大罐罐壁、封头、搅拌装置及轴功率。
提取工段各工序关键设备尺寸及数量。
管道设计：
大罐关键接管设计，提取多种设备关键连接管道。
1.3.3完成初步设计阶段图纸：
设备步骤图、车间平面部署图。
第二章工艺步骤设计
2.1土霉素生产工艺步骤介绍
土霉素是微生物发酵产物，现在中国土霉素生产工艺关键含发酵和提取两大步。
提取工艺为用草酸（或磷酸）做酸化剂调整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#树脂脱色深入净化土霉素滤液,最终调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。
此次设计也根据这个工艺步骤，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。
2.2土霉素生产总工艺步骤图
第三章物料衡算
3.1总物料衡算
纯品土霉素量：
800×99%=792t/a
效价：
792×109×1000=7.92×1014单位/a
土霉素生产过程总收率为99%
则发酵时总效价：
7.92×1014/99%=8×1014单位/a
发酵液效价：
35000单位/ml
发酵液体积：
8×1014/35000=2.29×1010ml=2.29×104m3
3.2干燥工序物料衡算
干晶体重：
800×（1-1.5%）=788t/a
湿基含水量：
W1=30%/（1-30%）=0.43
干基含水量：
W2=1.5%/（1-1.5%）=0.02
应除去水分：
788×（0.43-0.02）=323.08t/a
湿晶体量：
788+323.08=1111.08t/a
表3-1干燥工序物料衡算表
干燥前
干燥后
项目
质量t/a
质量t/d
项目
质量t/a
质量t/d
湿晶体量
1111.08
3.58
干晶体量
788
2.54
除去水分
323.08
1.04
总量
1111.08
3.58
总量
1111.08
3.58
3.3脱色结晶工序物料衡算
母液效价：
1370u/ml氨水加量：
12%
由效价守恒得母液体积：
73.73×106×35000×99.24%×116%×（1-86%）/1370×106=303.57m3
氨水：
277.57×12%=33.31t
湿晶体：
3.58t/d
母液：
277.57+33.31-3.58=307.35t/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
项目
质量（t/d）
质量（t/周期）
项目
质量（t/d）
质量（t/周期）
滤液
277.57
2243.69
母液
307.35
2484.41
氨水
33.31
269.26
湿晶体
3.53
28.53
总量
315.88
2512.95
总量
315.88
2512.95
3.4酸化稀释过滤工序物料衡算
发酵液效价：
35000u/ml滤液效价：
11000u/ml
由效价守恒得滤液体积：
73.73×106×35000×1.16/11000×106=272.13m3
滤液：
272.13×103×1.02=277.57t
天天/t
草酸：
73.73×103×2.3%×10-3=1.70
黄血盐：
73.73×103×0.75%×10-3=0.18
硫酸锌：
73.73×103×0.18%×10-3=0.13
水：
73.73×2=147.46
发酵液：
73.73×103×1.58=116.49
总：
265.97
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
项目
质量（t/d）
质量（t/周期）
项目
质量（t/d）
质量（t/周期））
草酸
1.70
13.71
滤液
277.57
2243.69
黄血盐
0.18
1.49
菌丝
10.59
84.95
硫酸锌
0.13
1.07
水
169.58
1370.76
发酵液
116.49
941.66
总量
288.08
2328.64
总量
288.08
2328.64
3.5发酵工序物料衡算
天天发酵液量:
2.29×104/315=73.73m3
逃液，蒸发，取样，放灌损失总计为总料液15%
天天损失量：
73.73×15%/（1-15%）=13.01m3
天天离开发酵罐总量：
73.73+13.01=86.74m3
大罐一个发酵周期内所需全料量：
32m3一天内所需：
32/194×24=3.95m3
大罐一个发酵周期内所需稀料量：
17m3一天内所需：
17/194×24=2.10m3
发酵前加入物料量：
（73.73+12.66）-3.95-2.10=80.69m3
天天每七天期（×194/24）
黄豆饼粉：
80.69×3%+3.95×3.5%+2.10×3%=2.62m321.19m3
淀粉：
80.69×8%+3.95×6.5%+2.10×3%=6.77m354.76m3
氯化钠：
80.69×0.2%+2.10×0.4%=0.17m31.37m3
碳酸钙：
80.69×1.1%+3.95×0.4%+2.10×0.4%=0.91m37.37m3
植物油：
80.69×0.4%+2.10×1%=0.34m32.79m3
接种量：
80.69×20%/194×24=1.61m313.04m3
碱：
80.69×0.015×6=0.09m30.73m3
配料水：
71.93m3581.43m3
表4发酵工序物料衡算表
进入发酵罐量
离开发酵罐量
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
黄豆饼粉
2.62
21.19
发酵液
73.73
595.98
淀粉
6.77
54.76
损失
13.01
105.16
氯化钠
0.17
1.37
碳酸钙
0.91
7.37
植物油
0.34
2.79
接种量
1.61
13.04
氨（碱）
0.09
0.73
配料水
71.93
581.43
总量
86.74
701.15
总量
86.74
701.15
第四章设备选型
4.1发酵罐
4.1.1发酵罐选型
选择机械涡轮搅拌通风发酵罐。
4.1.2生产能力、数量和容积确实定
4.1.2.1发酵罐容积确实定：
选择200m3罐，全容积为230m3
4.1.2.2生产能力计算：
选择公称容积为200m3发酵罐，装料系数为0.7,那么该罐生产土霉素能力为:
200×0.7=140（m3）
由前面物料衡算中，已知年产800吨土霉素工厂,日产73.73m3土霉素。
发酵操作时间需要194h（其中发酵时间184h）,这么生产需要发酵罐应为：
N=73.73/140×194/24=4.26（罐）取整后需5台
每日投（放）罐次为：
73.73/140=0.53（罐）
4.1.2.3设备容积计算：
由前面物料衡算中，已知年产800吨土霉素工厂,日产73.73m3土霉素，天天发酵液量：
V0=73.73（m3/d）
所需设备总容积：
V=73.73×194/（24×0.7）=851.41（m3）
查表公称容积为200m3发酵罐，总容积为230m3。
则5台发酵罐总容积为：
230×5=1150m3>851.41m3,可满足需要
4.1.2.4关键尺寸
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冷却面积计算：
按发酵生成热高峰、十二个月中最热半个月气温、冷却水可能到最高温条件下，设计冷却面积。
取qmax=4.18×6000KJ/（m3．h）
采取竖式列管式换热器，取经验值K=4.18×500KJ/（m3．h．℃）
△tm=（△t1-△t2）/（ln△t1/△t2）=（12-5）/（ln12/5）=8（℃）
天天装0.53罐，每罐实际装液量为:
73.73/0.53=139.11（m3）
换热面积:
F=4.18×6000×139.11/（4.18×500×8）=208.66（m3）
4.1.2.7设备结构工艺设计
1）.空气分布器：
单管通风
2）.挡板：
不设挡板
3）.密封方法：
机械密封
4）.冷却管部署
a）最高热负荷下耗水量：
W=4.18×6000×139.11/（4.18×（27-20））
=1.19×105（kg/h）=33.12（kg/s）
则冷却水体积流量为W’=0.03312m3/s，取冷却水在竖直蛇管中流速为v=1m/s,冷却管总截面积:
S总=0.03312/1=0.03312（m2）
进水总管直径d总2=S总/0.785,解出d总=0.21（m）
b）冷却管组数和管径
设冷却管径为d0，组数为n则：
S总=0.785nd02，依据本罐情况，取n=8，求出管径：
d0=0.073（m）
查表取φ89×3.5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，则两直管距离为500mm，
两端弯管总长度：
l0=πD=3.14×500=1570mm
c）冷却管总长度L计算
已知冷却总面积F=208.66m2，无缝钢管φ89×3.5
每米冷却面积为：
F0=3.14×0.086×1=0.27（m2）
则冷却管总长度：
L=208.66/0.27=772.82（m）
冷却管体积：
V=0.785×0.0862×772.82=4.49（m3）
d）每组管长L0和管组高度
每组管长:
L0=L/n=772.82/8=96.6（m）
另需连接管8m：
L实际=L+8=780.82（m）
可排竖直蛇管高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250mm。
设发酵罐内附件占体积为0.5m3，则：
V总=V液+V管+V附件=（780.82/8）+4.49+0.5=102.59（m3）
筒体部分液深：
（V总-V封）/S截=（102.59-17）/（0.785×52）=4.36（m）
竖直蛇管总高:
H管=4.36+0.5=4.86（m）
又两端弯管总长：
l0=1570mm，两端弯管总高为500mm
则直管部分高度：
h=H管-500=5190（mm）
则一圈管长：
l=2h+l0=2×5190+1570=11950（mm）
e）每组管子圈数n0
n0=L0/l=96.6/11.95=8.08（圈）
管间距为：
2.5d外=2.5×0.089=0.23（m）
竖蛇管和罐壁最小距离为0.2m，可算出和搅拌器距离为0.23m>0.2m，在许可范围内。
作图表明，各组冷却管相互无影响。
如发觉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=3.14×0.086×780.82=210.85（m2）
F实>F，可满足要求。
4.1.2.8设备材料选择
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
管直径大小和有没有保温层，通常取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=140/3600/2=0.02（m3/s）
发酵液流速取v=1m/s
排料管截面积：
S料=Q/v=0.02/1=0.02（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）=4.7（m3/s）
折算到工作状态（0.35MPa，30℃）下风量：
Qf=4.7×0.1×（273+30）/（0.35×（273+20））=1.4（m3/s）
取风速：
v=25m/s
则通风管截面积：
Sf=Qf/v=1.4/25=0.056（m2）
则通风管径：
df2=Sf/0.785,解出df=0.27（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，
管道截面积：
S=0.785×0.1692=0.022（m2）
对应流量比：
P=Q/Sv=0.02/（0.022×1）=0.9倍
排料时间：
t=2×0.9=1.8（h）
4.1.2.11支座选择
裙式支座
4.2二级种子罐
4.2.1选型
选择机械搅拌通风发酵罐
4.2.2容积和数量确实定
V种=230*2%*（1+15%）/0.7=7.56m3
n种=5*48/194=1.24，圆整取2个。
4.2.3关键尺寸确实定
选择10m3发酵罐
具体尺寸以下：
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
9.98
10.8
630
145
13
7.56/10×100%=75.6%
选择公称容积是10m3种子罐2个。
罐内径：
1800mm；封头高度：
475mm；封头容积：
0.826m3。
4.2.4冷却面积计算
取qmax=4.18×6000KJ/（m3．h）
Q=4.18×6000×1.4=3.5×104KJ/（m3．h）
采取夹套式换热器，取经验值K=4.18×200KJ/（m3．h．℃）
△t1=32-23=9℃△t2=32-27=5℃
△t1/2<△t2
△tm=（△t1+△t2）/2=7℃
换热面积:
F=3.5×104/（4.18×200×7）=5.98（m3）
核实夹套冷却面积：
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=（7.56-0.826）/（0.785×1.8×1.8）=2.65m
液深HL=H封+H0=0.475+2.65=3.13m
夹套可实现冷却面积
S夹=S筒+S封=
DH0+S封=3.14×1.8×2.65+1.8=16.78m2
需换热面积F=5.98m2，可提供换热面积S夹=16.78m2
S夹>F，可满足工艺要求
4.2.5设备材料选择
选择A3不锈钢材质罐
4.2.6设备结构工艺设计
a.挡板
b.搅拌器
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1.5vvm（0.1MPa，20℃）
通风量：
Q’=7.56×1.5=11.3（m3/min）=0.19（m3/s）
折算到工作状态（0.4MPa，32℃）下风量:
Qf=0.19×0.1/0.4×（273+32）/（273+20）=4.9×10-3（m3/s）
取风速v=20m3/s，
则通风管径：
d12=4.9×10-3/（0.785×20）d1=0.056m=56mm
按排料管（也是通风管）计算管径。
装料0.775m3，20min之内送完，物料体积流量：
Q=7.56/（20×60）=0.0063（m3/s）
物料流速取v=0.5m/s，排料管截面积：
S料=Q/v=0.0063/0.5=0.013m2
管径：
d22=S料/0.785d2=0.13m=130mm
取d1，d2二者大值，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=3.5×104KJ/（m3．h）
冷却水温改变23℃-27℃，则耗水量：
W=Q/（cw（t2-t1））=3.5×104/（4.18×（27-23））
=2093（kg/h）=0.00058m3/s
取水流速v=1m/s,，
则冷却管径：
d2=0.00058/0.785d=0.027m
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。
4.2.7支座选型
支撑式支座，将种子罐置于楼板上。
4.3一级种子罐
4.3.1选型
选择机械搅拌通风发酵罐
4.3.2容积和数量确实定
V种=10.8*2%*（1+15%）/0.7=0.36m3
n种=1*38/48=0.79，圆整取1个。
4.3.3关键尺寸确实定
选择1m3发酵罐
具体尺寸以下：
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
1.25
1.36
315
220
1.5
选择公称容积是1m3种子罐1个。
罐内径：
900mm；封头高度：
250mm；封头容积：
0.112m3。
4.3.4冷却面积计算
取qmax=4.18×6000KJ/（m3．h）
Q=4.18×6000×0
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