【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 外，蛇管冷卻管使罐的死角增加，不僅增加了染菌的機(jī)會(huì)也給罐體清洗帶來(lái)不便。半圓形外盤(pán)管的傳熱系數(shù)高，罐體容易清洗，增強(qiáng)罐體強(qiáng)度，可大大降低罐體壁厚，使整個(gè)發(fā)酵罐造價(jià)降低，由于替代了內(nèi)蛇管所占據(jù)的發(fā)酵罐容積，可增加發(fā)酵罐的放罐系數(shù)。夾套筒體的高度Hj主要取決于傳熱面積F的要求，夾套的高度一般應(yīng)不低于料液的高度，以保證充分傳熱。根據(jù)裝料系數(shù)η，操作容積ηV，夾套筒體高度Hj可由下式估算：Hj=ηVVh/V1，Vh：封頭容積，V1：筒體每米高的容積。查表：V1 =，Vh=。夾套高度：Hj =(70)/=6384mm，取夾套高度Hj=7000mm外盤(pán)管夾套設(shè)計(jì)參數(shù)如下：通道寬度:b≤=3200=320，取b=200mm通道高度：h≥S，取h=200mm，半圓管壁厚S=20mm通道半圓心角：γ=90176。通道與容器殼體采用全焊透的V形焊縫螺旋通道的節(jié)距：ts≤，取ts=330mm螺旋通道圈數(shù)：n=7000/330=23綜上所述共需2個(gè)25m3發(fā)酵罐，型號(hào)為MSFL22，公稱(chēng)容積25(m 3)，材質(zhì)：不銹鋼。由南京匯科生物工程設(shè)備制造。(1)二級(jí)種子罐二級(jí)種子罐體積=發(fā)酵罐體積裝料系數(shù)接種量247。種子罐裝料系數(shù) =252247。=5m3（2）一級(jí)種子罐一級(jí)種子罐體積=二級(jí)種子罐體積裝料系數(shù)接種量247。一級(jí)種子罐裝料系數(shù)=510%247。=轉(zhuǎn)化過(guò)程無(wú)需通入無(wú)菌空氣，采用帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐作為轉(zhuǎn)化罐，以方便添加天冬氨酸底物和放出發(fā)酵產(chǎn)物。由轉(zhuǎn)化液體積同發(fā)酵液的體積，由上知：V2=V1= m3由此可設(shè)需2個(gè)裝料系數(shù)為70%的轉(zhuǎn)化罐，則轉(zhuǎn)化罐罐有效體積V=發(fā)酵液體積247。裝料系數(shù)247。轉(zhuǎn)化罐個(gè)數(shù)=247。70%247。2=24.2 m3 ，取25m3轉(zhuǎn)化罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算：轉(zhuǎn)化罐全體積為：V=Di 2(H+h1/3+h2/3)式中 Di－罐的內(nèi)徑，m H－罐的圓柱部分高度，m h1－罐底高度，m h2－罐蓋高度，mH= ，h1 = Di，h2 = V=Di 2(H+h1/3+h2/3)Di =，H= ==,取4mh1= =h2==取 ha =50mm，罐體總高H總 =＋h1＋h1＋2ha==4880mm罐體壁厚S=PD/(2[б]248。﹣P)+C其中：248。=，P=,C=3mm,[б]=130MPa,Di =2600mm解之得：S=，取整10mm（2）攪拌器設(shè)計(jì)為了使溶液中的銨有效地與固體L天門(mén)冬氨酸發(fā)生成鹽反應(yīng),在罐底部裝有一個(gè)攪拌器攪拌固體L天門(mén)冬氨酸,使之懸浮到溶液中?？刂茢嚢杵骶従忁D(zhuǎn)動(dòng),可以使固體L天門(mén)冬氨酸因重力作用而沉于罐的下半部分,上部較澄清的溶液自罐上部開(kāi)口流入轉(zhuǎn)化罐。攪拌器的主要尺寸計(jì)算：考慮到發(fā)酵徑高比為1：，比較小，為了使發(fā)酵罐充分混勻，保持均一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般采用渦輪式攪拌器。渦輪式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量傳遞高，氧溶解率高,彎葉剪切力小。圓盤(pán)可增強(qiáng)軸向混合效果。所以選用六彎渦輪式攪拌器。其主要尺寸如下：葉徑Di=D/=1 m 葉寬B== 弦長(zhǎng)l==1m底距C=D/=1m 盤(pán)徑P==2m 彎葉板厚s=12mm擋板數(shù)確定為3,擋板寬范圍1/8—1/12D，取B=1/10D=綜上所述共需2個(gè)20m3轉(zhuǎn)化罐，公稱(chēng)容積 20(m3)，材質(zhì)：不銹鋼。由南京匯科生物工程設(shè)備制造。，即要求泵的性能：Q=12=，H=5m。泵的選型：上海KSB泵業(yè)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為CPK125135，Q=50m3/h， H=，臨時(shí)確定15個(gè)。[14]無(wú)菌空氣制備流程如下：吸風(fēng)塔→粗濾器→空氣壓縮機(jī)→空氣冷卻器→除水設(shè)備→空氣總過(guò)濾器→發(fā)酵車(chē)間空氣總管→分過(guò)濾器→發(fā)酵罐發(fā)酵過(guò)程中的最大通氣量為1:1，因此發(fā)酵車(chē)間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計(jì)算：V=單個(gè)發(fā)酵罐體積發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)通氣比+單個(gè)種子罐體積種子個(gè)數(shù)通氣比=2521+11=（按55m3/min進(jìn)行后續(xù)計(jì)算）①吸風(fēng)塔吸風(fēng)塔設(shè)計(jì)高度應(yīng)在10~12m左右。進(jìn)管至空氣壓縮機(jī)一段的管路，要求直管連接，避免彎管或多彎管。本次設(shè)計(jì)中將吸風(fēng)塔的高度定為10m，空氣在吸風(fēng)塔內(nèi)的截面流速設(shè)計(jì)為5m/s。則吸風(fēng)塔的截面半徑為：R=（V/np）1/2=(55247。60247。5247。) 1/2=空氣的實(shí)際流速n=V/pR2=50247。60247。247。=②前置預(yù)過(guò)濾器選擇高效前置過(guò)濾器，內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩道過(guò)濾介質(zhì)層：前層稱(chēng)粗過(guò)濾層，采用絨布作為過(guò)濾介質(zhì)；后道稱(chēng)亞高效過(guò)濾層，采用滌晴無(wú)紡布作為過(guò)濾介質(zhì)。 m/s。設(shè)備外型半徑為：R=（V/）1/2=(55247。60247。247。) 1/2=（）實(shí)際流速：n=V/=55247。60247。247。=③空壓機(jī)由計(jì)算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為55m3/min。因此選擇由無(wú)錫壓縮機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為OGF(W)D50的空氣壓縮系統(tǒng)，額定供氣量55m3/min。20℃的空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮，：T2=T1（P2/ P1）K1/K =(273+20)[(+)/]=293==℃ 其中：P1=，K=④冷卻器壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時(shí)空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機(jī)出口的溫度。空氣冷卻器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。要求壓縮空氣由104℃被冷卻至25℃，冷卻介質(zhì)為20℃的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為28℃，由條件可得：空氣的定性溫度：(104+25)/2=℃水的定型溫度：（20+28)/2=24℃查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：r=；Cp= kJ/(kg℃)；k=( m2℃)；m=103Pas查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：r=；Cp=(kg℃)；k=(m2℃)；m=103PasI．熱負(fù)荷計(jì)算Q=WhCph(T2﹣T1)=200247。60103(104﹣25)=105W冷卻水耗量Wc=Q/Cpc(t2﹣t1)=105247。247。103247。(28﹣20)= kg/s=30t/hII．計(jì)算平均溫差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差空氣： 104 → 25冷卻水：28 ← 20△t ： 76 5△tm′ = (76﹣5)247。ln(76/5) = ℃計(jì)算R和P：R = (T2﹣T1)247。(t2﹣t1) = (104﹣25)247。(28﹣20) = P = (t2﹣t1)247。(T2﹣t1) = (28﹣20)247。(104﹣20) = 由R、P值，查表可得：f△t = ，因f△t＞，選用三殼程?！鱰m = f△t△tm′= = ℃III．選k值，估計(jì)傳熱面積由資料，可取k=100 w/( m2℃)S =（Q/ k.△tm）=（105 247。100247。）= m2IV．初選換熱器型號(hào)由于兩流體溫差大于50℃，可選用浮頭式換熱器FB500。由計(jì)算結(jié)果確定換熱器為三殼程，因此選用3臺(tái)相同的換熱器串聯(lián)使用。換熱器的主要數(shù)據(jù)如下：外殼直徑：500mm 公稱(chēng)壓力： MPa 公稱(chēng)面積：65 m2管長(zhǎng)：6m 管子尺寸：f25 管子總數(shù)：124管程數(shù)：2 管子排列方法：正方形斜轉(zhuǎn)45176。排列S。= n ..(L－) .N=124（6﹣）3= m2采用此換熱面積的換熱器，則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為：k。=Q 247。（S。△tm）=105 247。（）= W/( m2℃)⑤除水設(shè)備空氣經(jīng)冷卻后即有水分析出，為此，冷卻的空氣需要除水并安裝必要的除水設(shè)備。絲網(wǎng)除濾器是一種立式圓筒型設(shè)備，它具有壓降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。一般絲網(wǎng)除濾器的設(shè)計(jì)流速取1~3m/s。設(shè)計(jì)時(shí)取流速為2m/s，則除濾器的直徑為：D =（4V/np）1/2=（450247。60247。247。2）1/2=（）除濾器的填料為不銹鋼絲網(wǎng)，多層重疊，絲網(wǎng)層厚度為100mm。⑥總空氣過(guò)濾器總空氣過(guò)濾器是圓筒狀設(shè)備，空氣在過(guò)濾器內(nèi)底篩板一下切線方向進(jìn)入，在器身下方設(shè)置人孔。YUD型空氣總過(guò)濾器，過(guò)濾介質(zhì)采用涂層式過(guò)濾材料組裝的濾芯，常采用的濾芯是DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。根據(jù)發(fā)酵車(chē)間的空氣用量，可選用YUDZ4型號(hào)的總過(guò)濾器f12003035mm，配濾芯DMF，總過(guò)濾器內(nèi)有DMF濾芯f3501000，4個(gè)。⑦分過(guò)濾器分過(guò)濾器是單臺(tái)發(fā)酵罐的單獨(dú)空氣過(guò)濾器。20m3發(fā)酵罐的空氣過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)如下：根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè)20m3發(fā)酵罐最大空氣用量為：Vf=201=20m3/min由于20m3發(fā)酵罐的工作容積在75%左右，因此空氣的