【導(dǎo)讀】年產(chǎn)10噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計

　　

【正文】 10 m3 發(fā)酵罐 10 個。 主要尺寸的計算 已知 V 全 =V 筒 +2V 封 =；封頭折邊 忽略 不計，以方便計算。 則有 V 全 =2D+（ π/24） D32=， H=2D； 解方程得： +=，而 D=，故 H=2D=； 據(jù) 《 發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論 》 附錄表一 15，得封頭高 H 封 =ha+hb=450+50=500(mm) 驗算全容積 V 全： V’全 =V 筒 +2V 封 =2D+（ π/24） D32+2 =+π/12+2=（ m3） 與 V 全 = m3 相近 年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 18 冷卻面積的計算 為保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按照發(fā)酵生成熱最高峰、一年中最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達到的最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計冷卻面積。 計算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即 F=Q/(K△ tm) 對于青紫霉素發(fā)酵，每 1 m3 發(fā)酵液，每小時傳給冷卻器的最大熱量約為 6000 KJ/（ m3/h） 采用豎式列管換熱器，取經(jīng)驗值 K=500 KJ/（ .℃ ） 平均溫差 △ tm： △tm=（ △t1△t2） /（ ln（ △t1/△t2）） 32℃ → 32℃ 20℃ → 27℃ 代入，得 △tm=（ 125） /（ ln12/5） =8℃ 對公稱容量 10m3 的發(fā)酵罐，每天 裝 2 罐，每罐實際裝液量為 41/ 2=（ m3） 換熱面積 F=Q/（ K. △ tm） =6000(500)=（ m2） 種子罐的選型 種子罐選型同發(fā)酵罐一樣，選用機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐 種子罐容積和數(shù)量的確定 按接種量的 15％計算，種子罐的容積 V 種 =V 總 15％ =15％ = 由于種子罐和發(fā)酵罐是對應(yīng)上料的，每個生產(chǎn)周期需要發(fā)酵罐 10 個，所有就需要種子罐 10 個種子罐培養(yǎng)時間為 30 小時。 主要尺寸確定 種子罐 仍采用幾何相似的機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。 H:D=2:1；則種子發(fā)酵罐總?cè)萘?V’總 =2V’封 +V’筒 ；簡化計算方程如下： 年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 19 V’總 =2D+（ π/24） D32=，整理后， +=，解方程得， D=；圓整到推薦的系列尺寸，取 D=，則 H=2D=2= 查相應(yīng)表得 封頭高 H’封 =225+25=250（ mm） 罐體總高 H’罐 =2H’封 +2H’筒 =2250+1800=2300（ mm） 單個封頭容量 V’封 =+（ π/24） D3=（ mm） 封頭表面積 S 封 =（ m2） 圓筒容量 V’筒 =2D==（ m3） 不計封頭容積， V’有效 =V’封 +V’筒 =+=（ m2） 校核種子罐總?cè)莘e V’總 =2V’封 +V’筒 =2+=（ m3）比所需的種子罐容積 大，滿足設(shè)計要求。 冷卻面積的計算 種子罐體積較小，冷卻選用夾套冷卻裝置。 每日種子罐物料量是 6 m3，對于公稱容積 1 m3 的種子罐，每日可裝 10 罐，每罐實際裝液量為： 6/10=（ m3） 每 m3 醪液在發(fā)酵最旺盛時， 1h 的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積 Q 總 ： Q 總 =6000=104（ kJ/h） 夾套傳熱系數(shù)：取 K=230 KJ/(.℃ ) 平均溫差： 發(fā)酵溫度 32℃；水初溫 20℃；水終溫 27℃ , 則平均溫差 △tm=（ 12+5） /2=℃ 需冷卻面積 F= Q/（ K. △ tm） =104 /(230)=（ m2） 8. 廠址的選擇 發(fā)酵廠址選擇概述 發(fā)酵工廠的 主要特點是技術(shù)要求高、展速度快 、 動力消耗大、環(huán)境要求高、投入的原料多、 三廢治理量大。 發(fā)酵廠因廠址選擇不當(dāng)、三廢不能治理而被迫關(guān)年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 20 ?；蛳奁谕．a(chǎn)治理或限期搬移的例子很多，其結(jié)果是造成人力、物力和財力的嚴(yán)重?fù)p失。因此，在廠址選擇時，必須采取科學(xué)、慎重的態(tài)度，認(rèn)真調(diào)查研 究，確定適宜的廠址。 廠址自然條件的選擇 地理位置 工業(yè)區(qū)應(yīng)設(shè)在城鎮(zhèn)常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，但考慮到發(fā)酵生產(chǎn)對環(huán)境的特殊要求，發(fā)酵廠址應(yīng)設(shè)在工業(yè)區(qū)的上風(fēng)位置，廠址周圍應(yīng)有良好的衛(wèi)生環(huán)境，無有害氣體、粉塵等污染源，也要遠(yuǎn)離車站、碼頭等人流、物流比較密集的區(qū)域。 地形、地勢和 地質(zhì) 地形：廠區(qū)場地應(yīng)當(dāng)比較規(guī)整而且集中，這樣可便于各類建筑物與構(gòu)筑物的布置和場地的有效利用。為此場地規(guī)劃時就應(yīng)盡可能不受鐵路、公路干線、河流或其它自然屏障的分割。 地勢：整齊平坦、開闊，自然坡度最好在 5/1000 以下，以利于排泄雨水、廠內(nèi)交通運輸及廠房建筑物座落基礎(chǔ)施工。 地質(zhì)：廠址處不能在滑坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)上，土層要深厚，性質(zhì)均一，具有足夠的承載能力（承載力不小于 15～ 2Kgf/cm2），地表以下不要是砂層，回填垃圾等結(jié)構(gòu)，否則不僅增加工程投資造價于地基處理，嚴(yán)重時還會危及工廠的安全。 水文 要有豐富的水源，包括地表水、深層水 (深井水 )、水庫水 (雨水 )、江河水 (露天水 )及泉水 (有壓水 )和城市自來水等。根據(jù)發(fā)酵工廠的特點，水質(zhì)要滿足生產(chǎn)工藝要求，包括滿足飲用水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及釀造用水標(biāo)準(zhǔn)、硬水及軟化水等。一般 深井水及泉水的水量、水溫、水質(zhì)均較適宜；地表水、水庫水、江河水的水量大而水質(zhì)不高；城市自來水來源方便但價格不便宜。使用時要注意其合理性與經(jīng)濟性。廠址附近的洪水水位、流向及淹沒情況，都應(yīng)熟悉。一般要求廠址的相對標(biāo)高應(yīng)年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 21 該在最高洪水水位的 以上。 氣象 氣象資料是工廠總平面布置的重要依據(jù)之一，也是廠房設(shè)計和排水系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)。包括溫度、濕度、雨雪、冰凍、日照、氣壓、風(fēng)向等。 在選址時要充分考慮這些因素。 廠址經(jīng)濟條件的選擇 能源供應(yīng) 電、熱及燃料供應(yīng)方便是廠址的重要原則之一 。發(fā)酵工廠是耗用能源的大戶，并要求是二類負(fù)荷電戶，所以在選擇廠址的時候，要對所選擇地點地區(qū)的供電情況進行調(diào)查，以便確定輸電方式 和廠內(nèi)變壓配電所的位置，并設(shè)計供熱的方式。 給排水 發(fā)酵工廠是用水的大戶，同時有些發(fā)酵工廠，水的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。所以水質(zhì)必須符合飲用水的要求。廠址應(yīng)盡量靠近水源地。發(fā)酵工廠廢水、污水的排放量很大，且對環(huán)境的污染比較大，需設(shè)置污水處理站，符合國家要求的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。 交通運輸條件 要以交通方便為原則，并根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，考慮運輸方式及可靠性，以鐵路、公路、水 路為優(yōu)勢，并具有發(fā)展前景。 技術(shù)經(jīng)濟條件 廠址的選擇應(yīng)從國家總的布局要求為前提，合理配置工業(yè)布局。充分利用各地區(qū)的有利條件，避免或克服不利條件。充分和有效利用人力、物力、財力和自年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 22 然資源，保護環(huán)境。經(jīng)濟效果好，有利于加快國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的 提高。使企業(yè)接近原料、能源產(chǎn)地和產(chǎn)品消費區(qū)，消除不合理運輸。 特殊要求 注意發(fā)酵工業(yè)對廠址選擇的特殊要求 。 藥品是一種防治人類疾病、增強人體體質(zhì)的特殊產(chǎn)品 ,其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到人體健康、藥效和安全。為保證藥品質(zhì)量，藥品和其他發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)必須符合 GMP 的規(guī)定，在嚴(yán)格控制的潔凈環(huán)境中生產(chǎn)。由于廠址對發(fā)酵廠環(huán)境的影響具有先天性，因此，選擇廠址時必須充分考慮發(fā)酵廠對環(huán)境因素的特殊要求。 9. 發(fā)酵工廠的三廢處理 廢水的處理 廢水處理技術(shù)按其作用原理和去除對象可分為物理法、化學(xué)法和生物法。 在該 發(fā)酵 工廠中 廢水處理中采用生物法中的活性污泥法。 活性污泥法：好氧生物處理是在氧氣充足的條件下，利用好氧微生物的生命活動氧化廢水中的有機物，其產(chǎn)物是二氧化碳、水及能量（釋放于水中）。這類方法沒有考慮到廢水中有機物的利用問題，因此處理成本較高。活性污泥法是較有代表 性的好氧生物處理方法。活性污泥法是中、低濃度有機廢水處理中使用最多、運行最可靠的方法，具有投資少、處理效果好等優(yōu)點。該處理工藝的主要部分是曝氣池和沉淀池。廢水進入曝氣池后，與活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的條件下，活性污泥吸附并氧化分解廢水中的有機物，而污泥和水的分離則由沉淀池來完成。 廢氣的處理 發(fā)酵工廠產(chǎn)生的廢氣主要是二氧化碳，雖然二氧化碳不具有毒性，但是由于它的存在影響了人或動物體對氧的攝取，使機體內(nèi)氧合血紅蛋白減少，造成窒息，嚴(yán)重時可引起死亡。因此需要合理利用、排放二氧化碳， 防止人身事故發(fā)生。而年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 23 且二氧化碳是溫室氣體，對全球氣候具有只能關(guān)于影響，因此需要嚴(yán)格控制二氧化碳的排放。 發(fā)酵過程可以產(chǎn)生大量二氧化碳，而且二氧化碳的純度也很高，由于二氧化碳的利用價值很高，因此可找專門的二氧化碳處理站來處理，同時也可以自己回收利用生產(chǎn)新產(chǎn)品，這樣即解決了廢氣的處理問題，又帶來了額外收入。 廢渣的處理 廢渣經(jīng)活性污泥法處理后，使得達到《廢水綜合治理排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，處理后可直接排出。 好氧活性污泥凈化廢水的作用機理 參考文獻： ［ 1］王文翔，張月琴，耀天爵 .鏈霉菌 503 及其產(chǎn)生的青 紫霉素的研究 .微生物學(xué)報 .1976. 16(2):119125 ［ 2］上海醫(yī)藥工業(yè)研究院抗菌素研究室 .青紫霉素的提取分離和化學(xué)鑒別 .1998 ［ 3］無錫第一制藥廠 .硫酸青紫霉素試制工藝的研究 .1867 年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 24 附圖一：種子罐發(fā)酵罐設(shè)計圖 年產(chǎn) 10 噸青紫霉素發(fā)酵工廠設(shè)計 25 附圖二：青紫霉素發(fā)酵流程圖