【導(dǎo)讀】本課題為325噸/年硫酸雙氫鏈霉素生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計(jì)。每天需完成至少m3發(fā)酵全液的生產(chǎn)。經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)中選。菌種經(jīng)一、二、三級(jí)種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)后放罐入發(fā)酵罐中，在發(fā)酵。鏈霉素的合成提取。大量雜質(zhì)，再用NaOH中和至pH在~范圍內(nèi)。離開預(yù)處理罐的發(fā)酵液。進(jìn)入稀釋罐進(jìn)行稀釋，后進(jìn)入交換罐。解吸后的解吸液在補(bǔ)還原罐中用NaBH4將硫酸鏈霉素還原為硫酸雙氫鏈。成脫和離心噴霧干燥等步驟形成成品。

　　

【正文】 0＝ ??? ?? ＝ (m3/d) 每天需放罐發(fā)酵液的質(zhì)量： ? 1050＝ (kg/d) 每天需生產(chǎn)產(chǎn)品： 325? 1000/300＝ (kg/d) 考慮 3%染菌和 70%總收率，每天需生產(chǎn)產(chǎn)品： (70%? (1－ 3%))＝ (kg/d) 每噸發(fā)酵液中產(chǎn)物含量： 1000? 1000? 25000＝ ? 1010 (U) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 20 發(fā)酵罐與種子罐公稱容積 V的計(jì)算 （ 1）發(fā)酵罐公稱容積 V0 的計(jì)算 V0＝ Vd/(Nd? ΦL0) (42) 式中： Nd—每天放罐罐數(shù)，取 Nd＝ 1； ΦL0—裝料系數(shù)，取 ΦL0＝ 70%。 發(fā)酵罐公稱容積 V0 的計(jì)算： V0＝ Vd/(Nd? ΦL) ＝ (1? 70%) ＝ (m3) 依據(jù) 國內(nèi)常用的發(fā)酵罐容積系列標(biāo)準(zhǔn)，圓整取 V0＝ 75 m3 （ 2）三級(jí)種子罐公稱容積 V3 的計(jì)算： V3＝ (? V0? ΦL0? 接種比 )/ΦL3 ＝ (? ? 70%? 20%)/60% ＝ (m3) 圓整 三級(jí)種子罐公稱容積 V3＝ 20 m3 （ 3）二級(jí)種子罐公稱容積 V2 的計(jì)算： V2＝ (? V3? ΦL3? 接種比 )/ΦL2 ＝ (? ? 60%? 10%)/60% ＝ (m3) 圓整 二級(jí)種子罐公稱容積 V2＝ m3 （ 4）一級(jí)種子罐公稱容積 V1 的計(jì)算： V1＝ (? V2? ΦL2? 接種比 )/ΦL1 ＝ (? ? 60%? 10%)/60% ＝ (m3) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 21 圓整 一級(jí)種子罐公稱容積 V1＝ m3 發(fā)酵罐與種子罐個(gè)數(shù) n的計(jì)算 （ 1）發(fā)酵罐 個(gè) 數(shù) n0 的計(jì)算： n0＝ Nd? 總發(fā)酵周期 (d) (43) 發(fā)酵罐 總發(fā)酵周期 T0： T0＝ 發(fā)酵周期 +輔助時(shí)間 ＝ (160+32)/24＝ 8 (d) 所以， 發(fā)酵罐 個(gè) 數(shù) n0： n0＝ Nd? T0＝ 1? 8＝ 8 (個(gè) ) [生產(chǎn)中取 10 個(gè) ] （ 2）三級(jí)種子罐 個(gè) 數(shù) n3 的計(jì)算： 取 N3＝ 1 (罐 /d) 三級(jí)種子罐 總發(fā)酵周期 T3： T3＝ 發(fā)酵周期 +輔助時(shí)間 ＝ (64+32)/24＝ 4 (d) 所以， 三級(jí)種子罐 個(gè) 數(shù) n3： n3＝ N3? T3＝ 1? 4＝ 4 (個(gè) ) [生產(chǎn)中取 6 個(gè) ] （ 3）二級(jí)種子罐 個(gè) 數(shù) n2 的計(jì)算： 取 N2＝ 1 (罐 /d) 二級(jí)種子罐 總發(fā)酵周期 T2： T2＝ 發(fā)酵周期 +輔助時(shí)間 ＝ (64+32)/24＝ 4 (d) 所以， 二級(jí)種子罐 個(gè) 數(shù) n2： n2＝ N2? T2＝ 1? 4＝ 4 (個(gè) ) [生產(chǎn)中取 6 個(gè) ] （ 4）一級(jí)種子罐 個(gè) 數(shù) n1 的計(jì)算： 取 N1＝ 1 (罐 /d) 一級(jí)種子罐 總發(fā)酵周期 T1： T1＝ 發(fā)酵周期 +輔助時(shí)間 ＝ (64+32)/24＝ 4 (d) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 22 所以， 一級(jí)種子罐 個(gè) 數(shù) n1： n1＝ N1? T1＝ 1? 4＝ 4 (個(gè) ) [生產(chǎn)中取 6 個(gè) ] 表 42 發(fā)酵罐與種子罐計(jì)算結(jié)果一覽表 Table 42 The calculation results of Fermentor and seed tank 設(shè)備名稱 發(fā)酵罐 三級(jí)種子罐 二級(jí)種子罐 一級(jí)種子罐 發(fā)酵周期 (d) 8 4 4 4 每天放罐數(shù) (個(gè) ) 1 1 1 1 數(shù)量 (個(gè) ) 8 4 4 4 計(jì)算公稱容積 (m3) 圓整公稱容積 (m3) 75 20 發(fā)酵罐與種子罐物料的計(jì)算 （ 1）發(fā)酵罐 物料 的計(jì)算 ① 每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd＝ (m3) ② 發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 V 損 0 的計(jì)算 取發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為發(fā)酵液總量的 15%。則 V 損 0＝ ? Vd＝ ? ＝ (m3) ③ 補(bǔ)料量 V 補(bǔ) 0 的計(jì)算： V 補(bǔ) 0＝ V 氨水 +V 消沫油 +V 硫酸銨 +V 糖液 ＝ ? (+++90/1050? 1000)/1000 ＝ (m3) ④ 種子培養(yǎng)液 V 種 0 的計(jì)算： V 種 0＝ 20%? Vd＝ ? ＝ (m3) ⑤ 滅菌后入罐培養(yǎng)基的總體積 ： V 滅后 0＝ Vd+V 損 0－ V 補(bǔ) 0－ V 種 0 ＝ +－ － ＝ (m3) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 23 （ 2）三級(jí)種子罐 物料 的計(jì)算： ① 每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd3＝ V 種 0＝ (m3) ② 三級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 V 損 3 的計(jì)算 ： 取 三級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為種子培養(yǎng)液總量 15%。則 V 損 3＝ ? Vd3＝ ? ＝ (m3) ③ 種子培養(yǎng)液 V 種 3 的計(jì)算 ： V 種 3＝ 10%? Vd3＝ ? ＝ (m3) ④ 滅菌后入罐培養(yǎng)基的總體積 ： V 滅后 3＝ Vd3+V 損 3－ V 種 3 ＝ +－ ＝ (m3) （ 3）二級(jí)種子罐 物料 的計(jì)算： ① 每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd2＝ V 種 3＝ (m3) ② 二級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 V 損 2 的計(jì)算 ： 取 二級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為種子培養(yǎng)液總量 15%。則 V 損 2＝ ? Vd2＝ ? ＝ (m3) ③ 種子培養(yǎng)液 V 種 2 的計(jì)算 ： V 種 2＝ 10%? Vd2＝ ? ＝ (m3) ④ 滅菌后入罐培養(yǎng)基的總體積 ： V 滅后 2＝ Vd2+V 損 2－ V 種 2 ＝ +－ ＝ (m3) （ 4）一級(jí)種子罐 物料 的計(jì)算： ① 每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd1＝ V 種 2＝ (m3) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 24 ② 一級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 V 損 1 的計(jì)算 ： 取 一級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為種子培養(yǎng)液總量 15%。則 V 損 1＝ ? Vd1＝ ? ＝ (m3) ③ 種子培養(yǎng)液 V 種 1 的計(jì)算 ： V 種 1＝ 10%? Vd1＝ ? ＝ (m3) ④ 滅菌后入罐培養(yǎng)基的總體積 ： V 滅后 1＝ Vd1+V 損 1－ V 種 1 ＝ +－ ＝ (m3) （ 5）發(fā)酵罐與種子罐物料數(shù)據(jù) 表 43 發(fā)酵罐與種子罐物料數(shù) 據(jù)一覽表 Table 43 The material data of fermentor with seed tank 項(xiàng) 目 進(jìn)入發(fā)酵設(shè)備的物料 離開發(fā)酵設(shè)備的物料 滅菌后培養(yǎng)基 種子液 補(bǔ)料 合計(jì) 蒸發(fā)等損失 放罐發(fā)酵液 合計(jì) 單 位 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 發(fā) 酵 罐 三級(jí)種子罐 0 二級(jí)種子罐 0 一級(jí)種子罐 0 發(fā)酵工段水用量與原料消耗量的計(jì)算 （ 1）水用量的計(jì)算 ① 配料用水量 ?。号淞嫌盟考s等于培養(yǎng)基的體積。 表 44 配料用水量 一覽表 Table 44 Ingredients water 設(shè) 備 一級(jí)種子罐 二級(jí)種子罐 三級(jí)種子罐 發(fā)酵罐 配料用水量 (m3/罐 ) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 25 ② 洗罐 用水量 ?。合垂抻盟考s等于公稱容積的 80%。 表 45 洗罐用水量 一覽表 Table 45 Tank washing water 設(shè) 備 一級(jí)種子罐 二級(jí)種子罐 三級(jí)種子罐 發(fā)酵罐 公稱容積 (m3) 洗罐用水量 (m3/罐 ) （ 2）原料消耗量的計(jì)算： m＝ V 合計(jì) ? ρ? 培養(yǎng)基配比 (44) 表 46 培養(yǎng)基原料消耗一覽表 Table 46 Media consumption of raw materials 原料名稱 一級(jí)種子罐 培養(yǎng)基 二級(jí)種子罐 培養(yǎng)基 三級(jí)種子罐 培養(yǎng)基 發(fā)酵罐 培養(yǎng)基 合計(jì) % Kg % kg % kg % kg kg 黃豆餅粉 1199 葡萄糖 2466 3013 硫酸銨 氯化鈣 碳酸鈣 磷酸二氫鉀 消沫油 (L/m3) 1066 玉米漿 (L/m3) 1062 氯化鈷 (L/m3) － － － － － － 發(fā)酵液預(yù)處理過程的計(jì)算 （ 1） 預(yù)處理過程的 設(shè)計(jì)要求 ① 每天處理一個(gè)大罐放出的發(fā)酵全液 m3/d ( kg/d)； ② 加草酸沉淀 Ca2+、 Mg2+； 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 26 ③ 加 NaBH4 將硫酸鏈霉素還原為雙氫鏈霉素； ④ 加軟水稀釋物料； ⑤ 硫酸鏈霉素的還原率不低于 98%。 （ 2） 預(yù)處理過程的 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ① 發(fā)酵水平： 25000 U/mL；體積： m3；總億： 億 ② 消耗定額： 表 47 發(fā)酵液預(yù)處理物料消耗 一覽表 Table 47 Fermentation broth pretreated material consumption 原料名稱 規(guī)格 單位 原料消耗量（ kg/10 億） NaBH4（固） — kg 草酸 ＞ 95%，含結(jié)晶水 kg NaOH 30%，工業(yè) kg （ 3） 預(yù)處理過程的 物料衡算 ① NaBH4（固）用量： ? ＝ (kg) NaBH4（ 5%水溶液）重量： ＝ (kg) NaBH4（ 5%水溶液）密度： 1220 kg/m3 kg NaBH4（ 5%水溶液）體積： ＝ (m3) ② 草酸（ ＞ 95%，含結(jié)晶水）用量： ? ＝ (kg) ③ NaOH（ 30%，工業(yè)）用量： ? ＝ (kg) ④ 軟水用量： 28 m3（ 28000 kg） 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 27 說明：預(yù)處理操作用 3 個(gè) 30 m3 的攪拌罐，草酸溶于軟水后加入每個(gè)罐的發(fā)酵液加量確定后，其余物料按消耗定額比例加入。 ⑤ 離開預(yù)處理過程的物料衡算 a 預(yù)處理罐罐底為草酸鈣、草酸鎂等沉淀液。如果用 3 個(gè)罐相同裝量操作，則各排放 1 m3 沉淀濁液，放至 1 個(gè) 3 m3 過濾管，清濾液約 m3 泵送稀釋罐。濾渣量約 900 kg（ m3）送三廢車間處理。 b 離開預(yù)處理過程的物料去稀釋罐，其 體積： ++++－ ＝ (m3) 重量： ++++28000－ 900＝ (kg) 效價(jià)單位： 25000? ＝ 15722 (U/mL) 發(fā)酵液 稀釋過程的計(jì)算 （ 1） 稀釋過程的 設(shè)計(jì)要求 用軟水將預(yù)處理液稀釋至 3000 ~ 5000 U/mL。 （ 2） 稀釋過程的 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 根據(jù)預(yù)處理液中的效價(jià)單位和要求確定軟水的加量。 （ 3） 稀釋過程的 物料衡算 設(shè)：加入 x m3 軟水后，預(yù)處理液中效價(jià)數(shù)為 4000 U/mL 由物料平衡： 15722? ＝ 4000? (x+) 解出 x＝ (m3) ∴ 軟水的用量： m3（ 237908 kg） 工藝上用 3 個(gè)罐同時(shí)平均裝量稀釋時(shí)，每罐用軟水量為 m3 稀釋液 的總量為： +＝ m3 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 28 吸收交換過程的計(jì)算 （ 1） 吸收交換 過程的 設(shè)計(jì)要求 ① 采用 110? 3 Na 型樹脂吸附； ② 承接 m3/d 稀釋液的吸附。 （ 2） 吸收交換 過程的 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ① 110? 3 Na 型樹脂的最大吸附容量 q： q mg 當(dāng)量 /g H 型干樹脂 ② 每克 H 型干樹脂 ＝ 7mL Na 型濕樹脂。 ③ 1 1000mg ??雙 氫 鏈 霉 素 分 子 量當(dāng) 量 雙 氫 鏈 霉 素 單 位雙 氫 鏈 霉 素 化 合 價(jià) 510. 8 7 1 44＝10003 ＝ ?? (U) ④ Na 型濕樹脂的最大吸附能力： 9? ? 105/7＝ ? 105 (U/mL) ⑤ 待吸附液料量： m3/d ⑥ 五個(gè)吸附交換罐串聯(lián)組。串聯(lián)反向（下進(jìn)料上出料）吸附操作。吸余液中單位數(shù)小于 200 U/mL 時(shí)，排放去廢水系統(tǒng)。 ⑦ 稀釋液進(jìn)入吸附交換罐的流率為 10 m3/h ⑧ 每天損失樹脂 60 kg，樹脂吸附