【導讀】生產(chǎn)車間工藝論證；車間設備設計選型及車間布置設計；生產(chǎn)車間平、立面布置圖。撰寫設計說明書一份；生產(chǎn)安排：年生產(chǎn)天數(shù)為280天；淡旺季生產(chǎn)任務比例：無淡旺季；梁世中.生物工程設備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社.20xx；姚玉英.化工原理(上、下)[M].北京：天津大學出版社.1999；陸敏.化學制藥工藝與反應器[M].北京：化學工業(yè)出版社.20xx；季陽萍.化工制圖[M].北京：化學工業(yè)出版社.20xx；藝進行青霉素的生產(chǎn)，菌種經(jīng)種子發(fā)酵罐擴培后進入二級種子發(fā)酵罐再進入發(fā)酵罐。證產(chǎn)黃青霉的健康生長。經(jīng)工藝計算，設計選用2臺一級種子罐、3臺二級種子罐、6. 廠房采用三層設計，在不同層放置不同類型的罐體，以滿足生產(chǎn)需要。制因素，對物料、能量等進行了計算，力求讓設計完整及準確無誤。

　　

【正文】 消耗表 原料名稱 規(guī)格 批次 用量（噸） 年用量（噸） 黃豆 餅粉 含蛋白質(zhì) 45% 968 7741 葡萄糖 含量 99%以上 118 938 碳酸鈣 工業(yè)用含量 99%以上 4 29 KH2PO4 含量 99%以上 35 279 苯乙酰胺 工業(yè)用含量 99%以上 12 96 氨水 工業(yè)用含量 28% 28 220 油酸甘油酯 工業(yè)用含量 99%以上 81 645 豆油 工業(yè)用含量 95%以上 185 1480 硅油 工業(yè)用含量 99%以上 8 59 玉米油 工業(yè)用含量 85%以上 17 133 泡敵 工業(yè)用含量 89%以上 4 26 硝酸鉀 工業(yè)用含量 99%以上 4 29 第四章 設備設計及選型 19 能 耗計 算 水 (1) 發(fā)酵熱效應 [5] Q=QF 公V 發(fā)酵罐 大Q =5500 80%= 10 5 kJ/m3 h 二級種子罐 中Q =5500 70%=10 5 kJ/m3 h 一級種子罐 小Q =550065%=10 4 kJ/m3 h (2) 循環(huán)冷卻水（水溫 20～ 25℃，△ t=5℃， ） 循環(huán)水用量（ c=水的 比熱容 ℃）： QcW t??大大 = hrkg /3 9 0 4 75 10 5 ?? QcW t??中中 = hrkg /71 4 5 ???? QcW t??小小 = hrkg /1 1 6 5 ???? 以工作狀態(tài) 6 個發(fā)酵罐， 3 個二級種子罐， 2 個一級種子罐計，并取安全系數(shù) ，則循環(huán)冷卻水總量為： W總 = （ 39047 6+7143 3+1162 2） 10 3 = = 考慮到一級種子罐 實 消所需冷卻水：取夾套傳熱系數(shù) K=400 kcal/㎡ h℃，冷卻水進口溫度 20℃，冷卻水出口溫度 25℃，取冷卻時間 ，計算可得所需冷卻水量 W冷 3000kg/hr? 則冷卻水高峰用量： hrtW /6 4 1 236 4 0 9m a x ??? (3) 低溫冷卻水（ 水溫 9～ 14℃，△ t=5℃， ，夏季使用） 低溫水用量（ c=水的 比熱容 ℃ ） k g / h r3 9 0 4 75 10△c 5 ??? 大大 QW 四川理工學院畢業(yè)設計 20 QcW t??中中 = hrkg /71 4 5 ???? QcW t??小小 = hrkg /1 1 6 5 ???? 以工作狀態(tài) 6 個發(fā)酵罐， 3 個二級種子罐， 2 個一級種子罐計，并取安全系數(shù) ，則低溫冷卻水總量為： W 總 =（ W大 6+W中 3+W小 2） 103 = （ 39047 6+7143 3+1162 2） 10 3 = = (4) 自來 水 ① 洗滌用水：采用浸泡式清洗，用水量取設備公稱容積的 80% W發(fā) 酵 洗 314 9. 39 2m80 % 18 6. 74 ??? W二 級 洗 3m?= 80%= W一 級 洗 3m?= 80%= 也可以采用噴淋式清洗，用水量約為罐體積的 10%～ 15%。 ② 配料用水： 培養(yǎng)基原料大多為固體 ? 配料用水量≈消后培養(yǎng)基體積 W發(fā) 酵 配 = ?二級配W mW ?一級配 ③ 自來水用量： 取安全系數(shù) ，則自來水總用量： W總 = （ W發(fā) 酵 洗 2+W二 級 洗 +W一 級 洗 +W發(fā) 酵 配 2+W二 級 配 +W一 級 配 ） = （ 2+++ 2++） = 第四章 設備設計及選型 21 蒸汽 （ 121℃ ， 發(fā) 酵溫 度 =27 ℃ ， ? =， 焓 i =， 汽化 熱） (1) 發(fā)酵罐、二級種子罐空消所用蒸汽：（按 5 倍罐全容積計算） 5SSV ?? ? ?全 kg2 6 6 9 951 .7 2 9 9 6 ??大S ????中S (2) 一級種子罐、補料罐實消所用蒸汽：（以直接加熱之后保溫計算，料液比熱 Cs 均取 1kcal/kg℃ ） 直接蒸汽加熱氣耗： 2112() (1 )G C t tS i C s t ?? ? ?? ? ??? （ ? 取 10%） 保溫階段氣耗： S2=(30%~50%) S1 取 40% ? 實消氣耗： 21122() ( 1 ) ( 1 4 0 % )G C t tS S S i C s t ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? kg9 5 0 2 7%401%10111 2 5 3 271 2 111 0 0 ??????????一級S ? ? ? ? ? ? %401% ??????????料S ? ? ? ? ? ? %401% 2712111 0 0 ??????????油S ? ? ? ? ? ? %401% 2712111 0 0 ??????????泡敵S 高峰用汽時段時，考慮兩發(fā)酵罐 ， 一 個 二級種子罐空消、一 個 一級種子罐和各補料罐同時實消，并取安全系數(shù) ， 1 . 2 ( 2 1 1 )S S S S S S? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 發(fā) 酵 二 級 一 級 料 油 泡 敵 ? ?? ?????????? = ? kg 空氣 (1) 通氣消耗壓縮空氣量： 四川理工學院畢業(yè)設計 22 ()gQ VVM V??? 公 發(fā)酵罐 m i n/% 3mQ g ???? 二級種子罐 30. 15 38 .8 3 70 % 4. 07 7 m / m ingQ ? ? ? ? 一級種子罐 65% m / m i ngQ ? ? ? ? (2) 壓料用壓縮空氣量： 經(jīng)驗數(shù)據(jù)為： 315m / min (3) 總計： 取安全系數(shù)為 ，假設最大工作量為 6 發(fā)酵罐、 3 二級種子罐、 2 一級種子罐通氣，兩發(fā)酵罐、一 個 二級種子罐、一 個 一級種子罐壓料，則高峰空氣用量為： ? ? ?????????????? 一級壓二級壓發(fā)酵壓一級二級發(fā)酵 ggggggQg gQ? ? ? ????????? = 3m/min ? 要求配套設計空氣系統(tǒng)供給 3m/min 的壓縮空氣量。 第四章 設備設計及選型 23 第四章 設備設計及選型 主要設備設計及選型 發(fā)酵罐 (1) 選型 [6]： 圖 41 發(fā)酵罐示意圖 根據(jù)生物工程設備常見的機械攪拌通風種子罐的幾何尺寸比例 H/D =～ 取 H/D=3 Di/D =1/2～ 1/3 取 Di = HO/D =2 HO =2D h= C/Di=～ 取 C = 根據(jù)封頭形狀、直徑查閱化工容器設計手冊得公式： 公稱容積 2 3 30 . 1 3 ( 0 . 1 3 ) 2 0 044CD HV o V V H D D DD??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? H= D= 圓整 H=13000mm D=4500mm 四川理工學院畢業(yè)設計 24 則公稱容積 33( 3 0 . 1 3 ) ( ) 2 2 6 . 4 543 HV o m?? ? ? ? ? 全容積 330 .1 3 2 3 8 .3 0V V o D m? ? ? 查表 [7]得： 封頭內(nèi)表面積 F= ㎡，容積 V= 3m 人孔取 ? 800mm，視鏡 D視 200mm，查表 [8]選取 Ds=4500mm 的支腿式支座，并根據(jù)工廠實際情 況做適當?shù)母淖儭? (2) 料液高度： 3LC21 3 1= H + D =4 85 4CVDHDD? ? 3 80% 1= 4? ? ? ??? = (3) 傳熱面積計算 蛇管傳熱系數(shù)取 900 kcal/㎡ .h.℃ 發(fā)酵溫度為 27℃，循環(huán)水為 20～ 25℃，低溫水為 9～ 14℃， 則傳熱溫差 ： 1 ( 2 7 2 0 ) ( 2 7 2 5 ) 3 .9 92 7 2 02 7 2 5mt In? ? ?? ? ???℃ 2 ( 2 7 9 ) ( 2 7 1 4 ) 1 5 .3 82 7 92 7 1 4mt In? ? ?? ? ???℃ 設計計算時均取傳熱溫差較小的循環(huán)水數(shù)據(jù) 則傳熱面積為 ： 25 2 0 0 mtmk QA ??????? 取 230m2 (4) 冷卻水管計算 最大熱負荷下耗水量： 第四章 設備設計及選型 25 hrkgC QW /3 9 0 4 5 ??????? 大大 冷卻水流速 ～ 3m/s，取 2 m/s 冷卻水管總截面積： 3 6 0 01 0 0 02 3 9 0 4 8 mVWS ??????? 進水總管直徑 ： mS 3 ???? ?總 取 mm85d ?總 (d 總 ： 內(nèi)直徑， 外徑： 95mm， 水管壁厚： 5mm) ① 內(nèi)蛇管（選冷拔無縫鋼管 GB816388） 取冷卻管豎直蛇管組數(shù) n=12，計算冷卻蛇管管徑： mn Sd 30 ?? ???? ? 查流體管 GB816320xx 取 ,25d 0 ??? mm 冷卻管總長 ： mdAAAL 9 2 90 2 3 000 ????? ?? 外加 15 米連接管，則 L總 ??? 每組蛇管長 ： mnLL 0 ??? 取豎蛇管兩直管（相對的蛇管）距離為 ， 則兩端彎管總長： 0 0 .5 1 .5 7I D m??? ? ? ? 取罐內(nèi)附體體積為 3m 罐內(nèi)總體積 ： V V V V? ? ?總 液 管 附 體 . 02 50. 78 5% 2 ?????? = m3 筒體部分液深 =VVS?總 封 23 ?? ?? 豎蛇管總高 H管 =液深 +深入封頭部分（取 ） = 直管高 hH? 管 ?兩 端 彎 管 高 == 四川理工學院畢業(yè)設計 26 一圈管長 mIhI 0 ?????? 12 組蛇管每組繞 6 圈，則 傳熱面積 mI ????????? ?? 壁距取 ，管間距取 倍管徑， 校核筒體內(nèi)寬度 筒體內(nèi)寬度 =攪拌器 +（管徑 4+管間距 3+壁距） 2 （攪拌器寬度取 ） =+ （ 4+ 25 12+） 2 =＜ ?寬 度 合 格 ② 外加盤管（取熱軋無縫鋼管 GB816387 7146?? ） ??? ??? DdA? 取 70 圈，間距 校核總傳熱面積 A A A??蛇 管 盤 管 ?????? =＞ 230m2 校核總高度 ???????? 間距管徑h =＞ ? 面積和高度都合格 (5) 攪拌器設計及功率計算 [9] ① 攪拌器設計 進行攪拌槳葉設計 ， 初定放三檔槳葉 ， 由于上、中、下道槳所處液位不一樣 ，因壓強關系致使通風量體積改變 ， 在發(fā)酵罐罐徑不變情況下氣流通過液量的流速就會不一樣 ， 由生產(chǎn)經(jīng)驗可知： V 底 ＜ V 中 ＜ V 上 。所以空氣在罐底底道槳處 位 液中的停留時間久 ， 同時氣體集中在罐心位 ， 若在罐底上方安裝強有力的底道 槳 ， 對氣泡的分散打碎 ， 延長小氣泡在液中的停留時間會起到舉足輕重的作用 。中、上道槳處氣體已均勻分散在液體中 ， 因氣流速度加快致使槳葉打碎氣泡作用減小 ， 又同時因氣速加快氣流起攪拌作用致使槳葉攪拌作用也大大減小。從節(jié)能考慮 ， 完全可減小中、上道槳葉之葉徑。根據(jù)以上計算和分析 ， 可改變以往上 、中、下道槳葉徑統(tǒng)一的常規(guī)設計 ，即底道槳葉徑加大 ， 中、上道槳葉徑縮小的設計構思。選用渦輪式攪拌器為理想 ，第四章 設備設計及選型 27 其特點是直徑小 ， 轉(zhuǎn)速快 ， 攪拌效率高 ， 功率消耗低 ， 其最大特點是攪拌時使料液產(chǎn)生徑向流 ， 可以延滯空氣在發(fā)酵液中的停留時間 ， 有利于氧在料液中溶解。通風攪拌關鍵槳是底道槳 ， 故而設計時有意加大底道槳葉的葉徑及葉片數(shù) ， 同時相應縮小中、上道槳的葉徑進行計算設計。令底道槳葉徑：中、上道槳葉徑 =1： ， 底道槳設置八彎葉渦輪槳 ， 中、上道槳設置六彎葉渦輪槳。 尺