年产800吨土霉素工厂设计课程设计.docx
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年产800吨土霉素工厂设计课程设计
课程设计
题目:
年产800吨土霉素工厂设计
设计内容30页
图纸4张
年产800吨土霉素车间工艺设计
摘要:
土霉素是一种四环类广谱抗生素,有必然副作用。
目前,中国已成为世界上最大的土霉素生产国,占70%。
目前我国畜用土霉素需求量专门大。
本次设计为生产规模800吨/年的土霉素车间。
土霉素是微生物发酵产物,目前国内土霉素提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调剂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#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至左右结晶取得土霉素碱产品。
本次设计也依照那个工艺流程,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的布置,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章绪论
第节引言
第节设计目标任务
第节本次设计的大体内容
第节氨水储罐
第节板框过滤机
第节脱色罐
第节结晶罐
第节干燥器
发酵罐(三级罐)的接管设计
酸化设备的流体输送
稀释设备的流体输送
板框过滤设备的输送
脱色工段的流体输送
结晶进程的流体输送
管道汇总表
第7章结论
第一章绪论
引言:
土霉素Terramycin(Oxytetracycline)是四环类抗生素,其在结构上含有四并苯的大体母核,随环上取代基的不同或位置的不同而组成不同种类的四环素类抗生素。
分子式如图一所示,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。
许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其灵敏。
其他如放线菌属、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、耶尔森菌等亦较灵敏。
临床上用于医治上呼吸道感染﹑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映,长期利用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿(俗称四环素牙),B族维生素缺乏等。
由于土霉素的普遍应用,临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严峻,而且由于其副作用严峻,此刻临床上多用于兽用药
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=315d/a
一、发酵基础工艺参数
土霉素的发酵周期T为184小时,辅助时刻为10小时,
发酵中罐周期为44小时,辅助时刻4小时
发酵周期为35小时,辅助时刻3小时
接种比为20%,液体损失率为15%
大罐一个发酵周期内所需全料的量为:
32m3
大罐一个发酵周期内所需稀料的量为:
17m3
逃液、蒸发、取样、放罐损失共计为总料液的15%
大、中、小罐通气量别离为、、(每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量)
氨氮的利用情形,培育20-40小时,每4小时补一次,每次10-15L,控氨水平在45mg/100ml以上
培育基配比:
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
淀粉
氯化钠
碳酸钙
磷酸二氢钾
磷酸氢二钾
植物油
4
1
二、提取大体工艺参数
名称
参数
名称
参数
脱色岗位收率
%
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
%g/ml
滤液密度
1.02kg/L
酸化加黄血盐量
%g/ml
20%氨水密度
0.92kg/L
酸化加硫酸锌量
%g/ml
氨水加量
12%
成品含水量
%
脱色保留时间
30-50分钟
酸化加水量
230%v/v
滤液通过树脂罐的线速度控制在-0.002m/s
3.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
结晶
8
本设计大体内容
1.3.1工艺流程设计
依照设计任务,查阅有关资料、文献,搜集必要的技术资料,工艺参数,进行生产方式的选择比较,工艺流程与工艺条件确信的论证。
简述工艺流程。
1.3.2工艺计算
物料衡算:
每一个工序画工艺流程简图,列出所有工艺参数,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、补料罐的尺寸及数量;大罐的罐壁、封头、搅拌装置及轴功率。
提取工段各工序要紧设备尺寸及数量。
管道设计:
大罐要紧接管设计,提取各类设备的要紧连接管道。
1.3.3完成初步设计时期图纸:
设备流程图、车间平面布置图。
第二章工艺流程设计
土霉素生产工艺流程简介
土霉素是微生物发酵产物,目前国内土霉素生产工艺要紧含发酵和提取两大步。
提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调剂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#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至左右结晶取得土霉素碱产品。
本次设计也依照那个工艺流程,分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。
土霉素生产总工艺流程图
土霉素生产总工艺流程图
第三章物料衡算
总物料衡算
纯品土霉素的量:
800×99%=792t/a
日产量:
792/315=t/d
效价:
792×109×1000=×1014单位/a
土霉素的生产进程总收率为99%
那么发酵时的总效价:
×1014/99%=8×1014单位/a
发酵液的效价:
35000单位/ml
发酵液的体积:
8×1014/35000=×1010ml=×104m3
大罐的物料衡算:
天天发酵液的体积:
×104/315=m3/d
天天损失的体积:
×15%/(1-15%)=m3/d
加入氨水体积:
培育20-40小时,每4小时补一次,天天共6次,每次15L,共计90L,既m3/d
大罐一个发酵周期内所需全料的量:
32m3,那么一天内所需全料:
32/(194/24)=m3/d
大罐一个发酵周期内所需稀料的量:
17m3,那么一天内所需稀料料:
17/(194/24)=m3/d
设发酵开始的培育基体积为V,蒸汽带入的水量按20%计
由体积衡算
(V×20%+V×20%+V+++×(1-15%)=v发酵液=d
得培育基体积V为d
那么加入的二级种子液体积:
×20%=m3/d
蒸汽带入水量:
×20%=d
因此,天天所需培育基组成的量如下:
黄豆饼粉:
×3%+×%+×3%=d
淀粉:
×8%+×%+×3%=d
氯化钠:
×%+×%=d
碳酸钙:
×%+×%+×%=d
植物油:
×%+×1%=78m3/d
配料水:
表1三级发酵物料衡算表
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
二级种子液
发酵液
蒸汽带入水量
损失
培养基
全料量
稀料量
氨水
总量
总量
表2三级发酵培育基的组成
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
黄豆饼粉
淀粉
氯化钠
碳酸钙
植物油
配水量
总
中罐的物料衡算:
设发酵开始的培育基体积为V,蒸汽带入的水量按20%计,
由体积衡算:
(V×20%+V×20%+V)×(1-15%)=V‘二级种子液
V‘二级种子液×(1-15%)=V二级种子液=d
V‘二级种子液==
得培育基体积V为m3
那么加入的一级种子液:
×20%=m3/d
蒸汽带入水量:
×20%=m3/d
液体损失15%
×=d
接种损失15%
(1-15%)=m3/d
总损失量=液体损失+接种损失
+=d
因此,天天所需培育基组成的量如下:
黄豆饼粉:
×%=d
淀粉:
×%=d
氯化钠:
×%=m3/d
碳酸钙:
×%=m3/d
磷酸二氢钾:
×%=m3/d
磷酸二氢钾:
×%=m3/d
植物油:
×%=m3/d
配料水:
m3/d
表3二级发酵物料衡算表(周期为48h即2d)
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
一级种子液
二级种子液
带入水量
损失
培养基
总量
总量
表4二级发酵培育基的组成
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
黄豆饼粉
淀粉
氯化钠
碳酸钙
植物油
配水量
磷酸二氢钾
磷酸氢二钾
总
小罐的物料衡算:
设发酵开始的培育基体积为V,蒸汽带入的水量按20%,斜面孢子体积忽略不计,由体积衡算:
(V×20%+V)×(1-15%)=V’一级种子液
V’一级种子液×(1-15%)=V一级种子液=d
得培育基体积V为m3/d
那么蒸汽带入水量:
×20%=d
液体损失15%
×=d
接种损失15%
×20%×15%=m3/d
总损失量=液体损失+接种损失
+=d
因此,天天所需培育基组成的量如下:
黄豆饼粉:
×3%=m3/d
淀粉:
×%=m3/d
氯化钠:
×%=d
碳酸钙:
×%=m3/d
磷酸二氢钾:
×%=m3/d
磷酸氢二钾:
×%=d
植物油:
×4%=m3/d
配料水:
m3/d
表5一级发酵物料衡算表(周期38/24=)
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
培养基
一级种子液
带入水量
损失
总量
总量
表6一级培育基的组成(周期38/24=)
项目
体积(m3/d)
体积(m3/周期)
黄豆饼粉
淀粉
氯化钠
碳酸钙
植物油
配水量
磷酸二氢钾
磷酸氢二钾
总
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
由效价守恒得滤液的体积:
×106×35000×11000×106=m3
滤液:
×103×=
天天/t
草酸:
×103×%×10-3=
黄血盐:
×103×%×10-3=
硫酸锌:
×103×%×10-3=
水:
×=
发酵液:
×103×=
总:
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
滤液
黄血盐
菌丝
硫酸锌
水
发酵液
总量
总量
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:
×106×35000×%×116%×(1-86%)/1370×106=m3
氨水:
×12%=
湿晶体:
d
母液:
+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
母液
氨水
湿晶体
总量
总量
干燥工序物料衡算:
干晶体重:
800×(%)=788t/a
湿晶含水量:
W1=30%/(1-30%)=
干晶含水量:
W2=%/%)=
应除去的水分:
788×()=t/a
湿晶体的量:
788+=t/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
湿晶体的量
干晶体的量
788
除去的水分
总量
总量
第四章设备选型
三级发酵罐
发酵罐的选型
选用机械涡轮搅拌通风发酵罐。
生产能力、数量和容积的确信
发酵罐容积的确信:
选用200m3罐,全容积为230m3
生产能力的计算:
选用公称容积为200m3的发酵罐,装料系数为,那么该罐生产土霉素的能力为:
200×=140(m3)
由前面的物料衡算中,已知年产800吨土霉素的工厂,日产m3的土霉素。
发酵的操作时刻需要194h(其中发酵时刻184h),如此生产需要的发酵罐应为:
N=140×194/24=(罐)取整后需5台
每日投(放)罐次为:
140=(罐)
设备容积的计算:
由前面的物料衡算中,已知年产800吨土霉素的工厂,日产m3的土霉素,天天的发酵液的量:
V0=(m3/d)
所需设备总容积:
V=×194/(24×=(m3)
查表公称容积为200m3的发酵罐,总容积为230m3。
那么5台发酵罐的总容积为:
230×5=1150m3>m3,可知足需要
要紧尺寸
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
搅拌轴功率(见上表)
二级种子罐
选型:
选择机械搅拌通风发酵罐
容积和数量的确信
由前面的物料衡算中,已知年产800吨土霉素的工厂,日产m3
的二级种子液。
因此选用公称容积为50m3的二级种子罐,装料系数为,那么该罐生产的能力为:
50×=35(m3)
发酵的操作时刻需要48(其中发酵时刻44h),如此生产需要的二级种子罐应为:
N=35×48/24=(罐)
取整后需1台
每日投(放)罐次为:
35=(罐)
设备容积的计算:
由前面的物料衡算中,已知年产800吨土霉素的工厂,日产的二级种子液,天天的种子液的量:
V0=(m3/d)
所需设备总容积:
V=×48/(24×=(m3)
查表公称容积为50m3的发酵罐,总容积为。
则1台二级种子罐的总容积为:
>,可知足需要
一级种子罐:
选型:
选择机械搅拌通风发酵罐
容积和数量的确信
由前面的物料衡算中,已知年产800吨土霉素的工厂,日产m3
的一级种子液。
因此选用公称容积为5m3的二一级种子罐,装料系数为,那么该罐生产的能力为:
5×=(m3)
发酵的操作时刻需要38(其中发酵时刻35h),如此生产需要的二级种子罐应为:
N=×38/24=(罐)
取整后需2台
每日投(放)罐次为:
=(罐)
设备容积的计算:
由前面的物料衡算中,已知年产800吨土霉素的工厂,日产的二级种子液,天天的种子液的量:
V0=(m3/d)
所需设备总容积:
V=×38/(24×=(m3)
查表公称容积为5m3的发酵罐,总容积为。
则2台二级种子罐的总容积为:
×2=>,可知足需要
4.4通氨罐:
每罐三级发酵需要的液氨,且有5个发酵罐均持续操作,考虑装料系数为,*5/=,应选取公称容积为1m3的罐一个。
全料罐:
每罐三级发酵需要32m3的全料,且有5个发酵罐均持续操作,考虑装料系数为,32*5/=m3应选用公称容积为50m3的储罐,应选取5个全料罐。
稀料罐:
每一个三级发酵罐需要17m3的稀料,且有5个发酵罐均持续操作,考虑装料系数为,17*5/=m3,应选取公称容积为50m3的储罐3个。
储酸罐
天天产生发酵液共d,酸化工程中加入草酸t/d,二水合草酸密度为L,那么可推算出体积为,考虑装料系数为,实际体积为,那么选择公称容积为的储液罐即可知足生产要求。
酸化稀释共需4小时,属间歇操作,因此一个罐能够知足6大罐的需要,即天天工作4小时
酸化罐:
酸化罐中包括原料发酵液和加入的酸液,整体为,考虑到装料系数为,那么实际需要的罐体积为,因此,选用2个公称容积为50m3的酸化罐即可知足生产要求。
稀释罐:
在稀释的进程中加入两倍体积的水,使得酸化液的体积变成,考虑装料系数为,那么实际需要的罐体积为,因此,选取公称容积为75m3的罐5个,可知足天天生产一批的要求。
板框过滤机;
处置液密度==m3,处置时刻取30min,板框压滤机处置能力:
,
M=*=
因此选用如下设备,因考虑到两级脱色,应选2台:
型号
过滤面积/m2
滤板数量/pcs
滤框面积/m2
最大工作压力/MPa
处理能力/t
质量/t
Larox-PF96
96
16
96
70
73
脱色罐:
脱色保留时刻30-50分钟,取40min,液通过树脂罐的线速度操纵在-0.002ms,取s,那么物料在罐内停留的距离即*40*60=,考虑装料系数,那么=,因此选取罐体高度超过的罐即可。
因此,选取公称容积50m3的储液罐,其罐内部圆筒高度为6m。
液氨储罐
加入的液氨体积为m3,考虑装料系数为,实际需要体积为,那么选用公称容积为50m3的储液罐即可知足要求,结晶时刻为8小时,属间歇操作,那么天天只一次,因此只需1个罐。
结晶罐:
采纳三级持续结晶,设三级罐的整体积为V
V/(V处置量/24)>8
V处置量m3,那么V>m3
为了晶核的形成和形成晶体的饱满,三级罐应依次由小到大
那么别离选择公称容积为5m310m3100m3的三个罐串联即可知足要求。
干燥器:
天天生产湿晶体重量,干晶体重量,那么须除去水分,每小时处置量为24=,因此选用蒸发水分为50kg/h的脉冲旋风式气流干燥器,具体参数见下表
型号
蒸发水分/(kg/h)
装机功率/kw
占地面积/m2
高度/m
XQG50
50
7
17
8
车间设备一览表
设备名称
所属车间
数量
型号
一级种子罐
2
1
发酵车间
7
公称容积5m3φ1500
二级种子罐
发酵车间
5
公称容积50m3φ3100
三级发酵罐
5
发酵车间
3
公称容积200m3φ4600
通氨罐
1
发酵车间
1
公称容积1m3φ900
补料罐(全料罐)
3
5
发酵车间
4
公称容积50m3φ3100
补料罐(稀料罐)
发酵车间
2
公称容积50m3φ3100
酸化反应罐
2
酸化过滤车间
1
公称容积50m3φ3100
酸化储罐
1
酸化过滤车间
1
公称容积φ1200
稀释罐
2
5
酸化过滤车间
3
公称容积75m3φ3200
板框过滤机
酸化过滤车间
2
Larox-PF96过滤面积96m2
脱色罐
1
脱色结晶车间
1
公称容积50m3φ3400
液氨储罐
1
脱色结晶车间
1
公称容积50m3φ3400
结晶罐
3
脱色结晶车间
3
公称容积分别为5m3、10m3、100m3
旋风干燥器
1
干燥车间
1
XQG50,蒸发水分50kg/h
第五章:
管道设计
发酵罐(三级罐)的接管设计:
冷却面积的计算:
按发酵生成热顶峰、一年中最热的半个月的气温、冷却水可能到最高温的条件下,设计冷却面积。
取qmax=×6000KJ/(m3.h)
采纳竖式列管式换热器,取体会值K=×500KJ/(m3.h.℃)
△tm=(△t1-△t2)/(ln△t1/△t2)=(12-5)/(ln12/5)=8(℃)
天天装罐,每罐实际装液量为:
=(m3)
换热面积:
F=×6000××500×8)=(m3)
设备结构的工艺设计
1).空气散布器:
单管通风
2).挡板:
不设挡板
3).密封方式:
机械密封
4).冷却管布置
a)最高热负荷下的耗水量:
W=×6000××(27-20))
=×105(kg/h)=(kg/s)
那么冷却水体积流量为W’=s,取冷却水在竖直蛇管中的流速为v=1m/s,冷却管总截面积:
S总=1=(m2)
进水总管直径d总2=S总/,解出d总=(m)
b)冷却管组数和管径
设冷却管径为d0,组数为n那么:
S总=nd02,依照本罐情形,取n=8,求出管径:
d0=(m)
查表取φ89×无缝钢管,d内=82mm,d内>d0,可知足要求,d平均=86mm。
取竖蛇管端部U型弯管曲率半径为250mm,那么两直管距离为500mm,
两头弯管总长度:
l0=πD=×500=1570mm
c)冷却管总长度L计算
已知冷却总面积F=,无缝钢管φ89×
每米冷却面积为:
F0=××1=(m2)
那么冷却管总长度:
L==(m)
冷却管体积:
V=××=(m3)
d)每组管长L0和管组高度
每组管长:
L0=L/n=8=(m)
另需连接管8m:
L实际=L+8=(m)
可排竖直蛇管的高度,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m3,那么:
V总=V液+V管+V附件=(8)++=(m3)
筒体部份液深:
(V总-V封)/S截=()/×52)=(m)
竖直蛇管总高:
H管=+=(m)
又两头弯管总长:
l0=1570mm,两头弯管总高为500mm
那么直管部份高度:
h=H管-500=5190(mm)
那么一圈管长:
l=2h+l0=2×5190+1570=11950(mm)
e)每组管子圈数n0
n0=L0/l==(圈)
管间距为:
外=×=(m
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