8万吨每年赖氨酸生产装置二级种子罐工艺及设备设计

摘要赖氨酸的发酵过程主要包括斜面种子活化、种子罐扩大培养和发酵罐发酵。种子罐扩大培养在赖氨酸发酵过程中占有重要的地位。本设计依照GB150和《化工容器与设备简明设计手册》等文献，对种子罐进行设计。先行设计种子罐筒体，封头的尺寸与厚度并进行液压试验机强度校核。由于反应介质有一定的腐蚀性，所以采用不锈钢材料。然后设计设备的冷却装置。由于发酵过程中对温度稳定的要求高，所以采取外盘管和内蛇管联合使用的冷却装置。最后设计设备的搅拌传动装置和接管附件。因为发酵过程要求严格无菌操作，对设备密封性能要求高，本设计中采用机械密封。关键词：赖氨酸，种子罐，内蛇管，无菌操作AbstractLysinefermentationprocessmainlyincludesinclinedsurfaceactivationofseed,seedtankandenlargedculturefermentationtankfermentation.Seedtanktoexpandtraininginlysinefermentationprocessplaysanimportantrolein.InaccordancewiththedesignofGB150andchemicalcontainersandequipmentconcisedesignhandbookliterature,theseedtankdesign.Firstdesignseedtankbarrelbody,headsizeandthicknessandstrengthcheckofhydraulictestmachine.Asthereactionmediumhavecertaincorrosive,sotheuseofstainlesssteelmaterials.Thenthedesignofequipmentcoolingdevice.Asaresultofthefermentationprocessforthehightemperaturestabilityrequirements,sotakenoutsidethecoilandtheinnercoilpipejointuseofcoolingdevice.Thefinaldesignequipmentstirringtransmissiondeviceandattachmentofnozzle.Becausethefermentationprocessrequiresstrictasepticoperation,thedevicesealingperformancerequirements,thedesignoftheuseofmechanicalseal.Keyword：Lysine,seedscans,innertube,asepticoperation目录前言…………………………………………………………………………………1第一章绪论…………………………………………………………………………21.1赖氨酸的用途…………………………………………………………………21.1.1赖氨酸在医药上的应用…………………………………………………21.1.2赖氨酸在食品上的应用…………………………………………………21.1.3赖氨酸在饲料上的应用…………………………………………………21.2赖氨酸的生产方法……………………………………………………………21.2.1赖氨酸的生产方法………………………………………………………31.2.2二级种子罐在发酵工艺中的地位和作用………………………………3第二章赖氨酸发酵流程……………………………………………………………32.1赖氨酸发酵原理和过程………………………………………………………3第三章种子罐釜体结构的设计计算………………………………………………43.1工艺条件………………………………………………………………………43.1.1发酵液物性参数…………………………………………………………43.1.2操作参数…………………………………………………………………43.2罐体结构形式的选择…………………………………………………………53.2.1筒体内径的确定…………………………………………………………53.2.2筒体全容积的确定………………………………………………………63.3发酵车间物料衡算……………………………………………………………63.3.1赖氨酸发酵工艺技术指标………………………………………………63.3.2种子罐个数的确定………………………………………………………73.4种子罐罐体设计………………………………………………………………73.4.1工艺条件…………………………………………………………………73.4.2筒体壁厚计算……………………………………………………………83.4.3封头壁厚计算……………………………………………………………93.5种子罐水压试验校核…………………………………………………………103.5.1计算罐体水压试验压力…………………………………………………103.5.2筒体薄膜应力T的计算…………………………………………………103.5.3确定筒体在水压试验下的最大应力][T………………………………103.6种子罐换热部件计算…………………………………………………………113.6.1种子罐内热量衡算………………………………………………………113.6.2换热装置的设计计算……………………………………………………133.6.3半圆形外盘管的强度计算………………………………………………153.7挡板的设计……………………………………………………………………163.8支座选择与强度校核…………………………………………………………173.8.1支座的选择………………………………………………………………173.8.2支座的强度校核…………………………………………………………183.9人孔、视镜的选择与校核……………………………………………………203.9.1人孔的选择和开孔补强…………………………………………………203.9.2视镜的选择和开孔补强…………………………………………………243.10接管、管法兰设计……………………………………………………………273.10.1放料口管法兰和接口形式的选择……………………………………273.10.2排风口、进风口、进料口管法兰和接口形式的选择………………273.10.3种子入口、流糖加入口管法兰和接口形式的选择…………………283.10.4取样口管法兰和接口形式的选择……………………………………283.10.5管法兰尺寸汇总………………………………………………………29第四章种子罐搅拌装置的设计计算………………………………………………304.1种子罐搅拌器形式的确定……………………………………………………304.2种子罐搅拌器尺寸的确定……………………………………………………314.3种子罐搅拌器搅拌功率的计算………………………………………………314.4种子罐搅拌轴的设计及强度校核……………………………………………344.4.1按扭转变形计算轴径……………………………………………………354.4.2按临界转速校核轴的直径………………………………………………364.4.3按强度计算搅拌轴直径…………………………………………………39第五章种子罐搅拌设备传动装置的设计与选型…………………………………425.1电动机的选型…………………………………………………………………425.2减速器的选型…………………………………………………………………435.3联轴器的选型…………………………………………………………………445.4轴封装置的选型………………………………………………………………445.5凸缘法兰和安装底盖的选型…………………………………………………445.6底轴承的选型…………………………………………………………………46第六章种子罐的制造、安装于调试………………………………………………466.1种子罐的制造、检验和验收…………………………………………………466.1.1材料的验收………………………………………………………………466.1.2容器的焊接………………………………………………………………466.1.3封头的制造………………………………………………………………476.1.4筒体的制造………………………………………………………………476.2种子罐的安装、调试及维护…………………………………………………476.2.1设备的安装………………………………………………………………476.2.2设备的试运行……………………………………………………………476.2.3设备的使用………………………………………………………………486.2.4设备的定期检查…………………………………………………………48结论…………………………………………………………………………………49致谢…………………………………………………………………………………50参考文献……………………………………………………………………………511前言赖氨酸是一种动物自身不能合成的第一限制性必需氨基酸。在医药、食品和饲料中有着重要的作用。赖氨酸主要由发酵法生产，随着生化技术的提高和生化产品的需求量不断增加，对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求。发酵是一个无菌、通气的复杂生物反应过程，需要无菌的空气和培养基的纯种浸没培养。因此发酵罐的设计，不仅仅是单体设备的设计，而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配置的系统工程。赖氨酸发酵过程中，对压力的要求不高，但对温度和通入的氧气要求很高，温度过高或过低对菌种发酵都不利，所以要控制在合理的温度范围内，而赖氨酸的发酵过程是好氧的，且氧气必须是无菌的，因此发酵过程中要通入无菌空气且要保证装置的密封性能。为了保证发酵过程温度的稳定，本设计改变了以往搅拌设备采用加套作为冷却装置设计，而采用半圆行外盘管和内蛇管结合的冷却装置，从而更好的满足工艺要求。通过控制流量来控制传热效果。在刚开始给培养液加热时，可以通过内蛇管通热水迅速将培养基升温，当发酵过程中产生大量热量时，半圆行外盘管不能迅速带走热量时，可将内蛇管通入冷却水，从而控制温度稳定。在培养周期结束后，需要放出物料时，也可将内盘管作为冷却源，从而节省时间。在设计容器接管时，根据工艺条件的要求设计各个接管，在安全是前提下，为了更加经济，本设计将进料口和排气口设计为同一个接口，在发酵开始前，可作为进料口，发酵过程中可作为排气口，通时将种子入口和流糖加入口设计为同一个接口，在发酵开始前，可作为种子入口，发酵过程中可作为流糖加入口。这样设计也减少了容器上的开孔数量，减少了对容器强度的削弱。2第一章绪论赖氨酸，化学名：2,6-二氨基己酸,化学结构简式为H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH。赖氨酸，是一种必需氨基酸。它是人体所必需的营养物质，但是身体不能自身合成它。它必须通过日常饮食和营养补品获得。赖氨酸是人和动物赖以生存的必需氨基酸，是人类重要的医药原料和食品添加剂，同时也是优质的饲料添加剂。1.1赖氨酸的用途1.1.1赖氨酸在医药上的应用赖氨酸可以调节人体代谢平衡。是合成人体激素、酶和抗体的原料，往食物中添加少量赖氨酸，可以刺激胃酸和胃蛋白酶的分泌，起到增加食欲、促进幼儿生长发育的作用。赖氨酸还可作为利尿药的辅助治疗剂，治疗因血中氯化物减少所导致的铝中毒：对营养不良、乙肝，支气管炎有一定的治疗作用；同时赖氨酸也是优良的血栓预防剂。1.1.2赖氨酸在食品上的应用赖氨酸是合成大脑神经再生细胞和其它核蛋白以及血红蛋白等重要蛋白质所需的氨基酸。专家认为，在食物中添加1g赖氨酸：就相当于增加10g可利用的蛋白质。儿童食用添加赖氨酸的食物，其体格、智力