泰妙菌素生产部分参数的计算

400m3泰妙菌素生产部分参数的计算一、能量衡算1、发酵的热效应计算Q=QF.VL（单位；Kcal）抗生素发酵的比热为QF=4800Kcal/m3.hVL——为发酵液的体积，（发酵液的体积为发酵大罐的公称容积的75%；发酵液的体积为发酵中罐的公称容积的70%；发酵液的体积为发酵小罐的公称容积的65%。）发酵大罐（50m3）的发酵热单台：Q=QF.VL=4800×50×75%=1.8×105（Kcal）8台：Q=QF.VL=4800×50×75%×8=1.44×106（Kcal）一级种子罐（1.25m3）的发酵热单台：Q=QF.VL=4800×1.25×65%=3.9×103（Kcal）5台：Q=QF.VL=4800×1.25×65%×5=1.95×104（Kcal）二级种子罐（10m3）的发酵热5台：Q=QF.VL=4800×10×65%×5=1.56×105（Kcal）各发酵罐的发酵热Q=1.44×106＋1.56×105＋1.95×104=1.6155×106（Kcal）综上所述：各发酵罐的发酵热为1.6155×106（Kcal），选择的冷冻机的冷冻量为162万大卡，就合适了。2、水的计算（1）、循环冷却水（冷却水温度：20~25℃，温差△t=5℃，压力P=0.3Mpa）（a）循环冷却水的用量（抗生素发酵的比热为QF=4800Kcal/m3.h）W=QC.△t发酵罐（50m3）循环冷却水单台W50=QC.△t=1.8×1051×5=36000（Kg/h）8台W50=8×QC.△t=8×1.8×1051×5=288000（Kg/h）二级种子罐（10m3）循环冷却水5台W10=QC.△t=5×312001×5=31200（Kg/h）一级种子罐（1.25m3）循环冷却水5台W1.25=QC.△t=5×39001×5=3900（Kg/h）若以上各罐均工作，并取安全系数：1.2，循环冷却水的用量为：W=1.2（288000＋31200+3900）=323100（Kg/h）=323.1（t/h）（b）考虑到一、二级种子罐实消所用冷却水，取传热系数K=200Kcal/m3.h.℃，设冷却水进口温度为20℃，出口温度为25℃，取冷却时间为2小时。小罐实消时冷却水用量W=QC.△t=K.VC.△t二级种子罐（10m3）实消时冷却水用量W10=K.VC.△t=200×10.51×5=420（Kg/h）一级种子罐（1.25m3）实消时冷却水用量W1.25=K.VC.△t=200×1.41×5=56（Kg/h）各小罐实消用冷却水W总=420＋56=476（Kg/h）综上（a）（b）两项，在高峰时段，冷却水用量为各罐用冷却水量W总=323100＋476=323576（Kg/h）=323.6（t/h）（2）、低温冷却水（水温度：9~14℃，温差△t=5℃，压力P=0.3Mpa，夏季使用）低温冷却水的用量W=QC.△t发酵罐（50m3）低温冷却水单台W50=QC.△t=1.8×1051×5=36000（Kg/h）8台W50=8×QC.△t=8×1.8×1051×5=288000（Kg/h）二级种子罐（10m3）循环低温冷却水5台W10=QC.△t=5×312001×5=31200（Kg/h）一级种子罐（1.25m3）循环低温冷却水5台W1.25=QC.△t=5×39001×5=3900（Kg/h）若以上各罐均工作，并取安全系数：1.2，循环低温冷却水的用量为：W=1.2（288000＋31200+3900）=323100（Kg/h）=323.1（t/h）（3）、自来水用量a、洗涤用水中、小罐采用浸泡的方式清洗，用水量取设备公称容积的80%。则发酵罐（20~50m3）的用水量W=80%V单台W50=80%×50=40m3二级种子罐（10m3）的用水量W=80%V单台W10=80%×10=8m3一级种子罐（1.25m3）的用水量W=80%V单台W1.25=80%×1.25=1m3b、配料用水因为培养基原料大都是固体所以配料用水量一般约等于培养基体积配料用水WW50=50m3W10=10m3W1.25=1.25m3各种罐的配料用水量W=1.25+10+50=61.25m3自来水总量，并取安全系数1.2，则自来水总量W=1.2×（49+61.25）=132.3m33、蒸汽（蒸汽参数：135℃，密度ρ=1.729kg/m3焓653.31Kcal/kg汽化热517.51Kcal/kg）1）、大罐、中罐（公称容积≥10m3）采用空消，所用蒸汽量S，一般按罐体全容积的5倍计算。S=5V.ρ发酵罐S50=5V.ρ=5×（50+4.6）×1.729=472kg二级种子罐S10=5V.ρ=5×（10+1.6）×1.729=100kg2）、小罐、补料罐采用实消，所用蒸汽量S以直接加热后保温计算，料液比热均为1Kcal/kg.℃直接蒸汽加热汽耗S1，S1=G×C(t2-t1)i-Cs×t2×（1+η）（η取10%）保温阶段汽耗S2S2=（30%~50%）S1（取40%）则实消汽耗SS=S1+S2=G×C(t2-t1)i-Cs×t2×（1+η）×（1+40%）一级种子罐S1.25=1.55×65%×1000(121-36)653.31-121×1×（1+10%）×（1+40%）=247.75(kg)补料罐S10=10×0.156×1000(121-36)653.31-121×1×（1+10%）×（1+40%）=380(kg)补油罐S10=10×0.156×1000(121-36)653.31-121×1×（1+10%）×（1+40%）=380(kg)补碱罐S10=10×0.156×1000(121-36)653.31-121×1×（1+10%）×（1+40%）=380(kg)用汽高峰时，考虑大罐各1，中罐各1采用空消，小罐各1和补料罐同时采用实消的方法，并考虑蒸汽的损耗，以及其他岗位零星用汽，取安全系数1.2用汽高峰时，蒸汽总量S=1.2×（472+191+247.75+102+3×380）=3160(kg)=3.16(t/h)连消系统年用的蒸汽大罐、中罐（公称容积≥10m3）采用空消，进料采用连消形式，所用蒸汽量S，培养基从60℃升到121℃，培养基升温所需的热量Q=cm△t=4.187×30×61×103=7662210Kj=1830000kcal0.3Mpa饱和蒸汽的焓H=653.31kcal，121℃时水的焓为121.3kcalQ=M×（653.31-121.31）M=3439kg4、空气因为各种罐体的装料系数：一级种子罐为65%，二级种子罐为70%，发酵罐为75%；各种罐体的通气量：一级种子罐为2（VVM），二级种子罐为1.5（VVM），发酵罐为（50~70m3）：0.75（VVM），（1）、通气消耗压缩空气量Qg=∑（VVM）×VL发酵罐Qg50=54.6×75%×0.75=30.7m3/min一二级种子罐Qg10=11.8×65%×2=15.34m3/minQg1.25=1.55×65%×2=2.0m3/min（2）、压料用压缩空气量一般经验数据为15m3/min（3）、总计取安全系数为1.1，假设最大工作量为7台发酵罐（50m3），4台二级种子罐（10m3），4台一级种子罐（1.25m3）全部通气，1台发酵罐（50m3），1台二级种子罐（10m3），1台一级种子罐（1.25m3）压料，则高峰用气量为∑Qg=1.1×（30.7×7+15.34×4+2×4+15×3）=329.36m3/min二、部分罐体的试算1、发酵罐（50m3）因为H/D一般在2~2.5初定：规格φ3000×7000H/D=2.33（1）、公称容积V0=VC+Vd=π4D2H+0.13D3=π43.02×7+0.13×3.03=52.96m3全容积V=V0+0.13D3=52.96+0.13×3.03=56.46m3（2）、料液高度H=14D+HC=14D+VC-0.13D30.785D2=14×3.2+60.52×75%-0.13×3.230.785×3.22=5.92m（3）、搅拌器的计算搅拌器桨叶的直径，一般地轴向叶轮的直径是径向叶轮直径的1.1~1.4倍，轴向叶轮的直径d=0.375D=0.375×3.2=1.2m径向叶轮的直径d=0.375×3.21.14=1.05m搅拌器的间距S1=0.8D=0.8×1.2=0.96mS2=1.8D=1.8×1.2=2.16mS3=1.5D=1.5×1.2=1.8mS=S1+S2+S3=0.96+2.16+1.8=4.92m＜5.92m（料液高）所以采用三层搅拌，下层搅拌采用箭叶涡轮搅拌，上两层采用折叶式轴向搅拌，叶轮直径：径向叶轮直径1050mm，轴向叶轮直径1200mm，搅拌转速这150r/min（发酵液密度：1050kg/m3，粘度：50CP）Rem=D2.N.ρμ=1.22×15060×10500.05=7.56×104＞104为湍流a、不通气时搅拌的功率根据搅拌叶的形式，则搅拌器的K值为K1=3.9K12=1.2P1=K1n3d5ρ=3.9×（15060）3×1.055×1050=81.66kwP23=K23n3d5ρ=1.2×（15060）3×1.25×1050=48.99kwf=13Dd×HLd=133.21.2×5.921.2=1.2P1*=f×P1=1.2×81.66=98kwP2.3*=f×P2.3=1.2×48.99=58.77kwP2.3m=P2.3*×(1+0.6(m-1))=58.77×(1+0.6(2-1))=94kw总功率∑=P1*+P2.3m=98+94=192kwb、通气时搅拌的功率设发酵液温度为36℃Qg=Q0×273+t273×0.1(0.1+p)+12(HL×ρ×10-5)=60.52×75%×75%×273+36273×0.1(0.1+0.03)+12(5.92×1050×10-5)=23.92m3/mind=13（d1+d2+d3）=13（1.2+1.2+1.05）=1.15m则Pg=0.157（P2.n.d3Qg0.56）0.45=0.157×（1922×150×1.15323.920.56）0.45=92.17kw则电机功率假设电机功率在轴密封上损失10%，传动机构的机械效率为95%。则P电=Pg×1.1η=92.17×1.10.95=106.7kw圆整取110kw所以（60m3）发酵罐其规格φ3200×7000，搅拌叶轮直径为1200mm,搅拌转速为150r/min，电机功率为110kw。4、二级种子罐（10m3）因为H/D一般在2~2.5初定：规格φ1700×4100H/D=2.241（1）、公称容积V0=VC+Vd=π4D2H+0.13D3=π41.72×4.1+0.13×1.73=9.94m3全容积V=V0+0.13D3=9.94+0.13×1.73=10.58m3（2）、料液高度H=14D+HC=14D+VC-0.13D30.785D2=14×1.7+9.94×70%-0.13×1.730.785×1.72=3.21m（3）、搅拌器的计算搅拌器桨叶的直径，一般地轴向叶轮的直径是径向叶轮直径的1.1~1.4倍，轴向叶轮的直径d=0.375D=0.375×1.7=0.6375m径向叶轮的直径d=0.375×1.71.14=0.56m搅拌器的间距S1=0.8D=0.8×0.6375=0.51mS2=1.8D=1.8×0.6375=1.1475mS3=1.5D=1.5×0.6375=0.956mS=S1+S2+S3=0.51+1.1475+0.956=2.614m＜3.21m（料液高）所以采用三层搅拌，下层搅拌采用圆盘弯叶涡轮搅拌，上两层采用平叶式轴向搅拌，叶轮直径：径向叶轮直径560mm，轴向叶轮直径640mm，搅拌转速这220r/min（发酵液密度：1050kg/m3，粘度：50CP）Rem=D2.N.ρμ=0.642×22060×10500.05=3.15×104＞104为湍流