年产3000t金霉素发酵车间.docx

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年产3000t金霉素发酵车间

课程设计说明书

学院：

专业班级：

课程名称：

发酵工程课程设计

题目：

生产3000吨饲料级金霉素——发酵罐

学生姓名：

学号：

指导老师：

2016年6月-9月

课程设计任务书

一．设计目的

学习本课程的目的是使学生在学完生物工程专业的有关课程后，尤其是在学完《发酵工程》和《生物工程设备》这门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。

通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。

待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。

二．设计资料

（一）设计题目:

年产3000吨金霉素——发酵罐设计

（二）设计内容及相关数据

1）设计年产量M=3000t/a

2）年工作日：

m=330d 

3）年平均发酵水平：

=30000单位/毫升

4）提炼总收率：

η=95%

5）成品效价=1100u/mg

课程设计任务书

三．设计内容和要求

（一）设计内容

1）工艺计算：

发酵罐尺寸计算，热量衡算，物料衡算，热量。

2）发酵设备的选型计算：

包括设备的容量、数量、主要的外形尺寸。

并选择其中某一重点设备进行单体设备的详细化工计算与设计。

（二）设计要求

1）根据以上设计内容，撰写设计说明书。

2）完成2张CAD平面设计图纸：

全厂工艺流程图，发酵罐。

四．主要参考文献

[1]吴石金，林春锦，徐明仙.饲料添加剂[M]，北京：

化学工业出版社，2004

[2]莫棣华.饲料金霉素添加剂的推广应用前景[J],广东畜牧兽医科技，

1993,1:

48-50

[3]沈自法，唐孝宜.发酵工厂工艺设计[M]，上海：

华东理工大学出版社，1994

[4]吴思方.生物工程工厂设计概论[M]，北京：

中国轻工业出版,1994

[5]陈志平.搅拌与混合设备设计选用手册[M]，北京：

化学工业出版社，2003

[6]俞俊棠，唐孝宜.新编生物工艺学[M]，北京：

中国轻工业出版社，2002

[7]何德员.新型发酵罐的结构设计[J],化工设计杂志，1999,36

（2）:

8-10

五．课程设计进度安排

本课程设计时间：

2016年6月26日~2016年9月6日

6月26日~7月10日选题，下达任务书；拟定初步设计方案

7月11日~8月20日课程设计说明书的撰写；图纸的绘制

8月21日~8月31日提交电子版给指导老师初审；反馈修改

9月1日~9月5日打印、装订

9月6日~9月8日提交成绩审核表；汇总上报课程成绩。

摘要

本次课程设计的任务是年产3000吨饲料级金霉素发酵罐发酵工段工艺设计。

在家禽的饲养中饲料是现代养殖业的主要饲养原料，所以饲料的优化成为提高肉类质量及产量的主要突破口。

金霉素可以抑制敏感微生物的蛋白质合成从而起到抗菌作用，并且生产较廉价具有安全性故成为现在饲料的主要添加剂。

金霉素是由发酵法生产，主要应用于人和动物的使用。

设计首先依据参考资料确定金霉素发酵工艺流程，通过物料衡算确定需要100m3的发酵罐6台、10m3的二级种子罐3台以及1.8m3的一级种子罐3台。

在此基础上得到各种发酵原料量，通过能量衡算确定水、无菌空气和蒸汽等的消耗量。

然后对主要设备进行计算和选型，得出发酵罐、二级和一级种子罐及通用设备、非标准设备等的结构尺寸、冷却装置、传动装置、接管设计。

根据工艺要求确定罐的附属设备和辅助设备以及发酵过程中的优化控制。

根据计算结果设计并制图纸，分别为发酵罐装配图、工艺管道及仪表流程图图纸、厂房车间布置图、物料流程图和设备一览表。

关键词：

发酵；金霉素；工艺

1概述

1.1产品简介 

四环素类（Tetracyc1ines）以并四苯母核的化学结构而得名，而金霉素（Chlortetracyc1ine），又称氯四环素，属四环素类中衍生物的一种，其他衍生物还包括：

金霉素、甲烯金霉素、多西环素、二甲胺四环素等。

金霉素抗菌谱广，对阳性菌、阴性菌、螺旋体、立克次氏体、支原体、衣原体、某些原虫等均可产生抑制作用。

分子式：

金霉素结构式见下图1-1：

图1-1金霉素结构

1.2生产方法 

饲料级金霉素是经过上游发酵以及下游钙化等步骤相结合进行生产的[1]。

饲料级金霉素是利用金色链霉菌在玉米淀粉及豆质糊精和无机盐等组成的发酵培养基中产生的次级代谢产物。

发酵培养采用实罐灭菌法，在整个发酵培养过程中严格控制无菌状态和保持适宜的罐温、罐压并通入无菌空气并不断搅拌。

按照发酵代谢过程中pH变化、糖量的变化，采用相应的通氨、补料工艺措施以保证一定的营养成分以及酸碱度[2]。

发酵液经过下的游钙化、过滤浓缩和干燥、粉碎以及过筛、混合等下游过程得到成品。

1.3产品生产金霉素工艺流程

砂土管孢子→母斜面孢子→挑孢子→子斜面孢子→种子培养液→发酵液→提炼→混合→包装→成品

1.4发酵车间工艺参数控制点

（1）pH值控制：

金色链霉菌生长的最适pH值范围在6.0-6.8，在其生物合成金霉素的最适pH值为5.9左右，所以通过在不同阶段加入相应量的葡萄糖或氨水等方法来控制pH值在5.9左右。

（2）温度控制：

根据发酵罐菌丝生长的特性分阶段培养，前期高与后期。

其菌株30℃以下合成金霉素的能力较强，如果提高温度，则产生四环素的比例增大，在35℃时将只产生四环素。

一般情况下，发酵温度采用31.5℃。

（3）消泡控制：

由于通气和搅拌过程，必使发酵液或培养液产生大量的气泡或泡沫，泡沫的产生会占用发酵体积和产生染菌甚至逃液现象。

因此，必须及时加入消泡剂以减少泡沫。

常用的消泡剂为植物油。

（4）补料控制：

在发酵生产过程中，伴随着培养基的消耗，营养条件的变化直接影响产量的变化。

故需要补充一定数量的营养剂以达到产量的最大化。

2工艺计算

2.1发酵罐计算

2.1.1基础数据

设计年产量M=3000t/a

年工作日：

m=330d  

年平均发酵水平：

=30000单位/毫升 

提炼总收率：

η=95%

成品效价=1100u/mg

2.1.2根据年产量计算每日发酵液量

由设计要求年产量M=300020%=600t/a（其中20%为金霉素纯度）

每天放罐发酵液体积：

根据具体生产情况和设计要求取（罐/天）；

发酵罐公称容积

参考资料，根据国内常用通用式发酵罐的容积，取。

校正：

，符合要求。

2.1.3发酵罐台数

发酵台数；取整为6台。

根据生产情况和设计要求取金霉素发酵周期为140h（发酵时间100h，辅助时间40h）。

辅助时间为出料时间、灭菌时间、移种时间、放罐压料时间和清洗检修时间总和。

2.1.4发酵物料计算

每罐发酵液体积

物料流入量为基础培养基（消毒后）、所需种子液量、补料量和氨水用量之和。

物料流出量为成品液鱼损失液量之和。

损失液量为尾气、逃液、蒸发和取样量之和。

发酵罐物料组成如表2-1-1所示。

表2-1-1发酵罐物料组成

原料组成

配比（Kg/m3）

消耗量（Kg/d）

年消耗量（Kg/a）

玉米淀粉

86.41

3579.10

1181103.7

豆质糊精

34.28

1419.88

468559.6

玉米蛋白

7.565

313.34

103402.95

酵母粉

16.23

672.25

221841.37

玉米浆

21.65

896.74

295925.19

泡敌

0.423

17.52

5781.82

淀粉酶

0.216

8.95

2952.42

硫酸铵

0.864

35.79

11809.67

氯化钠

4.31

178.52

58911.67

碳酸钙

6.481

268.44

88586.196

硫酸二氢钾

0.325

13.46

4442.295

硫酸镁

0.288

11.93

3936.56

植物油或豆油

3.18

131.72

43466.15

图2-1-2发酵罐物料衡算示意图

发酵罐物料关系可用图2-2表所示（占总体积%），又知

所以，出料量=；损失液量=78-70.2=7.8

培养基消毒前：

V1=78×50%=39；消毒后：

V1’=78×53%=41.34

种子液量：

V2=78×9%=7.02

补料量：

V3=78×33%=25.74

氨水量：

V4=78×5%=3.9

校核：

接种比=

2.1.5发酵罐物料消耗计算

已知培养基消耗量V1'=41.34，设运输过程中损失0.2%，那么实际量为：

即每台发酵罐每批次需培养基41.42。

其物料衡算可以用图2-1-3表示。

图2-1-3发酵罐物料组成衡算示意图

2.1.6补料罐物料消耗计算

由2.1.4知补料量V3=78×33%=25.74，设运输过程中损失0.2%，那么实际量为：

即每台发酵罐每批次需补料量为25.79，其物料组成如表2-1-4所示。

表2-1-4补料罐物料组成

原料组成

配比（Kg/m3）

消耗量（Kg/d）

年消耗量（Kg/a）

玉米淀粉

37.8

974.862

321704.46

豆质糊精

5.4

139.266

45957.78

玉米蛋白

5.4

139.266

45957.78

酵母粉

4.32

111.413

36766.22

玉米浆

21.72

560.159

184852.4

泡敌

0.432

11.143

3676.62

淀粉酶

0.648

16.71

5514.93

硫酸铵

8.64

222.826

73532.45

氯化钠

2.7

69.633

22978.89

碳酸钙

5.4

139.266

45957.78

硫酸二氢钾

6.48

167.13

55149.37

硫酸镁

0.194

5.00

1651.00

植物油或豆油

3.18

82.01

27064.03

2.2二级种子罐

2.2.1二级种子罐物料衡算

种子罐物料衡算如图2-2-1所示。

消毒后87%

消毒前82%

图2-2-1二级种子物料衡算

由2.1.4可知，需种子液量V2=78×9%=7.02，设运输过程损失为0.2%，那么实际量为，即种子罐出料量为

那么培养基：

消毒后7.17×87%=6.24

消毒前7.17×82%=5.88

损失量：

7.17-7.03=0.14

接种量：

7.17×13%=0.93

所以，可以用图2-2-2表示。

图2-2-2二级种子罐物料衡算示意图

2.2.2二级种子罐个数计算

种子罐培养过程装料系数=70%，故二级种子罐公称体积

根据国内常用种子罐容积系列取V0=10m3。

根据生产情况设计取种子发酵周期48h，其中发酵时间40h，辅助时间8h。

二级种子罐台数罐，取整罐

考虑到种子罐种子生长不良或染菌会造成发酵罐停工待种以及调整发酵罐接种时间，故取3罐，其中一罐备用。

2.2.3二级种子罐物料消耗计算 

由前面知二级种子罐所需实际培养基为5.88m3，令运输过程中损失为0.2%，那么实际消耗量为：

。

则种子培养基原料消耗具体情况如表2-2-3所示。

表2-2-3种子培养基原料具体消耗情况

原料名称

配比（kg/m3）

消耗量（kg/d）

每年消耗量（kg/a）

玉米淀粉

54.26

320.134

105644.22

豆质糊精

36.32

214.288

70715.04

酵母粉

21.60

12