机械搅拌通风发酵罐的设计说明

课程设计报告

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第一章前言

青霉素是一类抗生素的总称。自从被发现以来，就被人们广泛应用于医疗行业。是用应得最多的一类抗生素，从此很多医学难题迎刃而解。也使人们致力于青霉素及其相关技术的研究。

青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心膜炎、白喉、炭疽等病。继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。

青霉素发酵是通气发酵[2]，该生产工艺和设备具有很强的典型性，本设计对味青霉素发酵罐的选型及计算作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。

第二章绪论

2．1 青霉素的概述.

青霉素(Benzylpenicillin / Penicillin)又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是β-酰胺类中一大类抗生素的总称。

2.2 青霉素的应用

青霉素类抗生素的毒性很小，由于β-酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，是化疗指数最大的抗生素。

临床应用：主要控制敏感金黄色葡糖球菌、链球菌、肺炎双球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、螺旋体等引起感染，对大多数革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体有抗菌作用。青霉素针剂和口服青霉素能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心膜炎、白喉、炭疽等病。

工业应用：可用于生产柠檬酸、延胡索酸、葡萄糖酸等有机酸和酶制剂。

2.3 青霉素的发酵工艺流程

（1）丝状菌三级发酵工艺流程

冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h,1:1.5vvm）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h,1:1.5vvm）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天,1:0.95vvm）——发酵液

（2）球状菌二级发酵工艺流程

冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h,1:1.5vvm）——种子培养液（26~25-24°C，发酵，7天，1：0.8vvm）——发酵液

第三章设计方案的分析、拟定

青霉素发酵是好氧发酵，而我设计的是一台高径比为2.5,50m3通风机械搅拌发酵罐。经查阅资料[1]可知生产青霉素的菌种主要是产黄青霉菌，该菌种的最适发酵温度在20～27℃,最适pH6.5～6.9，培养基的主要成分包括碳源、氮源、无机盐（包括微量元素）和前体等。这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。

表3-1 发酵罐主要设计条件

项目及代号参数及结果备注

发酵菌种产黄青霉菌根据参考文献[1]选取

工作压力0.3MPa 由工艺条件确定

设计压力0.4MPa 由工艺条件确定发酵温度（工作温度）20～30℃根据参考文献[1]选取设计温度150℃由工艺条件确定

冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定

培养基根据参考文献[1]选取

发酵液密度由工艺条件确定

发酵液黏度由工艺条件确定

第四章机械通风发酵罐的设计

4.1机械搅拌发酵罐的总体结构

发酵罐主要由罐体、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。罐体主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等一些附件，构成了完整的通风机械搅拌发酵罐。 4.2 几何尺寸的确定

根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.5，则H=2.5D

初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（50m 3） 公称体积V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和 全体积V 0－－公称体积和上封头体积之和

封头体积 ()2

1

4h )6

b V D D π=+封（

发酵罐全体积 V 0=（π/4）D 2H+0.15D 3

假设H 0/D=2，根据设计条件发酵罐的公称体积为50m 3 由公称体积的近似公式 V 1=(π/4) D 2H 0+015D 3

可以计算出 罐体直径D=3074.30㎜ 近似为3100mm 罐体总高度 H=2.5D=2.5×3074.30㎜=7685㎜ 取整为7685mm

查阅文献【2】 ，当公称直径DN=3100mm 时，标准椭圆封头的曲面高度h a =775mm ，直边高度40b h mm =，总深度为H f =815mm ，表面积A f =10.8m 2，容积V f =4.2m 3

可得罐筒身高 H0=H-2H f=7685-2×815=6055mm

则此时H0/D=6055/3100=1095322 ，与前面的假设相近，

故可认为D=3100mm是合适的

发酵罐的全体积 V1=(π/4) D2H0+2V f=55.195m3≈56 m3

搅拌叶直径取Di=1000mm，其中Di/D=1000/3100=0.32符合

/(0.30.4)

i

D D

搅拌叶间距S=2Di=1000×2=2000mm

底搅拌叶至底封头高度c=Di=1000mm

挡板高度B=0.1D=310mm

椭圆封头短半轴的长度ha=0.25D=775mm

表4-1大中型发酵罐技术参数

公称

容

量

3 m

筒体

高度

H(mm)

筒体直径

mm

换热

面积

2

m

转

速

r/min

电

机功率

kw

1

3200 1800 12 150 7.5

2

1

4700 2200 21 154 30

3

6600 2400 34 180 45

5 0 7000 2800-300

38-6

160 55

68000 3000-32065 160 65