万吨每赖氨酸生产装置二种子罐工艺及设备设计模板.doc
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1、摘 要赖氨酸发酵过程关键包含斜面种子活化、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相关键地位。本设计依据GB150和化工容器和设备简明设计手册等文件,对种子罐进行设计。先行设计种子罐筒体,封头尺寸和厚度并进行液压试验机强度校核。因为反应介质有一定腐蚀性,所以采取不锈钢材料。然后设计设备冷却装置。因为发酵过程中对温度稳定要求高,所以采取外盘管和内蛇管联合使用冷却装置。最终设计设备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,本设计中采取机械密封。 关键词:赖氨酸,种子罐,内蛇管,无菌操作AbstractLysine fermentation p
2、rocess mainly includes inclined surface activation of seed, seed tank and enlarged culture fermentation tank fermentation. Seed tank to expand training in lysine fermentation process plays an important role in. In accordance with the design of GB150 and chemical containers and equipment concise desi
3、gn handbook literature, the seed tank design. First design seed tank barrel body, head size and thickness and strength check of hydraulic test machine. As the reaction medium have certain corrosive, so the use of stainless steel materials. Then the design of equipment cooling device. As a result of
4、the fermentation process for the high temperature stability requirements, so taken outside the coil and the inner coil pipe joint use of cooling device. The final design equipment stirring transmission device and attachment of nozzle. Because the fermentation process requires strict aseptic operatio
5、n, the device sealing performance requirements, the design of the use of mechanical seal.Keyword:Lysine,seeds cans, inner tube, aseptic operation目 录前 言1第一章 绪论2 1.1赖氨酸用途2 1.1.1赖氨酸在医药上应用2 1.1.2赖氨酸在食品上应用2 1.1.3赖氨酸在饲料上应用21.2赖氨酸生产方法21.2.1赖氨酸生产方法3 1.2.2二级种子罐在发酵工艺中地位和作用3第二章 赖氨酸发酵步骤32.1赖氨酸发酵原理和过程3第三章 种子罐釜体结
6、构设计计算43.1工艺条件4 3.1.1发酵液物性参数4 3.1.2操作参数43.2罐体结构形式选择53.2.1筒体内径确实定5 3.2.2筒体全容积确实定63.3发酵车间物料衡算63.3.1赖氨酸发酵工艺技术指标6 3.3.2种子罐个数确实定73.4种子罐罐体设计73.4.1工艺条件7 3.4.2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10 3.5.2筒体薄膜应力计算103.5.3确定筒体在水压试验下最大应力103.6种子罐换热部件计算113.6.1种子罐内热量衡算11 3.6.2换热装置设计计算133.6.3半圆形外盘管强度计算153
7、.7挡板设计163.8支座选择和强度校核173.8.1支座选择17 3.8.2支座强度校核183.9人孔、视镜选择和校核203.9.1人孔选择和开孔补强20 3.9.2视镜选择和开孔补强243.10接管、管法兰设计273.10.1放料口管法兰和接口形式选择 27 3.10.2排风口、进风口、进料口管法兰和接口形式选择 273.10.3种子入口、流糖加入口管法兰和接口形式选择 28 3.10.4取样口管法兰和接口形式选择 283.10.5管法兰尺寸汇总 29第四章 种子罐搅拌装置设计计算304.1种子罐搅拌器形式确实定304.2种子罐搅拌器尺寸确实定314.3种子罐搅拌器搅拌功率计算314.4种
8、子罐搅拌轴设计及强度校核344.4.1按扭转变形计算轴径35 4.4.2按临界转速校核轴直径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设计和选型425.1电动机选型425.2减速器选型435.3联轴器选型445.4轴封装置选型445.5凸缘法兰和安装底盖选型445.6底轴承选型46第六章 种子罐制造、安装于调试466.1种子罐制造、检验和验收466.1.1材料验收46 6.1.2容器焊接466.1.3封头制造476.1.4筒体制造476.2种子罐安装、调试及维护476.2.1设备安装47 6.2.2设备试运行476.2.3设备使用486.2.4设备定时检验48结论49
9、致谢50参考文件51前 言赖氨酸是一个动物本身不能合成第一限制性必需氨基酸。在医药、食品和饲料中有着关键作用。赖氨酸关键由发酵法生产,伴随生化技术提升和生化产品需求量不停增加,对发酵罐大型化、节能和高效提出了越来越高要求。发酵是一个无菌、通气复杂生物反应过程,需要无菌空气和培养基纯种浸没培养。所以发酵罐设计,不仅仅是单体设备设计,而且包含培养基灭菌、无菌空气制备、发酵过程控制和工艺管道配置系统工程。赖氨酸发酵过程中,对压力要求不高,但对温度和通入氧气要求很高,温度过高或过低对菌种发酵全部不利,所以要控制在合理温度范围内,而赖氨酸发酵过程是好氧,且氧气必需是无菌,所以发酵过程中要通入无菌空气且要
10、确保装置密封性能。为了确保发酵过程温度稳定,本设计改变了以往搅拌设备采取加套作为冷却装置设计,而采取半圆行外盘管和内蛇管结合冷却装置,从而愈加好满足工艺要求。经过控制流量来控制传热效果。在刚开始给培养液加热时,能够经过内蛇管通热水快速将培养基升温,当发酵过程中产生大量热量时,半圆行外盘管不能快速带走热量时,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,依据工艺条件要求设计各个接管,在安全是前提下,为了愈加经济,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
11、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。这么设计也降低了容器上开孔数量,降低了对容器强度减弱。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,是一个必需氨基酸。它是人体所必需营养物质,不过身体不能本身合成它。它必需经过日常饮食和营养补品取得。赖氨酸是人和动物赖以生存必需氨基酸,是人类关键医药原料和食品添加剂,同时也是优质饲料添加剂。1.1赖氨酸用途1.1.1赖氨酸在医药上应用赖氨酸能够调整人体代谢平衡。是合成人体激素、酶和抗体原料,往食物中添加少许赖氨酸,能够刺激胃酸
12、和胃蛋白酶分泌,起到增加食欲、促进幼儿生长发育作用。赖氨酸还可作为利尿药辅助诊疗剂,诊疗因血中氯化物降低所造成铝中毒:对营养不良、乙肝,支气管炎有一定诊疗作用;同时赖氨酸也是优良血栓预防剂。1.1.2 赖氨酸在食品上应用 赖氨酸是合成大脑神经再生细胞和其它核蛋白和血红蛋白等关键蛋白质所需氨基酸。教授认为,在食物中添加1g赖氨酸:就相当于增加10g可利用蛋白质。儿童食用添加赖氨酸食物,其体格、智力发育、血浆蛋白含量和身体免疫力等全部有所提升。另外,赖氨酸能和羰基化合物羰基反应,起到消除异臭效果。而且能改善食品色、香、味及品质。1.1.3 赖氨酸在饲料上应用畜牧业使用赖氨酸已取得显著效果。赖氨酸含
13、有满足动物需要,改善氨基酸平衡、促进动物生长、节省蛋白质资源、提升饲料利用率作用。在饲料中添加赖氨酸,能促进动物食欲,促进生长。赖氨酸可提升植物蛋白质利用价值,低含量赖氨酸饲料在添加赖氨酸后其它植物蛋白质可被有效利用,而且能够改善肉品质,提升瘦肉率。另外,赖氨酸还能够作为一个环境保护物质。它使用能够有效降低畜禽饲料总用量,降低畜禽粪便。1.2赖氨酸生产方法1.2.1赖氨酸生产方法赖氨酸生产方法关键有抽提法、化学合成法、酶法和发酵法。其中发酵发是生产赖氨酸关键方法,其中包含两种路径,即二步发酵法和直接发酵法。其中二步发酵法工艺较复杂,已不符合现代工业发展要求。现在关键生产方法是直接发酵法。关键发
14、酵过程包含:斜面培养活化一级种子培养二级种子培养发酵罐。本设计关键设计赖氨酸发酵过程中二级种子罐。1.2.2二级种子罐在发酵工艺中地位和作用 种子扩大培养有着关键意义,就现在而言,工业规模化生产上所用发酵罐容积已达成几十立方米甚至几百立方米。假如按10%左右接种量计算,就要投入几立方米或几十立方米种子。所以菌种扩大培养目标就是为每次发酵罐投料提供相当数量代谢旺盛种子。要从保藏在试管中微生物菌种逐层扩大为生产用种子是一个有试验室制备到车间庞大过程。种子罐是这个过程中关键一环。试验室制备孢子或液体种子移种至种子罐扩大培养,种子罐作用关键是使孢子发芽,生长繁殖成菌(丝)体,接入发酵罐能快速生长,达成
15、一定菌体量,以利于产物合成。种子罐级数是指制备种子需逐层扩大培养次数。二级种子罐是在一级种子培养基础上进而扩大到种子罐二级种子培养,从而取得发酵所需要足够量菌种群体。第二章 赖氨酸发酵过程2.1赖氨酸发酵原理和过程赖氨酸发酵原理是利用微生物一些营养缺点性菌株,经过代谢控制发酵,人为改变和控制微生物代谢路径来实现赖氨酸生产。关键生产过程为:斜面菌种摇瓶菌株种子罐淀粉水解糖或蜜糖配料灭菌发酵提取精制干燥成品 压缩空气油水分离总过滤器分过滤器第三章 种子罐釜体结构设计计算本节内容将关键设计种子罐釜体结构。种子罐釜体结构设计计算是种子罐其它部分结构设计前提,在本部分设计中包含种子罐罐体,夹套,换热部件
16、设计计算、种子罐支座形式选择、人孔、视镜选择及开孔补强计算。最终对种子罐上各个接管、法兰进行选型。3.1 工艺条件3.1.1 发酵液物性参数密度:粘度:导热系数:比热:高峰期发酵热:标准通风量:3.1.2 操作参数操作温度:罐内130、夹套100设计温度:罐内150、夹套104操作压力:罐内0.35MPa、夹套0.35MPa设计压力:罐内0.43MPa、夹套0.43MPa容积换热面积罐温:36.6-37搅拌器转速减速比输入转速3.2 罐体结构形式选择种子罐是由罐体和换热部件两大部分组成。罐体在要求操作温度和操作压力下,为菌种繁殖提供了一定空间。罐体通常是立式圆筒形容器,由筒体和封头组成,经过支
17、座安装在基座或平台上。因为设计种子罐要承受一定压力,故选择椭圆形封头。3.2.1筒体内径确实定已知条件:操作容积对于通常种子罐或发酵罐,高径比,取直筒部分高径比,封头直边高度取。 则有效容积 解得: 由压力容器公称直径标准(HG/T9019-)圆整到公称直径。依据筒体内径选择标准椭圆形封头,查表,选择标准椭圆形形封头,具体尺寸以下:表1 椭圆形封头尺寸公称直径/曲面高度/直边高度/内表面积/容积/质量/500404.571.2345.3 则=10.9-1.2=9.7 解得:,取 则直筒部分高径比,和假设相近,故适宜。 筒体总高度 则高径比,适宜。3.2.1筒体全容积确实定 容器内径和高度确定后
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