年产5000吨土霉素工厂规划设计.doc

年产5000吨土霉素工厂设计
摘 要
土霉素(Terramycin)是四环素类抗生素一种，它是一类碱性广谱抗生素,它尚有其她名称，叫做盐酸地霉素、地灵霉素、氧四环素(英文/拉丁名称Oxytetracycline,OTC)等。它是通过微生物发酵合成产生,在治疗过程中具备某些副作用,能抵抗各种球菌和杆菌感染,结晶粉末呈现出金黄色或灰白色。当前,中华人民共和国生产土霉素量已占据世界榜首,占70%。由于土霉素临床用药副作用大，作为兽用药副作用不明显，因此如今土霉素在畜用用药方面需求量很大。土霉素是链霉菌属，归类于放线菌种，它是微生物次级代谢产物，从选育出来高产菌株-龟裂链丝菌(streptomyces rimosus)发酵液中提获得到。本次生产工厂设计采用是老式提取办法，总共触及好几种重要工程概念和单元操作；即依次进行种子哺育、发酵、酸化、提取、过滤、脱色、结晶、离心、脱水等。众所周知,土霉素生产工艺是应用酸化剂（草酸或磷酸)来调节pH值；再运用黄血盐-硫酸锌革除蛋白质等高分子杂质，净化发酵产物；然后用型号为122-2树脂进行脱色，过滤净化土霉素滤液,最后把pH调到4.8左右,通过结晶获得土霉素碱产品[1]。
本次设计按照以上所述工艺流程，详细阐述了所需物料多少，发酵车间和提取车间各个阶段工艺操作以及设备选型。自创了实践发酵车间安排,由计算得出设计2个发酵车间，车间建筑为三层，每个车间安装设备型号和数量都是通过详细计算，并合理布置。
核心词:土霉素;物料衡算;设备选型;工艺流程;提炼工段

Abstract:
Terramycin is a class of tetracycline antibiotics，it is a class of basic broad-spectrum antibiotics，it also has other names，called doxorubicin，terpenycin，oxytetracycline (English / Latin name Oxytetracycline ，OTC) and so on. It is produced by microbial fermentation synthesis，in the course of treatment with some side effects，can resist the infection of a variety of cocci and bacilli，crystalline powder showing golden or gray. At present，China's production of oxytetracycline has occupied the top of the world，accounting for 70%. As the clinical side effects of oxytetracycline large，as a veterinary side effects is not obvious，so now oxytetracycline in the use of livestock is a great demand. Oxytetracycline is Streptomyces，classified as actinomycetes，which is the secondary metabolite of microorganisms and is extracted from the fermented broth of the highly proven strain，the strain of streptomyces rimosus. The production plant design is the traditional extraction method，a total of several important engineering concepts and unit operations；that is，followed by seed cultivation，fermentation，acidification，extraction，filtration，decolorization，crystallization，centrifugation，dehydration and so on. It is well known that oxytetracycline production process is the use of acidifier (oxalic acid or phosphoric acid) to adjust the pH value；and then use the yellow blood salt - zinc sulfate to remove protein and other high molecular impurities，purify the fermentation products；and then model 122-2 resin Decolorization，filtration and purification of oxytetracycline filtrate，and finally the pH adjusted to 4.8 or so，through the crystallization of oxytetracycline alkaline products [1].
This design in accordance with the above described process，detailing the number of materials required，fermentation workshop and extraction workshop at all stages of the process operation and equipment selection. Since the creation of the practice of fermentation workshop arrangements，calculated by the design of two fermentation workshop，workshop building for the three，each workshop to install the equipment model and quantity are calculated in detail，and reasonable layout.
Key words：oxytetracycline；material balance；equipment selection；process flow.

目 录
第1章 绪论 - 1 -
1.1 土霉素概述 - 1 -
1.2设计目的任务 - 1 -
1.3本设计基本内容 - 4 -
1.3.1工艺流程设计 - 4 -
1.3.2工艺计算 - 4 -
1.3.3完毕绘图 - 4 -
1.4 原料与产品规格 - 4 -
1.5 供电 - 5 -
第2章 总平面布置阐明 - 6 -
2.1 工厂总平面布置设计原则 - 6 -
2.2 车间布置设计原则 - 6 -
第3章 工艺设计与计算 - 7 -
3.1发酵生产工艺 - 7 -
3.1.1土霉素生产工艺流程简介 - 7 -
3.1.2土霉素生产总工艺流程图 - 7 -
3.2工艺计算 - 8 -
3.2.1发酵车间物料衡算 - 8 -
3.2.2提取车间物料衡算 - 13 -
3.3 动力消耗计算 - 15 -
3.3.1 电力概算 - 15 -
3.3.2 水概算 - 15 -
3.3.3 蒸汽概算 - 16 -
3.3.4无菌空气概算 - 16 -
第4章 设备设计与选型 - 18 -
4.1 发酵车间 - 18 -
4.1.1 计算根据 - 18 -
4.1.2计算过程 - 18 -
4.2提取车间 - 21 -
4.2.1计算根据 - 21 -
4.2.2计算过程 - 21 -
4.3设备汇总 - 27 -
第5章 管道设计 - 29 -
5.1发酵罐接管设计 - 29 -
5.2酸化设备流体输送 - 31 -
5.3稀释设备流体输送 - 32 -
5.4板框过滤设备输送 - 32 -
第6章 车间设备布置设计 - 33 -
6.1车间设备布置设计原则 - 33 -
6.2车间设备布置 - 33 -
第7章 安全与环保 - 34 -
7.1 废水解决系统 - 34 -
7.1.1衡量指标 - 34 -
7.1.2污水解决工艺流程 - 35 -
7.2 废渣解决系统 - 35 -
7.2.1废渣解决及流程 - 36 -
本设计采用解决办法是气流干燥湿菌丝 - 36 -
7.2.2污泥解决 - 36 -
7.3 废气解决系统 - 36 -
第8章 人员额定 - 37 -
8.1全厂定员编制 - 37 -
第9章 技术经济衡算 - 40 -
9.1设备规格 - 40 -
9.2投资概算 - 41 -
9.2.1设备购买、运送安装费 - 41 -
9.2.2建筑工程费 - 41 -
9.2.3总投资费用 - 41 -
9.2.4全厂最后投资 - 41 -
9.3产品成本概算 - 42 -
9.3.1可变成本 - 42 -
9.3.2固定成本 - 43 -
9.3.3生产总成本 - 45 -
9.4技术经济分析 - 45 -
9.4.1产品销售额 - 45 -
9.4.2税金 - 45 -
9.4.3销售利润 - 45 -
9.4.4投资回收期 - 45 -
9.4.5盈亏平衡点 - 46 -
参照文献 - 47 -
致 谢 - 48 -

第1章 绪论
1.1 土霉素概述:
土霉素(Terramycin)有两种完全不同状态，一种是无定形粉末，而另一种是淡黄色结晶，它属于放线菌中链霉菌属。构造上具有母核，并且这个母核是四并苯基,想要形成不同类别四环素类抗生素，取代基就要处在不同位置上，又或者四环上有着不同类型取代基。

图1 土霉素分子式

广谱抑菌剂有诸各种，土霉素就是其中一种。为什么土霉素可以发挥抗生素功能？其因素是位于原核生物核糖体 30S亚基上A位点可以专一性与土霉素牢牢结合在一起，进而阻碍蛋白质翻译过程中肽链延长，达到抑制细菌生长效果。OTC对许多肠球菌属、立克次体属、支原体属、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌等有抑制作用。其他例如肺炎球菌、弯曲杆菌、流感杆菌、沙门氏菌、炭疽杆菌、草绿色链球菌、布鲁菌属、奴卡菌属以及克雷伯氏菌等亦较敏感[12]。
现今，用于治疗家畜药物以及饲料添加剂中都会用到土霉素，使得畜禽生长加快,加强畜禽免疫力。但是由于长期使用会使得其能产生较强抗药性，因此当前也越来越少使用土霉素了。土霉素还可以作为制造多西环素等重要原料。由于本品与不同品种四环素类抗生素之间有着相似化学构造，因此容易产生交叉耐药 [14][15]。并且由于其产生副作用较为严重,因此临床用药微乎其微。
1.2设计目的任务
年产5000吨（纯度： 99% ）土霉素工厂设计
一、基本数据
设计年产量M = 5000t/a
成品效价Ud = 1000单位/毫克
年平均发酵水平Uf = 35000单位/毫升
年工作日m =315 d/a
1、发酵基本工艺参数
土霉素有184小时发酵周期， 10小时辅助时间
发酵中罐有44小时周期，4小时辅助时间
发酵周期为35小时，辅助时间3小时
20%接种比例， 15%液体损失率
在一种发酵周期内，需要往大罐中加入全料量为：32m3
在一种发酵周期内，需要往大罐中加入稀料量为：17m3
发酵液损失总计为总料液15%
大罐通气量为2.0、中罐为1.5、小罐为0.65（每分钟内单位体积发酵液通入空气量）
龟裂链丝菌株哺育时长为20小时至40小时,补一次氨氮间隔时间为4小时,每次补充量控制在10至15L,培养基氨浓度控制在45mg/100ml以上:
培养基重要成分见表1.1：

表1.1培养基重要成分

2、提取基本工艺参数
表1.2 提取基本工艺参数
名称
参数
名称
参数
脱色岗位收率
99.24%
发酵液效价
35000u/ml
结晶干燥岗位收率
86%
滤液效价
11000u/ml
过滤岗位收率
116%
母液效价
1370u/ml
产品纯度
99%
湿晶体含水量
30%
发酵液密度
1.58kg/L
酸化液中草酸含量
2.3% g/ml
滤液密度
1.02kg/L
酸化加黄血盐量
0.25% g/ml
20%氨水密度
0.92kg/L
酸化加硫酸锌量
0.18% g/ml
氨水加量
12%
成品含水量
1.5%
脱色保存时间
30-50分钟
酸化加水量
230%v/v
滤液通过树脂罐线速度控制在0.001-0.002m /s
3.土霉素提取工艺参数一览表：
表1.3 土霉素提取工艺参数一览表
名称
反映时间( τ + τ、)/h
装料系数φ
酸化稀释
4
0.70
结晶
8
0.70
1.3本设计基本内容
1.3.1工艺流程设计
按照设计工作规定,在最初设计阶段到最后施工阶段，由于后期投入逐渐加深，随着各种有关专业相应工作任务开展，对于不完善地方加以修正，最后设计出一条合乎市场需要、满足客户规定并能获得丰厚利润工厂。
1.3.2工艺计算
物料衡算:依照年产5000吨土霉素计算出需要采购原材料以及辅料用量，总结出发酵和提取两个操作阶段工艺参数,最后列出物料衡算总表。
热量衡算:不规定
设备选取：依照物料衡算及设备选型计算成果来拟定重要设备数量。发酵罐和种子罐罐壁、封头、搅拌器安装及相应轴功率。
管道设计：重要是设计发酵车间和提取车间里管道。
1.3.3完毕绘图:总共要绘制4张图纸，涉及工厂总平面布局图、带控制点工艺流程图、车间设备布置图、重要设备装备图。
1.4 原料与产品规格
本次土霉素工厂设计重要原料是黄豆粉、工业淀粉、玉米浆等。所设计工厂应当和就近生物原料厂拟定合伙联盟关系，保证原料价格合理、质量有保障，并且交通运送成本较低、以便；产品生产规格应当结合市场调研来做出相应调节，熟悉近几年土霉素生产概况以及销售量，大规模生产土霉素产品有助于工厂收益。
1.5 供电
供电工程在生物工程工厂设计当中是不必不可少一种环节。
（1）供电系统 ①.土霉素工厂是一种生物制药行业，这个特殊行业规定必要24小时连轴生产。对电力规定十分严格，要保证稳定电流电压。
（2） 供电方式 采用双回路变电站。
(3)特殊设备特殊电设施： ① 要安装应急照明灯、出入口安全标志灯，以防万一，好疏散员工到达安全地带。②由于工厂24小时持续生产，那些生物工厂设备容易浮现高温灼烧损坏，因此应当在线路上配接相称承受功率UPS电源。

第2章 总平面布置阐明
2.1 工厂总平面布置设计原则
（1） 要合乎生产流程。按照工艺流程走向，要将发酵车间、提取车间、原材料库布置在核心区；从原料到成品生产线应当是按顺序排列，单线流向。
（2） 要充沛考虑到厂址主风向影响，应当布置在本地每年主导风下风向或侧风向，避免工厂产生有害废弃物扩散到居民区。
（3） 将人流通道和物流通道分隔开来、以便运送。工厂应当至少设计三个门，涉及一种正门（职工初入门）、一种侧门（产品、原材料出入口）、一种后门（原材料、燃料、废弃物出入口）。
2.2 车间布置设计原则
（1）满足生产工艺规定。普通要按照生产工艺流程走向合理布置安排车间设备设施，要保障竖向和同一水平面这两个方向持续生产操作。
（2）满足生产操作规定。
（3）满足安装和检修规定。厂房内部构造要紧凑有序并且简朴，为将来生产发展以及技术变革更新等创造有利条件。
（4）满足厂房建筑规定。
（5）满足防火、卫生规定。在此前提条件下，要最大限度地节约厂房占地面积与空间，保持厂区高效运作。
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第3章 工艺设计与计算
物料衡算和动力消耗是本次工艺计算重要内容。
3.1发酵生产工艺
3.1.1土霉素生产工艺流程简介
土霉素是由高产土霉素菌株发酵产生，土霉素生产制造过程重要涉及发酵和提取两大环节。大概工艺流程分为种子哺育（获得足够数量菌丝）、三级发酵、酸化（释放菌丝中单位）、过滤（去除杂质）、脱色（去除色素）、结晶（提高产品纯度及产率）、干燥（延长保质期）等环节[13]。提取技术用酸化剂（草酸或磷酸)调节pH值大小,提高滤液质量，运用黄血盐 ——硫酸锌聚合物作为清洗剂协同去除蛋白质等高分子杂质,还可以除去铁离子，使得产品纯化，然后用122-2树脂进行脱色，提高土霉素滤液纯度,最后加入碱化剂提高pH至等电点，结晶得到晶体产品[13]。
3.1.2土霉素生产总工艺流程图
土霉素生产总工艺流程图砂土孢子
斜面孢子
孢子培养
36.5℃ 4-5天
种子培养
30℃ 38h 0.65v/v/m
一级种子培养液
种子扩大培养
30℃ 48h 1.0v/v/m
二级种子培养液
发酵
30℃ 194h 1：2.0v/v/m
补加液氨
湿晶体
旋风干燥
土霉素碱成品
发酵液
酸化
2.3%g/ml草酸调pH1.75-1.85
ZnSO4 0.18%
黄血盐0.23%
酸化液
稀释
200%v/v
稀释液
板框过滤
滤液
树脂脱色
122-2树脂
脱色液
结晶
12%氨水
调pH4.5-4.6 28-30℃
结晶液
分离洗涤
用滤后水淋洗再甩干

3.2工艺计算
通过物料衡算，可以算出生产过程中所需要各种原料和辅料质量和体积，各种残品、最后产品和副产品排出物料量。
3.2.1发酵车间物料衡算
3.2.1.1计算根据
发酵车间计算根据见表3.1

3.2.1.2 计算过程
1.土霉素年生产状况：
一方面，由于在土霉素生产过程中，两大重要车间（发酵车间和提取车间）工艺生产中不也许百分之百都最后制成成品，总会挥霍耗损掉某些产品，则：
土霉素实际总产量(t)= 年产量×纯度 /(发酵车间产率×提取车间产率)
=5000×99% /(1- 5%)(1- 20%)
= 5000×99% /(95%×80%)
=6513.16t………………………(3.1)
年生产土霉素实际单位量(U)= 土霉素实际总产量 ×土霉素理论效价
= 6513.16×109×1000
= 6513160×109 U……(3.2)
土霉素发酵液生产效价在本次工艺中均用 30000 U/ml来计算。（其生产效价为30000~33000U/ml）
年实际发酵液体积 (m3) = 年生产产品实际单位量 / 发酵液生产效价
= 6513160×109÷30000
=217.105×109 ml
= 217105 m3……(3.3)
年实际发酵液重量(t) = 年实际发酵液体积 × 发酵液密度
= 217105×1200
=kg
= 260526 t…….…….(3.4)
2.每年生产轮次:
轮次(轮) = 每年生产天数/发酵周期
= 300÷10
= 30 轮…….………….…(3.5)
3.每轮次生产状况：
每轮次发酵液体积(m3) = 年实际发酵液体积 /生产轮次
= 217105÷30
= 7237 m3…………(3.6)
每轮次发酵液重量(t)= 每轮次发酵液体积 × 发酵液密度
= 7237 × 1200
=8684400㎏
=8684.4 t……………(3.7)
表3.2 发酵液计算成果汇总
发酵液
每轮次
每年
体积/m3
7237
217110
重量/t
8684.4
260532
3.2.1.3 原料用量计算
本次计算根据来源：
1. 一级种子罐到三级发酵罐培养基配方和补料比例见表3.3

2.接种量：
三级发酵罐
二级种子罐
一级种子罐
三角瓶
1% 10% 20%

3.2.1.4 计算过程
发酵罐培养基体积：Vc = 7237 ×(1－20%)= 5.79×103 m3 ….……(3.8)
二级种子罐培养基体积：Vb =7237× 20% ×(1－10%)= 5.21×103 m3……(3.9)
一级种子罐培养基体积：Va =7237 × 20% × 10% ×(1－1%)= 143.29 m3…(3.10)
注：均按每年生产总量进行计算
1.一级种子罐培养基用料计算
以每轮次用量计算：
淀粉 = 143.29 × 1.5% =2.149 t………………………………(3.11)
糊精 = 143.29 × 1.5% =2.149 t…………………...……………(3.12)
黄豆饼粉 = 143.29× 0.5% = 0.72 t…………………………(3.13)
玉米浆 = 143.29 × 0.3% =0.43 t……………………………(3.14)
磷酸二氢钾 = 143.29 × 0.045% = 0.0645t…………………(3.15)
硫酸铵 = 143.29 × 0.5% = 0.72 t…………………………(3.16)
油 = 143.29 × 0.5% = 0.72 t…………………………………(3.17)
由于年用量 = 每轮次用量×轮次
则淀粉年用量 = 2.149× 30 = 64.47t……………………………………(3.18)
其她成分用量成果见表3.4
表3.4 一级种子罐培养基内各成分用量表
成分
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
2.149
64.47
糊精
2.149
64.47
黄豆饼粉
0.72
21.6
玉米浆
0.43
12.9
硫酸铵
0.72
21.6
磷酸二氢钾
0.0645
1.935
油
0.72
21.6
如下各级培养基各成分用量成果见表3.5
数据汇总：
表3.5 二级种子罐培养基内各用料用量表
成分
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
296.97
8909.1
黄豆饼粉
130.25
3907.5
硫酸铵
52.1
1563
磷酸二氢钾
1.8235
54.705
油
15.63
468.9
泡敌
1.563
46.89
表3.6 发酵罐培养基内各成分用量表
成分
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
492.15
14764.5
黄豆饼粉
202.65
6079.5
玉米浆
34.74
1042.2
硫酸铵
69.48
2084.4
磷酸二氢钾
1.737
52.11
油
17.37
1.737
淀粉酶
0.0579
1.737
泡敌
0.579
17.37

表3.7 补料罐培养基内各用料用量表
成分
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
755
22650
玉米浆
25.67
770.1
磷酸二氢钾
1.208
36.24
油
4.53
135.9
淀粉酶
2.265
67.95
泡敌
0.302
9.06
2.总物料衡算及汇总
计算过程：
淀粉 = 2.149 + 296.97+ 492.15 +755= 1546.27 t…………………………(3.19)
糊精=2.149 t……………………………………………..(3.20)
黄豆饼粉 =0.72+130.25+ 202.65=333.62t……………...(3.21)
玉米浆 = 0.43+ 34.74+ 25.67 =60.84 t…………………..(3.22)
硫酸铵 = 0.72 +52.1+ 69.48 = 122.3 t…………………...(3.23)
磷酸二氢钾 0.0645+ 1.8235 +1.737 + 1.208=4.833t……(3.24)
油 =0.72 +15.63 +17.37+ 4.53=38.25 t…………………..(3.25)
淀粉酶 =0.0579 + 2.265= 2.323 t……………………...…(3.26)
泡敌 =1.563+0.579+ 0.302 = 2.444t…。…………………(3.27)
总物料用量汇总如表3.8
表3.8 发酵车间总物料用量汇总表
成分
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
1546.27
46388.1
糊精
2.149
64.47
黄豆饼粉
333.62
10008.6
玉米浆
60.84
1825.2
硫酸铵
122.3
3669
磷酸二氢钾
4.833
144.99
油
38.25
1147.5
淀粉酶
2.323
69.69
泡敌
2.444
73.32
3.2.2提取车间物料衡算
3.2.2.1计算根据
提取车间计算参数见表3.9:

注：以上数据均参照生产实践
提取过程物料之间每一种阶段体积变化比值：结晶液
脱色液
滤液
酸化液
发酵液

358.5% 78.4% 97.9% 112.7%
3.2.2.2 计算过程
V发酵 = 217105 m3……3.28
V酸化 =217105×358.5% = 778321.425m3……………………（3.29）
V滤液 = 778321.425×78.4% = 610203.997 m3…………………(3.30)
V脱色 = 610203.997×97.9% = 597389.71 m3…………………..(3.31)
V结晶 =597389.71×112.7% =673258.21 m3…………………….(3.32)
草酸用量 =217105×15% =832565.75 t..………………………(3.33)
黄血盐用量 = 778321.425×(0.15% + 0.2%)= 2724.12 t………(3.34)
硫酸锌用量 = 778321.425×(0.1% + 0.2%)= 2334.96 t..………(3.35)
氨水用量 = 673258.21×11% =74058.40t………………………(3.36)
亚硫酸钠用量 = 673258.21×2.5% = 4316831.46 t…………….(3.37)
上述各成分用量汇总见表3.10
表3.10 提取车间各成分用量
成 分
年用量/t
草酸
832565.75
黄血盐
2724.12
硫酸锌
2334.96
氨水
74058.40
亚硫酸钠
4316831.46
3.3 动力消耗计算
3.3.1 电力概算
计算根据：每生产一公斤土霉素就要耗7度电(参照生产实际状况)
年耗电量 ＝5000×103×7＝3.5×107度………….(3.38)
每季度耗电量 ＝ 3.5×107 ÷4＝8.75×106度……(3.39)
每轮次耗电量 ＝ 3.5×107÷30＝1.17×106度……(3.40)
上述电用量汇总见表4.11
表3.11 电用量
年耗电量/度
季度耗电量/度
轮次耗电量/度
3.5×107
8.75×106
1.17×106
3.3.2 水概算
计算根据：每生产一公斤土霉素需要消耗3吨水(参照生产实际状况)
计算过程如下：
年产量5000 t土霉素原料药发酵工厂年耗水量：
年耗水量 ＝5000×103×3＝1.5×107 t………………(3.41)
季度耗水量 = 1.5×107÷4 = 3.75 ×106 t.……………(3.42)
轮次耗水量 = 1.5×107÷30 = 5×105 t………………..(3.43)
上述水用量汇总见表3.12
表3.12 水用量
年耗水量/t
季度耗水量/t
轮次耗水量/t
1.5×107
3.75 ×106
5×105
3.3.3 蒸汽概算
每生产一吨土霉素需要消耗15吨蒸汽(参照生产实际状况)
年蒸汽用量 = 5000×15 = 75000 t………..(3.44)
每季度蒸汽用量 =75000÷4 = 18750 t……(3.45)
每轮次蒸汽用量 =75000÷30 =2500 t……..(3.46)
上述蒸汽用量汇总表如下：
表3.13 蒸汽用量
年蒸汽用量/t
每季度蒸汽用量/t
每轮次蒸汽用量/t
75000
18750
2500
3.3.4无菌空气概算
3.3.4.1 一级种子罐
本次设计中，往一级种子罐中通入无菌空气定量为1:1.0v/v.min,换句话说就是每分钟通入1.0体积无菌空气时供应1体积种子液
一级种子罐种子液＝143.29m3/轮次
发酵时间为28～30h，取30h为计算原则
一级种子罐中需要通入无菌空气＝143.29×1.0×30×60 = 257922m3……(3.47)
3.3.4.2 二级种子罐
本次设计中，往二级种子罐中通入无菌空气定量为1:1.0～1.3v/v.min。取1：1.3v/v.min，换句话说就是每分钟通入1.3体积无菌空气时供应1体积种子液
二级种子罐种子液＝ 5.21×103m3/轮次
发酵时间为28～32h，取32h为计算原则
二级种子罐中需要通入无菌空气＝5.21×103× 1.3× 32× 60＝13004160 m3…………….(3.48)
3.3.4.3 发酵罐
本次设计中，往发酵罐中通入无菌空气定量为1：0.6~1.0v/v. min。可取1：1.0 v/v. min，表达每分钟通入1.3体积无菌空气时供应1体积种子液
发酵罐中发酵液为1.51×103 m3/轮次
发酵周期为160～190h，本次设计取190h。
发酵罐中需要通入无菌空气= 5.79×103× 1.0× 190× 60＝65664000 m3………………………………………………………………(3.49)
每轮次无菌空气用量 =257922+13004160＋65664000 = 78926082 m3………………………………………………………………(3.50)
无菌空气年用量 =78926082×30 = m3……(3.51)
无菌空气用量汇总如下：
表3.14 无菌空气用量
每轮次无菌空气用量/m3
无菌空气年用量/m3
78926082

第4章 设备设计与选型
4.1 发酵车间
4.1.1 计算根据
本次设备设计计算根据见表4.1。
表4.1 发酵车间计算根据
项 目
每年实际发酵液体积/m3/年
每轮发酵液体积/m3/轮
装载系数
参 数
217105
7237
0.7~0.9
4.1.2计算过程
4.1.2.1发酵罐
本次设计采用通风发酵罐
1.发酵罐
由于每轮次发酵液体积是5.79 × 103 m3，则本次设计选用550 m3原则发酵罐作为三级发酵罐，详情参数见表4.2。
装料系数：普通取0.7~0.9，本设计选用0.75即75%
因此发酵罐个数= 5.79× 103 ÷ ( 550 × 0.75)
= 14.03………………………………(4.1)
本次设计得有14个三级发酵罐，并且有2个生产车间，每个车间平均有7个三级发酵罐；由于每个车间要有一种备用罐，则实际总共有16个发酵罐。
2.二级种子罐
5.79 × 103 ÷ 20 × 20% = 57.9 m3……(4.2)
式中20%为二级种子罐往三级发酵罐接种比例。
本次选用填料系数为0.75发酵罐，则选用二级种子罐原则容积为100 m3，详见表5.2。然后按照二级种子罐：发酵罐=1:1，考虑到备用罐存在，则本设计总共选用16个二级种子罐。
3.一级种子罐
5.79 × 103 ÷ 20 × 20%× 10%= 5.79m3……(4.3)
式中10%为一级种子罐往二级种子罐接种比例。
本次选用填料系数为0.75发酵罐，则本设计采用一级种子罐体积为10m3。按照一级种子罐:二级种子罐=1:1原则，考虑到备用罐存在，本设计总共选用16个一级种子罐。
表4.2 通用式发酵罐技术有关参数[16]
公称容积/m3
罐体直径/mm
罐体高度/mm
全容积/m3
10
1800
4550
10.8
20
2300
5830
22.6
50
3100
7830
55.2
100
4000
10080
118
200
5000
12600
 213
4.车间分派
发酵罐车间详细分布状况见表4.3
表4.3 发酵罐车间分布

一级种子罐数量/个
二级种子罐数量/个
发酵罐数量/个
第一车间
8
8
8
第二车间
8
8
8
4.1.2.2配料罐
本设计配料罐设计2种配料罐，其中小配料罐用来供应一级种子罐，而二级种子罐和发酵罐则共用一种大配料罐。每天配1罐料，以一天所需配料量计算配料罐大小。
1.一级种子罐配料罐
一级种子罐为10m3，可以用10m3小配料罐，配备一级种子罐培养基。取H/D＝1.9，根据公式计算，取直径1.8m，高4.5m。
2.二级种子罐和发酵罐配料罐
发酵罐体积是550 m3，发酵罐装料系数为75%，从二级种子罐至发酵罐接种量为 20%，则每个发酵罐需配料量为 550 ×75%×(1-20%)= 330m3……(4.4)
二级种子罐体积为118 m3，装料系数75%，从二级种子罐到发酵罐接种量为 10%，则每个二级种子罐需配料量为 118 ×75%×(1-10%)= 79.65m