年产300吨硫酸链霉素工业盐发酵车间的工艺设计样本.doc

课程设计

题目：年产300吨硫酸链霉素工业盐发酵车间工艺设计
课程名称： 发酵工厂工艺设计概论
学 院：
班 级：
学 号：
指导老师：
姓 名：

四川理工学院
二零 12 年 9 月13日

目录

1.序言..……………………………………………….................................……………3
2.设计任务书..………………………………………………............................……5
3.工艺设计说明
3.1项目背景和开发意向.……………………………………………….....6
3.2生产菌种及发酵基础原理.……………………………………………6
3.3基础数据..………………………………………………...........................7
3.4参考数据..………………………………………………..........................8
4.工艺步骤及方案说明论证…………………………….........................9
4.1发酵工艺……………………………………………….........................9
4.2链霉素发酵条件及中间控制…………………………………….10
4.3提取工艺……………………………………………….........................11
4.4工艺步骤简图……………………………………………..................12
5.物料衡算及能量恒算..……………… ………….......................……..…14
5.1物料衡算..………………………………………………........................14
5.2热量衡算..………………………………………………........................15
5.3水用量计算..………………………………………………................17
6.发酵车间设备选型计算 ..……………………………...........…………19
6.1发酵罐设计..………………………………………………................19
6.1.1发酵罐选型及尺寸.…………………………………………..19
6.2设备结构工艺设计..……………………………….……...…..………20
6.2.1 空气分布器..……………………………………….………...........20 6.2.2 挡板..……………………………………………….........…..…....…... 20 6.2.3电机设计及轴功率计算..………………………………..20 6.2.4搅拌器设计..……………………………………………….............22 6.2.5冷却面积计算和冷却管设计..………………………..22 6.2.6 PH测定..………………………………………........………...............…..25
6.2.7消泡..………………………………………………......................……… 25 6.2.7消泡..…………………………………………….............................25 6.2.8观察窗口..…………………………………………….............…..........25
6.2.9液面高度显示安装..………………………………….....................25
6.2.10封头连接方法..………………………………………………...........25
6.2.11密封方法..………………………………………………...................25

7. 对本设计评述..………………………………………......……….......................26
8. 厂房平面图....................................................................................28
9.参考文件..………………………………………………..............................….........29

1前 言

硫酸链霉素(Streptomycin Sulfate)关键成份是链霉素，链霉素

[ 硫酸链霉素化学结构式]

（Streptomycin）是瓦克斯曼〔Waksman S.A.)于 1944 年从灰色链霉菌（Streptomyces,griseus）培养液中分离出来一个碱性抗生素。链霉素是一个 相当强有机碱，也是一个多糖类化合物。其分子结构是由链霉肌、链霉糖和 N-甲基-L-葡萄糖胺三部分以苷键相联结而成。链霉素碱稳定性尤其差，工业产品关键是其硫酸盐形式， 即硫酸链霉素。
链霉素对结核杆菌有强大抗菌作用，其最低抑菌浓度(MIC)通常为 0.5 mg/L。它对很多革兰氏阴性菌(G-)如大肠杆菌、肺炎杆菌、肠杆菌属、沙门菌属、布鲁菌属等也具抗菌作用。链霉素对革兰氏阳性菌(G+)抗菌活性较差。链霉素游离碱为白色粉末。大多数盐类也是白色粉末或结晶，无嗅，味微苦。链霉素在中性溶液中能以三价阳离子形式存在，所以可用离子交换法进行提取。其水溶液比较稳定，但其稳定性受PH值和温度影响较大。其硫酸盐水溶液在 PH=4--7，室温下放置数星期， 仍很稳定，如在冰箱中保留三个月内活性无改变。 现在抗生素生产关键是利用微生物发酵来进行，少数采取化学合成方法，当然也有采取化学法或生化法半合成。对于链霉素可由灰色链霉菌发酵生产。双氢链霉素可由湿链霉菌产生，但通常以半合成方法生产。 通常认为链霉素是诊疗结核杆菌感染首选药品，除此以外，还用于诊疗革 兰氏阴性菌所引发泌尿道感染、结核性脑膜炎，鼠疫，肠道感染，肺炎，败血症，百日咳等。链毒素缺点是轻易产生耐药性；长久使用对第八对脑神经有毒害除了医用外，也有报道将链霉素用于农牧业。例中国新疆某生产建设兵团农场自 1985 年起应用链霉素诊疗菜类瓜类和粮食等作物病害， 取得很好效果； 链霉素还可用于猪肺炎， 雏鸡白痢疾、 和鸡， 鸭， 鹅巴氏杆菌感染等诊疗。 中国有些厂家将生产链霉素作为农用出口，效益很好。

2设计任务书

四 川 理 工 学 院
制药工程课程设计任务书

学院 专业 班级
学生姓名
学号：
指导老师： （署名）
系主任 （署名）　　院长 （署名）
设计时间:

一、设计任务
1. 题目：
年产300吨硫酸链霉素工业盐发酵车间工艺设计
2. 条件：
年产量为300吨。十二个月按300个工作日算。

二、设计内容
（一）、设计说明书，内容包含：
1、目录
2、题目及条件（任务书）
3、工艺设计说明书
4、工艺步骤及方案选择
5、物料衡算及能量衡算
6发酵车间设备选型计算
7、设计评述
8、参考文件
（二）、绘图
绘制带控制点工艺步骤图或车间平面部署图或主体设备图

3工艺设计说明

3.1硫酸链霉素生产背景和开发意向

《生产硫酸链霉素项目可行性研究汇报》经过对项目科学深入市场需求和供给分析、未来价格估计、资源供给、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、节能减排、投资估算、资金筹措、盈利能力等方面 科学研究，从市场、技术、经济、工程等角度对项目进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得财务、经济效益及社会环境影响进行科学估计，为项目决议提供了公正、可靠、科学性投资咨询意见。

3.2生产菌种及发酵基础原理

3.2.1 硫酸链霉素生产介绍
在链霉素发酵中，我们采取中国比较常见灰色链霉菌及其变种。该菌除了分泌链霉素外，还产生别抗生素如放线菌酮对酵母和真菌杀菌作用强，因毒性大不能用于临床。灰色链霉素孢子柄直而短，不呈螺旋。孢子量多，呈椭圆球形。气生菌丝和孢子全部呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花形或馒头形，直径3-4mm。基质菌丝透明，在斜面背后产生淡棕色色素。菌种采取沙土管或冷冻干燥保藏。
链霉素是由链霉胍、链霉糖和N．甲基．L一葡萄糖胺组成三糖苷，属于氨基糖苷类抗生素。链霉胍是在1，3-位置上带有2个孤基l，3去氧青蟹肌醇，去掉2个脒基后称为链霉胺。链霉糖是带有支链5’，脱氧五碳糖，在第3碳上有1个醛基。N-甲基-L-葡萄糖胺是在第2碳上-NH2被甲基化(-cH3NH)L一葡萄糖胺。这三糖连接糖苷键全部是型糖苷键。

3.2.2 硫酸链霉素合成示意图
由D-葡萄糖和NH3合成链霉素大致路径图1

3.3基础数据

生产规模：300吨/年
产品规格：成品效价为800单位/mg
生产天数：300天/年
接种量：15%
倒罐率：1%
发酵周期：8天
天天放罐：2罐
发酵装料系数：70%
发酵液收率：95%
提炼总收率：70%
平均发酵水平：25000单位/ml
种子培养基配比(g/L)：
牛肉膏 6%，葡萄糖 4%，KH2PO4 1%，MgSO4 1%
生产培养基配比(g/L)：
葡萄糖4%，黄豆饼粉0.8%，玉米浆1.5%，（NH4）2SO4 0.5%，豆油0.2%，KH2PO4 0.01%，CaCO3 0.04%

3.4参考数据

罐体高径比H/D：1～3
搅拌桨直径和罐体直径之比Di/D: 1/3～1/2
挡板宽度和罐体直径之比Wb/D ：1/8～1/12（4块挡板）
最下层搅拌桨高度和罐体直径之比：0.8～1.0
相邻两层搅拌桨距离和搅拌桨直径之比：1～2.5
发酵条件：转数350r/min ,温度28℃，pH7.2（400L发酵罐）
冷却水进出口温度分别为25℃、30℃
黏度：38cP

4工艺步骤及方案说明论证

4.1发酵工艺

4.1.1斜面孢子培养
将砂土管（或冷冻管）菌种接种到斜面培养基，经培养后即得原始斜面。原始斜面质量要求通常为：菌落分布均匀，密度适中，颜色雪白，但菌落丰满，。再从原始斜面丰满单菌落接种至斜面上，长成后即得生产斜面，斜面上菌落应为白色丰满梅花形和馒头形，后面为淡棕色色素，排除多种杂型菌落。经两次传代，可达成纯化目标，排出变异菌株。其质量还应经过摇瓶试验来进行控制。合格孢子面存在低温冷库（0~4℃）内备用。

4.1.2 摇瓶种子培养
生产斜面菌落接种到摇瓶种子培养中，经过培养基即得摇瓶种子。链霉素发酵常常使用摇瓶种子来接种种子罐。种子质量以菌丝阶段、发酵单位、菌丝粘度或浓度、糖氮代谢、种子液色泽和无菌检验为指标。摇瓶种子能够直接接种子罐，也能够在扩大培养，用培养所得子瓶来接种。药瓶培养培养基成份为黄豆饼粉、葡萄糖、硫酸铵、碳酸钙等。黄豆饼粉质量和葡萄糖用量对种子质量全部有影响。

4.1.3 种子罐扩大培养
种子罐培养是用来扩大种子量。种子罐培养可为2~3级，依据发酵罐体积大小和接种量来确定。第一级种子罐通常采取摇瓶种子接种，2~3级种子罐则是逐层转移，接种量通常全部为10%左右。种子质量对后期发酵影响甚大，种子必需符合各项质量要求（糖氮代谢、菌浓和菌丝阶段、效价和无菌要求），方能转罐。所以在培养过程中，必需严格控制好罐温、通气搅拌和泡沫，以确保菌丝生长良好，得到合乎要求种子。

4.2 链霉素发酵条件及中间控制

4.2.1溶氧影响及控制
链霉素产生菌一灰色链霉菌是一个高度需氧菌。它在整个代谢过程中以葡萄糖做为关键碳源，只有以氧做为最终电子受体时方能取得大量能量，来满足菌体生长、繁殖和合成链霉素需要.物质代谢和能量代谢是相辅相成。据文件记载[19]，空气中，氧在培养液中饱和浓度(1 a tm, 25℃ })大约只有0.2毫克分子(O2)/升，而链霉素发酵液中菌体摄氧率在10~50毫克分子(O2)/升小时。所以向发酵液中快速地补充溶解氧.是链霉素发酵中关键问题[11] 。
对溶氧水平有较大影响原因关键有：
a、菌体代谢是否旺盛。
b、培养液粘度：过高粘度会影响氧传输，即影响氧由气相溶解于液相之中。
c、补料：补糖后糖代谢加紧，补入10秒钟后溶氧即显著下降，但经30~40分钟后又逐步恢复到补前水平。这种改变当补糖量超出1.0%时较显著。当补无机氮源使氨基氮增加l0mg/100ml以上时，亦有这种改变。
d、罐压：试验证实罐压对溶氧影响较空气流量对溶氧影响更为显著。在菌体生长前期，空气流量在一定范围内增减对溶氧几乎没有什么影响，而罐压改变则溶氧改变显著。在培养前期，通常罐压每升高或降低0.lkg/cm2溶氧浓度就升高或降低4%左右；在培养中、后期，罐压每升高或降低0.lkg/cm2溶氧浓度就升高或降低3%左右。但罐压不能控制过高，超出一定程度对菌体生长、代谢就要产生不良影响。
e、空气流量：体积氧传输系数中Vs为空气在罐中直线速率，它和空气流量是等效。从提升KLa角度看，应尽可能增大Vs,但超出一定程度后溶氧浓度不再上升，反而会造成泡沫上升，发酵中间产物未被利用即被带出而造成不良后果，甚至使搅拌器周围充满气泡从而使搅拌失去作用，造成溶氧下降。从价值工程原理出发，应确定一个最适空气流量vs，即不使通气量过剩，又满足灰色链霉菌对氧需求。
f、搅拌：搅拌对溶氧浓度影响最大。在培养过程中如停止搅拌、溶氧浓度快速下降几乎到0，此时假如增加空气流量，增大罐压全部无济于事。同时对于不一样搅拌桨形式和速度对溶氧也会产生很大影响。机械搅拌能损坏菌丝体，对发酵液过滤不利，采取空气搅拌器则克服了这一缺点，提升了罐利用率。采取大直径小浆叶搅拌器，在合适增加转速下，能得较高吸氧率。另外将涡轮式改为多棒式搅拌器，可降低功率消耗近二分之一。

4.2.2 温度
灰色链霉菌对温度敏感。据报道，z-38菌株对温度高度敏感：250℃时，发酵单位为1180毫克/升/118小时；27℃时,，2041毫克/升/118小时；29℃时，2194毫克升/104小时，而31 ℃时则为414毫克/升/72小时。故认为链霉素生产适宜培养温度为28.5℃左右。有些人认为不一定在24~31℃范围，应随菌株不一样而适宜温度有所改变。

4.2.3 pH值
pH值直接影响到发酵过程中多种酶活动，影响菌体对基质代谢速度，甚至改变菌体代谢路径及细胞结构。菌体发育生长和抗生素合成有不一样适宜pH值。发酵过程中pH值必需给予控制，才能符合菌体生长和抗生素合成需要。影响pH值原因有生化反应过程特征，和发酵过程环境变量，如温度。另外，作为发酵过程氮源(NH4)2S04和碳源糖等补料加到发酵液中也会影响pH值。
适合链霉菌菌丝生长pH约为6.5~7.0，适合于链霉素合成pH约为6.8~7.3，pH低于6.0或高7.5，对链霉素生物合成不利。pH对链霉素发酵影响很大，故很多国家为了正确控制pH值，使用pH自动控制装置。这么，可提升发酵单位，又能够降低培养基中碳酸钙用量，在发酵液预处理时，还可降低中和用酸量。
4.3 提取工艺
经四级或三级发酵生物合成链霉素。发酵液用水稀释，草酸酸化至pH3．0左右，加热至75～80"C，经过离心分离或板框过滤，除去大量不溶性菌丝体、酸性蛋白、钙镁离子、培养基残渣等杂质，冷却至15℃以下，再用NaOH中和得到符合离子交换工艺要求澄清链霉素原液。这一过程在生产上称为发酵液预处理。
原液中链霉素在水溶液中离解成三价阳离子，应用钠型弱酸性阳离子交
换树脂1×10树脂或大孔D一152树脂进行吸附，洗脱后成为链霉素洗脱液，在这
一步提取过程中使水溶液中链霉素得到富集，含量由不到1％浓缩到20％，
同时，经过离子交换树脂选择作用，除去绝大部分无机离子、色素、蛋白
及可见固形物等。链霉素提取液经大孔伯胺基吸附树脂D303树脂经过Schiff反应除去双氢链霉糖、链霉胍、链霉胺等不含醛基链霉素同系物，再经强酸性阳离子交换树脂1×25树脂和弱碱性阴离子交换树脂703树脂组成混合床脱盐中和得到提纯液。
提纯液先经药用活性炭脱色处理，吸附色素和细菌内毒素，经减压蒸发，
在45℃以下浓缩，链霉素含量由10％左右浓缩到45％。最终为了深入提升成
品色级和确保细菌内毒素及热原合格，加入一定量药用活性炭脱色处理得到
符合质量要求成品浓缩液。成品浓缩液经过石棉板除菌过滤，喷雾干燥得到白色或类白色无菌粉末，分装出厂。

4.4硫酸链霉素生产工艺步骤图
菌种
斜面孢子培养
摇瓶种子培养
种子罐培养
空气
粗过滤
空气压缩机
两级冷却
气液分离
过滤除菌
原料
预处理
水解
过滤
醪液
灭菌
发酵
发酵液
发酵液预处理
初步纯化
精制
成品分装出厂
稀释
草酸酸化
加热至75～80℃
过滤
滤液冷却至15℃以下
链霉素原液
阳离子交换
洗脱液
D303树脂Schiff反应
脱盐中和
链霉素提纯液
药用活性炭脱色
减压蒸发浓缩
除菌过滤
喷雾干燥
图1 硫酸链霉素生产工艺步骤图
反复2次

5物料衡算及能量衡算

5.1物料衡算

首先计算生产1000kg成品链霉素所需耗用原辅材料及其它物料量：
1. 发酵液量：
V1=1000×800÷[25000×(1-1%)×95%×70%]=48.61m3
2. 种子液量(接种量为15%):
V2=V1×15%=7.292m3
3. 牛肉膏耗用量：
种子液用量：V2×6%=7.292×103×6%=437.52kg
4. 葡萄糖耗用量：
种子液用量：V2×4%=7.292×103×4%=291.68kg
发酵液用量：V1×4%=48.61×103×4%=1944.4kg
葡萄糖总共耗用量：291.68+1944.4=2236.08kg
5. KH2PO4耗用量：
种子液用量：V2×1%=7.292×103×1%=72.92kg
发酵液用量：V1×0.01%=48.61×103×0.01%=4.861kg
KH2PO4总共耗用量：72.92+4.861=77.781kg
6. MgSO4耗用量：
种子液用量：V2×1%=7.292×103×1%=72.92kg
7. 黄豆饼粉耗用量：
发酵液用量：V1×0.8%=48.61×103×0.8%=388.88kg
8. 玉米浆耗用量：
发酵液用量：V1×1.5%=48.61×103×1.5%=729.15kg
9. （NH4）2SO4耗用量：
发酵液用量：V1×0.5%=48.61×103×0.5%=243.05kg
10.豆油耗用量：
发酵液用量：V1×0.2%=48.61×103×0.2%=97.22kg
11.CaCO3耗用量：
发酵液用量：V1×0.04%=48.61×103×0.04%=19.444kg

300吨/a，链霉素厂发酵车间生物料衡算

物料名称
生产1000kg链霉素产品物料量
300t/a，链霉素生产物料量
每日物料量
发酵液量(m3)
48.61
14583
48.61
种子液量(m3)
7.292
2187.6
7.29
牛肉膏耗用量(kg)
437.52
131256
437.52
葡萄糖耗用量(kg)
2236.08
670824
2236.08
KH2PO4耗用量(kg)
77.781
23334.3
77.78
MgSO4耗用量(kg)
72.92
21876
72.92
黄豆饼粉耗用量(kg)
388.88
116664
388.88
玉米浆耗用量(kg)
729.15
218745
729.15
（NH4）2SO4耗用量(kg)
243.05
72915
243.05
豆油耗用量(kg)
97.22
29166
97.22
CaCO3耗用量(kg)
19.444
5833.2
19.44

5.2热量衡算

1.对于生产1000kg硫酸链霉素产品，利用直接蒸汽混合加热，蒸汽消耗量为：

式中:D——蒸汽消耗量,kg
G——被加热料液量,kg
c——料液比热,kJ/(kg·℃)
t2——加热结束时料液温度,℃
t1——加热开始时料液温度,℃
i——蒸汽热焓,kJ/kg
η——加热过程中因为热损失而增加蒸汽消耗量,η可取5%-10%
又料液比热：
c=0.37×4.18x+4.18×（1-x）
x——固形物质量百分比
依据重庆地域地理位置及气候条件，取十二个月中最低室温10℃作为料液初始温度t1，η取10%，忽略种子液加热
被加热料液量: G=48610+437.52+2236.08+77.781+72.92+388.88+729.15+243.05+97.22+19.444
=52912.045kg
固形物质量百分比:
x=3427.006/52912.045=6.47%
料液比热: c=0.37×4.18×6.47%+4.18×(1-6.47%)=4.01kJ/(kg·℃)
故直接蒸汽混合加热，蒸汽消耗量:
D1=Gc(t2-t1)·(1+η)÷(i-t2·c)
=52912.045×4.01×(121-10) ×(1+10%)÷(503.67-121×4.01)
=1.40×106kg
2.发酵罐空罐灭菌时蒸汽消耗量估算：
D=5VFρs
式中: VF——发酵罐全容积,m3
ρs——发酵罐灭菌时,罐压下蒸汽密度,kg/m3
灭菌时温度为121℃，在该温度下水蒸汽密度ρs=943.1kg/m3
发酵罐全容积VF =48.61÷70%=69.44 m3
故 D2=5VFρs=5×69.44×943.1=3.27×105kg

3.发酵罐实罐灭菌保温时蒸汽消耗量估算 通常来讲，保温时间内蒸汽消耗量可按发酵罐实罐灭菌直接蒸汽加热升温时蒸汽消耗量30%～50%来估算。
故 D3=50%D1=6.90×105kg
4.生产1000kg硫酸链霉素产品，总蒸汽耗用量为:D=D1+D2+D3=2.417×106kg

300t/a链霉素车间总热量衡算表

名称
规格（MPa）
每吨产品消耗（kg）
天天消耗（kg）
年消耗量（kg）
蒸汽
0.3（表压）
2.417×106
2.415×106
7.253×108

5.3耗水量计算

生产1000kg硫酸链霉素种子液用水量:7.292(m3)
生产1000kg硫酸链霉素发酵液用水量:48.61(m3)
发酵冷却水用量:(只考虑整年平均负荷)
W=Q÷{c2×(tk－tH)}
式中:W——冷却水消耗量，kg/h
Q——物料热效应,kJ/h
c2——冷却水比热kJ/(kg×℃)，通常水比热为4.183kJ/(kg×℃)
tk——冷却水出口温度℃
tH——冷却水进口温度℃
在计算冷却水耗量时,其冷却水进出口温差△t=tk－tH =30-25=5℃(冷冻水或冷盐水)
其中发酵罐发酵过程中热效应计算:
Q=QF×VL
式中:Q——发酵罐热效应,kJ/h
QF——单位体积发酵液所产生热量,又称发发酵热,kJ/(m3×h),对于链霉素发酵,其值为18800kJ/(m3×h)
VL——发酵罐内发酵液体积,m3
其中发酵罐内发酵液体积见发酵罐公称容积计算：
VL=50×70%=35(m3)
则W=Q÷{c2×(tk－tH)}=QF×VL÷{c2×(tk－tH)}
=18800×35÷{4.183×5}
=31460.67 kg/h

300t/a链霉素车间用水量衡算表

名称
规格
每吨产品消耗定额（t/t）
每小时用量（kg/h）
天天用量（t/d）
年耗量(t/a)
冷水
自来水
566.29
23595.51
566.30
169887.8

6发酵车间设备选型计算

6.1发酵罐设计

6.1.1发酵罐选型及尺寸
依据发酵物发酵特征，选择机械涡轮搅拌通风发罐(通用式发酵罐)，选择此种发酵罐原因关键是：历史悠久，资料齐全，在比拟放大方面积累了较丰富成功经验，成功率高。
6.1.1.1发酵罐容积确实定
公称容积计算
V0=300×1000×106×800÷（25000×106×300×2×99%×95%×70%）÷70%
=34.72(m3),取40(m3)
则选择公称容积40(m3)发酵罐。
6.1.1.2生产能力计算
平均每罐发酵产品生产量：
40×106×70%×99%×95%×70%×25000/（800×106）=576.06(kg)
6.1.1.3发酵罐个数
N=发酵周期×天天放罐数+1=8×2+1=17 个
6.1.1.4关键尺寸计算
公称容积：40m3
发酵罐H/D值取2，则.H=6.2m.

罐内径m
3.1
封头容积m3
4.2
圆柱高m
6.2
圆柱部分容积m3
46.8
封头高m
0.815
不计上封头容积m3
51
罐体总高m
7.830
全容积m3
55.2

6.2设备结构工艺设计
设备结构工艺设计，是将设备关键辅助装置工艺要求交代清楚，以供制造加工和采购时取得资料数据。本设计关键辅助设备有以下多个。

6.2.1 空气分布器
对于好氧发酵罐,分布器关键有两种形式,即多孔（管）式和单管式,本设计发酵步骤通气量大,所以采取单管通风。因为其进风速高,又有涡轮板阻挡,叶轮打坏、溶氧是没有问题。通气管贴着罐壁到发酵罐底部，在搅拌器正下方开口向下。

6.2.2 挡板
挡板作用是加强搅拌强度。本设计中虽有竖式冷却蛇管，但为了消除液面漩涡，愈加好提升搅拌功率，采取4块挡板，挡板宽度W取罐径1/10，为0.31m。挡板和罐壁之间应留有一定间隙，避免培养液中固体成份堆积在挡板背侧，其大小为0.1W，0.031m。

6.2.3电机设计及轴功率计算
搅拌转速以小罐为比拟放大，其转数为N1=350r/min，搅拌叶径D1=0.19m，按比拟放大公式：
N2=N1(D1/D2)2/3=350×(0.19/1)2/3=116r/min
参考设计数据和工厂实际，为确保发酵罐溶氧系数，取N2=120r/min。发酵液体被搅动后流体雷诺数可用下式计算：
N=120/60=2r/s

=（120/60）×12×1088.5/（38×10-3）
=5.73×104>104 视为湍流状态
此状态下，单一搅拌器轴功率：
P =NpN3D5ρ
=4.8×(120/60)3×15×1088.5
=41.8kw
上两式中：Np——功率系数,在圆盘弯叶涡轮式湍流情况下取值4.8
N——搅拌转数,r/s
D——搅拌器直径，m
ρ——液体密度kg/m3,热量衡算中己算出,1088.5kg/m3
μ——醪液黏度，N·s/m2
在计算搅拌轴功率时,因HL/D,D´/D值不符合标准尺寸范围,依据实际情进行校正,校正式为:
P校=P[(D´/D)·(HL/D)÷(D´/D)*÷(HL/D)*]
=P[0.5×3.16÷(1/3)÷3]1/2
=52.6kw
式中：(d/D)*和(HL/D)*为标准尺寸范围值,而(d/D)和(HL/D)为实际值.
HL——液面静高,其值为圆柱部分液高4.083m+底封头高0.815m,共高4.898m
D——搅拌器直径,1m
总轴功率可由下式计算：
Pm=P校[1+0.6·（m－1）]
本设计为3层搅拌器，则总轴功率：
Pm=P校[1+0.6×（3－1）]
=2.2P校
=2.2×52.6
=115.72kw
依据轴功率Pm可得出所需电动机输出功率:
P电=(Pm+PT)/η
=Pm(1+10%+2%)/η
=115.72×1.12/0.95
=136.43kw
式中：PT——轴封摩擦损失之功率,kw,分为填料合轴封摩擦损失功率取10%Pm,端面轴封摩擦损失功率取2%Pm
η——传动机构效率,皮带传动η为0.95

关键轴功率
电机转速（r/s）
2
总轴功率(kw)
115.72
单一轴功率(kw)
41.8
电机输出功率(kw)
136.43
校正轴功率(kw)
52.6

6.2.4搅拌器设计：
从消耗功率来看：平叶>弯叶>箭叶
从发酵液中气含率来看：平叶>弯叶>箭叶
从轴向混和效果来看：箭叶>弯叶>平叶
从上述条件综合考虑，再考查中国外关键选型情况。此次设计选择六弯叶涡轮式搅拌器。常见六弯叶涡轮式搅拌器尺寸比列为h:b:d1:d=4:5:13:20，r=0.5d1，θ=38°由前得出d=3.1m,可推出h=0.2m，b=0.25m，d1=0.65m，r=0.325m，θ=38°。采取3层搅拌器，取最下层搅拌浆和底部距离为0.8284m，依据静液面高HL=4.898m,选择相邻两层搅拌桨距离为2m。
搅拌器尺寸
h(m)
0.2
底距（m）
0.8284
b(m)
0.25
搅拌桨个数（个）
3
d(m)
1
相邻搅拌桨距离（m）
2
r(m)
0.325

d1(m)
0.65

6.2.5冷却面积计算和冷却管设计

发酵罐采取内部列管式蛇管换热,外部表面采取喷淋冷却方法。蛇管进水温度为25℃,出水温度为30℃,醪液温度不超出36℃。
冷却面积使用牛顿传热定律公式计算，即：

式中：F——冷却面积,m2
Q总——发酵罐热效应,kJ/h
K——竖式列管换热器传热系数,选择4.18×500kJ/(m3·h·℃)
△tm——对数平均温差,℃
其中平均温差
=[(36-25)－(36-30)]÷㏑(11/6)
=8.2℃
故冷却面积：
=18800×35÷(4.18×500×8.2)
=38.39m2
硫酸链霉素发酵热取18800kJ/(m3·h)
又圆筒外表面积为：A0=π·D·H0=3.14·3.1·6.2=60.35m2
因为外淋罐壁冷却效果相当于列管冷却面积为圆筒50%,
相当于列管面积为60.35×50%=30.18m2
所以发酵罐内列管冷却面积为38.39－30.18=8.21m2
由冷却水用量衡处得冷却水体积流量为W=9.36×10-3m3/s,冷却方法采取内置竖直蛇管.取冷却水在竖直蛇管中流速v=1m/s,则依据流体力学方程式,冷却管总截面积：
S总=W/v=9.36/1=9.36×10-3 m2
则进水总管直径d总=(S总/0.785)1/2=0.109m
（1）冷却管组数和管径：
设管径d0.组数为n.由前得到S总=n·0.785d02
依据发罐尺寸,选择8组竖直蛇管.则管径
d0=[S总/(n·0.785)]1/2
=[9.36×10-3/(8×0.785)]1/2
=0.38m
查金属材料表选择ø45×3.5无缝管,d内=38mm=d0，满足要求,取d平均=40mm。现取竖直蛇管圈端部U型弯管曲径为0.25m则直管距离为0.5m,两端弯管总长度为l0：
则 l0=πD=3.14×0.5=1.57m
（2）冷却管总长度L计算：
由上知冷却管总面积F=8.21m2,现取无缝钢管ø45×3.5,每米长冷却面积F0=3.14×0.040×1=0.1256m2
则 L=F/F0=8.21/0.1256=65.37m
冷却管占有体积V=0.785×0.052×65.37=0.13m3
（3）每组管长L0和管组高度：
L0=L/n=65.37/8=8.17m
另需接管2.4m(24弯处接管×0.1m)，则实际管长L实=L+2.4=67.77m。
可排竖直蛇管高度,设为静液面高度,下部可伸入封头0.25m。设发酵罐内附件占有体积0.2m3,则发酵液总占有体积：
V总=V液+V管+V附