NGZHOUN設(shè)生物工程設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)院（系）：制藥與生命科學(xué)學(xué)院專(zhuān)業(yè)NGZHOUN設(shè)生物工程設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)院（系）：制藥與生命科學(xué)學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：生工教師：20141219日TYSIIVRE計(jì)王利群專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)：副教授

CHA

U課程

設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)：

題目：年產(chǎn)200噸L-絲氨酸發(fā)酵和無(wú)菌空氣車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名：

學(xué)

指導(dǎo)

設(shè)計(jì)時(shí)間2014年128日

班同學(xué)：3，粘度為

《生物工程設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)班同學(xué)：3，粘度為

制藥與生命科學(xué)學(xué)院生物工程專(zhuān)業(yè)現(xiàn)下達(dá)給你們畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)如下，要求你們?cè)陬A(yù)定時(shí)間內(nèi)完成此項(xiàng)任務(wù)。一、設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)200噸L-絲氨酸發(fā)酵和無(wú)菌空氣車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：1、針對(duì)產(chǎn)品的要求進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)（查閱資料，補(bǔ)充必要數(shù)據(jù)）；2、工藝計(jì)算（物料衡算、能量衡算）；3、設(shè)備的計(jì)算和選型；4、繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖（3號(hào)圖紙）。三、生產(chǎn)條件（包括年操作日、生產(chǎn)方式及其它限制性條件）已知發(fā)酵接種量為3%，發(fā)酵時(shí)間為14h，發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為120rpm，發(fā)酵液密度為1050kg/mPa·s。每升發(fā)酵液可得到L-絲氨酸產(chǎn)品37g。發(fā)酵工藝規(guī)定發(fā)酵罐通氣量為VVM（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），種子罐通氣量為1VVM。工廠所在位置空氣的平均溫度為20℃，平均相對(duì)濕度為85%。年操作日300天，生產(chǎn)裕度為20%。培養(yǎng)基配方(g/L)：葡萄糖，硫酸銨，玉米漿，KHPO，KHPO·3HO，24242MgSO·7HO，MnSO·4HO，F(xiàn)eSO·7HO，pH～。424242水蒸氣138℃，冷卻水進(jìn)出口溫度根據(jù)實(shí)際情況確定。四、設(shè)計(jì)中主要參考資料（包括參考書(shū)、資料、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等）1．國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）(M).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19962．沈自法，唐孝宣編.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)(M).上海：華東理工大學(xué)出版社，20043．陳國(guó)豪主編.生物工程設(shè)備（M）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20074．梁世中主編.生物工程設(shè)備（M）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20025．陳敏恒等編..化工原理（M）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

目錄

1.概述.........................................................5L-絲氨酸的簡(jiǎn)介.............................................5L-絲氨酸的主要功能.........................................5L-絲氨酸應(yīng)用..............................................5國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)L-絲氨酸的方法..................................52.設(shè)計(jì)說(shuō)明.....................................................6設(shè)計(jì)依據(jù)....................................................6設(shè)計(jì)范圍....................................................73.發(fā)酵車(chē)間的工藝設(shè)計(jì).......................................7原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格..................................7生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述................................................8物料衡算....................................................8發(fā)酵罐的物料衡算........................................8種子罐的物料衡算........................................9能量衡算....................................................9發(fā)酵罐能量衡算..........................................9種子罐的能量衡算.......................................10主要設(shè)備計(jì)算...............................................11發(fā)酵罐尺寸的計(jì)算.......................................11攪拌器軸功率計(jì)算.......................................12種子罐的計(jì)算...............................................13種子罐的尺寸計(jì)算.......................................13種子罐軸功率計(jì)算.......................................14貯罐計(jì)算...................................................14配料罐的計(jì)算...............................................14發(fā)酵罐配料罐的計(jì)算.....................................14種子罐配料罐的計(jì)算.....................................144.無(wú)菌空氣的工藝設(shè)計(jì)..........................................15空氣用量...................................................15

3發(fā)酵罐的空氣分過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)............21

壓縮空氣的溫度.............................................153發(fā)酵罐的空氣分過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)............21空氣冷卻器的傳熱量.........................................16空氣加熱器的傳熱量.........................................17空氣預(yù)處理系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)...................................18吸風(fēng)塔.................................................18前置過(guò)濾器.............................................18空氣壓縮機(jī).................................................19壓縮空氣貯罐...............................................19空氣冷卻器.............................................19水滴分離設(shè)備...........................................20空氣加熱器.............................................21空氣除菌設(shè)備計(jì)算與設(shè)計(jì)....................................21空氣總過(guò)濾器的計(jì)算及設(shè)計(jì)...............................2110m種子罐的空氣分過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)................225.總結(jié)........................................................236．參考文獻(xiàn)....................................................247．致謝........................................................24

年產(chǎn)200噸L-絲氨酸發(fā)酵和無(wú)菌空氣車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)

重要的自然保濕因子(NMF)之一，皮膚角質(zhì)層保持、氨基酸減肥飲料等；

1.概述重要的自然保濕因子(NMF)之一，皮膚角質(zhì)層保持、氨基酸減肥飲料等；

L-絲氨酸的簡(jiǎn)介

絲氨酸是一種非必需氨基酸，它在脂肪和脂肪酸的新陳代謝及肌肉的生長(zhǎng)中發(fā)揮著作用，并且它有助于免疫血球素和抗體的產(chǎn)生，所以絲氨酸在維持健康的免疫系統(tǒng)方面扮演者重要的角色。絲氨酸在細(xì)胞膜的制造加工、肌肉組織和包圍神經(jīng)細(xì)胞的鞘的合成中都發(fā)揮著作用。L-絲氨酸的主要功能

合成嘌呤、胸腺嘧啶、膽堿的前體；L-絲氨酸羥基經(jīng)磷酸化作用后能衍生出具重要生理功能的磷絲氨酸，是磷脂的主要成分之一；具有穩(wěn)定滴眼液pH值的作用，且滴眼后無(wú)刺激性；水分的主要角色，高級(jí)化妝品中的關(guān)鍵添加劑。

L-絲氨酸應(yīng)用

（1）醫(yī)藥原料：L-絲氨酸廣泛用于配置第三代復(fù)方氨基酸輸液和營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管、抗癌、艾滋病新藥及基因工程用保護(hù)氨基酸等；（2）食品：L-絲氨酸用于運(yùn)動(dòng)飲料（3）飼料：L-絲氨酸用于動(dòng)物飼料，可促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育。

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)L-絲氨酸的方法

目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)L-絲氨酸的方法主要有化學(xué)合成法，蠶絲水解法，酶法和前體發(fā)酵法等生物法等。（1）化學(xué)合成法:最大缺點(diǎn)是產(chǎn)品為DL-絲氨酸,而人體需要的是L-絲氨酸，因此需要將其分開(kāi)，這就增加了成本及生產(chǎn)的復(fù)雜性。（2）廢蠶絲水解提取法：蠶繭中L-絲氨酸含量最為豐富，因此，可用廢蠶絲、蠶蛹、絲膠水解以提取L-絲氨酸。但此法操作復(fù)雜，需處理大量的洗脫液，所得的氨基酸常為混合氨基酸，還需進(jìn)一步分離、精制，且在提取目標(biāo)氨基酸時(shí)，

其余氨基酸則被浪費(fèi)掉。（3）酶法：利用酶法生產(chǎn)L-絲氨酸已經(jīng)有過(guò)很多嘗試。有學(xué)者報(bào)道，將絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶固定在DEAE．SephadeA．25上，然后置于50℃，的溶液中(該溶液由mol甘氨酸mmol甲醛、四氫葉酸、吡哆醛、磷酸組成)，最終可得10mmolLI絲氨酬51。也有學(xué)者報(bào)道，先利用L．酒石酸脫羧酶將酒石酸轉(zhuǎn)變成D-甘油酸，然后再利用二羥乙酸還原酶、L．丙氨酸脫氫酶將D-甘油酸鹽轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-絲氨酸。但此法對(duì)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)要求較高，且從酶反應(yīng)液中分離L-絲氨酸一直是酶法生產(chǎn)中的難題。（4）前體添加發(fā)酵法：研究的較多的是以甘氨酸、甘氨酸三甲內(nèi)鹽或甘氨酸為前體的發(fā)酵。但由于前體物質(zhì)甘氨酸價(jià)格昂貴，通過(guò)添加前提發(fā)酵產(chǎn)絲氨酸是無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求的。正是由于以上L-絲氨酸生產(chǎn)方法難以克服的困難，因此，嘗試直接發(fā)酵法生產(chǎn)L-絲氨酸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。但是由于L-絲氨酸處于氨基酸代謝的中間位置，參與許多生物物質(zhì)(如甘氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、色氨酸等氨基酸、嘌呤、胸腺嘧啶之類(lèi)的核酸堿基，磷脂酰絲氨酸、嘌呤、胸腺嘧啶之類(lèi)的核酸堿基，磷脂酰絲氨酸、鞘磷脂等磷脂)的合成，代謝運(yùn)轉(zhuǎn)速度極快，很難積累。與其它氨基酸相比，L-絲氨酸的直接發(fā)酵法生產(chǎn)十分困難。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，采用基因工程方法克隆絲氨酸合成酶系以提高絲氨酸產(chǎn)量成為研究的熱點(diǎn)。

2.設(shè)計(jì)說(shuō)明

設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）依據(jù)與工廠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝相關(guān)的各種資料。如《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》（2）GB/T50103—2001《總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)》（3）GB50187—93《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（4）《化工原理》（5）《生物工藝原理》（6）《生物工程設(shè)備》發(fā)酵工程是用來(lái)解決按發(fā)酵工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問(wèn)題的學(xué)科。發(fā)酵工程從工程學(xué)的角度把實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的發(fā)酵工業(yè)過(guò)程分為菌種、發(fā)酵和提煉（包

括廢水處理）等三個(gè)階段，這三個(gè)階段都有各自的工程學(xué)問(wèn)題，一般分別把它們稱(chēng)為發(fā)酵工程的上游、中游和下游工程。發(fā)酵工程的三個(gè)階段均分別有它們各自的工藝原理和設(shè)備及過(guò)程控制原理，它們一起構(gòu)成發(fā)酵工程原理。千百年，特別是最近幾十年的發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)踐證明:微生物是發(fā)酵工程的靈魂。近年來(lái)，對(duì)于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識(shí)愈益明朗化，發(fā)酵工程正在走近科學(xué)。從生物科學(xué)的角度重新審視發(fā)酵工程，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵工程最基本的原理是其生物學(xué)原理，而前述的發(fā)酵工程原理均必須建立在發(fā)酵工程的生物學(xué)原理的基礎(chǔ)上。因此，發(fā)酵工程的生物學(xué)原理是發(fā)酵工程最基本的原理，并且可以把它簡(jiǎn)稱(chēng)為“發(fā)酵原理”。

設(shè)計(jì)范圍

（1）對(duì)L-絲氨酸發(fā)酵和無(wú)菌空氣車(chē)間的工藝流程的設(shè)計(jì)（2）工藝計(jì)算（3）主要設(shè)備的計(jì)算和選型（4）繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖

3.發(fā)酵車(chē)間的工藝設(shè)計(jì)

原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格

培養(yǎng)基配方（g/L）：葡萄糖硫酸銨玉米漿KHPO24KHPO·3HO242MgSO·7HO42MgSO·4HO42FeSO·7HO42

329.5105018.110503.7910501.010501.010500.11050329.5105018.110503.7910501.010501.010500.110500.00110500.0011050

1.向的種子罐配料罐中加入的培養(yǎng)基，待攪拌均勻后，用泵打入種子罐中，種子罐用138℃水蒸氣進(jìn)行夾套加熱滅菌（使培養(yǎng)基從20℃升至121℃），再用冷卻水使之冷卻到37℃，接入菌種后培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期待用。2．在10m的發(fā)酵罐配料罐中加入的培養(yǎng)基，開(kāi)啟攪拌待混勻后，用泵打入發(fā)酵罐中，進(jìn)行滅菌，用138℃水蒸氣先進(jìn)行間接加熱（使培養(yǎng)基從20℃升至90℃），再用蒸汽直接加熱（使培養(yǎng)基從90℃升至121℃），然后用冷卻水使之冷卻到37℃，待用。3.將種子罐中的料液放入發(fā)酵罐中發(fā)酵14h，再用離心機(jī)進(jìn)行離心分離，收集菌體，廢液放入貯罐中。

物料衡算

已知培養(yǎng)基成分：葡萄糖，硫酸銨，玉米漿，KHPO，KHPO·3HO，24242MgSO·7HO，MgSO·4HO，F(xiàn)eSO·7HO，水1000ml424242

發(fā)酵罐的物料衡算

發(fā)酵液G=10506.797129.5kg，

葡萄糖G=200.31

硫酸銨G=122.92

玉米漿G25.733=

KHPOG=6.79244

KHPO·3HOG=6.792425

MgSO·7HOG=0.679426

MgSO·4HOG=0.0068427

FeSO·7HOG=0.0068428

水G=100010506790水

29.5105018.110503.7910501.010501.010500.110500.00110500.00110502·h·℃)2·h·℃)=5%~10%，取10%Gc(ttr㏑29.5105018.110503.7910501.010501.010500.110500.00110500.00110502·h·℃)2·h·℃)=5%~10%，取10%Gc(ttr㏑7129.54.18(9020)1GcttKFtst2155.67129.54.18138201(110%)=1674F㏑13890=1發(fā)酵液G=1050325.5，

葡萄糖G=9.141

硫酸銨G=5.612

玉米漿G=1.173

KHPOG=0.31244

KHPO·3HOG=0.312425

MgSO·7HOG325.50.031kg=31g426

MgSO·4HOG=0.00031=427

FeSO·7HOG=0.00031=428

水G=10001050310水

能量衡算

發(fā)酵罐能量衡算發(fā)酵罐（不銹鋼蛇形管傳熱）1.間接加熱過(guò)程的蒸汽量（培養(yǎng)6.797129.5基溫度從20℃升到90℃）已知G=1050kg，t=20℃，t=90℃12c=(kg·℃)t=138℃查表得r=kJ/kgsK=1250~1900kJ/(m取K=1674kJ/(m

S(1)=

已知=1~取=1h

s2F=2.直接加熱過(guò)程的蒸汽量（培養(yǎng)基溫度從90℃升到121℃）

Gc(tt)i2ctt=10℃2s2·h·℃)t8010tt8030.18）=h=h320.362Gc(ttr2·h·℃)2·h·℃)㏑

27129.54.18(12190)Gc(tt)i2ctt=10℃2s2·h·℃)t8010tt8030.18）=h=h320.362Gc(ttr2·h·℃)2·h·℃)㏑

27129.54.18(12190)1t1f2s3%0.31m3325.54.18(12120)1Gctt325.54.18KFtst1000F2735.24.1812137℃（實(shí)測(cè)當(dāng)培養(yǎng)基溫度t為80℃時(shí)，此時(shí)12155.61(110%)455.83kg(110%)=㏑13820138121=12查表得138℃下i=kJ/kg，c=(kg·℃)s=5%~10%，取10%

S(1)

s23.冷卻階段的冷卻水用量

t121℃1s冷卻水出口溫度t為30℃）2K=1674kJ/(m

cc4.18kJ/(kg·℃)12

AeKF/Wc21.4

12WKF/（㏑Ac）=167416.0/(㏑42種子罐的能量衡算種子罐體積小于5m采用夾套加熱1.間接加熱過(guò)程的蒸汽量

已知V種=

G種0.311050325.5kg

t=20℃，t=121℃，r=kg12=5%~10%，取10%

S(1)=

取=K=830~1250kJ/(m取K=1000kJ/(m

s2F=m2.冷卻階段的冷卻水用量

t2s2·h·℃)t8010tt8030.18）=h=h23610310501033001300(個(gè))3=10℃1f2s3.43%tt2s2·h·℃)t8010tt8030.18）=h=h23610310501033001300(個(gè))3=10℃1f2s3.43%t137℃（實(shí)測(cè)當(dāng)培養(yǎng)基溫度t為80℃時(shí)，此時(shí)1s冷卻水出口溫度t為30℃）2K=1000kJ/(m

cc4.18kJ/(kg·℃)12

AeKF/Wc21.4

12WKF/（㏑Ac）=10005.27/(㏑4

主要設(shè)備計(jì)算

發(fā)酵罐尺寸的計(jì)算已知發(fā)酵培養(yǎng)接種量為3%，發(fā)酵時(shí)間為14h，發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為120rpm，通氣量為，發(fā)酵液密度為1050kg/m3,粘度為·s。每升發(fā)酵液可以純化得到L-絲氨酸產(chǎn)品36g。年操作日300天，生產(chǎn)裕度為10%,生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)。水蒸氣138℃，冷卻水進(jìn)出口溫度根據(jù)實(shí)際情況確定。因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間為14h，再考慮發(fā)酵罐滅菌，降溫，出料，清洗等輔助時(shí)間。確定發(fā)酵周期為24h。

發(fā)酵液中產(chǎn)物的濃度：

全年生產(chǎn)周期數(shù)：?jiǎn)蝹€(gè)周期發(fā)酵液體積計(jì)算:

200(110%)3003.43%103105020.36m3

裝料系數(shù)V/V0.6~0.75取0=00

VV/0.6==0所以我們選用3個(gè)10m的發(fā)酵罐，另選一個(gè)作為備用罐。實(shí)際裝料系數(shù)：20.3631067.87%

發(fā)酵罐裝液量：20.3636.79m3

H/D=~3，取H/D=

42d11D2311181210BdSd4D1.844ρ=1050kg/mnd23d5ρ=11327342d11D2311181210BdSd4D1.844ρ=1050kg/mnd23d5ρ=113273t0.1013g=1320.721050273μ=?s>104（屬湍流狀態(tài)）)(0.1013P)106H12g0

VD30.13D3=100D=,H=2D=

已知~取d==

已知WD~,取W=D=圓整W=

已知0.8~1.0，取B==圓整B=

已知1.5~2.5,取S==圓整S=

6.79D2H0.13D3H

HH2.372.82mL1假設(shè)用兩層攪拌器，所以S=H－B－S=－－=LL檢驗(yàn)：S/d==在1~2范圍內(nèi)L攪拌器軸功率計(jì)算

已知d=D=

n=120rpm=2r/s

ReM=

采用六彎葉渦輪攪拌器，讀圖可知K=

P=kn4.8230.7510501036.78KW

校正系數(shù)f=(D/d)(HL/d)=1.8/0.72.82/0.71.07

實(shí)際P*=fP=1.076.787.25kw

因?yàn)橛袃蓪訑嚢杵鳎琾2p*0.40.627.251.611.6kw

標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量Q=VLVVM=100.70.85.6m3

QQ0(

tL

Qgnd1200.7P/P0.621.85N=種=342d111D232111812Qgnd1200.7P/P0.621.85N=種=342d111D23211181210BdSd4D41=273200.10132733.67320.36210.10130.050.0890.0353%0.31m3162.82

210509.8110=min

Na=

ga

Pg=p20.4611.60.465.28kw

種子罐的計(jì)算

種子罐的尺寸計(jì)算

因?yàn)榻臃N量為3%，故V

裝料系數(shù)V/V0.6~0.75取0=00

VV/0.6==0應(yīng)去2個(gè)m的種子罐H/D=~3，取H/D=

VD2H0.13D30

VD30.13D3=，D=,H=2D=0已知~取d=D=，圓整d=

已知WD~,取W=D=圓整W=

已知0.8~1.0，取B==

已知1.5~2.5,取S==

0.31D2H0.13D3H

HH0.87mL1

假設(shè)用1層攪拌器，所以S=HL檢驗(yàn)：S/d==在1~2范圍內(nèi)L

333320.363取P’=8kw/m3%333320.363取P’=8kw/m3%0.204m33種子罐單位體積軸功率P’=7~8kw/mP種子=82.48kw

貯罐計(jì)算

V=3=

取=0

VV/0.75==0故取3個(gè)10m的貯罐,選取JB1422-74查化工手冊(cè)取罐為：公稱(chēng)直徑DN=2000mm，高度H=3000mm

配料罐的計(jì)算

發(fā)酵罐配料罐的計(jì)算V=3=m

取=0

VV/0.7==0查表取3個(gè)10m的配料罐，選取JB1422-74查化工手冊(cè)取罐為：公稱(chēng)直徑DN=2000mm，高度H=3000mm種子罐配料罐的計(jì)算

V=種

取=0

VV/0.7==m30種查表取3個(gè)的配料罐,型號(hào)為JB1425-74公稱(chēng)直徑DN=600mm，高度H=800mm

p0.3pp2340pp4p0.3pp2340pp4k1

301.3198653301.31.3-1

p0.11ps1p2101.31ps2p3301.322k需除水1.3

空氣用量

發(fā)酵車(chē)間需要最大壓縮空氣用量為V=（10×××3+××1×2）×=min

壓縮空氣的溫度

1.以實(shí)際生產(chǎn)中空壓機(jī)空氣中的壓強(qiáng)為表壓

T27320293K，p0.101MPa，p0.3MPa112

取k1.3，TT293377.5K21

t==℃2∴壓縮空氣的溫度為℃因此壓縮機(jī)輸出的高溫壓縮空氣必須進(jìn)行適當(dāng)冷卻，再進(jìn)入總過(guò)濾器進(jìn)行除菌處理。2.壓縮空氣的除水由任務(wù)書(shū)可知，空氣的平均溫度為20℃查表得，空氣溫度為20℃時(shí)，ps1=2340Pa3.當(dāng)壓縮到時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的溫度為120℃查表得，空氣溫度為120℃時(shí)，p=198653Pa，φ=80%s21此時(shí)的壓縮空氣相對(duì)濕度為

0.80.0282.8%21

假設(shè)冷卻至40℃，無(wú)水析出

P0.3MPa，T3

0.02875.4%60%32

P0.3MPa，T313K，0.6，xx5555

ppps54Px40.622x4pp1ps15PPPPPP5s5PxP4ppps54Px40.622x4pp1ps15PPPPPP5s5PxP40.622x41s12s23s30.622301.30.67.38140.622101.30.82.3400.622301.32.8％198.6530.6220.67.3811301.30.009310.6220.00930.82.3402.8％198.653100％4.44301.3100％4.440.0093kg/kg4.44103Pa0.0117kg/kg0.0117kg/kg0.0093kg/kgS5

x0.622555P0.3MPa，xx0.0093kg/kg，100%4454

4S4

PS44

查表得：露點(diǎn)溫度t430.8℃

即冷卻到℃時(shí)，開(kāi)始有水生成。計(jì)算除水量：

x0.62211

∴每千克空氣析出水量為xx-x0.0117-0.0093

空氣冷卻器的傳熱量

冷卻時(shí)（逆流冷卻），空氣溫度由120℃→℃，冷卻水溫度由20℃→25℃空氣在狀態(tài)1時(shí)：

T120℃，P0.3MPa，P198.653kPa，2.8％22s22

H0.622222s2

I(1.011.88H)T2500H(1.011.880.0117)12025000.0117153.09kJ/kg2222T30.8℃，P0.3MPa，P4.44kPa，100％33s33

H0.622333s3I(1.011.88H)T2500H(1.011.880.0093)30.825000.009354.90kJ/kg3333

122

P1202730.1013P12730.312

60VgV0.3927112122

P1202730.1013P12730.312

60VgV0.39271122

PP4.441PP7.3811

PP2s2P

2609.46

2s12

60.15%7.3810.0093kg/kgT1T120.10121.020.301V27320273120V9.46m3/min2

V(0.7731.244x)TT2(0.7731.2442.8％)0.3927m3/kgx(其中x2.8%，P0.1013MPa,T0℃，P0.3MPa，T12℃)1121

L1445.4kg/h

xQL(II)1445.4(153.0954.90)123456.9kJ/h141923.83J/s23

空氣加熱器的傳熱量

加熱時(shí)，空氣溫度由℃→40℃，加熱蒸汽溫度由保持138℃不變，壓強(qiáng)不變。對(duì)于℃的空氣，由之前計(jì)算可知：

I54.90kJ/kg

1100%

PVPVTT120.10121.020.301V27330.827340V7.27m3/mingP0.3MPa

對(duì)于加熱后40℃時(shí)的空氣，100%60.15%21s21

H0.6220.622301.360.15%7.381

2s2I(1.011.88H)T2500H(1.011.880.0093)4025000.009364.35kJ/kg

PT2P127330.80.10132730.301360VgV0.755tt(13830.8)(13840)PT2P127330.80.10132730.301360VgV0.755tt(13830.8)(13840)ln(1t/t2)ln((13830.8)/(13840))Q1516.59Ktm75102.53D2607.2753℃48mx12(0.7731.244100%)

0.755m3/kg

L577.75kg/h

xQL(II)577.75(64.3554.90)5459.72kJ/h1516.59J/s12取K75W/(m2℃)

tm102.

12F1.151.150.227m2

空氣預(yù)處理系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)

吸風(fēng)塔空氣壓縮機(jī)車(chē)間要建在廠區(qū)的上風(fēng)向外，還要求吸風(fēng)塔的高度大于10m。為了防止雨水灌入，頂部設(shè)計(jì)有防雨罩。吸風(fēng)塔內(nèi)的空氣流速不能太快，不然噪聲過(guò)大，一般空氣在吸風(fēng)塔的界面流速設(shè)計(jì)<8m/s。本設(shè)計(jì)選用：1.吸風(fēng)塔高度H=15m。2.空氣在吸風(fēng)塔的界面流速v=6m/s。

已知V21.02m3/min0.35m3/s

V（D2)2v()260.35,得直徑D0.

所以吸風(fēng)塔規(guī)格為×H15m前置過(guò)濾器通常采用無(wú)紡布作為過(guò)濾介質(zhì)?？諝庠谇爸妙A(yù)過(guò)濾中流速不能過(guò)快，否則噪聲很大。粗過(guò)濾空氣流速控制在小于等于s，亞高效過(guò)濾層控制在~s。本設(shè)計(jì)選取管徑流速v=s

1075.83.6100.43），3）。V)2H2.1ttln(1t/t2)QKtm3238.72℃1.1075.83.6100.43），3）。V)2H2.1ttln(1t/t2)QKtm3238.72℃1.D1.5m(12025)(30.820)ln((12025)/(30.820))1542.15H141923.8310038.723.75mm2Q3.6103Fv(其中，Q為額定空氣流量，F(xiàn)為管徑面積，v為管徑流速）

代入數(shù)據(jù)得：F8.76105mm2

空氣過(guò)濾的進(jìn)氣口直徑一般情況下與出去口直徑相等，也可大于出氣口直

徑，本設(shè)計(jì)選用DD0.48m進(jìn)出空氣壓縮機(jī)根據(jù)全場(chǎng)發(fā)酵工藝所需的空氣流量、克服壓縮空氣輸送過(guò)程的阻力和克服發(fā)酵罐的液柱高度所需的壓強(qiáng)過(guò)來(lái)選用空氣壓縮機(jī)型號(hào)。本設(shè)計(jì)選用4L-20/8型空氣壓縮機(jī)1臺(tái)。排氣量為min，最終排氣壓力為。

壓縮空氣貯罐

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算，貯罐容積可取V=10%~15%的空壓機(jī)每分鐘的吸氣量（m

本設(shè)計(jì)中取V=10%的空壓機(jī)每分鐘的吸氣量（m21.0210%2.1m3，貯罐

的設(shè)計(jì)H/D=，取H/D=

H/D2.5V

所以壓縮空氣貯罐規(guī)格為×空氣冷卻器根據(jù)步驟空氣冷卻器計(jì)算的傳熱量

QL(II)1445.4(153.0954.90)123456.9kJ/h141923.83J/s23冷卻時(shí)（逆流冷卻），當(dāng)空氣溫度由120℃→℃，冷卻水由20℃→25℃時(shí)，

tm

12取傳熱系數(shù)K100W/(m2℃)

傳熱面積為：F1.15

因此，本設(shè)計(jì)選用固定管板式換熱器，換熱面積為3，換熱管長(zhǎng)度為4500mm，公稱(chēng)直徑DN=400mm，管程數(shù)2，管根數(shù)164，中心排管數(shù)15。

1122

V0.12113

3P30.82730.1013P02731070.1070.750.751.8201.365m/s13b21xv1122

V0.12113

3P30.82730.1013P02731070.1070.750.751.8201.365m/s13b21xv-1g0.5DL00.5D10.0093103-3.445VabWg

3.445

d1.820m/sV0.5DD0.2D0.5DWg

1LV0.20.5Wg

L2.0~2.5D0.1210.20.512.432d0.31m310mm0.252

旋風(fēng)分離器

取dp10m，T30.5℃，P0.3MPa

PVPVTT120.121.020.3V2732027330.5V7.26m3/min0.121m3/s

Wg541.5541.512.43m/sdp41043

a0.2D

絲網(wǎng)除沫器

103kg/m3,T0℃，T30.8℃112P0.1013MPa,P0.3MPa,x0.009312

v(0.7731.224x)TT2(0.7731.2240.0093)/kgx11

gx

0.計(jì)g設(shè)計(jì)

V0.785設(shè)tt(13830.8)(13840)ln(t/t)V0.785設(shè)tt(13830.8)(13840)ln(t/t)ln((13830.8)/(13840))

Q1516.59Ktm33/min120.1210.7851.3650.34m

空氣加熱器根據(jù)步驟空氣加熱器計(jì)算的傳熱量

QL(II)577.75(64.3554.90)5459.72kJ/h1516.59J/s12當(dāng)空氣溫度由℃至40℃，水蒸氣溫度不變

tm102.53℃

12取傳熱系數(shù)K=100w/（m·℃）

F1.151.15100102.530.17m2

因此，本設(shè)計(jì)選用固定管板式換熱器，換熱面積為3，換熱管長(zhǎng)度為1500mm，公稱(chēng)直徑DN=159mm，管程數(shù)1，管根數(shù)15，中心排管數(shù)5。

空氣除菌設(shè)備計(jì)算與設(shè)計(jì)

空氣總過(guò)濾器的計(jì)算及設(shè)計(jì)設(shè)發(fā)酵車(chē)間需要最大壓縮空氣用量V=（10×××3+××1×2）×=min根據(jù)陳國(guó)豪主編《生物工程設(shè)備》P27表2-2，本設(shè)計(jì)選用YUD-z-