200立方米林可霉素机械通风发酵罐设计2

生物与化学工程学院课程设计报告题目200m3林可霉素机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计生物反应工程与设备课程设计任务书学院生化学院专业班级姓名所在组别设计题目200m3林可霉素机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计完成时间设计内容及要求1. 设计题目200m3林可霉素机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计2.设计基础条件（1）生产时，装料系数75%，（2）发酵温度为31℃，（3）保压为0.15Mpa（表压），（4）罐内气体相对湿度为100%；（5）进气压力为0.4MPa（表压）、温度为25℃，相对湿度为70%；蛇管总传热系数K=3000KJ/(m2·h·℃)，（6）冷却水进口温度为20℃，出口温度为27℃。

（7）主酵阶段最大耗糖速度每小时为发酵液量的0.7%，糖分消耗中发酵占80%，呼吸占20%，1kg糖发酵时产生的呼吸热为15660KJ（或产生的发酵热为4860KJ）。

同实验罐。

（8）罐内灭菌时蒸汽压力为0.4Mpa（表压）。

（9）培养基制备工艺流程采用水解设备流程（参见《发酵设备》P55）。

以淀粉为原料，采用分批式操作，分两批在8小时内装完一个发酵罐。

每一批操作中，调浆操作耗时30分钟，调浆后，粉浆密度为1084kg/m3，粉浆比热容为3.6KJ/(kg·k)，水解压力为0.25~0.26Mpa（表压），温度为95℃，水解维持时间约30min，水解液经过滤后用列管式冷却器（进水温度20℃，出水温度40℃）最终冷却到70℃后，送入一次中和罐，中和与脱色操作耗时30分钟。

中和后的糖液温度为65℃，再用板框式压滤机在60分钟内完成压滤，再送入二次中和罐，二次中和耗时30分钟,中和后的糖液温度为60℃。

然后用列管冷却装置（进水温度10℃，出水温度40℃）冷却到30℃后，送入发酵罐，列管冷却操作在60分钟内完成。

水解工艺流程如下：淀粉+水+盐酸→（水解）→冷却→一次中和→脱色→压滤→二次中和→列管冷却→葡萄糖汁→送去发酵（10）无菌空气由JLS型或JPF型空气过滤系统提供。

（11）某厂在100L机械搅拌通风发酵罐中发酵生产林可霉素生产试验，获得良好效果，拟放大到200m3生产罐。

此发酵液为非牛顿型流体，粘度μ=60×10-3Pa·S，密度=1020kg/m3。

试验罐的尺寸为：直径D=375mm，搅拌叶轮Di=125mm，高径比H/D=2.5，液深HL=1.5D，4块档板的W/D=0.1，装液量为70L，通气强度VVm=1.0，使用两组圆盘六弯叶搅拌器，转速转速r=350r/min。

通过实验研究，表明此发酵为高耗氧的生物反应，现按体积溶氧系数相等之原则进行放大。

对生产罐的部份具体要求是：罐体材质为碳钢，罐体上下封头为椭球体；用2组圆盘六六弯叶轮搅拌器、搅拌轴直径10cm；采用8组竖式蛇管冷却器，蛇管材质为碳钢管。

罐体表面加隔热层，故可不计罐体表面散热损失。

3.设计内容（1）设计方案的确定；（2）发酵罐的放大设计；（3）发酵罐的结构设计；①生产罐的直径、高度、壁厚设计；②搅拌电机功率的确定及搅拌器尺寸设计；③进风管设计；④蛇管冷却装置设计及冷却水耗量确定；4. 设计要求（1) 作出设计计算说明书，说明书封面用统一格式；（2) 绘制图纸一份：培养基制备、空气净化灭菌流程设备图以及、林可霉素生产工艺流程图；绘制发酵罐的主体结构图；工作进度及安排1、查阅资料1天2、工艺计算2天3、结构图和工艺图设计、绘制1天4、编写说明书1天200M3林可霉素机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计生物工程专业【摘要】林可霉素是由林克链霉菌产生的广谱抗生素，对大多数革兰氏阳性菌有较好的抗菌活性。

林可霉素具有耐药性发展缓慢、组织渗透性好、对呼吸系统感染等有较好的疗效，因此林可霉素被广泛用于临床治疗。

本文对林可链霉菌生产林可霉素的主要反应设备作了设计和计算，包括发酵罐的容积及主要部件尺寸的确定，搅拌器的选型及功率计算，冷却设备的计算等。

[Abstract] lincomycin is a broad-spectrum antibiotic produced by Streptomyces Lin g, had better antibacterial activity against most of the gram positive bacteria. Lincomycin resistance development is slow, good tissue penetration, and has good effects on respiratory system infection, so lincomycin is widely used in clinical treatment. The forest Kelian mold production of lincomycin main reaction equipment in the design and calculation,including determination of size of fermentation tank and the main components of the selection and calculation of power,agitator,and the calculation of cooling equipment.关键词：林可霉素；发酵罐；设计Keywords: lincomycin ;fermentation tank; design;目录1概述 (1)1.1微生物生物反应器的研究与应用概述 (2)1.2微生物反应器的研究和应用进展 (1)1.3发酵罐设计前景 (1)1.4林可霉素 (2)1.4.1林可霉素结构 (2)1.4.2林可霉素的生物合成途径 (2)2 罐体几何尺寸的确定 (3)2.1夹套反应釜的总体结构 (3)2.2 几何尺寸的确定 (3)3 罐体主要部件尺寸的设计计算 (5)3.1 罐体 (5)3.2 罐体壁厚 (5)3.3 封头壁厚计算 (5)3.4 搅拌器 (6)3.5人孔和视镜 (6)3.6接口管 (6)4 冷却装置设计 (8)4.1 冷却方式 (8)4.2 装液量 (8)4.3 冷却水耗量 (8)4.4 冷却面积 (9)5搅拌器轴功率的计算 (10)5.1不通气条件下的轴功率P (10)5.2通气搅拌功率Pg的计算 (10)5.3电机及变速装置选用 (11)5.4 主要符号说明..................................... 错误！未定义书签。

6设计小结 (13)7 参考文献 (14)200M3林可霉素机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计1概述1.1 微生物生物反应器的研究与应用概述微生物反应器和酶反应器发展至今，已经形成了多种类型：在操作方式上，间歇式、连续式和半间歇式均已得到研究和应用；在反应器结构特征上，目前已发展了釜 / 罐式、管式、塔式、膜式等类型；在能量的输入方式上，目前已发展了通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式、利用气体喷射动能的气升式和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器等；在生物催化剂在反应器中的分布方式上，目前已发展了生物团块反应器和生物膜反应器，其中生物团块反应器根据催化剂相态的不同又发展了填充床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器；在反应器内的流动和混合状态上，目前生物反应器已发展至全混流型生物反应器和活塞流型生物反应器。

微生物反应器的研究和开发需要经历三个阶段：①实验室阶段——微生物的筛选和培养基的研究，在摇瓶培养或1 ～ 3L 反应器中进行；②中试阶段——5 ～ 500L 规模小型反应器，环境因素最佳操作条件研究；③工厂化规模生产——实验生产至商业化生产，提供产品并获得经济效益。

酶反应器和下述的细胞生物反应器研究也同样需要经历实验室阶段、中试阶段和规模生产阶段。

在三个阶段中，尽管生物反应过程相同，但规模的不同使反应溶液的混合状态、传质与传热速率等不尽相同，如何让微生物、酶、细胞充分与外界接触并完成生化过程，达到足够高的反应效率，在工艺上都会有许多新的困难。

反应器类型的多样性和工艺的复杂性一方面提高了反应器研究和应用的难度，另一方面也给生物反应器的研究和发展带来了巨大的空间。

例如，近年来，膜生物反应器在污水处理中的研究和应用不断发展。

1.2 微生物反应器的研究和应用进展膜生物反应器在污染处理中的应用是近年来微生物反应器的研究和应用进展的代表性技术之一。

除此之外，结合数学、动力学、化工工程原理、计算机等技术研究微生物反应器和酶反应器中的生化过程，使其过程控制的工艺更为合理，而固液分离技术（离心分离、过滤分离、沉淀分离等工艺）、细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等）、蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等）等下游技术的发展促进了生物反应器设计水平的提高。

另一方面，近年来基因工程技术等的发展推动了微生物反应器研究的快速进步。

例如，乙酸氧化脱硫单胞菌（Geobacter sulfurreducens）、泥土杆菌科（Geobacteraceae）的电极还原微生物等细菌的发现和改造与质子交换膜（PEM）的技术进步，共同推动了微生物燃料电池（MFC）技术的发展和应用。

1.3发酵罐设计前景生物反应器是多学科交叉的生物技术领域，是21世纪生物工程发展的重要前沿之一。

近年来，国内外利用动物、植物和微生物生物反应器生产蛋白药物与其它重要产品的研究取得了令人瞩目的进展，特别是功能基因的高效表达技术与方法研究有了许多新的突破，不少产品已进入研究开发和产业化阶段。

生物反应器（bioreactor）是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，其设计、放大是生化反应工程的中心内容。

从反应过程上看，生物反应器根据培养对象的不同可分为以下几种。

①微生物反应器和酶反应器。

微生物反应器是生产中最基本也是最主要的设备，其作用就是按照发酵过程的工艺要求，保证和控制各种生化反应条件，如温度、压力、供氧量、密封防漏、防止染菌等，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高的产量。

酶反应器可分游离酶及固定化酶反应器两大类。

②细胞生物反应器。

动物细胞或植物愈伤组织培养条件苛刻，培养周期长，杂菌污染的危害性大，因此动植物细胞反应器的设计远较微生物反应器复杂。

③转基因动植物生物反应器。

目前，动物生物反应器中研究与应用较多的是乳腺生物反应器，该类反应器基于转基因技术平台，使源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白质的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值的产品。