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学校代码： 10128 学 号： 200820515031

本科毕业设计说明书

（

题 目：800 t/a土霉素生产车间脱色结晶（间

歇）干燥工段工艺设计

学生姓名：赵 东 辉 学 院：化工学院 系 别：化学工程系 专 业：制药工程

班 级：制药工程08-1班 指导教师：竺宁 讲师

二 零 一 二 年 六 月

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摘 要

土霉素生产过程包括发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥几个主要工段。本次设计为800 t/a土霉素生产车间脱色、结晶（间歇）、干燥工段的设计。对土霉素的生产工艺过程进行了物料衡算和热量衡算，进而进行了设备选型，最终绘制了物料流程图，工艺管道及仪表流程图，设备的平、立面布置。发酵工段需要一级发酵、二级发酵和三级发酵得到发酵液，然后经过盐酸的酸化后再经过板框过滤机过滤进行脱色、结晶、干燥制成成品。本次设计任务的主要工段是脱色、结晶和干燥。脱色装置采用大孔交换树脂进行三组3罐脱色；结晶过程可采用间歇和连续结晶两种，结晶关系到产品的分离和提纯，本次设计选择间歇结晶的方法。结晶后将结晶液通入离心机中进行离心处理，最后将离心处理后所得的湿物料通入到干燥车间进行干燥，生产出合格的产品。

关键词：土霉素；脱色；结晶；干燥

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Abstract

The several major public paragraphs including fermentation, acidification, filters, discoloring, the crystallization and dry in oxytetracycline production process. This design is that the public paragraph of discoloring and crystallization of oxytetracycline production workshop of 350t/a. Doing material accountancy and heat balance and for the production process of oxytetracycline. We determine the site selection and equipment selection and so on by calculating. Finally we draw the material flow chart, process piping and flow chart meters, equipment list and the level, facade layout of the workshop equipment.After the first fermentation, secondary fermentation and third fermentation develop cracks fermentation liquor, then after the acidification hydrochloric acid it is filter into the frame, and decolorization conducted, crystal, dry and the finally manufacturing the finished products. The main section is decolorization and crystallization in this design. Used the decolorization devices of large-exchange resins to group 3 . There are two kind of crystal ways, the first one is crystal intermittent and the second one is continuous crystallization. Crystallization related to separation and purification of products, we used the continuous crystallization in this design. Put the liquid crystal centrifugalde into the centrifuge after the crystal. Finally we will obtain the wet materials after centrifugalde dryde into the drying workshop, and finally we product the qualified products.

Keywords: oxytetracycline, decoloring, crystallization

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目 录

引 言 ................................................................. 1 第一章 产品概述 ........................................................ 2

1.1产品名称、结构及性质 ............................................ 2 1.2药理作用 ........................................................ 2 1.3主要用途 ........................................................ 3 第二章 土霉素生产工艺流程 .............................................. 4

2.1设计依据 ........................................................ 4 2.2设计的指导思想和设计基本原则 .................................... 4

2.2.1指导思想 ................................................... 4 2.2.2基本原则 ................................................... 4 2.3工艺流程图 ...................................................... 4 2.4土霉素主要工艺流程及要求 ........................................ 5

2.4.1土霉素发酵工段 ............................................. 5 2.4.2提炼工段 ...................................................... 6 2.4.3脱色、结晶、干燥工段 .......................................... 6 第三章 物料衡算 ........................................................ 7

3.1 物料衡算依据 .................................................... 7 3.2发酵工段 ........................................................ 7

3.2.1一级种子培养 ............................................... 7 3.2.2二级种子培养 ............................................... 8 3.2.3三级发酵 ................................................... 9 3.3酸化工段 ....................................................... 11 3.4过滤工段 ....................................................... 12 3.5脱色工段 ....................................................... 14 3.6结晶工段 ....................................................... 15 3.7干燥工段 ....................................................... 17 第四章 热量衡算 ....................................................... 18

4.1热量衡算的目的 ................................................. 18 4.2热量衡算的依据及必要条件 ....................................... 19

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4.3热量衡算主要的计算公式 ......................................... 19

4.3.1设备的热量平衡方程式 ...................................... 19 4.3.2比热容的计算 .............................................. 20 4.3.3化合物比热容 .............................................. 21 4.3.4其它各温度下化合物的比热容 ................................ 21 4.4基本数据的计算 ................................................. 22 4.5热量计算 ....................................................... 24

4.5.1一级种子罐 ................................................ 24 4.5.2二级种子罐 ................................................ 28 4.5.3三级发酵罐 ................................................ 32 4.5.4补料罐 .................................................... 35 4.5.5干燥工段 .................................................. 39

第五章 设备选型及计算 ................................................. 41

5.1 发酵罐的选型 .................................................. 41

5.1.1一级种子罐的选型 .......................................... 41 5.1.2 二级种子罐的选型 ........................................ 42 5.1.3 三级种子罐的选型 ........................................ 43 5.2补料罐的选型 ................................................... 46 5.3 酸化罐的选型 ................................................... 48 5.4 树脂罐的选型 ................................................... 49 5.5 结晶罐的选型 ................................................... 50 6.6离心机的选型 ................................................... 50 5.6干燥器的选型 ................................................... 51 第 6 章 车间布置设计 ................................................ 57

6.1车间布置概述 ................................................... 57 6.2车间组成 ....................................................... 57 6.3车间区域和工艺设备布置原则 ..................................... 57 6.4厂房平面布置 ................................................... 57 6.4厂房垂直布置 ................................................... 57 第七章 三废处理 ....................................................... 58

7.1三废的概述 ..................................................... 58

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7.2三废的处理原则 ................................................. 58 7.3土霉素废水处理 ................................................. 58 7.4土霉素废气处理 ................................................. 58 7.5土霉素废渣处理 ................................................. 59 结 论 ................................................................ 60 参考文献 .............................................................. 61 谢 辞 .............................................................. 62

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引 言

土霉素为抗生素类药物，广谱抑菌剂，用于痢疾、斑疹伤寒、沙眼、结膜炎、肺炎、中耳炎、疖疮及皮肤化脓感染等。许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对本品敏感,对伤寒杆菌几乎无效。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等对本品亦较敏感。多年来由于土霉素和四环素类的广泛应用,临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重.本品与四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。本品作用机制为药物能特异性与细菌核糖体30S亚基的A位置结合，抑制肽链的增长和影响细菌蛋白质的合成。

通过在赤峰药厂的毕业实习，我们对土霉素生产工艺有了具体的了解,在此基础上以经济、合理、优质、高产、安全为目的,以建成后可获得最大的经济效益、环境效益和社会效益为原则，设计一套土霉素车间酸化，提炼，干燥工段及整个车间从原料购买到原料发酵，工艺设备，以便提升我们的专业知识水平及实践能力，完善了我们自身整体素质，为今后的工作学习生活打下坚实的基础。

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第一章 产品概述

土霉素是由龟裂链丝菌产生的，属于放线菌中的链霉菌属，他们具有发育零号的菌丝体，菌丝体分枝捂隔膜，直径约为0.4~1.0米，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝分化成为分生孢子，而龟裂链丝菌的菌落为灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。

1.1产品名称、结构及性质

（1）产品名称 中文名：土霉素 英文名：Terramycin 分子式：C22H24N2O9 分子量：460.58

化学名称：6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11-二氧化-14,4a ,5 ,5a 6 ,11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。 （2）产品结构：

（3）产品性质：蛋黄色的结晶性或无定形粉末，无臭，在日光下颜色变暗，在碱性溶液中容易破坏失效。在乙醇中微熔，在水中极微溶解；在氢氧化钠试液和稀盐酸中溶解。效价测定每1000土霉素单位相当于1mg土霉素。其盐酸盐为黄色结晶粉末，在水中易溶，10%水溶液的pH值为2.3-2.9。

1.2药理作用

（1）药效学

土霉素为四环素类抗生素，具有广谱抑菌作用，敏感菌包括肺炎球菌、链球菌、部分葡萄球菌、炭疽杆菌、破伤风杆菌、棒状杆菌等革兰氏阳性菌以及大肠杆菌、巴斯德氏菌、沙门氏菌、布鲁氏菌、嗜血杆菌、克雷伯氏菌和鼻疽杆菌等革兰氏阴性菌。对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌都有抑制作用，对衣原体、立克次氏体、霉形体、螺

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旋体等也有一定的抑制作用。

（2）药动学

土霉素内服易吸收，但不完全。一次服用后，一般2-4 h达血药浓度，因部分药物进入瘤胃后延缓吸收，需要4-8 h才达峰浓度。牛内服50 mg/kg后，血清浓度约可维持20-24 h。鸡吸收较快，1h达血药峰浓度。如与乳类制品或含钙、镁、铋、铅、铁等药物同时服用时，因形成不溶性络合物，不仅抑制吸收，而且降低抗菌活性。土霉素盐酸盐给猪肌内注射后5 min即在血清中出现，2 h内达高峰。给牛肌内注射或静内注射10毫克每千克后，其血清治疗浓度的维持时间，肌内注射（18-19 h）较静脉注射（8 h）为长。给马肌内注射或静脉注射5 mg/kg，在24 h的平均血药浓度，静脉注射为1.5 ug/ml，肌内注射为0.72 ug/ml.而半衰期为静脉注射15.7 h，肌内注射10.5 h。给鸡肌内注射100 mg/kg后10 min即达血药浓度，24 h内可维持1.5 ug/ml。吸收后广泛分布于肝、肾、肺等组织和血液中易渗入胸水、腹水、胎畜循环及乳汁中。不易透过血脑屏障。在脑脊棱中的浓度约为血浓度的10%-20%，脑膜发炎时可略高。也有微量渗入瘤胃液中，并能沉积于骨、齿等组织内。主要以原型从尿中排出。一部分在肝脏胆汁中浓缩，排入肠内，部分在被吸收，形成“肠肝循环”。肾功能减退时可在体内积蓄[13]。

1.3主要用途

土霉素主要用于防治畜禽大肠杆菌、 (如沙门氏菌感染犊牛白痢、羔羊痢疾、仔猪黄白痢、幼畜副伤寒等)、巴氏杆菌、布氏杆菌感染及猪喘气病、鸡慢性呼吸道病；也常用于治疗狗的立克次氏体病、猫的传染性贫血，预防狗的衣原体病和钧端螺旋体病；局部用于坏死杆菌所引起的子宫内膜炎及组织坏死等；作为饲料添加剂使用，具有促进生长和提高饲料转化率的作用。

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第二章 土霉素生产工艺流程

2.1设计依据

赤峰制药集团土霉素生产车间，土霉素生产技术能力较为先进，有更可靠全面的参考依据。

2.2设计的指导思想和设计基本原则

2.2.1指导思想

①适应现代经济、社会发展需要 ②理论结合实际

③遵循科学研究的一般规律

2.2.2基本原则

①保证产品质量符合USP28–NF23要求； ②尽量采用成熟、先进的技术和设备； ③满足GMP要求； ④使用尽可能少的能耗； ⑤尽量减少“三废”排放量； ⑥具备开车、停车条件，易于控制； ⑦具有良好的经济效益；

⑧确保安全生产，以保证人身和设备安全； ⑨具有柔韧性，在不同条件下能够正常操作。

2.3工艺流程图

土霉素生产的工艺流程图见图2-1。

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沙土孢子 种子扩大培养 28h 36.5℃ 酸化液 结晶液 孢子培养 36.5℃4-5天 二级种子液 斜面孢子 孢子培养 30℃28-30h 空气搅拌 发酵液 一级种子液 发酵 31℃160-200h 脱色 122#树脂 酸化 草酸pH1.75-1.85 ZnSO40.15% 黄血盐0.25%

结晶 15%氨水pH4.5-4.6 28-30℃

过滤 滤液 脱色液 离心 湿品 干燥 土霉素干品

图 2-1 土霉素生产工艺流程图

2.4土霉素主要工艺流程及要求

2.4.1土霉素发酵工段

1培养基成分

培养基中各成份的质量分数为：

淀粉8%，淀粉酶0.00025%，黄豆饼粉2.9%，酵母粉0.4%，硫酸铵1.1%，碳酸钙0.6%，氯化钠0.2%g，磷酸二氢钾0.03%，氯化钴0.0047%，豆油15/36000，加水配制到所需质量。

2发酵条件

一级发酵温度维持在28-30℃，28-30h，并不断通入无菌空气搅拌；二级发酵温度维持在31℃左右，28h。三级发酵大约需要160-200h,温度维持在31℃。通氮量的多少参考pH值。要求100小时前pH在6.3～6.5，100小时后pH6.2～6.3。

3三级发酵操作

（1）灭菌接种 三级发酵是土霉素大量产生的时期，发酵罐和相应管道经过高温实罐灭菌后，待罐温降到29～33℃时即可采用压差法将二级种子液打入发酵罐，开始发酵过程。

（2）通气 为了给土霉素的生长提供充足的氧气，保持最适生长温度需要给发酵

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罐加上搅拌装置。

（3）消泡 为了防止气泡的大量产生需要给发酵罐内添加消泡剂，本工艺主要采用泡敌作为消泡剂。

（4）控温 在多种热源的作用下，可能使得发酵罐内的热量无法及时地散失，使发酵罐内温度不断上升，需要为发酵罐通入冷却水，以便及时地将热量带走。

（5）补料 随着发酵的进行，营养物质的浓度不断下降，因此要通过补料罐和氨罐为其提供营养。

2.4.2提炼工段

用草酸或草酸与无机酸对发酵液进行酸化 （ｐＨ5-20） 处理，不仅除去钙离子，草酸钙能使蛋白质凝固沉淀，有利于过滤；同时，酸化使土霉素溶解，进入液体。用0.2％黄血盐除去铁离子，加入0.25％硫酸锌除去蛋白质，0.2％硼砂助滤。发酵液经过板框过滤得到澄清滤液进行分离提取。

2.4.3脱色、结晶、干燥工段

脱色：采用主副二级脱色，脱色柱采用串并结合的方式使脱色效果达到最佳水平 结晶：滤液用氨水调节pH4.8，加入亚硫酸钠防止氧化，加入尿素降低晶体含水量，在5℃下搅 拌 2ｈ， 结 晶 析 出 粗 品。

干燥：过滤洗涤后，气流干燥，进风 120-130℃，出风70-80℃，得到土霉素成品。

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第三章 物料衡算

3.1 物料衡算依据

设计任务

1、设计项目：800 t/a土霉素生产车间脱色、结晶（间歇）、干燥工段工艺设计 2、产品名称：土霉素

3、产品等级：符合USP28–NF23 4、工作日： 330 天／年 5、生产方法：微生物发酵法

物料衡算以倒推式进行，按一级种子培养、二级发酵、三级发酵、酸化、稀释净化、过滤、脱色、结晶、干燥的反顺序进行,最终得出所设计吨位的土霉素的每日进料量即处理能力。

3.2发酵工段

3.2.1一级种子培养

培养基 一级发酵 出料 损失

设损失量为9%

由二级发酵数据可知：V出=264.53 L V培=V损+V出 ① V损=9%V培 ② 由①②得：V培=290.69 L;V损=26.16 L 因为一级进料罐进料密度?培?1.05 kg/L 所以m培??培.V培?1.05?290.69?305.22 kg 一级培养基的成分：

m淀粉?1.5%m培?0.015?305.22?4.58 kg

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m糊精?1.5%m培?0.015?305.22?4.58 kg m豆饼粉?0.5%m培?0.005?305.22?1.53 kg

m酵母粉?0.75%m培?0.0075?305.22?2.29 kg

m?NH4?2SO4?0.5%m培?0.005?305.22?1.53 kg mNaCl?0.5%m培?0.005?305.22?1.53 kg mCaCO3?0.4%m培?0.004?305.22?1.22 kg

mKH2PO4?0.03%m培?0.0003?305.22?0.09 kg

V11豆油?600V培?600?290.69?0.48 L

m水?94.32%m培?0.9432?305.22?287.88 kg

3.2.2二级种子培养

接种 培养基 二级发酵 损失 设损失量为9%

由三级发酵数据可知：V出=3009.08 L

V培?V接?V出?V损 V接V?8%

培?V接V损??V培?V接??9%

V进?V培?V接 由以上式子及已知条件解得：V进?3306.68 L V接?264.53 L V培?3042.15 L V损?29.76 L 因为二级进料罐进料密度?培?1.07 kg/L

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出料

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所以m培??培.V培?1.07?3042.15?3255.10 kg 二级培养基的成分：

m淀粉?5%m培?0.05?3255.10?162.76 kg

m糊精?0.6%m培?0.006?3255.10?19.53 kg m豆饼粉?2.5%m培?0.025?3255.10?81.38 kg m酵母粉?0.6%m培?0.006?3255.10?19.53 kg

m?NH4?2SO4?0.8%m培?0.008?3255.10?26.04 kg mNaCl?0.4%m培?0.004?3255.10?13.02 kg mCaCO3?0.75%m培?0.0075?3255.10?24.41 kg

mKH2PO4?0.03%m培?0.0003?3255.10?0.98 kg

88V豆油?V培??3042.15?4.42 L

55005500m水?89.32%m培?0.8932?3255.10?2907.46 kg mCoCl2?0.0018%m培?0.000018?3255.10?0.06 kg

3.2.3三级发酵

1、已知条件

（1）培养基各含量百分比

表3-1 培养基各含量

培养基成分 淀粉 豆饼粉 酵母粉 (NH4)2SO4 KH2PO4 ?-淀粉酶

百分比（%） 8 2.9 0.4 1.1 0.03 0.00025

培养基成分 NaCl CaCO3 豆油（v/v ）

水 CoCl2

百分比（%） 0.2 0.6 15/36000 86.77 0.0047

（2）接种量：12%

（3）补料量：5：9补料进料比（v/v） （4）损失量：9%

（5）三级罐进料的密度?培?1.10 kg/L 2、由酸化阶段计算结果可知发酵液体积为42864.37 L 3、计算过程

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接种 出料 损失 补料

培养基 三级发酵 V培?V接?V补?V发酵?V损 V接V培?V接?12%

V进?V培?V接 5V补 ?9V进由以上式子及已知条件解得：V补?13930.92 L

V进?25075.66 L

V接?3009.08 L V培?22066.58 L V损?3510.59 L 因为三级进料罐进料密度?培?1.10 kg/L 所以m培??培.V培?1.10?22066.58?24273.24 kg 三级培养基的成分：

m淀粉?8%m培?0.08?24273.24?1941.86 kg m豆饼粉?2.9%m培?0.029?24273.24?703.92 kg

m酵母粉?0.4%m培?0.004?24273.24?97.09 kg

m?NH4?2SO4?1.1%m培?0.011?24273.24?267.01 kg mNaCl?0.2%m培?0.002?24273.24?48.55 kg

mCaCO3?0.6%m培?0.006?24273.24?145.64 kg mKH2PO4?0.03%m培?0.0003?24273.24?7.28 kg

1515V豆油?V培??22066.58?9.19 L

3600036000m水?86.77%m培?0.8677?24273.24?21061.89 kg

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mCoCl2?0.0047%m培?0.000047?24273.24?1.14 kg m??淀粉酶?0.00025%m培?0.0000025?24273.24?0.06 kg 三级补料的成分：

因为三级补料罐进料密度?补?1.08 kg/L 所以m补??补.V补?1.08?13930.92?15045.39 kg

m淀粉?5%m培?0.05?15045.39?752.27 kg

m豆饼粉?0.2%m培?0.002?15045.39?30.09 kg mCaCO3?0.06%m补?0.0006?15045.39?9.03 kg mNaCl?0.02%m补?0.0002?15045.39?3.01 kg

mKH2PO4?0.095%m补?0.00095?15045.39?14.29 kg m水?94.489%m补?0.94489?15045.39?14216.24 kg m酶?0.136%m补?0.00136?15045.39?20.46 kg

表3-2发酵阶段物料衡算表

级数 一级 二级 三级

进料体积L 290.69 3306.68 25075.66

补料体积L 0 0 13930.92

损失L 26.16 297.60 3510.59

放罐体积L 264.53 3009.08 42864.37

3.3酸化工段

盐酸 发酵液 酸化 酸化液 稀释净化 低单位滤液 草酸 1、已知条件

酸化液效价350002～38000 ?g/ml，取U酸?36000 ?g/ml；发酵液效价34000—38000 ?g/ml；稀释用低单位滤液效价600—900 ?g/ml之间，取U低?700

?g/ml；由过滤工段物料衡算可知：稀释净化液效价U净?18028.38 ?g/ml；稀释净化液V净?87800.14 L。 2、计算过程

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设酸化液的体积为V酸；稀释用低单位滤液体积为V低。

V酸+V低=V净 U酸V酸+U低V低=U净V净 代入数据得：V酸+V低=87800.14 36000V酸+700V低=18028.38×87800.14 解得V酸=43100.12L

V低=44700.02 L

V发酵?1?0.3%??0.85%V发酵?V酸

43100.12V发酵??42864.37 L

1?0.003?0.0085V发酵U发酵?1?0.3%??V酸U酸 U发酵?V酸U酸V发酵?1?0.3%??43100.12?1000?36000?36306.92 ?g/ml

42864.37?1000?0.997因为36306.92位于34000—38000?g/ml之间，所以取值合理。

V损?V发酵?0.3%?128.59 L

即酸化草酸用量为：m草?2%V发酵?0.02?42864.37?857.29 kg V盐酸?0.85%V发酵?0.0085?42864.37?364.35 L

m黄血盐?0.5%V发酵?0.005?42864.37?214.32 kg m硫酸锌?0.3%V发酵?0.003?42864.37?128.59 kg

表3-3 酸化工段物料衡算表

酸化前

项目 体积L

发酵液 低单位滤液 盐酸 总量

42864.37 44700.02 364.35 87928.74

酸化后

项目 体积L 稀释净化液 损失 总量

87800.14 128.59 87928.73

3.4过滤工段

1、已知条件

顶洗液用量（高单位+草酸）/稀释净化后的液体量为1/1.04（v/v）滤渣效价≤6000?g/mll,取5000?g/ml；进框稀释液（草酸水+净化液）：滤液=1.03：1(v/v)；U

滤

=11100.20?g/ml；净化液效价U

净

= 17500—18000?g/ml；高单位顶洗液效价

12

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U=4500?g/ml，用量约为滤液量的35—45%（v/v）；而后用草酸水顶洗，草酸水pH=1.88—1.92。 2、计算过程

草酸 滤液 稀释净化液 过滤工段 滤渣 损失 ?V高?V草?：V净?1/1.04 ?V净?V草?：V滤?1.03：1 假设V高:V草?1:2 由②?V草?2V高 把④代入①?3V高:V净?1:1.04?V净?3.12V高

V框?V草?V净?2V高?3.12V高?5.12V高

V框?1.03V滤，V滤?139885.73 L

5.12V1.03?139885.73高?1.03V滤?V高?5.12?28141.07 L

V草?2V高?2?28141.07?56282.14 L

V净?3.12V高?3.12?28141.07?87800.14 L 5.12V高?1.03V滤V1.03净?3.12?5.12V滤若取损失量为进框稀释液的0.8%,

VV1.03损?0.008净?0.008?3.12?5.12V滤?0.00502V滤液?702.23V稀释液?V滤液?V滤渣?V损V稀释液:V滤液?1.03:1V稀释液?V滤液?V

滤渣?V损V滤渣?V稀释液?V滤液?V损?1.03V滤液?V滤液?V损 ?0.02498V滤液

?3494.35L 13

① ②

③ ④ 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书

V净U净?1?0.8%??V滤U滤?V渣U渣U净?V滤U滤?V渣U渣V净?1?0.8%?

?139885.73?11100.2?3494.35?5000

87800.14?(1?0.8%) ?18028.38 ?g/ml

表3-4 过滤工段物料衡算表

过滤前L

项目 数量 草酸 稀释净化液 总量

56282.14 87800.14 144082.28

过滤后L

项目 数量 滤液 滤渣 损失 总量

139885.73 3494.35 702.23 144082.31

3.5脱色工段

1、己知条件：

土霉素滤液效价11000—15000?g/ml；脱后液效价10400—14500?g/ml；取U脱=12000?g/ml；脱后液pH1.95—2.0；滤液密度?滤?1.030kg/L；脱后液密度

?脱?1.025 kg/L；此过程效价损失5%；脱色液体积损失为1%。

2、计算过程：

土霉素滤液 脱色工段 脱后液 损失

根据质量守恒得：?滤V滤?1?1%???脱V脱

解得： V滤?

?滤?1?1%??脱V脱?205333.43?206400.68 L

1.030?99%m滤??滤V滤?1.030?206400.68?212592.7 kg m损?m滤?1%?212592.7?0.01?2125.93 kg m脱??脱V脱?1.025?206400.68?210466.77 kg

14

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核算土霉素滤液效价 ：V滤U滤?1?5%??V脱U脱

V脱?205333.43 L

V滤?206400.68 L ?g/ml

解得：U滤=12693.20

因为12693.20 ?g/ml在土霉素滤液效价11000—15000 ?g/ml之间，所以取值得当。

表3-5 过滤工段物料衡算表

脱色前

项目 滤液 总量

质量（kg） 212592.7 212592.7 项目 脱色液 脱色液损失 总量

脱色后

质量（kg） 210466.77 2125.93 212592.7 3.6结晶工段

1、已知条件

土霉素折干效价：U=930 ?g/mg；脱色液经结晶分离损失为1%，离心母液效价650—700ug/ml,取离心母液效价U2=680?g/ml，离心母液的密度1.02 kg/L；取脱后液效价U1=12000?g/ml，脱后液密度?脱?1.025 kg/L；V脱：V碱化剂=1：0.013（结晶时所用的碱化剂为氨水和亚硫酸钠混合液，其中15%氨水，4%亚硫酸钠）。 2、计算过程

脱色液 氨水 结晶母液 结晶 湿品 损失

（1）求碱化剂的密度

查得5%的氨水密度?1?0.98 g/cm3，25%氨水密度?2?0.91 g/cm3，则据内插法得15%的氨水密度

25?150.98??????0.945 g/cm3。 15?5??0.91设碱化剂质量为100，氨水占15%，亚硫酸钠固体4%，所以水的质量分数为81%。 m氨水=15kg，m水=81 kg；?水?1000 kg/m3；?氨水?0.945 g/cm3

15

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则V氨水?m氨水?氨水??15?15.87?10?3 m3；

0.945?1000

V水?m水?水81?81?10?3 m3 1000所以碱化剂的总体积：V氨水?V水?15.87?10?3?81?10?3?96.87?10?3 m3

m100?10.32?102kg/m3?1.032 kg/L 即碱化剂的密度?碱???3V96.87?10（2）由效价平衡式V脱U1?1?1%??V离收母液U2?m湿U湿得：

V脱?12000?10?6?99%?V离收母液?680?10?6?2424.24?（1-2%）?106?930?10?9 由质量平衡式V脱?脱?V碱?碱?V离心母液?离心母液?m湿?V脱?脱?1%得： 1.025V脱?1.032?0.013V脱?1.02V离心母液?m湿?1.025?1%V脱 整理得：0.0105V脱?0.00066V离心母液?2300.55 1.0282V脱?1.02V离心母液?2906.61 解得：V脱?205333.43 L

V离心母液?204127.69 L （3）核算结晶液效价：

.43?12000?10?6?2264 kg 脱后液中土霉素的质量：W?V脱.U1?205333 结晶液体积： V?V脱?V碱

V脱 =V脱?0.013 ?1.013?205333.43?208002.76 L

结晶液的效价U结?W2264??106?10445.97 ?g/ml V208002.76结晶液的效价在10300—10500ug/ml之间，所取效价合理。

.43?210466.77 kg 脱后液的质量：W脱??脱V脱?1.025?205333V脱?2754.75 kg 碱化剂的质量：W碱??碱V碱?1.032?0.013离心母液的质量：W离心母液??离心母液V离心母液?1.02?204127.69?208210.24 kg

.77?1%?2104.67 kg 损失量：W损?1%W脱?210466湿含量：W湿?2906.61 kg

表3-6 结晶工段物料衡算表

结晶前

16

结晶后

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项目 脱后液 碱化剂 总量

质量(kg) 项目 离心母液 损失量 湿晶体 总量

质量（kg) 210466.77 2754.75 213221.52 208210.24 2104.67 2906.61 213221.52 3.7干燥工段

1、己知条件

土霉素的湿品含水量20—25%，取20%；干品含水量6—7%，取6%；损失率1—5%，取2%。 2、计算过程

800?103?2424.24 ㎏/d. 因为年产量为800 t/a,所以日产量为m=

330湿晶体 干晶体 干燥水分 损失 干品中土霉素含量：2424.24×(1-6﹪)=2278.79㎏/d;

湿品中土霉素含量：2278.79＋m湿(1-20﹪) ×2﹪= m湿×(1-20﹪) m湿=2906.61 ㎏/d 土霉素损失的质量：m损= m湿(1-20﹪) ×2﹪=58.13 ㎏/d 应除去的水分质量：m水= m湿-m-m损失 =2906.61-2424.24-41.0958.13 =424.24 ㎏/d

干品中的含水质量：m干=2424.24×6％=145.45 ㎏/d 湿品中的含水质量：m湿=2906.61×20﹪=581.32㎏/d

表3-1干燥工段物料衡算表

干燥前

项目 湿品质量

质量（㎏） 2906.61 17

干燥后

项目 干品质量 除去水分质量 质量（㎏） 2424.24 424.24 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书

总量

2906.61 损失的质量 总量 58.13 2906.61 第四章 热量衡算

4.1热量衡算的目的

热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷，根据热负荷的大小、所处理物料

18

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的性质及工艺要求再选择传热面积的型式，计算传热面积，从而确定设备的主要工艺尺寸。

4.2热量衡算的依据及必要条件

热量衡算的主要依据是能量守恒定律。

进行热量衡算，必须有物料衡算的数据及所涉及物料的热力学性质(如反应热、溶解热、比热容、相变热等)[3]。

4.3热量衡算主要的计算公式

4.3.1设备的热量平衡方程式

1、对于有传热要求的设备，其热量衡算方程式：

Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6 (4-1) 式中: Q1—物料带入设备的热量， kJ；

Q2—加热剂或冷却剂传给设备或所处理物料的热量， kJ； Q3—过程热效应， kJ；

Q4—物料离开设备所带走的热量， kJ； Q5—加热或冷却设备所带走的热量， kJ； Q6—设备向环境散失的热量， kJ。

热量衡算的目的是求出Q2，从而确定冷却剂和加热剂的量。为了知道Q2，必须知道(4-1)中的其他各项。 2、Q1和Q4的计算

Q1和Q4的计算均可用下式计算：

Q1(Q4)??mcP(t1?t0) (4-2) 式中： m—输入或输出设备的物料量，kg；

cP—物料的平均比热容，kJ/ kg·℃； t1—基准温度，℃；

t2—物料的实际温度，℃。

3.过程热效应Q3的计算

19

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本次设计所涉及到的过程效应热为溶解热。 4、Q5的计算

加热设备或冷却设备所消耗的热量Q5可按下式进行计算

Q5?∑Mc(t1-t0) (4-3)

式中：M—输入或输出设备的物料量，kg；

c—物料的平均比热容，kJ/ kg·℃； t1—基准温度，℃； t2—物料的实际温度，℃。

5、Q6的计算

设备向环境散失的热量Q6可按下式进行计算

Q6?∑A?T(tw?t0) (4-4)

式中：A—设备散热表面积，m2；

?T—设备散热表面与周围介质之间的联合给系数，W /(m2·℃)；

tw—散热表面温度，℃； t0—周围介质温度，℃；

?—散热持续的时间，s。

4.3.2比热容的计算

谷物的比热容

C谷物?0.01[(100?w)C0?4.18] (4-5)

式中：W?谷物含水量；

C0?绝对谷物比热容。

表4-1 各谷物含水量

谷物 淀粉

含水量% 14

20

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糊精 豆饼粉 酵母粉 淀粉酶

10 8 9 8

?100-14）C淀粉?0.01（?1.55?4.18?14??1.92 kJ/(kg?k)

?100-10）C糊精?0.01（?1.55?4.18?10??1.81) kJ/(kg?k)

?100-8）C豆饼粉?0.01（?1.55?4.18?8??1.76 kJ/(kg?k) ?100-9）C酵母粉?0.01（?1.55?4.18?9??1.79 kJ/(kg?k) ?100-8）C淀粉酶?0.01（?1.55?4.18?8??1.76 kJ/(kg?k)

4.3.3化合物比热容

Cp?A1?A210?3T?3?A3105T?2?A410?6T2?A5108T?3 （4-6）

表4-2 各化合物比热容

A1

A2

A3

A

A5

Cp(298K) (J/kg.℃)

CaCO3 (NH4)2SO4 KH2PO4 CoCl2 NaCl

104.516 103.554 144.515 82.069 45.940

21.924 280.746 38.954 6.724 16.318

-25.914 0 -35.522 -4.952 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

81.838 187.216 116.123 78.494 50.803

4.3.4其它各温度下化合物的比热容

以NaCl在398k比热容计算为例

Cp?A1?A210?3T?3?A3105T?2?A410?6T2?A5108T =45.94?16.318?10?3?398?3 =45.94 J/kg??C

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CNaCl?45.94/58.44?0.897 kJ/(kg?k)

4.4基本数据的计算

1、谷物比热容的计算

已知：淀粉含水量：14%，糊精含水量：10%，豆饼粉含水量：8%，酵母粉含水量：9%，淀粉酶含水量：8%。

根据公式4-5和表4-1求出所需谷物的比热容。

?100-14C淀粉?0.01（）?1.55?4.18?14??1.92 kJ/(kg?k) ?100-10）C糊精?0.01（?1.55?4.18?10??1.81 kJ/(kg?k)

?100-8）C豆饼粉?0.01（?1.55?4.18?8??1.76 kJ/(kg?k) ?100-9）C酵母粉?0.01（?1.55?4.18?9??1.79 kJ/(kg?k) ?100-8）C淀粉酶?0.01（?1.55?4.18?8??1.76 kJ/(kg?k)

3、化合物比热容的计算

已知：

MCoCl2?129.84 g/mol

M(NH4)2SO4?132.14 g/mol MKH2PO4?136.09 g/mol MNaCl?58.44 g/mol 单位换算：

CCaCO3?81.838?0.818 kJ/(kg?k)

100.09C(NH4)2SO4?187.216?1.417 kJ/(kg?k)

132.14CKH2PO4?116.123?0.853 kJ/(kg?k)

136.06CCoCl2?78.494?0.605 kJ/(kg?k)

129.84CNaCl?50.803?0.869 kJ/(kg?k)

58.443、其它各温度下化合物的比热容

根据NaCl在398k比热容的求取示例，求出相关温度下的化合物比热容，见表4-3。

表4-3不同温度下各化合物的比热容

22

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化合物 298 398 373 304

kJ/(kg?k)

CaCO3 (NH4)2SO4 KH2PO4 NaCl CoCl

0.818 1.416 0.853 0.867 0.605

kJ/(kg?k)

0.968 1.629 1.011 0.897 0.629

kJ/(kg?k)

0.941 1.577 0.981 0.890 0.624

kJ/(kg?k)

0.831 1.429 0.866 0.871 0.607

4、大豆油比热容计算

根据《日用化工理化数据手册》[1]，大豆油比热容见表4-4。

表4-4 大豆油比热容

t/?C

1.2 38.6 80.4 130.9

CP/(kJ/kg)

1.875 1.963 2.064 2.202

用内插法计算大豆油在298 K、398 K、373 K、304 K时的比热容。 例如：在298 K下

（38.6-1.2）/（38.6-25）=（1.963-1.875）/（1.963-Cp） 则：Cp?1.931 kJ/kg 计算结果如下：

表4-5 大豆油比热容计算结果

温度/K 298

23

豆油CP/(kJ/kg?K)

1.930

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398 373 304

2.168 2.119 1.947

5、水的比热容

查《化工流体流动与传热》可知水的比热容见表4-6。

表4-6 水的比热容计算结果

温度/C 25 31 100 125

?

比热CP/(kJ/kg??C)

4.179 4.174 4.220 4.263

6、溶解热的计算

（1）已知

QCoCl2?18.3 kcal/mol Q(NH4)2SO4??2.37 kcal/mol QKH2PO4??4.85 kcal/mol QNaCl??1.18 kcal/mol g/mol MCoCl2?129.84 g/mol M(NH4)2SO4?132MKH2PO4?136.02 g/mol MNaCl?58.5 g/mol （2）计算

QCoCl2?18.34?4.1868/129.84?10?3?5.91?102 kJ/kg Q(NH4)2SO4??2.37?4.1868/132?10?3??0.752?102 kJ/kg QKH2PO4??4.85?4.1868/1366.02?10?3??1.49?102 kJ/kg QNaCl??1.18?4.1868/58.5?10?3?0.844?102 kJ/kg

4.5热量计算

每级罐的操作都分四个阶段消毒阶段，放气阶段、冷却阶段、发酵阶段，本次计算选择基准温度为25 ℃。

4.5.1一级种子罐

1、消毒阶段

24

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温度由25 ℃升至125 ℃，操作周期30 min，125℃水的比热容4.263 kJ/kg??C （1）物料带入的热量 Q??MCP?t 由于物料温度为室温所以未带入热量

Q1?0。 （2）溶解热Q3??mQ

Q3?Q?NH4?2SO4m?QNaClm?QKH2PO4m

=?0.752?102?1.53??0.844?102?1.53??1.49?102?0.09

??257.6 kJ

????（3）加热设备需要的热量

Q5?∑Mc(t1-t0)?562.4?0.4605?(125-25)?25898.52 kJ

（4）加热物料需要的热量

Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M糊精C糊精?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????t2?t1?????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?332424??1.417?1.6290.868?0.897???1.53??4.58?1.92?4.58?1.81?1.53?1.76?2.29?1.79?1.53??22????0.817?0.9680.853?1.0111.93?2.1864.179?4.263??1.22??0.09??0.48?0.926??287.88???2222????125?25??124476.55kJ （5）设备向环境散热

Q6?F?T(tw?t0)

F?F筒体?F封头??DiH0?S封?2 =3.14?0.9?1.8?0.945?2 ?6.98 m2

因为空气做自然对流,?T?8?0.05tw,壁面温度取25 ℃和125 ℃对数平均值。

tw?t1?t2125?25??62.13 ?C

lnt1/t2ln125/25则?T?8?0.05tw?8?0.05?62.13?11.11 w/m2??C 所以Q6?6.98?11.11??62.13?25??30?60?10?3?5182.83 kJ （6）Q2的计算

Q2?Q4?Q5?Q6?Q1?Q3

=124476.56?25898.52?5182.83?0???257.6?

?155814.43 kJ （7）需要的水蒸汽的量

25

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D?Q2 (4-7)

?H?c(TK?273)??式中： H—水蒸气的焓，kJ/kg；125℃饱和蒸汽焓为2716.4 kJ/kg； c—冷凝水的比热容，取4.287 kJ/(kg?K)； T—被加热液体的最终温度，K；

η—热利用率，保温设备为0.97-0.98，取0.97。

D?155814.43?71.09 kg

?2716.4?4.287(273?125?273)??0.972、放气阶段

温度由125 ℃降至100 ℃,操作周期10 min,100 ℃水的比热容4.22 kJ/kg??C。 （1）冷却设备放出的热量

Q5?MC??t2?t1??562.4?0.4605??100?125???6474.63 kJ （2）冷却物料放出的热量

Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M糊精C糊精?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????t2?t1?????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?332424??1.576?1.6290.890?0.897???1.53??4.58?1.92?4.58?1.81?1.53?1.76?2.29?1.79?1.53?? 22????0.939?0.9680.981?1.0112.119?2.1864.220?4.263??0.09??0.48?0.926??287.88???1.22??2222????100?125???31272.91kJ（3）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?6.98m2；tw?125?100?112.04 ?C

ln125/100则?T?8?0.05tw?8?0.05?112.04?13.6 w/m2??C。

Q6?6.98?13.6??112.04?25??10?60?10?3?4957.52 kJ （4）放出的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6

=?31272.91?6474.63?4957.52

=?32790.02 kJ

查化工流体流动与传热得

26

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110℃下的水蒸汽汽化热:r(汽化热)=2232.0 kJ/kg;115℃下水蒸汽的气化热2219.0

112.04?110r?2232.0?kJ/kg，设112.04 ℃下水蒸汽的气化热为r,则据内插法得，

115?112.042219.0?r解得r=2226.70 kJ/kg

M水蒸汽=Q/r=32790.02/2226.70=14.73 kg 3、冷却阶段

温度由100 ℃降至31 ℃，操作周期为20 min。 （1）冷却设备放出的热量

Q5?MC??t2?t1??759.08?0.4605??31?100???24119.39 kJ； （2）冷却物料放出的热量

Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M糊精C糊精?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????t2?t1?????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?332424??1.576?1.4290.890?0.871???1.53??4.58?1.92?4.58?1.81?1.53?1.76?2.29?1.79?1.53??22????0.939?0.8500.981?0.8662.119?1.9474.220?4.174??0.09??0.48?0.926??287.88???1.22??2222????31?100?

??85462.43 kJ

（3）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?6.98m2；

31?100tw??58.91?C，则?T?8?0.05tw?8?0.05?58.91?10.95 w/m2??C

ln31/100Q6?6.98?10.95??58.91?25??20?60?10?3?5403.06 kJ （4）冷却水需要的热量

Q2?Q4?Q5?Q6

=?85462.43?24119.39?5403.06

=?104178.76 kJ

由冷却水的进口温度为20 ℃，出口温度为28 ℃得： m冷却水?Q2?104178.76?3118.38 kg

CP??t4.176??28?20?4、发酵阶段

温度控制在31 ℃，已知土霉素的平均发酵热16760 kJ/m3?h,操作周期28 h。 （1）发酵热

Q3?16760?290.69?28?10?3?136415.0 kJ

27

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（2）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?6.98 m2；

?T?8?0.05tw?8?0.05?31?9.55 w/m2??C

所以Q6?6.98?9.55??31?25??60?60?28?10?3?40315.36 kJ （3）需要冷却水的用量

Q冷却水?Q6?Q3

=?40315.36?136415.0 =?96099.64 kJ

由冷却水的进口温度为20 ℃，出口温度为28 ℃得：

Qm冷却水?冷却水?96099.64?2876.55 kg

CP??t4.176??28?20?4.5.2二级种子罐

1、消毒阶段

温度由25 ℃升至125 ℃，操作周期30min，125 ℃水的比热容4.263 kJ/kg.℃。 （1）物料代入的热量：Q1?MC??t，Q1?0 （2）溶解热

Q3?Q溶解热?Q?NH4?2SO4m?NH4?2?QNaClmNaCl?QKH2PO4mKH2PO4?QCoCl2mCoCl2

??1.49?10??0.98???0.844?10??13.02???0.752?10??26.04

=

222?5.91?102?0.06 =?3167.66 kJ

（3）加热设备需要的热量

Q5?MC??t2?t1??2336?3?0.4605??125?25??322718.4 kJ （4）加热物料需要的热量

28

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Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M糊精C糊精?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?MCoClCCoCl33242422?1.417?1.629???162.76?1.92?19.53?1.81?81.38?1.76?19.53?1.79?26.04??2????0.868?0.8970.817?0.9680.853?1.011???13.02??24.41??0.98???222???4.42?0.926?1.93?2.186?2907.46?4.179?4.263?0.06?0.605?0.629???222????125?25??1288073.326kJ????t2?t1??? （5）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

F?F筒体?F封头??DiH0?S封?2 =3.14?1.5?3?2.55?2?19.23 m2

因为空气做自然对流,?T?8?0.05tw,壁面温度取25 ℃和125 ℃对数平均值

tw?62.13?C，则?T?8?0.05tw?8?0.05?62.13?11.11 w/m2??C 所以Q6?3?19.23?11.11??62.13?25??30?60?10?3?42836.31 kJ （6）需要的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6?Q1?Q3

=1288073.326?322718.4?42836.31?3167.66

=1656795.7 kJ

查化工流体流动与传热得

125℃下的水蒸汽汽化热r=2191.8 kJ/kg

m水蒸汽?Q21656795.7??755.91 kg r2191.82、放气阶段

温度由125 ℃降至100 ℃,操作周期10 min,100 ℃水的比热容4.22 kJ/kg??C。 （1）冷却设备放出的热量

Q5?MC??t2?t1??2336?0.4605??100?125??3??80679.6 kJ （2）冷却设备放出的热量

29

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Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M糊精C糊精?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?MCoClCCoCl33242422?1.576?1.629???162.76?1.92?19.53?1.81?81.38?1.76?19.53?1.79?26.04??2????0.890?0.8970.939?0.9680.981?1.011???13.02??24.41??0.98???222??2.119?2.1864.220?4.2630.624?0.629???2907.46??0.06??4.42?0.926??222????100?125?????t2?t1???

??323612.22 kJ

（3）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?19.23 m2；tw?112.04 ?C

?T?8?0.05tw?8?0.05?112.04?13.60 w/m2??C

所以Q6?3?19.23?13.60??112.04?25??10?60?10?3?40974.11 kJ （4）放出的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6

??323612.22?80679.6?40974.11

??363317.71 kJ

由一级种子罐的热量衡算知112.04 ℃下水蒸汽的气化热2226.70 kJ/kg,125 ℃下的水蒸汽汽化热r=2191.8 kJ/kg

Q363317.71m水蒸汽???163.16 kg

r2226.73、冷却阶段

温度由100 ℃降至31 ℃，操作周期为20 min。 （1）冷却设备放出的热量

Q5?MC??t2?t1??2645.4?3?0.4605??31?100???252168.79 kJ （2）冷却物料放出的热量

30

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Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M糊精C糊精?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????t?t?????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?MC?MC?MCoClCCoCl?21豆油豆油水水33242422??1.576?1.429???162.76?1.92?19.53?1.81?81.38?1.76?19.53?1.79?26.04??2????0.890?0.8710.939?0.8500.981?0.866???13.02??24.41??0.98???222??4.220?4.1740.624?0.607??4.42?0.926?2.119?1.947?2907.46??0.06???222????31?100? ??883912.94 kJ

（3）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?19.23 m2；

tw?58.91?C，则?T?8?0.05tw?8?0.05?58.91?10.95 w/m2??C 所以Q6?19.23?10.95??58.91?25??20?60?10?3?3?25705.36 kJ （4）放出的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6

??883912.94?252168.79?2505.36 ??1110376.37 kJ

由冷却水的进口温度为20 ℃，出口温度为28 ℃得： m冷却水?Q2?110376.37?33236.84 kg

CP??t4.176??28?20?4、发酵阶段

温度控制在31 ℃，已知土霉素的平均发酵热16760 kJ/m3?h,操作周期28 h. （1）发酵热

Q发酵热?16760?3306.68?28?10?3?1551758.79 kJ。 据《发酵工厂工艺设计概论》表6-2得，功率为5.5 kw。

Q搅拌热?3600p?N?3600?5.5?0.93?3?55242 kJ Q3?Q发酵热?Q搅拌热?1551758.79?55242?1607000.79 kJ （2）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?19.23 m2；

?T?8?0.05tw?8?0.05?31?9.55 w/m2??C

31

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Q6?19.23?9.55??31?25??60?60?28?10?3?3?333208.21 kJ （3）需要.冷却水的用量

Q冷却水?Q6?Q3??1273792.58 kJ

由冷却水的进口温度为20 ℃，出口温度为28 ℃得：

Qm冷却水?冷却水?1273792.58?38128.37 kg

CP??t4.176??28?20?4.5.3三级发酵罐

1、消毒阶段

温度由25 ℃升至125 ℃，操作周期30 min，125 ℃水的比热容4.263 kJ/kg??C。（1）物料代入的热量：Q1?MC??t，Q1?0。 （2）溶解热

Q3?Q溶解热?Q?NH4?2SO4m?NH4?2SO4?QNaClmNaCl?QKH2PO4mKH2PO4?QCoCl2mCoCl2

??1.49?10??7.28???0.844?10??48.55???0.752?10??267.01

=

222?5.91?102?1.14 =?24587.75 kJ

（3）加热设备需要的热量

Q5?MC??t2?t1??3689.6?3?0.4605??125?25??509718.24 kJ （4）加热物料需要的热量

Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M淀粉酶C淀粉酶?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?MCoClCCoCl33242422?1.417?1.629???1941.86?1.92?703.92?1.76?97.09?1.79?0.06?1.76?267.01??2????0.868?0.8970.817?0.9680.853?1.011???48.55??145.64??7.28???222??1.93?2.1864.179?4.2630.605?0.629?9.19?0.926???21061.89??1.14???222????125?25??9723443.76kJ????t2?t1??? （5）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

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F?F筒体?F封头??DiH0?S封?2 =3.14?2.3?4.6?6?2?45.22 m2

因为空气做自然对流,?T?8?0.05tw,壁面温度取25℃和125℃对数平均值。

tw?62.13 ?C

则?T?8?0.05tw?8?0.05?62.13?11.11 w/m2??C

Q6?3?45.22?11.11??62.13?25??30?60?10?3?100731.04 kJ （6）需要的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6?Q1?Q3

=9723443.76?509718.24?100731.04?24587.75

=10358480.79 kJ

查化工流体流动与传热得

125℃下的水蒸汽汽化热r汽化热=2191.8 kJ/kg

m水蒸汽?Q2?4726.01 kg r2、放气阶段

温度由125 ℃降至100 ℃,操作周期10min,100℃水的比热容4.22 kJ/kg??C。 （1）冷却设备放出的热量

Q5?MC??t2?t1??3689.6?0.4605??100?125??3??127429.56 kJ （2）冷却物料放出的热量

Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M淀粉酶C淀粉酶?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?MCoClCCoCl33242422?1.576?1.629??.86?1.92?703.92?1.76?97.09?1.79?0.06?1.76?267.01??1941?2????0.89?0.8970.939?0.9680.981?1.011???48.55??145.64??7.28???222??2.119?2.1864.22?4.2630.624?0.629?9.19?0.926???21061.89??1.14???222????100?125???2378106.90kJ????t2?t1???

（3）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?45.22 m2；tw?112.04 ?C

?T?8?0.05tw?8?0.05?112.04?13.60 w/m2??C

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所以Q6?3?45.22?13.60??112.04?25??10?60?10?3?96352.03 kJ （4）放出的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6

=?2378106.90?127429.56?96352.03 =?2409184.43 kJ

由一级种子罐的热量衡算知112.04 ℃下水蒸汽的气化热2226.70 kJ/kg,因为112.04 ℃下的水蒸汽汽化热:r(汽化热)=2226.70 kJ/kg

Q2474501.24m水蒸汽???1081.95 kg

r2226.73、冷却阶段

温度由100 ℃降至31 ℃，操作周期为20 min。 （1）冷却设备放出的热量

Q5?MC??t2?t1??3689.6?3?0.4605??31?100???351705.59 kJ （2）冷却物料放出的热量

Q4?M?C??t?M淀粉C淀粉?M豆饼粉C豆饼粉?M酵母粉C酵母粉?M淀粉酶C淀粉酶?M?NH4?2SO4C?NH4?2SO4????MNaClCNaCl?MCaCOCCaCO?MKHPOCKHPO?M豆油C豆油?M水C水?MCoClCCoCl33242422?1.576?1.629???1941.86?1.92?703.92?1.76?97.09?1.79?0.06?1.76?267.01??2????0.89?0.8710.939?0.8500.981?0.866???48.55??145.64??7.28???222??2.119?1.9474.22?4.1740.624?0.607???21061.89??1.14??9.19?0.926??222????31?100???6494417.69kJ????t2?t1???

（3）设备向环境散热

Q6?F?T?tW?t???

由消毒阶段得F?45.22 m2

tw?58.91 ?C，则?T?8?0.05tw?8?0.05?58.91?10.95 w/m2??C

Q6?45.22?10.95??58.91?25??20?60?10?3?3?30223.52 kJ （4）放出的水蒸汽的量

Q2?Q4?Q5?Q6

=?6494417.69?351705.59?30223.52

=?6815899.76 kJ

由冷却水的进口温度为20 ℃，出口温度为28 ℃得：

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