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100 立方米林可霉素发酵罐设计探索

浏览247次 时间:2014年8月01日 13:42

袁峥嵘(安徽华东化工医药工程有限责任公司)

摘要:随着时代的发展以及科学技术水平的不断提高,我国的医药事业取得了较大程度上的发展。近年来,随着抗生素的生产、使用与推广,医药业的发展将更进一步。与此同时,林可霉素生产工艺在这一环境中也不断发展与完善。而在林可霉素的生产过程之中,发酵罐的合理与否将会对其生产质量造成较大程度上的影响。本文就针对100 立方米林可霉素发酵罐设计进行分析与探索。

关键词:100 立方米;林可霉素;发酵罐;设计

引言

通用式发酵罐既具有机械搅拌装置,又具有压缩空气分布装置。其高径比为2:1-6:19。所以能最广泛应用到的深层好气培养设备,通用式发酵罐的工作原理是:利用机械搅拌搅拌物料产生轴向和径向流动,从而使罐内物料混合良好,液体中的固形物保持悬浮状态,有利于固体和营养物质充分接触,便于营养吸收;另一方面,可以打碎气泡,增加气液接触面积,提高气液间的传质速率,加强氧的传递效果及消除泡沫。同时通入无菌空气维持菌体氧气需要,满足好氧菌的生长发酵。发酵罐其实就是一种生物反应器,生物反应器是指为活细胞或酶提供适宜的反应环境,让他们进行细胞增殖或生产的装置系统。生物反应器为细菌的生长和繁殖提供适宜的生长环境,促进菌体生产人们需要的产物。而对于林可霉素发酵罐而言,由于发酵过程的特殊性,需要结合相关的参数进行具体的设计,本文就从设计方案、工艺设计以及搅拌轴设计等方面进行论述。

一、100 立方米林可霉素发酵罐设计方案分析

1.林可霉素的生产现状

就目前状况而言,我国在对林可霉素进行生产时,主要采用的提炼生产工艺为丁醇萃取法。大致的操作步骤如下:首先由丁醇从发酵液之后总对林可霉素进行一定程度上的萃取,然后在此基础之上对其进行反复的浓缩、脱色处理,这样一来结晶就得到了相应的粗晶体。在萃取结束之后,再通过对盐酸进行一定程度的使用,并由此来实现反萃取,萃取之后经过脱色处理,最后再使用丙酮对其进行直接结晶。虽然丁醇萃取法使用十分广泛,但其存在着固有的弊端,主要表现在两个方面:一方面,这一工艺复杂程度较高,存在着较多的工序,这样一来,就会促使收率相对较低,同时也会造成较大的消耗;另一方面,利用丁醇萃取法对林可霉素与林可霉素S 的分离难以产生效果,一般情况下,在粗品之中的林可霉素S 含量大致在3%~6%的范围之内,且丁醇的水溶性相对较大,进而导致丁醇消耗量大,难以回收的现象。

2.设计的基础条件

在对林可霉素发酵罐进行设计的过程之中,需要满足相应的设计基础条件,主要表现在如下几个方面:①在生产的过程之中,要求装料系数能够达到70%,同时还需要对发酵温度进行一定程度上的控制,一般情况下发酵温度在31℃左右较为适宜;②要求对设计压力进行有效的控制,一般情况下,罐内的压力控制为0.4MPa,而夹套的压力控制为0.25MPa;③设计时对罐内气体的相对湿度有着十分严格的要求,要求罐内气体的相对湿度要达到100%;④冷却水温度的有效控制,进口温度控制在20,出口温度控制为26℃;⑤在朱主酵阶段,最大耗糖速度控制为每小时发酵液量的0.7%左右,而在糖分的消耗之中,发酵占80%,呼吸站20%,要求1kg 糖发酵时能够产生的呼吸热为15660KJ。⑥水解工艺流程:淀粉++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。

二、工艺设计

1.设备结构

首先需要对相关的工艺参数以及高径比进行一定程度上的参考,并在此基础之上对各个部分二代几何尺寸进行有效的确定。高径比为H/D=2.2,由此可得H=2.2D,由此可以计算出封头体积为:

V =(π/4)D2(h + 16D)

然后再由此公式进行进一步的计算与分析,可以得到如下参数:

罐体的直径为D=3762.8066mm3800m;

罐体的总高度为H=2.2D=2.2 × 3762.8066mm=

7625.4336mm7700mm

根据相关资料标准显示,如果公称的直径D=3800mm 时,那么在这一情况之下标准椭圆封头的曲面高度则为h=940mm,直边高度hb=50mm,而总深度则为ha=990mm,然后再对这些数值进行综合计算,便可以得到罐筒身高如下:

H = V -2Vf

π4D2

=7.475m

这样一来,所得到的值便与之前的值相近,因而我们可以认为D=3800mm 是合适的罐体直径,由此我们可以计算出发酵罐的全体积如下:

V =π/4D2 HO +2Vf =102.56m3

2.封头规格

在充分遵循相关规定标准的基础之上,通过对发酵罐工程内径可以得到封头的相关规格,主要如下,公称直径为3.8m,曲面直度为0.94m,直边高度为0.05m,内表面积为16.13m2,容积为7.636m3。然后在此基础之上通过对压力、温度以及腐蚀等因素进行一定程度的考虑。便可以对罐体材料、封头结构以及罐体连接方式进行有效的确定,并最终对100 平方米发酵罐的几何尺寸进行确定,相关参数主要如下公称体积为100m3,全体积为102.56m3,罐体的直径为3800mm,发酵罐的总高度为9480mm,发酵罐筒体的高度为7500mm,搅拌叶的直径为1300mm,椭圆封头端半周长为940mm,椭圆封头直边高度为50mm,底搅拌叶至封头高度为1300mm,搅拌叶间距为3800mm, 挡板宽度为380mm,在这几项参数之中,除了公称体积、搅拌叶直径为设计条件,其余参数均有计算得出结果。

3.视镜设计

之所以要对视镜进行一定程度的设计,主要是为了对发酵罐的内部情况进行有效的观察,在本次的设计中,一共设计的两个视镜,且两个视镜都设置在了封顶头上。

三、搅拌轴设计

首先需要对搅拌轴的材料进行合理的优化选择,因为其材料会对搅拌轴的性能造成一定程度上的影响。经过研究与讨论,最终选择了45 号钢作为搅拌轴的原材料,其力学性能如下,主要分为两种情况:①当界面尺寸小于等于100mm σb 588MPa, σn 294MPaσ s 15%,αk 39J/cm2,HB 162~217 的范围之内,[τ] 30~40MPaA 118~107 范围之内;②当界面尺寸大于100mm 时,σb 588MPa, σ n 284MPaσ s 15%,αk

TAG: 林可霉素 发酵罐
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