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200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计生物与化学工程学院课程设计报告题目：200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计学生姓名：专业班级：学号：指导教师：设计时间：2013年5月24日200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计1教师评语教师签名：年月日200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计2课程设计任务书格式学院生物与化学工程学院专业班级姓名所在组别第二组设计题目200M3机产洁霉素机械搅拌生物反应器设计完成时间2013年5月26设计内容及要求1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书工作13周周一查阅资料及有关文献13周周二至周五有关工艺设计计算报告成绩：200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计3进度及安排13周周六撰写课程设计说明书13周周日装配图绘制指导教师年月日200M3机产洁霉素机械搅拌生物反应器设计摘要：洁霉素发酵生产是典型的微生物次级代谢过程，生物反应发酵机理复杂。林可霉素又称盐酸氯洁霉素、济民力克、洁霉素、丽可胜、林肯霉素、洛霉素、盐酸林肯霉素，常温下为白色结晶性粉末。本文对林可链霉菌生产洁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:lincomycinfermentationisthetypicalmicroorganismsecondarymetabolismprocess,thebiologicalreactionmechanismofcomplexfermentation.Lincomycinandclindamycinhydrochloride,JiminLectra,lincomycin,lincocin,lincomycin,clindamycin,Luolincomycinhydrochloride,roomtemperatureisawhitecrystallinepowder.TheforestKelianmoldproductionoflincomycinmainreactionequipmentinthedesignandcalculation,includingdeterminationofsizeoffermentationtankandthemaincomponentsoftheselectionandcalculationofpower,agitator,andthecalculationofcoolingequipment.关键词：洁霉素发酵罐搅拌器Keywords:lincomycinfermentationblender200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计4200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计4目录1概述………………………………………………………………………………………11.1发酵罐设计前景………………………………………………………………11.2微生物生物反应器的研究与应用概述………………………………………11.3微生物反应器的研究和应用进展……………………………………………21.4设计方案的拟定……………………………………………………………22罐体几何尺寸的确定……………………………………………………………………42.1夹套反应釜的总体构…………………………………………………………42.2几何尺寸的确定………………………………………………………………43罐体主要部件尺寸的设计计算…………………………………………………………53.1罐体……………………………………………………………………………53.2罐体壁厚………………………………………………………………………53.3封头壁厚计算…………………………………………………………………53.4搅拌器…………………………………………………………………………53.5人孔和视镜……………………………………………………………………63.6接口管…………………………………………………………………………63.6.1管道接口……………………………………………………………………63.6.2仪表接口……………………………………………………………………74冷却装置设计……………………………………………………………………………84.1冷却方式………………………………………………………………………84.2装液量…………………………………………………………………………84.3冷却水耗量……………………………………………………………………84.4冷却面积………………………………………………………………………85搅拌器轴功率的计算……………………………………………………………………105.1不通气条件下的轴功率P0计算………………………………………………105.2通气搅拌功率Pg的计算………………………………………………………105.3电机及变速装置选用…………………………………………………………115.4主要符号说明…………………………………………………………………126设计小结…………………………………………………………………………………137参考文献…………………………………………………………………………………14200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计11概述1.1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。植物生物反应器主要是指利用转基因植物来生产蛋白质和次生代谢产物等工程产品。1.2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，200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计2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。1.3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（Geobactersulfurreducens）、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。1.4设计方案的拟定我设计的是一台200M3机产洁霉素机械搅拌生物反应器洁霉素（也称为林可霉素）‘作为抗生素的一个分支，它的生产在医药生产中有重要的地位。洁霉素的生产以豆饼粉、淀粉、葡萄糖等为原料，三级发酵而成。发酵是在接种和通气搅拌下进行的，特点是先在种化过程中进行孢子培养，将成熟的孢子制成悬浮液，接种到液体种子培养液中，在一、二级种子工程中扩大培养，繁殖到一定浓度和数量后接入发酵罐中进行发酵。沽霉素是微生物的次级代谢产物，发酵过程中培养基与有关设备必须进行严格灭菌，与培养基接触的罐体与管件必须密封，保证不被杂菌感染，培养过程中要适时补入糖、硫酸氨、氨水，以满足菌体生长对碳源、氮源等养料的需求200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计32罐体几何尺寸的确定表1发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵菌种林可链霉菌根据参考文献[1]选取工作压力0.4MPa由工艺条件确定设计压力0.4MPa由工艺条件确定发酵温度（工作温度）31℃根据参考文献[1]选取设计温度150℃由工艺条件确定冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定发酵液密度31020/kgm由工艺条件确定发酵液黏度23-/1060mSN由工艺条件确定2.1夹套反应釜的总体结构夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。2.2几何尺寸的确定根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.9，则H=2.9D初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（3200m）公称体积V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V0－－公称体积和上封头体积之和封头体积214h)6bVDD封（23040.15VDHD（近似公式）假设01.98HD，根据设计条件发酵罐的公称体积为3200m由公称体积的近似公式23040.15VDHD可以计算出200M3产洁霉素机械搅拌生物反应器设计4罐体直径mmD906.4880，罐体总高度mmmmDH63.14154906.48809.29.2，取整为14150mm。查阅文献【2】，当公称直径mmDN4900时