100 立方米林可霉素发酵罐设计探索

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+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。

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=3762.8066mm≈3800m;

罐体的总高度为H=2.2D=2.2 × 3762.8066mm=

7625.4336mm≈7700mm。

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 时σb 为588MPa, σn 为294MPa，σ s 为15%，αk 为39J/cm2,HB 在162~217 的范围之内，[τ] 在30~40MPa，A 在118~107 范围之内；②当界面尺寸大于100mm 时，σb 为588MPa, σ n 为284MPa，σ s 为15%，αk 为