1、1河北鑫合生物化工有限公司节能型培养基连续灭菌系统设计方案一、 系统构成过滤器蒸汽二次预热生料生料一次预热生料保温维持器螺旋板换热器螺旋板换热器打料泵温度反馈控制泵马达的转速喷射加热器至发酵罐冷却熟料配料罐 T智能控制系统回流辅助配料罐止逆阀止逆阀二、 工艺参数1、 灭菌料液体积：50100 m 3。2、 灭菌料液流速：3550 m 3/h 可调。3、 料液在管道内流速：1.01.8 m/s。4、 灭菌温度及料液在保温维持器内的停留时间：135.5136，6575 s；137.5138，4247 s； 139.5140，2831 s。5、 换热器工作压力：0.350.40 MPa（表压） 。6
2、、 喷射加热器和保温维持器工作压力：0.450.50 MPa （表压） 。7、 生料预热前温度：2030。热熟料28、 生料经两级换热器预热后温度：115125。9、 热料经两级换热器冷却后温度：自然（约 3545） 。10、 料液密度：约 1050 kg/m3。11、 料液粘度：约三、 不同蒸汽压力所对应的灭菌温度和时间如果蒸汽压力偏低，在一定的设定温度下，控制系统会自动降低泵速。由于在流道截面积相等的情况下，料液流速（m/s）与体积流量成正比，与流经时间成反比，因此降低流速即能延长灭菌料液在保温维持器内的停留时间，相应地可降低灭菌温度。但蒸汽压力至少应为 0.33 MPa，否则难以达到灭菌
3、温度。而当蒸汽压力偏高时，则可调高设定的灭菌温度，或手动下调蒸汽流量。下表数据可供参考：泵流量（m 3/h）管道线性流速（m/s ）螺旋板线性流速 (m/s)在保温维持器内停留时间（ s）灭菌温度（）所需蒸汽压力（ MPa）50 1.77 0.84 37 138.4 0.3745 1.59 0.76 41 137.9 0.3640 1.42 0.68 47 137.4 0.3535 1.24 0.59 53 136.8 0.3430 1.06 0.50 62 136.2 0.33四、 不同灭菌温度下的等效灭菌时间温度( ) 134 135 136 137 138 139 140 141 142
4、 143 144 145时间(s) 99 79 63 50 40 31 25 20 16 12 10 8五、 设备设计与加工要求1、 换热器和保温维持器采用本人的专利方法设计，不能使用普通的螺旋板换热器。2、 制作材质为 304 不锈钢或 316L 不锈钢。3、 螺旋板两面抛光，安装后两个螺旋板侧边分别位于平行的两个平面上并抛光。4、 换热器耐压0.5 MPa（表压） 。5、 喷射加热器和保温维持器耐压0.6 MPa （表压） 。36、 焊缝整齐、光滑，无泄漏，尽量抛光。7、 换热器和保温维持器内部无清洗不到的死角。8、 换热器和保温维持器盖板与螺旋板之间采用优质耐高温聚四氟乙烯板密封。9、
5、盖板可参照高压蒸汽灭菌锅锅盖或锅门进行设计加工，既方便开启，又保证密封。10、 喷射加热器料液与蒸汽混合比例约为 401。六、 配套设备一览表序号 名称 型号或规格 数量 备注1 筛板过滤器 1 自制2 打料泵 扬程50 m，流量 50 m3/h 23 变频器 建议采用施耐德 ATV212 1 与泵马达配套4 球阀 DN125，PN1.6 1 配料罐底部出料阀5 球阀 DN100，PN1.6 3 泵后阀6 球阀 DN80，PN1.6 1 泵后旁路阀7 截止阀 DN40，PN1.6 1 喷射加热泵蒸汽阀8 蒸汽压力表 01.0 MPa 1 喷射加热泵蒸汽阀前9 料液压力表 00.6 MPa 2
6、打料泵后和喷射泵前10 温度传感器 感温范围 0150 2 安装在保温维持器出口11 智能数显温度表 测量范围 0150，精度 0.1 2 带 PID 智能控制12 温度控制系统 控制精度0.2 1 温度反馈控制泵转速13 蒸汽压力或温度传感器测量范围 01 MPa 或 0200七、 费用估计以上设备加工费用约 50 万元，配套设备费用约 10 万元，安装费用约 10 万元，合计 70 万元。八、 节能效果经理论计算及在河北鑫合生化进行的实测试验，与常规实罐灭菌相比较，采用本连续灭菌系统可节约蒸汽 85%以上。其主要节省点是物料的预热利用了灭菌后培养基的热能，预热温度可达 125。假如培养基灭
7、菌前的温度为 25，灭菌温度为 140，那末由 25加热到 125的热能被节省下来了，节省幅度为(125-25)/(140-25)100% = 86.95%。如果一天灭菌的培养基为 100 吨，按常规实罐灭菌需要消耗大约 26 吨的蒸汽，一天节省的蒸汽就是 22.6 吨。以目前蒸汽价格 200 元/吨计，每天节省资金 4500 元。另外，采用本连续灭菌系统还能节省将灭菌后 140的 100 吨培养基冷却到 354所需要的冷却水约 1300 吨（按平均冷却水温差 8计） ，则每天节省的资金为 2600 元。以上两项合计，每天节省资金 7100 元，全年（按 300 天计）节省 213 万元。也就是说，不到半年时间，可回收全部投入的资金。至于空消的蒸汽消耗，因实消同样也要将罐体加热，故可抵消不计。设计人：河北科技大学 徐亲民2012 年 10 月 18 日
