1、內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計說明書題 目:年產(chǎn)400噸土霉素發(fā)酵工段工藝設(shè)計學生姓名:薛紅偉學 號:0602121114專 業(yè):生物工程班 級:06-1班指導教師:趙宏宇 講師摘要本設(shè)計任務是年產(chǎn)400噸土霉素的發(fā)酵工段工藝設(shè)計。土霉素是四環(huán)素類抗菌素的一種，是由龜裂鏈霉菌所產(chǎn)生的抗生素，對多種球菌和桿菌有抗菌作用，對立克次體和阿米巴病原蟲也有抑制作用，用來治療上呼吸道感染、胃腸道感染、斑疹傷寒、恙蟲病等。經(jīng)查資料選擇合理的生產(chǎn)工藝流程、設(shè)計方法、思路。本設(shè)計主要內(nèi)容包括:生產(chǎn)工藝選擇，工藝計算（物料衡算，能量衡算，水、蒸汽用量，標準設(shè)備、非標準設(shè)備的尺寸計算，換熱設(shè)備，壓縮空氣耗量等）、設(shè)備

2、選型（標準、非標準設(shè)備）。根據(jù)發(fā)酵罐的尺寸結(jié)構(gòu)，選取合理的車間布局，公用工程、安全衛(wèi)生與環(huán)境保護等為輔助工藝。設(shè)計最后計算得到50m3的發(fā)酵罐7臺，10 m3的種子罐4臺，10 m3的補料罐2臺，10 m3的氨水儲罐2個，2.5 m3的泡敵罐2個以及1 m3的植物油罐2個。共繪制了六張圖:發(fā)酵罐裝配圖、種子罐裝配圖、物料流程圖、工藝管道及儀表流程圖、廠房車間布置圖、設(shè)備一覽表，完成設(shè)計說明書。關(guān)鍵詞:土霉素;發(fā)酵;生產(chǎn);工藝設(shè)計The process design of the Oxytetracycline fermentation section with the capacity of

3、400 tons annuallyAbstractThe task was to design an annual output of 400 tons of Oxytetracycline fermentation process.Oxytetracycline is one of the tetracycline-type antibiotics.It was produced by Streptomyces rimosus antibiotics, which have antibacterial activity against Rickettsia pathogenic amoeba

4、 and insects, and can treat of upper respiratory tract infection, gastrointestinal tract infections , typhus, scrub typhus and so on. The design of the main included as follows: the selection of producting process , the process of calculation (material balance, energy balance, water, steam consumpti

5、on, the standard equipment, the size of non-standard equipment, the heat transfer equipment, compressed air consumption), equipment selection(standard, non-standard equipment).According to the size of Fermentation tank, the structure of the plant layout a reasonable, public works and health and safe

6、ty and environmental protection was selected as supporting technology. The calculation is: seven fermentersof 50 m3,four seeding tanks of 10 m3, two feeding tanks of 10 m3,two ammonia pitchers of 10 m3,two b.gpe tanks of 2.5 m3 and two plant oil tanks of 1 m3.The designed plot as follows: fermentor

7、assembly diagram, assembly drawing of seed filling, material follow diagram, process piping and instrumentation flow diagram, plant layout workshop, equipment list, complete the design specification.Keywords:Oxytetracycline; Fermentation; Production; Process Design目 錄摘 要.IAbstract.II目 錄.III第一章 引言1第二

8、章 總論62.1指導思想62.2設(shè)計依據(jù)62.3 設(shè)計要求62.4設(shè)計步驟6第三章 土霉素概述83.1土霉素生產(chǎn)工藝流程簡介83.2發(fā)酵工藝過程83.2.1種子制備83.2.2 培養(yǎng)基的配制93.3土霉素產(chǎn)品的分離純化93.3.1土霉素純化方法93.3.2土霉素的分離10第四章 工藝計算114.1 物料衡算114.1.1 培養(yǎng)及配比關(guān)系114.1.2 每天放罐發(fā)酵液體積114.2 發(fā)酵車間物料衡算114.3 發(fā)酵罐公稱容積12發(fā)酵罐公稱容積124.3.2 發(fā)酵工段所需的發(fā)酵罐臺數(shù)14每罐發(fā)酵液體積144.3.4 種子罐容積確定144.3.5 種子罐的臺數(shù)154.4 熱量計算15發(fā)酵過程中的熱效

9、應計算154.4.2 水的用量164.4.3 蒸汽耗量計算184.4.4 壓縮空氣耗量194.4.5 用電量的計算20第五章典型設(shè)備計算215.1發(fā)酵罐21通用式發(fā)酵罐幾何尺寸比例21發(fā)酵罐的裝料容積及幾何尺寸21攪拌器裝置及軸功率225.1.4 發(fā)酵罐的換熱設(shè)備245.1.5 發(fā)酵罐壁厚計算27接管設(shè)計285.1.7 發(fā)酵罐支座選擇305.2 種子罐30種子罐尺寸計算305.2.2 攪拌裝置及軸功率31種子罐的換熱設(shè)備33種子罐壁厚計算34接管設(shè)計365.2.6 種子罐支座的選擇375.3 空氣過濾器37空氣過濾器的計算及設(shè)計37發(fā)酵罐的空氣分過濾器系統(tǒng)設(shè)備的計算37種子罐的空氣分過濾器系統(tǒng)

10、設(shè)備的計算39第六章通用設(shè)備的設(shè)計與選型41 6.1 液體輸送設(shè)備選型41泵的分類和特點41 6.2 氣體輸送設(shè)備選型42空氣壓縮機選型42第七章非標準設(shè)備的設(shè)計457.1 補料罐45設(shè)備容量的確定45基本尺寸的計算457.1.3 攪拌裝置及軸功率計算45電動機功率確定46補料罐壁厚計算46支座的選取467.2 氨水儲罐46設(shè)備容積的確定46基本尺寸計算46氨水罐壁厚的計算47支座的選取477.3 泡敵儲罐47設(shè)備容積的確定47基本尺寸的確定47泡敵罐壁厚的計算48支座的選取487.4 植物油儲罐48設(shè)備容積的確定48基本尺寸的確定48植物油儲罐壁厚的計算48支座的選取497.5 配料罐.51

11、7.5.1基本尺寸計算.517.5.2泵的選取.51第八章車間布置設(shè)計與公用工程508.1 概述508.1.1 車間布置設(shè)計的內(nèi)容和程序508.1.2 車間平面布置的內(nèi)容和要求508.1.3 車間布置原則518.2 車間布置說明518.2.1 建筑51生產(chǎn)工藝518.2.3 安裝要求528.3 供電工程52采暖和通風528.4 給排水53生產(chǎn)用水情況概述及要求538.4.2 排水系統(tǒng)的劃分53第九章設(shè)備設(shè)計選型549.1 概述549.2設(shè)備設(shè)計選型的原則549.3專業(yè)設(shè)備的設(shè)計選型54種子罐和發(fā)酵罐換熱設(shè)備54空氣凈化設(shè)備55通用設(shè)備55非標準設(shè)備569.4設(shè)備材料選擇原則56第十章儀表控制方

12、案5710.1概述5710.2發(fā)酵過程參數(shù)測量57化學參數(shù)57物理參數(shù)5710.3控制系統(tǒng)與分析57值控制57補料控制57消泡系統(tǒng)58第十一章能環(huán)保護與安全生產(chǎn)5911.1三廢處理59生產(chǎn)過程中“三廢”排放情況59處理方案59控制噪聲的基本方法5911.2能源問題59能耗分析59節(jié)能措施5911.3生產(chǎn)物料的性質(zhì)59主要技術(shù)保安措施6011.4車檢維修60參考文獻61附錄63致 謝.65第一章 引言1.1 土霉素的研究背景及進展四環(huán)素類抗生素是具有非烷結(jié)構(gòu)的一類廣譜抗生素，為天然或半合成藥物。本類藥物對革蘭陽性菌和陰性菌、立克次體、支原體、衣原體、螺旋體等均有抑制作用。這類藥物主要抑制細菌蛋白

13、質(zhì)合成起殺菌作用。四環(huán)素類藥物的抗菌強度順序為米諾環(huán)素>多西環(huán)素>美他環(huán)素>金霉素>甲金霉素>四環(huán)素>土霉素。四環(huán)素類的不良反應有消化道反應、肝腎損害、變態(tài)反應、菌群失調(diào)及局部刺激等，大劑量應用可致肝損害，嚴重者可致死亡。四環(huán)素類藥物可沉積于牙和骨中，與鈣結(jié)合引起釉質(zhì)和骨質(zhì)發(fā)育不全，造成牙齒黃染，并影響嬰幼兒骨骼正常發(fā)育，可以透過胎盤和進人乳汁，因此孕婦、授乳婦女和8歲以下兒童禁忌。四環(huán)素類抗生素還應避免與抗酸藥、鈣鹽、鐵鹽、鎂、鋁、鉍等同服，能與四環(huán)素類藥物絡(luò)合而阻礙吸收1。第一個四環(huán)素類抗生素是1948年從金色鏈絲菌中分離得到的金霉素。20世紀50年代相

14、繼推出土霉素、四環(huán)素、及地美環(huán)素，都屬于天然產(chǎn)物類。這是第一代四環(huán)素類藥物。20世紀50年代后期，得到6-脫氧四環(huán)素，其細菌學及藥物代謝動力學性質(zhì)有明顯的改變。第二代四環(huán)素類藥物是20世紀60年代出現(xiàn)的，將第一代四環(huán)素的6位羥基除去得到長效四環(huán)素，即多西環(huán)素（脫氧土霉素，強力霉素），屬于半合成品。多西環(huán)素在穩(wěn)定性、抗菌活性及藥代動力學性質(zhì)方面都比天然產(chǎn)物有明顯改善，它是第一個一天服用一次的四環(huán)素族藥物，并能產(chǎn)生持久的血藥濃度。1.2 土霉素產(chǎn)品的理化性質(zhì)1.2.1 土霉素的理化性質(zhì)土霉素Terramycin (Oxytetracycline) (地霉素，氧四環(huán)素) 分子式如圖1.1所示，化學名

15、:6-甲基-4-（二甲氨基）-3，5，6，10，12，12a-六羥基-1，11二氧代-1，4，4a，5，5a，6，11，12a-八氫-2-并四苯甲酰胺。是由土壤鏈霉菌（Streptomyces rimosus）所制備。為淡黃色結(jié)晶性粉末，難溶于水。常用其鹽酸鹽，為黃色結(jié)晶性粉末;無臭，味微苦，微有引濕性，在日光下顏色變暗，在堿溶液中易破壞失效。在水中易溶，在乙醇中略溶，在氯仿或乙醚中不溶。其10水溶液的pH為2.32.9。圖1.1土霉素分子式 四環(huán)素族有相似的理化性質(zhì)。從結(jié)構(gòu)分析，為酸堿兩性化合物。在干燥條件下比較穩(wěn)定，但遇光易變色。在酸堿條件下均易發(fā)生變性反應:在酸性條件下易脫水形成脫水物;

16、堿性條件下可開環(huán)生成具有內(nèi)酯的異構(gòu)體;酸性條件下（pH2-6）碳四位上二甲氨基的差向異構(gòu)化，土霉素碳五的羥基與二甲氨基之間形成氫鍵，四位的差向異構(gòu)化比較困難，因此比四環(huán)素穩(wěn)定;存在碳十酚羥基和碳十二烯醇基，可與金屬離子整合，形成有色配合物，也可與鈣離子、鋁離子形成黃色配合物，與鐵離子形成紅色配合物。1.2.2 土霉素生產(chǎn)菌種土霉素是由龜裂鏈霉菌所產(chǎn)生的抗生素，龜裂鏈霉菌屬于放線菌中的鏈霉菌屬，其特性:具有發(fā)育良好的菌絲體，菌絲體分支，無隔膜直徑約0.41.0米，多核。菌絲體有營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和孢子絲之分，孢子絲再形成分生孢子。而龜裂鏈絲菌的菌落灰白色，后期生褶皺，呈龜裂狀。菌絲成樹枝分支，白

17、的，包子灰白色，柱形。不利用木糖，不為鏈霉素所抑制。蔗糖硝酸鹽瓊脂:氣絲白色，斑片狀，在邊緣?；z薄，乳脂色，后較豐厚，紅褐色至橙色?？扇苌芈晕ⅫS色。明膠液化慢。牛奶胨化，不凝固，淀粉水解有限，纖維素上不生長。不產(chǎn)生類黑色素、酪氨酸酶和H2S。培養(yǎng)溫度:37保存方法:真空冷凍干燥法。1.2.3土霉素藥理作用 土霉素屬四環(huán)素類抗生素，為廣譜抑菌劑，許多立克次體屬、支原體屬、衣原體屬、螺旋體對本品敏感。腸球菌屬對其耐藥。其他如放線菌屬、炭疽桿菌、單核細胞增多性李斯特菌、梭狀芽孢桿菌、奴卡菌屬、弧菌、布魯菌屬、彎曲桿菌、耶爾森菌等對本品亦較敏感。多年來由于土霉素和四環(huán)素類的廣泛應用，臨床

18、常見病原菌對土霉素素耐藥現(xiàn)象嚴重，包括葡萄球菌等革蘭陽性菌及多數(shù)革蘭陰性桿菌。本品與四環(huán)素類抗生素的不同品種之間存在交叉耐藥。本品作用機制主要是通過抑制核糖體蛋白質(zhì)的合成來抑制細菌生長。本品與30S細菌核糖體亞單位結(jié)合，破壞了tRNA與RNA之間密碼子-反密碼子反應，因而阻止了酰胺化的tRNA與核糖體受體A位點的結(jié)合，抑制細菌的生長，正常治療劑量的抑菌作用是可逆的，停藥后細菌恢復生長。另一機制是可與二價陽離子（主要是鎂離子）結(jié)合，破壞鎂離子與核糖體正常結(jié)合，影響核糖體的功能。1.3 土霉素的用途及臨床應用1.3.1 作用與用途:抗菌譜與四環(huán)素相似，對多數(shù)革蘭陽性菌、陰性菌、立克次體、沙眼衣原體

19、、放線菌及螺旋體等都有效，對傷寒桿菌幾乎無效。用于痢疾、斑疹傷寒、沙眼、結(jié)膜炎、肺炎、中耳炎、癤瘡及皮膚化膿感染等。 常見副作用有:肝臟、腎臟毒性，中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性，斑丘疹和紅斑等過敏反應，長期使用可致牙齒產(chǎn)生不同程度的變色黃染、牙釉質(zhì)發(fā)育不良及齲齒（俗稱四環(huán)素牙），B族維生素缺乏等。由于土霉素的廣泛應用，臨床常見病原菌對土霉素素耐藥現(xiàn)象嚴重，并且由于其副作用嚴重，現(xiàn)在臨床上多用于獸用藥。1.3.2 土霉素及制劑在獸醫(yī)臨床上的應用土霉素制劑有土霉素片、土霉素膠囊、土霉素軟膏以及土霉素注射液，但在獸醫(yī)臨床的應用上，目前還是以土霉素注射液為主。土霉素在獸醫(yī)臨床上主要用于治療豬喘氣病、豬肺疫、豬丹毒

20、、急性呼吸道感染、腹瀉、仔豬黃白痢、支原體病、牛和豬鉤端螺旋體病以及細菌性腸炎、肺炎、乳房炎、產(chǎn)后感染、臍炎，也可局部應用治療子宮內(nèi)膜炎等。雍長福（1996）報道，田間試驗表明，給患腐蹄病的綿羊肌注二水土霉素和修蹄并用硫酸鋅液蹄浴后第6周，19/52只患蹄痊愈，治愈率為94%。土霉素/硫酸鋅組的治愈率明顯高于單用硫酸鋅蹄浴組（p<0.05）6。方明生等用含量為20ml:200mg的長效土霉素注射液治療仔豬黃、白痢的總有效率達86.9-88%，效果優(yōu)于環(huán)丙沙星注射液（80.9-83.3%）。此外，土霉素為黃色結(jié)晶粉末，能與多價陽離子如Mg+、Ga+、AI+等起洛合作用，較易溶于水，口服易吸

21、收，吸收后可廣泛分布于各組織，因此可采用土霉素及土霉素鈣來提高蛋殼色澤。Cairoli等報道，在150頭意大利弗里斯（friesian）母牛上，對子宮內(nèi)投放土霉素和四環(huán)素炎痛靜合劑防止胎衣不下所致子宮感染的療效進行比較。150頭母牛被隨機分為3組，分別為:土霉素治療組，四環(huán)素加炎痛靜治療組及對照組。結(jié)果，3組受試牛分別有16%、12%和76%發(fā)生子宮內(nèi)膜炎。結(jié)果表明土霉素組對母牛因胎衣不下所致的子宮內(nèi)膜炎的預防保護率為84%，效果明顯7。土霉素糖鹽水注射液是一種綜合治療藥物，具有強心、補液、解毒、殺菌很增強機體機能的作用。仔豬在發(fā)生白痢病的過程中，由于消化道炎癥，吸收機能發(fā)生障礙，維生素B1的

22、吸收不足，糖的氧化供能就不能順利進行，組織中的的丙酮酸、乳酸堆積、影響神經(jīng)組織和心肌代謝，病豬出現(xiàn)心跳加快、心臟衰弱癥狀。土霉素糖鹽水中加入足量的土霉素，又經(jīng)腹腔注射，經(jīng)漿膜吸收并能直接與細菌。而引起仔豬白痢的大腸桿菌屬于革蘭氏陰性桿菌，因此，低濃度的土霉素可起到抑制作用，高濃度則可達到直接殺滅作用。王喜貴用土霉素糖鹽水治療仔豬白痢疾的最大治愈率達100%8.曾振靈等以試管兩倍稀釋法測定脫氧土霉素對雞大腸桿菌的最小抑菌濃度，然后對人工誘發(fā)雛雞大腸桿菌進行混飲或混料給藥5天的治療試驗。結(jié)果表明，脫氧土霉素對雞大腸桿菌的最小抑菌濃度為2.0mg/L;脫氧土霉素100ppm混飲和200ppm混飼對雞

23、大腸桿菌病的治愈率分別是90.0%及93.3%，而感染對照組的死亡率為60.0%，用藥組的增重效果顯著高于感染對照組(P<0.05)9。1.3.3 國內(nèi)有關(guān)土霉素制劑生產(chǎn)應用概況土霉素原料藥在市場競爭中的最大優(yōu)勢是價格低廉，因此，多年來它大量用于畜禽藥及飼料添加劑。在眾多抗生素品種中，價格最低的土霉素今后將會在我國大量用于畜禽用藥及飼料添加劑中，預計這方面的需求會不斷增長，成為土霉素的主要市場。同時，開發(fā)長效的獸用土霉素制劑（長效土霉素注射液）也將更好地被用于獸醫(yī)臨床，為養(yǎng)殖增效，節(jié)藥用藥成本。因此，開發(fā)利用土霉素及制劑具有良好的前景和技術(shù)基礎(chǔ)。1.4 土霉素市場及深加工前景分析2

24、60;   在上世紀6070年代，土霉素曾經(jīng)在我國抗菌藥市場上占據(jù)著重要位置，但自80年代中后期起，土霉素的市場就開始逐漸下滑，大批企業(yè)先后放棄了生產(chǎn)。21世紀初，全國土霉素產(chǎn)量已從20世紀80年代的2萬噸下降到12000噸，目前的產(chǎn)量已不到1萬噸，生產(chǎn)企業(yè)從幾十個減少到只有幾個。目前主要生產(chǎn)企業(yè)為石家莊華曙制藥、內(nèi)蒙古赤峰制藥、山西星火制藥等。其中石家莊華曙制藥的規(guī)模和產(chǎn)量最大，達6000噸左右，約占世界總產(chǎn)量的1/4。隨著土霉素產(chǎn)量的不斷下降，出口量也逐年減少，出口價格一路走低。1995年，我國土霉素出口價格為11.5美元/公斤，1998年為10美元/公斤，2

25、000年已降到7美元/公斤。近年來，出口量和出口價格還在下滑。在國內(nèi)市場上，土霉素除了作為生產(chǎn)強力霉素等的原料外，主要用于畜禽藥物以及飼料添加劑，臨床用藥微乎其微。在發(fā)達國家，土霉素已基本不再使用，發(fā)達國家畜牧業(yè)中用的也是純度高的無菌土霉素。我國生產(chǎn)的土霉素大部分為低檔產(chǎn)品，未來幾年出口形勢將十分嚴峻。以土霉素為原料生產(chǎn)半合成抗生素的市場前景較好。如多西霉素（強力霉素），就是以土霉素為原料經(jīng)過多步反應制得的半合成抗生素，其市場價格是土霉素的57倍，產(chǎn)品大量出口。目前我國有多西霉素原料藥生產(chǎn)批文的企業(yè)10多家，但大部分企業(yè)因技術(shù)工藝等原因未能生產(chǎn)?，F(xiàn)在主要生產(chǎn)廠家為江蘇揚州威斯曼公司和河南開封制

26、藥廠。20世紀末，我國多西霉素年產(chǎn)量為700噸，目前達1000噸左右。其中2/3左右供應出口，主要出口歐洲、東南亞等地，屬外向型品種。預計今年市場仍然看好，是土霉素深加工的一個方向。另外，以土霉素為原料可以生產(chǎn)的美他環(huán)素，其臨床效果強于土霉素，且對土霉素的耐藥菌株仍較為有效。也有企業(yè)將土霉素、增效藥甲氧芐啶、維生素B1、維生素B6等組成復方土霉素，能使土霉素療效增加，還能降低消化道副反應。土霉素原料藥在市場競爭中的最大優(yōu)勢是價格低廉，因此，多年來它大量用于畜禽藥及飼料添加劑。近年來我國養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，飼料工業(yè)已成為我國發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，20世紀90年代初，全國飼料產(chǎn)量為3500萬噸，現(xiàn)在已超

27、過1億噸。由于我國目前仍為發(fā)展中國家，市場對產(chǎn)品的價格十分敏感，低價產(chǎn)品的市場銷路較好。因此，在眾多抗生素品種中，價格最低的土霉素今后將會在我國大量用于畜禽用藥及飼料添加劑中，預計這方面的需求會不斷增長，成為土霉素的主要市場。第二章 總論2.1 指導思想發(fā)酵工廠工藝設(shè)計是一種創(chuàng)造性、實踐性活動，包括工藝設(shè)計和非工藝設(shè)計。工藝設(shè)計是發(fā)酵工廠設(shè)計的核心，決定了整個發(fā)酵工廠設(shè)計的概貌。非工藝設(shè)計是以工藝設(shè)計為依據(jù)，按照生物發(fā)酵專業(yè)的要求進行的設(shè)計。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化裝置是由若干個單元設(shè)備以系統(tǒng)的、合理的方式組合起來的整體。過程設(shè)計依據(jù)生物工藝條件，選擇合理的原料，確定最經(jīng)濟和安全的途徑，使之生產(chǎn)出符合一

28、定質(zhì)量的生物技術(shù)產(chǎn)品。2.2 設(shè)計依據(jù)內(nèi)蒙古科技大學數(shù)理與生物工程學院下達的內(nèi)蒙古科技大學（本科生）畢業(yè)設(shè)計任務書。2.3 設(shè)計要求生產(chǎn)工程設(shè)備必須滿足下列要求:（1）滿足生物技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量指標。（2）必須進行生物工藝流程優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化，達到資金、原料、設(shè)施和人員的合理最佳使用。（3）必須充分考慮各種明顯的和潛在的危險，保證生產(chǎn)人員的健康安全，如生物反應器等壓力容器，易燃、易爆、揮發(fā)性溶劑的管理以及基因工程菌的微生物擴散等。（4）符合國家和地方的環(huán)境保護法規(guī)，按照工業(yè)生態(tài)學和減少原料和能量使用，物料的分層多級綜合利用和廢棄物資源化循環(huán)利用的“3R”原則，達到清潔生產(chǎn)。（5）保證整套系統(tǒng)不

29、僅可常規(guī)操作，而且也能滿足開停車等非常規(guī)操作。（6）保證整套系統(tǒng)能適應和抑制外部擾動的影響，達到整套系統(tǒng)的可控性。2.4 設(shè)計步驟工藝設(shè)計在初步階段，可分為下面幾個步驟:1) 選擇并確定生產(chǎn)流程，確定技術(shù)經(jīng)濟指標。2) 進行生產(chǎn)工藝的各種計算。3) 設(shè)備的選型和計算，確定生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)格和臺數(shù)。4) 車間設(shè)備布置的方案比較和設(shè)備配置的平面和空間關(guān)系的確定及設(shè)計制圖。5) 向配套專業(yè)（土建、自控儀表、供水、環(huán)保、供電、供熱、采暖通風、技術(shù)經(jīng)濟）提出設(shè)計要求和有關(guān)資料。6) 正式繪制工藝流程圖、車間設(shè)備布置圖等，編制設(shè)備表和主要材料估算表。7) 編寫初步設(shè)計有關(guān)的生產(chǎn)工藝部分的文件。第三章 土霉素生

30、產(chǎn)工藝3.1 土霉素生產(chǎn)工藝流程簡介孢子培養(yǎng)孢子培養(yǎng)土霉素生產(chǎn)工藝主要分為:發(fā)酵、酸化過濾、脫色結(jié)晶、干燥四個階段。其生產(chǎn)工藝流程如圖3.1所示:302830h空氣攪拌一級種子液砂土孢子斜面孢子干燥離心15%氨水調(diào)pH4.54.6.，2830結(jié)晶122-2樹脂脫色過濾ZnSo40.15%黃血鹽0.25%發(fā)酵酸化31，160200h31，2632h種子擴大培養(yǎng)二級種子液發(fā)酵液脫色液草酸，調(diào)pH1.751.85酸化液濾液結(jié)晶液土霉素濕品36.5，45天土霉素干成品圖3.1工藝流程圖3.2 發(fā)酵工藝過程3.2.1 種子制備（1）沙土孢子制備土霉菌砂土管系采用放線菌龜裂鏈絲菌。土霉菌砂土管應保存在25

31、低溫下。將保存在冰箱里的菌種直接接種到砂土管中。（2）斜面培養(yǎng)及配置用5%麥皮，2%的洋菜或加1%2%的淀粉，加水100毫升，煮成粥狀，裝入試管或培養(yǎng)瓶，瓶口塞上棉塞，再用雙層紗布和一層廢報紙把瓶口包好，用繩扎緊，放在高壓滅菌器中，以1.2個大氣壓滅菌30分鐘，取出冷至40左右，傾斜放置，成為斜面。培養(yǎng)基斜面制成后，在接種箱中把沙土孢子接種到斜面上，放在保溫箱里，在37條件下培養(yǎng)五至七天，即可生出一層白色的孢子。為了節(jié)省沙土孢子菌種，可以用斜面接種的辦法繁殖菌種。（3）斜面種子制備在無菌室內(nèi)把沙土管中的土霉素孢子移植至斜面試管里的培養(yǎng)基上，移種好的斜面試管放入3637培養(yǎng)箱或恒溫室內(nèi)，培養(yǎng)47

32、天，觀察到斜面培養(yǎng)基表面土霉素生長十分豐滿，菌面色澤呈灰白。3.2.2 培養(yǎng)基的配制把斜面上長好的土霉菌孢子用接種鏟摟到三角瓶的培養(yǎng)液里，經(jīng)振蕩培養(yǎng)即可制成。培養(yǎng)液的配制方法是:（%）淀粉:1.5 糊精:1.5酵母粉:0.5 氯化鈉:0.5碳酸鈣:0.5 硫酸銨:0.4磷酸二氫鉀:0.01 水:100毫升把以上成分混合攪成米湯狀，把磷酸二氫鉀溶于少量水中，同時倒入定量的沸水中攪拌均勻，分裝在三角瓶里，塞上棉塞，再用雙層紗布和一層廢報紙把瓶口包好，用繩扎緊，在高壓滅菌器中，以1.2大氣壓滅菌30分鐘，或采用間歇滅菌法進行滅菌。滅菌過的培養(yǎng)液在無菌室或接種箱里移進土霉素塊，放到搖床上振蕩培養(yǎng)48小

33、時即成。振蕩培養(yǎng)能使土霉素得到足夠的氧氣，同時可隨時把菌絲打成碎塊，增加種子的數(shù)量。裝入三角瓶的培養(yǎng)液多少要適量，太多菌絲生長不好，太少不經(jīng)濟。一般在500毫升三角瓶中裝5080毫升，1000毫升三角瓶中裝入100200毫升培養(yǎng)液即可。振蕩培養(yǎng)的溫度是2730，超出這個范圍，菌絲生長不好，最適溫度是2829。3.3 土霉素產(chǎn)品的分離純化3.3.1 土霉素純化方法 先將土霉素溶解在含有鹽酸和另外一種在pH2.84.0有緩沖作用的酸的混合水溶液中，用堿回調(diào)至一定值，加入凈化劑，而后經(jīng)二次超濾，最后稀釋，按無菌條件加堿調(diào)值結(jié)晶。此法可得到較高純度、無菌、細菌內(nèi)毒素合乎要求的土霉素原料。一種土霉素純化

34、方法，其特征在于它是先將土霉素溶解在含有鹽酸和另外一種在pH2.84.0有緩沖作用的酸的混合水溶液中，用堿回調(diào)至一定值，加入凈化劑，而后分別用510萬分子量超濾膜和600010000分子量超濾膜過濾，最后按無菌操作要求經(jīng)稀釋加堿調(diào)節(jié)pH值結(jié)晶。以水為溶劑，將土霉素溶解、純化、結(jié)晶。溶解液中除鹽酸外，加入另一種多元酸，不僅有利于土霉素的溶解，在結(jié)晶時也可邦助土霉素形成較好的晶粒，有利于提高純度，并可大大改善產(chǎn)品的外觀。采用目前國內(nèi)比較先進的中空纖維超膜過濾技術(shù)，選擇合適的過濾膜，進行兩級過濾，分別去除凈化和細菌內(nèi)霉素。解決了超濾膜的清洗問題，保證了其重復使用。產(chǎn)品達到了英國藥典2000版，美國藥

35、典25版標準，已形成了年產(chǎn)60噸的生產(chǎn)規(guī)模。該純化新工藝達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。3.3.2 土霉素的分離采用高效毛細管電泳法分離土霉素及其相關(guān)物質(zhì)。方法:以含1mmol/L的EDTA的25mmol/L檸檬酸鈉溶液（用01mol/L的氫氧化鈉液調(diào)pH值至115）作為運行緩沖液，未涂層毛細管柱為70cm*50um.i.d)，有效長度為64cm，采用壓力方式由毛細管柱的陽極旱樣5s，運動電壓為15kV，分離溫度為20度，檢測波長為254nm，并將方法測得的結(jié)果與藥典規(guī)定方法測得的結(jié)果進行了比較，結(jié)果:所確定的實驗條件可使土霉素與數(shù)種相關(guān)物質(zhì)得到令人滿意的分離，其分離效率較法定方法的為高，結(jié)論:本方法可使

36、土霉素與數(shù)種相關(guān)物質(zhì)分離，分析時間較短，能有效控制我國現(xiàn)行工藝生產(chǎn)的土霉素質(zhì)量以及監(jiān)控儲存條件對質(zhì)量的影響。第四章 工藝計算4.1 物料衡算4.1.1 培養(yǎng)及配比關(guān)系（1）種子培養(yǎng)基配比:（g/L）淀粉:50 糊精:6 豆餅粉:25 酵母粉:6 硫酸銨:8 碳酸鈣:7.5磷酸二氫鉀:0.3 豆油:1.5 氯化鈷:0.018 氯化鈉:4 （2）發(fā)酵培養(yǎng)基配比:（g/L）淀粉:80 豆餅粉:29 酵母粉:4 硫酸銨:11 碳酸鈣:6 磷酸二氫鉀:0.3 豆油:0.4 氯化鈷:0.047 淀粉酶:0.0025 氯化鈉:2 玉米漿:7（3）補料培養(yǎng)基配比:（g/L）淀粉:50 豆餅粉:2 碳酸鈣:0.

37、6 磷酸二氫鉀:0.95 淀粉酶:1.36 氯化鈉:2 4.1.2 每天放罐發(fā)酵液體積放罐體積由下式計算:8（4-1）式中，M年產(chǎn)量，t/a Uq成品效價，u/mg Uf年平均發(fā)酵水平，u/ml m年工作日，d/a提取總水平，%由設(shè)計要求:M=400t/a，Uq=1000u/mg，m=310d/a，Uf =32000 u/ml，=95%代入上述公式得:=42.44（m3） 取Vd =42（m3）4.2 發(fā)酵車間物料衡算由上述公式得Vd 分三部分:種子液:V1=Vd20%=4220%=8.4（m3）底料液:V2=Vd70%=4270%=29.4（m3）補料液:V3=Vd10%=4210%=4.2

38、（m3）底料物料用量:發(fā)酵培養(yǎng)基配方 V2種子液物料用量:發(fā)酵培養(yǎng)基配方 V1補料中物料按用量分別流加。如:種子培養(yǎng)液所需豆餅粉量:m1=25V1=258.4=210(Kg)發(fā)酵液底料所需豆餅粉量:m2=29V2=2929.4=852.6(Kg)補料耗豆餅粉量:m3=2V3=24.2=8.4(Kg)所以，每天耗豆餅粉量:m=m1+m2+m3=210+852.6+8.4=1071(Kg)依據(jù)上述計算，故每天所耗各物料量為:糊精耗量:m=m1=6V1=68.4=50.4(Kg)酵母粉耗量:m=m1+ m2=6V1+4V2=68.4+429.4=168(Kg)玉米漿耗量:m=m2=7V2=729.4

39、=205.8(Kg)硫酸銨耗量:m=m1+ m2=8V1+11V2=88.4+1129.4=390.6(Kg)碳酸鈣耗量:m= m1+ m2+m3=7.5V1+6V2+0.6V3=241.92(Kg)磷酸二氫鉀耗量:m= m1+ m2+m3=0.3V1+0.3V2+0.95V3=15.33(Kg)豆油耗量:m=m1+ m2=1.5V1+0.4V2=24.36(Kg)泡敵耗量:m= m2+m3=0.5V2+1.2V3=19.74(Kg)氯化鈷耗量:m=m1+ m2=0.018V1+0.047V2=1.533(Kg)淀粉酶耗量:m= m2+m3=0.0025V2+1.36V3=5.786(Kg)氯

40、化鈉耗量:m= m1+ m2+m3=4V1+2V2+2V3=100.8(Kg)發(fā)酵過程中物料計算:進料量=基礎(chǔ)培養(yǎng)基（消后）+種子液量+補料量出料量=成品液（發(fā)酵液）+逃液與蒸發(fā)損失量故實際物料消耗量=理論物料消耗量/（1-損失量）實際物料消耗見表41、42和43:4.3 發(fā)酵罐公稱容積4.3.1發(fā)酵罐公稱容積計算公式如下:（4-2）表41 發(fā)酵培養(yǎng)基物料消耗表物料名稱產(chǎn)1噸土霉素耗量400t/a物料耗量每日消耗量（Kg/d）豆餅粉淀粉糊精酵母粉玉米漿硫酸銨碳酸鈣磷酸二氫鉀豆油氯化鈷淀粉酶氯化鈉泡敵864.62337.640.7135.6166.2315.3195.312.419.71.244

41、.681.416345836935053162755425066464126139781204960787449618603255064001115.63016.352.5175214.4406.92521625.41.6610520.6表42 種子培養(yǎng)基物料消耗表物料名稱產(chǎn)1噸土霉素耗量400t/a物料耗量每日消耗量（Kg/d）淀粉糊精豆餅粉酵母粉硫酸銨碳酸鈣磷酸二氫鉀豆油氯化鈷氯化鈉346.341.6173.141.655.451.92.110.40.1227.7138510.616621.369255.316621.322161.720776.6831.14155.349.911080.

42、9446.853.6223.453.671.5672.6813.40.1635.7表43 補料消耗表物料名稱產(chǎn)1噸土霉素耗量400t/a物料耗量每日消耗量（Kg/d）淀粉豆餅粉碳酸鈣磷酸二氫鉀淀粉酶氯化鈉162.756.511.953.094.426.51651002604781.21236.9176726042108.42.523.995.78.4式中，V0每天所需發(fā)酵液體積，m3nd每天放罐數(shù)，罐/天L裝料系數(shù)，%由生產(chǎn)情況和設(shè)計要求取:Vd =42 m3/d，nd =1罐/天，l =80%，得=52.5（m3）圓整到國內(nèi)常用發(fā)酵罐容積系列，則V0=50m34.3.2 發(fā)酵工段所需的發(fā)酵罐

43、臺數(shù)N=ndT(4-3)式中，nd每天放罐數(shù)，罐/天T發(fā)酵周期，d（發(fā)酵周期=每批發(fā)酵時間+輔助時間）由生產(chǎn)情況和設(shè)計要求取:T=160h 取7臺每罐發(fā)酵液體積(4-4)校核:L=100%=84%，則發(fā)酵罐的裝料系數(shù)為84%，符合要求。4.3.4 種子罐容積確定進料量=接種量+基礎(chǔ)培養(yǎng)基（消后）出料量=成品液+損失量（逃液+蒸發(fā)）培養(yǎng)基 消前96% Vd=8.4×96%=8.06 m3種子罐公稱容積:式中:Vd 每罐所需的種子液體積，m³/d種子罐裝料系數(shù)，%由設(shè)計要求取Vd=8.06m³，=70%，所以=11.51（m³）圓整到國內(nèi)常用的種子罐容積系列

44、，則10m³。校核，=%，符合設(shè)計要求。4.3.5 種子罐的臺數(shù)計算公式如下:(4-5)式中T 種子罐的發(fā)酵周期，d一級種子罐臺數(shù):由經(jīng)驗得 T=2632h，取T=30h所以 取2臺二級種子罐臺數(shù):取T=28h，所以 取2臺故需種子罐臺數(shù)為4臺。4.4 熱量計算發(fā)酵過程中的熱效應計算8(4-6)式中，Q 發(fā)酵罐的發(fā)酵熱效應，KJ/h QF單位體積，發(fā)酵液所產(chǎn)生的熱量，也稱發(fā)酵熱，KJ/h VL發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的體積，m³土霉菌發(fā)酵熱為QF =2100026500KJ/( m³·h)。本設(shè)計取:QF =21000 KJ/( m³·h)則發(fā)

45、酵罐發(fā)酵過程中的熱效應:Q=2100042=882000（KJ/h）種子罐發(fā)酵過程中的熱效應:Q=210008.4=176400（KJ/h）4.4.2 水的用量（1）自來水 配料用水（約為消前培養(yǎng)基體積）V發(fā)=23.33m³，V種=8.4m³，V補=4.2m³ 洗罐用水（從人孔直接沖洗，用水量取罐體積6%）V發(fā)=50×6%=3m³，V種=10×6%=0.6m³，V補=5×6%=0.3m³其中取補料罐裝料系數(shù)=80% ，則其V0= 取5 m³ 自來水總用量考慮日常用水、種子室用水、中間體化驗室用水

46、等，取裕量系數(shù)1.2。則:V總=1.2（V發(fā)+ V種+V補+V發(fā) + V種 + V補）=1.2×（23.33+8.4+4.2+3+0.6+0.3）=47.8（m）³（2）冷卻用水W=（4-7）式中，Q冷待冷卻熱量，KJ/h C水的比熱容，KJ/(Kg·) t1冷卻水進口溫度， t2冷卻水出口溫度，取裕量系數(shù)1.2，則W=冬季冷卻水用量已知C=4.195KJ/(Kg·)，取t1=4， t2= 15發(fā)酵罐:Q冷=882000（KJ/h）W=22936.4（Kg/h）種子罐:Q冷=176400（KJ/h）W=4587.3（Kg/h）取裕量系數(shù)1.5，則總用水量

47、:W總=1.5（W+W）=1.5（22936.4+4587.3）=41285.6（Kg/h）夏季冷卻水用量由經(jīng)驗知C=4.18 1KJ/(Kg·)，取t1=10， t2= 25發(fā)酵罐:Q冷=882000（KJ/h）W=16876.3 （Kg/h）種子罐:Q冷=176400（KJ/h）W=3375.3（Kg/h）總用水量:W總=1.5（W+W）=1.5（16876.3+3375.3）=30377.4（Kg/h）（3）實消過程冷卻水用量A=（4-8）（4-9）式中:W冷卻水的用量，Kg/h A冷卻水流量 C2冷卻水的比熱容，KJ/(Kg.)F傳熱面積，m2 K平均傳熱系數(shù)，KJ/(m2.

48、h.)t1培養(yǎng)及冷卻過程在某時刻的溫度，t2對應培養(yǎng)基t1溫度時冷卻水出口溫度，t2s冷卻水進口溫度，其中，夾套的傳熱系數(shù)通常為6301050 KJ/(m2.h.)，蛇管和外盤管的傳熱系數(shù)通常為12601680 KJ/(m2.h.)，這里采用后者，取1500 KJ/(m2.h.).已知:t2s=15，C2=4.191 KJ/(Kg.)，t1=75，t2=25 則A=發(fā)酵罐:種子罐:補料罐:4.4.3 蒸汽耗量計算發(fā)酵蒸汽消毒有實消和連消兩種，發(fā)酵過程中實罐消毒蒸汽用量較大，蒸汽直接進入罐內(nèi)與溶液混合加熱使罐溫快速升高至一定溫度后再進行保溫滅菌，滅菌操作不同蒸汽消耗量差別很大。我們在設(shè)計時經(jīng)?？?/p>

49、慮采用實消。通過通入蒸汽使罐溫從預熱的75-85迅速上升到1202，然后在此溫度和0.100.05MPa上進行保溫滅菌。在我們的計算過程中，我們首先計算直接蒸汽混合加熱用氣量，然后保溫時間內(nèi)的蒸汽耗用量按升溫用氣量的30-50%進行計算。7 直接加熱蒸汽耗量 （4-10）式中，蒸汽的熱焓，Kcal/Kg G培養(yǎng)基質(zhì)量，Kg C培養(yǎng)基比熱容，KJ/(Kg·)熱損失，5%10%加熱結(jié)束時的料液溫度，加熱開始時的料液溫度，已知:取650Kcal/Kg，C取4.18 KJ/(Kg·)取8%，t2=120，t1=30發(fā)酵罐:V=42 m³，=1100Kg/m3=8472.9

50、（Kg） 種子罐:V=8.4 m³，=1030Kg/m3D=1586.7（Kg）補料罐:V=4.2 m³，=1150Kg/m3D=885.8（Kg） 滅菌保溫時間內(nèi)蒸汽用量，根據(jù)經(jīng)驗估算:D2=（3050%）D19 （4-11）本設(shè)計取40%發(fā)酵罐:D2=40%D1=0.4×8472.9=3389.2（Kg）種子罐:D2=40%D1=0.4×1586.7=634.7（Kg）補料罐:D2=40%D1=0.4×885.8=354.3（Kg） 蒸汽總用量發(fā)酵罐:D=D1+D2=8472.9+3389.2=11862.1（Kg）種子罐:D=D1+D2=

51、1586.7+634.7=2221.4（Kg）補料罐:D=D1+D2=885.8+354.3=1240.1（Kg）4.4.4 壓縮空氣耗量一般根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗以通風比來決定壓縮空氣需要量，則壓縮空氣需要量計算公式:VL （4-12） 式中:單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)通入壓縮空氣量，m3/min VL培養(yǎng)液體積，m3 n發(fā)酵罐臺數(shù) 發(fā)酵罐:VL=42 m3，7臺，裝料系數(shù):84%，取通風比為1:1.1，則:VL=7×1.1×42=323.4 （m3/min）種子罐:VL=8.4m3，4臺，裝料系數(shù):84%，取通風比為1:2，則:VL=4×2×8.4=67.

52、2 （m3/min）4.4.5 用電量的計算（1）攪拌過程耗電量 P攪拌=7×P發(fā)酵罐+4×P種子罐+2×P補料罐=7×65+4×15+2×7.5=530（Kw）（2）其他用電車間用電約100Kw，生活用電約50Kw。（3）配電要求 P總=P攪拌+100+50 =530+100+50 =680（Kw）第五章 典型設(shè)備計算5.1發(fā)酵罐5.1.1 通用式發(fā)酵罐幾何尺寸比例比例關(guān)系如下:=1.73 =1.52.5 =12式中:H:發(fā)酵罐筒身高，m D:發(fā)酵罐內(nèi)徑，mDi:攪拌器直徑，m W:擋板寬度，mS:兩攪拌器間距，m B:下攪拌器距罐底間距，mS1:上攪拌器距液面間距，m5.1.2 發(fā)酵罐的裝料容積及幾何尺寸一般說發(fā)酵罐的“公稱體積”V0指筒身容積Vc加上、底封頭容積Vb之和，Vb根據(jù)封頭形狀、直徑及壁厚查化工容器設(shè)計手冊求得:V0=Vc+Vb=D2H+ Vb9 （5-1）Vb取決于封頭形式，對于橢圓形封頭可用Vb=D2hb+D2ha （5