毕业设计年产400吨土霉素发酵工段工艺设计

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目:年产400吨土霉素发酵工段工艺设计学生姓名:薛红伟学 号:0602121114专 业:生物工程班 级:06-1班指导教师:赵宏宇 讲师 - IX -摘 要本设计任务是年产400吨土霉素的发酵工段工艺设计。土霉素是四环素类抗菌素的一种，是由龟裂链霉菌所产生的抗生素，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染、胃肠道感染、斑疹伤寒、恙虫病等。经查资料选择合理的生产工艺流程、设计方法、思路。本设计主要内容包括:生产工艺选择，工艺计算（物料衡算，能量衡算，水、蒸汽用量，标准设备、非标准设备

2、的尺寸计算，换热设备，压缩空气耗量等）、设备选型（标准、非标准设备）。根据发酵罐的尺寸结构，选取合理的车间布局，公用工程、安全卫生与环境保护等为辅助工艺。设计最后计算得到50m3的发酵罐7台，10 m3的种子罐4台，10 m3的补料罐2台，10 m3的氨水储罐2个，2.5 m3的泡敌罐2个以及1 m3的植物油罐2个。共绘制了六张图:发酵罐装配图、种子罐装配图、物料流程图、工艺管道及仪表流程图、厂房车间布置图、设备一览表，完成设计说明书。关键词:土霉素;发酵;生产;工艺设计The process design of the Oxytetracycline fermentation section

3、 with the capacity of 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 Ricke

4、ttsia pathogenic amoeba 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,

5、 water, steam consumption, 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 wo

6、rks and health and safety and environmental protection was selected as supporting technology. The calculation is: seven fermenters of 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 plo

7、t as follows: fermentor 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 录摘 要.IAbs

8、tract.II目 录.III第一章 引言1第二章 总论62.1指导思想62.2设计依据62.3 设计要求62.4设计步骤6第三章 土霉素概述83.1土霉素生产工艺流程简介83.2发酵工艺过程83.2.1种子制备83.2.2 培养基的配制93.3土霉素产品的分离纯化93.3.1土霉素纯化方法93.3.2土霉素的分离10第四章 工艺计算114.1 物料衡算114.1.1 培养及配比关系114.1.2 每天放罐发酵液体积114.2 发酵车间物料衡算114.3 发酵罐公称容积124.3.1发酵罐公称容积124.3.2 发酵工段所需的发酵罐台数144.3.3每罐发酵液体积144.3.4 种子罐容积确定

9、144.3.5 种子罐的台数154.4 热量计算154.4.1发酵过程中的热效应计算154.4.2 水的用量164.4.3 蒸汽耗量计算184.4.4 压缩空气耗量194.4.5 用电量的计算20第五章 典型设备计算215.1发酵罐215.1.1通用式发酵罐几何尺寸比例215.1.2发酵罐的装料容积及几何尺寸215.1.3搅拌器装置及轴功率225.1.4 发酵罐的换热设备245.1.5 发酵罐壁厚计算275.1.6接管设计285.1.7 发酵罐支座选择305.2 种子罐305.2.1种子罐尺寸计算305.2.2 搅拌装置及轴功率315.2.3种子罐的换热设备335.2.4种子罐壁厚计算345.

10、2.5接管设计365.2.6 种子罐支座的选择375.3 空气过滤器375.3.1空气过滤器的计算及设计375.3.2发酵罐的空气分过滤器系统设备的计算375.3.3种子罐的空气分过滤器系统设备的计算39第六章 通用设备的设计与选型41 6.1 液体输送设备选型416.1.1泵的分类和特点41 6.2 气体输送设备选型426.2.1空气压缩机选型42第七章 非标准设备的设计457.1 补料罐457.1.1设备容量的确定457.1.2基本尺寸的计算457.1.3 搅拌装置及轴功率计算457.1.4电动机功率确定467.1.5补料罐壁厚计算467.1.6支座的选取467.2 氨水储罐467.2.1

11、设备容积的确定467.2.2基本尺寸计算467.2.3氨水罐壁厚的计算477.2.4支座的选取477.3 泡敌储罐477.3.1设备容积的确定477.3.2基本尺寸的确定477.3.3泡敌罐壁厚的计算487.3.4支座的选取487.4 植物油储罐487.4.1设备容积的确定487.4.2基本尺寸的确定487.4.3植物油储罐壁厚的计算487.4.4支座的选取497.5 配料罐.517.5.1基本尺寸计算.517.5.2泵的选取.51第八章 车间布置设计与公用工程508.1 概述508.1.1 车间布置设计的内容和程序508.1.2 车间平面布置的内容和要求508.1.3 车间布置原则518.2

12、 车间布置说明518.2.1 建筑518.2.2生产工艺518.2.3 安装要求528.3 供电工程528.3.1采暖和通风528.4 给排水538.4.1生产用水情况概述及要求538.4.2 排水系统的划分53第九章 设备设计选型549.1 概述549.2设备设计选型的原则549.3专业设备的设计选型549.3.1种子罐和发酵罐换热设备549.3.2空气净化设备559.3.3通用设备559.3.4非标准设备569.4设备材料选择原则56第十章 仪表控制方案5710.1概述5710.2发酵过程参数测量5710.2.1化学参数5710.2.2物理参数5710.3控制系统与分析5710.3.1pH

13、值控制5710.3.2补料控制5710.3.3消泡系统58第十一章 能环保护与安全生产5911.1三废处理5911.1.1生产过程中“三废”排放情况5911.1.2处理方案5911.1.3控制噪声的基本方法5911.2能源问题5911.2.1能耗分析5911.2.2节能措施5911.3生产物料的性质5911.3.1主要技术保安措施6011.4车检维修60参 考 文 献61附 录63致 谢.65第一章 引言1.1 土霉素的研究背景及进展四环素类抗生素是具有非烷结构的一类广谱抗生素，为天然或半合成药物。本类药物对革兰阳性菌和阴性菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体等均有抑制作用。这类药物主要抑制细

14、菌蛋白质合成起杀菌作用。四环素类药物的抗菌强度顺序为米诺环素多西环素美他环素金霉素甲金霉素四环素土霉素。四环素类的不良反应有消化道反应、肝肾损害、变态反应、菌群失调及局部刺激等，大剂量应用可致肝损害，严重者可致死亡。四环素类药物可沉积于牙和骨中，与钙结合引起釉质和骨质发育不全，造成牙齿黄染，并影响婴幼儿骨骼正常发育，可以透过胎盘和进人乳汁，因此孕妇、授乳妇女和8岁以下儿童禁忌。 四环素类抗生素还应避免与抗酸药、钙盐、铁盐、镁、铝、铋等同服，能与四环素类药物络合而阻碍吸收1。第一个四环素类抗生素是1948年从金色链丝菌中分离得到的金霉素。20世纪50年代相继推出土霉素、四环素、及地美环素，都属于

15、天然产物类。这是第一代四环素类药物。20世纪50年代后期，得到6-脱氧四环素，其细菌学及药物代谢动力学性质有明显的改变。第二代四环素类药物是20世纪60年代出现的，将第一代四环素的6位羟基除去得到长效四环素，即多西环素（脱氧土霉素，强力霉素），属于半合成品。多西环素在稳定性、抗菌活性及药代动力学性质方面都比天然产物有明显改善，它是第一个一天服用一次的四环素族药物，并能产生持久的血药浓度。1.2 土霉素产品的理化性质1.2.1 土霉素的理化性质土霉素Terramycin (Oxytetracycline) (地霉素，氧四环素) 分子式如图1.1所示，化学名:6-甲基-4-（二甲氨基）-3，5，6

16、，10，12，12a-六羟基-1，11二氧代-1，4，4a，5，5a，6，11，12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。是由土壤链霉菌（Streptomyces rimosus）所制备。为淡黄色结晶性粉末，难溶于水。常用其盐酸盐，为黄色结晶性粉末;无臭，味微苦，微有引湿性，在日光下颜色变暗，在碱溶液中易破坏失效。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为2.32.9。图1.1土霉素分子式 四环素族有相似的理化性质。从结构分析，为酸碱两性化合物。在干燥条件下比较稳定，但遇光易变色。在酸碱条件下均易发生变性反应:在酸性条件下易脱水形成脱水物;碱性条件下可开环生成具有内酯的异构体;酸

17、性条件下（pH2-6）碳四位上二甲氨基的差向异构化，土霉素碳五的羟基与二甲氨基之间形成氢键，四位的差向异构化比较困难，因此比四环素稳定;存在碳十酚羟基和碳十二烯醇基，可与金属离子整合，形成有色配合物，也可与钙离子、铝离子形成黄色配合物，与铁离子形成红色配合物。1.2.2 土霉素生产菌种土霉素是由龟裂链霉菌所产生的抗生素，龟裂链霉菌属于放线菌中的链霉菌属，其特性:具有发育良好的菌丝体，菌丝体分支，无隔膜直径约0.41.0米，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝再形成分生孢子。而龟裂链丝菌的菌落灰白色，后期生褶皱，呈龟裂状。菌丝成树枝分支，白的，包子灰白色，柱形。不利用木糖，不为链

18、霉素所抑制。蔗糖硝酸盐琼脂:气丝白色，斑片状，在边缘。基丝薄，乳脂色，后较丰厚，红褐色至橙色。可溶色素略微黄色。明胶液化慢。牛奶胨化，不凝固，淀粉水解有限，纤维素上不生长。不产生类黑色素、酪氨酸酶和H2S。培养温度:37保存方法:真空冷冻干燥法。1.2.3土霉素药理作用 土霉素属四环素类抗生素，为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对本品敏感。肠球菌属对其耐药。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等对本品亦较敏感。多年来由于土霉素和四环素类的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，包括葡萄球菌等革

19、兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。本品与四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。本品作用机制主要是通过抑制核糖体蛋白质的合成来抑制细菌生长。本品与30S细菌核糖体亚单位结合，破坏了tRNA与RNA之间密码子-反密码子反应，因而阻止了酰胺化的tRNA与核糖体受体A位点的结合，抑制细菌的生长，正常治疗剂量的抑菌作用是可逆的，停药后细菌恢复生长。另一机制是可与二价阳离子（主要是镁离子）结合，破坏镁离子与核糖体正常结合，影响核糖体的功能。1.3 土霉素的用途及临床应用1.3.1 作用与用途:抗菌谱与四环素相似，对多数革兰阳性菌、阴性菌、立克次体、沙眼衣原体、放线菌及螺旋体等都有效，对伤寒杆菌几乎无效。用于

20、痢疾、斑疹伤寒、沙眼、结膜炎、肺炎、中耳炎、疖疮及皮肤化脓感染等。 常见副作用有:肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反应，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙），B族维生素缺乏等。由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药。1.3.2 土霉素及制剂在兽医临床上的应用土霉素制剂有土霉素片、土霉素胶囊、土霉素软膏以及土霉素注射液，但在兽医临床的应用上，目前还是以土霉素注射液为主。土霉素在兽医临床上主要用于治疗猪喘气病、猪肺疫、猪丹毒、急性呼吸道感染、腹泻、仔猪黄白痢、支原体病、牛和

21、猪钩端螺旋体病以及细菌性肠炎、肺炎、乳房炎、产后感染、脐炎，也可局部应用治疗子宫内膜炎等。雍长福（1996）报道，田间试验表明，给患腐蹄病的绵羊肌注二水土霉素和修蹄并用硫酸锌液蹄浴后第6周，19/52只患蹄痊愈，治愈率为94%。土霉素/硫酸锌组的治愈率明显高于单用硫酸锌蹄浴组（p0.05）6。方明生等用含量为20ml:200mg的长效土霉素注射液治疗仔猪黄、白痢的总有效率达86.9-88%，效果优于环丙沙星注射液（80.9-83.3%）。此外，土霉素为黄色结晶粉末，能与多价阳离子如Mg+、Ga+、AI+等起洛合作用，较易溶于水，口服易吸收，吸收后可广泛分布于各组织，因此可采用土霉素及土霉素钙来

22、提高蛋壳色泽。Cairoli等报道，在150头意大利弗里斯（friesian）母牛上，对子宫内投放土霉素和四环素炎痛静合剂防止胎衣不下所致子宫感染的疗效进行比较。150头母牛被随机分为3组，分别为:土霉素治疗组，四环素加炎痛静治疗组及对照组。结果，3组受试牛分别有16%、12%和76%发生子宫内膜炎。结果表明土霉素组对母牛因胎衣不下所致的子宫内膜炎的预防保护率为84%，效果明显7。土霉素糖盐水注射液是一种综合治疗药物，具有强心、补液、解毒、杀菌很增强机体机能的作用。仔猪在发生白痢病的过程中，由于消化道炎症，吸收机能发生障碍，维生素B1的吸收不足，糖的氧化供能就不能顺利进行，组织中的的丙酮酸、乳

23、酸堆积、影响神经组织和心肌代谢，病猪出现心跳加快、心脏衰弱症状。土霉素糖盐水中加入足量的土霉素，又经腹腔注射，经浆膜吸收并能直接与细菌。而引起仔猪白痢的大肠杆菌属于革兰氏阴性杆菌，因此，低浓度的土霉素可起到抑制作用，高浓度则可达到直接杀灭作用。王喜贵用土霉素糖盐水治疗仔猪白痢疾的最大治愈率达100%8.曾振灵等以试管两倍稀释法测定脱氧土霉素对鸡大肠杆菌的最小抑菌浓度，然后对人工诱发雏鸡大肠杆菌进行混饮或混料给药5天的治疗试验。结果表明，脱氧土霉素对鸡大肠杆菌的最小抑菌浓度为2.0mg/L;脱氧土霉素100ppm混饮和200ppm混饲对鸡大肠杆菌病的治愈率分别是90.0%及93.3%，而感染对照

24、组的死亡率为60.0%，用药组的增重效果显著高于感染对照组(P0.05) 9。1.3.3 国内有关土霉素制剂生产应用概况土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国大量用于畜禽用药及饲料添加剂中，预计这方面的需求会不断增长，成为土霉素的主要市场。同时，开发长效的兽用土霉素制剂（长效土霉素注射液）也将更好地被用于兽医临床，为养殖增效，节药用药成本。因此，开发利用土霉素及制剂具有良好的前景和技术基础。1.4 土霉素市场及深加工前景分析2在上世纪6070年代，土霉素曾经在我国抗菌药市场上占据着重要位置，但自

25、80年代中后期起，土霉素的市场就开始逐渐下滑，大批企业先后放弃了生产。21世纪初，全国土霉素产量已从20世纪80年代的2万吨下降到12000吨，目前的产量已不到1万吨，生产企业从几十个减少到只有几个。目前主要生产企业为石家庄华曙制药、内蒙古赤峰制药、山西星火制药等。其中石家庄华曙制药的规模和产量最大，达6000吨左右，约占世界总产量的1/4。随着土霉素产量的不断下降，出口量也逐年减少，出口价格一路走低。1995年，我国土霉素出口价格为11.5美元/公斤，1998年为10美元/公斤，2000年已降到7美元/公斤。近年来，出口量和出口价格还在下滑。在国内市场上，土霉素除了作为生产强力霉素等的原料外

26、，主要用于畜禽药物以及饲料添加剂，临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素已基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高的无菌土霉素。我国生产的土霉素大部分为低档产品，未来几年出口形势将十分严峻。以土霉素为原料生产半合成抗生素的市场前景较好。如多西霉素（强力霉素），就是以土霉素为原料经过多步反应制得的半合成抗生素，其市场价格是土霉素的57倍，产品大量出口。目前我国有多西霉素原料药生产批文的企业10多家，但大部分企业因技术工艺等原因未能生产。现在主要生产厂家为江苏扬州威斯曼公司和河南开封制药厂。20世纪末，我国多西霉素年产量为700吨，目前达1000吨左右。其中2/3左右供应出口，主要出口欧洲、东南

27、亚等地，属外向型品种。预计今年市场仍然看好，是土霉素深加工的一个方向。另外，以土霉素为原料可以生产的美他环素，其临床效果强于土霉素，且对土霉素的耐药菌株仍较为有效。也有企业将土霉素、增效药甲氧苄啶、维生素B1、维生素B6等组成复方土霉素，能使土霉素疗效增加，还能降低消化道副反应。土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。近年来我国养殖业快速发展，饲料工业已成为我国发展最快的产业之一，20世纪90年代初，全国饲料产量为3500万吨，现在已超过1亿吨。由于我国目前仍为发展中国家，市场对产品的价格十分敏感，低价产品的市场销路较好。因此，在众多抗生素品种中

28、，价格最低的土霉素今后将会在我国大量用于畜禽用药及饲料添加剂中，预计这方面的需求会不断增长，成为土霉素的主要市场。第二章 总论2.1 指导思想发酵工厂工艺设计是一种创造性、实践性活动，包括工艺设计和非工艺设计。工艺设计是发酵工厂设计的核心，决定了整个发酵工厂设计的概貌。非工艺设计是以工艺设计为依据，按照生物发酵专业的要求进行的设计。生物技术产业化装置是由若干个单元设备以系统的、合理的方式组合起来的整体。过程设计依据生物工艺条件，选择合理的原料，确定最经济和安全的途径，使之生产出符合一定质量的生物技术产品。2.2 设计依据内蒙古科技大学数理与生物工程学院下达的内蒙古科技大学（本科生）毕业设计任务

29、书。2.3 设计要求生产工程设备必须满足下列要求:（1）满足生物技术产品的产量和质量指标。（2）必须进行生物工艺流程优化和参数优化，达到资金、原料、设施和人员的合理最佳使用。（3）必须充分考虑各种明显的和潜在的危险，保证生产人员的健康安全，如生物反应器等压力容器，易燃、易爆、挥发性溶剂的管理以及基因工程菌的微生物扩散等。（4）符合国家和地方的环境保护法规，按照工业生态学和减少原料和能量使用，物料的分层多级综合利用和废弃物资源化循环利用的“3R”原则，达到清洁生产。（5）保证整套系统不仅可常规操作，而且也能满足开停车等非常规操作。（6）保证整套系统能适应和抑制外部扰动的影响，达到整套系统的可控性

30、。2.4 设计步骤工艺设计在初步阶段，可分为下面几个步骤:1) 选择并确定生产流程，确定技术经济指标。2) 进行生产工艺的各种计算。3) 设备的选型和计算，确定生产设备的规格和台数。4) 车间设备布置的方案比较和设备配置的平面和空间关系的确定及设计制图。5) 向配套专业（土建、自控仪表、供水、环保、供电、供热、采暖通风、技术经济）提出设计要求和有关资料。6) 正式绘制工艺流程图、车间设备布置图等，编制设备表和主要材料估算表。7) 编写初步设计有关的生产工艺部分的文件。第三章 土霉素生产工艺3.1 土霉素生产工艺流程简介孢子培养孢子培养土霉素生产工艺主要分为:发酵、酸化过滤、脱色结晶、干燥四个阶

31、段。其生产工艺流程如图3.1所示:302830h空气搅拌一级种子液砂土孢子斜面孢子干燥离心15%氨水调pH4.54.6.，2830结晶122-2树脂脱色过滤ZnSo40.15%黄血盐0.25%发酵酸化31，160200h31，2632h种子扩大培养二级种子液发酵液脱色液草酸，调pH1.751.85酸化液滤液结晶液土霉素湿品36.5，45天土霉素干成品 图3.1 工艺流程图3.2 发酵工艺过程3.2.1 种子制备（1）沙土孢子制备土霉菌砂土管系采用放线菌龟裂链丝菌。土霉菌砂土管应保存在25低温下。将保存在冰箱里的菌种直接接种到砂土管中。（2）斜面培养及配置用5%麦皮，2%的洋菜或加1%2%的淀粉

32、，加水100毫升，煮成粥状，装入试管或培养瓶，瓶口塞上棉塞，再用双层纱布和一层废报纸把瓶口包好，用绳扎紧，放在高压灭菌器中，以1.2个大气压灭菌30分钟，取出冷至40左右，倾斜放置，成为斜面。培养基斜面制成后，在接种箱中把沙土孢子接种到斜面上，放在保温箱里，在37条件下培养五至七天，即可生出一层白色的孢子。为了节省沙土孢子菌种，可以用斜面接种的办法繁殖菌种。（3）斜面种子制备在无菌室内把沙土管中的土霉素孢子移植至斜面试管里的培养基上，移种好的斜面试管放入3637培养箱或恒温室内，培养47天，观察到斜面培养基表面土霉素生长十分丰满，菌面色泽呈灰白。3.2.2 培养基的配制把斜面上长好的土霉菌孢子

33、用接种铲搂到三角瓶的培养液里，经振荡培养即可制成。培养液的配制方法是:（%）淀粉:1.5 糊精:1.5酵母粉:0.5 氯化钠:0.5碳酸钙:0.5 硫酸铵:0.4磷酸二氢钾:0.01 水:100毫升把以上成分混合搅成米汤状，把磷酸二氢钾溶于少量水中，同时倒入定量的沸水中搅拌均匀，分装在三角瓶里，塞上棉塞，再用双层纱布和一层废报纸把瓶口包好，用绳扎紧，在高压灭菌器中，以1.2大气压灭菌30分钟，或采用间歇灭菌法进行灭菌。灭菌过的培养液在无菌室或接种箱里移进土霉素块，放到摇床上振荡培养48小时即成。振荡培养能使土霉素得到足够的氧气，同时可随时把菌丝打成碎块，增加种子的数量。装入三角瓶的培养液多少要

34、适量，太多菌丝生长不好，太少不经济。一般在500毫升三角瓶中装5080毫升，1000毫升三角瓶中装入100200毫升培养液即可。振荡培养的温度是2730，超出这个范围，菌丝生长不好，最适温度是2829。3.3 土霉素产品的分离纯化3.3.1 土霉素纯化方法 先将土霉素溶解在含有盐酸和另外一种在pH2.84.0有缓冲作用的酸的混合水溶液中，用碱回调至一定值，加入净化剂，而后经二次超滤，最后稀释，按无菌条件加碱调值结晶。此法可得到较高纯度、无菌、细菌内毒素合乎要求的土霉素原料。一种土霉素纯化方法，其特征在于它是先将土霉素溶解在含有盐酸和另外一种在pH2.84.0有缓冲作用的酸的混合水溶液中，用碱回

35、调至一定值，加入净化剂，而后分别用510万分子量超滤膜和600010000分子量超滤膜过滤，最后按无菌操作要求经稀释加碱调节pH值结晶。 以水为溶剂，将土霉素溶解、纯化、结晶。溶解液中除盐酸外，加入另一种多元酸，不仅有利于土霉素的溶解，在结晶时也可邦助土霉素形成较好的晶粒，有利于提高纯度，并可大大改善产品的外观。采用目前国内比较先进的中空纤维超膜过滤技术，选择合适的过滤膜，进行两级过滤，分别去除净化和细菌内霉素。解决了超滤膜的清洗问题，保证了其重复使用。产品达到了英国药典2000版，美国药典25版标准，已形成了年产60吨的生产规模。该纯化新工艺达到了国内领先水平。3.3.2 土霉素的分离 采用

36、高效毛细管电泳法分离土霉素及其相关物质。方法:以含1mmol/L的EDTA的25mmol/L柠檬酸钠溶液（用01mol/L的氢氧化钠液调pH值至115）作为运行缓冲液，未涂层毛细管柱为70cm*50um.i.d)，有效长度为64cm，采用压力方式由毛细管柱的阳极旱样5s，运动电压为15kV，分离温度为20度，检测波长为254nm，并将方法测得的结果与药典规定方法测得的结果进行了比较，结果:所确定的实验条件可使土霉素与数种相关物质得到令人满意的分离，其分离效率较法定方法的为高，结论:本方法可使土霉素与数种相关物质分离，分析时间较短，能有效控制我国现行工艺生产的土霉素质量以及监控储存条件对质量的影

37、响。第四章 工艺计算4.1 物料衡算4.1.1 培养及配比关系（1）种子培养基配比:（g/L）淀粉:50 糊精:6 豆饼粉:25 酵母粉:6 硫酸铵:8 碳酸钙:7.5磷酸二氢钾:0.3 豆油:1.5 氯化钴:0.018 氯化钠:4 （2）发酵培养基配比:（g/L）淀粉:80 豆饼粉:29 酵母粉:4 硫酸铵:11 碳酸钙:6 磷酸二氢钾:0.3 豆油:0.4 氯化钴:0.047 淀粉酶:0.0025 氯化钠:2 玉米浆:7（3）补料培养基配比:（g/L）淀粉:50 豆饼粉:2 碳酸钙:0.6 磷酸二氢钾:0.95 淀粉酶:1.36 氯化钠:2 4.1.2 每天放罐发酵液体积放罐体积由下式计算

38、: 8 （4-1）式中，M年产量，t/a Uq成品效价，u/mg Uf年平均发酵水平，u/ml m年工作日，d/a 提取总水平，%由设计要求: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 发酵车间物料衡算由上述公式得Vd 分三部分:种子液:V1=Vd20%=4220%=8.4（m3）底料液:V2=Vd70%=4270%=29.4（m3）补料液:V3=Vd10%=4210%=4.2（m3）底料物料用量:发酵培养基配方 V2种子液物料用量:发酵培养基配方 V1补料中物料按用量

39、分别流加。如:种子培养液所需豆饼粉量:m1=25V1=258.4=210(Kg)发酵液底料所需豆饼粉量:m2=29V2=2929.4=852.6(Kg)补料耗豆饼粉量:m3=2V3=24.2=8.4(Kg)所以，每天耗豆饼粉量:m=m1+m2+m3=210+852.6+8.4=1071(Kg)依据上述计算，故每天所耗各物料量为: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)玉米浆耗量:m=m2=7V2=729.4=205.8(Kg)硫酸铵耗量:m=m1+ m2=8V1+11V2=88.4+1129.4=3

40、90.6(Kg)碳酸钙耗量:m= m1+ m2+m3=7.5V1+6V2+0.6V3=7.58.4+629.4+0.64.2=241.92(Kg)磷酸二氢钾耗量: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)泡敌耗量:m= m2+m3=0.5V2+1.2V3=19.74(Kg)氯化钴耗量: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)氯化钠耗量:m= m1+ m2+m3=4V1+2V2+2

41、V3=100.8(Kg)发酵过程中物料计算:进料量=基础培养基（消后）+种子液量+补料量出料量=成品液（发酵液）+逃液与蒸发损失量故实际物料消耗量=理论物料消耗量/（1-损失量）实际物料消耗见表41、42和43:4.3 发酵罐公称容积4.3.1发酵罐公称容积计算公式如下: （4-2）表41 发酵培养基物料消耗表物料名称产1吨土霉素耗量400t/a物料耗量每日消耗量（Kg/d）豆饼粉淀粉糊精酵母粉玉米浆硫酸铵碳酸钙磷酸二氢钾豆油氯化钴淀粉酶氯化钠泡敌864.62337.640.7135.6166.2315.3195.312.419.71.244.681.416345836935053162755

42、425066464126139781204960787449618603255064001115.63016.352.5175214.4406.92521625.41.6610520.6表42 种子培养基物料消耗表物料名称产1吨土霉素耗量400t/a物料耗量每日消耗量（Kg/d）淀粉糊精豆饼粉酵母粉硫酸铵碳酸钙磷酸二氢钾豆油氯化钴氯化钠346.341.6173.141.655.451.92.110.40.1227.7138510.616621.369255.316621.322161.720776.6831.14155.349.911080.9446.853.6223.453.671.5672

43、.6813.40.1635.7表43 补料消耗表物料名称产1吨土霉素耗量400t/a物料耗量每日消耗量（Kg/d）淀粉豆饼粉碳酸钙磷酸二氢钾淀粉酶氯化钠162.756.511.953.094.426.51651002604781.21236.9176726042108.42.523.995.78.4式中，V0每天所需发酵液体积，m3nd每天放罐数，罐/天L装料系数，%由生产情况和设计要求取:Vd =42 m3/d，nd =1罐/天，l =80%，得=52.5（m3）圆整到国内常用发酵罐容积系列，则V0=50m34.3.2 发酵工段所需的发酵罐台数 N= nd T (4-3)式中，nd每天放罐数

44、，罐/天T发酵周期，d（发酵周期=每批发酵时间+辅助时间）由生产情况和设计要求取: T=160h 取7台4.3.3每罐发酵液体积 (4-4)校核:L=100%=84%，则发酵罐的装料系数为84%，符合要求。4.3.4 种子罐容积确定进料量=接种量+基础培养基（消后）出料量=成品液+损失量（逃液+蒸发）培养基 消前96% Vd=8.496%=8.06 m3种子罐公称容积: 式中:Vd 每罐所需的种子液体积，m/d 种子罐装料系数，%由设计要求取Vd=8.06m，=70%，所以=11.51（m）圆整到国内常用的种子罐容积系列，则10m。校核，=%，符合设计要求。4.3.5 种子罐的台数 计算公式如

45、下: (4-5)式中T 种子罐的发酵周期，d一级种子罐台数:由经验得 T=2632h，取T=30h所以 取2台二级种子罐台数:取T=28h，所以 取2台故需种子罐台数为4台。4.4 热量计算4.4.1发酵过程中的热效应计算8 (4-6)式中，Q 发酵罐的发酵热效应，KJ/h QF单位体积，发酵液所产生的热量，也称发酵热，KJ/h VL发酵罐内发酵液的体积，m土霉菌发酵热为QF =2100026500KJ/( mh)。本设计取:QF =21000 KJ/( mh)则发酵罐发酵过程中的热效应:Q=2100042=882000（KJ/h）种子罐发酵过程中的热效应:Q=210008.4=176400（

46、KJ/h）4.4.2 水的用量（1）自来水 配料用水（约为消前培养基体积）V发=23.33m，V种=8.4m，V补=4.2m 洗罐用水（从人孔直接冲洗，用水量取罐体积6%）V发=506%=3m，V种=106%=0.6m，V补=56%=0.3m其中取补料罐装料系数=80% ，则其V0= 取5 m 自来水总用量考虑日常用水、种子室用水、中间体化验室用水等，取裕量系数1.2。则:V总=1.2（V发+ V种+ V补+ V发 + V种 + V补）=1.2（23.33+8.4+4.2+3+0.6+0.3）=47.8（m）（2）冷却用水W= （4-7）式中， Q冷待冷却热量，KJ/h C水的比热容，KJ/(

47、Kg) t1冷却水进口温度， t2冷却水出口温度，取裕量系数1.2，则W=冬季冷却水用量已知C=4.195KJ/(Kg) ，取t1=4， t2= 15发酵罐:Q冷=882000（KJ/h）W=22936.4（Kg/h）种子罐:Q冷=176400（KJ/h）W=4587.3（Kg/h）取裕量系数1.5，则总用水量:W总=1.5（W+W）=1.5（22936.4+4587.3）=41285.6（Kg/h） 夏季冷却水用量由经验知C=4.18 1KJ/(Kg) ，取t1=10， t2= 25发酵罐:Q冷=882000（KJ/h）W=16876.3 （Kg/h）种子罐:Q冷=176400（KJ/h）W

48、=3375.3（Kg/h）总用水量:W总=1.5（W+W）=1.5（16876.3+3375.3）=30377.4（Kg/h）（3）实消过程冷却水用量A= （4-8） （4-9）式中:W冷却水的用量，Kg/h A冷却水流量 C2冷却水的比热容，KJ/(Kg.) F传热面积，m2 K平均传热系数，KJ/(m2.h.) t1培养及冷却过程在某时刻的温度，t2对应培养基t1温度时冷却水出口温度，t2s冷却水进口温度， 其中，夹套的传热系数通常为6301050 KJ/(m2.h.)，蛇管和外盘管的传热系数通常为12601680 KJ/(m2.h.)，这里采用后者，取1500 KJ/(m2.h.). 已

49、知:t2s=15，C2=4.191 KJ/(Kg.)，t1=75，t2=25 则A=发酵罐: 种子罐:补料罐: 4.4.3 蒸汽耗量计算发酵蒸汽消毒有实消和连消两种，发酵过程中实罐消毒蒸汽用量较大，蒸汽直接进入罐内与溶液混合加热使罐温快速升高至一定温度后再进行保温灭菌，灭菌操作不同蒸汽消耗量差别很大。我们在设计时经常考虑采用实消。通过通入蒸汽使罐温从预热的75-85迅速上升到1202，然后在此温度和0.100.05MPa上进行保温灭菌。在我们的计算过程中，我们首先计算直接蒸汽混合加热用气量，然后保温时间内的蒸汽耗用量按升温用气量的30-50%进行计算。7 直接加热蒸汽耗量 （4-10）式中，蒸

50、汽的热焓，Kcal/Kg G培养基质量，Kg C培养基比热容，KJ/(Kg) 热损失，5%10% 加热结束时的料液温度， 加热开始时的料液温度，已知:取650Kcal/Kg，C取4.18 KJ/(Kg)取8%，t2=120，t1=30发酵罐:V=42 m，=1100Kg/m3=8472.9（Kg） 种子罐:V=8.4 m，=1030Kg/m3D=1586.7（Kg）补料罐:V=4.2 m，=1150Kg/m3D=885.8（Kg） 灭菌保温时间内蒸汽用量，根据经验估算:D2=（3050%）D19 （4-11）本设计取40% 发酵罐:D2=40%D1=0.48472.9=3389.2（Kg）种子

51、罐:D2=40%D1=0.41586.7=634.7（Kg）补料罐:D2=40%D1=0.4885.8=354.3（Kg） 蒸汽总用量发酵罐:D=D1+D2=8472.9+3389.2=11862.1（Kg）种子罐:D=D1+D2=1586.7+634.7=2221.4（Kg）补料罐:D=D1+D2=885.8+354.3=1240.1（Kg）4.4.4 压缩空气耗量一般根据实际生产经验以通风比来决定压缩空气需要量，则压缩空气需要量计算公式:VL （4-12） 式中:单位体积培养液在单位时间内通入压缩空气量，m3/min VL培养液体积，m3 n发酵罐台数 发酵罐:VL=42 m3，7台，装料

52、系数:84%，取通风比为1:1.1，则:VL=71.142=323.4 （m3/min）种子罐:VL=8.4m3，4台，装料系数:84%，取通风比为1:2，则:VL=428.4=67.2 （m3/min）4.4.5 用电量的计算（1）搅拌过程耗电量 P搅拌=7P发酵罐+4P种子罐+2P补料罐 =765+415+27.5=530（Kw）（2）其他用电车间用电约100Kw，生活用电约50Kw。（3）配电要求 P总=P搅拌+100+50 =530+100+50 =680（Kw）第五章 典型设备计算5.1发酵罐5.1.1 通用式发酵罐几何尺寸比例比例关系如下:=1.73 = = =1.52.5 =12

53、式中: H:发酵罐筒身高，m D:发酵罐内径，mDi:搅拌器直径，m W:挡板宽度，mS:两搅拌器间距，m B:下搅拌器距罐底间距，mS1:上搅拌器距液面间距，m5.1.2 发酵罐的装料容积及几何尺寸一般说发酵罐的“公称体积”V0指筒身容积Vc加上、底封头容积Vb之和，Vb根据封头形状、直径及壁厚查化工容器设计手册求得:V0=Vc+Vb=D2H + Vb9 （5-1） Vb取决于封头形式，对于椭圆形封头可用Vb=D2hb + D2ha （5-2） 式中:ha:封头凸出部分高度，m hb:封头直边高度，m对于标准封头可写成:Vb=D2（hb+）D30.13 D3 （5-3）则:V0=Vc+Vb=

54、D2H + 0.13 D3 （5-4）已知:V0=50m3，取H=2D， 代入上式得: 50=D22D + 0.13 D3D=3.09m圆整到常用发酵罐系列【9】，取D=3100mm。查表知:D=3100mm，ha=815mm， hb=50mmVb=D2hb + D2ha =3.120.05+3.120.815=4.5（m3）则:H=V0-Vb/D2=50-4.5/3.12=6.03(m) （5-5）圆整后取H=6000mm。则:=1.94 符合=1.73校核:V0=Vc+Vb=D2H+D2hb + D2ha =3.126+4.5=49.8（m3），故符合要求。即:发酵罐公称容积为50 m3，全容积为54.5 m3，直径为3.1m，圆筒高度为6m。罐体总高度:H总=H+2（ha+hb）=6+2（0.815+0.05）=7.73（m）由前面计算已知发酵罐装料系数84%，则其装料容积:V=LV0=84%50=42（m3）圆筒部分装液量:Vc=V-Vb=42-4.5=37.5（m3）则圆筒部分填料系数:=37.5/3.126=82.8%圆筒部分液面高:HL=H=82.8%6=4.97(m)罐内液柱高度:HL= HL+ ha+hb=4.97+0.815+0.05=5.84（m）5.1.3 搅拌器装置及轴功率（1）搅