年产60吨硫酸庆大霉素发酵车间设计概论

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题 目：年产60吨硫酸庆大霉素发酵工段工艺设计学生姓名：张伟男学 号：专 业：生物工程班 级：09-2班指导教师：崔向军 副教授年产 60 吨硫酸庆大霉素发酵车间工程设计 摘 要本次设计任务为年产60吨庆大霉素发酵车间工程设计。 本设计采用三级发酵。共有八个发酵罐，两个二级种子罐，两个一级种子罐。采用的生产工艺如下：生产菌种为小单胞菌，经小、中罐种子扩大培养后接到发酵罐中。工艺过程为小中大罐三级发酵，小、中罐一次投入。大罐考虑底物抑制及产物营养要求，采用中间补料，包括全料、稀料、氨水、氢氧化钠、消沫油。发酵罐主要设计参数为：公称直径4500mm，罐高11500

2、mm，搅拌器直径为1410mm，筒体壁厚16mm；二级种子罐的主要设计参数：公称直径2400mm，罐高6000mm，搅拌器直径750mm，筒体壁厚9mm；一级种子罐的主要参数：公称直径1400mm，罐高3500mm，搅拌器直径437.5mm，筒体壁厚7mm。设计说明书完成后根据说明书绘制了发酵罐和种子罐的装配图、工艺流程图及厂房布局图。 厂房布局结合实际情况，高15米、长54米、宽17.4米。此外还对环境污染和节省能源方面的设备做了合理的布局，主要工段和设备大部分在厂房内，部分设备在厂房周围。 关键词：硫酸庆大霉素；发酵工艺；罐体参数；厂房布局 Engineering design of th

3、e Gentamicin Sulphate fermentation workshop with the capacity of 60 tons annually AbstractThe design task was engineering design of the Gentamicin Sulphate fermentation workshop with the capacity of 60 tons annually. Three levels fermentation was used in this design. There were eight fermentors, two

4、 second-grade seed pots and two one-grade seed pots. The production process was followed: producing strains is Micromonospora. After culture expansion of the seeds by the small and mediumcans, they were vaccinated to the fermentors. Three levels fermentation was used in the technological process for

5、 the smallmediumbig tank. Small and medium tank was put in one time. Intermediate fed was used within the big tank considering of request of substrate inhibition and product nutrition. Intermediate fed include full material, thinner material, ammonia, NaOH, crawl agentfroth oil. The main design para

6、meters of fermenters is: the nominal diameter is 4500mm; the height Is11500mm; the diameter of themixer is 1410mm; the thickness of cylinder wall is 16mm. The main design parameters of second-grade seed pot is: the nominal diameter is 2400mm; the height is 6000mm, the diameter of themixer is 750mm;

7、the thickness of cylinder wall is 9mm. The main design parameters of one-grade seed pot is: the nominal diameter is 1400mm; the height is 3500mm; the diameter ofthemixer is 560mm; the thickness of cylinder wall is 7mm. After the design manual was completed, the fermenters and the seed fermentors ass

8、emble drawing; working process diagram and powerhouse layout drawing were drawn according to the design manual. The workshop layout combined with practice was designed. The workshop is 15meters high, 54meters long, 17.4meters wide. In addition, the reasonable layout of the equipment on energy-saving

9、 measures and environmental pollution was made. Main workshop section and equipments were mostly in workshop. Partial equipments are around workshop. Key words: Gentamicin Sulphate; fermentation technology; parameter of tank;layout of powerhouse 目录摘 要IAbstractII绪论1第一章 总论21.1生产设计任务21.1.1设计指导思想21.1.2设

10、计要求21.1.3设计原则21.1.4设计范围31.1.5设计目标31.2历史介绍31.3产品介绍31.3.1产品简介31.3.2产品名称及主要特征41.4工艺设计指标61.4.1设计基本参数61.4.2技术规格及质量标准11第二章 工艺流程概况122.1菌种筛选122.2合成途径132.3工艺流程132.3.1工艺流程图132.3.2工艺流程说明142.4培养基研究分析152.5发酵培养基162.6原材料162.6.1黄豆饼粉和蛋白胨162.6.2培养基浓度变化与控制172.7发酵生产工艺分析182.7.1染菌控制182.7.2溶氧浓度的变化与控制18第三章 工艺计算193.1 发酵罐台数和

11、公称体积的计算193.1.1 根据年产量计算每日发酵液体积Vd193.1.2 根据每日发酵液的体积（Vd），计算发酵罐的公称体积V0193.1.3 庆大霉素的发酵周期203.2 种子罐的台数与公称体积的计算203.3 物料衡算213.3.1 大罐物料衡算213.3.2 中罐物料衡算213.3.3 小衡罐物料算223.3.4 物料衡算表223.4 能量衡算283.4.1 发酵热283.4.2 水的用量计算293.4.3 空气消耗量313.4.4 蒸汽情况313.4.5 电的用量32第四章 设备选型344.1 发酵罐344.1.1发酵罐尺寸的计算344.1.2发酵罐搅拌装置及轴功率计算364.1.

12、3发酵罐的换热设备394.1.4发酵罐壁厚的计算414.1.5支座的选择434.2中罐尺寸的计算434.2.1中罐尺寸的计算434.2.2种子罐搅拌装置及轴功率计算454.2.3种子罐的换热设备484.2.4种子罐壁厚的计算504.2.5支座选择514.3 小罐尺寸的计算524.3.1小罐尺寸的计算524.3.2种子罐搅拌装置及轴功率计算544.3.3种子罐的换热设备554.3.4种子罐壁厚的计算594.3.5支座选择624.4补料罐624.4.1全料罐624.4.2稀料罐654.5 空气过滤器674.5.1发酵罐分过滤器674.5.2二级种子罐分过滤器684.5.3一级种子罐分过滤器694.

13、6 油罐714.6.1 油罐基本尺寸的计算714.6.2 油罐壁厚的计算724.7 氨罐734.7.1 氨罐基本尺寸的计算734.7.2 氨罐壁厚的计算734.8 氢氧化钠罐764.8.1 NaOH罐基本尺寸计算764.8.2 NaOH罐壁厚的计算76第五章 车间布置795.1 车间的组成生产795.2 车间布置原则795.3 车间布置说明795.3.1 建筑795.3.2 生产工艺795.3.3 设备安装要求805.3.4 设备安全技术80第六章 生产制度80第七章 设备817.1 车间设备概况827.1.1 种子制备设置827.1.2 种子罐及发酵罐827.1.3 车间设备材料选择原则82

14、7.2 仪表控制方案827.2.1 发酵部分接种罐、发酵罐和补料罐827.2.2 工艺参数控制要求837.3 供电设备837.3.1车间用电情况837.3.2车间用电要求837.4 给排水设备837.4.1 生产用水情况概述及要求837.4.2 排水系统的划分837.5 供暖与通风设备847.5.1 采暖847.5.2 通风847.6 环境保护设备847.6.1 生产过程中“三废”排放情况847.6.2 处理方案84第八章 节能858.1 能耗分析858.2 节能措施85第九章 技术安保与防火859.1 生产物料的性质869.2 主要技术保安措施86第十章 车间维修.86参考文献.87致谢.8

15、8绪论硫酸庆大霉素（Gentamycin Sulfate）又称艮他霉素, 是1963年美国先令公司Weinstain等人发现的。 它是由绛红色小单孢菌产生的一族多组份的氨基糖苷类抗生素, 其主要组份有C1，C2，C1a，为氨基糖甙类广谱抗生素，对大部分革兰氏阳性菌、阴性菌、病源菌有抑杀作用，特别是对绿脓杆菌的抑菌作用好于其它抗生素川。因此，在1969年得到广泛应用，需求量逐渐递增。现代庆大霉素的生产方法主要是以小单孢菌为菌种，经过发酵后，发酵滤液用硫酸酸化后至PH值等于2左右，再经过过滤中和树脂交换吸附、洗涤，解析、脱色浓缩成盐，干燥等流程就能够得到成品了。本设计是年产60吨硫酸庆大霉素发酵工

16、段工艺设计，主要为硫酸庆大霉素的发酵工艺的选择，发酵罐和种子罐的选择与设计。工艺设计计算主要是对发酵物料的计算以及在工厂生产中的水电和蒸汽的消耗量的计算。在常规设备的计算主要是对发酵罐、种子罐的罐体大小，内部搅拌器和冷却设备的设计计算。第一章 总论1.1生产设计任务1.1.1设计指导思想生物技术成熟的理论体系，使得生物技术产业化得以实现。其装置由若干个单元设备以系统的、合理的方式组合起来。其过程设计依据生物工艺条件，选择合理的原料、确定最经济和最安全的途径，使之生产出复合一定质量的生物产品。1.1.2设计要求 1、地理条件:发酵厂厂区周围大气中的含尘量应在一定范围以下。周围没有散发大量有害气体

17、的化工厂和产生大量灰尘的炼钢厂、炼焦厂、热电厂等。并且与铁路及公路主要干线保持适当距离。在工业区内建厂，发酵工厂宜建在该区域的上风口位置，并与散发污染气体或大量烟尘的工厂保持一定间距。 2、动力供应条件:发酵工厂是耗能大户，并要求是二类负荷用电户。该厂选址时注意到厂区用电能得到充分保证，并有充足水源。 3、原辅材料的供应条件:发酵工厂的设置要考虑原料、燃料和包装材料等的配套供应，黄豆饼粉、淀粉等原料要能得到较好的供给。 4、交通运输条件:现代化的发酵工厂，以其产品商品化、社会化为特征，没有方便的交通运输是难以取得高效益的，发酵工厂的运输量较大，要求交通运输方便、可靠，铁路、公路、水路优势明显，

18、且有发展前景。1.1.3设计原则1、加强技术经济指标作比较，善于从实际出发去分析研究问题，设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均先进水平为宜。2、解放思想，积极采用新技术，力求设计在技术上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性。3、设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相结合的原则，并适当留有发展余地。4、发酵工厂设计还应考虑采用微生物发酵的工厂的独特要求，既要注意到周围的环境清洁卫生状况，又要注意到对工厂内车间之间对卫生、无菌、防火等条件的相互影响。1.1.4设计范围本设计是年产60吨硫酸庆大霉素发酵工段工艺设计，主要为硫酸庆大霉素的发酵工艺的选择，发酵罐和种

19、子罐的选择与设计。工艺设计计算主要是对发酵物料的计算以及在工厂生产中的水电和蒸汽的消耗量的计算。在常规设备的计算主要是对发酵罐、种子罐的罐体大小，内部搅拌器和冷却设备的设计计算，以及对非常规泵的选择。1.1.5设计目标本次设计的任务是年产60吨硫酸庆大霉素发酵工段工艺设计。1.2历史介绍硫酸庆大霉素（Gentamycin Sulfate）又称艮他霉素, 是1963年美国先令公Weinstain等人发现的。 它是由绛红色小单孢菌产生的一族多组份的氨基糖苷类抗生素, 其主要组份有C1，C2，C1a，为氨基糖甙类广谱抗生素，对大部分革兰氏阳性菌、阴性菌、病源菌有抑杀作用，特别是对绿脓杆菌的抑菌作用好

20、于其它抗生素川。因此，在1969年得到广泛应用，需求量逐渐递增。1.3产品介绍1.3.1产品简介中文名：硫酸庆大霉素英文名：Gentamycin Sulfate中文别名：庆大霉素硫酸盐；硫酸艮他霉素；硫酸正泰霉素；硫酸双生霉素；硫酸庆大霉素(细胞培养用)英文别名：gentamicin solution 10mg/ml sterile*filtered; gentamicin standard solution; gentamicin sulfate from micromonospora purpurea;EINECS号：215-778-9表1.1 硫酸庆大霉素分子式R1R2分子式硫酸庆大霉素

21、C1CH3NHCH3C21H43N5O72H2SO4硫酸庆大霉素C2HNH2C19H39N5O72H2SO4硫酸庆大霉素C1ACH3NH2C20H41N5O72H2SO4分子式：3种主要成分C1：C21H43N5O7 25-50%C2：C20H41N5O7 25-55%C3：C19H39N5O7 10-35%常用分子式：C21H45N5O11S分子量：547.6207pH：3.5-5.5（0.1% in H2O） 图1.1化学结构1.3.2产品名称及主要特征1、理化性质硫酸庆大霉素熔点：218-237溶解性：溶于水（50mg/ml in H2O）不溶于乙醇，丙酮，氯仿，醚等。2、作用与用途该品

22、为氨基糖甙类广谱抗生素，对多种革兰阴性菌及阳性菌都具有抑菌和杀菌作用。对绿脓杆菌、产气杆菌、肺炎杆菌、沙门氏菌属、大肠杆菌及变形杆菌等革兰阴性菌和金葡菌等作用较强。该品的作用机制是与细菌核糖蛋白体亚单位上的特异性蛋白牢固结合，干扰核糖蛋白体功能，阻止蛋白质合成，并引起翻译信使核糖核酸(mRNA)上密码的错误而合成无功能蛋白质。临床上用于金葡菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、痢疾杆菌、克雷白杆菌、变形杆菌和其它敏感菌所引起的败血症、呼吸道感染、胆道感染、化脓性腹膜炎、颅内感染、尿路感染及菌痢等疾患。3、副作用（1）与卡那霉素相似，对耳前庭的影响较大，而对耳蜗损害较小，主要表现为头昏、眩晕及耳鸣等。对肾功能

23、不全或儿童更应注意毒性反应，严重者可导致听力减退甚至耳聋。（2）由于该品对神经肌肉接头有阻滞作用，故不宜作静脉推注或大剂量快速静滴，以防止呼吸抑制的发生。4、注意事项【乳期妇女用药】该品可穿过胎盘屏障进入胎儿组织，有引起胎儿听力损害的可能，孕妇使用该品前应充分权衡利弊。该品在乳汁中分泌量很少，但通常哺乳期妇女在用药期仍宜暂停哺乳。【儿童用药】庆大霉素属氨基糖苷类，在儿科中应慎用，尤其早产儿及新生儿，因其肾脏组织尚未发育完全，使本类药物的半衰期延长，易在体内积蓄而产生毒性反应。【老年用药】老年患者的肾功能有一定程度的生理性减退，即使肾功能测定值在正常范围内，仍应采用较小治疗量。老年患者应用该品后

24、较易产生各种毒性反应，应尽可能在疗程中监测血药浓度。5、药理毒理该品为氨基糖苷类抗生素。对各种革兰阴性细菌及革兰阳性细菌都有良好抗菌作用，对各种肠杆菌科细菌如大肠埃希菌、克雷伯菌属、变形杆菌属、沙门菌属、志贺菌属、肠杆菌属、沙雷菌属及铜绿假单胞菌等有良好抗菌作用。奈瑟菌属和流感嗜血杆菌对该品中度敏感。对布鲁菌属、鼠疫杆菌、不动杆菌属、胎儿弯曲菌也有一定作用。对葡萄球菌属（包括金黄色葡萄球菌和凝固酶阴性葡萄球菌）中甲氧西林敏感菌株的约80%有良好抗菌作用，但甲氧西林耐药株则对该品多数耐药。对链球菌属和肺炎链球菌的作用较差，肠球菌属则对该品大多耐药。该品与-内酰胺类合用时，多数可获得协同抗菌作用。

25、该品的作用机制是与细菌核糖体30S亚单位结合，抑制细菌蛋白质的合成。近年来革兰阴性杆菌对庆大霉素耐药株显著增多。6、药代动力学该品肌内注射后吸收迅速而完全，在0.51小时达到血药峰浓度（Cmax）。血消除半衰期。1.4工艺设计指标1.4.1设计基本参数1、设计技术指标（1）发酵系统（产量60吨/年）发酵单位：（1500u/ml） 成品单位：600（u/mg） 发酵周期：144（hr） 发酵热：5500 kcal/m3hr 装料系数：75%（发酵罐） 65%（一级种子罐） 70%（二级种子罐） 总收率：70% 染菌率：3% 年工作日：330（天） 发酵液粘度：50（CP）发酵液重度：1050（k

26、g/m3） （2）无菌空气处理系统 空气处理量：550 m3 / min 空压机出口压力：0.250.3（Mpa） 进罐空气温度：4045 进总过滤器的相对湿度：60% 空气洁净度：100级 （3）连续灭菌系统 培养基灭菌处理量：20 m3/hr； 连消灭菌温度：135 （4）后处理车间 提取总收率：70%计算2、培养基配比主要原料：黄豆饼粉，淀粉，葡萄糖， 主要辅料：氯化钠，硝酸钠，酵母粉，碳酸钙，蛋白胨，淀粉酶，消沫油等。表1.2 培养基配比原料名称一级种子罐培养基配比%二级种子罐培养基配比%发酵罐培养基配比%全料培养基配比%稀料培养基配比%黄豆饼粉3.02.53.53.52.5葡萄糖0.

27、50.50.5淀粉2.52.56.06.53.0氯化钠0.40.360.4氯化钴0.0010.001硝酸钠0.10.10.1酵母粉0.10.1碳酸钙0.60.40.40.40.4蛋白胨2.01.5硫酸亚铁0.0075磷酸二氢钾0.005淀粉酶（kg）0.1%淀粉量0.1%淀粉量0.1%淀粉量玉米浆（L/ m3）消沫油42.670.413、补料量补氨水量：8 L/m3发酵液体积；补氢氧化钠量：1.52.0 L/m3发酵液体积；加消沫油量：4 L/ m3发酵液体积；补全料量：370 L/ m3发酵液体积；补稀料量：200 L/ m3发酵液体积。4、接种量（1）一级种子罐至二级种子罐按15%计算；（

28、2）二级种子罐至发酵罐按15%计算。5、培养基灭菌（1）一级种子罐及二级种子罐培养基采用实罐灭菌；（2）发酵、全料、稀料采用连续灭菌；（3）氢氧化钠、消沫油采用实灌灭菌；（4）氨水采用过滤除菌。6、移种及补料方式（1）一级种子罐至二级种子罐移种设置一分配站 （2）二级种子罐至发酵罐设置一分配站（3）灭菌的发酵培养基、全料、稀料至发酵罐设置一分配站（4）氢氧化钠至各发酵罐设置一分配站（5）消沫油至各发酵罐设置一分配站（6）氨水贮罐为每一发酵罐各设一台7、装料系数一级种子罐：65%，二级种子罐：70%，发酵罐：75%8、通气量一级种子罐：2（VVM），二级种子罐：1.5 (VVM)，发酵罐：0.8

29、(VVM) ； 9、转速范围一级种子罐：60300（RPM），二级种子罐：60240（RPM）发酵罐：60130（RPM）10、培养时间一级种子罐：64小时，二级种子罐：48小时，发酵罐：144小时 11、工艺参数控制要求：发酵系统：各罐通气量，罐温，溶氧，搅拌转速现场集中显示/控制，上位机设置在控制室。要求如下：（1）灌压现场指示；（2）液位报警指示，手动加消泡剂；（3）罐温控制：5 m3 罐及以下采用自动控制，5 m3 罐以上采用加热、冷却手动切换，冷却自动控制，加热手动控制；（4）空气流量：种子罐用转子流量计检测，发酵罐用涡轮流量计检测记录；（5）溶氧：监测记录，通过手动调节搅拌转速、调

30、节空气流量调节溶氧；（6）自动补料：补料采用气动隔膜阀计算机控制；（7）转速显示及变频调速。连消系统：温度、物料流量连锁控制；空气系统：温度自动控制。12、生产用水要求：发酵工厂生产过程中的水可分为工艺用水与冷却用水。工艺用水一般指配料水和用于制备软水、无盐水等一次水，其质量标准接近于城市自来水标准。罐冷。蒸发浓缩的操作、溶酶蒸馏回收、空压系统冷却均需要大量冷却水，所用冷却水须循环使用，冷却水的温度根据工艺要求选取。 自来水：常温，0.3（MPa），用于配料、夏天实罐灭菌的前期冷却、清洗设备等； 循环水：1823(t=5)，0.3（MPa），用于连续灭菌培养基冷却，空气冷却，发酵控温冷却； 低

31、温水：914(t=5)，0.3（MPa），用于夏天空气后级冷却及发酵控温冷却； 冷盐水：-100(t=10)，0.3（MPa），用于料液冷却保温。13、生产用蒸汽要求：发酵车间用汽压力0.3（MPa）14、排水系统的划分：给排水系统可分为两种，一种是排放水指标达到排放要求可直接排放的水，另一种是含有杂质及毒性物质较多达不到直接排放要求的水，须经过废水回收站处理后方可排放。15、水文气象资料（1）气温极端最高气温：38.9 极端最低气温：-9最热月平均气温：28.1 （8月） 最热月最热时平均气温：32.0 （7月）最冷月平均气温：3.1 （1月） 最冷月最冷时平均气温：0.0 （1月）（2）湿

32、度最湿月平均相对湿度（%）：84（6月）最湿月平均相对湿度（%）：73（1月）全年平均相对湿度（%）： 79（3）风速及风向最多风向及频率：夏季 E12 SSEY 全年 SE10 E10最大月平均风速（m/s）：3.6（3月）最大风速（m/s）：20全年平均风速（m/s）：3.2（4）自来水水温及硬度水源地：水厂水源性质：自来水水温：最低水温：3.0（2月） 月平均最低水温：6.4最高水温：34（7月） 月平均最高水温：31.7总硬度：最高值 10.6 月平均最高：8.7 最低值 2.2 月平均最低：5.516、其他数据：海拔高度：4.5m 平均气压：1016mbar最大冻土层深度：6cm人防

33、：设计任务为发酵工段，按GBJ-16-87生产的火灾危险性分类，为戊级，按GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范发酵车间防爆为级。1.4.2技术规格及质量标准表1.3 技术规格及质量标准项目标准美国药典(23版)C.F.R性状白色或类白色粉末生物效价（干）590m/mg鉴别呈正反应比旋度+107+121干燥失重18.0%(110真空，3hr)酸度炽灼残渣甲醇含量pH： 3.5-5.51.0%1.0%高压液相C1 2550% C1A 10%35%C2+C2A 25%55%热源无菌异常毒物降压物质重金属钙离子镁离子1.7内毒素单位/mg庆大碱12000u/mg合格合格(内控)120

34、0 u/ml合格2000u/kg合格20 ppm5m/万单位5m/万单位澄色级2级清浊度1号度毛点8点有效期5年第二章 工艺流程概况2.1菌种筛选抗生素生产中, 发酵过程是决定抗生素产量的主要过程。发酵水平的高低, 首先受菌种这个内因的控制, 同时发酵工艺条件的控制也有着极为重要的作用, 因为良好的外因条件, 才能使菌种固有的优良性状得以充分发挥。抗生素发酵是极其复杂的代谢过程, 人们通过控制反映代谢变化的各种参数, 使产生菌的代谢沿着人们需要的方向进行, 以达到预期的生产水平。这里, 我们结合本厂的生产实践来探讨一下,我们是如何控制发酵条件, 促进生产的。 表2.1 发酵参数物理参数温度、溶

35、氧压力空气中的CO量搅拌转速排气中O含量搅拌功率表观粘度空气流量发酵液浓度化学参数基质浓度PH抗生素浓度DNA关键酶生物参数菌丝形态N比耗率菌丝干重抗生素比耗率生长速率uO比耗率糖比耗率2.2合成途径生物合成庆大霉素的可能途径如下： D-葡萄糖2-脱氧青蟹肌醇2-脱氧青蟹醇胺 D-葡萄糖胺 巴龙胺 2-脱氧链霉胺 庆大霉素A C-甲基化和差向异构化 庆大X2 脱氧氨基化L-甲基化 抗生素JI-20A 抗生素G418 脱氧 脱氧，氨基化 庆大霉素C1a 抗生素JI-20B N-甲基化 脱氧差向异构化 庆大霉素C2b 庆大霉素C2 N-甲基化 庆大霉素C1注：本设计所采用的工艺路线为先从沙土管中取

36、出孢子接种到原斜面上（或从液氮保存的孢子接种到原斜面上），7天后接合格种子到下一代斜面上，6天后接白色丰满的菌落到摇瓶中，39.5hr后接6-8瓶摇瓶种子到小罐中，并经中罐种子扩大培养后接到发酵罐中，接种方法为单种，放罐后至后处理车间。2.3工艺流程2.3.1工艺流程图注：本框图仅为发酵部分（设备参数供参考）图2.1 发酵工艺流程图2.3.2工艺流程说明工艺特点：本工艺工程为三级发酵，小罐 -中罐-大罐。中罐、小罐培养时间短，培养基一次投入，中间不补料，大罐考虑到各种由于底物浓度过高引起的底物抑制情况以及产物合成期对营养成分的需求，采用中间补料。主要补全料、补稀料、补氨水、通过氢氧化钠调节pH

37、，手动加消沫油，在种子阶段，对无菌要求较高。补料情况：1、补全料： 一个发酵周期约补3次。每吨发酵液约补370L全料。从发酵20小时开始补全料，至30小时时结束。根据发酵液还原糖含量水平控制具体补全料体积及时间。2、补稀料：一个发酵周期补2次左右。每吨发酵液约补200L稀料。自发酵40小时后开始补稀料，根据发酵液还原糖含量水平控制，保持还原糖浓度大于等于2.6g/100ml.3、补氨水：自发酵33小时开始补氨水，每4小时补一次，每次10-15L，使发酵液中氨氮浓度不低于45mg/100ml。4、补油：手动加入。5、补氢氧化钠：调节发酵液pH，与pH环控，保持发酵液pH在6.8-7.2之间。中间

38、取样分析：1、小罐：培养4小时后取样分析，测PH、氨氮、效价、菌丝浓度等。2、中罐：培养4小时后取样分析，测PH、氨氮、效价、菌丝浓度等。3、大罐：培养14小时后开始取样分析，每4小时取样测pH、氨氮，每8小时取一次样，分析全糖、氨氮、PH、还原糖、效价等。培养20小时后取样加无菌肉汤，4小时后取无菌斜面，37恒温培养，放罐前涂片镜检。异常发酵处理：1、中罐、小罐染菌一般采取放罐措施。2、大罐染菌，若在接种后不久即在发酵前期，可将培养基返回连消系统重新消毒；若在中后期，对发酵影响较大的，倒罐，影响较小的，可采用降温，一般降至32培养，并将别的大罐发酵液倒一部分进去，加强生长菌的优势抑制杂菌的生

39、长；另外，对染菌罐补料可减少补料量 ，至杂菌得到抑制后再加大补料量。若在发酵后其染菌，可考虑提前放罐，若染菌罐含大量杂菌，过滤速度缓慢，则放罐前加热至45，15min，然后再提炼。3、发酵中遇空气精过滤器阻塞，空气流量下降，过滤器两端压差增大，可立即调换过滤器内芯。2.4培养基研究分析硫酸庆大霉素又称艮他霉素, 它是由绛红色小单孢菌产生的一族多组份的氨基糖苷类抗生素, 对此菌种的要求就是生长快, 能深层培养, 不易退化, 能利用廉价的培养基获得高产量的抗生素。我们在生产中通过做摇瓶试验考察不同菌种, 以选取平均发酵单价高,产品质量稳定的菌种投入生产。生产中不断进行自然选育, 把菌种制备成单孢子

40、悬浮液, 经过适当稀释之后, 在固体平板上进行分离, 然后挑选单个菌落进行测定, 从中选出优良菌落来纯化菌种, 防止衰退, 稳定生产, 从而提高产量。试验方法。摇瓶试验与罐上试验相结合,发酵单位测定采用抗生素微生物检定法。2.5发酵培养基培养基是供抗生素产生菌生长、繁殖, 代谢和合成抗生素用的按一定比例组成的营养物质。合适的成分与配比才能充分发挥产生菌生物合成抗生素的能力, 获得好的生产效果。查阅国内外关于庆大霉素生产所用的培养基, 归纳起来有二十多种, 结合我厂具体情况, 选择其中十二种进行研究, 按主次顺序排列如下: 黄豆饼粉蛋白胨 ( NH4)2SO4 淀粉 玉米粉CaCO3 鱼粉 KN

41、O3 豆油 CoCL2 合成消沫剂 葡萄糖。调整培养基成份或配比时, 每次只限变动一个条件, 考察菌种对无机元素的营养要求, 找出最高、最低及其合适的用量( 数据繁锁, 这里略掉) ,经过多次反复试验总结出, 对发酵水平影响最大的是黄豆饼粉、蛋白胨, 影响较小的是葡萄糖,KNO3和鱼粉, 于是, 我们大胆舍去了鱼粉这一原料, 非但没有影响发酵水平, 且降低了成本和粮耗。2.6原材料2.6.1黄豆饼粉和蛋白胨它们是天然原料加工制作的有机氮源, 成份较复杂, 摇瓶考察X、Y两地黄豆饼粉, 详见下表: 表2.2 两地黄豆饼粉的效价 X产地（热榨） X产地（冷榨） Y产地放瓶效价（u/ml）12312

42、31231252130113431202120913199901027987平均效价（u/ml） 1298 1243 10012.6.2培养基浓度变化与控制培养基浓度变化与控制对发酵水平的影响程度很大, 控制基础料浓度按照产生菌的生理特性, 可缩短菌体生长期, 延长抗生素分泌期并保持抗生素生产的最大生长率, 提高发酵水平。实验数据如下： 表2.3 黄豆饼粉含量对发酵水平的影响培养基中黄豆饼粉含量% 发酵单位(u/ml) 2.5 1100 3.0 1260 3.5 1240 4.0 1130说明：用开封0579菌种上数据为摇瓶平均数值 结果表明: 培养基中黄豆饼粉含量在3.0%左右最有利 表2.

43、4 蛋白胨含量对发酵水平的影响 蛋白胨浓度% 补料时间与次数 发酵单位(u/ml) 0.2 24hr 1060 0.3 24hr 1140 0.4 24hr、48hr、72hr 1300结果显示: 蛋白胨的含量与补入方式对发酵单位的影响也是十分明显的。一次投料加入容易引起菌体生长与养分过量耗尽, 以致菌体过早衰老自溶; 发酵过程定期补加一定数量的氮源, 可使产生菌在分泌期有足够多而不过多的养料, 延长分泌期, 提高产量。2.7发酵生产工艺分析2.7.1染菌控制染菌控制生产中的大敌, 产生染菌的因素很多, 且带有随机性。通过长期观察研究, 发现设备渗漏是主要原因, 空气质量不过关, 过滤器消不透

44、也影响不小,为此, 我们严格操作规程, 染菌已基本杜绝。1、摇瓶试验结果显示, 菌种性能质量直接决定抗生素生产水平高低, 适时对菌种筛选夏壮考核其生产能力非常必要。2、合理的培养基成份才能充分发挥产生菌生物合成抗生素的能力。3、控制发酵溶氧条件克服染菌是发酵条件的关键。2.7.2溶氧浓度的变化与控制发酵过程中后期, 菌丝浓度增大, 发酵液粘度增加, 此时提高溶氧水平非常重要, 我们采用稀配方即增加补水工艺, 控制最佳装料系数0.8, 效果较好,。详见下表： 表2.6 溶氧浓度的变化与控制高单位（30批次平均值）低单位（20批次平均值）验证结果（连续50批次平均值）放罐单位1450u/ml110

45、0u/ml1480u/ml放罐总亿200亿165亿205亿放罐体积13.8吨15.1吨13.85吨装料系数79.2%85%79.8%第三章 工艺计算3.1 发酵罐台数和公称体积的计算3.1.1 根据年产量计算每日发酵液体积Vd 式（3.1） 其中： Vd 每日发酵液体积 m3/d M 设计年产量 t/a Ud 产品浓度 u/mg Uf 年平均发酵水平 mg/ml m 年工作日 d/a 提纯收率 % 由设计指标得： M=60 t/a Ud=600 u/mg Uf=1500 mg/ml m=330 d/a =75% 因此： 3.1.2 根据每日发酵液的体积（Vd），计算发酵罐的公称体积V0 式（3

46、.2） 式中： nd 每天放罐数 罐/天 wi 发酵罐装料系数 % 由生产情况和设计要求，本设计全部取每天放一罐，以避免不必要贮罐。 取 nd=1 罐/天 wi=75% 则： =130 根据国内发酵罐系列取150的发酵罐，即V0=150。3.1.3 庆大霉素的发酵周期庆大霉素的发酵周期T为144小时，辅助时间为48小时，总计8天。发酵工段所需的发酵罐台数为N。 由： 式（3.3） N 发酵罐台数 n 发酵周期 Vd 每日发酵液体积 发酵液的装料系数 V总 每个发酵罐的总体积得： 台3.2 种子罐的台数与公称体积的计算 取发酵罐和种子罐的接种比为15%，液体损失率为15%。由公式： 则： 中罐公

47、称体积= 发酵时间为24h，辅助时间24h，合计2天 中罐的台数 =2台同理： 小罐公称体积= 发酵周期为32小时，16小时辅助时间，合计两天。 小罐的台数 =2台3.3 物料衡算3.3.1 大罐物料衡算逃液及蒸发损失与取样总计为总料液的15%。即： V损=96.9715%=14.5m3 V补料=VNH3+V油+VNaOH+V全料+V稀料 =96.97（0.008+0.004+0.002）+96.97=51.78m3（注意：以上补氨、油、氢氧化钠的比例均为经验值，根据经验数据，放罐体积为40m3时，需要V全料=13m3，V稀料=7m3）所以： V消毒后=14.5+96.9714.551.78

48、=43.6m3一般情况下消毒过程中液量要增加 10% 20%，这里取15%则： V培养=39.3m33.3.2 中罐物料衡算 V放=V发15%=96.9715%=14.5m3 V选=V放15%=14.515%=2.18m3 V种=V放15%=14.515%=2.18m3 V消毒后=V放+V选+V种=14.5+2.182.18=14.5m3 一般情况下消毒过程中液量要增加 10% 20%，这里取10%则： V培养=12.65m33.3.3 小衡罐物料算 V放=V发15%=14.515%=2.18m3 V选=V放15%=2.1815%=0.327m3 V种=V放15%=2.1815%=0.327m

49、3 V消毒后=V放+V选+V种=2.18+0.3270.327=2.18m3 一般情况下消毒过程中液量要增加 10% 20%，这里取10%则： V培养=1.90m33.3.4 物料衡算表 表 3.1 培养基物料配比表培养基1.85m3培养基12.3m3培养基36.9m3全料29.2稀料15.7组成配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）葡萄糖0.50.50.5黄豆饼粉3.52.53.53.52.5淀粉2.52.56.06.53.0氯化钠0.40.360.4氯化钴0.0010.001硝酸钠0.10.10.1酵母粉0.10.1碳酸钙0.60.40.40.40.4蛋白胨2.01.5FeSO

50、40.0075KH2PO30.005淀粉酶0.1%淀粉0.1%淀粉0.1%淀粉消泡油42.670.41 （1） 葡萄糖 由罐中葡萄糖在培养基中的配比来计算葡萄糖的消耗量。 则：每天葡萄糖的消耗量M： M=（1.900.5%+12.650.5%+39.300.5%）1050 =282.71Kg 每年葡萄糖的消耗量M总： M总=330M=330282.71=93295.125Kg 消耗定额是指单位质量产品中消耗量。 （2） 黄豆饼粉 由罐中黄豆饼粉在培养基中的配比来计算黄豆饼粉的消耗量。 则：每天黄豆饼粉的消耗量M： M=（1.903.5%+12.653.5%+39.303.5%+ 31.5153

51、.5%+16.972.5%）1050 =3582.63Kg 每年黄豆饼粉的消耗量M总： M总=330M=3303582.63=118226.663Kg 消耗定额是指单位质量产品中消耗量。 （3）淀粉 由各罐中淀粉在培养基中的配比来计算淀粉的消耗量。 则：每天淀粉的消耗量M：M=（1.92.5%+12.652.5%+39.36.0%+ 31.515 6.5%+16.973.0%）1050 =5543.3Kg 每年淀粉的消耗量M总： M总=330M=3305543.3=1829289Kg 消耗定额是指单位质量产品中消耗量。 （4）氯化钠 氯化钠在培养基中的配比来计算氯化钠的消耗量。 则：每天氯化钠的消耗量 M： M=（1.90.4%+12.650.36%+16.970.4%）1050 =120.071Kg 每年氯化钠的消耗量 M总： M总=330M=330120.071=41933.43Kg 消耗定额是指单位质量产品中消耗量。 （5）氯化钴 由各罐中氯化钴在培养基中的配比来计算氯化钴的消耗量。 则：每天氯化钴的消耗量M： M=（39.30.001%+31.5150.001%）1050 =0.74Kg 每年氯化钴的消耗量M总： M总=330M=3300.74=2