畢業(yè)設計發(fā)酵法制備鏈霉素的工廠設計

1、皖西學院生物與制藥工程學院（制藥設備與工程設計）課程設計皖西學院生物與制藥工程學院制藥設備與工程設計課程設計任務書設計題目發(fā)酵法制備鏈霉素的工廠設計指導教師專業(yè)班級學 生設計的目的和要求設計任務設計工作計 劃 與進度安排1、產(chǎn)量及生產(chǎn)時間：年產(chǎn)鏈霉素干粉50 噸，年開工300 天，每天 24 小時。2、原料及工藝要求：原料菌種自選，產(chǎn)品質(zhì)量符合鏈霉素相關標準，產(chǎn)品包裝為 100 克 / 瓶。3、其它數(shù)據(jù)：查閱相關資料。1、工藝流程的設計、說明及物料衡算。2、繪出帶控制點的工藝流程圖、廠區(qū)平面布置圖、主體車間平面圖、主體車間立面圖、主體設備（分離）剖面圖、輔助設備圖。1、星期一：收集查閱相關文獻

2、資料2、星期二：初步確定工藝方案3、星期三：物料衡算、主要設備選型4、星期四：最終確定工藝方案，撰寫設計說明書5、星期五：繪制相應圖紙參考文獻：1 朱宏吉，張明賢 . 制藥設備與工程設計，化學工業(yè)出版社，2004.2 宮錫坤 . 生物制藥設備 . 中國醫(yī)藥科技出版社， 20053 李津 . 生物制藥設備和分離純化技術 . 化學工業(yè)出版社， 2003.主要參考4元英進 . 制藥工藝學化學工業(yè)出版社，2007.5 李淑芬，姜中義 . 高等制藥分離工程 . 化學工業(yè)出版社， 2004.6 王國勝 . 化工原理課程設計 . 大連理工大學出版社， 2005.7 婁愛娟 . 化工設計 . 華東化工學院出版

3、社， 2002.8 楊樹才 . 化工制圖 . 化學工業(yè)出版社， 2005.文獻資料1 2 3 4 5 6 課程設計說明書目錄第一章設計資料（宋體，小三號）一、產(chǎn)品設計簡介（宋體，四號）第3頁二、設計參數(shù)和質(zhì)量標準第4頁第二章工藝設計與說明一、工藝流程圖第5頁二、工藝說明第5頁第三章物料衡算與設備選型一、物料衡算第7頁二、主要設備選型第9頁第四章設計總結第11頁附錄：1.設備一覽表第 12頁2.參考文獻第 13頁第一章設計資料一產(chǎn)品設計簡介1. 籌建概況發(fā)酵廠廠區(qū)周圍大氣中的含塵量應在一定范圍以下。發(fā)酵工廠建在一級或二級區(qū)域中，周圍沒有散發(fā)大量有害氣體的化工廠和產(chǎn)生大量灰塵的煉鋼廠、煉焦廠、 熱

4、電廠等。并且與鐵路及公路主要干線保持適當距離。發(fā)酵工廠是耗能大戶，并要求是二類負荷用電戶。該廠選址時注意到廠區(qū)用電能得到充分保證，并有充足水源。六安用水主要來自于淠河，可將廠建于淠河中上游處，便于生產(chǎn)用水的供應。我國規(guī)定在地震 6 度烈度或以下時在建設時不設防，六安屬于此類地區(qū)，所以不考慮抗震設防。2. 產(chǎn)品方案與建設規(guī)模2.1 產(chǎn)品名稱 ：鏈霉素2.2生產(chǎn)規(guī)模 ：年產(chǎn)50 噸2.3產(chǎn)品主要物性：鏈霉素為白色或類白色粉末，無臭或微臭。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于甲醇、氯仿和丙酮?？咕秶容^廣。對革蘭陰性細菌、結核桿菌和某些革蘭陽性細菌都有抑制作用。主要用于結核桿菌感染，也可用于布氏桿菌病、鼠

5、疫等。用于肌肉注射的，除硫酸鹽外，還有鹽酸鹽、磷酸鹽等。 本品能被植物植株吸收，對革蘭氏陰性菌和陽性菌殺傷力強，預防效果明顯，低溫時持效期一般為7 天左右，晴天3 4 天。本品適用于防治蔬菜軟腐病，柑桔潰瘍病，煙草野火病，黃瓜霜霉病、角斑病，辣椒炭疽病，番茄瘡痂病，桃葉細菌性穿孔病，水稻拜葉枯病及其他植物細菌性病害。使用方法：1 、可噴霧（每袋加水50 100kg）、灌根或浸種；2 、用于預防，每袋加水50kg（相當于200r ），根據(jù)病害程度每畝用2 3袋；施藥時間最好在上午 10 點前、下午3 點后，噴藥 8小時內(nèi)遇雨應補噴。使用間隔期為7 10 天。本品對柑桔潰瘍病、瘡痂病、花葉病均有防

6、治效果，可與抗生素農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥混用。2.4生產(chǎn)方法 ：本品生產(chǎn)主要采用發(fā)酵法。生產(chǎn)過程分為兩大步驟：菌種發(fā)酵，將冷干管或沙土管保存的鏈霉菌孢子接種到斜面培養(yǎng)基上，于27下培養(yǎng)7 天。待斜面長滿孢子后, 制成懸浮液接入裝有培養(yǎng)基的搖瓶中，于27 下培養(yǎng) 45 48小時待菌絲生長旺盛后，取若干個搖瓶，合并其中的培養(yǎng)液將其接種于種子罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣攪拌，在罐溫 27下培養(yǎng) 62 63 小時，然后接入發(fā)酵罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣，攪拌培養(yǎng)，在罐溫為27 下，發(fā)酵約7 8 天。提取精制，發(fā)酵液經(jīng)酸化、過濾，除去菌絲及固體物，然后中和，通過弱酸型陽離子交換樹脂進行離子交換，

7、再用稀硫酸洗脫 , 收集高濃度洗脫液鏈霉素硫酸鹽溶液。洗脫液再經(jīng)磺酸型離子交換樹脂脫鹽，此時溶液呈酸性，用陰離子樹脂中和后，再經(jīng)活性炭脫色得到精制液。精制液經(jīng)薄膜濃縮成濃縮液，再經(jīng)噴霧干燥得到無菌粉狀產(chǎn)品，或者將濃縮液直接做成水針劑。2.5 生產(chǎn)工藝（1）為了保證工藝生產(chǎn)要求，在設計中盡量保證布置得流水性，將儲槽及重型設備安排在底層。發(fā)酵罐操作面布置在三樓, 穿過二樓至一樓設置底座裙座；中罐、補全料罐、補稀料罐操作面在三樓，穿過三樓樓板，底座在二樓樓板為裙座；小罐在三樓用耳式支架固定；氨水儲罐、消沫油罐、氫氧化鈉儲罐安裝在三樓。為了便于操作，第三層樓面為統(tǒng)一操作面，并在三樓安排控制室，分析室。

8、二樓安排種子組，分析室，儀器室；一樓安排配電間、倉庫、機修間，辦公室及更衣室衛(wèi)生間。（2）發(fā)酵罐中心間距6.6m，已留有管道布置及情況檢修操作余地，設備與墻距大于1cm.（ 3）設備基本呈對稱分布。2.6 包裝方法本產(chǎn)品為粉劑。用瓶裝標準為100 克/ 瓶。二設計參數(shù)和質(zhì)量標準1. 設計參數(shù)小罐：轉(zhuǎn)速60-300rnp通氣量 2m3/min 罐壓 0.03Mpa 攪拌功率 5.5kw中罐：轉(zhuǎn)速60-240rnp接種量 15% 通氣量 1.15VVM 罐壓 0.03Mpa 攪拌功率 22kw大罐： 轉(zhuǎn)速 60-130rnp接種量 15% 通氣量 0.75VVM 罐壓 0.04Mpa 攪拌功率 1

9、15kw2質(zhì)量標準：酸度取本品，加水制成每1ml 中含 20 萬單位的溶液，依法測定pH 值應為 4.5 7.0溶液的澄清度與顏色取本品 5 份，分別加水5ml ，溶解后 ,溶液應澄清無色；如顯渾濁，與 2 號濁度標準液比較，均不得更濃；如顯色，與各色5 號標準比色液比較，均不得更深。干燥失重6.0 取本品，以五氧化二磷為干燥劑，在60減壓干燥4 小時，減失重量不得過異常毒性取本品，加氯化鈉注射液制成每1ml 中含 2600 單位的溶液，依法檢查按靜脈注射法給藥，觀察24 小時，應符合規(guī)定。熱原取本品，加滅菌注射用水制成每1ml 中含 2 萬單位的溶液，依法檢查劑量按家兔體重每1kg 注射 0

10、.5ml ，應符合規(guī)定。降壓物質(zhì)取本品，依法檢查（附錄G），劑量按貓體重每1kg 注射 3000 單位，應符合規(guī)定。無菌取本品，分別加入100ml0.9 無菌氯化鈉溶液中，使溶解，用薄膜過濾法處理后，依法檢查應符合規(guī)定。另取裝量10ml 的 0.5 葡萄糖肉湯培養(yǎng)基6 管，分別加入每1ml 中含 2 萬單位的溶液0.25 0.5ml， 3 管在 30 35培養(yǎng)，另3 管在 20 25培養(yǎng)，應符合規(guī)定。3.含量測定：精密稱取本品適量，加滅菌水制成每1ml 中約含 1000抗生素微生物檢定法測定。1000 鏈霉素單位相當于1mg 的第二章工藝設計與說明一工藝流程圖單位的溶液 ,照C21H39N7O

11、12液氮保藏 (-196 )斜面培養(yǎng)斜面培養(yǎng)恒溫恒濕原斜面孢子恒溫恒濕沙土管保藏 (2-4 )35-36， 7 天34-35，6 天搖瓶培養(yǎng)斜面孢子 ( 代 1)33-34 ， 39.5hr小罐種子培養(yǎng)轉(zhuǎn)速 250rpm搖瓶種子36 0.5， 24-30h裝量 80ml/750ml轉(zhuǎn)速 60-300rpm ，攪拌功率 5.5kw接種量一塊斜面 /瓶通氣量 2m3 /min, 罐壓 0.03Mpa小罐種子中罐種子培養(yǎng)36 0.5， 25hr中罐種子大罐發(fā)酵360.5， 136hr大罐發(fā)酵液轉(zhuǎn)速 60-240rpm接種量 15%通氣量 1.5VVM罐壓 0.03Mpa攪拌功率 22kw轉(zhuǎn)速 60-

12、130rpm接種量 15%通氣量 0.75VVM罐壓 0.04Mpa攪拌功率 115kw提煉車間注：本設計所采用的工藝路線為先從沙土管中取出孢子接種到原斜面上（或從液氮保存的孢子接種到原斜面上） ， 7 天后接合格種子到代 1 斜面上， 6 天后接白色豐滿的菌落到搖瓶中， 29.5hr 后接 6-8 瓶搖瓶種子到小罐中，并經(jīng)中罐種子擴大培養(yǎng)后接到發(fā)酵罐中，接種方法為單種，放罐后至后處理車間。二工藝說明1. 工藝特點：本工藝工程為三級發(fā)酵，小罐 - 中罐 - 大罐。中罐、小罐培養(yǎng)時間短，培養(yǎng)基一次投入，中間不補料，大罐考慮到各種由于底物濃度過高引起的底物抑制情況以及產(chǎn)物合成期對營養(yǎng)成分的需求，采

13、用中間補料。主要補全料、補稀料、補氨水、通過氫氧化鈉調(diào)節(jié) pH，手動加消沫油，在種子階段，對無菌要求較高。2. 補料情況：補全料：一個發(fā)酵周期約補3 次。每噸發(fā)酵液約補370L 全料。從發(fā)酵20 小時開始補全料，至 30 小時時結束。根據(jù)發(fā)酵液還原糖含量水平控制具體補全料體積及時間。補稀料：一個發(fā)酵周期補2 次左右。每噸發(fā)酵液約補200L 稀料。自發(fā)酵40 小時后開始補稀料，根據(jù)發(fā)酵液還原糖含量水平控制，保持還原糖濃度大于等于2.6g/100ml.補氨水：自發(fā)酵 33 小時開始補氨水， 每 4 小時補一次， 每次 10-15L ，使發(fā)酵液中氨氮濃度不低于45mg/100ml 。補油：手動加入。

14、補氫氧化鈉：調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH，與 pH環(huán)控，保持發(fā)酵液pH 在 6.8-7.2之間。3. 中間取樣分析：小罐：培養(yǎng)4 小時后取樣分析，測PH、氨氮、效價、菌絲濃度等。中罐：培養(yǎng)4 小時后取樣分析，測PH、氨氮、效價、菌絲濃度等。大罐：培養(yǎng) 14 小時后開始取樣分析，每 4 小時取樣測 pH 、氨氮，每 8 小時取一次樣，分析全糖、氨氮、 PH、還原糖、效價等。 培養(yǎng) 20 小時后取樣加無菌肉湯， 4 小時后取無菌斜面，37恒溫培養(yǎng)，放罐前涂片鏡檢。4. 異常發(fā)酵處理：（ 1）中罐、小罐染菌一般采取放罐措施。（ 2）大罐染菌，若在接種后不久即在發(fā)酵前期，可將培養(yǎng)基返回連消系統(tǒng)重新消毒；若在中后期，

15、對發(fā)酵影響較大的，倒罐，影響較小的，可采用降溫，一般降至32培養(yǎng)，并將別的大罐發(fā)酵液倒一部分進去，加強生長菌的優(yōu)勢抑制雜菌的生長；另外，對染菌罐補料可減少補料量 ，至雜菌得到抑制后再加大補料量。若在發(fā)酵后其染菌，可考慮提前放罐，若染菌罐含大量雜菌，過濾速度緩慢，則放罐前加熱至45， 15min ，然后再提煉。第三章物料衡算與設備選型一物料衡算1. 公稱體積與臺數(shù)計算大罐由年產(chǎn)量決定每天放罐體積Vd1000U q1000 * 50 * 600）57.38m3/ dm U f(1染 )（300 * 1400 * 0.7 * 10.03（ G為年產(chǎn)量 / 噸，p 為成品單位 u/mg， m 為年工作

16、日，m 為發(fā)酵單位 u/ml ，p 為總收率，m 為染菌率）為使提煉工段生產(chǎn)效率均衡，避免不必要的貯罐，設計為每天放一罐，所以nd 1V0 大Vd57.3876.51m 3nd 21* 0.75（ nd 每天放一罐，以平衡提煉工段與發(fā)酵工段生產(chǎn)水平，L 發(fā)酵罐裝料系數(shù)）取輔助時間 32h（輔助時間包括進料時間、滅菌操作時間、移種時間、放罐壓料時間、清洗與檢修發(fā)酵罐時間） ，這樣設備周轉(zhuǎn)更好，也可以處理染菌及其他突發(fā)情況，則有：T發(fā)T輔1363224247天7 臺大發(fā)酵罐發(fā)酵周期為所以需要二級種子罐計量體積*接種比 （損失比）V0中* 157.38 * 0.15* (10.15)14.14 m3

17、種子罐裝料系數(shù)0.7其中取損失比為15%（下同）56404天40h，得其周期為24取輔助時間為n發(fā)酵罐臺數(shù) * 種子周期7* 44臺發(fā)酵罐周期7采用單種法一級種子罐V0小計量體積*接種比 （損失比）（）2.28m* 157.38 * 0.15* 0.15 * 10.153種子罐裝料系數(shù)0.6564324天7 * 44臺24n取輔助時間 32hr則其周期為72. 物料衡算2.1 大罐物料衡算出料量V放57.38m3 V損0.15V放8.607m3進料量V種接種比 * V 0.15* 57.388.607m 3補料量 進料 =基礎培養(yǎng)基量（消后）+種子液量 +補料量 1出料 =成品液量（發(fā)酵液量）

18、+逃液與蒸發(fā)損失量 1氨水： 8* 10 3 * 57.38 0.4590 m3消沫油：4 * 10 3 * 57.38 0.2295m 3NaOH： 2* 10 3 * 57.380.1148m3全料： 370 * 10 3* 57.3821.23m3稀料： 200 * 10 3 * 57.3811.476m 3所以，總補料量：0.4590.22950.114821.2311.47633.51m3種子流量V放 * 15% 8.067m3V消后 V放V補V接V損 57.38 33.518.0678.06723.87m32.2 中罐物料衡算出料量V放中接種比 * V放大0.15* 57.388.

19、607m3V損 0.15* V 放中0.15* 8.607 1.291m3進料量V接接種比 * V放中0.15* 8.607 1.291m3V消后V放中 V損V接8.067 1.2911.291 8.607m32.3 小罐物料衡算出料量： V放接種比 * V放中0.15* 8.6071.291m3進料量：V接0m3V消后V放V損 V接1.291 0.19365 0 1.485m33. 計算結果匯總：大罐每天每罐放罐體積57.38 m3，公稱容積33一級種子罐共4 臺，公稱容積2.28 m ；76.51 m3，發(fā)酵時間136hr，共7 臺；水計量匯總： 5 4543水量 =724.9t/hr（水

20、溫 20 23， t= 3， 0.3MPa）443低溫循環(huán)水 ：大罐 =5.31 10 kg/hr，中罐 =1.09 10 kg/hr，小罐 =1.6 10 kg/hr ，總水量 =541.1t/hr （水溫 9 14， t= 5， 0.3MPa，夏季使用）自來水 ：自來水主要用于洗滌與配料，總量3238m用電情況匯總：用電主要包括電機攪拌以及其他用電；各罐電機攪拌總功率=1160 計用電功率=1457.5附：以每天有 6 個大罐、 4 個中罐、 4 個小罐同時工作且各一個罐用作培養(yǎng)基冷卻計算總量，高峰用量以大罐計二主要設備選型1. 大罐設備選型：（ 1）03600mm，視鏡 Dg=125mm

21、，支座采選型： D=3500mm， H=8700mm， V =76.51m，人孔取用裙座。（ 2） 筒體壁厚 16mm，封頭壁厚 18mm。（ 3） 冷卻水進水總管直徑：取 d總 125mm,取 133 3mmDN100 108*3的外盤管盤27 圈分為 3 組， DN6576*3的內(nèi)排管16 根分 4 組，總換熱面積為49.57m 2，壁距 0.15m 。外盤總管為DN100 108*3 ，內(nèi)排總管為DN65 76*2.5 ，匯總管為DN250 273*3.5（ 4） 采用三層攪拌，中間軸承兩個，下層采用六彎葉圓盤渦輪式，上兩層采用四寬葉旋槳式，每層間距 2.6m；攪拌槳直徑 1.3m。（

22、5） 電機功率 132kw，電機為 Y355L1-10 ，減速機為 K157-Y132。2. 中罐設備選型：（ 1）03500mm，視鏡 Dg=125mm，支座采選型： D=2000mm， H=4500mm， V =14.14m，人孔取用裙座。（ 2） 筒體壁厚 4mm，封頭壁厚 6mm。（ 3） DN100 108*3 的外盤管盤兩圈， DN65 76*2.5 的內(nèi)排管，冷卻水進水總管直徑：取DN5057*2.5 外盤總管 DN65 76*2.5 ，內(nèi)排總管 DN25 32*2.5 。匯總管取 DN80 89*3 ，管間距等同上。（ 4） 采用兩層六彎葉攪拌，下攪拌槳直徑0.75m。（ 5）

23、 電機功率 55kw，減速機 LC200-14 ，電機 Y250-M43. 小罐設備選型與計算匯總：（ 1）03Dg250mm，視鏡 Dg=800mm，支座采選型： D=1000mm， H=2400mm， V =2.28m，手孔取用耳式支座。（ 2） 筒體壁厚 10mm，封頭壁厚 12mm。（ 3） 冷卻水流量 820kg/hr, 冷卻水管為 DN15 20*2（ 4）采用兩層攪拌，均采用六彎葉渦輪式，攪拌槳直徑0.375m。（ 5） 不通氣攪拌功率 =2.76kw 。（ 6） 減速機為 LC100-11 ，電動機為 Y112M-4，額定功率 4kw4. 補料罐各項參數(shù)匯總：（ 1）補氨水罐：

24、取 0.8m3 。經(jīng)過計算可取筒體直徑為800mm，筒體高度為 1600mm。進出料管徑 DN32 38*2.5，分別安裝 100L 計量罐。（2）補氫氧化鈉罐：取0.20 m3 。經(jīng)過計算可取筒體直徑為 ,500mm，筒體高度為 1000mm。進出料管徑 DN25 32*2.5 ，分別安裝分配站。（3）補消沫油罐：取 0.4m3 。經(jīng)過計算可取筒體直徑為600mm，筒體高度為 1200mm。進出料管徑 DN25 32*2.5，分別安裝分配站。（4）全料罐：取36 m3通用式儲罐。經(jīng)過計算可取筒體直徑為2800mm，筒體高度為 5600mm。進出料管徑DN32 38*2.5，分別安裝分配站。（

25、5）稀料罐：取17 m3通用式儲罐。經(jīng)過計算可取筒體直徑為2200mm，筒體高度為 4400mm。進出料管徑DN32 38*2.5，分別安裝分配站。第四章設計總結通過這次課程設計， 我學到了許多書本上學不到或沒有的知識。 認識到理論知識的重要性，只有擁有扎實的理論基礎才能更好的做到與實際相結合。當然通過完成本次面向分離工程設計的任務，使我掌握了一些知識點在實際生產(chǎn)中的應用。在完成此次任務的過程中，我認識到團隊精神的重要性。這也符合當今社會的發(fā)展的要求。只有合作才能更好更快的完成任務。這也提醒我們再現(xiàn)階段必須要加強培養(yǎng)自己的動手能力和合作精神以及獨立思考問題和解決問題的能力，以便在使自己更具競爭

26、力。當然，我們的設計還存在很多不足之處，比如：對于工業(yè)廢水的處理，原料及資源的充分利用和循環(huán)使用等諸多問題都亟待我們?nèi)ネ晟啤Ｎ覀兿嘈?，?jīng)過實踐的檢驗以及不斷的積累與總結，我們的設計將會更加完美。最后，我要感謝本次課程設計輔導老師對我們的指導和幫助，對我們?nèi)蝿盏耐瓿善鹬匾淖饔?。附：設備一覽表5M102A-蒸汽過濾器GS-Z-050.5-3 m3 /minD6M103A-精過濾器GB-NB-00.5 m3/minD57M104A-汽水過濾器D8M105A-預過濾器GS-B2-22 m3/minD9M106A-蒸汽過濾器GS-Z-050.5-3 m3 /minD10M107A-精過濾器GB-NB

27、-22 m3/minD11M108A-汽水過濾器D12M109A-預過濾器GS-B2-103G10 m /min13M110A-蒸汽過濾器GS-Z-050.5-3 m3 /minG不銹鋼27.540.150.6不銹鋼8.7540.150.6不銹鋼340.120.48不銹鋼1240.251不銹鋼27.540.150.6不銹鋼3540.251不銹鋼340.120.48不銹鋼6070.53.5不銹鋼27.570.151.0514M111A-精過濾器GB-NB-110 m 3/min不銹鋼17570.785.46G015M112A-精過濾器GB-NB-33不銹鋼52572.517.5D030 m /min16M113A-蒸汽過濾器GS-Z-050.5 m3/min不銹鋼27.520.150.6D17M119A-預過濾器GS-B2-103不銹鋼6020.450.9D10 m /mi