年產(chǎn)200噸硫酸鏈霉素工業(yè)鹽發(fā)酵車間的工藝課程設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)200噸硫酸鏈霉素工業(yè)鹽發(fā)酵車間的工藝課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)200噸硫酸鏈霉素工業(yè)鹽發(fā)酵車間的工藝設(shè)計(jì)課程名稱:發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論學(xué)院:化學(xué)與制藥工程學(xué)院班 級(jí):制藥10級(jí)1班 學(xué) 號(hào): 姓 名: 代聯(lián)伶 二零一三年九月目 錄1前言.22設(shè)計(jì)任務(wù)書2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù).32.2參考數(shù)據(jù).42.3設(shè)計(jì)內(nèi)容.42.4設(shè)計(jì)要求.43全廠工藝論證3.1硫酸鏈霉素生產(chǎn)工藝43.1.1硫酸鏈霉素生產(chǎn)工藝概述.43.1.2篩選生產(chǎn)菌種.53.1.3無(wú)菌空氣的制備.53.2發(fā)酵工藝.53.2.1斜面孢子培養(yǎng).53.2.2搖瓶種子培養(yǎng).53.2.3種子罐擴(kuò)大培養(yǎng).53.2.4發(fā)酵罐培養(yǎng).53.3溶氧的影響

2、及控制.63.4溫度.63.5 PH值.63.6泡沫與消沫.63.7提取工藝.74工藝計(jì)算4.1物料衡算.94.2熱量衡算.104.3耗水量的計(jì)算.115發(fā)酵車間設(shè)備的選型計(jì)算5.1發(fā)酵罐的選型.135.2生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定.135.2.1發(fā)酵罐容積的確定.135.2.2生產(chǎn)能力的計(jì)算.135.2.3發(fā)酵罐個(gè)數(shù).135.2.4主要尺寸的計(jì)算.135.2.5攪拌器的設(shè)計(jì).135.2.6攪拌軸功率的計(jì)算.145.3設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì).165.3.1空氣分布器.165.3.2擋板.166冷卻管的布置6.1冷卻面積的計(jì)算.166.1.1冷卻管組數(shù)和管徑.176.1.2冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算.186

3、.1.3每組管長(zhǎng)L0和管組高度186.1.4每組管子圈數(shù).187、PH測(cè)定198、消泡199、觀察窗口.1910、液面高度顯示管安裝.1911、封頭連接方式.1912、密封方式.1913、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述.1914、參考文獻(xiàn).201、前言 硫酸鏈霉素的主要成分是鏈霉素,鏈霉素(streptomycin)是一種氨基葡萄糖型抗生素,分子式C21H39N7O12。于1943年由美國(guó) S.A.瓦克斯曼從鏈霉菌中析離得到,是繼青霉素后第二個(gè)生產(chǎn)并用于臨床的抗生素。它的抗結(jié)核桿菌的特效作用,開創(chuàng)了結(jié)核病治療的新紀(jì)元。 硫酸鏈霉素化學(xué)結(jié)構(gòu)式 鏈霉素是一種從灰鏈霉菌的培養(yǎng)液中提取的抗菌素。屬于氨基糖甙堿性化合物

4、,它與結(jié)核桿菌菌體核糖核酸蛋白體蛋白質(zhì)結(jié)合,起到了干擾結(jié)核桿菌蛋白質(zhì)合成的作用,從而殺滅或者抑制結(jié)核桿菌生長(zhǎng)的作用。鏈霉素屬窄譜抗生素,主要對(duì)革蘭氏陰性桿菌如大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、肺炎桿菌、痢疾桿菌、變形桿菌、布魯氏菌、鼠疫桿菌等有抗菌作用。特別對(duì)結(jié)核桿菌作用較強(qiáng),在低濃度時(shí)有抑菌作用,在高濃度時(shí)有殺菌作用。但對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌不如青霉素,對(duì)真菌、立克次氏體、病毒等無(wú)效。 由于硫酸鏈霉素肌肉注射的疼痛反應(yīng)比較小,適宜臨床使用,只要應(yīng)用對(duì)象選擇得當(dāng),劑量又比較合適,大部分病人可以長(zhǎng)期注射(一般2個(gè)月左右)。所以,應(yīng)用數(shù)十年來(lái)它仍是抗結(jié)核治療中的主要用藥。 其生產(chǎn)過(guò)程分為兩大步驟:菌種發(fā)酵,將冷干

5、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(zhǎng)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)4548小時(shí)待菌絲生長(zhǎng)旺盛后,取若干個(gè)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(wú)菌空氣攪拌,在罐溫27下培養(yǎng)6263小時(shí),然后接入發(fā)酵罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中,通入無(wú)菌空氣,攪拌培養(yǎng),在罐溫為27下,發(fā)酵約78天。提取精制,發(fā)酵液經(jīng)酸化、過(guò)濾,除去菌絲及固體物,然后中和,通過(guò)弱酸型陽(yáng)離子交換樹脂進(jìn)行離子交換,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(shí)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

6、。精制液經(jīng)薄膜濃縮成濃縮液,再經(jīng)噴霧干燥得到無(wú)菌粉狀產(chǎn)品,或者將濃縮液直接做成水針劑。12、設(shè)計(jì)任務(wù)書2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模:200噸/年產(chǎn)品規(guī)格:成品效價(jià)為800單位/mg生產(chǎn)天數(shù):300天/年接種量:15%倒罐率:1%發(fā)酵周期:8天每天放罐:3罐發(fā)酵裝料系數(shù):70%發(fā)酵液收率:95%提煉總收率:75%平均發(fā)酵水平:22000單位/ml種子培養(yǎng)基配比g/L:牛肉膏 6%,葡萄糖 4%,KH2PO4 1%,MgSO4 1%生產(chǎn)培養(yǎng)基配比g/L:葡萄糖4%,黃豆餅粉0.8%,玉米漿1.5%,(NH4)2SO4 0.5%,豆油0.2%,KH2PO4 0.01%,CaCO3 0.04%2.2參考數(shù)據(jù)

7、罐體的高徑比H/D:13攪拌槳直徑與罐體直徑之比Di/D: 1/31/2擋板寬度與罐體直徑之比Wb/D :1/81/12(4塊擋板)最下層攪拌槳高度與罐體直徑之比:0.81.0相鄰兩層攪拌槳距離與攪拌槳直徑之比:12.5發(fā)酵條件:轉(zhuǎn)數(shù)350r/min ,溫度28,pH7.2(400L發(fā)酵罐)冷卻水進(jìn)出口溫度分別為25、30黏度:38cP培養(yǎng)基比熱容: C.037×4.18X+4.181-X【X:固形物的質(zhì)量百分比】2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)以上設(shè)計(jì)任務(wù),查閱有關(guān)資料、文獻(xiàn),搜集必要的技術(shù)資料,工藝參數(shù)與數(shù)據(jù),進(jìn)行生產(chǎn)方法的選擇,工藝流程與工藝條件的確定與論證。工藝計(jì)算:全廠的物料衡算;發(fā)酵車

8、間的熱量衡算(即蒸汽耗量的計(jì)算);水用量的計(jì)算;發(fā)酵車間耗冷量計(jì)算。發(fā)酵車間設(shè)備的選型計(jì)算:包括設(shè)備的容量、數(shù)量、主要的外形尺寸。對(duì)發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)化工計(jì)算與設(shè)計(jì)。2.4 設(shè)計(jì)要求根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容,書寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書完成圖紙(1號(hào)圖紙):帶控制點(diǎn)工藝流程圖(初步設(shè)計(jì)階段),發(fā)酵設(shè)備總裝圖(剖面和俯視圖)或車間平面布置圖。3、全廠工藝論證13.1硫酸鏈霉素生產(chǎn)工藝3.1.1硫酸鏈霉素生產(chǎn)工藝概述硫酸鏈霉素的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可分為以下4個(gè)工藝階段:篩選生產(chǎn)菌種無(wú)菌空氣的制備和發(fā)酵工藝鏈霉素的提取硫酸鏈霉素的加工制備由這四個(gè)工藝階段硫酸鏈霉素生產(chǎn)廠家一般將其生產(chǎn)分為以下四個(gè)生產(chǎn)車間:生產(chǎn)菌種篩選和準(zhǔn)備車間發(fā)

9、酵車間提取車間精制車間 除以上四個(gè)車間外,為保障生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)培養(yǎng)基和無(wú)菌水等的需要,還設(shè)置了其它部門。3.1.2篩選生產(chǎn)菌種 出發(fā)菌株多采用灰色鏈霉菌。灰色鏈霉菌的孢子梗直而短,不呈螺旋形,孢子數(shù)量很多,孢子乃斷裂而成,呈橢圓形,氣生菌絲和孢子均呈白色,單菌落生長(zhǎng)豐滿,呈梅花型或饅頭型,直徑為 34mm,基質(zhì)菌絲透明,在斜面背后產(chǎn)生淡色色素。3.1.3無(wú)菌空氣的制備 在抗生素的工業(yè)發(fā)酵中,生產(chǎn)菌大多是好癢菌,要求連續(xù)通入大量無(wú)菌空氣,故無(wú)菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是至關(guān)重要的。目前工業(yè)發(fā)酵企業(yè)一般采用二級(jí)過(guò)濾除菌:總過(guò)濾器粗過(guò)濾除菌和進(jìn)罐前分過(guò)濾器過(guò)濾除菌。這樣可很大程度上降低雜菌污染情況。3.2發(fā)酵工

10、藝 鏈霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝與其它抗生素相似,采用沉沒(méi)培養(yǎng)法,在通氣攪拌條件下,菌種在一定組成的培養(yǎng)基內(nèi),經(jīng)過(guò)23級(jí)的種子擴(kuò)大培養(yǎng),最后進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。其過(guò)程一般包括:斜面孢子培養(yǎng)、搖瓶種子培養(yǎng)、種子罐培養(yǎng)和發(fā)酵培養(yǎng)等。3.2.1斜面孢子培養(yǎng) 將砂土管(或冷凍管)菌種接種到斜面培養(yǎng)基,經(jīng)培養(yǎng)后即得原始斜面。原 始斜面質(zhì)量要求一般為:菌落分布均勻,密度適中,顏色潔白,但菌落豐滿。再?gòu)脑夹泵娴呢S滿單菌落接種至斜面上,長(zhǎng)成后即得生產(chǎn)斜面,斜面上的菌落應(yīng)為白色豐滿的梅花形和饅頭形,背面為淡棕色色素,排除各種雜型菌落。經(jīng)兩次傳代,可達(dá)到純化的目的,排出變異的菌株。其質(zhì)量還應(yīng)通過(guò)搖瓶實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行控制。合格的孢子面

11、存在低溫冷庫(kù)(04)內(nèi)備用。3.2.2搖瓶種子培養(yǎng) 生產(chǎn)斜面的菌落接種到搖瓶種子培養(yǎng)中,經(jīng)過(guò)培養(yǎng)基即得搖瓶種子。鏈霉素發(fā)酵經(jīng)常使用搖瓶種子來(lái)接種種子罐。種子質(zhì)量以菌絲階段、發(fā)酵單位、菌絲粘度或濃度、糖氮代謝、種子液色澤和無(wú)菌檢查為指標(biāo)。搖瓶種子可以直接接種子罐,也可以再擴(kuò)大培養(yǎng),用培養(yǎng)所得的子瓶來(lái)接種。搖瓶培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分為黃豆餅粉、葡萄糖、硫酸銨、碳酸鈣等。黃豆餅粉的質(zhì)量和葡萄糖的用量對(duì)種子質(zhì)量都有影響。3.2.3種子罐擴(kuò)大培養(yǎng) 種子罐培養(yǎng)是用來(lái)擴(kuò)大種子量的。種子罐培養(yǎng)可為23級(jí),根據(jù)發(fā)酵罐體大小和接種量來(lái)確定。第一級(jí)種子罐一般采用搖瓶種子接種,23級(jí)種子罐則是逐級(jí)轉(zhuǎn)移,接種量一般都為10%

12、左右。種子質(zhì)量對(duì)后期發(fā)酵的影響甚大,種子必須符合各項(xiàng)質(zhì)量要求(糖氮代謝、菌絲粘度和濃度、菌絲階段、效價(jià)和無(wú)菌要求),方能轉(zhuǎn)罐。因此在培養(yǎng)過(guò)程中,必須嚴(yán)格控制好罐溫、通氣攪拌和泡沫,以保證菌絲生長(zhǎng)良好,得到合乎要求的種子。3.2.4發(fā)酵罐培養(yǎng) 發(fā)酵罐培養(yǎng)是鏈霉素生物合成的最后一步,也是最關(guān)鍵的一步,鏈霉素的發(fā)酵培養(yǎng)基主要由葡萄糖、黃豆餅粉、硫酸銨、玉米漿、磷酸鹽和碳酸鈣等組成。各成分元素的差異都會(huì)影響發(fā)酵生產(chǎn)的進(jìn)行。 1 碳源 鏈霉素產(chǎn)生菌?灰色鏈霉菌可以利用葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、D一甘露醇、麥芽糖、乳糖和淀粉。2 氮源 目前都采用復(fù)合氮源。有機(jī)氮源如黃豆粉等,無(wú)機(jī)氮源如硫酸銨等銨鹽,3

13、磷源 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)除碳、氮源外,磷源亦是很主要的因素之一,由于營(yíng)養(yǎng)物供能及合成菌絲蛋白,整個(gè)代謝過(guò)程很多需有磷酸鹽的參與,同時(shí)物質(zhì)代謝所產(chǎn)生的能量,一部分被利用于高能磷酸化合物主要是ATP的生成。3.3溶氧的影響及控制 鏈霉素產(chǎn)生菌?灰色鏈霉菌是一種高度需氧菌。它在整個(gè)代謝過(guò)程中以葡萄糖作為主要碳源,只有以氧做為最終電子受體時(shí)方能獲得大量能量,來(lái)滿足菌體生長(zhǎng)、繁殖和合成鏈霉素。據(jù)文獻(xiàn)記載19,空氣中氧在培養(yǎng)液中的飽和濃度1 a tm, 25大約只有 0.2 毫克分子O2升/小時(shí),而鏈霉素發(fā)酵液中菌體的攝氧率在 1050 毫克分子O2升/小時(shí)。因此向發(fā)酵液中迅速地補(bǔ)充溶解氧是鏈霉素發(fā)酵中的重要問(wèn)題1

14、1。對(duì)溶氧水平有較大影響的因素主要有:a、菌體代謝是否旺盛。b、培養(yǎng)液的粘度:過(guò)高的粘度會(huì)影響氧的傳遞,即影響氧由氣相溶解于液相之中。c、補(bǔ)料:補(bǔ)糖后糖代謝加快。d、罐壓:在培養(yǎng)前期,一般罐壓每升高或降低 0.lkg/cm2 溶氧濃度就升高或降低 4%左右;在培養(yǎng)中、后期,罐壓每升高或降低 0.lkg/cm2 溶氧濃度就升高或降低 3%左右。但罐壓超過(guò)一定限度對(duì)菌體的生長(zhǎng)、代謝就要產(chǎn)生不良影響。e、空氣流量:體積氧傳遞系數(shù)中,Vs為空氣在罐中的直線速率,它與空氣流量是等效的。應(yīng)盡量增大Vs,但其超過(guò)一定限度后溶氧濃度不再上升,反而會(huì)造成泡沫上升,發(fā)酵中間產(chǎn)物未及被利用即被帶出而造成不良后果,甚

15、至使攪拌器周圍充滿氣泡從而使攪拌失去作用,造成溶氧下降。f、攪拌:不同的攪拌槳形式以及速度,對(duì)溶氧也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。機(jī)械攪拌能損壞菌絲體,對(duì)發(fā)酵液過(guò)濾不利。采用空氣攪拌器則克服了這一缺點(diǎn),提高了罐的利用率。采用大直徑小漿葉的攪拌器,在適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速下,能得較高的吸氧率。另外將渦輪式改為多棒式攪拌器,可降低功率消耗近一半。3.4溫度 灰色鏈霉菌對(duì)溫度敏感。據(jù)報(bào)道,z-38 菌株對(duì)溫度高度敏感:25時(shí),發(fā)酵單位為1180毫克/升/118小時(shí);27時(shí)為2041毫克/升/118小時(shí);29時(shí)為2194 毫克/升/104 小時(shí),而31時(shí)則為414 毫克/升/72 小時(shí)。故認(rèn)為鏈霉素生產(chǎn)適宜培養(yǎng)溫度為28.

16、5左右。有些人認(rèn)為不一定在 2431的范圍,應(yīng)隨菌株不同而適宜溫度有所改變。3.5 pH 值 pH值直接影響到發(fā)酵過(guò)程中各種酶活動(dòng),影響菌體對(duì)基質(zhì)代謝的速度,甚 至改變菌體的代謝途徑及細(xì)胞結(jié)構(gòu)。菌體的發(fā)育生長(zhǎng)和抗生素的合成有不同的適宜pH值。發(fā)酵過(guò)程中pH值必須予以控制,才能符合菌體生長(zhǎng)和抗生素合成的需要。適合鏈霉菌菌絲生長(zhǎng)的 pH 約為6.57.0,適合于鏈霉素合成的 pH 約為 6.87.3,pH低于 6.0 或高于7.5,對(duì)鏈霉素的生物合成不利。pH對(duì)鏈霉素發(fā)酵 影響很大,故很多國(guó)家為了準(zhǔn)確控制 pH 值,使用 pH 自動(dòng)控制裝置。這樣,可 提高發(fā)酵單位,又可以減少培養(yǎng)基中碳酸鈣的用量,

17、在發(fā)酵液預(yù)處理時(shí),還可減少中和用的酸量12。3.6泡沫與消沫 鏈霉素發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生大量泡沫,尤其在發(fā)酵前期,由于菌絲生長(zhǎng)處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,代謝旺盛,在通氣和連續(xù)攪拌條件下產(chǎn)生大量泡沫,如不及時(shí)進(jìn)行消沫控 制,就產(chǎn)生逃液等現(xiàn)象,發(fā)酵不易正常進(jìn)行。故一般都需加一定量之消沫劑進(jìn)行 消沫。消沫劑分油脂類、脂肪酸類、脂肪酸酷類、醇類、醚類、胺類、酞胺類、金屬堿類、硅酮類等,抗菌素生產(chǎn)中可應(yīng)用硅酮、聚氧乙烯和聚氧丙烯的共聚物,其中硅酮對(duì)微生物影響小,是一種較好的消沫劑。國(guó)內(nèi)已成功地使用了聚氧乙烯甘油醚和聚氧丙烯甘油醚作為消沫劑。13。3.7 提取工藝 經(jīng)34級(jí)發(fā)酵生物合成鏈霉素。發(fā)酵液用水稀釋,草酸酸化至pH

18、3.0左右,加熱至7580,通過(guò)離心分離或板框過(guò)濾,除去大量不溶性菌絲體、酸性蛋白、鈣鎂離子、培養(yǎng)基殘?jiān)入s質(zhì),冷卻至15以下,再用NaOH中和得到符合離子交換工藝要求的澄清鏈霉素原液。這一過(guò)程在生產(chǎn)上稱為發(fā)酵液的預(yù)處理。原液中的鏈霉素在水溶液中離解成三價(jià)陽(yáng)離子,應(yīng)用鈉型弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂1×10樹脂或大孔D-152樹脂進(jìn)行吸附,洗脫后成為鏈霉素洗脫液,在這一步提取過(guò)程中使水溶液中的鏈霉素得到富集,含量由不到1%濃縮到20%。同時(shí),通過(guò)離子交換樹脂的選擇作用,除去絕大部分的無(wú)機(jī)離子、色素、蛋白質(zhì)及可見(jiàn)的固形物等。 鏈霉素提取液經(jīng)大孔伯胺基吸附樹脂D303樹脂通過(guò)Schiff反應(yīng)除去

19、雙氫鏈霉糖、鏈霉胍、鏈霉胺等不含醛基的鏈霉素同系物,再經(jīng)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂1×25樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂703樹脂組成的混合床脫鹽中和得到提純液。 提純液先經(jīng)藥用活性炭脫色處理,吸附色素和細(xì)菌內(nèi)毒素,經(jīng)減壓蒸發(fā),在45以下濃縮,鏈霉素含量由10%左右濃縮到45%。最后為了進(jìn)一步提高成品色級(jí)和保證細(xì)菌內(nèi)毒素及熱原合格,加入一定量的藥用活性炭脫色處理得到符合質(zhì)量要求的成品濃縮液。成品濃縮液經(jīng)過(guò)石棉板除菌過(guò)濾,噴霧干燥得到白色或類白色的無(wú)菌粉末,分裝出廠。 4、工藝計(jì)算4.1物料衡算3 首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg成品鏈霉素所需耗用的原輔材料及其他物料量:發(fā)酵液量:V11000×

20、;800÷22000×(1-1%)×95%×75%51.55m3種子液量接種量為15%:V2V1×15%7.7325m3牛肉膏耗用量:種子液用量:V2×6%7.7325×103×6%463.95kg 葡萄糖耗用量:種子液用量:V2×4%7.7325×103×4%309.3kg發(fā)酵液用量:V1×4%51.55×103×4%2062kg葡萄糖總共耗用量:309.3+20622371.3kgKH2PO4耗用量:種子液用量:V2×1%7.7325

21、5;103×1%77.325kg發(fā)酵液用量:V1×0.01%51.55×103×0.01%5.155kgKH2PO4總共耗用量:77.325+5.15582.48kgMgSO4耗用量:種子液用量:V2×1%7.7325×103×1%77.325kg黃豆餅粉耗用量:發(fā)酵液用量:V1×0.8%51.55×103×0.8%412.4kg玉米漿耗用量發(fā)酵液用量:V1×1.5%51.55×103×1.5%773.25kg9.(NH4)2SO4耗用量:發(fā)酵液用量:V1×

22、;0.5%51.55×103×0.5%257.75kg10.豆油耗用量:發(fā)酵液用量:V1×0.2%51.55×103×0.2%103.1kg11.CaCO3耗用量:發(fā)酵液用量:V1×0.04%51.55×103×0.04%20.62kg200噸/年,鏈霉素廠發(fā)酵車間的生物料衡算物料名稱生產(chǎn)1000kg鏈霉素產(chǎn)品的物料量200t/a,鏈霉素生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液量m351.551031034.37種子液量m37.7321546.45.15牛肉膏耗用量kg463.95927901237.2葡萄糖耗用量kg2371

23、.34742601580.87KH2PO4耗用量kg82.481649654.99MgSO4耗用量kg77.3251546551.55黃豆餅粉耗用量kg412.482480274.93玉米漿耗用量kg773.25154650515.5(NH4)2SO4耗用量kg257.7551550171.8豆油耗用量kg103.12062068.7CaCO3耗用量kg20.62412413.754.2熱量衡算3 4.2.1 對(duì)于單發(fā)酵罐,利用直接蒸汽混合加熱,蒸汽消耗量為: 式中:D?蒸汽消耗量,kg G?被加熱料液量,kg c?料液的比熱,kJ/kg? t2?加熱結(jié)束時(shí)料液的溫度, t1?加熱開始時(shí)料液的

24、溫度, i?蒸汽的熱焓,kJ/kg ?加熱過(guò)程中由于熱損失而增加的蒸汽消耗量,可取5%-10% 又料液的比熱: c0.37×4.18x+4.18×(1-x) x?固形物的質(zhì)量百分比根據(jù)地理位置及氣候條件,取一年中的最低室溫10作為料液的初始溫度t1,取10%,忽略種子液的加熱被加熱料液量:G34370+1374.67+3.44+274.93+515.5+171.83+68.73+13.7536792.85kg固形物的質(zhì)量百分比: x2365.78/55184.2756.43%料液的比熱: c0.37×4.18×6.43%+4.18×1-6.43

25、%4.0kJ/kg? 故直接蒸汽混合加熱,蒸汽的消耗量: D1Gct2-t1?1+÷i-t2?c36792.85×4.0×121-10×1+10%/503.67-121×4.0 8.23×105kg 4.2.2發(fā)酵罐空罐滅菌時(shí)的蒸汽消耗量估算:4 D5VFs 式中: VF?發(fā)酵罐全容積,m3 s?發(fā)酵罐滅菌時(shí),罐壓下蒸汽的密度,kg/m3 滅菌時(shí)的溫度為121,在該溫度下水蒸汽的密度s943.1kg/m3 發(fā)酵罐全容積VF 34.37÷70%49.1m3 故 D25VFs5×49.1×943.12.32&

26、#215;105kg 4.2.3發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)的蒸汽消耗量估算4 一般來(lái)講,保溫時(shí)間內(nèi)的蒸汽消耗量可按發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌直接蒸汽加熱升溫時(shí)的蒸汽消耗量的30%50%來(lái)估算。 故 D350%D14.12×105kg 總蒸汽的耗用量為:DD1+D2+D314.67×105kg200t/a鏈霉素車間總熱量衡算表名稱規(guī)格(MPa)每噸產(chǎn)品消耗(kg)每天消耗(kg)年消耗量(kg)蒸汽0.3(表壓)14.67×1059.78×1052.93×1084.3耗水量的計(jì)算4種子液用水量:5.15m3發(fā)酵液用水量:34.37m3發(fā)酵冷卻水用量:只考慮全年平均

27、負(fù)荷WQ÷c2*tk-tH式中:W?冷卻水消耗量,kg/h Q?物料的熱效應(yīng),kJ/h c2?冷卻水的比熱kJ/kg*,通常水的比熱為4.183kJ/kg* tk?冷卻水的出口溫度 tH?冷卻水的進(jìn)口溫度在計(jì)算冷卻水耗量時(shí),其冷卻水的進(jìn)出口溫差ttk-tH取5冷凍水或冷鹽水 其中發(fā)酵罐發(fā)酵過(guò)程中的熱效應(yīng)計(jì)算:F*VL 式中:Q?發(fā)酵罐的熱效應(yīng),kJ/hQF?單位體積發(fā)酵液所產(chǎn)生的熱量,又稱發(fā)發(fā)酵熱,kJ/m3*h,對(duì)于鏈霉素發(fā)酵,其值為18800kJ/m3*h VL?發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積,m3 其中發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積見(jiàn)發(fā)酵罐公稱容積計(jì)算:VL60*70%42m3則WQ÷c2*

28、tk-tHQF*VL÷c2*tk-tH 18800*42÷4.183*5 37752.8kg/h5發(fā)酵車間設(shè)備的選型計(jì)算工藝設(shè)備選型與設(shè)備選材的原則7 滿足藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(2010年修訂)中有關(guān)設(shè)備選型的要求。 根據(jù)該廠生產(chǎn)特點(diǎn),結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),以保證產(chǎn)品質(zhì)量為前提,充分利用公司現(xiàn)有符合GMP要求的設(shè)備。5.1發(fā)酵罐5 根據(jù)發(fā)酵物的發(fā)酵特性,選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)罐通用罐,選用此種發(fā)酵罐的原因主要是:歷史悠久,資料齊全,在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗(yàn),成功率高。5.2生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定5 5.2.1發(fā)酵罐容積的確定 公稱容積的計(jì)算 V0200*1000

29、*800÷(22000*300*3*99%*95%*70%)÷70% 17.5m3,取20m3 則選用公稱容積20m3的發(fā)酵罐。 5.2.2生產(chǎn)能力的計(jì)算 平均每罐產(chǎn)品生產(chǎn)量: 20*70%*99%*95%*70%*22000/800253.46kg 5.2.3發(fā)酵罐個(gè)數(shù) N發(fā)酵周期×每天放罐數(shù)8*3+125個(gè) 5.2.4主要尺寸的計(jì)算 公稱容積:20m3 發(fā)酵罐的H/D值取2 20m3通用式發(fā)酵罐的主要尺寸來(lái)確定.得到罐內(nèi)徑m2.3封頭容積m31.76圓柱高m4.6圓柱部分容積m319.1封頭高m0.615不計(jì)上封頭的容積m320.86罐體總高m5.83全容積m

30、322.65.2.5攪拌器設(shè)計(jì) 從消耗功率來(lái)看:平葉彎葉箭葉 從發(fā)酵液中氣含率來(lái)看:平葉彎葉箭葉 從軸向混和效果來(lái)看:箭葉彎葉平葉 從上述條件綜合考慮,再考查國(guó)內(nèi)外的主要選型情況。本次設(shè)計(jì)選用六彎葉渦輪式攪拌器。常用六彎葉渦輪式攪拌器的尺寸比例為h:b:d1:d4:5:13:20,r0.5d1,38°由前得出d2.3m,可推出h0.46m,b0.575m,d11.495m,r0.7475m,38°。 采用3層攪拌器,最下層攪拌槳與罐體直徑之比取0.8,則最下層攪拌槳高度為1.84m,根據(jù)靜液面高,選取相鄰兩層攪拌槳距離與攪拌槳直徑之比為1,則相鄰兩層攪拌槳距離為2m。攪拌器

31、尺寸hm0.46底距(m)1.84bm0.575攪拌槳個(gè)數(shù)(個(gè))3dm2.3相鄰攪拌槳距離(m)2rm0.748d1m1.495 5.2.6攪拌軸功率的計(jì)算 攪拌轉(zhuǎn)速以小罐為比擬放大,其轉(zhuǎn)數(shù)為N1350r/min,攪拌葉徑D10.25m,按比擬放大公式: N2N1D1/D22/3350×0.19/12/3116r/min 參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工廠實(shí)際,為保證發(fā)酵罐的溶氧系數(shù),取N2110r/min。發(fā)酵液體被攪動(dòng)后流體的雷諾數(shù)可用下式計(jì)算: (110/60)×12×1088.5/(38×10-3) 5.25×104104 視為湍流狀態(tài) 此狀態(tài)下,單一

32、攪拌器的軸功率: P NpN3D5 4.8×110/603×15×1088.5 31kw 上兩式中:Np?功率系數(shù),在圓盤彎葉渦輪式湍流情況下取值4.8 N?攪拌轉(zhuǎn)數(shù),r/s D?攪拌器直徑,m ?液體密度kg/m3,熱量衡算中己算出,1088.5kg/m3 ?醪液黏度,N?s/m2 在計(jì)算攪拌軸功率時(shí),因HL/D,D/D值不符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍,根據(jù)實(shí)際情進(jìn)行校正,校正式為:P校PD/D?HL/D÷D/D*÷HL/D* 31*0.5×3.835÷1/3÷31/2 42.93kw式中:D/D*和HL/D*為標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍

33、值,而D/D和HL/D為實(shí)際值HL?液面靜高,其值為圓柱部分液高3.22m+底封頭高0.615m,共高3.835m D?攪拌器直徑,1m 總軸功率可由下式計(jì)算: PmP校1+0.6?(m-1) 本設(shè)計(jì)為3層攪拌器,則總軸功率: PmP校1+0.6×(3-1) 2.2P校 2.2×42.93 94.44kw 根據(jù)軸功率Pm可得出所需電動(dòng)機(jī)輸出功率: P電Pm+PT/ Pm1+10%+2%/ 94.44×1.12/0.95 111.34kw式中:PT?軸封摩擦損失之功率,kw,分為填料合軸封摩擦損失功率取10%Pm,端面軸封摩擦損失的功率取2%Pm ?傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率,皮

34、帶傳動(dòng)為0.95主要軸功率電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/s)2總軸功率kw94.44單一軸功率kw31電機(jī)輸出功率kw111.34校正軸功率kw42.93 5.3設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)5 設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì),是將設(shè)備的主要輔助裝置的工藝要求交代清楚,以供制造加工和采購(gòu)時(shí)取得資料數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)的主要輔助設(shè)備包括:5.3.1空氣分布器6 對(duì)于好氣發(fā)酵罐,分布器主要有兩種形式,即多孔(管)式和單管式,本設(shè)計(jì)的發(fā)酵流程通氣量大,所以采用單管通風(fēng)。由于其進(jìn)風(fēng)速高,又有渦輪板阻擋,葉輪打碎、溶氧是沒(méi)有問(wèn)題的。通氣管貼著罐壁到發(fā)酵罐底部,在攪拌器正下方開口向下。5.3.2擋板6 擋板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)中雖有豎式冷卻蛇管

35、,但為了消除液面漩渦,更好的提高攪拌功率,采用4塊擋板,擋板的寬度W取罐徑的1/10,為0. 23m。擋板與罐壁之間應(yīng)留有一定的間隙,避免培養(yǎng)液中的固體成分堆積在擋板背側(cè),其大小為0.1W,0.023m。6.冷卻管布置56.1冷卻面積的計(jì)算 發(fā)酵罐采用內(nèi)部列管式蛇管換熱。蛇管進(jìn)水溫度為25,出水溫度為30,醪液溫度不超過(guò)36。 冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式計(jì)算,即: 式中:F?冷卻面積,m2 Q總?發(fā)酵罐的熱效應(yīng),kJ/h K?豎式列管換熱器傳熱系數(shù),選用4.18×500kJ/m3?h? tm?對(duì)數(shù)平均溫差, 其中平均溫差 36-25-36-30÷?11/6 8.2 故冷卻

36、面積: 18800×42÷4.18×800×8.2 28.80m2 又圓筒外表面積為:A0?D?H03.14*2.3*5.8342.1m2 因?yàn)橥饬芄薇诶鋮s效果相當(dāng)于50%的列管冷卻面積,相當(dāng)于列管面積為42.1×50%21m2 所以發(fā)酵罐內(nèi)列管冷卻面積為28.8-217.8m2 由冷卻水用量衡算處得冷卻水體積流量為W11.24×10-3m3/s,冷卻方式采用內(nèi)置豎直蛇管.取冷卻水在豎直蛇管中流速v1m/s,則根據(jù)流體力學(xué)方程式,冷卻管總截面積: S總W/v11.24×10-3 m2 則進(jìn)水總管直徑d總S總/0.7851/2

37、0.12m6.1.1冷卻管組數(shù)和管徑 設(shè)管徑d0.組數(shù)為n.由前得到的S總n?0.785d02 根據(jù)發(fā)罐的尺寸,選擇6組豎直蛇管.則管徑 d0S總/n?0.7851/2 11.24×10-3/6×0.7851/2 0.049m查金屬材料表選取?45×3.5無(wú)縫管,d內(nèi)38mmd0,滿足要求,取d平均40mm?，F(xiàn)取豎直蛇管圈端部U型彎管曲徑為0.25m則直管距離為0.5m,兩端彎管總長(zhǎng)度為l0: 則 l0D3.14×0.51.57m6.1.2冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算由上知冷卻管總面積F8.21m2,現(xiàn)取無(wú)縫鋼管?45×3.5,每米長(zhǎng)冷卻面積F03.14

38、×0.04×10.1256m2 則 LF/F08.21/0.125665.4m 冷卻管占有體積V0.785×0.052×65.40.13m36.1.3每組管長(zhǎng)L0和管組高度 L0L/n65.4/610.9m 另需接管2.4m24彎處接管×0.1m,則實(shí)際管長(zhǎng)L實(shí)L+2.467.8m。 可排豎直蛇管的高度,設(shè)為靜液面高度,下部可伸入封頭0.25m。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積0.2m3,則發(fā)酵液總占有體積: V總V液+V管+V附件42+0.13+0.242.33m3 筒體部分液深為: V總-V封/S截42.33-1.76/0.785×3.12

39、5.78m 豎蛇管總高:H管5.78+0.256.03m 又兩端彎管總長(zhǎng)l01.57m,兩端彎管總高為0.5m 則直管部分高度:hH管-0.55.53m 一圈管長(zhǎng):l2h+l02×5.53+1.5713.17m6.1.4每組管子圈數(shù) n0L0/l10.9/13.171圈 現(xiàn)取管間距為:2.5D外2.5×0.0450.112m冷卻管與冷卻面積冷卻面積(m2)28.8冷卻管總長(zhǎng)(m)67.8冷卻管型號(hào)?45×3.5冷卻管高度(m)10.9冷卻組數(shù)(組)6冷卻管圈數(shù)(圈)1每組管長(zhǎng)(m)11.3管間距(m)0.1127、 pH測(cè)定6 電極測(cè)量,在裝料液面中間部位開兩個(gè)電極插入孔。8、消泡6因化學(xué)消泡容易造成染菌,因而選用罐外消泡器,本設(shè)計(jì)設(shè)備選用離心式消泡器。9、觀察窗口6 裝料液面部位裝置觀察窗。10、液面高度顯示管安裝6 外置有機(jī)玻璃管。11、封頭連接方式5 上封頭直接焊接于筒身上,但在頂上開有人孔,以便進(jìn)