年产10吨青紫霉素发酵工厂设计毕业设计

目录1前言111产品介绍112发展历史213临床应用214注意事项22设计任务321项目名称322生产方法323生产能力324主要原辅料325发酵工段产品43产品方案431产品名称及性质432产品质量规格433产品规模434产品包装方式44生产方法和工艺流程441路线选择生物发酵法442工艺流程5421工艺流程的设计原则5422生产菌株的选育5423斜面孢子培养5424种子液培养6425发酵液培养6426发酵液的后处理65发酵车间的组成和生产制度751发酵车间组成及其所需时间752发酵车间人员配置76物料及热量衡算761物料衡算7611物料流程图7612发酵车间物料衡算862热量衡算1063发酵车间水衡算1164发酵过程无菌空气消耗量计算12641单罐发酵无菌空气耗用量12642种子培养等其他无菌空气耗量13643发酵车间高峰无菌空气消耗量13644发酵车间无菌空气年耗量13645发酵车间无菌空气单耗137主要工艺设备的设计和选型1471设备设计与选型的原则1472发酵罐的选型14721发酵罐容积的确定14722生产能力计算14723罐个数的确定15724主要尺寸的计算15725冷却面积的计算1573种子罐的选型16731种子罐容积和数量的确定16732主要尺寸确定16733冷却面积的计算178厂址的选择1781发酵厂址选择概述1782厂址自然条件的选择17821地理位置17822地形、地势和地质18823水文18824气象1883厂址经济条件的选择19831能源供应19832给排水19833交通运输条件19834技术经济条件19835特殊要求199发酵工厂的三废处理2091废水的处理2092废气的处理2093废渣的处理21参考文献21附图一种子罐发酵罐设计图22附图二青紫霉素发酵流程图23附图三育种发酵车间平面图24附图四发酵工厂平面布局图251前言11产品介绍青紫霉素又称利维霉素（LIVIDOMYCIN）,是由青紫链霉菌产生的，分子式为C29H55N5O19。青紫霉素是多组分抗生素，主要成分有A和B，A是由葡萄糖；2，6二氨基D葡萄糖；D核糖；脱氧链霉胺；2氨基2,3去氧葡萄糖五个糖分子通过糖苷键所组成的氨基糖苷类抗生素。青紫霉素B较A结构少了一个分子的葡萄糖。它们都是碱性抗生素，能和酸结合成盐，临床上常用青紫霉素A的硫酸盐。硫酸青紫霉素为白色粉末，无臭，味微苦，吸湿性强。易溶于水，微溶于甲醇，不溶于无水乙醇，乙醚，丙酮等有机溶剂。其水溶液在中性和碱性条件下稳定，酸性下不稳定。本品主要是抑制细菌细胞壁转肽酶，阻止细胞壁合成中的粘肽交联，从而抑制细胞壁合成，导致细菌破裂死亡。对大多数革兰阳性菌、革兰阴性球茵和某些革兰阴性杆菌、螺旋体及放线菌有强大抗菌活性。敏感主葡菌、肺炎球菌、淋球菌、链球菌、脑膜炎球菌等对本品高度敏感，炭疽杆菌、白喉杆菌、梭状芽胞杆菌、流感杆菌等对本品很敏感，但对大肠杆茵、绿脓杆菌、痢疾杆菌等无效。青紫霉素的化学结构12发展历史青紫霉素（LIVIDOMYCIN）是日本1970年发现的一个新氨基糖普类的广谱抗生素,对革兰氏阳性菌,阴性菌和分枝杆菌如金黄色萄葡球菌,白喉杆菌,产气杆菌,肺炎杆菌,伤寒杆菌,痢疾杆菌,绿脓杆菌,结核分枝杆菌等均有抑制作用。据19741975年日本临床报告300多病例,对某些绿脓杆菌引起的尿路感染,肾孟肾炎,膀脱炎,细菌引起的支气管炎,急性肺炎,呼吸道感染等均取得良好疗效。13临床应用本品主要用于敏感菌引起的各种感染，如呼吸系统感染、肺炎、支气管炎、脑膜炎、心内膜炎、腹拮炎、中耳炎、败血症、淋病、梅毒、自喉、鼠咬热、气性坏疽、炭疽等。颗粒剂适用于化脓性链球菌引起的咽炎及扁桃体炎，敏感菌所致的鼻窦炎、中耳炎、急性支气管炎及口腔脓肿，肺炎支原体所致的肺炎，敏感细菌引起的皮肤软组织感染，也可用于对青霉素、红霉素耐药的葡萄球菌感染。14注意事项1、治疗矛盾，赫氏反应（HERXHEIMERREACTION），用本品治疗梅毒或其他感染时，有可能出现发热、出汗、头痛和损伤部位反应等症状加剧的矛盾现象，称赫氏反应，原因可能为杀死的病原体释放的内毒素所致，或病灶消炎过快，组织修复迟，妨碍器官功能所致。2、治疗过程中可能发生二重感染，常见的有耐青霉素金黄色葡萄球菌、革兰阴性杆菌或白色念珠菌感染。3、肌内注射青霉素钾盐局部疼痛较明显，可用含02盐酸利多卡因、08氯化钠注射液作稀释剂，以减轻疼痛。4、应用本品期间，可对某些诊断产生干扰，可使硫酸酮法测定尿糖时，出现假阳性。5、破伤风和白喉患者，应采用青霉素杀灭病原菌，阻止产生毒素，但不能代替抗毒素治疗。2设计任务21项目名称年产10吨青紫霉素发酵车间工艺设计22生产方法以青紫链霉菌为产生菌，发酵生产青紫霉素，通过发酵液后处理，获得白色粉末状硫酸青紫霉素23生产能力年产10吨青紫霉素24主要原辅料青紫链霉菌、淀粉、糊精、葡萄糖、酵母粉、硝酸钠等25发酵工段产品青紫霉素A，青紫霉素B3产品方案31产品名称及性质青紫霉素硫酸盐。白色粉末，无臭，味微苦，吸湿性强。易溶于水，微溶于甲醇，不溶于无水乙醇，乙醚，丙酮等有机溶剂。其水溶液在中性和碱性条件下稳定，酸性下不稳定。32产品质量规格注射液（肌内注射）50MG（1ML）100MG（2ML）33产品规模10T/A34产品包装方式瓶装4生产方法和工艺流程41路线选择生物发酵法青紫霉素（LIVIDOMYCIN）是日本1970年从土壤筛选获得的一个新氨基糖普类的广谱抗生素,对革兰氏阳性菌,阴性菌和分枝杆菌等均有抑制作用。1973年广西农科院从白海岛土壤中分离得到一株放线菌STREPTOMYCESNO389755,由上海药物研究所,广西农科院协作,进行抗生素的鉴别,有效成份的分离,物理化学性质测定及化学结构分析,初步药理试验,经上海华山医院抗菌素室对临床分离的多种细菌进行了抗菌谱测定,综合上述各项分析结果,证明NO389755中组份A与日本报导的青紫霉素相同。根据以上资料，本设计采用生物发酵法，大规模培养青紫链霉菌，利用其代谢产物精制青紫霉素。42工艺流程421工艺流程的设计原则1保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求。2尽量采用成熟的、先进的技术和设备。努力提高原料的利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其他能量的消耗，降低生产成本，使工厂建成后能够迅速投入生产，使短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。3尽量减少三废的排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。4确保安全生产，以保证人身和设备的安全。5生产过程尽量采用机械化和自动化操作，实现稳产、高产。422生产菌株的选育将土壤筛选所得的青紫链霉菌作为出发菌株，经高能电子的诱导，再移植斜面经自然分离，多次筛选，获得生产能力比出发菌株提高多倍的青紫链霉菌株。423斜面孢子培养培养基配方葡萄糖1，蛋白胨05，牛肉膏05，氯化钠05，琼脂24，PH75条件下于冰箱内冷藏保存。424种子液培养培养基配方淀粉1，糊精15，豆饼粉15，NANO3005，KH2PO4002，酵母粉05，NACL03，CACO305，MGSO4005，PH自然，加消沫油01接种量100立升种子液接种4只茄子瓶装量250立升液实装100立升种子液出液控制培养液浓厚，外观转絮状，菌丝呈网状425发酵液培养培养基配方葡萄糖1，淀粉1，糊精1，豆饼粉2，酵母粉05，NANO301，KH2PO40015，CACO3005，MGSO4005，PH自然，加消沫油01接种量15装量2500立升液实装1000立升出液控制外观微红，菌丝浓度2426，菌丝呈网状426发酵液的后处理发酵液处理732NA树脂吸附解脱发酵液酸化液饱和树脂脱色薄膜浓缩细110NH3树脂解脱液脱色液浓缩液饱和树脂梯度洗脱调PH,加硅藻土细110树脂吸附收集A组分A组分滤液饱和树脂2NH40H洗脱减压浓缩中和，无水酒精结晶洗脱液浓缩液A结晶液过滤，真空干燥硫酸青紫霉素5发酵车间的组成和生产制度51发酵车间组成及其所需时间配料搅拌投料蒸汽灭菌冷却接种发酵反应清洗罐体08H05H05H1H12H48H15H52发酵车间人员配置人数工段名称岗位名称人员配置值班制每班轮休合计配料罐2112发酵工段发酵罐7347过滤烘干6246车间主任/1/1其他车间副主任/1/1合计/1589176物料及热量衡算61物料衡算611物料流程图发酵罐种子罐料水比14料水比14自来水25升温升温65100121液化灭菌30MIN30MIN加消沫剂及微量物料维持00501MPA灭菌30MIN12101012MPA葡萄糖1淀粉1糊精1豆饼粉2酵母粉05NANO301KH2PO40015CACO3005MGSO4005消沫油01淀粉1糊精15豆饼粉15NANO3005KH2PO4002酵母粉05NACL03CACO305MGSO4005消沫油01降温至36降温至36发酵罐接种量15612发酵车间物料衡算发酵液量生产10吨纯度为825青紫霉素，絮耗用原辅材料及其他物料量如下（1）发酵液量V110000（082599）12244（M3）式中0825青紫霉素产量（KG/M3）99除去倒罐率1后的发酵成功率（2）发酵液配置需制糖量（以纯糖计）M1V11001224400（KG）（3）种子液量V215V118366（M3）式中15接种量（4）种子培养液所需糖量M240V2401836673464（KG）（5）生产10吨青紫霉素需糖量MM1M21297864（KG）（6）葡萄糖耗用量M（葡萄糖）10001V1122105（KG）（7）淀粉耗用量M（淀粉）10001（V1V2）141105（KG）（8）糊精耗用量M（糊精）10001V1100015V215105（KG）（9）豆饼粉耗用量M（豆饼粉）10002V1100015V2272105（KG）（10）酵母粉耗用量M（酵母粉）100005（V1V2）704104（KG）（11）NANO3耗用量M（NANO3）100001V11000005V2132104（KG）（12）KH2PO4耗用量M（KH2PO4）10000015V11000002V222103（KG）（13）CACO3耗用量M（CACO3）1000005V1100005V2153104（KG）（14）MGSO4耗用量M（MGSO4）1000005（V1V2）704103（KG）（15）NACL耗用量M（NACL）100003V2551103（KG）（16）消沫油耗用量M（消沫油）100001（V1V2）141104（KG）10T/A青紫霉素发酵车间的物料衡算表如下物料名称生产10吨青紫霉素物料用量每日物料用量（300天计）发酵液量（M3）1224441种子液量（M3）183666发酵用糖量（KG）12244004081种子用糖量（KG）73464245糖液总量（KG）12978644326葡萄糖（KG）122105408淀粉（KG）141105469糊精（KG）15105500豆饼粉（KG）272105908酵母粉（KG）704104235NANO3（KG）13210444KH2PO4（KG）221037CACO3（KG）15310451MGSO4（KG）70410323NACL（KG）55110318消沫油（KG）1411044762热量衡算（一）发酵罐需配料量为G11000（11120501001500500501）5815（KG）（二）种子罐需配料量为G2100（1151500200505030500501）552（KG）（三）根据工艺需加水量为GW4（5815552）25468（KG）注料水比为14（四）料液总量为GG1G2GW58155522546831835（KG）（五）醪液煮沸耗热量Q总（由发酵工艺流程可知Q总QQQ）（1）发酵罐内料液由初始温度T025加热至T1121耗热QQGC（T1T0）3183537（12125）113107（KJ）其中料液总量G31835KG，（2）煮沸过程中蒸汽带出的热量Q煮沸时间30MIN，蒸发量为每小时5，则蒸发水分量为V1G5306031835530607959（KG）故QV1I7959219891175106（KJ）其中在温度121下水的汽化潜热I219891KJ/KG（3）热量损失Q醪液升温和煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15，即Q15（QQ）15（113107175106）194106（KJ）（4）由上述结果可得Q总QQQ113107175106194106149107（KJ）（5）故耗用蒸汽量D使用表压为04MPA的饱和蒸汽I273723KJ/KGDQ总/（II）149107（27372360153）95734383（KG）其中相应冷凝水的焓I60153KJ/KG，蒸汽的热效率95（6）发酵过程每小时最大蒸汽耗量QMAX在各步骤中，加热过程耗热量最大，且已知加热时间为30MIN，热效率为95，故QMAXQ总（306095）149107（0595）314107（KJ/H）相应的最大蒸汽耗量为DMAXQMAX（II）314107（27372360153）14702（KG/H）其中使用表压为04MPA的饱和蒸汽I273723KJ/KG相应冷凝水的焓I60153KJ/KG（7）蒸汽单耗已知发酵需要48小时，放罐，洗罐，维修的时间为60天，一年生产300天，30天用于维修，大概4天生产一批，每年生产75批产品。据设计，每年发酵次数为75批，供生产青紫霉素10吨。年耗蒸汽总量为DTD757343837555105（KG）每吨成品耗蒸汽量DS55105/1055104（KG）10T/A青紫霉素发酵车间的热量总衡算表名称规格每吨产品消耗定额（KG）每小时最大用量（KG/H）年消耗量（KG/A）蒸汽04（表压）55104147025510563发酵车间水衡算（1）原料预处理用水量已知一次发酵原料预处理用水量为25468KG，每年发发酵原料预酵次数为75次。故发酵原料预处理总用水量GW为GW2546875191106（KG）（2）发酵工序用水量蒸汽灭菌用水量由上述热量衡算可知DQ总/（II）149107（27372360153）95734383（KG）其中相应冷凝水的焓I60153KJ/KG，蒸汽的热效率95使用表压为04MPA的饱和蒸汽I273723KJ/KG冷却水用量已知发酵一次，料液总量G31835KG，把醪液从T1121冷却至T225，冷却水使用T320的深井水，终温T470，逆流操作，冷却时间T1H。则每小时耗水量为WGC（T1T2）C水T（T4T3）3183537（12125）4181（7020）54104（KG）其中发酵液的比热容C37KJ/KGK，水的比热容C418KJ/KGK年发酵工序用水量据设计，每年发酵次数为75次，年发酵工序用水量GG（DW）75（73438354104）46106（KG）发酵车间总用水量G总G总G原料G19110646106651106（KG）64发酵过程无菌空气消耗量计算发酵车间无菌空气消耗量主要用于菌丝体发酵过程中通风供氧。641单罐发酵无菌空气耗用量10M3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为020025VVM。取最高值025VVM进行计算。（1）单罐发酵过程用气量（常压空气）V108002560120（M3/H）式中80发酵罐装料系数（2）单罐年用气量VAV4875432105（M3）642种子培养等其他无菌空气耗量一般取这些无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气的耗量的25。故这项无菌空气耗量为V25V2512030（M3/H）每年用气量为VA2510VA2510432105108106（M3/A）其中发酵罐个数为10个643发酵车间高峰无菌空气消耗量VMAX10（VV）10（12030）1500（M3/H）644发酵车间无菌空气年耗量VT1075（VV）481075（12030）4854106（M3/A）其中发酵罐个数10个，每年发酵批次75批；发酵周期48H645发酵车间无菌空气单耗根据设计，实际青紫霉素年产量M实际10吨，故发酵车间无菌空气单耗为V0VTG541061054105（M3/T）10T/A青紫霉素发酵车间无菌空气衡算表发酵罐公称容积M3单罐通气量（M3/H）种子培养耗气量（M3/H）高峰空气耗量（M3/H）年空气耗量（M3）空气单耗（M3/T）1012030150054106541057主要工艺设备的设计和选型71设备设计与选型的原则从设备的设计选型情况，可以反映出所设计工厂的先进性和生产的可靠性。因此在设备的工艺设计和选型时应该考虑如下原则（1）保证工艺过程实施安全可靠（包括设备材质对产品质量的安全可靠；设备材质强度的耐温、耐压、耐腐蚀的安全可靠；生产过程清洗、消毒的可靠性等）。（2）经济上合理，技术上先进。（3）投资省，耗材料少，加工方便，采购容易。（4）运行费用低，水电汽消耗少。（5）操作清洗方便，耐用容易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便。（6）结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确定性能优良的设备。（7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定裕量。（8）考虑设备故障及检修的备用。（9）发酵罐生产能力、数量和容积的确定。72发酵罐的选型721发酵罐容积的确定选用单罐公称容量为10M3的六弯叶机械搅拌通风发酵罐，其总容积为108M3。722生产能力计算每天需要发酵液量V41M3设发酵罐装料系数08，则每天需要发酵罐的总容积V041/5125M3723罐个数的确定设需要发酵罐的个数为N1，公称容量为10M3的发酵罐，总容积为108M3，根据公式有N1V0T（V总24）512548（10824）949（个）其中发酵生产周期T48H，一天为每天需要发酵罐的总容积V05125M3故取公称容积10M3发酵罐10个。724主要尺寸的计算已知V全V筒2V封108M3；封头折边忽略不计，以方便计算。则有V全0785D22D（/24）D32108，H2D；解方程得157D3026D3108，而D18，故H2D36M；据发酵工厂工艺设计概论附录表一15，得封头高H封HAHB45050500MM验算全容积V全V全V筒2V封0785D22D（/24）D320785D20052078518236/1218307851820052109（M3）与V全108M3相近725冷却面积的计算为保证发酵在最旺盛、微生物消耗基质最多及环境气温最高时也能冷却下来，必须按照发酵生成热最高峰、一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达到的最高温度的恶劣条件下，设计冷却面积。计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即FQ/KTM对于青紫霉素发酵，每1M3发酵液，每小时传给冷却器的最大热量约为4186000KJ/（M3/H）采用竖式列管换热器，取经验值K418500KJ/（M3H）平均温差TMTM（T1T2）/（LN（T1/T2）32322027代入，得TM（125）/（LN12/5）8对公称容量10M3的发酵罐，每天装2罐，每罐实际装液量为41/2205（M3）换热面积FQ/（KTM）4186000205/418500728308（M2）73种子罐的选型种子罐选型同发酵罐一样，选用机械搅拌通风发酵罐731种子罐容积和数量的确定按接种量的15计算，种子罐的容积V种V总1510815128M3由于种子罐和发酵罐是对应上料的，每个生产周期需要发酵罐10个，所有就需要种子罐10个种子罐培养时间为30小时。732主要尺寸确定种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。HD21；则种子发酵罐总容量V总2V封V筒；简化计算方程如下V总0785D22D（/24）D3222，整理后，157D3026D313，解方程得，D089；圆整到推荐的系列尺寸，取D09M，则H2D20918M查相应表得封头高H封22525250（MM）罐体总高H罐2H封2H筒225018002300（MM）单个封头容量V封0785D20025（/24）D30112（MM）封头表面积S封096（M2）圆筒容量V筒0785D22D071368509218114（M3）不计封头容积，V有效V封V筒01121141252（M2）校核种子罐总容积V总2V封V筒20112114136（M3）比所需的种子罐容积128M3大，满足设计要求。733冷却面积的计算种子罐体积较小，冷却选用夹套冷却装置。每日种子罐物料量是6M3，对于公称容积1M3的种子罐，每日可装10罐，每罐实际装液量为6/10（M3）每M3醪液在发酵最旺盛时，1H的发热量与醪液总体积的乘积Q总Q总41860000615104（KJ/H）夹套传热系数取K418230KJ/M2H平均温差发酵温度32；水初温20；水终温27,则平均温差TM（125）/285需冷却面积FQ/（KTM）226104/41823085277（M2）8厂址的选择81发酵厂址选择概述发酵工厂的主要特点是技术要求高、展速度快、动力消耗大、环境要求高、投入的原料多、三废治理量大。发酵厂因厂址选择不当、三废不能治理而被迫关停或限期停产治理或限期搬移的例子很多，其结果是造成人力、物力和财力的严重损失。因此，在厂址选择时，必须采取科学、慎重的态度，认真调查研究，确定适宜的厂址。82厂址自然条件的选择821地理位置工业区应设在城镇常年主导风向的下风向，但考虑到发酵生产对环境的特殊要求，发酵厂址应设在工业区的上风位置，厂址周围应有良好的卫生环境，无有害气体、粉尘等污染源，也要远离车站、码头等人流、物流比较密集的区域。822地形、地势和地质地形厂区场地应当比较规整而且集中，这样可便于各类建筑物与构筑物的布置和场地的有效利用。为此场地规划时就应尽可能不受铁路、公路干线、河流或其它自然屏障的分割。地势整齐平坦、开阔，自然坡度最好在5/1000以下，以利于排泄雨水、厂内交通运输及厂房建筑物座落基础施工。地质厂址处不能在滑坡地质结构上，土层要深厚，性质均一，具有足够的承载能力（承载力不小于152KGF/CM2），地表以下不要是砂层，回填垃圾等结构，否则不仅增加工程投资造价于地基处理，严重时还会危及工厂的安全。823水文要有丰富的水源，包括地表水、深层水深井水、水库水雨水、江河水露天水及泉水有压水和城市自来水等。根据发酵工厂的特点，水质要满足生产工艺要求，包括满足饮用水质卫生标准及酿造用水标准、硬水及软化水等。一般深井水及泉水的水量、水温、水质均较适宜；地表水、水库水、江河水的水量大而水质不高；城市自来水来源方便但价格不便宜。使用时要注意其合理性与经济性。厂址附近的洪水水位、流向及淹没情况，都应熟悉。一般要求厂址的相对标高应该在最高洪水水位的05M以上。824气象气象资料是工厂总平面布置的重要依据之一，也是厂房设计和排水系统设计的主要依据。包括温度、湿度、雨雪、冰冻、日照、气压、风向等。在选址时要充分考虑这些因素。83厂址经济条件的选择831能源供应电、热及燃料供应方便是厂址的重要原则之一。发酵工厂是耗用能源的大户，并要求是二类负荷电户，所以在选择厂址的时候，要对所选择地点地区的供电情况进行调查，以便确定输电方式和厂内变压配电所的位置，并设计供热的方式。832给排水发酵工厂是用水的大户，同时有些发酵工厂，水的质量直接影响产品的质量。所以水质必须符合饮用水的要求。厂址应尽量靠近水源地。发酵工厂废水、污水的排放量很大，且对环境的污染比较大，需设置污水处理站，符合国家要求的废水排放标准。833交通运输条件要以交通方便为原则，并根据当地情况，考虑运输方式及可靠性，以铁路、公路、水路为优势，并具有发展前景。834技术经济条件厂址的选择应从国家总的布局要求为前提，合理配置工业布局。充分利用各地区的有利条件，避免或克服不利条件。充分和有效利用人力、物力、财力和自然资源，保护环境。经济效果好，有利于加快国民经济发展和人民生活水平的提高。使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合理运输。835特殊要求注意发酵工业对厂址选择的特殊要求。药品是一种防治人类疾病、增强人体体质的特殊产品,其质量好坏直接关系到人体健康、药效和安全。为保证药品质量，药品和其他发酵产品生产必须符合GMP的规定，在严格控制的洁净环境中生产。由于厂址对发酵厂环境的影响具有先天性，因此，选择厂址时必须充分考虑发酵厂对环境因素的特殊要求。9发酵工厂的三废处理91废水的处理废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为物理法、化学法和生物法。在该发酵工厂中废水处理中采用生物法中的活性污泥法。活性污泥法好氧生物处理是在氧气充