毕业设计-年产400吨土霉素发酵工段工艺设计

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061班指导教师赵宏宇讲师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，10M3的种子罐4台，10M3的补料罐2台，10M3的氨水储罐2个，25M3的泡敌罐2个以及1M3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THEPROCESSDESIGNOFTHEOXYTETRACYCLINEFERMENTATIONSECTIONWITHTHECAPACITYOF400TONSANNUALLYABSTRACTTHETASKWASTODESIGNANANNUALOUTPUTOF400TONSOFOXYTETRACYCLINEFERMENTATIONPROCESSOXYTETRACYCLINEISONEOFTHETETRACYCLINETYPEANTIBIOTICSITWASPRODUCEDBYSTREPTOMYCESRIMOSUSANTIBIOTICS,WHICHHAVEANTIBACTERIALACTIVITYAGAINSTRICKETTSIAPATHOGENICAMOEBAANDINSECTS,ANDCANTREATOFUPPERRESPIRATORYTRACTINFECTION,GASTROINTESTINALTRACTINFECTIONS,TYPHUS,SCRUBTYPHUSANDSOONTHEDESIGNOFTHEMAININCLUDEDASFOLLOWSTHESELECTIONOFPRODUCTINGPROCESS,THEPROCESSOFCALCULATIONMATERIALBALANCE,ENERGYBALANCE,WATER,STEAMCONSUMPTION,THESTANDARDEQUIPMENT,THESIZEOFNONSTANDARDEQUIPMENT,THEHEATTRANSFEREQUIPMENT,COMPRESSEDAIRCONSUMPTION,EQUIPMENTSELECTIONSTANDARD,NONSTANDARDEQUIPMENTACCORDINGTOTHESIZEOFFERMENTATIONTANK,THESTRUCTUREOFTHEPLANTLAYOUTAREASONABLE,PUBLICWORKSANDHEALTHANDSAFETYANDENVIRONMENTALPROTECTIONWASSELECTEDASSUPPORTINGTECHNOLOGYTHECALCULATIONISSEVENFERMENTERSOF50M3,FOURSEEDINGTANKSOF10M3,TWOFEEDINGTANKSOF10M3,TWOAMMONIAPITCHERSOF10M3,TWOBGPETANKSOF25M3ANDTWOPLANTOILTANKSOF1M3THEDESIGNEDPLOTASFOLLOWSFERMENTORASSEMBLYDIAGRAM,ASSEMBLYDRAWINGOFSEEDFILLING,MATERIALFOLLOWDIAGRAM,PROCESSPIPINGANDINSTRUMENTATIONFLOWDIAGRAM,PLANTLAYOUTWORKSHOP,EQUIPMENTLIST,COMPLETETHEDESIGNSPECIFICATIONKEYWORDSOXYTETRACYCLINEFERMENTATIONPRODUCTIONPROCESSDESIGN目录摘要IABSTRACTII目录III第一章引言1第二章总论621指导思想622设计依据623设计要求624设计步骤6第三章土霉素概述831土霉素生产工艺流程简介832发酵工艺过程8321种子制备8322培养基的配制933土霉素产品的分离纯化9331土霉素纯化方法9332土霉素的分离10第四章工艺计算1141物料衡算11411培养及配比关系11412每天放罐发酵液体积1142发酵车间物料衡算1143发酵罐公称容积12431发酵罐公称容积12432发酵工段所需的发酵罐台数14433每罐发酵液体积14434种子罐容积确定14435种子罐的台数1544热量计算15441发酵过程中的热效应计算15442水的用量16443蒸汽耗量计算18444压缩空气耗量19445用电量的计算20第五章典型设备计算2151发酵罐21511通用式发酵罐几何尺寸比例21512发酵罐的装料容积及几何尺寸21513搅拌器装置及轴功率22514发酵罐的换热设备24515发酵罐壁厚计算27516接管设计28517发酵罐支座选择3052种子罐30521种子罐尺寸计算30522搅拌装置及轴功率31523种子罐的换热设备33524种子罐壁厚计算34525接管设计36526种子罐支座的选择3753空气过滤器37531空气过滤器的计算及设计37532发酵罐的空气分过滤器系统设备的计算37533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4161液体输送设备选型41611泵的分类和特点4162气体输送设备选型42621空气压缩机选型42第七章非标准设备的设计4571补料罐45711设备容量的确定45712基本尺寸的计算45713搅拌装置及轴功率计算45714电动机功率确定46715补料罐壁厚计算46716支座的选取4672氨水储罐46721设备容积的确定46722基本尺寸计算46723氨水罐壁厚的计算47724支座的选取4773泡敌储罐47731设备容积的确定47732基本尺寸的确定47733泡敌罐壁厚的计算48734支座的选取4874植物油储罐48741设备容积的确定48742基本尺寸的确定48743植物油储罐壁厚的计算48744支座的选取4975配料罐51751基本尺寸计算51752泵的选取51第八章车间布置设计与公用工程5081概述50811车间布置设计的内容和程序50812车间平面布置的内容和要求50813车间布置原则5182车间布置说明51821建筑51822生产工艺51823安装要求5283供电工程52831采暖和通风5284给排水53841生产用水情况概述及要求53842排水系统的划分53第九章设备设计选型5491概述5492设备设计选型的原则5493专业设备的设计选型54931种子罐和发酵罐换热设备54932空气净化设备55933通用设备55934非标准设备5694设备材料选择原则56第十章仪表控制方案57101概述57102发酵过程参数测量571021化学参数571022物理参数57103控制系统与分析571031PH值控制571032补料控制571033消泡系统58第十一章能环保护与安全生产59111三废处理591111生产过程中“三废”排放情况591112处理方案591113控制噪声的基本方法59112能源问题591121能耗分析591122节能措施59113生产物料的性质591131主要技术保安措施60114车检维修60参考文献61附录63致谢65第一章引言11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。12土霉素产品的理化性质121土霉素的理化性质土霉素TERRAMYCINOXYTETRACYCLINE地霉素，氧四环素分子式如图11所示，化学名6甲基4（二甲氨基）3，5，6，10，12，12A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（STREPTOMYCESRIMOSUS）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2329。图11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性条件下（PH26）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。122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0410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。123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。13土霉素的用途及临床应用131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。132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（P005）6。方明生等用含量为20ML200MG的长效土霉素注射液治疗仔猪黄、白痢的总有效率达86988，效果优于环丙沙星注射液（809833）。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1008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20MG/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900及933，而感染对照组的死亡率为600，用药组的增重效果显著高于感染对照组P0059。133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。14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115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，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，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21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。22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）毕业设计任务书。23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。24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31土霉素生产工艺流程简介土霉素生产工艺主要分为发酵、酸化过滤、脱色结晶、干燥四个阶段。其生产工艺流程如图31所示干燥离心15氨水调PH4546，2830结晶1222树脂脱色过滤ZNSO4015黄血盐025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PH175185酸化液滤液结晶液土霉素湿品365，45天土霉素干成品图31工艺流程图32发酵工艺过程321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12的淀粉，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12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，在孢子培养孢子培养砂土孢子斜面孢子一级种子液302830H空气搅拌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。322培养基的配制把斜面上长好的土霉菌孢子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15糊精15酵母粉05氯化钠05碳酸钙05硫酸铵04磷酸二氢钾001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12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。33土霉素产品的分离纯化331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PH2840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PH2840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。332土霉素的分离采用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70CM50UMID，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响。第四章工艺计算41物料衡算411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75磷酸二氢钾03豆油15氯化钴0018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03豆油04氯化钴0047淀粉酶00025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06磷酸二氢钾095淀粉酶136氯化钠2412每天放罐发酵液体积放罐体积由下式计算8（41）F10UQDMVM式中，M年产量，T/AUQ成品效价，U/MGUF年平均发酵水平，U/MLM年工作日，D/A提取总水平，由设计要求M400T/A，UQ1000U/MG，M310D/A，UF32000U/ML，95代入上述公式得4244（M3）取VD42（M3）104103295DV42发酵车间物料衡算由上述公式得VD分三部分种子液V1VD20422084（M3）底料液V2VD704270294（M3）补料液V3VD10421042（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补料中物料按用量分别流加。如种子培养液所需豆饼粉量M125V12584210KG发酵液底料所需豆饼粉量M229V2292948526KG补料耗豆饼粉量M32V324284KG所以，每天耗豆饼粉量MM1M2M32108526841071KG依据上述计算，故每天所耗各物料量为糊精耗量MM16V1684504KG酵母粉耗量MM1M26V14V26844294168KG玉米浆耗量MM27V272942058KG硫酸铵耗量MM1M28V111V2884112943906KG碳酸钙耗量MM1M2M375V16V206V375846294064224192KG磷酸二氢钾耗量MM1M2M303V103V2095V31533KG豆油耗量MM1M215V104V22436KG泡敌耗量MM2M305V212V31974KG氯化钴耗量MM1M20018V10047V21533KG淀粉酶耗量MM2M300025V2136V35786KG氯化钠耗量MM1M2M34V12V22V31008KG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4343发酵罐公称容积431发酵罐公称容积计算公式如下（42）0DLVN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864623376407135616623153195312419712446814163458369350531627554250664641261397812049607874496186032550640011156301635251752144406925216254166105206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346341617314165545192110401213851061662136925531662132216172077668311415534994468536223453671567268134016氯化钠277110809357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1627565119530944265165100260478121236917672604210842523995784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VD42M3/D，ND1罐/天，L80，得525（M3）0428V圆整到国内常用发酵罐容积系列，则V050M3432发酵工段所需的发酵罐台数NNDT43式中，ND每天放罐数，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T160H取7台16024N433每罐发酵液体积441DV校核L10084，则发酵罐的装料系数为84，符合要求。4250434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96VD8496806M3种子罐公称容积0DL式中VD每罐所需的种子液体积，M/D种子罐装料系数，L由设计要求取VD806M，70，所以1151（M）L0867V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。L8061806435种子罐的台数计算公式如下45NT式中T种子罐的发酵周期，D一级种子罐台数由经验得T2632H，取T30H所以取2台73016N二级种子罐台数取T28H，所以取2台7281560故需种子罐台数为4台。44热量计算441发酵过程中的热效应计算846FLQV式中，Q发酵罐的发酵热效应，KJ/HQF单位体积，发酵液所产生的热量，也称发酵热，KJ/HVL发酵罐内发酵液的体积，M土霉菌发酵热为QF2100026500KJ/MH。本设计取QF21000KJ/MH则发酵罐发酵过程中的热效应Q2100042882000（KJ/H）种子罐发酵过程中的热效应Q2100084176400（KJ/H）442水的用量（1）自来水配料用水（约为消前培养基体积）V发2333M，V种84M，V补42M洗罐用水（从人孔直接冲洗，用水量取罐体积6）V发5063M，V种10606M，V补5603M其中取补料罐装料系数80，则其V0取5M4280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12。则V总12（V发V种V补V发V种V补）12（2333844230603）478（M）（2）冷却用水W（47）21QCT式中，Q冷待冷却热量，KJ/HC水的比热容，KJ/KGT1冷却水进口温度，T2冷却水出口温度，取裕量系数12，则W21QCT冬季冷却水用量已知C4195KJ/KG，取T14，T215发酵罐Q冷882000（KJ/H）W229364（KG/H）1280495种子罐Q冷176400（KJ/H）W45873（KG/H）7614取裕量系数15，则总用水量W总15（WW）15（22936445873）412856（KG/H）夏季冷却水用量由经验知C4181KJ/KG，取T110，T225发酵罐Q冷882000（KJ/H）W168763（KG/H）128045种子罐Q冷176400（KJ/H）W33753（KG/H）761820总用水量W总15（WW）15（16876333753）303774（KG/H）（3）实消过程冷却水用量A（48）2/12KFWCSTE（49）2LNA式中W冷却水的用量，KG/HA冷却水流量C2冷却水的比热容，KJ/KGF传热面积，M2K平均传热系数，KJ/M2HT1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6301050KJ/M2H，蛇管和外盘管的传热系数通常为12601680KJ/M2H，这里采用后者，取1500KJ/M2H已知T2S15，C24191KJ/KG，T175，T225则A127512ST发酵罐45863421MRHF/2LN945801HKGW种子罐3520681432RF/921LN94502HG补料罐35206814323MRH/921LN94503HKGW443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7585迅速上升到1202，然后在此温度和010005MPA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3050进行计算。7直接加热蒸汽耗量（410）211GCTDI式中，蒸汽的热焓，KCAL/KGIG培养基质量，KGC培养基比热容，KJ/KG热损失，510加热结束时的料液温度，2T加热开始时的料液温度，1已知取650KCAL/KG，C取418KJ/KG取8，T2120，T130I发酵罐V42M，1100KG/M384729（KG）211GCTDI4210481203865种子罐V84M，1030KG/M3D15867（KG）21TIC8410812038654补料罐V42M，1150KG/M3D8858（KG）21GTI4210812038654灭菌保温时间内蒸汽用量，根据经验估算D2（3050）D19（411）本设计取40发酵罐D240D1048472933892（KG）种子罐D240D104158676347（KG）补料罐D240D10488583543（KG）蒸汽总用量发酵罐DD1D28472933892118621（KG）种子罐DD1D215867634722214（KG）补料罐DD1D28858354312401（KG）444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（412）QGNM式中单位体积培养液在单位时间内通入压缩空气量，M3/MINVVL培养液体积，M3N发酵罐台数发酵罐VL42M3，7台，装料系数84，取通风比为111，则VL711423234（M3/MIN）QG种子罐VL84M3，4台，装料系数84，取通风比为12，则VL4284672（M3/MIN）QGNM445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765415275530（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1005053010050680（KW）第五章典型设备计算51发酵罐511通用式发酵罐几何尺寸比例比例关系如下173HDID123WD182152512IS1IS式中H发酵罐筒身高，MD发酵罐内径，MDI搅拌器直径，MW挡板宽度，MS两搅拌器间距，MB下搅拌器距罐底间距，MS1上搅拌器距液面间距，M512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V0VCVBD2HVB9（51）4VB取决于封头形式，对于椭圆形封头可用VBD2HBD2HA（52）46式中HA封头凸出部分高度，MHB封头直边高度，M对于标准封头可写成VBD2（HB）D3013D3（53）4624则V0VCVBD2H013D3（54）4已知V050M3，取H2D，代入上式得50D22D013D3D309M4圆整到常用发酵罐系列【9】，取D3100MM。查表知D3100MM，HA815MM，HB50MMVBD2HBD2HA312005312081545（M3）4646则HV0VB/D25045/312603M（55）圆整后取H6000MM。则194符合173H6031H校核V0VCVBD2HD2HBD2HA46312645498（M3），故符合要求。即发酵罐公称容积为50M3，全容积为545M3，直径为31M，圆筒高度为6M。罐体总高度H总H2（HAHB）62（0815005）773（M）由前面计算已知发酵罐装料系数84，则其装料容积VLV0845042（M3）圆筒部分装液量VCVVB4245375（M3）则圆筒部分填料系数375/31268284圆筒部分液面高HLH8286497M罐内液柱高度HLHLHAHB4970815005584（M）513搅拌器装置及轴功率（1）搅拌轴功率计算6先求不通风条件下的搅拌功率NPFRE（56）53IDNPPNPN3DI5（57）式中P搅拌功率，KW（1KW102KGM/S）N搅拌器转速，R/SDI搅拌器直径，M液体密度，KG/M3查资料得六平叶涡轮浆NP62六弯叶涡轮浆NP48六箭叶涡轮浆NP39由已知转速为N110R/MIN18R/S，DI105M，1100/981122KGS2/M4NP39所以PNPN3DI53911221831055325703KGM/S）319（KW）校正查手册得校正公式P实（58）ILIIIDH式中，为实际值，为理论值且均为3IDILHIIL所以，P实FP（59）PDILI31已知D31M，DI105M，HL584，代入式中得P实431（KW）91058413根据一般搅拌器之间距离S（1525）DI，本设计取2搅拌器层数16051384BHIL搅拌器间距下搅拌器距底高度罐内液柱高度取2层。当发酵罐中装入多层搅拌器时，轴功率可按下时估算PMP实106M1P实0406M（510）式中M为搅拌器层数所以，PM431（04062）6896（KW）通风条件下的搅拌功率通风条件下搅拌功率将下降，通风速度大于30M/H，搅拌功率仅为不通风的4050，本设计取45。则P45PM045689631（KW）（511）（2）搅拌装置7根据菌种特性故采用六箭叶圆盘涡轮式，其DI105M。搅拌器尺寸计算与选型由已知，本设计取，DI1/3D1/331105MID12313，本设计取，W1/8D1/83104MW881525，本设计取2，S2DI210521MISD0810，本设计取08，B08D0831248MBS1HLBS58424821126M，故符合12。ID20561ISD查手册选择合适搅拌器且叶轮下端设置了稳定器，使搅拌系统的震动大大降低，且功率消耗为纯涡轮式搅拌器的25，则不通风情况下的PM1256896517（KW）电动机功率的确定P（512）8TMP式中P为所需电机功率，KWPM为搅拌所需功率，KWPT为轴摩擦损失的功率，KW为传动机构效率，一般端面轴封摩擦损失的PT可取12，此设计取2，齿轮减速传动时可取085。所以，P（KW）TM0462850712故查资料14选取电动机功率为65KW，其型号为YJL1210，减速机型号为YPV765。514发酵罐的换热设备（1）冷却管布置发酵罐的传热装置有夹套、内蛇管、外盘管，一般容积为5M3以下的罐可用夹套为传热装置，大于5M3以上用蛇管、外盘管。夹套的传热系数通常为6301050KJ/H，蛇管和外盘管的传热系数为12601680KJ/H。9冷却面积计算使用牛顿传热定律公式计算F（513）TKQ式中Q发酵罐待冷却热量，KJ/HK传热系数，KJ/HT两流体传热时平均温度差，由前面计算知Q882000KJ/H，K值取1400KJ/H，发酵温度为32，冷却水进出口温度分别为12，24。T517243LN1LN21TFM2TKQ657408考虑到消毒后培养基冷却等因素，乘以系数1515得F实15F153654M2此时50M3发酵罐的可用传热面积F实为F实828828314316484M2DH由于F实F，则该罐采用外盘管不满足工艺设计，需内设蛇管。进水管总管直径按用水量大的冬季通水量计算冷却水用量W229364（KG/H）637（KG/S）冷却水体积流量W637/1000637103（M3/S）取冷却水在管中流速为V1M/S冷却管总截面积S总M23310761076VW进水总管直径D总M90MM0978513643总S查表16取9535的无缝钢管。外盘管设计经查资料，取9535的半圆管，假设外盘管换热面积为F140M2则外盘管壁长L154107953MDF缠绕圈数N，取47圈。8643校核外盘管实际换热面积S实403M240M20171N故符合要求。外盘管分为四组，每组分别为11圈，12圈，12圈，12圈。内蛇管设计冷却管组数和管径S总（514）204ND式中S总冷却总表面积，M2N竖式蛇管组数，取N4D0竖式蛇管管径，M所以，D00045M45MM1430764总S查表取5435的无缝钢管。5435247MM内D均M5047LNL内外内外冷却管总长度计算已知剩余冷却面积F2F实S实54403137M2L2387051430MDF每组管长L08214372MNL每组管高和圈数蛇管高度应小于HLB584248336（M），取32M。每组管子圈数N0（圈），取4圈。43281校核总管长L2322441024M873M，故满足设计要求。取管间距为3D外300540162M，蛇管距罐壁间距为02M。依据蛇管与搅拌器最小间距为200MM19进行校核，故蛇管与搅拌器间距D31/2024005430162外外DD3420064802M故符合设计要求。515发酵罐壁厚计算（1）取设计压力等于最高工作压力的11倍，即1103033MPA。圆筒体内的设计压力P033MPA。判断是否考虑液体静压力已知发酵液密度1100KG/M3，筒身部分液面高度为497M，故筒体底部产生的静压力为P1HG1100497980054MPA03350017MPA，故需考虑在内，即设计压力P03300540384MPA（2）筒体壁厚计算T（515）22CPD式中P设计压力，MPAD罐内径，MM材料在设计温度下的许用应力，取170焊缝系数，08C厚度附加量，MM（CC1C2C3）已知D3100MM，C051015MM所以，T0PD2M43801724T名义厚度T0C441559MM，圆整到标准规格取8MM。（3）上封头壁厚计算上封头为标准椭圆形封头，其壁厚计算公式T上K增强系数，此处为1。PKD502所以，T上M76305817023名义厚度T名义T上C37615526MM。圆整到标准规格取8MM。有效壁厚T上E81565MM校核T上E015D465，故符合要求。（4）下封头壁厚计算P033GHL0331100985841060393MPAT下PKD502M48305817219名义厚度T名义T下C44815598MM。圆整到标准规格取8MM。有效壁厚T下E81565MM校核T下E015D4