年产200吨硫酸链霉素工业盐发酵车间的工艺设计课程设计

1、课程设计题目：年产200吨硫酸链霉素工业盐发酵车间的工艺设计课程名称：发酵工厂工艺设计概论目录1前 I 一； 441 书据“"霉艺- 务数 3 铃T-3 3 3 3 任考容求酸产种备艺养32.2参42.3 设内42.4设计要43全厂工艺论证3.1硫43.1.1硫酸链霉素生43.1.2筛选生产菌53.1.3无菌空气的制53.2发酵工53.2.1斜面池子培53.2.2摇瓶种子培53.2.3种子罐扩大培53.2.4发酵罐培53.3溶氧的影响及控63.4 温 舁二 衡舁舁发酵罐的选型.数量和容积的确定七二二二赢鬻一 确舁数章计票计器机冷组L度 636泡与消637 I74工艺计算4.1物料94

2、.2热量衡104.3耗水量的计115发酵车间设备的选型计135.2生产135.2.1发酵罐容积的135.2.2生产能力的计135.2.3发酵罐个 135.2.4主要尺寸的计135.2.5搅拌器的设135.2.6搅拌轴功率的计145.3设备结构的工艺设165.3.1空气分布1 5 166却管的布置6.11 11176.1.2冷却管总长度186.1.3每组管长L0和管组高186.1.4每组管子圈187、PH 测198、/白、观察窗1910、液1911、封头连1912、密封方1913、对本设口面高度显示管安装方工I式计的评述1914、参考文献20 1、前言硫酸链霉素的主要成分是链霉素，链霉素（str

3、eptomycin）是一种氨基葡萄糖型抗生 素，分子式C21H39 N7O 12。于1943年由美国S.A.瓦克斯曼从链霉菌中析离 得到，是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素。它的抗结核杆菌的特效作 用，开创了结核病治疗的新纪元。 硫酸链霉素化学结构式链霉素是一种从灰链 霉菌的培养液中提取的抗菌素。属于氨基糖比碱性化合物，它与结核杆菌菌体核糖 核酸蛋白体蛋白质结合，起到了干扰结核杆菌蛋白质合成的作用，从而杀灭或者抑 制结核杆菌生长的作用。链霉素属窄谱抗生素，主要对革兰氏阴性杆菌如大肠杆 菌、产气杆菌、肺炎杆菌、痢疾杆菌、变形杆菌、布鲁氏菌、鼠疫杆菌等有抗菌 作用。特别对结核杆菌作用较强，在

4、低浓度时有抑菌作用，在高浓度时有杀菌作 用。但对大多数革兰氏阳性菌不如青霉素，对真菌、立克次氏体、病毒等无效。 由于硫酸链霉素肌肉注射的疼痛反应比较小，适宜临床使用，只要应用对象选择得 当，剂量又比较合适，大部分病人可以长期注射（一般2个月左右）。所以，应 用数十年来它仍是抗结核治疗中的主要用药。其生产过程分为两大步骤：菌种 发酵，将冷干管或沙土管保存的链霉菌胞子接种到斜面培养基上，于27c下培养 7天。待斜面长满池子后制成悬浮液接入装有培养基的摇瓶中，于27c下培养 45-48小时待菌丝生长旺盛后，取若干个摇瓶，合并其中的培养液将其接种于种 子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌，在罐温2

5、7c下培养62-63小 时，然后接入发酵罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气，搅拌培养，在罐温为 27c下，发酵约78天。提取精制，发酵液经酸化、过滤，除去菌丝及固体 物，然后中和，通过弱酸型阳离子交换树脂进行离子交换，再用稀硫酸洗脱收集高 浓度洗脱液链霉素硫酸盐溶液。洗脱液再经磺酸型离子交换树脂脱盐，此时溶 液呈酸性，用阴离子树脂中和后，再经活性炭脱色得到精制液。精制液经薄膜浓 缩成浓缩液，再经喷雾干燥得到无菌粉状产品，或者将浓缩液直接做成水针剂。1 2、设计任务书2.1基础数据生产规模：200吨/年产品规格：成品效价为800单 位/mg生产天数：300天/年接种量：15倒罐率：1发酵周期：8

6、天每天放罐：3 罐发酵装料系数：70发酵液收率：95提炼总收率：75平均发酵水平：22000单位 /ml种子培养基配比g/L ：牛肉膏6,葡萄糖4, KH2PO4 1, MgSO4 1生产培养基 配比g/L：葡萄糖4,黄豆饼粉0.8, （NH2玉米浆1.5. 4） SO4 0.5,豆油 0.2, KH2PO4 0.01, CaCO3 0.042.2参考数据罐体的高径比H/D ： 1 3搅拌桨直 径与罐体直径之比Di/D: 1/3 1/2挡板宽度与罐体直径之比Wb/D ： 1/8-1/12 （4 块挡板）最下层搅拌桨高度与罐体直径之比：0.8 1.0相邻两层搅拌桨距离与搅拌 桨直径之比：12.5

7、发酵条件:转数350r/min温度28, pH7.2 （400L发酵 罐）冷却水进出口温度分别为25、30c黏度：38cP培养基比热容:C.037x4.18X + 4.181-X【X:固形物的质量百分比】2.3设计内容1、根据以上设计任务，查阅 有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选 择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。2、工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车 间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算）；水用量的计算；发酵车间耗冷量计算。3、 发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量、数量、主要的外形尺寸。4、对发酵 设备进行详细化工计算与设计。2.4设计要求1、根据以上设计内容

8、，书写设计说 明书2、完成图纸（1号图纸）：带控制点工艺流程图（初步设计阶段），发酵设 备总装图（剖面和俯视图）或车间平面布置图。13、全厂工艺论证3.1硫酸链 霉素生产工艺3.1.1硫酸链霉素生产工艺概述硫酸链霉素的整个生产过程可分为 以下4个工艺阶段：（1）筛选生产菌种（2）无菌空气的制备和发酵工艺（3）链霉素的提取（4）硫酸链霉素的加工制备由这四个工艺阶段硫酸链霉素 生产厂家一般将其生产分为以下四个生产车间：（1）生产菌种筛选和准备车间（2）发酵车间（3）提取车间（4）精制车间除以上四个车间外，为保障生 产过程中对培养基和无菌水等的需要，还设置了其它部门。3.1.2筛选生产菌种出 发菌株

9、多采用灰色链霉菌。灰色链霉菌的胞子梗直而短，不呈螺旋形，胞子数量很 多，胞子乃断裂而成，呈椭圆形，气生菌丝和胞子均呈白色，单菌落生长丰满，呈 梅花型或馒头型，直径为34mm,基质菌丝透明，在斜面背后产生淡色色素。3.1.3无菌空气的制备在抗生素的工业发酵中，生产菌大多是好痒菌，要求连续通 入大量无菌空气，故无菌空气的质量标准是至关重要的。目前工业发酵企业一般采 用二级过滤除菌：总过滤器粗过滤除菌和进罐前分过滤器过滤除菌。这样可很大程 度上降低杂菌污染情况。3-2发酵工艺链霉素发酵生产工艺与其它抗生素相似， 采用沉没培养法，在通气搅拌条件下，菌种在一定组成的培养基内，经过23级的 种子扩大培养，

10、最后进行发酵生产。其过程一般包括：斜面池子培养、摇瓶种子 培养、种子罐培养和发酵培养等。3.2.1斜面池子培养将砂土管（或冷冻管）菌种 接种到斜面培养基，经培养后即得原始斜面。原始斜面质量要求一般为：菌落分布 均匀，密度适中，颜色洁白，但菌落丰满。再从原始斜面的丰满单菌落接种至斜面 上，长成后即得生产斜面，斜面上的菌落应为白色丰满的梅花形和馒头形，背面为 淡棕色色素，排除各种杂型菌落。经两次传代，可达到纯化的目的，排出变异的菌 株。其质量还应通过摇瓶实验来进行控制。合格的抱子面存在低温冷库（04C）内 备用。3.2.2摇瓶种子培养生产斜面的菌落接种到摇瓶种子培养中，经过培养基即 得摇瓶种子。链

11、霉素发酵经常使用摇瓶种子来接种种子罐。种子质量以菌丝阶段、 发酵单位、菌丝粘度或浓度、糖氮代谢、种子液色泽和无菌检查为指标。摇瓶种子 可以直接接种子罐，也可以再扩大培养，用培养所得的子瓶来接种。摇瓶培养的培 养基成分为黄豆饼粉、葡萄糖、硫酸镂、碳酸钙等。黄豆饼粉的质量和葡萄糖的用 量对种子质量都有影响。323种子罐扩大培养种子罐培养是用来扩大种子量的。种子罐培养可为23级，根据发酵罐体大小和接种量来确定。第一级种子罐一般采 用摇瓶种子接种，23级种子罐则是逐级转移，接种量一般都为10左右。种子质 量对后期发酵的影响甚大，种子必须符合各项质量要求（糖氮代谢、菌丝粘度和浓 度、菌丝阶段、效价和无菌

12、要求）,方能转罐。因此在培养过程中，必须严格控 制好罐温、通气搅拌和泡沫，以保证菌丝生长良好，得到合乎要求的种子。3.2.4 发酵罐培养发酵罐培养是链霉素生物合成的最后一步，也是最关键的一步，链霉 素的发酵培养基主要由葡萄糖、黄豆饼粉、硫酸钱、玉米浆、磷酸盐和碳酸钙等组 成。各成分元素的差异都会影响发酵生产的进行。1碳源链霉素产生菌一灰色链 霉菌可以利用葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、D一甘露醇、麦芽糖、乳糖和淀粉。 2氮源目前都采用复合氮源。有机氮源如黄豆粉等，无机氮源如硫酸钱等钱盐3 磷源营养物质除碳、氮源外，磷源亦是很主要的因素之一，由于营养物供能及合 成菌丝蛋白，整个代谢过程很多需有磷酸盐

13、的参与，同时物质代谢所产生的能 量，一部分被利用于高能磷酸化合物主要是ATP的生成。3.3溶氧的影响及控制 链霉素产生菌灰色链霉菌是一种高度需氧菌。它在整个代谢过程中以葡萄糖作 为主要碳源，只有以氢做为最终电子受体时方能获得大量能量，来满足菌体生 长、繁殖和合成链霉素。据文献记载19,空气中氧在培养液中的饱和浓度1 atm 25c大约只有0.2毫克分子02升/小时，而链霉素发酵液中菌体的摄氧率在105。 毫克分子02升/小时。因此向发酵液中迅速地补充溶解氧是链霉素发酵中的重要问 题11。对溶氧水平有较大影响的因素主要有：a、菌体代谢是否旺盛。b、培养液 的粘度：过高的粘度会影响氧的传递，即影响

14、氧由气相溶解于液相之中。c、补 料：补糖后糖代谢加快。d、罐压：在培养前期，一般罐压每升高或降低 0.1kg/cm2溶氧浓度就升高或降低4左右；在培养中、后期，罐压每升高或降低 0.1kg/cm2溶氧浓度就升高或降低3左右。但罐压超过一定限度对菌体的生长、代 谢就要产生不良影响。、空气流量：体积氧传递系数中，Vs为空气在罐中的直 线速率，它与空气流量是等效的。应尽量增大Vs,但其超过一定限度后溶氧浓度 不再上升，反而会造成泡沫上升，发酵中间产物未及被利用即被带出而造成不良后 果，甚至使搅拌器周围充满气泡从而使搅拌失去作用，造成溶氧下降。f、搅拌： 不同的搅拌桨形式以及速度，对溶氧也会产生很大的

15、影响。机械搅拌能损坏菌丝 体，对发酵液过滤不利。采用空气涟杵彭蚩朔苏庖蝗钢悖峋毗斯薜睦寐省2 捎么透本缎3兜慕涟杵鲸谑实痹鼠幼侯拢芳媒细叩奈历省A烧饨新质礁奈 喟段浇涟杵鲸 山档凸P氏 慕 话掰?4温度灰色链霉菌对温度敏感。 据报道，z-38菌株对温度高度敏感：25C时，发酵单位为1180毫克/升/118小 时；27c时为2041毫克/升/118小时；29c时为2194毫克/升/104小时，而 31c时则为414毫克/升/72小时。故认为链霉素生产适宜培养温度为28.5C左 右。有些人认为不一定在2431c的范围，应随菌株不同而适宜温度有所改变。3.5 pH值pH值直接影响到发酵过程中各种酶活

16、动，影响菌体对基质代谢的速度，甚 至改变菌体的代谢途径及细胞结构。菌体的发育生长和抗生素的合成有不同的适 宜pH值。发酵过程中pH值必须予以控制，才能符合菌体生长和抗生素合成的 需要。适合链霉菌菌丝生长的pH约为6.57,0,适合于链霉素合成的pH约为 6.87.3. pH低于6.0或高于7.5,对链霉素的生物合成不利。pH对链霉素发酵 影响很大，故很多国家为了准确控制pH值，使用pH自动控制装置。这样，可 提高发酵单位，又可以减少培养基中碳酸钙的用量，在发酵液预处理时，还可减少 中和用的酸量12。3.6泡沫与消沫链霉素发酵过程产生大量泡沫，尤其在发酵前 期，由于菌丝生长处于对数生长期，代谢旺

17、盛，在通气和连续搅拌条件下产生大量 泡沫，如不及时进行消沫控制，就产生逃液等现象，发酵不易正常进行。故一般都 需加一定量之消沫剂进行消沫。消沫剂分油脂类、脂肪酸类、脂肪酸酷类、醇类、 酸类、胺类、儆胺类、金属碱类、硅酮类等，抗菌素生产中可应用硅酮、聚氧乙 烯和聚氧丙烯的共聚物，其中硅酮对微生物影响小，是一种较好的消沫剂。国内 已成功地使用了聚氧乙烯甘油酸和聚氧丙烯甘油酸作为消沫剂。13。3.7提取工艺 经34级发酵生物合成链霉素。发酵液用水稀释，0草酸酸化至PH3 .左右， 加热至7580C,通过离心分离或板框过滤，除去大量不溶性菌丝体、酸性蛋 白、钙镁离子、培养基残渣等杂质，冷却至15c以下

18、，再用NaOH中和得到符 合离子交换工艺要求的澄清链霉素原液。这一过程在生产上称为发酵液的预处理。 原液中的链霉素在水溶液中离解成三价阳离子，应用钠型弱酸性阳离子交换树脂 1x10树脂或大孔D-152树脂进行吸附，洗脱后成为链霉素洗脱液，在这一步提 取过程中使水溶液中的链霉素得到富集，含量由不到1%浓缩到20%o同时，通 过离子交换树脂的选择作用，除去绝大部分的无机离子、色素、蛋白质及可见的固 形物等。链霉素提取液经大孔伯胺基吸附树脂D303树脂通过Schiff反应除去 双狗链霉糖、链霉肌、链霉胺等不含醛基的链霉素同系物，再经强酸性阳离子交换 树脂1x25树脂和弱碱性阴离子交换树脂703树脂组

19、成的混合床脱盐中和得到提 纯液。提纯液先经药用活性炭脱色处理，吸附色素和细菌内毒素，经减压蒸发， 在45c以下浓缩，链霉素含量由10%左右浓缩到45%O最后为了进一步提高成 品色级和保证细菌内毒素及热原合格，加入一定量的药用活性炭脱色处理得到符 合质量要求的成品浓缩液。成品浓缩液经过石棉板除菌过滤，喷雾干燥得到白色 或类白色的无菌粉末，分装出厂。菌种空气原料粗过滤预处理斜面池子培养 空气压缩机水解摇瓶种子培养两级冷却过滤4、工艺计算4.1物料衡算3首 先计算生产1000kg成品链霉素所需耗用的原辅材料及其他物料量：1.发酵液 量:V11000x8004-22000x (1 - 1) x95x7

20、551.55m3 2.种子液量接种量为 15:V2Vlxl57.7325m3 3.牛肉膏耗用量：种子液用量：V2x67.7325x 103x6463.95kg4. 葡萄糖耗用量：种子液用量：V2x47.7325x 103x4309.3kg发酵液用量：V 1x451.55x103x42062kg 葡萄糖总共耗用量：309.320622371.3kg 5.KH2Po4 耗用 量：种子液用量：V2xl7.7325xl03xl77.325kg发酵液用量：V1 xO.0151.55x 103x0.015.155kg KH2PO4 总共耗用量：77.3255.15582.48kg 6.MgSO4耗用量：种

21、子液用量：V2xl7.7325xl03xl77.325kg7.黄豆饼粉耗用量： 发酵液用量：Vlx0.851.55xl03x0.8412.4kg 8.玉米浆耗用量发酵液用量： Vlxl.551.55xl03xl.5773.25kg9. (NH4) 2s04 耗用量：发酵液用量：V1 x0.551.55x 103x0.5257.75kg 10.豆油耗用量：3 发酵液用量：Vlx0.251.55xl0 xO.21O3.lkg 11 .CaCO3 耗用量:发酵液用量:V1 x0.0451.55x 103x0.0420.62kg 200 吨/年，链霉素厂发酵车间的生物料衡算物料名称生产1000kg链霉素200t/a,链 霉素生产的每曰物料量产品的物料量物料量发酵液量m3 51.55 10