干燥课设说明书

1、学校代码： 10128学 号： 20513057 课程设计说明书（题 目：250t/a土霉素车间干燥工段工艺设计学生姓名：李立博学 院：化工学院系 别：食品与生物工程系专 业：生物工程班 级：11-1班指导教师：黄惠娟二 零 一 五 年 一 月摘要土霉素（Oxytetracycline，OTC），又称5-羟基四环素，氧四环素，地霉素，地灵霉素，是一种四环类广谱抗生素。 由于其抗菌谱广，在医疗和畜牧业上得到广泛应用。在畜牧业及医疗方面有着广泛且重要的应用。对多数革兰氏阳性菌、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、

2、疖疮及皮肤化脓感染等。土霉素相关的生产技术已相对成熟。对其研究主要集中在其生产过程中各个工段的进一步优化。土霉素的生产技术在现在已经十分成熟，已经能大规模生产，本报告结合市场上主流的工艺技术，主要对土霉素的生产工艺进行了系统地阐述，参考了大量的文献资料，从不同方面了解了土霉素生产工艺，其中特别是干燥工段，也进行了研究探讨。并对全工段的物料衡算进行了计算，以250t/a为生产任务，包括各工段的计算，参考了大量的相关数据进行了计算。关键词：土霉素、计算、干燥AbstractTerramycin (Oxytetracycline, OTC), also known as 5-hydroxy-tetr

3、acycline, oxytetracycline, to neomycin, neomycin Hope, is a broad-spectrum antibiotic tetracycline class. Because of its broad spectrum antibiotic, in medical and animal husbandry are widely used. In the livestock sector and has a wide range of important medical applications. For most Gram-positive

4、and Gram-negative bacteria, Rickettsia, Chlamydia trachomatis, actinomycetes and spirochetes so effective in the Salmonella typhi almost ineffective. For dysentery, typhus, trachoma, conjunctivitis, pneumonia, otitis media, festering boils and skin infections. Oxytetracycline related production tech

5、nology is relatively mature. The research focused on the further optimization of its production process of each section.Oxytetracycline production technology is now very mature, has been able to mass production, the report on the market combined with mainstream technology, mainly oxytetracycline pro

6、duction process was systematic exposition, with reference to a large number of documents, from understanding of the different aspects of oxytetracycline production process, including in particular the drying section, also discussed research. And the whole section of the material balance was calculat

7、ed to 250t / a production tasks, including the calculation of each section, a large number of relevant reference data were calculated.Keywords: Oxytetracycline, Calculation, Dried目录前言1第一章 文献综述21.1 土霉素生产菌21.2 土霉素菌种的自然分离纯化及鉴定21.3土霉素的生产31.4土霉素的现状及其展望31.5 土霉素生产中的干燥过程31.5.1 土霉素双锥干燥真空系统的设计研究31.5.2 新型洁净高效土

8、霉素药渣干燥工艺的开发应用41.6 总结5第二章 全工段相关计算62.1 干燥工段的物料衡算62.2 结晶、分离工段72.2.1土霉素折湿效价72.2.2碱化剂密度82.2.3求其他未知量82.3脱色工段102.3.1计算滤液和脱色过程中损失的质量112.3.2滤液效价求算112.4过滤工段122.5酸化工段132.5.1 酸化液和草酸水的体积142.5.2酸化工段发酵液和盐酸体积142.5.3发酵液的效价142.5.4酸化剂和净化剂的用量152.6发酵工段152.6.1三级发酵罐的物料衡算162.6.2二级种子液培养阶段物料衡量182.6.3一级种子液培养阶段物料衡量19参考文献21致谢23

9、前言前言土霉素是由龟裂链霉菌所产生的四环素类广谱抗生素。在畜牧业及医疗方面有着广泛且重要的应用。对多数革兰氏阳性菌、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。目前，全世界的医药产品生产已有一半以上由生物技术合成，其中，抗生素、维生素、激素这三大类药物主要由微生物发酵生产。抗生素在世界范围内的应用十分广泛，从而有效地控制了许多传染疾病，同时也促进了发酵工业的发展。本设计是围绕着干燥工段设计，同时也对土霉素的全工段进行了探讨和物料衡算，讲解土霉素的生产过程。 1第一章 文献综述第一章 文献综述由于

10、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。1.1 土霉素生产菌土霉素是由龟裂链丝菌产生的，属于放线菌中的链霉菌属，它们具有发育良好的菌丝体，菌丝体分支，无隔膜，直径约0.41.0米，长短不一，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，成龟裂状。菌丝成树枝分支，白色，孢子灰白色，柱形。淡黄色的结晶性或无定形粉末，无臭；在日光下颜色变暗，在碱性溶液中破坏失效。在乙醇中微溶,在水中极微溶解，在稀酸和稀碱中溶解1。 其结构和命名如图1-1。图 1-1 土霉素的结构式1.2 土霉素

11、菌种的自然分离纯化及鉴定土霉素是一种四环类广谱抗生素，由于其抗菌谱广，在医疗和畜牧业上得到广泛应用。土霉素还是合成多四环素的原料，在制药行业占有重要的地位2。土霉素产生菌为龟裂链霉菌，链霉菌中普遍存在菌种退化，以及遗传不稳定性引起的抗生素产量下降问题3。菌种退化通常是指在较长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象。在生产实践中，经常会遇到菌种退化的问题。菌种退化的原因是多方面的，菌种保藏不妥、菌种生长的要求没有得到满足或是遇到某些不利条件或是失去某些需要的条件都会造成菌种退化，还有经诱变得来的新菌株发生回复突变，从而丧失新的特性的情况。 此外，杂菌污染也会造成菌

12、种退化的假相4。为了防止诱变菌种退化，一方面要使用一些高效诱变剂，另一方面要进行很好的纯化，将初筛得到的高产量菌株进行单菌落分离后再进行复筛。1.3土霉素的生产土霉素通常由龟裂链丝菌(Streptomyces rimosus)发酵得到，目前国内提取工艺一般以草酸(或部分盐酸替代草酸)作酸化剂调节发酵液pH值，利用黄血盐钠和硫酸锌作净化剂生成普鲁士蓝沉淀协同去除Fe3+及高分子杂质，再经122-2树脂脱色，调节pH至4.6晶得干燥到土霉素成品5。1.4土霉素的现状及其展望在上世纪60-70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

13、先后放弃了生产6。21世纪初，全国土霉素产量已从20世纪80年代的2万t下降到1. 2万t，目前的产量已不到1万t，生产企业从几十个减少到只有几个7。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6000t左右，约占世界总产量的l/48。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11.5美元/kg，1998年为10美元/kg，2000年已降到7美元/kg。近年来，出口量和出口价格还在下滑9。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

14、其微10。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11。1.5 土霉素生产中的干燥过程物料经粉碎后，通常采用旋风干燥机干燥，并经除尘可得到最终产物。除了常规的干燥方法外，还有一些高效、新颖的干燥方法，这里简单介绍两种干燥方法的研究。1.5.1 土霉素双锥干燥真空系统的设计研究在土霉素生产过程中，我们采用了真空双锥干燥器对产品进行干燥。在真空条件下，水分和残留溶剂极易气化，故在较高的温度下可以获得较高的干燥速度，真空干燥适合不宜在高温干燥(如热敏性物料)或很难干燥的物料的干燥过程。所以我们根据盐酸土霉素物料的特性选择真空双锥干燥器进行干燥。在干燥过程的主要控制

15、参数是温度和真空度，这两个参数对产品的外观，水分，溶剂残留，杂质吸收度产生重要影响12。在工程设计中，干燥温度调节主要通过蒸汽调节阀控制蒸汽压力来完成。相对而言，真空系统设计则较复杂，涉及因素包括：真空度的确定、真空泵的选型、真空管道系统等。合理的真空系统设计不仅可以保证产品的质量，而且可以节约设备投资和运行成本，提高经济效益13。真空系统的组成一般包括以下几个部分：真空泵、真空管道、真空缓冲罐和真空室，真空室一般为使用真空的设备，这里指的是双锥干燥器14。1.5.2 新型洁净高效土霉素药渣干燥工艺的开发应用开发出一种新型的干燥工艺可解决土霉素菌体药渣的脱水问题，增加药渣的附加值。具有可观的经

16、济效益，同时对于环境保护也具有重要的意义。基于大量的试验研究和实际工作经验，我们开发出一种双级串联顺流的干燥工艺。本工艺的特点有：（1）采用双级串联顺流干燥的方式。第一级干燥机采用新型的打散转筒干燥机，对湿料不断破碎、造粒，增大比表面积，提高体积蒸发强度，严格地将于燥过程控制在恒速干燥阶段，可大幅度地提高进风温度在8001000，而物料温度始终保持在接近空气的湿球温度附近，维持物料中土霉素菌体和蛋白质的活性。二级干燥采用新型的振流化床，利用一级干燥的尾气，在振动流化床内完成进一步干燥，控制物料的停留时间和干燥温度，将干燥过程控制在降速干燥阶段，同时完成冷却和筛分过程，出料温度低于50，可立即包

17、装，极大地提高了生产效率，降低了设备投资和厂房土建费用15。（2）热源采用高温净化燃煤烟气炉，提供800一1000"(2的洁净烟气，直接作为干燥介质，较有换热器的系统热效率大大提高，排气温度100"C，整个系统热效率可达80一8516。（3）产品水份均匀稳定在12，粒度均匀，稳定在23mm。蛋白质的活性和土霉素菌体的活性没有改变。蛋白质的含量较自然晾晒提高了23个百分点。（4）成套设备操作简单、方便，操作弹性比较大，进料水份波动范围为85-65，运行费用低，不受天气变化的影响17。土霉素菌体药渣易变质，很难被脱水干燥为安全水份的特性长期困扰着各大生产厂家。而自然晾晒又费时、

18、费力，占用大量的人力、物力且受客观环境的制约。为此，山东省科学院干燥中心经过反复试验研究开发了一种适用土霉素菌体药渣和性质类似物料干燥工艺和成套干燥设备。经过用户的生产实践证明该工艺是合理、高效、洁净的，各项指标均达到设计要求。该干燥设备运转平稳，操作简单、方便18。1.6 总结土霉素的干燥工段是最后的一步，干燥的效率不仅节约能源，也对提高收率由极大作用。干燥也是化工单元中特别常用的操作单元，熟练掌握相关操作流程，对将来工作也至关重要。干燥操作的成功与否，主要取决于干燥方法和干燥器的选择是否适当。要根据湿物料的性质、结构以及对干燥产品的质量要求，比较各种干燥方法和设备的特性，并参照工业实践的经

19、验，才能做出正确的决定。3内蒙古工业大学课程设计说明书第二章 全工段相关计算本设计通过查阅相关资料、文献，收集必要的技术资料，工艺参数，进行工艺流程与工艺条件确定的论证，对全工段进行物料衡算和干燥工段的热量衡算。要求年产250吨土霉素车间干燥工段工艺设计，年工作日为330天。土霉素的日产量：2.1 干燥工段的物料衡算土霉素干燥工段的示意图如图2-1所示。 干燥 干燥气体H0 干燥气体H1 干物料G1 湿物料G0 图 2-1 干燥工段示意图参考工艺参数可知：干物料的含水量为7%，湿物料的含水量为22%，损失量为1%。由已知数据可得：物料进料湿含量（湿基含量）：物料出料湿含量（湿基含量）：物料日出

20、料量：物料日出料绝干物料量：物料日进料绝干物料量：物料日进料量：干燥工段物料衡算汇总见表2-1所示。表2-1 干燥工段物料衡算汇总表输入输出912.38kg757.57kg2.2 结晶、分离工段土霉素结晶与分离工段的示意图如图2-2所示。 结晶、分离碱化剂脱后液母液湿品损失图 2-2 结晶与分离示意图2.2.1土霉素折湿效价根据效价平衡： (2-1) 土霉素干品的总质量，；土霉素湿品的总质量，；土霉素的折干效价，；土霉素的折湿效价，根据以上已知数据 =757.57kg； ； 代入（2-1）式得： 解得：2.2.2碱化剂密度查阅相关文献可知:5%氨水的密度=980kg/m3，25% 氨水的密度=

21、910kg/m3，由内差法计算得 18%的氨水的密度=933kg/m3。碱化剂的质量为100kg，氨水的质量分数为18%，亚硫酸钠固体的质量分数为4%，所以水的质量分数为78%。则：G氨水=18kg， G亚硫酸=4kg， G水=78kg， =1000kg/m3， =933kg/m3氨水体积: 水的体积： 碱化剂中亚硫酸钠的体积忽略不计，则碱化剂的总体积：碱化剂的密度：2.2.3求其他未知量结晶分离工段中土霉素的质量守恒，有公式 (2-2)脱色后液体的体积，；脱色后液体的效价，；离心母液的体积，；离心母液的效价，；脱色分离过程中损失的土霉素的质量，kg。根据结晶分离工段中总的质量守恒，有公式 (

22、2-3)脱色后液体的密度，；碱化剂的体积，；离心母液的密度，。(1)已知数据:损失率为1%， ，将已知数据代入式（2-2）得： （2）已知数据:， ，将已知量代入式（2-3）得： 联立式和式得:解得： ， ， 所以， （3）碱化剂中各成分的质量碱化剂的质量：氨水的质量：固体硫酸钠的质量：水的质量：结晶分离工段物料衡汇总算见表2-2所示：表2-2 结晶分离工段物料衡算汇总表输出输入脱色液86033.96L母液碱化剂1101.64L湿料912.38kg总计87135.60总计912.38kg2.3脱色工段土霉素生产车间脱色工段的示意图所图2-3所示。 脱色脱色液滤液损失图 2-3 脱色工段示意图

23、2.3.1计算滤液和脱色过程中损失的质量该过程中脱色液的体积损失5%，根据脱色工段中总的质量守恒有公式： （2-4）已知：，将已知数据带入上式中得：脱后液的质量滤液的质量损失的质量2.3.2滤液效价求算根据质量守恒核算脱色前后的总质量脱色前总质量：脱色后总质量：经数据核算，脱色前后质量相等满足质量守恒，根据效价平衡核算滤液的效价，该过程的损失率取5%，脱色液体积损失5%。土霉素的效价平衡有公式: （2-5）根据相关工艺参数：， 代入式（3-6）解得： 脱色工段物料衡算汇总见表2-3所示。表2-3 脱色工段物料衡算汇总表输出输入滤液90827.89L脱色液86033.96L残存及损失4793.9

24、3L总计90827.89L总计90827.89L2.4过滤工段土霉素过滤工段示意图如图2-4所示。、 过滤滤液酸化液滤渣损失洗 水图 2-4 过滤工段示意图由工艺参数和相关文献可得： 滤渣效价 滤液效价，假设高单位顶洗液效价。故： （1） （2） （3） （4） （5） 联立（1）（2）（3）（4）（5），代入数据得：， ， ，由效价守恒得：代入数据得：2.5酸化工段土霉素酸化工段的示意图如图2-5所示。 酸化酸化液发酵液净化液草酸盐酸稀释液损失图 2-5 酸化工段示意图2.5.1 酸化液和草酸水的体积 在进行酸化稀释时忽略损失，则 （2-6）草酸水的体积，；酸化液的体积，。 根据土霉素效价平

25、衡： （2-7）根据过滤工段可知：， 将已知数据分别代入（2-6）、（2-7）两式，得： 2.5.2酸化工段发酵液和盐酸体积由于加入的草酸是固体，可忽略体积。则可以得： （2-8）式中为加入盐酸的体积， 即： 解得： 2.5.3发酵液的效价根据相关文献可知土霉素的效价平衡： （2-9）已知： ，得：2.5.4酸化剂和净化剂的用量已知酸化草酸的加入量为发酵液的3%（指每100L中加入3g草酸）， 净化剂中黄血盐的质量占稀释净化液体积的0.5%，硫酸锌质量占稀释净化液的0.3%。 酸化工段物料衡算汇总见表2-4所示。表2-4 酸化工段物料衡汇总算输入输出发酵液21693.84L滤液 90827.9

26、0L顶洗液71858.1L滤渣2724.04L总计93551.94L总计93551.94L2.6发酵工段土霉素发酵工段示意图如图2-6所示。 一级培养基 二级培养基 三级培养基一级种子罐二级种子罐三级种子罐种子液 一级种子液 二级种子液 发酵液 损失 损失 损失图 2-6 发酵工段示意图2.6.1三级发酵罐的物料衡算已知，接种量： ，补料量：(V/V) ,蒸发量：。 2.6.1.1三级发酵罐中各成分的体积根据发酵罐进出物料量的关系有: （2-10） （2-11） （2-12）由上式可得： 2.6.1.2三级培养基的组成成分已知三级发酵罐进料密度，三级培养基组成成分见表2-5所示。表2-5 三级

27、培养基组成成分汇总表物料名称质量百分含量质量（）淀粉1267.78豆饼粉 459.57酵母粉 63.39 174.32 95.08 豆油 淀粉酶 31.692.6.1.3三级补料组成成分由以上数据可得： 补料培养基组成成分见表2-6所示。表2-6 补料培养基成分汇总表物料名称质量百分含量质量（kg）淀粉5%348.74豆饼粉0.2%13.95CaCO30.06%4.18KH2PO40.095%6.50淀粉酶0.136%9.480.02%1.392.6.2二级种子液培养阶段物料衡量已知：接种量为，取样及蒸发损失:， 根据二级种子液培养阶段，进出物料量有： （2-13） （2-14） 可得： 二级

28、培养基各成分：已知：二级进料的密度 ， ， 二级培养基的质量:二级培养基组成成分见表2-7所示。表2-7 二级培养基组成成分汇总表物料名称质量百分含量质量（）淀粉5%149.95糊精0.6%17.99豆饼粉2.5%74.97酵母粉0.6%17.99(NH)2SO40.8%23.99CaCO30.75%22.49KH2PO40.03%0.89豆油8/55004.36LCoCl20.0018%0.054NaCl0.4%11.992.6.3一级种子液培养阶段物料衡量已知：取样及蒸发损失：， 忽略三个茄子瓶种子液的体积，根据一级种子液培养过程进出物料量及过程中的损失量有： （2-15）得： 一级培养基

29、各成分已知一级培养基的进料密度 ， 一级培养基组成成分见表2-8所示。表2-8 一级培养基组成成分汇总表物料名称质量百分含量质量（kg）淀粉1.5%4.79糊精1.5%4.79豆饼粉0.5%1.60酵母液0.75%2.40(NH4)2SO40.5%1.60CaCO30.4%1.28KH2PO40.03%0.10豆油1/6000.46LNaCl0.5%1.65发酵工段物料衡算汇总见表2-9所示。表2-9 发酵工段物料衡算汇总表项目一级种子罐二级种子罐发酵罐进料体积313.09L2911.66L15385.71L补料体积006838.10L取样及蒸发体积62.62L407.01L529.97L放罐

30、体积250.47L2504.65L21693.84L21参考文献参考文献1 顾觉奋, 王鲁燕, 倪孟祥等. 抗生素. 上海科学技术出版社. 2001, 232-233 2 田彩霞, 孟燕, 贾欣秒, 等. 氮离子注入土霉素产生菌诱变高产菌株的研究.中国抗生素杂志. 2005, 8, 30(8):505-5063 Ford LM, Eaton TE, Godfrey OW. Appl Environ Microbiol, 1990, 56(11):3 5114 李艳, 发酵工业概论. 中国轻工业出版社. 1991, 1:50-535 田彩霞, 赵建强. 土霉素结晶工艺改进的研究. 中国抗生素杂志. 2006, 31(3):178-1806 张天慧, 于鸿飞. 土霉素清洁生产（母液套用）技术应用试验研究. 企业技术开发. 2013, 32(2): 39-407 田彩霞, 赵建强. 土霉素结晶工艺改进的研究. 中国抗生素杂志. 2006, 31(3): 178-1808 李永丽. 土霉素酸化提取工艺的研究. 内蒙古石油化工. 2009, (9): 6-79 唐振宇, 郭美锦, 张嗣良. 土霉素生物合成研究进展. 中国抗生素杂志. 2009, 34(10): 581-587, 60110 陈兴业,