畢業(yè)設計發(fā)酵法制備鏈霉素的工廠設計.doc

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1、皖西學院生物與制藥工程學院 （制藥設備與工程設計） 課 程 設 計 皖西學院生物與制藥工程學院 制藥設備與工程設計 課程設計任務書 設計題目 發(fā)酵法制備鏈霉素的工廠設計 指導教師 專業(yè)班級 學 生 設計的目 的和要求 1、產量及生產時間：年產鏈霉素干粉50噸，年開工300天，每天24小時。 2、原料及工藝要求：原料菌種自選，產品質量符合鏈霉素相關標準，產品包裝為100克/瓶。 3、其它數(shù)據(jù)：查閱相關資料。 設計任務 1、工藝流程的設計、說明及物料衡算。 2、繪出帶控制點的工藝流程圖、廠區(qū)平面布置圖、主體車間平面圖、

2、主體車間立面圖、主體設備（分離）剖面圖、輔助設備圖。 設計工作 計 劃 與 進度安排 1、星期一：收集查閱相關文獻資料 2、星期二：初步確定工藝方案 3、星期三：物料衡算、主要設備選型 4、星期四：最終確定工藝方案，撰寫設計說明書 5、星期五：繪制相應圖紙 主要參考 文獻資料 參考文獻： [1] 朱宏吉，張明賢. 制藥設備與工程設計，化學工業(yè)出版社，2004. [2] 宮錫坤. 生物制藥設備. 中國醫(yī)藥科技出版社，2005 [3] 李津. 生物制藥設備和分離純化技術. 化學工業(yè)出版社，2003. [4] 元英進. 制藥工藝學 化學工業(yè)出版社，2007.

3、 [5] 李淑芬，姜中義. 高等制藥分離工程. 化學工業(yè)出版社，2004. [6] 王國勝. 化工原理課程設計. 大連理工大學出版社，2005. [7] 婁愛娟. 化工設計. 華東化工學院出版社，2002. [8] 楊樹才. 化工制圖. 化學工業(yè)出版社，2005. [1] [2] [3] [4] [5] [6] 課 程 設 計 說 明 書 目 錄 第一章 設計資料（宋體，小三號） 一、產品設計簡介（宋體，四號） 第3頁 二、設計參數(shù)和質量標準

4、 第4頁 第二章 工藝設計與說明 一、工藝流程圖 第5頁 二、工藝說明 第5頁 第三章 物料衡算與設備選型 一、物料衡算 第7頁 二、主要設備選型 第9頁 第四章 設計總結

5、 第11頁 附錄： 1. 設備一覽表 第12頁 2. 參考文獻 第13頁 第一章 設計資料 一．產品設計簡介 1. 籌建概況 發(fā)酵廠廠區(qū)周圍大氣中的含塵量應在一定范圍以下。發(fā)酵工廠建在一級或二級區(qū)域中，周圍沒有散發(fā)大量有害氣體的化工廠和產生大量灰塵的煉鋼廠、煉焦廠、 熱電廠等。并且與鐵路及公路主要干線保持適當距離。 發(fā)酵工廠是耗能大戶，并要求是二類負荷用電戶。該廠選址時注意到廠區(qū)用電能得到充分保證，并有充足水源。六安用水主要來自于淠河，

6、可將廠建于淠河中上游處，便于生產用水的供應。 我國規(guī)定在地震6度烈度或以下時在建設時不設防，六安屬于此類地區(qū)，所以不考慮抗震設防。 2.產品方案與建設規(guī)模 2.1產品名稱：鏈霉素 2.2生產規(guī)模：年產50噸 2.3產品主要物性： 鏈霉素為白色或類白色粉末，無臭或微臭。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于甲醇、氯仿和丙酮?？咕秶容^廣。對革蘭陰性細菌、結核桿菌和某些革蘭陽性細菌都有抑制作用。主要用于結核桿菌感染，也可用于布氏桿菌病、鼠疫等。用于肌肉注射的，除硫酸鹽外，還有鹽酸鹽、磷酸鹽等。 本品能被植物植株吸收，對革蘭氏陰性菌和陽性菌殺傷力強，預防效果明顯，低溫時持效期一

7、般為7天左右，晴天3～4天。本品適用于防治蔬菜軟腐病，柑桔潰瘍病，煙草野火病，黃瓜霜霉病、角斑病，辣椒炭疽病，番茄瘡痂病，桃葉細菌性穿孔病，水稻拜葉枯病及其他植物細菌性病害。使用方法：1、可噴霧（每袋加水50～100kg）、灌根或浸種；2、用于預防，每袋加水50kg（相當于200r），根據(jù)病害程度每畝用2～3袋；施藥時間最好在上午10點前、下午3點后，噴藥8小時內遇雨應補噴。使用間隔期為7～10天。本品對柑桔潰瘍病、瘡痂病、花葉病均有防治效果，可與抗生素農藥、有機磷農藥混用。　 2.4生產方法： 本品生產主要采用發(fā)酵法。生產過程分為兩大步驟：①菌種發(fā)酵，將冷干管或沙土管保存的鏈霉菌孢子

8、接種到斜面培養(yǎng)基上，于27℃下培養(yǎng)7天。待斜面長滿孢子后,制成懸浮液接入裝有培養(yǎng)基的搖瓶中，于27℃下培養(yǎng)45～48小時待菌絲生長旺盛后，取若干個搖瓶，合并其中的培養(yǎng)液將其接種于種子罐內已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣攪拌，在罐溫27℃下培養(yǎng)62～63小時，然后接入發(fā)酵罐內已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣，攪拌培養(yǎng)，在罐溫為27℃下，發(fā)酵約7～8天。②提取精制，發(fā)酵液經酸化、過濾，除去菌絲及固體物，然后中和，通過弱酸型陽離子交換樹脂進行離子交換，再用稀硫酸洗脫,收集高濃度洗脫液──鏈霉素硫酸鹽溶液。洗脫液再經磺酸型離子交換樹脂脫鹽，此時溶液呈酸性，用陰離子樹脂中和后，再經活性炭脫色得到精制液。精制

9、液經薄膜濃縮成濃縮液，再經噴霧干燥得到無菌粉狀產品，或者將濃縮液直接做成水針劑。 2.5生產工藝 （1）為了保證工藝生產要求，在設計中盡量保證布置得流水性，將儲槽及重型設備安排在底層。發(fā)酵罐操作面布置在三樓,穿過二樓至一樓設置底座裙座；中罐、 補全料罐、補稀料罐操作面在三樓，穿過三樓樓板，底座在二樓樓板為裙座；小罐在三樓用耳式支架固定；氨水儲罐、消沫油罐、氫氧化鈉儲罐安裝在三樓。為了便于操作，第三層樓面為統(tǒng)一操作面，并在三樓安排控制室，分析室。二樓安排種子組，分析室，儀器室；一樓安排配電間、倉庫、機修間，辦公室及更衣室衛(wèi)生間。 （2）發(fā)酵罐中心間距6.6m，已留有管道布置及情況檢修操

10、作余地，設備與墻距大于 1cm. （3）設備基本呈對稱分布。 2.6包裝方法 本產品為粉劑。用瓶裝標準為100克/瓶。 二．設計參數(shù)和質量標準 1.設計參數(shù) 小罐：轉速60-300rnp通氣量2m3/min 罐壓0.03Mpa攪拌功率5.5kw 中罐：轉速60-240rnp 接種量15% 通氣量1.15VVM 罐壓0.03Mpa攪拌功率22kw 大罐： 轉速60-130rnp 接種量15% 通氣量0.75VVM 罐壓0.04Mpa攪拌功率115kw 2．質量標準： 酸度 取本品，加水制成每1ml 中含20萬單位的溶液，依法測定pH值應為4.5 ～7.0 。

11、 溶液的澄清度與顏色 取本品5 份，分別加水5ml，溶解后,溶液應澄清無色；如顯渾濁，與2 號濁度標準液比較，均不得更濃；如顯色，與各色5 號標準比 色液比較，均不得更深。 干燥失重 取本品，以五氧化二磷為干燥劑，在60℃減壓干燥4 小時，減失重量不得過6.0 ％ 異常毒性 取本品，加氯化鈉注射液制成每1ml 中含2600單位的溶液，依法檢查按靜脈注射法給藥，觀察24小時，應符合規(guī)定。 熱原 取本品，加滅菌注射用水制成每1ml 中含2萬單位的溶液，依法檢查 劑量按家兔體重每1kg 注射0.5ml ，應符合規(guī)定。 降壓物質 取本品，依法檢查（附錄Ⅺ G

12、），劑量按貓體重每1kg 注射3000單位，應符合規(guī)定。 無菌 取本品，分別加入100ml0.9％無菌氯化鈉溶液中，使溶解，用薄膜過濾法處理后，依法檢查應符合規(guī)定。另取裝量10ml的0.5 ％葡萄糖肉湯培養(yǎng)基6 管，分別加入每1ml 中含2萬單位的溶液0.25～0.5ml ，3 管在30～35℃培養(yǎng)，另3 管在20～25℃培養(yǎng)，應符合規(guī)定。 3.含量測定： 精密稱取本品適量，加滅菌水制成每1ml 中約含1000單位的溶液,照 抗生素微生物檢定法測定。1000鏈霉素單位相當于1mg的C21H39N7O12 第二章 工藝設計與說明 一．工藝流程圖

13、 小罐種子培養(yǎng) 360.5℃，24-30h 轉速60-300rpm，攪拌功率5.5kw 通氣量2m3/min,罐壓0.03Mpa 液氮保藏(-196℃) 沙土管保藏(2-4℃) 斜面培養(yǎng) 恒溫恒濕 35-36℃，7天 原斜面孢子 斜面培養(yǎng) 恒溫恒濕 34-35℃，6天 斜面孢子(代1) 搖瓶培養(yǎng) 33-34℃，39.5hr 轉速250rpm 裝量80ml/750ml 接種量一塊斜面/瓶 50-64hr 搖瓶種子 小罐種子 中罐種子培養(yǎng) 360.5℃，25hr轉速60-240rpm 接種量15% 通氣量1.5VVM 罐壓0.03Mp

14、a 攪拌功率22kw 中罐種子 大罐發(fā)酵 360.5℃，136hr轉速60-130rpm 接種量15% 通氣量0.75VVM 罐壓0.04Mpa 攪拌功率115kw 接種量10% 裝料60% 大罐發(fā)酵液 提煉車間 注：本設計所采用的工藝路線為先從沙土管中取出孢子接種到原斜面上（或從液氮保存的孢子接種到原斜面上），7天后接合格種子到代1斜面上，6天后接白色豐滿的菌落到搖瓶中，29.5hr后接6-8瓶搖瓶種子到小罐中，并經中罐種子擴大培養(yǎng)后接到發(fā)酵罐中，接種方法為單種，放罐后至后處理車間。 二．工藝說明 1.工藝特點： 本工藝工程為三級發(fā)酵，

15、小罐 -中罐-大罐。中罐、小罐培養(yǎng)時間短，培養(yǎng)基一次投入，中間不補料，大罐考慮到各種由于底物濃度過高引起的底物抑制情況以及產物合成期對營養(yǎng)成分的需求，采用中間補料。主要補全料、補稀料、補氨水、通過氫氧化鈉調節(jié)pH，手動加消沫油，在種子階段，對無菌要求較高。 2.補料情況： 補全料： 一個發(fā)酵周期約補3次。每噸發(fā)酵液約補370L全料。從發(fā)酵20小時開始補全料，至30小時時結束。根據(jù)發(fā)酵液還原糖含量水平控制具體補全料體積及時間。 補稀料：一個發(fā)酵周期補2次左右。每噸發(fā)酵液約補200L稀料。自發(fā)酵40小時后開始補稀料，根據(jù)發(fā)酵液還原糖含量水平控制，保持還原糖濃度大于等于2.6g/100ml

16、. 補氨水：自發(fā)酵33小時開始補氨水，每4小時補一次，每次10-15L，使發(fā)酵液 中氨氮濃度不低于45mg/100ml。 補油：手動加入。 補氫氧化鈉：調節(jié)發(fā)酵液pH，與pH環(huán)控，保持發(fā)酵液pH在6.8-7.2之間。 3.中間取樣分析： 小罐：培養(yǎng)4小時后取樣分析，測PH、氨氮、效價、菌絲濃度等。 中罐：培養(yǎng)4小時后取樣分析，測PH、氨氮、效價、菌絲濃度等。 大罐：培養(yǎng)14小時后開始取樣分析，每4小時取樣測pH、氨氮，每8小時取一次樣，分析全糖、氨氮、PH、還原糖、效價等。培養(yǎng)20小時后取樣加無菌肉湯，4小時后取無菌斜面，37℃恒溫培養(yǎng)，放罐前涂片鏡檢。

17、 4.異常發(fā)酵處理： （1）中罐、小罐染菌一般采取放罐措施。 （2）大罐染菌，若在接種后不久即在發(fā)酵前期，可將培養(yǎng)基返回連消系統(tǒng)重新消毒；若在中后期，對發(fā)酵影響較大的，倒罐，影響較小的，可采用降溫，一般降至32℃培養(yǎng)，并將別的大罐發(fā)酵液倒一部分進去，加強生長菌的優(yōu)勢抑制雜菌的生長；另外，對染菌罐補料可減少補料量 ，至雜菌得到抑制后再加大補料量。若在發(fā)酵后其染菌，可考慮提前放罐，若染菌罐含大量雜菌，過濾速度緩慢，則放罐前加熱至45℃，15min，然后再提煉。 第三章 物料衡算與設備選型 一． 物料衡算 1.公稱體積與臺數(shù)計算 大罐 由年產量決

18、定每天放罐體積 （G為年產量/噸，為成品單位u/mg，為年工作日，為發(fā)酵單位u/ml，為總收率，為染菌率） 為使提煉工段生產效率均衡，避免不必要的貯罐，設計為每天放一罐，所以 （—每天放一罐，以平衡提煉工段與發(fā)酵工段生產水平，發(fā)酵罐裝料系數(shù)） 取輔助時間32h（輔助時間包括進料時間、滅菌操作時間、移種時間、放罐壓料時間、清洗與檢修發(fā)酵罐時間），這樣設備周轉更好，也可以處理染菌及其他突發(fā)情況，則有： 大發(fā)酵罐發(fā)酵周期為 所以需要7臺 二級種子罐 其中取損失比為15%（下同） 取輔助時間為40h，得其周期為 采用單種法 一級種子罐 取輔助時間32h

19、r 則其周期為 2.物料衡算 2.1 大罐物料衡算 出料量 進料量 補料量 進料=基礎培養(yǎng)基量（消后）+種子液量+補料量[1] 出料=成品液量（發(fā)酵液量）+逃液與蒸發(fā)損失量[1] 氨水： 消沫油： NaOH： 全料： 稀料： 所以，總補料量： 種子流量 2.2中罐物料衡算 出料量 進料量 2.3 小罐物料衡算 出料量： 進料量： 3.計算結果匯總： 大罐每天每罐放罐體積57.38m3，公稱容積76.51m3，發(fā)酵時間136hr，共7臺； 二級種子罐共4臺，公稱容積14.14

20、m3； 一級種子罐共4臺，公稱容積2.28m3； 水計量匯總： 發(fā)酵熱：大罐=3.16105 kcal/hr，中罐=5.44104 kcal/hr，小罐=8151 kcal/hr； 循環(huán)冷卻水：大罐=1.05105 kg/hr，中罐=1.81104 kg/hr，小罐=2.72103 kg/hr，總水量=724.9t/hr （水溫20～23℃，△t=3℃，0.3MPa） 低溫循環(huán)水：大罐=5.31104 kg/hr，中罐=1.09104 kg/hr，小罐=1.6103kg/hr，總水量=541.1t/hr（水溫9～14℃，△t=5℃，0.3MPa，夏季使用） 自來水：

21、自來水主要用于洗滌與配料，總量238m3 用電情況匯總：用電主要包括電機攪拌以及其他用電；各罐電機攪拌總功率=1160計用電功率=1457.5 附：以每天有6個大罐、4個中罐、4個小罐同時工作且各一個罐用作培養(yǎng)基冷卻計算總量，高峰用量以大罐計 二． 主要設備選型 1.大罐設備選型： （1） 選型：D=3500mm，H=8700mm，V0=76.51m3，人孔取600mm，視鏡Dg=125mm，支座采用裙座。 （2） 筒體壁厚16mm，封頭壁厚18mm。 （3） 冷卻水進水總管直徑：取 DN100φ108*3 的外盤管盤27圈分為3組，DN65φ76*3 的內排管1

22、6根分4組，總換熱面積為49.57m ，壁距0.15m 。 外盤總管為DN100φ108*3，內排總管為DN65φ76*2.5，匯總管為DN250φ273*3.5 （4） 采用三層攪拌，中間軸承兩個，下層采用六彎葉圓盤渦輪式，上兩層采用四寬葉旋槳式，每層間距2.6m；攪拌槳直徑1.3m。 （5） 電機功率132kw，電機為Y355L1-10，減速機為K157-Y132。 2.中罐設備選型： （1） 選型：D=2000mm，H=4500mm，V0=14.14m3，人孔取500mm，視鏡Dg=125mm，支座采用裙座。 （2） 筒體壁厚4mm，封頭壁厚6mm。 （3） DN

23、100φ108*3的外盤管盤兩圈，DN65φ76*2.5的內排管，冷卻水進水總管直徑：取 DN50φ57*2.5外盤總管DN65φ76*2.5，內排總管DN25φ32*2.5。匯總管取DN80φ89*3，管間距等同上。 （4） 采用兩層六彎葉攪拌，下攪拌槳直徑0.75m。 （5） 電機功率55kw，減速機LC200-14，電機Y250-M4 3.小罐設備選型與計算匯總： （1） 選型：D=1000mm，H=2400mm，V0=2.28m3，手孔取Dg250mm，視鏡Dg=800mm，支座采用耳式支座。 （2） 筒體壁厚10mm，封頭壁厚12mm。 （3） 冷卻水流量820kg/h

24、r,冷卻水管為DN15φ20*2 （4） 采用兩層攪拌，均采用六彎葉渦輪式，攪拌槳直徑0.375m。 （5） 不通氣攪拌功率=2.76kw。 （6） 減速機為LC100-11，電動機為Y112M-4，額定功率4kw 4.補料罐各項參數(shù)匯總： （1）補氨水罐：取0.8。經過計算可取筒體直徑為800mm，筒體高度為1600mm。進出料管徑DN32φ38*2.5，分別安裝100L計量罐。 （2）補氫氧化鈉罐：取0.20。經過計算可取筒體直徑為,500mm，筒體高度為1000mm。進出料管徑DN25φ32*2.5，分別安裝分配站。 （3）補消沫油罐：取0.4。經過計算可取筒

25、體直徑為600mm，筒體高度為1200mm。進出料管徑DN25φ32*2.5，分別安裝分配站。 （4）全料罐：取36通用式儲罐。經過計算可取筒體直徑為2800mm，筒體高度為5600mm。進出料管徑DN32φ38*2.5，分別安裝分配站。 （5）稀料罐：取17通用式儲罐。經過計算可取筒體直徑為2200mm，筒體高度為4400mm。進出料管徑DN32φ38*2.5，分別安裝分配站。 第四章 設計總結 通過這次課程設計，我學到了許多書本上學不到或沒有的知識。認識到理論知識的重要性，只有擁

26、有扎實的理論基礎才能更好的做到與實際相結合。當然通過完成本次面向分離工程設計的任務，使我掌握了一些知識點在實際生產中的應用。 在完成此次任務的過程中，我認識到團隊精神的重要性。這也符合當今社會的發(fā)展的要求。只有合作才能更好更快的完成任務。這也提醒我們再現(xiàn)階段必須要加強培養(yǎng)自己的動手能力和合作精神以及獨立思考問題和解決問題的能力，以便在使自己更具競爭力。 當然，我們的設計還存在很多不足之處，比如：對于工業(yè)廢水的處理，原料及資源的充分利用和循環(huán)使用等諸多問題都亟待我們去完善。我們相信，經過實踐的檢驗以及不斷的積累與總結，我們的設計將會更加完美。 最后，我要感謝本次課程設計輔導老師對我們的指導

27、和幫助，對我們任務的完成起著重要的作用。 附：設備一覽表 5 M102A-D 蒸汽過濾器 GS-Z-05 0.5-3 m3/min 不銹鋼 27.5 4 0.15 0.6 6 M103A-D 精過濾器 GB-NB-05 0.5 m3/min 不銹鋼 8.75 4 0.15 0.6 7 M104A-D 汽水過濾器 不銹鋼 3 4 0.12 0.48 8 M105A-D 預過濾器 GS-B2-2 2 m3/min 不銹鋼

28、 12 4 0.25 1 9 M106A-D 蒸汽過濾器 GS-Z-05 0.5-3 m3/min 不銹鋼 27.5 4 0.15 0.6 10 M107A-D 精過濾器 GB-NB-2 2 m3/min 不銹鋼 35 4 0.25 1 11 M108A-D 汽水過濾器 不銹鋼 3 4 0.12 0.48 12 M109A-G 預過濾器 GS-B2-10 10 m3/min 不銹鋼 60 7 0.5 3.5 13 M110A-G 蒸汽過濾器 GS-Z-05 0.5-3 m3/min 不銹鋼

29、 27.5 7 0.15 1.05 14 M111A-G 精過濾器 GB-NB-10 10 m3/min 不銹鋼 175 7 0.78 5.46 15 M112A-D 精過濾器 GB-NB-30 30 m3/min 不銹鋼 525 7 2.5 17.5 16 M113A-D 蒸汽過濾器 GS-Z-05 0.5 m3/min 不銹鋼 27.5 2 0.15 0.6 17 M119A-D 預過濾器 GS-B2-10 10 m3/min 不銹鋼 60 2 0.45 0.9 18 M120A-B 精過濾器 G

30、B-NB-2 2 m3/min 不銹鋼 25 2 0.4 0.8 29 M121A-B 蒸汽過濾器 GS-Z-05 0.5 m3/min 不銹鋼 27.5 2 0.15 0.6 20 M122A-B 預過濾器 GS-B2-05 0.5 m3/min 不銹鋼 3 2 0.15 0.3 21 M123A-B 氨水過濾器 0.5 m3/min 不銹鋼 150 2 0.4 0.8 22 M124A-B 蒸汽過濾器 GS-Z-05 0.5 m3/min 不銹鋼 27.5 2 0.15 0.6 23 M125

31、A-B 精過濾器 GB-NB-05 0.5 m3/min 不銹鋼 8.75 2 0.2 0.4 24 V104A-B 氨水罐 0.8m3 800*1600mm 不銹鋼 800 2 1 2 25 V103A-G 氨水計量罐 100L 400*600mm 不銹鋼 50 7 0.5 3.5 28 V101A-B 補沫油罐 400L 600*1200mm 不銹鋼 300 2 0.5 1 36 V102A-B 氫氧化鈉罐 200L 500*1000mm 不銹鋼 80 2 0.2 0.4 總計

32、 834.76 參考文獻： [1] 沈自法，唐孝宣．發(fā)酵工廠工藝設計. 華東理工大學出版社，2004 [2] 吳思方. 發(fā)酵工廠工藝設計概論. 中國輕工業(yè)出版社，1995 [3] 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院. 化工工藝設計手冊. 化學工業(yè)出版社，1994 [4] 陳均名 抗生素工業(yè)分析。中國醫(yī)藥可及出版社，1991 [5] 陳國豪. 生物工程設備. 華東理工大學生物工程學院，2006 [6] 陳敏恒，叢德滋. 化工原理（第二版）. 化學工業(yè)出版社，2002 [7] 潘洪良，郝俊文. 過程設備機械設計. 華東理工大學出版社，2006 [9] 醫(yī)藥設計技術規(guī)定 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院，1994 [10] 朱宏吉，張明賢. 制藥設備與工程設計，化學工業(yè)出版社，2004. [8] 華東理工大學，南昌大學等 過程設備機械基礎，化學工業(yè)出版社，2001 [11] 宮錫坤. 生物制藥設備. 中國醫(yī)藥科技出版社，2005 [12] 李津. 生物制藥設備和分離純化技術. 化學工業(yè)出版社，2003. [13] 元英進. 制藥工藝學 化學工業(yè)出版社，2007. [14] 李淑芬，姜中義. 高等制藥分離工程. 化學工業(yè)出版社，2004.