产300吨庆大霉素发酵车间的工艺设计.doc

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1、目 录设计任务书1.设计依据及设计原则11.1设计依据11.1.1 主要文件11.1.2 主要技术资料11.2设计原则32.产品方案32.1 产品规格32.2产品主要物性42.3 分析方法43.生产方法及工艺流程43.1生产方法43.2工艺过程53.2.1工艺流程框图53.2.2工艺流程说明53.3设备框图63.4 生产特点73.5 工艺介质的腐蚀性73.6带控制点的工艺流程图74.原料及中间产品的技术规格85物料衡算95.1主要物性参数95.2物料衡算95.2.1公称体积与台数的计算95.2.2物料衡算105.3物料衡算框图116.能量衡算117.设备计算及选型原则137.1设备衡算137.

2、1.1大罐137.1.2中罐147.1.3小罐157.2设备选型的原则168.车间布置168.1车间的生产性质168.2 车间布置说明168.2.1 生产工艺168.2.2设备安装检修168.2.3安全技术168.3设备安装要求178.3.1情况介绍178.3.2安装方案179.生产制度和车间定员179.1生产制度179.2岗位操作时间表和班组安排179.3车间定员表1710.设备1810.1车间设备概况1810.1.1种子制备设备1810.1.2种子罐1810.1.3发酵罐1810.2车间设备材料的选择原则1810.3关键设备1811.仪表及控制1811.1生产过程特点概述1811.2工艺参

3、数控制要求1811.3仪表及自控方案1912.电气1912.1车间用电情况1912.2车间用电要求1913.给排水1913.1生产用水情况概述1913.2生产用水要求1913.3排水系统的划分2014暖通2014.1生产特点及工作环境的说明2014.2车间暖通要求2015.消防2015.1发酵车间生产特性概述2015.2发酵车间消防要求2016.车间维修2117.环境保护2117.1生产过程中三废排放情况2117.2处理方案2118.工业卫生及安全防护2118.1生产特点2118.2工业卫生及安全防护要求2119.节能2119.1能耗分析2119.2节能措施2220.设计总结2221.参考文献

4、22任 务 书课题：年产300吨庆大霉素发酵车间的工艺设计一、课题的目的、意义：1、通过该课程的学习将化工原理、工程制图、药剂学、制药工程等方面的知识有机地联系在一起并用于实际生产设计中，巩固已学的知识。2、掌握制药工程设计的任务、步骤和方法，完成制药工程中某单元反应或局部车间的初步设计，为以后的毕业设计打下基础。3、通过模拟工程设计，了解工程设计的一般过程，学会收集数据、查找手册、工艺计算、罐体设计以及车间设计平面图设计，掌握工程设计中物料衡算、能量衡算，设备计算等计算。二、制药工程课程设计的内容和要求：课程设计是制药工程课程中综合性和实践性较强的环节，要求学生能利用本课程与前修课程的基础知

5、识，了解工程设计的基本内容，掌握药厂设计的基本步骤和方法，培养学生综合应用知识解决实际问题的能力，培养学生工程实际理念和严谨的科学作风。本课程包含课程涉及的基础知识，包括工艺设计说明书、工艺路线的选择、物料衡算或能量衡算或主体设备设计计算及选型等，并绘制带控制点工艺流程图或车间平面布置图或主体设备图。 三、设计说明书及图纸要求：1、设计工作量要求：应按设计工作安排圆满完成设计任务，完成一张A1设计图纸，编写课程设计说明书；2、说明书及图纸质量要求：设计说明书应包括设计任务书、工艺路线的选择、物料衡算或能量衡算或主体设备计算及选型等，参考文献等相关内容，做到条理清楚，论据充分，计算详实。 图纸要

6、求布局合理，线条清晰，粗实分明，图例图标符合设计规范。年产300吨庆大霉素发酵车间的工艺设计1.设计依据及设计原则1.1设计依据1.1.1 主要文件:设计任务书 1.1.2 主要技术资料 1、设计技术指标本设计主要以相关的发酵技术工艺、培养基配方、工艺流程等过程为基础和参考，来进行对年产300吨庆大霉素工程发酵车间工艺的设计。主要设计的参考参数如下： （1）、发酵系统（产量300吨/年） 发酵单位：1400(u/ml） 成品单位：600（u/mg） 发酵周期：136（h） 发酵热：5500 (kcal/m3h ) 装料系数：75%（发酵罐） 65%（一级种子罐） 70%（二级种子罐） 总收率：

7、70% 染菌率：3% 年工作日：330（天） 发酵液粘度：50（CP） 发酵液重度：1050（kg/m3） （2）、无菌空气处理系统 空气处理量：550（m3 / min） 空压机出口压力：0.250.3（Mpa） 进罐空气温度：4045 进总过滤器的相对湿度：60% 空气洁净度：100级 （3）、连续灭菌系统 培养基灭菌处理量：20（m3/h） 连消灭菌温度：135 （4）、后处理车间 提取总收率：70%计算。2、培养基配比主要原料：黄豆饼粉，淀粉，葡萄糖； 主要辅料：氯化钠，硝酸钠，酵母粉，碳酸钙，蛋白胨，淀粉酶，消沫油等。培养基配比原料名称一级种子罐培养基配比%二级种子罐培养基配比%发酵

8、罐培养基配比%全料培养基配比%稀料培养基配比%黄豆饼粉3.02.53.53.52.5葡萄糖0.50.50.5淀粉2.52.56.06.53.0氯化钠0.40.360.4氯化钴0.0010.001硝酸钠0.10.10.1酵母粉0.10.1碳酸钙0.60.40.40.40.4蛋白胨2.01.5硫酸亚铁0.0075磷酸二氢钾0.005淀粉酶（kg）0.1%淀粉量0.1%淀粉量0.1%淀粉量玉米浆（L/ m3）消沫油42.670.413、补料量补氨水量：8 L/m3发酵液体积；补氢氧化钠量：1.52.0 L/m3发酵液体积；加消沫油量：4 L/ m3发酵液体积；补全料量：370 L/ m3发酵液体积；

9、补稀料量：200 L/ m3发酵液体积。4、接种量（1） 一级种子罐至二级种子罐按15%计算；（2） 二级种子罐至发酵罐按15%计算。5、培养基灭菌（1） 一级种子罐及二级种子罐培养基采用实罐灭菌；（2） 发酵、全料、稀料采用连续灭菌；（3） 氢氧化钠、消沫油采用实灌灭菌；（4） 氨水采用过滤除菌。6、移种及补料方式（1） 一级种子罐至二级种子罐移种设置一分配站；（2） 二级种子罐至发酵罐设置一分配站；（3） 灭菌的发酵培养基、全料、稀料至发酵罐设置一分配站；（4） 氢氧化钠至各发酵罐设置一分配站；（5） 消沫油至各发酵罐设置一分配站；（6） 氨水贮罐为每一发酵罐各设一台。7、装料系数一级种子

10、罐：65%，二级种子罐：70%，发酵罐：75%8、通气量一级种子罐：2（VVM），二级种子罐：1.5 (VVM)，发酵罐：0.8(VVM) 9、转速范围一级种子罐：60300（RPM），二级种子罐：60240（RPM）发酵罐：60130（RPM）10、培养时间一级种子罐：64小时，二级种子罐：56小时，发酵罐：136小时 11、工艺参数控制要求发酵系统：各罐通气量，罐温，溶氧，搅拌转速现场集中显示/控制，上位机设置在控制室。要求如下： 灌压现场指示；液位报警指示，手动加消泡剂； 罐温控制：5 m3 罐及以下采用自动控制，5 m3 罐以上采用加热、冷却手动切换，冷却自动控制，加热手动控制； 空气

11、流量：种子罐用转子流量计检测，发酵罐用涡轮流量计检测记录； 溶氧：监测记录，通过手动调节搅拌转速、调节空气流量调节溶氧； 自动补料：补料采用气动隔膜阀计算机控制； 转速显示及变频调速。连消系统：温度、物料流量连锁控制。空气系统：温度自动控制。12、生产用水要求 发酵工厂生产过程中的水可分为工艺用水与冷却用水。工艺用水一般指配料水和用于制备软水、无盐水等一次水，其质量标准接近于城市自来水标准。罐冷。蒸发浓缩的操作、溶酶蒸馏回收、空压系统冷却均需要大量冷却水，所用冷却水须循环使用，冷却水的温度根据工艺要求选取。 自来水：常温，0.3（MPa），用于配料、夏天实罐灭菌的前期冷却、清洗设备等； 循环水

12、：2023(t=3)，0.3（MPa），用于连续灭菌培养基冷却，空气冷却，发酵控温冷却； 低温水：914(t=5)，0.3（MPa），用于夏天空气后级冷却及发酵控温冷却； 冷盐水：-100(t=10)，0.3（MPa），用于料液冷却保温。13、生产用蒸汽要求 发酵车间用汽压力0.3（MPa）14、排水系统的划分 给排水系统可分为两种，一种是排放水指标达到排放要求可直接排放的水，另一种是含有杂质及毒性物质较多达不到直接排放要求的水，须经过废水回收站处理后方可排放。1.2设计原则1、加强技术经济指标作比较，善于从实际出发去分析研究问题，设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均先进水

13、平为宜。2、解放思想，积极采用新技术，力求设计在技术上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性。3、设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相结合的原则，并适当留有发展余地。4、发酵工厂设计还应考虑采用微生物发酵的工厂的独特要求，既要注意到周围的环境清洁卫生状况，又要注意到对工厂内车间之间对卫生、无菌、防火等条件的相互影响。2.产品方案2.1 产品规格化学结构：略分子式、分子量：抗生素R1R2分子式分子量庆大霉素C1CH3NHCH3C21H43N5O7477.12庆大霉素C2HNH2C19H39N5O7449.26庆大霉素C1ACH3NH2C20H41N5O7463.10技术规格及质

14、量标准见下表技术规格及质量标准项目 标准美国药典(23版)C.F.R性状白色或类白色粉末生物效价（干）590m/mg鉴别呈正反应比旋度+107+121干燥失重18.0%(110真空，3hr)酸度pH： 3.5-5.5炽灼残渣1.0%甲醇含量1.0%热源1.7内毒素单位/mg庆大碱12000u/mg合格无菌合格(内控)异常毒物1200 u/ml合格降压物质2000u/kg合格重金属20 ppm钙离子5m/万单位镁离子5m/万单位有效期5年2.2产品主要物性庆大霉素是碱性抗生素，临床上常用其硫酸盐。硫酸庆大霉素为白色或微黄白色的粉末，无臭，对光、空气、广泛pH及热稳定（在pH 4、60保存3518

15、0天，对溶液的效价影响不大，在pH 4以下，其效价降低8%30%），有吸湿性。易溶于水，不溶于乙醇、丙酮、氯仿、乙醚及苯。庆大霉素是一种杀菌力较强的广谱抗生素，对多种G+和G-菌均有较强的抗菌作用，特别是铜绿假单胞菌比卡那霉素和新霉素强510倍（但不及多粘菌素E），对金黄色葡萄球菌有良好的抗菌作用。在临床上主要适用于败血症，呼吸道感染，尿路感染，眼、耳、鼻、喉部感染，治疗严重大面积烧伤，手术后的感染以及作为腹部手术前的肠道消毒，均有一定的疗效。庆大霉素因使用剂量小，毒副反应较新霉素、卡那霉素为轻。2.3 分析方法 按2010年版中华人民共和国药典（第二部）查出庆大霉素的分析方法为：1. 取本品

16、约50mg，加水1ml溶解后，加1N HCl 2ml，在水浴中加热10分钟，加2N NaOH 2 ml与2%乙酰丙酮的水溶液1ml，置水浴中加热5分钟冷却后，加对二甲基苯甲醛试剂1ml，即显淡粉红色。2. 取本品约5mg，加水1ml溶解后，加0.1%茚三酮的水饱和亚丁醇溶液1ml与吡啶0.5ml，在水浴中加热5分钟即显蓝紫色。3. 硫酸根鉴别反应：1) 加氯化钡有白色沉淀。2) 加醋酸铅。3) 加盐酸不生成白色沉淀。3.生产方法及工艺流程3.1生产方法生物合成庆大霉素的可能途径如下： D-葡萄糖2-脱氧青蟹肌醇2-脱氧青蟹醇胺 D-葡萄糖胺 巴龙胺 2-脱氧链霉胺 庆大霉素A C-甲基化和差向

17、异构化 庆大X2 脱氧氨基化L-甲基化 抗生素JI-20A 抗生素G418 脱氧 脱氧，氨基化 庆大霉素C1a 抗生素JI-20B N-甲基化 脱氧差向异构化 庆大霉素C2b 庆大霉素C2 N-甲基化 庆大霉素C1 注：本设计所采用的工艺路线为先从沙土管中取出孢子接种到原斜面上（或从液氮保存的孢子接种到原斜面上），7天后接合格种子到代1斜面上，6天后接白色丰满的菌落到摇瓶中，29.5h后接6-8瓶摇瓶种子到小罐中，并经中罐种子扩大培养后接到发酵罐中，接种方法为单种，放罐后至后处理车间。3.2工艺过程3.2.1工艺流程框图注：本框图仅为发酵部分（设备参数供参考）小罐种子培养360.5，24-30

18、h转速60-300rpm，搅拌功率5.5kw通气量2m3/min,罐压0.03Mpa液氮保藏(-196)沙土管保藏(2-4)斜面培养恒温恒湿35-36，7天原斜面孢子斜面培养恒温恒湿34-35，6天斜面孢子(代1)摇瓶培养33-34，39.5hr转速250rpm装量80ml/750ml接种量一块斜面/瓶50-64hr摇瓶种子小罐种子中罐种子培养360.5，25hr转速60-240rpm接种量15%通气量1.5VVM罐压0.03Mpa搅拌功率22kw中罐种子大罐发酵360.5，136hr转速60-130rpm接种量15%通气量0.75VVM罐压0.04Mpa搅拌功率115kw接种量10%装料60

19、%大罐发酵液提炼车间3.2.2工艺流程说明工艺特点：本工艺工程为三级发酵，小罐 -中罐-大罐。中罐、小罐培养时间短，培养基一次投入，中间不补料，大罐考虑到各种由于底物浓度过高引起的底物抑制情况以及产物合成期对营养成分的需求，采用中间补料。主要补全料、补稀料、补氨水、通过氢氧化钠调节pH，手动加消沫油，在种子阶段，对无菌要求较高。补料情况：、 补全料： 一个发酵周期约补3次。每吨发酵液约补370L全料。从发酵20小时开始补全料，至30小时时结束。根据发酵液还原糖含量水平控制具体补全料体积及时间。、 补稀料：一个发酵周期补2次左右。每吨发酵液约补200L稀料。 自发酵40小时后开始补稀料，根据发酵

20、液还原糖含量水平控制，保持还原糖浓度大于等于2.6g/100ml。、 补氨水：自发酵33小时开始补氨水，每4小时补一次，每次10-15L，使发酵液中氨氮浓度不低于45mg/100ml。、 补油：手动加入。、 补氢氧化钠：调节发酵液pH，与pH环控，保持发酵液pH在6.8-7.2之间。中间取样分析：1、小罐：培养4小时后取样分析，测PH、氨氮、效价、菌丝浓度等。2、中罐：培养4小时后取样分析，测PH、氨氮、效价、菌丝浓度等。3、大罐：培养14小时后开始取样分析，每4小时取样测pH、氨氮，每8小时取一次样，分析全糖、氨氮、PH、还原糖、效价等。培养20小时后取样加无菌肉汤，4小时后取无菌斜面，37

21、恒温培养，放罐前涂片镜检。异常发酵处理：1、 中罐、小罐染菌一般采取放罐措施。2、 大罐染菌，若在接种后不久即在发酵前期，可将培养基返回连消系统重新消毒；若在中后期，对发酵影响较大的，倒罐，影响较小的，可采用降温，一般降至32培养，并将别的大罐发酵液倒一部分进去，加强生长菌的优势抑制杂菌的生长。3、 发酵中遇空气精过滤器阻塞，空气流量下降，过滤器两端压差增大，可立即调换过滤器内芯。3.3设备框图 预过滤器 精过滤器 一级种子罐 蒸汽过滤器二级空气过滤器 预过滤器 精过滤器 二级种子罐 蒸汽过滤器 预过滤器 精过滤器 发酵罐空气总过滤器 蒸汽过滤器 氨水罐二级空气过滤器 预过滤器 精过滤器 Na

22、OH罐 蒸汽过滤器 消沫油罐 全料罐 稀料罐3.4 生产特点发酵生产一般要经过复杂的反应历程，这对反应条件的控制要求很高，稍有偏差，就可能得不到有用的产物，严重的还会染菌。发酵也是一个时间较长的过程，各步反应都需要一定的反应时间，往往需要一定的温度、压力、溶氧水平和PH，这就要求控制调节的持续性与速度的灵敏性，需在几个小时内对发酵过程进行连续的监控。发酵车间不涉及提炼，蒸汽和酸碱用量很大，不适用有机溶媒，故原料、中间体、产品无毒性，车间内环境无易燃易爆。3.5 工艺介质的腐蚀性发酵流程对管道要求较高，根据管道中的料液的腐蚀性、毒性等特性，以及对无菌度的要求，要选择不同等级及材质的管道。管道等级

23、及材料选用表典型介质管道等级生活用水、工业用水、低压消防水、循环冷却水B1B蒸汽、热水、冷凝水B1E一般工艺介质（非易燃、易爆的中心物料）、排气（无腐蚀性）B1M一般易燃、易爆、有毒、刺激性物料（氯气、甲醇、油品等）B1N洁净物品（纯水、过滤压缩空气、无菌物料等）E1D3.6带控制点的工艺流程图设计思想：发酵是一个复杂的工艺过程，常要一定的温度、压力、PH、转速，同时通过这些参数也可监测发酵情况，及时发现异常情况，也可结合自动化仪表装置实现部分自动控制，另外设置流量记录控制点检测流量，人工调节。各罐通气量，罐温，溶氧，搅拌转速现场集中显示/控制，上位机设置在控制室。要求如下： 灌压现场指示；

24、液位报警指示，手动加消泡剂； 罐温控制：5 m3 罐及以下采用自动控制，5 m3 罐以上采用加热、冷却手动切换，冷却自动控制，加热手动控制； 空气流量：种子罐用转子流量计检测，发酵罐用涡轮流量计检测记录； 溶氧：监测记录，通过手动调节搅拌转速、调节空气流量调节溶氧； 自动补料：补料采用气动隔膜阀计算机控制； 转速显示及变频调速； 连消系统：温度、物料流量连锁控制； 空气系统：温度自动控制。4.原料及中间产品的技术规格原料及中间产品技术规格序号名称规格分析方法用途备注1葡萄糖化学纯碘量法斜面、摇瓶培养基2葡萄糖工业用碘量法各罐用碳源、能源又称右旋糖3黄豆饼粉工业用1、 测定水分及挥发物含量2、

25、测定灰分3、 凯氏定氮法测定总氮量4、 折光法测油含量5、 精纤维及重金属含量用作氮源含油量高4豆油工业用1、 用灼烧残渣法测含磷量2、 用KOH标准液滴定效价消泡剂无悬浮物、杂物等5碳酸钙工业用用反滴定法测定，想加入过量标准HCl溶液，再用NaOH标定调节PH不溶于水6淀粉工业用/各罐用碳源、能源7硝酸钠化学纯/无机盐8酵母粉工业用/9蛋白胨工业用/10硫酸亚铁化学纯/无机盐11淀粉酶化学纯/水解淀粉12氨水工业用酸碱滴定法调节PH有特殊臭味13磷酸二氢钾工业用取样2.5g加入水10ml溶解，加入NaCl溶液20ml后加酚酞用NaOH滴定用作无机盐易受潮14氯化钠化学纯取样约0.12g加水50ml溶解，加2%糊精液5ml与荧光黄指示液5-8滴，用AgNO3滴定，5.84mgNaCl/1mlAgNO3提供无机盐又称精盐15氯化钴化学纯酸性条件下加入碘化钾，折算为钴量相当的碘，再以硫代硫酸钠反滴定有利于维生素B12合成含六分结晶水16工业用水自来水1、 pH计测pH2、 标准碱液测定CO2含量3、 用Na2B4O2标准碱液滴定CO2含量(总碱度)4、 溶氧测定，碱性条件下使Mn2+氧化酸性条件下使之还原，同时氧化I-生成I2，用硫代硫酸钠标准液滴定5、 银量法测定氯离子6、 络合法测定水的硬度培养基用水、洗涤用水等7.设备计算及选型原则7.1设备衡算