年产600吨土霉素碱生产车间扩初设计论文本科学位论文.docx

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年产600吨土霉素碱生产车间扩初设计论文本科学位论文

年产600吨土霉素碱生产车间扩初设计

1总论……………………………………………………………………………………4

2设计依据………………………………………………………………………4

3设计指导思想、原则…………………………………………………………………6

3.1指导思想………………………………………………………………………6

3.1设计原则…………………………………………………………………………6

4土霉素生产工艺流程设计……………………………………………………………6

4.1产品性质和规格………………………………………………………………7

4.2产品质量规格：

WS1-C2-0001-8………………………………………………7

4.3工艺流程：

（三级培养，深层发酵）…………………………………………7

4.4工艺流程简述…………………………………………………………………8

5工艺路线选择的论证……………………………………………………………11

6物料衡算……………………………………………………………………………12

6．1发酵阶段………………………………………………………………………14

6．2提取阶段………………………………………………………………………15

6．3物料衡算图……………………………………………………………………16

6．4设备一览表………………………………………………………………………17

7设备计算与选型………………………………………………………………………18

7．1发酵阶段……………………………………………………………………18

7．2旋风分离器……………………………………………………………………35

7．3空气过滤器……………………………………………………………………36

7．4提取阶段………………………………………………………………………37

8基础料配方……………………………………………………………………………42

9设备一览表……………………………………………………………………………43

9．1发酵阶段………………………………………………………………………43

9．2提取阶段………………………………………………………………………44

10公用工程用量………………………………………………………………………45

10．1大罐（包括配料罐）………………………………………………………45

10．2中罐（包括配料罐）………………………………………………………46

10．3小罐（包括配料罐）………………………………………………………48

10．4总汇…………………………………………………………………………50

10．5原材料消耗表………………………………………………………………51

11“三废”处理………………………………………………………………………52

11．1废水处理……………………………………………………………………52

11．2废渣的处理…………………………………………………………………52

11．3废气的处理…………………………………………………………………52

12对非工艺设计的要求………………………………………………………………52

12．1建筑方面……………………………………………………………………53

12．2采光方面……………………………………………………………………53

12．3室温及洁净度………………………………………………………………53

12．4安全措施……………………………………………………………………53

13车间编制……………………………………………………………………………53

13．1发酵阶段……………………………………………………………………53

13．2提取阶段……………………………………………………………………53

13．3行政人员……………………………………………………………………54

13．4技术人员……………………………………………………………………54

14车间组成………………………………………………………………………………54

14．1发酵区………………………………………………………………………54

14．2提取区………………………………………………………………………54

结束语…………………………………………………………………………………55

致谢…………………………………………………………………………………56

参考文献……………………………………………………………………………57

1总论

　上市已有半个世纪且价廉物美的广谱抗生素，四环素在今后2O年内不会退出市场。

近年来陆续发现了四环素令人感兴趣的新用途，如：

用于治疗淋病、梅毒等性病；痤疮与酒糟鼻；霍乱；养猫引起的“弓形虫病”；治疗立克次氏体、支原体等微生物引起的感染症。

最新药理证实，四环素具有独特的促进新骨生成的作用，国外医学专家提出，老年骨质疏松患者以及骨折病人和骨手术病人均可服用四环素长效缓释制剂以促进骨质恢复；还提出，四环素制剂可用于防治某种肿瘤疾病、2型糖尿病以及其他一些疾病。

土霉素的深加工，如：

加工成强力霉素其效益可增加5～7倍，或半合成为地美霉素其效益亦将成倍增加。

土霉素碱作为兽禽用药和饲料添加剂．拓展了四环类抗生素的使用范围。

全国饲料产量现已超过1亿吨，市场需求量很大，预计需求还会不断增长。

由于大型土霉素碱生产厂家主要集中在中国，故每年国际市场从我国进口土霉素碱约8400吨左右。

4）随着我国医药行业的快速发展，国内生产厂家对土霉素碱的需求量也迅速增加，其中，制剂厂家年需求量12000吨左右，强力霉素及土霉素盐酸盐厂家需求量10000吨左右．兽药添加剂年需量4000吨左右，且有继续增长的势头，产品供不应求，市场前景看好。

这次，我的设计的题目是“年产600吨土霉素碱生产车间扩初设计”。

在这次毕业设计中，我要运用自己所学知识，根据老师提供的设计依据按照实际生产状况去设计，多思考，理论结合实际。

为了做好这次设计，学校还组织我们去圣雪大成进行了为期两周的参观实习，让我们对实际生产有了更深入的了解，对我们进行毕业设计帮助巨大。

2设计依据

年产量：

600吨脱色收率：

0.95

发酵单位：

32000u/mL结晶收率：

0.90

发酵周期：

158h干燥收率：

0.97

辅助时间：

10h年工作日：

330天

装料系数：

0.75成品效价：

910u/mg

过滤收率：

1.12中小罐周期：

30h

发酵补料：

接后体积48%

蒸发损失：

接后体积20%

种子罐损失：

小罐消后体积12%

中罐消后体积8%

种子罐装料系数：

0.6%

接种量（以消后体积为准）：

中罐9%

大罐15%

发酵单位富裕量：

20%

发酵液稀释效价：

18000u/mL

滤液平均效价：

13000u/mL

酸化pH：

1.75～1.85

加草酸量：

3.2%（T/m3），折合体积0.62m3/T

净化剂加量（以发酵液为准）：

黄血盐0.21%0.5m3/T

硫酸锌0.15%0.4m3/T

配草酸水草酸用量（以水为准）：

0.2%（kg/L）

碱化剂（以配碱化剂量为准）：

氨水15%（kg/L）

亚硫酸钠2%（kg/L）

发酵液含渣量：

38%

脱色：

α=2.76（L/h）

交换负荷=F/M　（F：

流量，M：

树脂体积）

结晶时间：

60min

母液单位：

1000u/mL

V=Qτ=Wt容/t

　（V：

全部结晶罐体积m3，Q：

体积流量m3/h，t：

操作时间h，W：

批处理体积m3）

湿晶体含水量：

20%

成品含水量：

7%

3设计指导思想、原则

3.1指导思想

充分贯彻执行国家的有关规定，尽量节约能源，合理利用废物，保护环境，符合城区建设规划要求。

生产、消防用水来自厂区内自来水供应，并与厂区供水管网引接，排水至厂区原有排水干管；

各生产车间、原料包装及储存车间、采用封闭式结构

在保证安全、经济运行的条件下，尽可能降低工程造价

年生产时间为330天。

3.2设计原则

车间应在居民区下侧，河流上游，要求地势平坦，水源丰富，并且节约用地，少占耕地。

尽可能采用新工艺、新设备、新技术，以利于投产后达到好的经济效益。

在条件允许情况下，尽可能的使用通用设备或标准设计以简化设计工作量，缩短工作时间。

原料来源立足于国内、立足于本地，选择优质价廉的原料立足于本地。

4土霉素生产工艺流程设计

4.1产品性质和规格

土霉素（氧四环素，Oxytetracylinum）又称5-羟基四环素，属广谱抗生素两性化合物。

本产品为黄色结晶性粉末，无臭，在紫外线辐射下可产生黄色荧光。

分子式为C22H21N2O9-2H2O平均分子量为496.47。

理论效价为1000u/mg，具有旋光性，熔点为148.5～185.5℃，土霉素具有吸湿性，在空气中吸收水分而潮解且颜色变深。

在pH4.5～7.5之间难溶于水，不溶于有机溶剂。

等电点为5.4。

为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对土霉素敏感。

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。

本品作用机制为药物能特异性与细菌核糖体30S亚基的A位置结合，抑制肽链的增长和影响细菌蛋白质的合成。

4.2产品质量规格：

WS1-C2-0001-89

外观：

淡黄色粉末

效价：

>910u/mg

异物：

<5个/0.5g

比旋度：

[α]D25：

-199o

酸碱度：

pH5.0～7.5

水分：

4.0%～7.5%

吸收峰：

430～490nm

有效期：

四年

4.3工艺流程：

（三级培养，深层发酵）

[筛选高单位菌种流程]

菌种→斜面（37℃，14天）→孢子悬浮液→计数→诱变处理→分离→双碟（5～10个菌落）培养五天→挑选单菌落→试管斜面（4天）→挑斜面→接砂土管→砂土孢子→茄子瓶→斜面孢子

[工艺流程]

沙土孢子（36.5℃，4～5天）→斜面孢子（38℃，30～33h，空气搅拌）→一级种子培养（30℃，28～32h，1：

1.5VVm，空气搅拌）→二级种子培养（30℃，170～190h，1：

0.8VVm）→发酵液（草酸调pH1.75～1.85，硫酸锌0.15%，黄血盐0.25%）→酸化液（板框顶洗过滤10h→滤液（122#树脂脱色）→脱色液[15%水（含2%亚硫酸钠）调pH4.5～4.6，28～30℃]→结晶液（甩滤后用水淋洗再甩干）→湿晶体（进风：

140～170℃，出风：

40～80℃）→土霉素碱成品

4.4工艺流程简述

4.4.1种子制备

种子制备是在无菌条件下进行的，菌种名称为UV-138二代。

4.4.2各级培养基的配制

主要配料：

糊精、黄豆饼粉、淀粉、玉米浆、固剂、氯化钠、磷酸二氢钾、硫酸氨、碳酸钠、氯化钴、玉米油、淀粉酶、碳酸钙

4.4.3三级培养；（以龟裂链霉菌为菌种）

一级种子罐培养基采用实罐灭菌，消前加玉米油消沫剂，采用微孔压差法将斜面孢子接入种子罐，培养过程中空气搅拌。

二级种子罐培养基采用实罐灭菌。

采用压差法将二级种子压入发酵罐中，全程通入无菌空气，实行机械搅拌，并进行补料。

当总糖下降到5%时开始补料，补糖量按糖代谢速度残糖量和糖维持水平来计算，补料液为实罐灭菌。

参考指标：

<一级种子培养>

消前：

pH6.1～pH6.7消后：

pH5.9～pH6.4

糖：

2.5%～3.7%氨氮：

0.13%～0.2%

氨氮：

0.09%～0.14%溶磷（μg/mL）：

85～135

溶磷（μg/mL）：

80～130接斜面孢子：

两瓶

压力降：

0h～6h，0.01MPa培养时间：

30h～34h

6h～10h，0.02MPa培养温度：

32℃±0.5℃

10h～放罐，0.03MPa

<二级种子培养>

消前：

pH5.9～pH6.3消后：

pH5.9～pH6.4

氨氮：

0.36～0.5%

溶磷（μg/mL）：

270～390溶磷（μg/mL）：

120～190

接种量：

8～10%流量（m3/h）：

900～1200

培养时间（h）：

26～32罐压（MPa）：

0.05±0.01

培养温度（℃）：

32±0.5搅拌转速（r/min）：

160

<发酵>

消前：

pH5.8～pH6.1消后：

pH5.7～pH6.3

氨氮：

0.5%～0.7%溶磷（μg/mL）：

170～300

溶磷（μg/mL）：

400～600残糖：

<2.5%

空气流量（m3/h）：

3500pH：

0h～100h，6.6～6.1

培养时间（h）：

158100h，6.5～5.5

培养温度（℃）：

31.5±1100h-放罐，6.1～6.2

罐压（MPa）：

0.03±0.01搅拌转速（r/min）：

130

4.4.4发酵液的酸化、净化、过滤

原理

利用土霉素碱能与草酸生成盐而溶于水的性质，使土霉素碱从菌丝体内转入水相，以便与菌丝分离，利用草酸和发酵液中的Ca2+生成溶解度极小的草酸钙，除去Ca2+。

而草酸钙还能和一些有机杂质结合提高滤液质量：

加入黄血盐和ZnSO4做净化剂。

过量的黄血盐首先与发酵液中的Fe3+作用，生成普鲁士兰而去铁，反应式如下：

3Na4（Fe（CN）6）+4Fe3+→Fe4（Fe（CN）6）3↓+12Na+

余下的黄血盐和ZnSO4作用生成胶状亚铁氰化锌复盐反应式如下：

2Na4（Fe（CN）6）+3ZnSO4→Na2Zn3（Fe（CN）6）2↓+3Na2SO4

这种胶状物能吸附发酵液中部分蛋白质、色素，从而减少杂质对土霉素结晶的干扰。

过程：

发酵完毕，将发酵液压入酸化罐中，开动搅拌和压缩空气，按快速加酸法（尽量避开等电点）加入草酸（除Ca2+），调pH值至2.0左右，待消沫后加黄血盐（除Fe3+），并用草酸水进行稀释再加入ZnSO4（除蛋白质）,最后稀释液打入板框过滤机，过滤完毕，用低单位液和草酸顶洗，4000u/mL左右回流，顶洗至500u/mL时停止。

参考指标：

酸化：

pH1.75～pH1.85稀释单位：

18000u/mL

滤液要求：

透光度>80%效价：

>500u/mL

4.4.5滤液脱色及树脂再生

原理

滤液通过122#树脂脱色吸附，可除去部分色素和将杂质吸附，122-2#树脂是由水杨酸、甲醛和苯酚合成的弱酸性阳离子树脂，该树脂在酸性溶液中H+不活泼，不能发生离子交换作用。

但能和滤液总的色素或有机杂质形成氢键，借助氢键力将这些杂质吸附，从而提高原液色泽和质量。

树脂在NaOH溶液中由H型变成Na型而失去氢键活性，能使吸附的色素和杂质解离出来，再经过酸水作用由Na型变成H型，可重复进行脱色。

滤液通过122-2#树脂脱色吸附，可除去部分色素和将杂质吸附，而树脂经水反洗→反碱→正碱→通酸→洗酸的过程再生。

4.4.6脱色液的连续结晶

原理

土霉素是酸碱两性化合物，等电点为4.5，可选择适当的碱化剂来调节脱色液pH至土霉素等电点，此时，土霉素在水中溶解度最小，可以从水溶液中直接结晶出来。

生产控制结晶pH为4.4～4.8。

根据土霉素结晶的速度，结晶达到完全需要50分钟，50分钟后母液中土霉素含量趋于稳定。

连续结晶设备的容量，保证结晶液以最大量通过时维持50分钟。

保证结晶液在流动的情况下达到完全结晶的目的。

4.4.7结晶液离心分离

原理

将结晶液中晶体及母液经离心分离以便得到含水量少，纯度较高的土霉素晶体，在离心机转鼓内铺设滤袋加入结晶液。

利用离心机产生的离心力将母液甩出，从而土霉素湿晶体留在滤袋内达到分离目的。

4.4.8湿结晶体的气流干燥

原理

气流干燥为急剧快速干燥，在干燥过程中湿晶体和高温热空气接触，使水分很快蒸发，一般接触时间3s～5s，由于时间短可减少土霉素因长时间受热而发生破坏，保证产品质量。

4.4.9结晶、干燥

用氨水调脱色液pH至4.5～4.8，进串联结晶罐，等电点附近搅拌沉淀结晶，将母液与晶体离心分离，并进行快速气流干燥，所得干粉再筛选分装。

5工艺路线选择的论证

发酵阶段

大罐：

V0=

V0：

发酵罐体积

G：

成品效价

M：

年产量

m：

年工作时间

n：

发酵罐个数

Vp：

发酵单位

η0：

装料系数

ηm：

过滤收率×干燥收率×脱色收率×结晶收率

物料恒算图

发酵部分：

V蒸发损失V蒸发损失V蒸发损失

V放+V蒸发损失=V配料+V冷凝水+V接种量+V补料

=V消后+V接种量+V补料

=V接后+V补料

中罐：

台数=

V放+V蒸发损失=V接种量+V消后

小罐：

台数=

V放=V中罐接种量

放罐体积：

V放=V0η=80×0.77=61.6m3

∵V放+V蒸发损失=V配料+V冷凝水+V接种量+V补料

=V消后+V接种量+V补料

=V接后+V补料

即V放+20%V接后=V接后+48%V接后

∴V接后=

V补料=0.48V接后

V蒸发损失=0.2V接后

∵V消后=V接后-V接种量，V接种量=15%V消后

∴V消后=

V接种量=6.28m3

∵V冷凝水=

=0.274V配料

V配料=V消后-V冷凝水

即V配料=V消后-0.274V配料

∴V配料

V冷凝水

∵配料密度近似于水

∴G配料=V配料

6物料衡算

6.1发酵阶段

发酵罐

发酵周期为t=（158+10）／24=7天

设：

每天放两罐则需大罐为14台

V0=G×103×μp×t／μm×ηs×η0×m×n

=600×1000×910×7／0.95×0.90×0.97×1.12×32000×0.75×330×14

=37.1092m3

圆整为38m3

V放=V0×η0=38×0.75=28.5m3

由物料衡算：

V接后+V补=V蒸发+V放

∴V放=V接后+V补-V蒸发

=V接后+48%V接后-20%V接后

=1.28V接后=28.5m3

∴V接后=22.2656m3

又∵V接后=V消后+V接种=V消后+15%V消后=1.15V消后=22.2656m3

∴V消后=19.3614m3

V接种=15%V消后=2.9042m3

V补=48%V接后=10.6875m3

V蒸发=20%V接后=4.4531m3

V冷=1.05GC（t2-t1）／r

＝1.05×28.5×（125-25）／523.5×1000

＝5.716×10-3m3

∴V配料=V消前=V消后-V冷=19.3614-5.716×10-3=19.3357m3

V进=V配料+V补+V接种+V冷=19.34+10.69+2.90=32.9m3

V出=V蒸发+V放=4.4531+28.5=32.9m3

∵V进=V出

∴假设正确

二级种子罐

V放=V接种=2.90m3

V0=V接种／η0=2.90／0.6=4.83m3圆整为5m3

由物料衡算：

V消后+V接种=V放+V损失

V消后+9%V消后=2.90+8%V消后

1.01%V消后=2.90m3

∴V消后=2.871m3

V接种=9%V消后=0.258m3

V损失=8%V消后=0.230m3

V冷=1.05GC（t2-t1）／r

=1.05×2.90×（125-25）／523.5×1000

=5.817×10-4m3

∴V配料=V消前=V消后-V冷=2.871-5.817×10-4=2.870m3

V进=V配料+V接种+V冷=2.871+0.258=3.13m3

V出=V损失+V放=0.230+2.90=3.13m3

∵V进=V出

∴假设正确

二级种子罐台数=发酵罐台数×二级种子罐周期／发酵罐周期

=14×30／158=2.658台

设为6台，其中3台备用。

一级种子罐

V放=V接种=0.258m3

V0=V接种／η0=0.258／0.6=0.43m3圆整为1m3

由物料衡算：

V消后+V接种=V放+V损失（V接种可忽略）

V消后=0.258+12%V消后

0.88%V消后=0.258

∴V消后=0.293m3

V损失=12%V消后=0.03516m3

V冷=1.05GC（t2-t1）／r

=1.05×0.258×（125-25）／523.5×1000

=5.17×10-5m3

∴V配料=V消前=V消后-V冷=0.293-5.17×10-5=0.2929m3

V进=V配料+V冷=V消后=0.293m3

V出=V损失+V放=0.03516+0.258=0.293m3

∵V进=V出

∴假设正确

一级种子罐台数=二级种子罐台数×一级种子罐周期／二级种子罐周期

=6×30／30=6台

设为6台，其中3台备用。

6.2提取阶段

6.2.1酸化

V大放=28.5m3

发酵总单位=发酵单位×放罐单位=32000×28.5×106=9120亿单位

V草酸=V大放×3.2%×0.62=28.5×3.2%×0.62=0.56544m3

V黄血盐=V大放×0.21%×0.5=28.5×0.21%×0.5=0.029925m3

VZnSO4=V大放×0.15%×0.4=28.5×0.15%×0.4=0.0171m3

V酸化=V大放+V草酸+V黄血盐+VZnSO4

=28.5+0.56544+0.029925+0.0171=29.11m3

6.2.2稀释

稀释前效价=32000×（1+20%）=38400u/mL

稀释倍数=38400/18000=2.133

V稀释后=V酸化×稀释倍数=29.11×2.133=62.092m3

6.2.3过滤

稀释效价×过滤收率×V稀释后=滤液平均效价×V滤液

18000×1.12×62.092=13000×V滤液

V滤液=96.290m3

V低=V稀释后-V酸化=62.092-29.11=32.982m3

V高=V滤液-V低=96.290-32.982=63.308m3

V渣=38%V大放=38%×28.5=10.83m3

∵V草酸水+V稀释后=V滤液+V渣

∴V草酸水=96.290+10.83-62.092=45.028m3

草酸用量=0.2%V草酸水=0.2%×45.028×103=90.056kg

6.2.4脱色

脱色单位=脱色收率×滤液平均效价×V滤液

=0.95×13000×96.290×106=11891.8亿单位

损失单位=滤液平均效价×V滤液×（1-脱色收率）

=13000×96.290×106×（1-0.95）=625.89亿单位

　6.2.5结晶

结晶单位=结晶收率×脱色单位=0.90×11891.8=10702.62亿单位

离心单位=结晶单位-母液效价×（V滤液+V碱化剂）

=107