年产3吨庆大霉素发酵车间的工艺设计

目 录 设计任务书1.设计依据及设计原则11.1 设计依据 1 1.1.1 主要文件 1 1.1.2 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 5 3.2.1 工艺流程框图5 3.2.2 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 9 5.2.1 公称体积与台数的计算9 5.2.2 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13 7.1.1 大罐 13 7.1.2 中罐 14 7.1.3 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 16 8.2.1 生产工艺16 8.2.2 设备安装检修16 8.2.3 安全技术 168.3 设备安装要求17 8.3.1 情况介绍 17 8.3.2 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 18 10.1.1 种子制备设备18 10.1.2 种子罐18 10.1.3 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 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：1400u/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：70 染菌率：3 年工作日：330（天） 发酵液粘度：50（CP） 3 发酵液重度：1050（kg/m ） （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，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 二级种子罐 发酵罐 全料 稀料 培养基配比 培养基配比 培养基配比 培养基配比 培养基配比 黄豆饼粉 3.0 2.5 3.5 3.5 2.5 葡萄糖 0.5 0.5 0.5 淀粉 2.5 2.5 6.0 6.5 3.0 氯化钠 0.4 0.36 0.4 氯化钴 0.001 0.001 钠 0.1 0.1 0.1 酵母粉 0.1 0.1 碳酸钙 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 蛋白胨 2.0 1.5 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 4 2.67 0.4 13、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； 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 一级种子罐：65，二级种子罐：70，发酵罐：758、通气量 一级种子罐：2（VVM） ，二级种子罐：1.5 VVM，发酵罐：0.8VVM9、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： 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： ① 灌压现场指示；液位报警指示，手动加消泡剂； ② 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； ③ 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； ④ 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； ⑤ 自动补料：补料采用气动隔膜阀计算机控制； ⑥ 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。 ① 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； ② 循环水：20—23℃△t3℃，0.3（MPa） ，用于连续灭菌培养基冷却，空气冷却， 发酵控温冷却； ③ 低温水：9—14℃△t5℃，0.3（MPa），

用于夏天空气后级冷却及发酵控温冷却； ④ 冷盐水：-10—0℃△t10℃，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平为宜。 2、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 R1 R2 分子式 分子量 庆大霉素 C1 CH3 NHCH3 C21H43N5O7 477.12 庆大霉素 C2 H NH2 C19H39N5O7 449.26 庆大霉素 C1A CH3 NH2 C20H41N5O7 463.10 技术规格及质量标准见下表 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） ≥590/mg 鉴别 呈正反应 比旋度 107°——121° 干燥失重 ≤18.0110℃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 ≤ ppm 钙离子 ≤5万单位 镁离子 ≤5万单位 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 35180 天，对溶液的效价影响不 ，有吸湿性。易溶于水，不溶于乙醇、丙酮、氯仿、大，在 pH 4 以下，其效价降低 830）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 加水 1ml 溶解后， 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 ， 6 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， 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） 液氮保藏-196℃ 斜面培养 斜面培?原斜面孢子 恒温恒湿 恒温恒湿 沙土管保藏2-4℃ 35-36℃，7 天

34-35℃，6 天 摇瓶培养 33-34℃，39.5hr 小罐种子培养 斜面孢子代 1 摇瓶种子 转速 250rpm 36±0.5℃，24-30h 装量 80ml/750ml 转速 60-300rpm，搅拌功率 5.5kw 接种量一块斜面/瓶 通气量 2m3/min罐压 0.03Mpa 中罐种子培养 大罐发酵 小罐种子 中罐种子 大罐发酵液 36±0.5℃，25hr 36±0.5℃，136hr 转速 60-240rpm 转速 60-130rpm 接种量 15 接种量 15 通气量 1.5VVM 通气量 0.75VVM 罐压

0.03Mpa 罐压 0.04Mpa 搅拌功率 22kw 搅拌功率 115kw 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： １、 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。 ２、 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，根据发酵液还原糖含量水平控制，保持还原糖浓度大于等于 2.6g/100ml。 ３、 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。 ４、 补油：手动加入。 ５、 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℃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 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 蒸汽过滤器 氨水罐二级空气过 预过滤器 精过滤器 NaOH 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.