690t土霉素淀粉发酵工段工艺设计 海南大学材化学院生物工厂设计

海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书海南大学生物工程专业生物工程课程设计说明书题目：690t/a土霉素淀粉发酵工段工艺设计学号：20100412310022姓名：邱阳年级：2010级指导教师：王新广完成日期：2013年06月20日 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书生物工艺课程设计任务书一、课程设计的性质与目的生物工程课程设计是一门以生物工艺学、生物工程设备以及相关科学理论和工程技术为基础的、综合性与实践性很强的应用性工程训练。课程设计旨在加强学生对本课程及相关课程理论及专业知识的理解和掌握，训练并提高其在理论计算、结构设计、工程绘图、资料文献查阅、运用相关标准与规范及计算机应用等方面的能力；同时，为其它专业课程的学习和毕业设计（论文）奠定良好的基础。二、课程设计要点1、确定生产工艺流程和工艺条件按照给定的设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数和数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定。选择、确定的原则主要有：合法性；技术先进性和成熟可靠性；经济合理性；安全性；结合实际情况。2、就设计题目、确定的生产方法和基础数据进行产品生产过程的总物料衡算，列出物料衡算表。3、绘制工艺流程图（1）要求以图解的形式表示出：设备形象示意图、大小及相互位置与距离，定性地标出物料去向，连接的管线，泵、阀门、电机的位置。（2）物料用粗实线，设备、管线用细实线。（3）列出设备一览表。三、时间分配与计划进度1、设计期限1.5周2、时间分配指导教师讲解设计原则与程序，布置设计任务0.5天查阅资料，拟定工艺流程、制定方案、熟悉了解和掌握设计原理2天物料衡算1.5天绘制设计图2天整理编写设计说明书2天合计8天（1.5周） 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书目录摘要1引言1第一章土霉素概述2第二章土霉素的发酵工艺流程32.1土霉素发酵工艺流程图（见附图）32.2土霉素发酵工艺流程介绍32.2.1孢子的制备32.2.2种子制备42.2.3发酵培养基介绍42.2.4发酵4第三章物料衡算53.1总物料衡算53.2设备衡算73.2.1大罐的物料衡算73.2.2中罐的物料衡算93.2.3小罐的物料衡算123.3酸化稀释过滤工序物料衡算153.4脱色结晶工序物料衡算163.5干燥工序物料衡算17第四章.设备选型184.1工艺计算依据184.2土霉素发酵工艺设备计算184.2.1发酵罐184.2.2补料罐194.2.3通氨罐194.3发酵车间设备一览表204.4离心泵选型及管径204.5管道设计选型21 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书4.5.1通气管214.5.2输液管22第五章安全生产及“三废”处理245.1安全生产246.2废水处理246.3废气的处理246.4废渣的处理25参考文献25致谢26发酵车间设备一览表27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书年产690吨土霉素发酵工段工艺设计摘要土霉素又称为地霉素或氧四环素，英文名称Terramycin(Oxytetracycline)。属于抗菌素的一种，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染﹑胃肠道感染﹑斑疹伤寒﹑恙虫病等，现今主要用于畜禽药及饲料添加剂。土霉素是一个典型的利用生物工程技术生产的产品，生产工艺涉及种子培养、发酵、提取、过滤、脱色、结晶、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。经过对土霉素生产中的各个工段进行学习，了解到生产过程所需的设备以及应该掌握的单元操作。本文对土霉素生产的发酵工段进行的重点研究和介绍，通过物料守恒的计算，绘制了生产工艺流程图以及设备一览表。关键词：土霉素；生产工艺；物料流程；发酵引言本设计为年产690t/a土霉素发酵工段工艺设计。土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国被广泛运用，现如今主要生产企业主要是赤峰制药、石家庄华署制药、山西星火制药等，产量约占世界的25%，随着产量不断下降，土霉素出口价格也随之降低。在国内市场，土霉素除了作为上产强力霉素的原料外，主要用于禽兽药物以及饲料添加剂、临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高无菌土霉素。我国生产的土霉素大多为抵挡产品，因此对土霉素工艺的研究与创新凸显重要。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书第一章土霉素概述土霉素是抗生素类药物，具有广谱抗菌作用，主要用于立克次体病支原体肺炎，衣原体感染。土霉素是通过生物合成得到的广谱抗生素，目前国内土霉素提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节pH值，利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质，然后用122-2树脂脱色进一步净化土霉素滤液，最后调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。中文名：土霉素英文名：Oxytetracycline化学名：(4s,4аR，5S，5аR，6S，12аS）—N-4-二甲胺基-1，4，4а，5，5а，6,11，12а-八氢，5，6，12，12а-六羟基-6-甲基-1，11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。分子式：C22H24N2O9分子量：460.0理化性质：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0.4～1.0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。土霉素是四环类抗生素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同而构成不同种类的四环素类抗生素。其结构和命名如上图。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书第二章土霉素的发酵工艺流程2.1土霉素发酵工艺流程图（见附图）生产工艺流程图沙土孢子斜面孢子一级种子罐发酵液三级种子罐二级种子罐酸化液滤液脱色液土霉素干品土霉素湿品结晶液孢子陪养孢子培养扩大种子培养发酵过滤脱色离心干燥2.2土霉素发酵工艺流程介绍2.2.1孢子的制备这是发酵工序的开端，是一个重要环节。抗生素产量和成品质量同菌种性能以及同孢子和种子的情况有密切关系。生产用的孢子需经过纯种和生产能力的检验，符合规定的才能用来制备种子。保藏在砂土管或冷冻干燥管仲的菌种经无菌手续接入又麸皮、琼脂和水组成的斜面培养基中，在36.5-36.8℃、50%相对湿度的条件下培养4-5天，挑选菌落正常的孢子作为种子。在孢子制备的过程中，蒸馏水中可适当添加0.005%MgSO4、0.01%KH2PO4及0.015%(NH4)2HPO4，避免水质波动对孢子质量的影响，还可以缩短孢子的成熟期。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书2.2.2种子制备种子制备是指孢子接入种子罐后，在罐中繁殖成大量菌丝的过程，其目的是使孢子发芽、繁殖和获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐当中去。种子培养基的成分基本与发酵培养基近似，培养30℃、30小时左右培养液趋于浓厚并转为黄色。pH一般在6.0-6.4时可以移入下一级罐。移入发酵罐时pH>6.0，效价在800u/ml左右。种子罐级数是在指制备种子需逐级扩大培养的次数，一般根据种子的生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度，以及发酵罐的容积而定。土霉素种子制备一般为二级种子罐扩大培养。2.2.3发酵培养基介绍培养基是供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量等。土霉素的发酵培养基由碳源、氮源、无机盐及金属离子、添加前体、消泡剂五部分组成。生产上曾以单糖—葡萄糖、双糖—饴糖、及多糖—籼米粉、玉米粉及淀粉的解酶液作为碳源。本设计采用淀粉作为碳源，发酵相对容易控制。由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。采用植物油消沫仍旧是个好方法，一方面作为消沫剂，另一方面还可以起到碳源作用，但现在已普遍采用泡敌代替豆油。2.2.4发酵这一过程的目的主要是为了使微生物分泌大量的抗生素。发酵开始前，有关设备和培养基必须先经过灭菌，后接入种子。接种量一般为20%。发酵周期一般为194小时。发酵全程30-31℃分段培养，通气量为2.0v/v/m。当接种后发酵pH低于6.4时开始通氨，培养20-40小时，每4小时补一次，每次10-15L，控氨水平在45mg/100ml以上。根据发酵液残糖值补入总糖，一般在100小时前残糖控制4.0%-5.0%，100小时-150小时控制3.5%-4.0%，150小时至放罐前6小时控制在3.0%。在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐压，并隔一段时间取样进行生化分析和无菌试验，观察代谢变化、抗生素产生情况和有无杂菌污染。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书第三章物料衡算3.1总物料衡算3.1.1原始资料成品效价Ud=1000单位/毫克年平均发酵水平Uf=35000单位/毫升年工作日m=300d/a1、发酵基础工艺参数土霉素的发酵周期T为184小时，辅助时间为10小时，发酵中罐周期为44小时，辅助时间4小时发酵周期为35小时，辅助时间3小时接种比为20%，液体损失率为15%大罐一个发酵周期内所需全料的量为：32m3大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：17m3逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的15%大、中、小罐通气量分别为2.0、1.5、0.65（每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量）氨氮的利用情况，培养20-40小时，每4小时补一次,每次10-15L，控氨水平在45mg/100ml以上培养基配比：小罐中罐大罐全料稀料组成配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）黄豆饼粉3.02.53.03.53.0淀粉2.52.58.06.53.0氯化钠0.40.360.20.4碳酸钙0.60.41.10.40.4磷酸二氢钾0.0050.00327 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书磷酸氢二钾0.0050.003植物油42.670.412、提取基本工艺参数名称参数名称参数脱色岗位收率99.24%发酵液效价35000u/ml结晶干燥岗位收率86%滤液效价11000u/ml过滤岗位收率116%母液效价1370u/ml总收率99%湿晶体含水量30%发酵液密度1.58kg/L酸化液中草酸含量2.3%g/ml滤液密度1.02kg/L酸化加黄血盐量0.25%g/ml20%氨水密度0.92kg/L酸化加硫酸锌量0.18%g/ml氨水加量12%成品含水量1.5%脱色保留时间30-50分钟酸化加水量230%v/v滤液通过树脂罐的线速度控制在0.001-0.002m/s3.土霉素提取操作工艺参数一览表名称反应时间(τ+τ、)/h装料系数φ酸化稀释40.70结晶80.703.1.2总物料衡算纯品土霉素的量：690×99%=683.1t/a日产量：683.1/300=2.277t/d效价：683.1×109×1000=6.83×1014单位/a土霉素的生产过程总收率为99%则发酵时的总效价：6.83×1014/99%=6.90×1014单位/a发酵液的效价：35000单位/ml27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书发酵液的体积：6.90×1014/35000=1.97×1010ml=1.97×104m33.2设备衡算3.2.1大罐的物料衡算每天发酵液的体积：1.97×104/300=65.67m3/d每天损失的体积：65.67×15%/（1-15%）=11.59m3/d加入氨水体积：培养20-40小时，每4小时补一次，每天共6次，每次15L，共计90L，既0.09m3/d大罐一个发酵周期内所需全料的量：32m3，则一天内所需全料：32/(194/24)=3.96m3/d大罐一个发酵周期内所需稀料的量:17m3，则一天内所需稀料料：17/(194/24)=2.10m3/d设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%计由体积衡算(V×20%+V×20%+V+3.96+2.10+0.09)×(1-15%)=v发酵液=65.67m3/d得培养基体积V为50.79m3/d则加入的二级种子液体积：50.79×20%=10.16m3/d蒸汽带入水量：50.79×20%=10.16m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：50.79×3%+3.96×3.5%+2.10×3%=1.725m3/d淀粉：50.79×8%+3.96×6.5%+2.10×3%=4.384m3/d氯化钠：50.79×0.2%+2.10×0.4%=0.1099m3/d27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书碳酸钙：50.79×1.1%+3.96×0.4%+2.10×0.4%=0.5829m3/d植物油：50.79×0.4%+2.10×1%=0.2242m3/d配料水：50.79-1.725-4.384-0.1099-0.5829-0.2242=43.76m3/d表1三级发酵物料衡算表进入发酵罐的量离开发酵罐的量项目体积（m3/d)体积（m3/周期)项目体积（m3/d)体积（m3/周期)二级种子液10.1682.13发酵液65.67530.8蒸汽带入水量10.1682.13损失11.5993.68培养基50.79410.6全料量3.9632.01稀料量2.1016.98氨水0.090.73总量77.26624.5总量77.26624.5表2三级发酵培养基的组成项目体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉1.72513.94淀粉4.38435.44氯化钠0.10990.8883碳酸钙0.58294.712植物油0.22421.812配水量43.76353.7总50.79410.627 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书发酵罐77.26m3/d二级种子液10.16m3/d培养基50.79m3/d蒸汽带入水量10.16m3/d全料量3.96m3/d稀料量2.10m3/d液氨0.09m3/d发酵液65.67m3/d液体损失率为15%11.59m3/d培养基黄豆饼粉1.725m3/d淀粉4.384m3/d氯化钠0.1099m3/d碳酸钙0.5829m3/d植物油0.2242m3/d配料水43.76m3/d3.2.2中罐的物料衡算设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%计，由体积衡算：27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书(V×20%+V×20%+V)×(1-15%)=V‘二级种子液V‘二级种子液×(1-15%)=V二级种子液=10.16m3/dV‘二级种子液=10.16/0.85=11.95得培养基体积V为10.04m3则加入的一级种子液：10.04×20%=2.008m3/d蒸汽带入水量：10.04×20%=2.008m3/d液体损失15%11.95×0.15=1.792m3/d接种损失15%2.008/(1-15%)-2.008=0.3544m3/d总损失量=液体损失+接种损失1.792+0.3544=2.146m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：10.04×2.5%=0.2510m3/d淀粉：10.04×2.5%=0.2510m3/d氯化钠：10.04×0.36%=0.03614m3/d碳酸钙：10.04×0.4%=0.04016m3/d磷酸二氢钾：10.04×0.003%=0.0003012m3/d磷酸二氢钾：10.04×0.003%=0.0003012m3/d植物油：10.04×2.67%=0.2681m3/d27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书配料水：10.04-0.2510-0.2510-0.03614-0.04016-0.0003012-0.0003012-0.2681=9.193m3/d表3二级发酵物料衡算表（周期为48h即2d）进入发酵罐的量离开发酵罐的量项目体积（m3/d)体积（m3/周期)项目体积（m3/d)体积（m3/周期)一级种子液2.0084.016二级种子液11.9526.68带入水量2.0084.016损失2.1464.292培养基10.0420.08总量14.0628.12总量14.0628.12表4二级发酵培养基的组成项目体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉0.25100.5020淀粉0.25100.5020氯化钠0.036140.07228碳酸钙0.040160.08032植物油0.26810.5362配水量9.19318.38磷酸二氢钾0.00030120.0006024磷酸氢二钾0.00030120.0006024总10.0420.0827 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书发酵罐14.06m3/d一级种子液2.008m3/d培养基10.04m3/d蒸汽带入水量2.008m3/d二级种子液11.95m3/d液体损失15%1.792m3/d接种损失15%0.3544m3/d黄豆饼粉0.2510m3/d氯化钠0.03614m3/d碳酸钙0.04016m3/d植物油0.2681m3/d配料水9.193m3/d磷酸二氢钾0.0003012m3/d磷酸氢二钾0.0003012m3/d培养基3.2.3小罐的物料衡算设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%，斜面孢子体积忽略不计，由体积衡算：(V×20%+V)×(1-15%)=V’一级种子液V’一级种子液×(1-15%)=V一级种子液=2.008m3/d得培养基体积V为2.316m3/d则蒸汽带入水量:27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书2.316×20%=0.4632m3/d液体损失15%2.362×0.15=0.3543m3/d接种损失15%2.316×20%×15%=0.06948m3/d总损失量=液体损失+接种损失0.3543+0.06948=0.4238m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：2.316×3%=0.06948m3/d淀粉：2.316×2.5%=0.05790m3/d氯化钠：2.316×0.4%=0.009264m3/d碳酸钙：2.316×0.6%=0.01389m3/d磷酸二氢钾：2.316×0.005%=0.0001158m3/d磷酸氢二钾：2.316×0.005%=0.0001158m3/d植物油：2.316×4%=0.09264m3/d配料水：2.316-0.06948-0.05790-0.009264-0.01398-0.0001158-0.0001158-0.09264=2.073m3/d表5一级发酵物料衡算表（周期38/24=1.58d）进入发酵罐的量离开发酵罐的量项目体积（m3/d)体积（m3/周期)项目体积（m3/d)体积（m3/周期)培养基2.3163.6592.3623.73227 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书一级种子液带入水量0.46320.7319损失0.42380.6696总量2.7794.390总量2.7794.390表6一级培养基的组成（周期38/24=1.58d）项目体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉0.069480.1098淀粉0.057900.09148氯化钠0.0092640.01464碳酸钙0.013980.02209植物油0.092640.1464配水量2.0733.275磷酸二氢钾0.00011580.0001829磷酸氢二钾0.00011580.0001829总2.3163.659蒸汽带入水量0.4632m3/d培养基2.316m3/d发酵罐3.103m3/d一级种子液2.362m3/d斜面孢子液体损失15%0.3543m3/d接种损失15%0.06948m3/d总损失=0.3543+0.06948=0.423827 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书黄豆饼粉0.06948m3/d淀粉0.05790m3/d氯化钠0.009264m3/d碳酸钙0.01398m3/d植物油0.09264m3/d配料水2.073m3/d磷酸二氢钾0.0001158m3/d磷酸氢二钾0.0001158m3/d培养基3.3酸化稀释过滤工序物料衡算发酵液效价：35000u/ml滤液效价：11000u/ml由效价守恒得滤液的体积：65.67×106×35000×1.16/11000×106=242.38m3滤液：242.38×103×1.02=247.23t每天/t草酸：65.67×103×2.3%×10-3=1.51黄血盐：65.67×103×0.75%×10-3=0.49硫酸锌：65.67×103×0.18%×10-3=0.12水：65.67×2.3=151.04发酵液：65.67×103×1.58=103.76总：256.92表3-3酸化稀释过滤工艺物料衡算表酸化过滤前酸化过滤后27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书项目质量（t/d）质量(t/周期)项目质量（t/d）质量(t/周期)）草酸1.5112.21滤液247.231998.44黄血盐0.493.96菌丝9.6978.33硫酸锌0.120.97水151.041220.91发酵液103.76838.73总量256.922076.77总量256.922076.77酸化稀释过滤草酸1.51t/d黄血盐0.49t/d硫酸锌0.12t/d水151.04t/d发酵液103.76t/d菌丝9.69t/d滤液247.23t/d3.4脱色结晶工序物料衡算母液效价：1370u/ml氨水加量：12%由效价守恒得母液体积：65.67×106×35000×99.24%×116%×（1-86%）/1370×106=270.39m3氨水：247.23×12%=29.67t湿晶体：3.68t/d母液：247.23+29.67-3.68=273.22t/d表3-2脱色提取工序物料衡算表脱色提取前脱后色提取项目质量（t/d）质量(t/周期)项目质量（t/d）质量(t/周期)滤液247.231998.44母液273.222208.5327 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书氨水29.67239.83湿晶体3.6827.74总量276.902238.27总量362.812238.27脱色提取滤液247.23t/d氨水29.67t/d母液273.22t/d湿晶体3.68t/d3.5干燥工序物料衡算干晶体重：690×（1-1.5%）=679.7t/a湿晶含水量：W1=30%/(1-30%)=0.43干晶含水量：W2=1.5%/(1-1.5%)=0.02应除去的水分：679.7×（0.43-0.02）=278.67t/a湿晶体的量：679.7+278.67=958.37t/a表3-1干燥工序物料衡算表干燥前干燥后项目质量t/a质量t/d项目质量t/a质量t/d湿晶体的量958.373.19干晶体的量679.72.26除去的水分278.670.93总量958.373.19总量916.643.1927 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书湿晶体3.19t/d干燥干晶体2.26t/d水分0.93t/d第四章.设备选型4.1工艺计算依据满足《药品生产质量管理规范》(1998年修订)中有关设备选型的要求，根据该厂生产特点，结合企业生产经验，以保证产品质量为前提，充分利用公司现有的符合GMP要求的设备。4.2土霉素发酵工艺设备计算4.2.1发酵罐三级发酵罐V0=65.67m3根据《味精工业手册》中提供的发酵罐参数，选取公称容积为100m3的发酵罐，实际体积为102m3，装料系数0.8，发酵周期194h。故选取7台发酵罐。其主要参数如下表27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书公称容积VN罐内径D/mm圆筒高Hm/mm封头高h0/mm罐体总高H/mm不计上封头容积全容积V0搅拌器直径Di/mm搅拌转速n/r/min电机功率N/kw100m33400100009001180096.4m3102m3950150132二级种子罐取公称容积10m3的罐，实际体积10.9m3。接种比为20%，则每个大罐需要接种量100m3*0.2=20m3，考虑接种损失为15%。则需要二级种子液体积23.5m3，7个罐共需要164.5m3，二级种子罐发酵周期48/24=2天，是大罐的1/4，则每个种子罐发酵周期需要产生41.1m3，考虑装料系数为0.8，即需要容积为51.375m3，因此，需要二级种子罐51.375/10.9=4.713台，故取证选5台。一级种子罐取公称容积5m3的发酵罐，全容积6.27m3。每台二级种子罐的接种量为10m3*0.2=2m3，考虑接种损失为15%。则需要一级种子液体积2.35m3，则5台二级罐供需11.75m3，一级种子的发酵周期为38/24=1.58天，近似认为2天与中罐相同，则每个一级罐周期需要生产11.75m3，考虑装料系数0.8，即需要容积为14.69m3，因此，需要二级种子罐14.69/6.27=2.34台，故取证选3台。4.2.2补料罐全料罐每罐三级发酵需要32m3的全料，且有7个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，32×7/0.7=320m3故选用公称容积为100m3的储罐，故选取4个全料罐。稀料罐每个三级发酵罐需要17m3的稀料，且有7个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，17×7/0.7=170m3故选取公称容积为100m3的储罐2个。4.2.3通氨罐每罐三级发酵需要0.09m3的液氨，且有7个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，0.09×7/0.7=0.9m3，故选取公称容积为1m3的罐一个27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书4.3发酵车间设备一览表设备名称所属车间数量型号一级发酵罐发酵车间7公称容积100m3φ3400二级发酵罐发酵车间5公称容积10m3φ1800三级发酵罐发酵车间3公称容积5m3φ1500通氨罐发酵车间1公称容积1m3φ900补料罐(全料罐)发酵车间4公称容积100m3φ3400补料罐(稀料罐)发酵车间2公称容积100m3φ34004.4离心泵选型及管径查《化工流体流动与传热》得知，黏度较大的流体流速一般为0.5～1m/s，本设计取流速为0.8m/s，已知板框压滤机的进液口为50mm。所以进液体积流量为：设一台离心泵对应4台板框压滤机输送液体，所以选取离心泵的数量为2台。则离心泵的总流量：管径：所以选取公称直径为100mm的PVC管输送液体物料。根据厂方设置情况，滤液贮罐和压滤机的相对高度差约为8m，总管路长度约为30m，依据湍流摩擦系数的经验关联式，求的；要求输送量为22.6m3/h，查《化工工艺设计手册》得知公称直径为100m的PVC管件的内径为110；输送液体密度1010kg/m3，操作压力为0.7MPa，流速为0.8m/s。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书压头损失，扬程，解得，根据流量从防腐蚀泵系列中选取型号为100F-92A，其性能参数如下表：流量m3/h扬程m转数r/min轴功率kW效率%允许吸上真空度/m叶轮外径/mm94.380296025.4684256表中数据来源《化工流体流动与传热》。由于所输送液体的密度大于水的密度，所以需要核算泵所需的轴功率，从泵的性能参数可以看出泵所提供的功率大于输送液体所需功率，所选离心泵符合要求。4.5管道设计选型4.5.1通气管大罐的通气量为2.0v/v/m(0.1MPa，20℃)，体积为102m3，通风量：折算到工作状态(0.1MPa，30℃)下的风量：取风速v=25m/s，则通风管截面积通风管径27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书故选用不锈钢焊接钢管取φ450×5，其内径440mm>420mm，适用。4.5.2输液管（1）排料管发酵罐装料102m3，发酵液体积65.67m3，2h之内排空，物料体积流量：发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积：管径取不锈钢焊接钢管φ130×5，其内径120mm>108mm，适用。（2）进液管①种子液二级种子液10.16，半小时之内接种完毕，则物料的体积流量：发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积：管径取不锈钢焊接钢管φ100×5，其内径90mm>84.79mm，适用。②补全料输液管全料液32m3，184小时之内补料完毕，则物料的体积流量：发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积：管径取不锈钢焊接钢管φ12×1.5，其内径9mm>7.84mm，适用。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书③补稀料输液管稀料液17m3，184小时之内补料完毕，则物料的体积流量：发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积：管径取不锈钢焊接钢管φ12×1.5，其内径9mm>5.72mm，适用。④通氨管液氨共0.09m3，20-40h内补6次，平均每次补十分钟，共计耗时1h，则物料的体积流量：发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积：管径取不锈钢焊接钢管φ12×1.5，其内径9mm>5.64mm，适用。由此可以的到所有发酵车间的管路总表管道名称所属车间管道材料管径/mm管壁厚/mm发酵罐通气管发酵车间不锈钢焊接钢管4505种子罐进液管发酵车间不锈钢焊接钢管1005排料管发酵车间不锈钢焊接钢管1305补全料输液管发酵车间不锈钢焊接钢管121.5补稀料输液管发酵车间不锈钢焊接钢管121.5通氨管发酵车间不锈钢焊接钢管121.527 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书第五章安全生产及“三废”处理一个先进的生产工艺，必须同时认真考虑和妥善解决溶剂回收和三废处理等问题。相对而言，化学制药工厂使用的溶剂品种多、数量大，如果不予以回收，不仅使原料的消耗量大，产品成本增高，也会影响到工人的劳动保护和安全。5.1安全生产在许多化学合成药的生产中，大多使用易燃、易爆、有毒的溶剂、原料和中间体。因此在工艺路线评价和选择的过程中必须考虑安全生产和环境保护问题。安全生产和环境保护考虑以下几个方面：（1）不用或少用易燃、易爆、有毒的溶剂、原料、中间体；（2）对于必须使用的有毒物质，必须进行安全试验研究方案的设计；（3）对副产物和三废进行初步的了解，制定综合利用和处理方法的初步方案。6.2废水处理废水主要来源于生产废水、实验室废水和实验动物废水生物制品及制药行业在生产、科研、检验等过程中，排出的废水可能含有致病性细菌、病毒、其它微生物、化学污染物及放射性同位素等有害污染物。而这些污染物有极大的危害性，故废水如不进行严格消毒处理便直接排放，将污染水资源、恶化生态环境，且可能引起传染病的流行，严重影响人类的健康。6.3废气的处理27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书按所含主要污染物的性质不同，化学制药厂排除的废气可分为三类，即含尘（固体悬浮物）废气、含无机污染物废气和含有机污染物废气。含尘废气的处理实际上是一个气、固两相混合物的分离问题，可利用粉尘质量较大的特点，通过外力的作用将其分离出来；而处理含无机或有机污染物的废气则要根据所含污染物的物理性质和化学性质，通过冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化等方法进行无害化处理。6.4废渣的处理常见的废渣包括蒸馏残渣、失活催化剂、废活性炭、胶体废渣、反应残渣（如铁泥、锌泥等）、不合格的中间体和产品，以及用沉淀、混凝、生物处理等方法产生的污泥残渣等。防治废渣污染应遵循“减量化、资源化和无害化”的“三化”原则。首先要采取各种措施，最大限度地从“源头”上减少废渣的产生量和排放量。其次．对于必须排出的废渣，要从综合利用上下功夫，尽可能从废渣中回收有价值的资源和能量。最后，对无法综合利用或经综合利用后的废渣进行无害化处理，以减轻或消除废渣的污染危害。参考文献1.吴思方.生物工程工厂设计概论[M].北京:中国轻工业出版，2012.2.元英进.制药工艺学[M]，化学工业出版社，2007.3.叶勤.发酵过程原理[M]，化学工业出版社，2005.4.张珩.制药工程工艺设计[M]，化学工业出版社，2006.5.张克旭.氨基酸发酵工艺学[M].北京:中国轻工业出版社，1992.6.邓毛程.发酵工艺原理，中国轻工业出版社，2007.7.中国石油化工总公司.《钢制压力容器用封头选型》，化学工业出版社，1997.8.贺匡国.化工容器及设备简明设计手册(第二版)[M]，2002.9.黎润钟.发酵工厂设备，中国轻工业出版社[M]，1991.10.陈志平.搅拌与混合设备设计选用手册[M]，化学工业出版社，2005.11.郑晓梅.化工工程制图[M]，化学工业出版社，1994.12.丁德承等.化工环境保护设计手册[M]，化学工业出版社，1998.13.刘振宇.发酵工程技术与实践[M]，华东理工大学出版社，2007.14.于文国.微生物制药工艺及反应器(二版)[M]，化学工业出版社，2009.27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书15.HiraoT，NakanoT，（1989）L-LysineproductionincontinuouscultureofanL-LysinehyperproducingmutantofCorynebacteriumglutamicum.ApplMicrobiolBiotechnol32：269-273.16.HaginoH，KobayashiS，ArakiK，NakayamaK（1981）L-LysineproductionbymutantsofBacilluslicheniformis，BiotechnolLett3：425-430.致谢感谢王新广老师，他为我们做好设计模板的同时发送到我们的邮箱，为我们提供了极大地帮助。他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢组员陈国平同学，我们分工明确，积极探索，在预计时间内有效的完成了工厂设计的任务。通过这次比较完整的土霉素提炼工段的工艺设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。27 海南大学2010生物工程专业生物工程课程设计说明书发酵车间设备一览表设备名称所属车间数量型号一级发酵罐发酵车间7公称容积100m3φ3400二级发酵罐发酵车间5公称容积10m3φ1800三级发酵罐发酵车间3公称容积5m3φ1500通氨罐发酵车间1公称容积1m3φ900补料罐(全料罐)发酵车间4公称容积100m3φ3400补料罐(稀料罐)发酵车间2公称容积100m3φ340027