1、內蒙古科技大學本科生畢業設計說明書題 目：年產 2300 噸青霉素發酵工段工藝設計年產 2300 噸青霉素發酵工段工藝設計摘要本設計以注射用青霉素G為背景，來進行年產2300噸青霉素發酵工段工藝的設 計, 考慮到為了實現菌種放大的平穩過渡，設計采用三級發酵工藝進行青霉素的生產， 菌種經種子發酵罐擴培后進入二級種子發酵罐再進入發酵罐。各種補加用料以流加的 方式加入，保持產黃青霉的健康生長。設計使用 4 臺一級種子罐、 7 臺二級種子罐、 14 臺發酵罐。廠房采用三層設計，在不同層放置不同類型的罐體，以滿足生產需要， 在廠房內部設置吊裝孔， 用以上吊原料。 在本設計中充分考慮了理論設計量的合理性，

2、 又兼顧了實際生產的可行性的情況下對物料、 能量以及發酵控制因素等進行了的計算， 就發酵后期所涉及的一系列問題詳細說明了其解決方法，力求設計的完整性及準確無 誤。關鍵詞： 青霉素；發酵；批量；工藝；生產Section of an annual output of 2,300 tons of penicillin fermentationprocess designAbstractThe design injection of penicillin G as background, to carry out an annual output of 2300 tons penicillin fer

3、mentation section in the design process, taking into account the strain amplification to achieve a smooth transition, designed with three fermentation process for penicillin production , strain through seed fermentor, after expanding into the second seed culture fermentation tank and then into the f

4、ermenter. Variety of additional materials in order to join the Fed's way of maintaining a healthy growth of Penicillium chrysogenum. Design uses 4 sets a seed tank, 7 sets two seed containers, 14 sets fermenter. Plant a three-tier design, placed in different layers of different types of tanks, t

5、o meet production needs, set in the plant and lifting holes for hanging material. Fully considered in the design of a reasonable amount of theoretical design, but also the feasibility of taking into account the actual situation of production of materials, energy and fermentation control factors for

6、the calculation, on the fermentation of a range of issues involved in the late details its solution, and strive to design integrity and accurac.Key words : Penicillin; fermentation; volume; process; production目錄摘 要 IIAbstract.第一章 引 言 11.1 總論 11.1.1 設計依據 11.1.2 指導思想 11.1.3 設計要求 11.1.4 設計步驟 11.2 青霉素的發

7、現 21.3 青霉素分子結構及分類 31.4 青霉素的單位 41.5 作用機理 41.6 青霉素的應用 51.7 產品名稱及生產規模 51.8 產品藥理 6第二章 設計說明 72.1 青霉素發酵過程 72.2 生產方法 82.3 工藝流程 92.4 工藝特點 112.5 發酵過程中各參數的相互關系 132.6 設備框圖 13第三章 工藝條件計算 1.4.3.1 發酵罐設計技術指標 143.2 物料衡算 143.3 能量衡算 183.3.1 水 183.3.2 蒸汽 193.3.3 電 20此文檔僅供學習和交流3.3.4 空氣 213.3.5 公用過程負荷 22第四章 典型設備計算 2.5.4.

8、1 設備衡算 254.1.1 發酵罐 254.1.2 二級種子罐 324.1.3 一級種子罐 394.2 設備計算 434.2.1 貯罐 434.2.2 液體輸送設備選型 464.2.3 空氣總過濾器 474.2.4 空氣壓縮機選型 474.2.5 發酵罐物料管道選型 484.2.6 二級種子罐物料管道選型 504.2.7 一級種子罐物料管道選型 53第五章 發酵過程優化控制 5.6.5.1 發酵過程中溫度的控制 565.2 發酵過程中 PH 的控制 575.3 發酵過程中溶解氧的控制 585.4 發酵過程中菌絲濃度的控制 595.5 發酵液質量控制 595.6 成品鑒定 59第六章 車間布置

9、及生產制度 6.1.6.1 車間生產性質及布置說明 616.2 設備安裝 616.3 車間生產制度 626.3.1 發酵生產 626.3.2 清洗罐 636.3.3 技術管理部門職責： 63第七章 給排水 6.5.此文檔僅供學習和交流7.1 生產用水情況概述及要求 657.2 排水系統的劃分 65第八章 環境保護 6.6.8.1 生產過程中“三廢”排放情況 668.2 處理方案 668.3 噪聲控制 66第九章 節能 6.7.9.1 能耗分析 679.2 節能措施 67參考文獻 6.8.致謝 6.9.第一章 引 言1.1 總論1.1.1 設計依據 內蒙古科技大學數理與生物工程學院下達的畢業設計

10、任務書1.1.2 指導思想 生物技術成熟的理論體系，使得生物技術產業化得以實現。其裝置由若干個 單元設備以系統的、合理的方式組合起來。其過程設計依據生物工藝條件，選擇合理 的原料、確定最經濟和最安全的途徑。使之生產出符合一定質量的生物產品。1.1.3 設計要求(1) 生物技術產品的數量和質量指標。(2) 保證整套系統不僅可以正常操作，而且能滿足開停車等非正常操作。(3) 系統能適應和抑制外部擾動的影響，達到整套系統的可控性。(4) 必須進行工藝流程優化和參數優化，達到最經濟的使用資金、原材料、公共設施和人員。(5) 必須充分考慮各種明顯的和潛在的危險，保證生產人員的健康和安全，如生物反應器等壓

11、力容器，易燃、易爆揮發性溶劑的管理以及基因工程菌的生物擴散 等。(6) 符合國家和地方的環境保護法規，按照工業生態學和減少原料和能源使 用，物料的多層多級利用使用和廢物資源化循環利用的“3R'原則，達到清潔生產1.1.4 設計步驟工藝設計在初步設計階段，可分為下面幾個步驟 ：(1) 選擇不確定生產流程，確定技術經濟指標。(2) 進行生產工藝的各種計算。(3) 設備的選型和計算，確定生產設備的規格和臺數。(4) 車間設備布置的方案比較和設備配置的平面和空間關系的確定及設計制 圖。(5) 向配套專業(土建、自控儀表、供水、環保、供電、供熱、采暖通風、 技術經濟)提出設計要求和有關資料。(6

12、) 正式繪制工藝流程圖、車間設備布置圖等，編制設備表和主要材料估算 表。(7) 編寫初步設計有關的生產工藝部分的文件。1.2 青霉素的發現20 世紀 40 年代以前，人類一直未能掌握一種能高效治療細菌性感染且副作 用小的藥物。當時若某人患了肺結核，那么就意味著此人不久就會離開人世。為 了改變這種局面，科研人員進行了長期探索，然而在這方面所取得的突破性進展 卻源自一個意外發現。 1928 年，英國細菌學家 Fleming 發現污染在培養葡萄球菌的 雙蝶上的一株霉菌能殺死周圍的葡萄球菌。他將此霉菌分離純化后得到的菌株經鑒定 為點青霉，并將這菌所產生的抗生物質命名為青霉素。1940年，英國 Flor

13、ey 和 Chain 進一步研究此菌，并從培養液中制出了干燥的青 霉素制品。經實驗和臨床試驗證明，它毒性很小，并對一些革蘭氏陽性菌所引起的許 多疾病有卓越的療效。 此后一系列臨床實驗證實了青霉素對鏈球菌、 白喉桿菌等多 種細菌感染的療效。青霉素之所以能既殺死病菌，又不損害人體細胞，原因在于 青霉素所含的青霉烷能使病菌細胞壁的合成發生障礙，導致病菌溶解死亡，而人 和動物的細胞則沒有細胞壁。但是青霉素會使個別人發生過敏反應，所以在應用 前必須做皮試。在這些研究成果的推動下，美國制藥企業于 1942 年開始對青霉 素進行大批量生產。到了 1943 年，制藥公司已經發現了批量生產青霉素的方法。 當時英

14、國和美國正在和納粹德國交戰。這種新的藥物對控制傷口感染非常有效。 到 1944 年，藥物的供應已經足夠治療第二次世界大戰期間所有參戰的盟軍士兵。 1945 年，弗萊明、弗洛里和錢恩因發現青霉素及其臨床效用”而共同榮獲了諾貝 爾生理學或醫學獎。目前世界青霉素年需求量為3.8萬噸，但直接作為注射劑使用的青霉素G和作為口服劑使用的青霉素V僅占全部青霉素產品的20%除了另外 腎 5%乍為獸藥或飼料 添加劑使用外， 大部分青霉素是作為制備 6-氨基青霉素烷、 7-氨基脫乙酰氧基頭孢烯 酸或氯亞甲基頭孢烯母核的原料， 通過這些母核中間體轉化成高附加值產品推向市場。 據估計，在世界范圍內目前對 6-氨基青霉

15、素烷的需求量約為 25800噸，到 2005年將 達到 32800噸；對 7-氨基脫乙酰氧基頭孢烯酸的需求量約為 6000噸，到2005年為 7000 噸。到2005年，世界基本藥物中，僅羥氨芐青霉素、氨芐青霉素和頭抱氨芐 3個品種 的世界需求量將達17800噸。上述三種產品占抗感染藥物原料藥的 78%用于生產這 些半合成產品所需消耗的青霉素約占全部產量的 3/4。1953年5月，中國第一批國產青霉素誕生，揭開了中國生產抗生素的歷史。在1996年得到迅速擴展，當時全球青霉素原料藥年產銷量達 4萬噸左右，其中中國的 青霉素在國際市場的份額占到30%且出口量猛增。截至目前，中國青霉素年發酵能 力在

16、1500噸以上的有華北制藥3200噸，哈藥集團為2100噸，山東魯抗為1290噸， 這三大青霉素生產企業年發酵能力為 6590噸，年發酵能力超過1000噸的企業還有四 川制藥廠、河北制藥集團和張家口制藥總廠。中國目前是世界上最大青霉素生產國， 青霉素原料主要出口市場是：印度、韓國、日本、臺灣、德國、荷蘭、愛爾蘭、法國、 香港和美國，這十大市場合計占中國總出口量的 82%青霉素工業鉀鹽的生產能力已 占世界生產能力40000噸的40%實際產量占世界的35.29%特別是進入2000年，中 國的原料藥產量中有七種青霉素系列產品均呈現增長趨勢，其中哌拉西林增長了 267%以6-APA為中間體的系列產品阿

17、莫西林增長 69%產量近2000噸。1.3 青霉素分子結構及分類青霉素是6氨基青霉烷酸(6-aminopenicillanic acid, 6-APA)苯乙酰衍生物。側鏈基團不同，形成不同的青霉素，主要是青霉素G。工業上應用的有鈉、鉀、普魯卡因、二芐基乙二胺鹽，其在水中溶解度很小，且很快失去活性。青霉素的分子通式為：RC9O4H11 N2 S圖1.1青霉素結構通式然而青霉素發酵液中含有5種以上天然青霉素（如青霉素F、G、X、K、F和V 等），它們的差別僅在于側鏈R基團的結構不同，其中青霉素 G在醫療中用得最多， 它的鈉或鉀鹽為治療革蘭氏陽性菌的首選藥物， 對革蘭氏陰性菌也有強大的抑制作用。 其

18、各個青霉素結構式如下圖：音霉素仁青霉素心R7*JCHs ch2 ch=chch2- 尺為<>一°" RJHO <jQ> 尺為CH令（CH玄）CH£-R7*JCH-R為 <O> CHi"R為©>十HH2RJHO <0> H -NH圖1.2青霉素結構式1.4 青霉素的單位目前國際上青霉素活性單位表示方法有兩種：一是指定單位（ unit）；二是活性 質量（），最早為青霉素規定的指定單位是：50mL肉湯培養基中恰能抑制標準金葡 萄菌生長的青霉素量為一個青霉素單位。 在以后，證明了一個青霉素單位相當于

19、0.6 青霉素鈉。因此青霉素的質量單位為：0.6用青霉素鈉等于1個青霉素單位。由此，1mg 青霉素鈉等于1670個青霉素單位（unit）。1.5 作用機理有研究認為，青霉素的抗菌作用與抑制細胞壁的合成有關 。細菌的細胞壁是一 層堅韌的厚膜，主要由多糖組成，也含有蛋白質和脂質，用以抵抗外界的壓力，維持 細胞的形狀。細胞壁的里面是細胞膜，膜內裹著細胞質，青霉素作用于 伕內酰胺類細菌 的細胞壁，而人類只有細胞膜無細胞壁，故對人類的毒性較小。革蘭氏陽性菌細胞壁 此文檔僅供學習和交流的組成是肽聚糖占細胞壁干重的50%80%（革蘭氏陰性菌為1%10%）、磷壁酸質、脂蛋白、多糖和蛋白質。其中肽聚糖是一種含有

20、乙酰基葡萄糖胺和短肽單元的網狀生 物大分子，在它的生物合成中需要一種關鍵的酶即轉肽酶。青霉素作用的部位就是這 個轉肽酶。現已證明青霉素內酞胺環上的高反應性肽鍵受到轉肽酶活性部位上絲氨酸 殘基的羥基的親核進攻形成了共價鍵， 生成青霉噻唑酰基 -酶復合物，從而不可逆的抑 制了該酶的催化活性。通過抑制轉肽酶，青霉素使細胞壁的合成受到抑制，細菌的抗 滲透壓能力降低，引起菌體變形，破裂而死亡。即作用機理是干擾細菌細胞壁的合 成。因為青霉素的結構與細胞壁的成分粘肽結構中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可與后者競爭轉肽酶，阻礙粘肽的形成，通過抑制細菌細胞壁四肽側鏈和五肽交 連橋的結合而阻礙細胞壁合成而發揮殺菌

21、作用。造成細胞壁的缺損，使細菌失去 細胞壁的滲透屏障，對細菌起到殺滅作用。對革蘭陽性球菌及革蘭陽性桿菌、螺 旋體、梭狀芽孢桿菌、放線菌以及部分擬桿菌有抗菌作用。對溶血性鏈球菌等鏈 球菌屬，肺炎鏈球菌和不產青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。對腸球菌有 中等度抗菌作用。對流感嗜血桿菌和百日咳鮑特氏菌亦具一定抗菌活性，對梭狀 芽孢桿菌屬、消化鏈球菌、厭氧菌以及產黑色素擬桿菌等具良好抗菌作用。1.6 青霉素的應用臨床應用： 40 多年來，主要控制敏感金黃色葡糖球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、 淋球菌、腦膜炎雙球菌、螺旋體等引起感染，對大多數革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄 球菌）和某些革蘭氏陰性細菌及螺旋體有抗

22、菌作用。優點：毒性小，但由于難以分離 除去青霉噻唑酸蛋白（微量可能引起過敏反應） ，需要皮試。各種半合成抗生素的原料：青霉素的缺點是對酸不穩定，不能口服，排泄快，對 陰性菌無效。氨芐青霉素耐酸廣譜；對抗綠膿桿菌的磺芐青霉素，耐酸、耐酶、口服 的乙氧萘青霉素等，提供頭孢菌素母核。1.7 產品名稱及生產規模產品名稱 : 注射用青霉素 G生產規模:年產 2300噸化學名：（2S,5R,6R）-3,3-二甲基-6-（2-苯乙酰氨基）7-氧代4 硫雜-1-氮雜雙環320庚烷-2-甲酸分子式：C16H17NOS分子量：333.38結構式如下圖：圖1.3青霉素G結構式1.8 產品藥理青霉素為B內酰胺抗生素對

23、革蘭陽性菌及某些革蘭陰性菌有較強的抗菌作用，金黃色葡萄球菌（金葡菌）、肺炎球菌、淋球菌及鏈球菌等對本品高度敏感；腦膜炎雙球 菌、白喉桿菌、破傷風桿菌及梅毒螺旋體也很敏感。 主要用于敏感菌引起的各種急性 感染，如肺炎、支氣管炎、腦膜炎、心內膜炎、腹膜炎、膿腫、敗血癥、蜂窩組織炎、 乳腺炎、淋病、鉤體病、回歸熱、梅毒、白喉及中耳炎等。對溶血性鏈球菌等鏈球菌屬，肺炎鏈球菌和不產青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗 菌作用。對腸球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌、腦膜炎奈瑟菌、白喉棒狀桿菌、 炭疽芽抱桿菌、牛型放線菌、念珠狀鏈桿菌、李斯特菌、鉤端螺旋體和梅毒螺旋體對 本品敏感。本品對流感嗜血桿菌和百日咳鮑特氏菌

24、亦具一定抗菌活性，其他革蘭陰性需氧或兼性厭氧菌對本品敏感性差，對梭狀芽抱桿菌屬、消化鏈球菌厭氧菌以及產黑 色素擬桿菌等具良好抗菌作用，通過抑制細菌細胞壁合成而發揮殺菌作用。第二章 設計說明2.1 青霉素發酵過程青霉素發酵過程中的代謝變化分為菌體生長、青霉素合成和菌體自溶三個階段 2(1) 菌體生長階段 發酵培養基接種后生產菌在合適的環境中經過短時間的適應，即開始發育、生長 和繁殖，直至達到菌體的臨界濃度。這個階段主要是碳源(包括糖類、脂肪等)和氮 源的分解代謝，以及菌體細胞物質的合成代謝變化，前者的代謝途徑和后者有機地聯 系在一起，碳源、氮源和磷酸鹽等營養物質不斷被消耗，新菌體不斷合成。隨著菌

25、體 濃度的不斷增加，攝氧率不斷增大，溶解氧水平不斷降低。當達到菌的臨界濃度時， 攝氧率達到最大，溶解氧降至最小。當營養物質的消耗達到一定程度，菌體生長達到 一定濃度，或者溶解氧的供應下降到某一水平，即成為限制因素時，菌體生長速度減 慢；同時，由于菌體的某些中間代謝產物的迅速積累、原有的酶活力下降以及出現與 抗生素合成有關的新酶等原因，導致生理階段的轉變，發酵就從菌體生長階段轉入青 霉素合成階段。(2) 青霉素合成階段 這個階段主要合成青霉素，青霉素的生產速率達到最大，并一直維持到青霉素合 成能力衰退。在這個階段， 菌體重量有所增加， 但產生菌的呼吸強度一般無顯著變化。 這期間以碳源和氮源的分解

26、代謝和青霉素的合成代謝為主，前者的代謝途徑和后者有 機地聯系在一起，碳源、氮源等營養物質不斷消耗，青霉素不斷合成。此外，由于存 在著抗生素合成和菌體合成二條不同的代謝途徑，需要嚴格控制發酵條件，以利抗生 素合成代謝的進行。一般在這個階段，發酵液中碳源、氮源和磷酸鹽等營養物質的濃 度必須控制在一定范圍內，才有利于青霉素合成；如果這些物質過多，則只會促進菌 體生長，抑制青霉素合成；如果這些物質過少，則菌體容易衰老，青霉合成能力也會 衰退，對生產不利。除此之外，發酵液的 pH 值、溫度和溶解氧濃度等都會影響發酵 過程中的代謝變化， 進而影響青霉素產量， 必須予以嚴格控制。 此階段一般又稱為青 霉素分

27、泌期或發酵中期。(3) 菌體自溶階段這個階段菌體衰老， 細胞開始自溶， 合成青霉素能力衰退， 青霉素生產速率下降， 氨基氮增加， pH 上升。此時發酵必須結束， 否則不僅會使青霉素受到破壞，還會給發 酵液過濾和提煉帶來困難。 此階段一般又稱為菌體自溶期或發酵后期。2.2 生產方法青霉素G生產分為菌種發酵和提取精制 兩個步驟：菌種發酵：將產黃青霉菌接種到固體培養基上，在 25C下培養710天，即可 得青霉菌孢子培養物。用無菌水將孢子制成懸浮液接種到種子罐內已滅菌的培養基 中，通入無菌空；氣、攪拌，在27r下培養2428h,然后將種子培養液接種到發酵 罐已滅菌的含有苯乙酸前體的培養基中，通入無菌空

28、氣，攪拌，在27E下培養7天。在發酵過程中需補入苯乙酰胺前體及適量的培養基。提取精制：將青霉素發酵液冷卻，過濾。濾液在 pH22.5的條件下，于離心機 內用醋酸丁酯進行逆流萃取，得到 BA 萃取液， BA 經水洗離心機洗去溶于水的色素 及溶于水的雜酸。將此 BA 萃取液經活性炭脫色，脫色 BA 加入碳酸鉀溶液調 pH 至 7 左右離心機反萃取得 RB， RB 加丁醇經共沸蒸餾過濾干燥即可得青霉素 G 鉀鹽。2.3 工藝流程產黃青霉T 在25-26 ° C,培養6-8d，形成單斜面抱子將抱子制成懸液，接入到大米培養基上，25° C,相對濕度50%,生長7d米抱子一級種子罐通入

29、無菌空氣,充分攪拌300-350r/min,在溫度（27± 0.5 ） ° C下培養40-50h二級種子罐仃通氣體積比1:3,充分攪拌250-280r/min,在溫度（25± 0.5 ）°C下培養發酵罐“ 通入充足空氣，充分攪拌 150-200r/min,在25-26 ° C,培養168h。發酵液“采用鼓式真空過濾機過濾，除去菌絲體和大部分蛋白。發酵濾液|用10%硫胺調節pH 4.5-5.0,加入0.07%溴代十五烷吡啶，再通過板樞式過濾機。一次BA萃取一次水提液脫色液*結晶混懸液調pH至中性，加2.5倍體積無水丁醇，在16-26 °

30、 C,1r0.67-1.3Kpa 下蒸餾 干燥晶體圖2.1工藝流程圖2.4 工藝特點本工藝工程為三級發酵 3 ，一級種子罐 -二級種子罐 -發酵罐。二級種子罐、一級 種子罐培養時間短，培養基一次投入，中間不補料，發酵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成分的需求，采用中間補料。主要補 油、補糖、補氨水調解PH在放罐前一次性補消沫油。一級種子罐采用實罐消毒，二 級種子罐、發酵罐培養基采用連續消毒。一級種子罐體積小采用夾套換熱，二級種子 罐采用內蛇管，發酵罐用外盤管加內蛇管換熱，內蛇管也作為罐內擋板，以加強罐內 料混合程度。主要技術資料 :(1) 接種量一級種子罐至

31、二級種子罐按 15%計算；二級種子罐至發酵罐按 15%計算；(2) 培養基滅菌一級種子罐及二級種子罐培養基采用空消滅菌；發酵罐培養基采用實消滅菌；(3) 通氣量一級種子罐： 0.2(VVM )，二級種子罐： 0.15 (VVM) ，發酵罐： 0.09 (VVM) ；(4) 無菌空氣處理系統空氣處理量：按設計要求 空壓機出口壓力： 0.250.3( Mpa)進總過濾器的相對濕度： 60% 空氣潔凈度： 100 級(5) 發酵周期：一級種子罐： 64小時，二級種子罐： 56 小時，發酵罐： 136小時(6) 裝料系數一級種子罐： 65%，二級種子罐： 70%，發酵罐： 80%(7) 自控要求：發酵

32、系統：種子罐、發酵罐溫度自控，PH控制，罐壓指示，溶氧指示，轉速顯 示及變頻調速，液位報警； 連消系統：溫度、流量連鎖控制；空氣系統：溫度自動控制； 后處理系統：溫度現場顯示、手動調節，流量現場顯示、手動調節；(8) 水系統自來水：常溫，0.3 (MPa),用于配料、夏天實罐滅菌的前期冷卻、清洗設備等循環水：2025C (At=5C), 0.3( MPa),用于連續滅菌培養基冷卻，空氣冷卻，低溫水：914C ( t=5C), 0.3 (MPa),用于夏天空氣后級冷卻及發酵控溫冷 卻冷鹽水：-100C( t=10C), 0.3 (MPa),用于料液冷卻保溫蒸汽： 發酵車間用汽壓力 0.3( MP

33、a)(9) 補料情況：發酵過程中氨水補量按48 (L/m3)計算，補料量按320 ( L/m3)計算，補泡敵按20 (L/m3)計算，補消沫油按20 ( L/m3)計算。補前體苯乙酰胺，使 發酵液中苯乙酰胺濃度為 0.05%0.08%，在發酵前一次性加入。(10) 中間取樣分析：一級種子罐罐：培養4小時后取樣分析，測PH、氨氮、效價、菌絲濃度等。 二級種子罐罐：培養4小時后取樣分析，測PH、氨氮、效價、菌絲濃度等。 發酵罐：培養14小時后開始取樣分析，每 4小時取樣測PH、氨氮，每8小 時取一次作板樣，分析全糖、氨氮、PH、還原糖、效價等。培養20小時后取樣加無菌肉湯，4小時后取無菌斜面，37

34、C恒溫培養，放罐前涂片鏡檢。(11) 后處理車間解吸液脫色收率為 97%蒸發收率為 98%干燥收率為 99%各步收率為：吸附、解吸收率為 85% 精制收率為 90% 成品脫色收率為 98%(12) 鐵離子的影響：三價鐵離子對青霉素生物合成有顯著影響，一般若發酵液中鐵離子含量超過3040卩g/ml，則發酵單位增長緩慢。因此鐵罐在使用前必須進行處理，可在罐 壁涂上環氧樹脂等保護層，使鐵離子含量控制在30卩g/ml以下。2.5發酵過程中各參數的相互關系解林夙恢貶*乳的傳戍率圖2.2發酵中各參數關系2.6設備框圖圖2.3發酵設備框圖第三章 工藝條件計算3.1發酵罐設計技術指標擬設計發酵罐公稱容積4:

35、V°=200m年產量：G =2300噸年工作日：m =330天發酵周期：t=7d發酵周期=發酵培養時間+輔助時間=136hr+32hr=168hr=7d （輔助時間含清洗、進料、消毒、接種時間，不含設備檢修）發酵平均單位：U m =17100單位/毫升成品效價：U p =600單位/毫克發酵液收率:m=90%裝料系數:0=80%提煉總系數:P=85%發酵熱：Qf3.2物料衡算(1)發酵罐臺數的確定:由公式:GVo6 110 Um m p -而 n (m/t)U p 10得:1000GU ptV0mp m 0U m1000 2300 600 7330 200 0.85 0.9 0.8

36、170013.99( 臺)故選擇14臺發酵罐可滿足生產。經計算后得公稱容積226.45m3=20900 KJ/m h (5500kcal/m h)，全容積238.30 m3此文檔僅供學習和交流種子罐公稱容積及臺數:種子罐臺數發酵罐臺數種子罐周期發酵罐周期n中 14（56_25）/247（臺）故選擇7臺二級種子罐可滿足生產。7（“ 3°）/244 （臺）故選擇4臺一級種子罐可滿足生產。（n中即二級發酵罐，n小即一級發酵罐）取二級發酵罐輔助時間為25小時，取一級發酵罐輔助時間為30小時種子罐裝料系數（流體損失率取10%二級種子罐體積200 80% 15% （1 10%）70%種子罐容積

37、發酵罐計量體積 接種比（1流體損失率）37.71m取38m，計算得公稱容積38.83m3,全容積40.86m3一級種子罐體積38 70% 15% （1 10%）65%6.75卅取 6.8m3,計算得公稱容積6.82m3，全容積7.18m3（3）物料計算:進料=基礎培 養基 （消后）+種子液+補料出料=發酵液+逃液與蒸發損失 發酵罐發酵液=226.45 X 75%=169.84 ni（損失率取=3%損失二發酵液體積X 15%=169.84X 3%=5.096帝種子二發酵液體積X接種比=169.84 X 15%=25.48帚補氨=169.84 X 48X 1 X 10-3=8.154 m3補油=1

38、69.84 X 20X 1X 10-3=3.4 m泡敵=169.84 X 20X 1X 10-3=3.4 m補料=169.84 X 320X 1 X 10-3=54.4 m消后培 養基 二出料+損失-種子-補氨-補油-泡敵-補料=169.84+5.096-25.48-8.154-3.4-3.4-54.4=80.102 衍 二級種子罐出料二發酵罐種子=25.48m3損失=25.48 X 3%=0.776 m（損失率取=3%種子=25.48 X 15%=3.822 卅消后培養基=出料+損失-種子=25.48+0.776-3.882=22.374m 一級種子罐出料=二級種子罐種子=3.822 m3損

39、失=3.822 X 3%=0.115rm（損失率取=3%種子=3.822 X 15%=0.573 卅消后培養基=出料+損失-種子=3.882+0.115-0.573=3.424m 其表示如下:損知.115m1*按種 J. 573m*> -級種子罐揍盹型yfi.二級種子罐損失5. 096m3培養基22. 374n?培養基80. 102m3補料5乞4昭補氨8. 15W 補油3. 4m1圖3.1物料流程圖表3.1原料消耗表硫酸鈉 大蘇打 玉米漿 酵母粉 植物油 硅藻土 碳酸鈣 氨水 甲醛 小蘇打 醋酸甲 活性炭 醋酸丁酯 泡敵PPB乙醇含量95%以上，水分0.3以下原料名稱規格年用量（噸）花生

40、餅粉含蛋白質45%21120葡萄糖含量70%以上86400乳糖含量90%以上，水分4%以下 709硝酸氨含量99%以上964苯乙酰胺工業用含量96%以上3160磷酸二氫鉀含量9%以上660工業用含量98%以上340含量 98.5%以上3800蛋白質含量40%以上215552014440水分45%以下1046工業用含量97%以上3668工業用5660含量35%以上588工業用1648含量92%以上128脫色力9ml以上9880含量不低于92%17601420含量55%以上1560丁醇含量98%以上3.3能量衡算3.3.1 水(1) 發酵熱效應Q=QfX V 公發酵罐 Q大=5500X 226.4

41、5 X 80%=9.97X 105 kcal 二級種子罐 Q中=5500X 38.83 X 70%=1.50X 105 kcal 一級種子罐 Q小=5500X 6.82 X 65%=2.44X 104 kcal(2) 循環冷卻水(水溫 2025C,A t=5 C, 0.3MPsj)循環水用量(c=空氣比熱容1.0kJ/kg C)：Q大WPc t59.97 105199400 kg/ hrq中W中=c t1.50 10530000kg / hrW 小=Q 小 c t42.44 104880kg/ hr以工作狀態12個發酵罐，6個二級種子罐，3個一級種子罐計，并取安全系數1.2 , 則循環冷卻水總

42、量為：W總=1.2 X（ 199400 X 12+30000 X 6+4880 X 3）X W=1.2 X 2587.44=3104.928t/hr考慮到一級種子罐實消所需冷卻水：取夾套傳熱系數 K=200 kcal/川.h C，冷 卻水進口溫度20C，冷卻水出口溫度25C，取冷卻時間2.5hr，計算可得所需冷卻水 量 W 冷 3000kg/hr則冷卻水高峰用量： Wmax 3104.928 3 3107.928 t/hr 低溫冷卻水（水溫914C,A t=5 C，0.3MPa,夏季使用）低溫水用量（c=空氣比熱容1.0kJ/kg C）Q大c t9.97 105199400kg/hrq中W中二

43、c t1.50 10530000kg / hrW 小=_2.44 104880kg/hrct 1 5以工作狀態12個發酵罐，6個二級種子罐，3個一級種子罐計，并取安全 系數1.2，則低溫冷卻水總量為：一3W 總=1.2x( W大 X 12+W中 X 6+W小 X 3) X10-3=1.2 X( 199400X1 2+30000X 6+4880X 3)X 10=1.2 X 2587.44=3104.928t/hr(4) 自來水 洗滌用水：采用浸泡式清洗，用水量取設備公稱容積的80%W發酵洗=226.45 80%=181.16n3W二級洗=38.8380%=31.064m33W一級洗=6.82 8

44、0%=5.456n也可以采用噴淋式清洗，用水量約為罐體積的10%- 15%在此不做計算： 配料用水：Q培養基原料大多為固體配料用水量消后培養基體積3W發酵配二104m3W 二級配=25.48 mW 一級配=3.882 m3 自來水用量：取安全系數1.2，則自來水總用量：W總=1.2 X( W發酵洗X 2+W二級洗+W一級洗+W發酵配X 2+W二級配+W一級配)=1.2 X( 181.16 X 2+31.064+5.456+104 X 2+25.48+3.882 ) =43詣蒸汽(121C,發酵溫度=27T , =1.729kg/m3,焓 i =653.31kcal/kg汽化熱 517.51kc

45、al/kg)(1) 發酵罐、二級種子罐空消所用蒸汽：(按5倍罐全容積計算)S大 238.30 1.729 5 2060.104kgS中 40.86 1.729 5 353.235 kg(2) 一級種子罐、補料罐實消所用蒸汽：(以直接加熱之后保溫計算，料液比熱 Cs 均取 1kcal/kg °C)(取 10%)直接蒸汽加熱氣耗：S1 GiCC!St2t2t1) (1 )保溫階段氣耗：S2=(30%50%) X S1取40%實消氣耗：S S1 S2 G C (t2 t1) (1) (1 40%)i Cs t23.882 65% 1000 1 (121 27)S一級(1 10%) (1 4

46、0%) 686.2Ckg653.31 121 1S料544 1000 1 (121 27) (1 10%) (1 40%) 14793.917 kg653.31 121 1S由 3.4 1000 1 (12127)(1 10%)(1 40%)924.618 kg653.31 121 1(1 40%)924.618 kgS包敵 143.410001(12127)(110%)653.31 121 1(補氨罐由于易揮發，且氨溶液具有自滅菌的特點，所以不采用高溫滅菌法，使用 過濾器除菌)高峰用汽時段時，考慮兩發酵罐一二級種子罐空消、一一級種子罐和各補料罐同時實消，并取安全系數1.2，1.2(S發酵2S

47、二級1S一級1S料S油S泡敵)1.2 (2060.104 2 353.2351 686.201 14793.917 924.618 924.618)42.18 10 kg3.3.3 電(1)攪拌功率：(計算過程詳見第五章設備衡算)P發酵=200kw, P二級=36kw, P-級=3kw總功率=P發酵 + P二級 + P級=200X 12+36X 6+3X 3=2625kw(2) 其他用電 包括照明用電、車間生活用電等共計 800kw(3) 配電要求P=1.2X( 2625+800) =4110kw3.3.4 空氣(1) 通氣消耗壓縮空氣量：Qg(VVM) V 公發酵罐 Qg 0.09 226.

48、45 80% 16.304m3 / min 二級種子罐 Qg 0.15 38.83 70% 4.077m3 /min 一級種子罐 Qg 0.2 6.82 65% 0.887m 3 /min(2) 壓料用壓縮空氣量： 經驗數據為： 15m3 /min(3) 總計： 取安全系數為 1 . 05 ，假設最大工作量為 1 2發酵罐、 6二級種子罐、 3一級種子罐 通氣，兩發酵罐、一二級種子罐、一一級種子罐壓料，則高峰空氣用量為：Qg 1.05 (Qg發酵12 Q曠級6 Q一級3 Qg發酵壓2 Qg二級壓1 Qg級壓1)Qg 1.05 (16.304 12 4.077 6 0.887 3 15 4)3=

49、282.771 m3 /min要求配套設計空氣系統供給 282.771 m3/min 的壓縮空氣量335 公用過程負荷表3.2自來水負荷表序號位號名稱數量（臺）使用時間（hr）日消耗量(kg/d)備注1R101A-C小罐11.514007清洗和配料2R102A-C中罐1131064清洗3R103A-C大罐21181160清洗其他2410000種子室用合計27.5236231以每天各有兩臺大罐（發酵罐）、一臺中罐（二級種子罐）、一臺小罐（一級種子罐）清洗和配料計表3.3循環冷卻水負荷表序號位號名稱數量（臺）使用時間（hr）日用量(kg/d)備注1R101A-C小罐324236402R102A-C

50、中罐6241800003R103A-C大罐12242392800合計2596440以每天各有12臺大罐、6臺中罐、3臺小罐同時工作計算，咼峰時間為在此基礎上小 罐同時實消。表3.4循環低溫水負荷表序號位號名稱數量（臺）使用時間（hr）日用量(kg/d)備注1R101A-C小罐324146402R102A-C中罐6241800003R103A-C大罐12242392800合計2587440以每天各有12臺大罐、6臺中罐、3臺小罐同時工作計算表3.5設備用蒸汽負荷表數量 壓力 使用時日用量序號 位號名稱 （臺 （Mpa備注間（hr）（ m3/d） ）1R101A-C小罐10.32R102A-C中罐

51、10.31353.2353R103A-C大罐10.312060.1044V101A-B補料罐10.3114793.9175V101A-B補油罐10.31924.6186V101A-B泡敵罐10.31924.618合計21802.80（含損失） 高峰值以各有一臺罐進行空（實）消計算。表3.6設備用空汽負荷表序號位號名稱壓力日用量（m3/d）備注數量使用時間（hr）（臺）(Mpa)1R101A-C小罐30.32478.8642R102A-C中罐60.324602.0883R103A-C大罐120.3244755.552合計5436.504（含損失）最咼峰取每天有12臺大罐、6臺中罐、3臺小罐同時工

52、作，2臺大罐、1臺中罐、1 臺小罐同時壓料，進料時間以1小時計算。表3.7設備用電負荷表數量使用時單臺總量序號位號名稱（臺）間（hr）（kw）（kw）備注1R101A-C小罐324392R102A-C中罐624362163R103A-C大罐12242002400車間照 明及其4800它設備用電合計2383425以每天有12臺大罐、6臺中罐、3臺小罐同時工作計算第四章 典型設備計算4.1設備衡算4.1.1 發酵罐(1) 選型：取 H/D=3取 D i =0.5DO =2D取 C =0.8D i根據生物工程設備常見的機械攪拌通風種子罐的幾何尺寸比例H/D =1.7 3.5D/D =1/2 1/3H/D =2Hh=0.44DC/D i=0.8 1.0 根據封頭形狀、直徑查閱化工容器設計手冊得公式:23H3公稱容積 Vo Vc Vd - HD20.13D3(0.13) D320044 DH=12.952 D=4.317圓整 H=13000mm D=4500mmH 33則公稱容積 Vo (3 0.13) ()226.45 m43全容積 V Vo 0.13D2 0.785D238.30m3查表得：封頭內表面積F=22.5162叭容