年產(chǎn)600噸土霉素車間酸化、過(guò)濾工段工藝設(shè)計(jì)

1、目錄 摘要土霉素，又名地霉素，氧四環(huán)素，屬四環(huán)素類抗生素，為廣譜抑菌劑，許多立克次體屬、支原體屬、衣原體屬、螺旋體對(duì)土霉素敏感。它是1949年由美國(guó)開(kāi)發(fā)的一種抗生素。土霉素是一個(gè)典型的利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、酸化、提取、過(guò)濾、脫色、結(jié)晶、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)行的是酸化、提煉、干燥工段的工藝設(shè)計(jì)，該說(shuō)明書(shū)主要對(duì)土霉素車間的生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概括，并且對(duì)酸化、提煉和干燥工段給予了詳細(xì)介紹。本說(shuō)明書(shū)給出了600t/a土霉素車間的物料衡算的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程和總結(jié)，并將生產(chǎn)中各部分的數(shù)據(jù)制成了表格。最后，在既得數(shù)據(jù)和結(jié)合工藝流程的基礎(chǔ)上繪

2、制了本工段工藝管道及儀表流程的PID圖。關(guān)鍵詞：土霉素；物料衡算；工藝流程；提煉工段AbstractOxytetracycline, also known as Geotrichum, oxytetracycline, belonging to the tetracycline antibiotics, as a broad-spectrum antimicrobial agent, a lot of Rickettsia, mycoplasma, chlamydia, helicoid of oxytetracycline sensitive. It is in 1949 by the de

3、velopment of an antibiotic. Oxytetracycline is a typical use of biological engineering technology products, the production process involves seed cultivation, fermentation, acidification, extraction, filtration, decoloration, crystallization, centrifugation and drying and other important unit operati

4、on and engineering concepts. The curriculum design is acidification, refining, drying in the process design, the specification the main workshop of oxytetracycline production process were summarized briefly, and the acidification, refining and drying section is introduced in detail. This manual give

5、s a detailed calculation process of material balance calculation and 600t/a oxytetracycline workshop summary, and each part of the production data in the table is made. Finally, the process of drawing section piping and instrument flow diagram based on PID data and combined with the vested process.K

6、ey words: Oxytetracyline;material balance; production technology; refining process目錄1 文獻(xiàn)綜述11.1土霉素的理化性質(zhì)11.2土霉素的作用機(jī)理11.3土霉素的用途11.4土霉素的現(xiàn)狀及其展望22 土霉素車間工藝流程介紹32.1生產(chǎn)工藝流程圖32.2土霉素車間生產(chǎn)工藝流程詳細(xì)介紹32.2.1發(fā)酵32.2.2酸化32.2.3過(guò)濾42.2.4結(jié)晶42.2.5離心和干燥43 全工段物料衡算53.1 干燥工段53.2 結(jié)晶、分離工段63.2.1土霉素折濕效價(jià)63.2.2堿化劑密度63.2.3求其他未知量73.3脫色工段

7、83.3.1計(jì)算濾液和脫色過(guò)程中損失的質(zhì)量93.3.2濾液效價(jià)求算93.4過(guò)濾工段103.5酸化工段113.5.1 酸化液和草酸水的體積113.5.2酸化工段發(fā)酵液和鹽酸體積113.5.3發(fā)酵液的效價(jià)123.5.4酸化劑和凈化劑的用量123.6發(fā)酵工段123.6.1三級(jí)發(fā)酵罐的物料衡算133.6.2二級(jí)種子液培養(yǎng)階段物料衡量143.6.3一級(jí)種子液培養(yǎng)階段物料衡量15參考文獻(xiàn)17致謝18前言前言四環(huán)素類抗生素土霉素是我國(guó)生產(chǎn)及使用最多的一種抗生素，它是通過(guò)生物合成得到的，性狀為灰白或金黃色的結(jié)晶粉末，許多立克次體屬、支原體屬、衣原體屬、螺旋體對(duì)其敏感。多年來(lái)由于四環(huán)素類的廣泛應(yīng)用，臨床常見(jiàn)病原

8、菌對(duì)土霉素耐藥現(xiàn)象嚴(yán)重，包括葡萄球菌等革蘭陽(yáng)性菌及多數(shù)革蘭陰性桿菌。四環(huán)素類抗生素的不同品種之間存在交叉耐藥。在上世紀(jì)6070年代，土霉素曾經(jīng)在我國(guó)抗菌藥市場(chǎng)上占據(jù)著重要位置，但自80年代中后期起,土霉素的市場(chǎng)就開(kāi)始逐漸下滑，大批企業(yè)先后放棄了生產(chǎn)。21世紀(jì)初，全國(guó)土霉素產(chǎn)量已從20世紀(jì)80年代的2萬(wàn)噸下降到1.2萬(wàn)噸,目前的產(chǎn)量已不到1萬(wàn)噸，生產(chǎn)企業(yè)從幾十個(gè)減少到只有幾個(gè)1。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，土霉素除了作為生產(chǎn)強(qiáng)力霉素等的原料外，主要用于畜禽藥物以及飼料添加劑，臨床用藥微乎其微。在發(fā)達(dá)國(guó)家，土霉素已基本不再使用，發(fā)達(dá)國(guó)家畜牧業(yè)中用的也是純度高的無(wú)菌土霉素。1 文獻(xiàn)綜述1 文獻(xiàn)綜述1.1土霉素的理

9、化性質(zhì)土霉素為淡黃色的結(jié)晶性或無(wú)定形粉末，無(wú)臭，微溶于乙醇，極微溶于水，溶與氫氧化鈉試液和稀鹽酸中。土霉素的分子式：C22H24N2O9，分子量：460.44。其分子式如圖1-1所示。土霉素具有廣譜抗菌性，能抑制多種細(xì)菌，是四環(huán)類抗生素。它是由龜裂鏈絲菌產(chǎn)生的，是典型的次級(jí)代謝產(chǎn)物。土霉素屬于放線菌中的鏈霉菌屬，他們具有發(fā)育零號(hào)的菌絲體，菌絲體分枝捂隔膜，直徑約為0.41.0米，長(zhǎng)短不一，多核。菌絲體有營(yíng)養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和孢子絲之分，孢子絲分化成為分生孢子，而龜裂鏈絲菌的菌落為灰白色，后期生褶皺，成龜裂狀。菌絲成樹(shù)枝分支，白色，孢子灰白色，柱形6。1.2土霉素的作用機(jī)理土霉素的作用理論主要表現(xiàn)

10、在以下幾個(gè)方面：能抑制動(dòng)物腸道內(nèi)有害微生物，激活大腸中有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成的微生物；改變病原微生物結(jié)構(gòu)和干擾其代謝過(guò)程，阻礙細(xì)胞壁的合成，影響?zhàn)つさ耐ㄍ感?，阻礙蛋白質(zhì)的合成，改變核酸代謝；可使采食動(dòng)物腸壁變薄,更有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用，從而提高腸道內(nèi)的吸收率，提高FG，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，防治動(dòng)物腹瀉7。此外，土霉素也是生物制藥廠常用的加工原料藥。1.3土霉素的用途土霉素能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，在濃度高的時(shí)候也具有殺菌的作用。它的作用機(jī)制是干擾蛋白質(zhì)的合成。由于土霉素的毒副作用小，所以其在醫(yī)療上用途廣泛，主要是應(yīng)用于呼吸道和腸道感染。土霉素作為抗生素飼料添加劑能有效提高飼料的轉(zhuǎn)化率、ADG,且防治腹瀉。

11、土霉素是抗生素類藥物，具有廣譜抗菌作用，主要用于立克次體病支原體肺炎，衣原體感染。土霉素已應(yīng)用于獸醫(yī)臨床，使一些動(dòng)物的傳染病得到了控制。土霉素還可以治療雞、鴨、鵝的巴氏桿菌病等。在食品工業(yè)中，土霉素可用作防腐劑來(lái)保藏肉類、鮮菜類等4。1.4土霉素的現(xiàn)狀及其展望在上世紀(jì)60-70年代，土霉素曾經(jīng)在我國(guó)抗菌藥市場(chǎng)上占據(jù)著重要位置，但自80年代中后期起，土霉素的市場(chǎng)就開(kāi)始逐漸下滑，大批企業(yè)先后放棄了生產(chǎn)。21世紀(jì)初，全國(guó)土霉素產(chǎn)量已從20世紀(jì)80年代的2萬(wàn)噸下降到1.2萬(wàn)噸，目前的產(chǎn)量已不到1萬(wàn)噸，生產(chǎn)企業(yè)從幾十個(gè)減少到只有幾個(gè)。目前主要生產(chǎn)企業(yè)為石家莊華曙制藥、內(nèi)蒙古赤峰制藥、山西星火制藥等。其中

12、石家莊華曙制藥的規(guī)模和產(chǎn)量最大，達(dá)6000噸左右，約占世界總產(chǎn)量的l/41。隨著土霉素產(chǎn)量的不斷下降，出口量也逐年減少，出口價(jià)格一路走低。1995年，我國(guó)土霉素出口價(jià)格為11.5美元/kg，1998年為10美元/kg，2000年已降到7美元/kg。近年來(lái)，出口量和出口價(jià)格還在下滑。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，土霉素除了作為生產(chǎn)強(qiáng)力霉素等的原料外，主要用于畜禽藥物以及飼料添加劑，臨床用藥微乎其微。在發(fā)達(dá)國(guó)家，土霉素已基本不再使用，發(fā)達(dá)國(guó)家畜牧業(yè)中用的也是純度高的無(wú)菌土霉素2。目前許多國(guó)家已限量生產(chǎn)或趨于淘汰，主要原因是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)土霉素耐藥菌株普遍增多。上世紀(jì)80年代中期，中國(guó)曾將四環(huán)素類列為128種淘汰藥品之

13、一，但是四環(huán)素、土霉素仍在使用3。232 土霉素車間工藝流程介紹2 土霉素車間工藝流程介紹2.1生產(chǎn)工藝流程圖2.2土霉素車間生產(chǎn)工藝流程詳細(xì)介紹2.2.1發(fā)酵土霉素的生產(chǎn)目前主要采用龜裂霉菌發(fā)酵產(chǎn)生。沙土管中或冷凍干燥管中保藏的種子首先經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室種子制備階段獲得一定數(shù)量和質(zhì)量和孢子,然后經(jīng)過(guò)生產(chǎn)車間種子制備階段的一級(jí)種子罐和二級(jí)種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)使孢子發(fā)芽、繁殖以獲得足夠數(shù)量的菌絲，最后將二級(jí)種子罐中的菌液接種到三級(jí)發(fā)酵罐中進(jìn)行微生物發(fā)酵。種子的制備時(shí)需要注意培養(yǎng)基的產(chǎn)地、品種、培養(yǎng)的溫度等條件對(duì)種子質(zhì)量的影響。2.2.2酸化土霉素能和鈣、鎂等金屬離子，某些季胺鹽、堿等形成復(fù)合物沉淀。在發(fā)酵

14、過(guò)程中，這些復(fù)合物積聚在菌絲中，在液體中的濃度不高。發(fā)酵結(jié)束后，土霉素大部分沉積在菌絲中，發(fā)酵液中很少。因此，應(yīng)對(duì)土霉素發(fā)酵液進(jìn)行酸化等處理，酸化將破壞細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使菌絲中的單位釋放出來(lái)，以保證產(chǎn)品收率和質(zhì)量。此外，pH值是酸化工段中影響土霉素質(zhì)量的主要因素,黃血鹽鈉的用量次之。2.2.3過(guò)濾過(guò)濾工藝采用板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。濾布可以去除一些雜質(zhì)。正批液經(jīng)過(guò)板框過(guò)濾機(jī)后直接進(jìn)入正批液儲(chǔ)罐。為了提高過(guò)濾機(jī)中土霉素的利用率，采用三級(jí)過(guò)濾和頂洗的方法。2.2.4結(jié)晶過(guò)濾所得的土霉素液含色素高，結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量差，因此，需要脫色。脫色設(shè)備主要是樹(shù)脂罐，每組有主罐、副罐、再生罐。脫色液到達(dá)結(jié)晶罐后，經(jīng)過(guò)加堿化

15、劑來(lái)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)腜H，從而進(jìn)行結(jié)晶。通常用的堿化劑是氨水和亞硫酸鈉。結(jié)晶的設(shè)備采用的是結(jié)晶罐串聯(lián)的方式，通過(guò)連續(xù)結(jié)晶以提高產(chǎn)率。2.2.5離心和干燥物料經(jīng)粉碎后，通常采用旋風(fēng)干燥機(jī)干燥，并經(jīng)除塵可得到最終產(chǎn)物。濕品甩干約40-60分鐘，進(jìn)行干燥。3 全工段物料衡算3 全工段物料衡算本設(shè)計(jì)的全工段物料衡算是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱相關(guān)資料、文獻(xiàn)，收集必要的技術(shù)資料，工藝參數(shù)，進(jìn)行工藝流程與工藝條件確定的論證。年產(chǎn)600噸土霉素車間酸化、過(guò)濾工段工藝設(shè)計(jì)，年工作日330天。根據(jù)工藝參數(shù)可得土霉素的日產(chǎn)量：3.1 干燥工段 土霉素干燥工段的示意圖如圖3-1所示。 圖 3-1 干燥工段示意圖 根據(jù)工藝參數(shù)可知

16、：干結(jié)晶的含水量為7%，濕結(jié)晶的含水量為23%，損失量為1%。由已知數(shù)據(jù)可得：日產(chǎn)量為： 干品中土霉素的質(zhì)量：濕品中土霉素的質(zhì)量：濕品的總質(zhì)量：損失的質(zhì)量：干燥工段物料衡算匯總見(jiàn)表3-1所示。表3-1 干燥工段物料衡算匯總表輸出輸入濕結(jié)晶2218.17kg干成品1818.18kg蒸發(fā)量、損失399.99kg總計(jì)2218.17kg總計(jì)2218.17kg3.2 結(jié)晶、分離工段土霉素結(jié)晶與分離工段的示意圖如圖3-2所示。 圖 3-2 結(jié)晶與分離示意圖3.2.1土霉素折濕效價(jià)根據(jù)效價(jià)平衡： (3-1) 土霉素干品的總質(zhì)量，；土霉素濕品的總質(zhì)量，；土霉素的折干效價(jià)，；土霉素的折濕效價(jià)，根據(jù)以上已知數(shù)據(jù)

17、=1818.18kg； ； 代入（3-1）式得： 解得：3.2.2堿化劑密度查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知:5%氨水的密度=980kg/m3，25% 氨水的密度=910kg/m3，由內(nèi)差法計(jì)算得 15%的氨水的密度=945kg/m3。堿化劑的質(zhì)量為100kg，氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，亞硫酸鈉固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，所以水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81%。則：G氨水=15kg， G亞硫酸=4kg， G水=81kg， =1000kg/m3， =945kg/m3氨水體積: 水的體積： 堿化劑中亞硫酸鈉的體積忽略不計(jì)，則堿化劑的總體積：堿化劑的密度：3.2.3求其他未知量結(jié)晶分離工段中土霉素的質(zhì)量守恒，有公式 (3-2)脫色后液體

18、的體積，；脫色后液體的效價(jià)，；離心母液的體積，；離心母液的效價(jià)，；脫色分離過(guò)程中損失的土霉素的質(zhì)量，kg。根據(jù)結(jié)晶分離工段中總的質(zhì)量守恒，有公式 V脫后 脫后 + V堿化劑 堿化劑 = V離心 離心+ G濕品 (3-3)脫色后液體的密度，；堿化劑的體積，；離心母液的密度，。 G損失 = V脫后×U脫后×1%+V脫后×U脫后× 99% × 2%(1)已知數(shù)據(jù):損失率為1%, ,，將已知數(shù)據(jù)代入式（3-2）得： （2）已知數(shù)據(jù):， 將已知量代入式（3-3）得： 聯(lián)立式和式解得: 所以， （3）堿化劑中各成分的質(zhì)量堿化劑的質(zhì)量：氨水的質(zhì)量：固體硫酸鈉

19、的質(zhì)量：水的質(zhì)量：結(jié)晶分離工段物料衡匯總算見(jiàn)表3-2所示。表3-2 結(jié)晶分離工段物料衡算匯總表輸出輸入脫色液201335.50kg母液201670.85kg堿化劑2554.15kg濕料1707.99kg損失58.53kg總計(jì)203889.65kg203437.37kg3.3脫色工段土霉素生產(chǎn)車間脫色工段的示意圖所圖3-3所示。 圖 3-3 脫色工段示意圖3.3.1計(jì)算濾液和脫色過(guò)程中損失的質(zhì)量該過(guò)程中脫色液的體積損失5%，根據(jù)脫色工段中總的質(zhì)量守恒有公式： （3-4）已知：，將已知數(shù)據(jù)帶入上式中得： 脫后液的質(zhì)量濾液的質(zhì)量損失的質(zhì)量3.3.2濾液效價(jià)求算根據(jù)質(zhì)量守恒核算脫色前后的總質(zhì)量脫色前總

20、質(zhì)量：脫色后總質(zhì)量：經(jīng)數(shù)據(jù)核算，脫色前后質(zhì)量相等滿足質(zhì)量守恒，根據(jù)效價(jià)平衡核算濾液的效價(jià)，該過(guò)程的損失率取5%，脫色液體積損失5%。土霉素的效價(jià)平衡有公式: V濾液 × U濾液（1-5%）= V脫后 × U脫后 （3-5）根據(jù)相關(guān)工藝參數(shù)：， 代入式（3-5）解得： 脫色工段物料衡算匯總見(jiàn)表3-3所示。表3-3 脫色工段物料衡算匯總表輸入輸出濾液211932.11kg脫色液201335.50kg殘存及損失10596.61kg總計(jì)211932.11kg總計(jì)211932.11kg3.4過(guò)濾工段土霉素過(guò)濾工段示意圖如圖3-4所示。 圖 3-4 過(guò)濾工段示意圖由工藝參數(shù)和相關(guān)文獻(xiàn)可

21、得： 濾渣效價(jià) 濾液效價(jià)U濾=9970.73 ，假設(shè)高單位頂洗液效價(jià)。故： （1） （2） （3） （4） （5） 聯(lián)立（1）（2）（3）（4）（5），代入數(shù)據(jù)得：由效價(jià)守恒得：代入數(shù)據(jù)得：3.5酸化工段土霉素酸化工段的示意圖如圖3-5所示。 圖 3-5 酸化工段示意圖3.5.1 酸化液和草酸水的體積 在進(jìn)行酸化稀釋時(shí)忽略損失，則 （3-6）草酸水的體積，；酸化液的體積，。 根據(jù)土霉素效價(jià)平衡： （3-7）根據(jù)過(guò)濾工段可知： 將已知數(shù)據(jù)分別代入（3-6）、（3-7）兩式，得： 3.5.2酸化工段發(fā)酵液和鹽酸體積由于加入的草酸是固體，可忽略體積。則可以得： （3-8）式中為加入鹽酸的體積， 即：

22、 解得： 3.5.3發(fā)酵液的效價(jià)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知土霉素的效價(jià)平衡： （3-9）已知： ，得：3.5.4酸化劑和凈化劑的用量已知酸化草酸的加入量為發(fā)酵液的3%（指每100L中加入3g草酸）， 凈化劑中黃血鹽的質(zhì)量占稀釋凈化液體積的0.5%，硫酸鋅質(zhì)量占稀釋凈化液的0.3%。酸化工段物料衡算匯總見(jiàn)表3-4所示。表3-4 酸化工段物料衡匯總算輸入輸出酸化液46777.65L凈稀液108889.56L草酸水62111.92L總計(jì)108889.56L108889.56L3.6發(fā)酵工段土霉素發(fā)酵工段示意圖如圖3-6所示。 一級(jí)培養(yǎng)基 二級(jí)培養(yǎng)基 三級(jí)培養(yǎng)基二級(jí)種子罐一級(jí)種子罐三級(jí)種子罐種子液 一級(jí)種子液

23、二級(jí)種子液 發(fā)酵液 損失 損失 損失 圖 3-6 發(fā)酵工段示意圖3.6.1三級(jí)發(fā)酵罐的物料衡算已知接種量： ，補(bǔ)料量：(V/V) ,蒸發(fā)量：。 3.6.1.1三級(jí)發(fā)酵罐中各成分的體積根據(jù)發(fā)酵罐進(jìn)出物料量的關(guān)系有: （3-10） （3-11） （3-12）由上式可得：3.6.1.2三級(jí)培養(yǎng)基的組成成分已知三級(jí)發(fā)酵罐進(jìn)料密度，三級(jí)培養(yǎng)基組成成分見(jiàn)表3-5所示。表3-5 三級(jí)培養(yǎng)基組成成分匯總表物料名稱質(zhì)量百分含量質(zhì)量（）淀粉 2676.03豆餅粉970.06酵母粉133.80367.95200.7010.04豆油13.941.57淀粉酶0.0866.903.6.1.3三級(jí)補(bǔ)料組成成分由以上數(shù)據(jù)可得

24、： 補(bǔ)料培養(yǎng)基組成成分見(jiàn)表3-6所示。表3-6 補(bǔ)料培養(yǎng)基成分匯總表物料名稱質(zhì)量百分含量質(zhì)量（kg）淀粉5%743.34豆餅粉0.2%29.73CaCO3 0.06%8.92KH2PO40.095%14.12淀粉酶0.136%20.220.02%2.973.6.2二級(jí)種子液培養(yǎng)階段物料衡量已知：接種量為，取樣及蒸發(fā)損失:， 根據(jù)二級(jí)種子液培養(yǎng)階段，進(jìn)出物料量有： （3-13） （3-14） 可得： 二級(jí)培養(yǎng)基各成分：已知：二級(jí)進(jìn)料的密度 ， ， 二級(jí)培養(yǎng)基的質(zhì)量:二級(jí)培養(yǎng)基組成成分見(jiàn)表3-7所示。物料名稱質(zhì)量百分含量質(zhì)量（）淀粉5%319.62糊精0.6%38.35豆餅粉2.5%159.81酵

25、母粉0.6%38.35(NH)2SO40.8%51.14CaCO30.75%47.94KH2PO40.03%1.92豆油8/55000.09CoCl20.0018%0.12NaCl0.4%31.96表3-7 二級(jí)培養(yǎng)基組成成分匯總表3.6.3一級(jí)種子液培養(yǎng)階段物料衡量已知：取樣及蒸發(fā)損失：， 忽略三個(gè)茄子瓶種子液的體積，根據(jù)一級(jí)種子液培養(yǎng)過(guò)程進(jìn)出物料量及過(guò)程中的損失量有： （3-15）得： 一級(jí)培養(yǎng)基各成分已知一級(jí)培養(yǎng)基的進(jìn)料密度 ， 一級(jí)培養(yǎng)基組成成分見(jiàn)表3-8所示。表3-8 一級(jí)培養(yǎng)基組成成分匯總表物料名稱質(zhì)量百分含量質(zhì)量（kg）淀粉1.5%8.93糊精1.5%8.93豆餅粉0.5%2.98酵母