年產660噸土霉素淀粉發(fā)酵工段工藝設計生物工廠課程設計

年產660噸土霉素淀粉發(fā)酵工段工藝設計生物工廠課程設計海南大學2010生物工程專業(yè)生物工程課程設計說明書海南大學生物工程專業(yè)生物工程課程設計說明書題目：660t/a土霉素淀粉發(fā)酵工段工藝設計學號：20100412310001姓名：陳國平年級：2010級指導教師：王新廣完成日期：2013年06月20日生物工藝課程設計任務書一、課程設計的性質與目的生物工程課程設計是一門以生物工藝學、生物工程設備以及相關科學理論和工程技術為基礎的、綜合性與實踐性很強的應用性工程訓練。課程設計旨在加強學生對本課程及相關課程理論及專業(yè)知識的理解和掌握，訓練并提高其在理論計算、結構設計、工程繪圖、資料文獻查閱、運用相關標準與規(guī)范及計算機應用等方面的能力；同時，為其它專業(yè)課程的學習和畢業(yè)設計（論文）奠定良好的基礎。二、課程設計要點1、確定生產工藝流程和工藝條件按照給定的設計任務，查閱有關資料、文獻，搜集必要的技術資料，工藝參數(shù)和數(shù)據，進行生產方法的選擇，工藝流程與工藝條件的確定。選擇、確定的原則主要有：合法性；技術先進性和成熟可靠性；經濟合理性；安全性；結合實際情況。2、就設計題目、確定的生產方法和基礎數(shù)據進行產品生產過程的總物料衡算，列出物料衡算表。3、繪制工藝流程圖（1）要求以圖解的形式表示出：設備形象示意圖、大小及相互位置與距離，定性地標出物料去向，連接的管線，泵、閥門、電機的位置。（2）物料用粗實線，設備、管線用細實線。（3）列出設備一覽表。三、時間分配與計劃進度1、設計期限1.5周2、時間分配指導教師講解設計原則與程序，布置設計任務0.5天查閱資料，擬定工藝流程、制定方案、熟悉了解和掌握設計原理2天物料衡算1.5天繪制設計圖2天整理編寫設計說明書2天合計8天（1.5周）目錄TOC\o"1-3"\h\u8194摘要 年產660噸土霉素發(fā)酵工段工藝設計摘要土霉素又稱為地霉素或氧四環(huán)素，英文名稱Terramycin(Oxytetracycline)。屬于抗菌素的一種，對多種球菌和桿菌有抗菌作用，對立克次體和阿米巴病原蟲也有抑制作用，用來治療上呼吸道感染﹑胃腸道感染﹑斑疹傷寒﹑恙蟲病等，現(xiàn)今主要用于畜禽藥及飼料添加劑。土霉素是一個典型的利用生物工程技術生產的產品，生產工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、提取、過濾、脫色、結晶、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。經過對土霉素生產中的各個工段進行學習，了解到生產過程所需的設備以及應該掌握的單元操作。本文對土霉素生產的發(fā)酵工段進行的重點研究和介紹，通過物料守恒的計算，編寫了實習論文并繪制物料流程圖以及設備一覽表。關鍵詞：土霉素；生產工藝；物料流程；發(fā)酵引言本設計為年產660t/a土霉素淀粉發(fā)酵工段工藝設計。土霉素原料藥在市場競爭中的最大優(yōu)勢是價格低廉，因此，多年來它大量用于畜禽藥及飼料添加劑。在眾多抗生素品種中，價格最低的土霉素今后將會在我國被廣泛運用，現(xiàn)如今主要生產企業(yè)主要是赤峰制藥、石家莊華署制藥、山西星火制藥等，產量約占世界的25%，隨著產量不斷下降，土霉素出口價格也隨之降低。在國內市場，土霉素除了作為上產強力霉素的原料外，主要用于禽獸藥物以及飼料添加劑、臨床用藥微乎其微。在發(fā)達國家，土霉素基本不再使用，發(fā)達國家畜牧業(yè)中用的也是純度高無菌土霉素。我國生產的土霉素大多為抵擋產品，因此對土霉素工藝的研究與創(chuàng)新凸顯重要。第一章土霉素概述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。土霉素是通過生物合成得到的廣譜抗生素，目前國內土霉素提取工藝為用草酸(或磷酸)做酸化劑調節(jié)pH值，利用黃血鹽-硫酸鋅作凈化劑協(xié)同去除蛋白質等高分子雜質，然后用122-2樹脂脫色進一步凈化土霉素濾液，最后調pH至4.8左右結晶得到土霉素堿產品。中文名：土霉素英文名：Oxytetracycline化學名：(4s,4аR，5S，5аR，6S，12аS）—N-4-二甲胺基-1，4，4а，5，5а，6,11，12а-八氫，5，6，12，12а-六羥基-6-甲基-1，11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。分子式：C22H24N2O9分子量：460.0理化性質：土霉素是由龜裂鏈絲菌產生的，屬于放線菌中的鏈霉菌屬，它們具有發(fā)育良好的菌絲體，菌絲體分支，無隔膜，直徑約0.4～1.0米，長短不一，多核。菌絲體有營養(yǎng)菌絲、氣生菌絲和孢子絲之分，孢子絲再形成分生孢子。而龜裂鏈絲菌的菌落灰白色，后期生褶皺，成龜裂狀。菌絲成樹枝分支，白色，孢子灰白色，柱形。淡黃色的結晶性或無定形粉末，無臭；在日光下顏色變暗，在堿性溶液中破壞失效。在乙醇中微溶,在水中極微溶解，在稀酸和稀堿中溶解。土霉素是四環(huán)類抗生素，其在結構上含有四并苯的基本母核，隨環(huán)上取代基的不同或位置的不同而構成不同種類的四環(huán)素類抗生素。其結構和命名如上圖。第二章土霉素的發(fā)酵工藝流程2.1土霉素發(fā)酵工藝流程圖（見附圖）砂土孢子砂土孢子斜面孢子孢子培養(yǎng)36.5℃4-5天種子培養(yǎng)30℃38h0.65v/v/m一級種子培養(yǎng)液種子擴大培養(yǎng)30℃48h1.0v/v/m二級種子培養(yǎng)液發(fā)酵30℃194h1：2.0v/v/m補加液氨濕晶體旋風干燥土霉素堿成品發(fā)酵液酸化2.3%g/ml草酸調pH1.75-1.85ZnSO40.18%黃血鹽0.23%酸化液稀釋200%v/v稀釋液板框過濾濾液樹脂脫色122-2樹脂脫色液結晶12%氨水調pH4.5-4.628-30℃結晶液分離洗滌用濾后水淋洗再甩干2.2土霉素發(fā)酵工藝流程介紹2.2.1孢子的制備這是發(fā)酵工序的開端，是一個重要環(huán)節(jié)?？股禺a量和成品質量同菌種性能以及同孢子和種子的情況有密切關系。生產用的孢子需經過純種和生產能力的檢驗，符合規(guī)定的才能用來制備種子。保藏在砂土管或冷凍干燥管仲的菌種經無菌手續(xù)接入又麩皮、瓊脂和水組成的斜面培養(yǎng)基中，在36.5-36.8℃、50%相對濕度的條件下培養(yǎng)4-5天，挑選菌落正常的孢子作為種子。在孢子制備的過程中，蒸餾水中可適當添加0.005%MgSO4、0.01%KH2PO4及0.015%(NH4)2HPO4，避免水質波動對孢子質量的影響，還可以縮短孢子的成熟期。2.2.2種子制備種子制備是指孢子接入種子罐后，在罐中繁殖成大量菌絲的過程，其目的是使孢子發(fā)芽、繁殖和獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐當中去。種子培養(yǎng)基的成分基本與發(fā)酵培養(yǎng)基近似，培養(yǎng)30℃、30小時左右培養(yǎng)液趨于濃厚并轉為黃色。pH一般在6.0-6.4時可以移入下一級罐。移入發(fā)酵罐時pH>6.0，效價在800u/ml左右。種子罐級數(shù)是在指制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)，一般根據種子的生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度，以及發(fā)酵罐的容積而定。土霉素種子制備一般為二級種子罐擴大培養(yǎng)。2.2.3發(fā)酵培養(yǎng)基介紹培養(yǎng)基是供微生物生長繁殖和合成各種代謝產物所需要的按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質的混合物。培養(yǎng)基的組成和比例是否恰當，直接影響微生物的生長、生產和工藝選擇、產品質量和產量等。土霉素的發(fā)酵培養(yǎng)基由碳源、氮源、無機鹽及金屬離子、添加前體、消泡劑五部分組成。生產上曾以單糖—葡萄糖、雙糖—飴糖、及多糖—秈米粉、玉米粉及淀粉的解酶液作為碳源。本設計采用淀粉作為碳源，發(fā)酵相對容易控制。由于在發(fā)酵過程中二氧化碳的不斷產生，加上培養(yǎng)基中有很多有機氮源含有蛋白質，因此在發(fā)酵罐內會產生大量泡沫，如不嚴加控制，就會產生發(fā)酵液逃液，導致染菌的后果。采用植物油消沫仍舊是個好方法，一方面作為消沫劑，另一方面還可以起到碳源作用，但現(xiàn)在已普遍采用泡敵代替豆油。2.2.4發(fā)酵這一過程的目的主要是為了使微生物分泌大量的抗生素。發(fā)酵開始前，有關設備和培養(yǎng)基必須先經過滅菌，后接入種子。接種量一般為20%。發(fā)酵周期一般為194小時。發(fā)酵全程30-31℃分段培養(yǎng)，通氣量為2.0v/v/m。當接種后發(fā)酵pH低于6.4時開始通氨，培養(yǎng)20-40小時，每4小時補一次，每次10-15L，控氨水平在45mg/100ml以上。根據發(fā)酵液殘?zhí)侵笛a入總糖，一般在100小時前殘?zhí)强刂?.0%-5.0%，100小時-150小時控制3.5%-4.0%，150小時至放罐前6小時控制在3.0%。在整個過程中，需要不斷通氣和攪拌，維持一定的罐溫和罐壓，并隔一段時間取樣進行生化分析和無菌試驗，觀察代謝變化、抗生素產生情況和有無雜菌污染。第三章物料衡算3.1總物料衡算3.1.1原始資料成品效價Ud=1000單位/毫克年平均發(fā)酵水平Uf=35000單位/毫升年工作日m=300d/a1、發(fā)酵基礎工藝參數(shù)土霉素的發(fā)酵周期T為184小時，輔助時間為10小時，發(fā)酵中罐周期為44小時，輔助時間4小時發(fā)酵周期為35小時，輔助時間3小時接種比為20%，液體損失率為15%大罐一個發(fā)酵周期內所需全料的量為：32m3大罐一個發(fā)酵周期內所需稀料的量為：17m3逃液、蒸發(fā)、取樣、放罐損失總計為總料液的15%大、中、小罐通氣量分別為2.0、1.5、0.65（每分鐘內單位體積發(fā)酵液通入的空氣的量）氨氮的利用情況，培養(yǎng)20-40小時，每4小時補一次,每次10-15L，控氨水平在45mg/100ml以上培養(yǎng)基配比：小罐中罐大罐全料稀料組成配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）黃豆餅粉3.02.53.03.53.0淀粉2.52.58.06.53.0氯化鈉0.40.360.20.4碳酸鈣0.60.41.10.40.4磷酸二氫鉀0.0050.003磷酸氫二鉀0.0050.003植物油42.670.412、提取基本工藝參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)脫色崗位收率99.24%發(fā)酵液效價35000u/ml結晶干燥崗位收率86%濾液效價11000u/ml過濾崗位收率116%母液效價1370u/ml總收率99%濕晶體含水量30%發(fā)酵液密度1.58kg/L酸化液中草酸含量2.3%g/ml濾液密度1.02kg/L酸化加黃血鹽量0.25%g/ml20%氨水密度0.92kg/L酸化加硫酸鋅量0.18%g/ml氨水加量12%成品含水量1.5%脫色保留時間30-50分鐘酸化加水量230%v/v濾液通過樹脂罐的線速度控制在0.001-0.002m/s3.土霉素提取操作工藝參數(shù)一覽表名稱反應時間(τ+τ、)/h裝料系數(shù)φ酸化稀釋40.70結晶80.703.1.2總物料衡算純品土霉素的量：660×99%=653.4t/a日產量：653.4/300=2.18t/d效價：653.4×109×1000=6.53×1014單位/a土霉素的生產過程總收率為99%則發(fā)酵時的總效價：6.53×1014/99%=6.60×1014單位/a發(fā)酵液的效價：35000單位/ml發(fā)酵液的體積：6.60×1014/35000=1.87×1010ml=1.87×104m33.2設備衡算3.2.1大罐的物料衡算每天發(fā)酵液的體積：1.87×104/300=62.33m3/d每天損失的體積：62.33×15%/（1-15%）=11m3/d加入氨水體積：培養(yǎng)20-40小時，每4小時補一次，每天共6次，每次15L，共計90L，既0.09m3/d大罐一個發(fā)酵周期內所需全料的量：32m3，則一天內所需全料：32/(194/24)=3.96m3/d大罐一個發(fā)酵周期內所需稀料的量:17m3，則一天內所需稀料料：17/(194/24)=2.10m3/d設發(fā)酵開始的培養(yǎng)基體積為V，蒸汽帶入的水量按20%計由體積衡算(V×20%+V×20%+V+3.96+2.10+0.09)×(1-15%)=v發(fā)酵液=62.33m3/d得培養(yǎng)基體積V為47.98m3/d則加入的二級種子液體積：47.98×20%=9.60m3/d蒸汽帶入水量：47.68×20%=9.60m3/d因此，每天所需培養(yǎng)基組成的量如下：黃豆餅粉：47.68×3%+3.96×3.5%+2.10×3%=1.632m3/d淀粉：47.68×8%+3.96×6.5%+2.10×3%=4.016m3/d氯化鈉：47.68×0.2%+2.10×0.4%=0.1038m3/d碳酸鈣：47.68×1.1%+3.96×0.4%+2.10×0.4%=0.5487m3/d植物油：47.68×0.4%+2.10×1%=0.2117m3/d配料水：47.68-1.632-4.016-0.1038-0.5487-0.2117=41.17m3/d表1三級發(fā)酵物料衡算表進入發(fā)酵罐的量離開發(fā)酵罐的量項目體積（m3/d)體積（m3/周期)項目體積（m3/d)體積（m3/周期)二級種子液9.6077.60發(fā)酵液62.33503.8蒸汽帶入水量9.6077.60損失10.7086.50培養(yǎng)基47.68385.41全料量3.9632.01稀料量2.1016.98氨水0.090.73總量73.03590.3總量73.03590.3表2三級發(fā)酵培養(yǎng)基的組成項目體積（m3/d)體積（m3/周期）黃豆餅粉1.63213.19淀粉4.01632.46氯化鈉0.10380.8391碳酸鈣0.54874.435植物油0.21171.711配水量41.17332.8總47.68385.4發(fā)酵罐發(fā)酵罐73.03m3/d二級種子液9.60m3/d培養(yǎng)基47.68m3/d蒸汽帶入水量9.60m3/d全料量3.96m3/d稀料量2.10m3/d液氨0.09m3/d發(fā)酵液62.33m3/d液體損失率為15%10.70m3/d培養(yǎng)基培養(yǎng)基黃豆餅粉1.632m3/d淀粉4.016m3/d氯化鈉0.1038m3/d碳酸鈣0.5487m3/d植物油0.2117m3/d配料水41.17m3/d3.2.2中罐的物料衡算設發(fā)酵開始的培養(yǎng)基體積為V，蒸汽帶入的水量按20%計，由體積衡算：(V×20%+V×20%+V)×(1-15%)=V‘二級種子液V‘二級種子液×(1-15%)=V二級種子液=9.60m3/dV‘二級種子液=9.60/0.85=11.29得培養(yǎng)基體積V為9.49m3則加入的一級種子液：9.49×20%=1.898m3/d蒸汽帶入水量：11.21×20%=1.898m3/d液體損失15%11.29×0.15=1.693m3/d接種損失15%1.898/(1-15%)-1.898=0.3349m3/d總損失量=液體損失+接種損失1.693+0.3349=2.028m3/d因此，每天所需培養(yǎng)基組成的量如下：黃豆餅粉：9.49×2.5%=0.2373m3/d淀粉：9.49×2.5%=0.2373m3/d氯化鈉：9.49×0.36%=0.03416m3/d碳酸鈣：9.49×0.4%=0.03796m3/d磷酸二氫鉀：9.49×0.003%=0.0002847m3/d磷酸二氫鉀：9.49×0.003%=0.0002847m3/d植物油：9.49×2.67%=0.2534m3/d配料水：9.49-0.2373-0.2373-0.03416-0.03796-0.0002847-0.0002847-0.2534=8.689m3/d表3二級發(fā)酵物料衡算表（周期為48h即2d）進入發(fā)酵罐的量離開發(fā)酵罐的量項目體積（m3/d)體積（m3/周期)項目體積（m3/d)體積（m3/周期)一級種子液1.8983.796二級種子液11.2926.68帶入水量1.8983.796損失2.0284.056培養(yǎng)基9.4918.98總量13.2926.57總量13.2926.57表4二級發(fā)酵培養(yǎng)基的組成項目體積（m3/d)體積（m3/周期）黃豆餅粉0.23730.4746淀粉0.23730.4746氯化鈉0.034160.06832碳酸鈣0.037960.07592植物油0.25340.5068配水量8.68917.38磷酸二氫鉀0.00028470.0005694磷酸氫二鉀0.00028470.0005694總9.4918.98發(fā)酵罐發(fā)酵罐13.29m3/d一級種子液1.898m3/d培養(yǎng)基9.49m3/d蒸汽帶入水量1.898m3/d二級種子液11.29m3/d液體損失15%1.693m3/d接種損失15%0.3349m3/d黃豆餅粉黃豆餅粉0.2373m3/d氯化鈉0.03416m3/d碳酸鈣0.03796m3/d植物油0.2534m3/d配料水8.689m3/d磷酸二氫鉀0.0002847m3/d磷酸氫二鉀0.0002847m3/d培養(yǎng)基3.2.3小罐的物料衡算設發(fā)酵開始的培養(yǎng)基體積為V，蒸汽帶入的水量按20%，斜面孢子體積忽略不計，由體積衡算：(V×20%+V)×(1-15%)=V’一級種子液V’一級種子液×(1-15%)=V一級種子液=1.898m3/d得培養(yǎng)基體積V為2.189m3/d則蒸汽帶入水量:2.189×20%=0.4378m3/d液體損失15%2.233×0.15=0.3349m3/d接種損失15%2.189×20%×15%=0.06567m3/d總損失量=液體損失+接種損失0.3349+0.06567=0.4006m3/d因此，每天所需培養(yǎng)基組成的量如下：黃豆餅粉：2.189×3%=0.06567m3/d淀粉：2.189×2.5%=0.05473m3/d氯化鈉：2.189×0.4%=0.008756m3/d碳酸鈣：2.189×0.6%=0.01313m3/d磷酸二氫鉀：2.189×0.005%=0.0001095m3/d磷酸氫二鉀：2.189×0.005%=0.0001095m3/d植物油：2.189×4%=0.08756m3/d配料水：2.189-0.06567-0.05473-0.008756-0.01313-0.0001095-0.0001095-0.08756=1.959m3/d表5一級發(fā)酵物料衡算表（周期38/24=1.58d）進入發(fā)酵罐的量離開發(fā)酵罐的量項目體積（m3/d)體積（m3/周期)項目體積（m3/d)體積（m3/周期)培養(yǎng)基2.1893.459一級種子液2.2333.528帶入水量0.43780.6917損失0.39410.6227總量2.6274.150總量2.6274.150表6一級培養(yǎng)基的組成（周期38/24=1.58d）項目體積（m3/d)體積（m3/周期）黃豆餅粉0.065670.1038淀粉0.054730.08647氯化鈉0.0087560.01383碳酸鈣0.013130.02075植物油0.087560.1383配水量1.9593.095磷酸二氫鉀0.00010950.0001730磷酸氫二鉀0.00010950.0001730總2.1893.458蒸汽帶入水量0.蒸汽帶入水量0.4378m3/d培養(yǎng)基2.189m3/d發(fā)酵罐發(fā)酵罐2.627m3/d一級種子液2.233一級種子液2.233m3/d斜面孢子液體損失液體損失15%0.3349m3/d接種損失15%0.06567m3/d總損失=0.3349+0.06567=0.4006黃豆餅粉黃豆餅粉0.06567m3/d淀粉0.05473m3/d氯化鈉0.008756m3/d碳酸鈣0.01313m3/d植物油0.08756m3/d配料水1.959m3/d磷酸二氫鉀0.0001095m3/d磷酸氫二鉀0.0001095m3/d培養(yǎng)基3.3酸化稀釋過濾工序物料衡算發(fā)酵液效價：35000u/ml濾液效價：11000u/ml由效價守恒得濾液的體積：62.33×106×35000×1.16/11000×106=230.05m3濾液：230.05×103×1.02=234.65t每天/t草酸：62.33×103×2.3%×10-3=1.43黃血鹽：62.33×103×0.75%×10-3=0.467硫酸鋅：62.33×103×0.18%×10-3=0.11水：62.33×2.3=143.36發(fā)酵液：62.33×103×1.58=98.48總：243.85表3-3酸化稀釋過濾工藝物料衡算表酸化過濾前酸化過濾后項目質量（t/d）質量(t/周期)項目質量（t/d）質量(t/周期)）草酸1.4311.56濾液234.651896.75黃血鹽0.4673.77菌絲9.2074.37硫酸鋅0.110.89水143.361158.83發(fā)酵液98.48796.05總量243.851971.12總量243.851971.12酸化稀釋過濾酸化稀釋過濾草酸1.43t/d黃血鹽0.467t/d硫酸鋅0.11t/d水143.36t/d發(fā)酵液98.48t/d菌絲9.20t/d濾液234.65t/d3.4脫色結晶工序物料衡算母液效價：1370u/ml氨水加量：12%由效價守恒得母液體積：62.33×106×35000×99.24%×116%×（1-86%）/1370×106=256.64m3氨水：234.65×12%=28.16t濕晶體：3.53t/d母液：234.65+28.16-3.53=259.28t/d表3-2脫色提取工序物料衡算表脫色提取前脫后色提取項目質量（t/d）質量(t/周期)項目質量（t/d）質量(t/周期)濾液234.651896.75母液259.282095.84氨水28.16227.63濕晶體3.5328.54總量262.812124.38總量362.812124.38脫色提取脫色提取濾液234.65t/d氨水28.16t/d母液259.28t/d濕晶體3.53t/d3.5干燥工序物料衡算干晶體重：660×（1-1.5%）=650.1t/a濕晶含水量：W1=30%/(1-30%)=0.43干晶含水量：W2=1.5%/(1-1.5%)=0.02應除去的水分：650.1×（0.43-0.02）=266.54t/a濕晶體的量：650.1+266.54=916.64t/a表3-1干燥工序物料衡算表干燥前干燥后項目質量t/a質量t/d項目質量t/a質量t/d濕晶體的量916.643.05干晶體的量650.12.17除去的水分266.540.88總量916.643.05總量916.643.05濕晶體3.05t/d干燥干晶體濕晶體3.05t/d干燥干晶體2.17t/d水分0.88t/d第四章設備選型4.1工藝計算依據滿足《藥品生產質量管理規(guī)范》(1998年修訂)中有關設備選型的要求，根據該廠生產特點，結合企業(yè)生產經驗，以保證產品質量為前提，充分利用公司現(xiàn)有的符合GMP要求的設備。4.2土霉素工藝設備計算4.2.1發(fā)酵罐三級發(fā)酵罐V0=62.33m3根據《味精工業(yè)手冊》中提供的發(fā)酵罐參數(shù)，選取公稱容積為100m3的發(fā)酵罐，實際體積為102m3，裝料系數(shù)0.8，發(fā)酵周期194h。故選取7臺發(fā)酵罐。其主要參數(shù)如下表公稱容積VN罐內徑D/mm圓筒高Hm/mm封頭高h0/mm罐體總高H/mm不計上封頭容積全容積V0攪拌器直徑Di/mm攪拌轉速n/r/min電機功率N/kw100m33400100009001180096.4m3102m3950150132二級種子罐取公稱容積10m3的罐，實際體積10.9m3。接種比為20%，則每個大罐需要接種量100m3×0.2=20m3，考慮接種損失為15%。則需要二級種子液體積23.2m3，7個罐共需要1642.4m3，二級種子罐發(fā)酵周期48/24=2天，是大罐的1/4，則每個種子罐發(fā)酵周期需要產生40.6m3，考慮裝料系數(shù)為0.8，即需要容積為50.75m3，因此，需要二級種子罐50.75/10.9=4.656臺，故取證選5臺。一級種子罐取公稱容積5m3的發(fā)酵罐，全容積6.27m3。每臺二級種子罐的接種量為10m3×0.2=2m3，考慮接種損失為15%。則需要一級種子液體積2.32m3，則5臺二級罐供需11.6m3，一級種子的發(fā)酵周期為38/24=1.58天，近似認為2天與中罐相同，則每個一級罐周期需要生產11.6m3，考慮裝料系數(shù)0.8，即需要容積為14.5m3，因此，需要二級種子罐14.5/6.27=2.31臺，故取證選3臺。4.2.2補料罐全料罐每罐三級發(fā)酵需要32m3的全料，且有7個發(fā)酵罐均連續(xù)操作，考慮裝料系數(shù)為0.7，32×7/0.7=320m3故選用公稱容積為100m3的儲罐，故選取4個全料罐。稀料罐每個三級發(fā)酵罐需要17m3的稀料，且有7個發(fā)酵罐均連續(xù)操作，考慮裝料系數(shù)為0.7，17×7/0.7=170m3故選取公稱容積為100m3的儲罐2個。4.2.3通氨罐每罐三級發(fā)酵需要0.09m3的液氨，且有7個發(fā)酵罐均連續(xù)操作，考慮裝料系數(shù)為0.7，0.09×7/0.7=0.9m3，故選取公稱容積為1m3的罐1個4.2.4酸化罐儲酸罐每天產生1大罐發(fā)酵液共62.33m3，酸化工程中加入草酸1.43t，二水合草酸密度為1.653kg/L，則可推算出體積為0.8651m3，考慮裝料系數(shù)為0.7，實際體積為1.236m3，則選擇公稱容積為2.5m3的儲液罐即可滿足生產要求。酸化稀釋共需4小時，屬間歇操作，因此一個罐可以滿足8大罐的需要，即每天工作4小時。酸化罐酸化罐中包含原料發(fā)酵液和加入的酸液，總體為66.42m3，考慮到裝料系數(shù)為0.7，則實際需要的罐體積為94.88m3，因此，選用1個公稱容積為100m3的酸化罐即可滿足生產要求。4.2.5稀釋罐在稀釋的過程中加入兩倍體積的水，使得酸化液的體積變?yōu)?86.9m3，考慮裝料系數(shù)為0.7，則實際需要的罐體積為267.1m3，因此，選取公稱容積為100m3的罐3個，可滿足每天生產一批的要求。4.2.6板框過濾機處理液密度=24.96t/206m3=0.1212t/m3，處理時間取30min，板框壓濾機處理能力，M=412×0.1212=49.93t，因此選用如下設備，因考慮到兩級脫色，故選2臺：型號過濾面積/m2濾板數(shù)量/pcs濾框面積/m2最大工作壓力/MPa處理能力/t質量/tLarox-PF969616961.670734.2.7脫色罐脫色保留時間30-50分鐘，取40min，液通過樹脂罐的線速度控制在0.001-0.002m/s，取0.0015m/s，則物料在罐內停留的距離即0.0015×40×60=3.6m，考慮裝料系數(shù)0.7，則3.6/0.7=5.14m，因此選取罐體高度超過5.14m的罐即可。因此，選取公稱容積50m3的儲液罐，其罐內部圓筒高度為6m。4.2.8液氨儲罐加入的液氨體積為28.16m3，考慮裝料系數(shù)為0.7，實際需要體積為40.23m3，則選用公稱容積為50m3的儲液罐即可滿足要求，結晶時間為8小時，屬間歇操作，則每天只一次，因此只需1個罐。4.2.9結晶罐采用三級連續(xù)結晶，設三級罐的總體積為VV/(V處理量/24)>8V處理量281m3，則V>94m3為了晶核的形成和形成晶體的飽滿，三級罐應依次由小到大則分別選擇公稱容積為5m310m3100m3的三個罐串聯(lián)即可滿足要求。4.2.10干燥器每天生產濕晶體重量3.05t，干晶體重量2.17t，則須除去水分0.88t，每小時處理量為0.962/24=36.67kg，因此選用蒸發(fā)水分為50kg/h的脈沖旋風式氣流干燥器，具體參數(shù)見下表型號蒸發(fā)水分/(kg/h)裝機功率/kw占地面積/m2高度/mXQG505071784.3發(fā)酵車間設備一覽表設備名稱所屬車間數(shù)量型號一級發(fā)酵罐發(fā)酵車間7公稱容積100m3φ3400二級發(fā)酵罐發(fā)酵車間5公稱容積10m3φ1800三級發(fā)酵罐發(fā)酵車間3公稱容積5m3φ1500通氨罐發(fā)酵車間1公稱容積1m3φ900補料罐(全料罐)發(fā)酵車間4公稱容積100m3φ3400補料罐(稀料罐)發(fā)酵車間2公稱容積100m3φ34004.4離心泵選型及管徑查《化工流體流動與傳熱》得知，黏度較大的流體流速一般為0.5～1m/s，本設計取流速為0.8m/s，已知板框壓濾機的進液口為50mm。所以進液體積流量為：設一臺離心泵對應4臺板框壓濾機輸送液體，所以選取離心泵的數(shù)量為2臺。則離心泵的總流量：管徑：所以選取公稱直徑為100mm的PVC管輸送液體物料。根據廠方設置情況，濾液貯罐和壓濾機的相對高度差約為8m，總管路長度約為30m，依據湍流摩擦系數(shù)的經驗關聯(lián)式，求的；要求輸送量為22.6m3/h，查《化工工藝設計手冊》得知公稱直徑為100m的PVC管件的內徑為110；輸送液體密度1010kg/m3，操作壓力為0.7MPa，流速為0.8m/s。壓頭損失，揚程，解得，根據流量從防腐蝕泵系列中選取型號為100F-92A，其性能參數(shù)如下表：流量m3/h揚程m轉數(shù)r/min軸功率kW效率%允許吸上真空度/m葉輪外徑/mm94.380296025.4684256表中數(shù)據來源《化工流體流動與傳熱》。由于所輸送液體的密度大于水的密度，所以需要核算泵所需的軸功率，從泵的性能參數(shù)可以看出泵所提供的功率大于輸送液體所需功率，所選離心泵符合要求。4.5管道設計選型4.5.1通氣管大罐的通氣量為2.0v/v/m(0.1MPa，20℃)，體積為102m3，通風量：折算到工作狀態(tài)(0.1MPa，30℃)下的風量：取風速v=25m/s，則通風管截面積通風管徑故選用不銹鋼焊接鋼管取φ450×5，其內徑440mm>420mm，適用。4.5.2輸液管（1）排料管發(fā)酵罐裝料102m3，發(fā)酵液體積62.33m3，2h之內排空，物料體積流量：發(fā)酵液流速取v=1m/s，排料管截面積：管徑取不銹鋼焊接鋼管φ130×5，其內徑120mm>105mm，適用。（2）進液管=1\*GB3①種子液二級種子液9.60，半小時之內接種完畢，則物料的體積流量：發(fā)酵液流速取v=1m/s，排料管截面積：管徑取不銹鋼焊接鋼管φ100×5，其內徑90mm>82.42mm，適用。=2\*GB3②補全料輸液管全料液32m3，184小時之內補料完畢，則物料的體積流量：發(fā)酵液流速取v=1m/s，排料管截面積：管徑取不銹鋼焊接鋼管φ12×1.5，其內徑9mm>7.84mm，適用。=3\*GB3③補稀料輸液管稀料液17m3，184小時之內補料完畢，則物料的體積流量：發(fā)酵液流速取v=1m/s，排料管截面積：管徑取不銹鋼焊接鋼管φ12×1.5，其內徑9mm>5.72mm，適用。=4\*GB3④通氨管液氨共0.09m3，20-40h內補6次，平均每次補十分鐘，共計耗時1h，則物料的體積流量。發(fā)酵液流速取v=1m/s，排料管截面積：管徑取不銹鋼焊接鋼管φ12×1.5，其內徑9mm>5.64mm，適用。由此可以的到所有發(fā)酵車間的管路總表管道名稱所屬車間管道材料管徑/mm管壁厚/mm發(fā)酵罐通氣管發(fā)酵車間不銹鋼焊接鋼管4505種子罐進液管發(fā)酵車間不銹鋼焊接鋼管1005排料管發(fā)酵車間不銹鋼焊接鋼管1305補全料輸液管發(fā)酵車間不銹鋼焊接鋼管121.5補稀料輸液管發(fā)酵車間不銹鋼焊接鋼管121.5通氨管發(fā)酵車間不銹鋼焊接鋼管121.5第五章安全生產及“三廢”處理一個先進的生產工藝，必須同時認真考慮和妥善解決溶劑回收和三廢處理等問題。相對而言，化學制藥工廠使用的溶劑品種多、數(shù)量大，如果不予以回收，不僅使原料的消耗量大，產品成本增高，也會影響到工人的勞動保護和安全。5.1安全生產在許多化學合成藥的生產中，大多使用易燃、易爆、有毒的溶劑、原料和中間體。因此在工藝路線評價和選擇的過程中必須考慮安全生產和環(huán)境保護問題。安全生產和環(huán)境保護考慮以下幾個方面：（1）不用或少用易燃、易爆、有毒的溶劑、原料、中間體；（2）對于必須使用的有毒物質，必須進行安全試驗研究方案的設計；（3）對三廢進行初步的了解，制定綜合利用和處理方法的初步方案。5.2廢水處理廢水主要來源于生產廢水、實驗室廢水和實驗動物廢水生物制品及制藥行業(yè)在生產、科研、檢驗等過程中，排出的廢水可能含有致病性細菌、病毒、其它微生物、化學污染物及放射性同位素等有害污染物。而這些污染物有極大的危害性，故廢水如不進行嚴格消毒處理便直接排放，將污染水資源、惡化生態(tài)環(huán)境，且可能引起傳染