1、皖西学院生物与制药工程学院（制药设备与工程设计）课 程 设 计皖西学院生物与制药工程学院制药设备与工程设计 课程设计任务书设计题目 发酵法制备链霉素的工厂设计 指导教师专业班级 学 生设计的目的和要求1、产量及生产时间：年产链霉素干粉 50 吨，年开工 300 天，每天 24 小时。2、原料及工艺要求：原料菌种自选，产品质量符合链霉素相关标准，产品包装为 100 克/瓶。3、其它数据：查阅相关资料。设计任务1、工艺流程的设计、说明及物料衡算。2、绘出带控制点的工艺流程图、厂区平面布置图、主体车间平面图、主体车间立面图、主体设备（分离）剖面图、辅助设备图。设计工作计 划 与进度安排1、星期一：收
2、集查阅相关文献资料2、星期二：初步确定工艺方案3、星期三：物料衡算、主要设备选型4、星期四：最终确定工艺方案，撰写设计说明书5、星期五：绘制相应图纸课 程 设 计 说 明 书 目 录第一章 设计资料（宋体，小三号） 一、产品设计简介（宋体，四号） 第3页二、设计参数和质量标准 第4页第二章 工艺设计与说明 一、工艺流程图 第5页二、工艺说明 第5页第三章 物料衡算与设备选型一、物料衡算 第7页二、主要设备选型 第9页第四章 设计总结 第11页附录：主要参考文献资料参考文献：1 朱宏吉，张明贤. 制药设备与工程设计，化学工业出版社， 2004.2 宫锡坤. 生物制药设备. 中国医药科技出版社，2
3、0053 李津. 生物制药设备和分离纯化技术. 化学工业出版社， 2003.4 元英进. 制药工艺学 化学工业出版社，2007. 5 李淑芬，姜中义. 高等制药分离工程. 化学工业出版社， 2004.6 王国胜. 化工原理课程设计. 大连理工大学出版社，2005.7 娄爱娟. 化工设计. 华东化工学院出版社，2002.8 杨树才. 化工制图. 化学工业出版社， 2005. 1 http:/ 2 http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ 设备一览表 第12页2. 参考文献 第13页第一章 设计资料一产品设计简介1. 筹建概况发酵厂厂区周围大气中的含尘量应在一定范围以下
4、。发酵工厂建在一级或二级区域中，周围没有散发大量有害气体的化工厂和产生大量灰尘的炼钢厂、炼焦厂、 热电厂等。并且与铁路及公路主要干线保持适当距离。发酵工厂是耗能大户，并要求是二类负荷用电户。该厂选址时注意到厂区用电能得到充分保证，并有充足水源。六安用水主要来自于淠河，可将厂建于淠河中上游处，便于生产用水的供应。我国规定在地震 6 度烈度或以下时在建设时不设防，六安属于此类地区，所以不考虑抗震设防。2.产品方案与建设规模2.1 产品名称：链霉素 2.2 生产规模：年产 50 吨2.3 产品主要物性：链霉素为白色或类白色粉末，无臭或微臭。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于甲醇、氯仿和丙酮。抗菌范围比较广
5、。对革兰阴性细菌、结核杆菌和某些革兰阳性细菌都有抑制作用。主要用于结核杆菌感染，也可用于布氏杆菌病、鼠疫等。用于肌肉注射的，除硫酸盐外，还有盐酸盐、磷酸盐等。 本品能被植物植株吸收，对革兰氏阴性菌和阳性菌杀伤力强，预防效果明显，低温时持效期一般为 7 天左右，晴天 34 天。本品适用于防治蔬菜软腐病，柑桔溃疡病，烟草野火病，黄瓜霜霉病、角斑病，辣椒炭疽病，番茄疮痂病，桃叶细菌性穿孔病，水稻拜叶枯病及其他植物细菌性病害。使用方法：1、可喷雾（每袋加水 50100kg） 、灌根或浸种；2、用于预防，每袋加水 50kg（相当于 200r） ，根据病害程度每亩用 23 袋；施药时间最好在上午 10 点
6、前、下午 3 点后，喷药 8 小时内遇雨应补喷。使用间隔期为 710 天。本品对柑桔溃疡病、疮痂病、花叶病均有防治效果，可与抗生素农药、有机磷农药混用。 2.4 生产方法：本品生产主要采用发酵法。生 产 过 程 分 为 两 大 步 骤 ： 菌 种 发 酵 ， 将 冷 干 管 或 沙 土 管保 存 的 链 霉 菌 孢 子 接 种 到 斜 面 培 养 基 上 ， 于 27 下 培 养 7 天 。 待 斜 面 长 满 孢 子 后 ,制 成悬 浮 液 接 入 装 有 培 养 基 的 摇 瓶 中 ， 于 27 下 培 养 45 48 小 时 待 菌 丝 生 长 旺 盛 后 ， 取 若干 个 摇 瓶 ，
7、合 并 其 中 的 培 养 液 将 其 接 种 于 种 子 罐 内 已 灭 菌 的 培 养 基 中 ， 通 入 无 菌 空 气 搅 拌 ，在 罐 温 27 下 培 养 62 63 小 时 ， 然 后 接 入 发 酵 罐 内 已 灭 菌 的 培 养 基 中 ， 通 入 无 菌 空 气 ，搅 拌 培 养 ， 在 罐 温 为 27 下 ， 发 酵 约 7 8 天 。 提 取 精 制 ， 发 酵 液 经 酸 化 、 过 滤 ， 除去 菌 丝 及 固 体 物 ， 然 后 中 和 ， 通 过 弱 酸 型 阳 离 子 交 换 树 脂 进 行 离 子 交 换 ， 再 用 稀 硫 酸 洗脱 ,收 集 高 浓 度
8、 洗 脱 液 链 霉 素 硫 酸 盐 溶 液 。 洗 脱 液 再 经 磺 酸 型 离 子 交 换 树 脂 脱 盐 ， 此时 溶 液 呈 酸 性 ， 用 阴 离 子 树 脂 中 和 后 ， 再 经 活 性 炭 脱 色 得 到 精 制 液 。 精 制 液 经 薄 膜 浓 缩成 浓 缩 液 ， 再 经 喷 雾 干 燥 得 到 无 菌 粉 状 产 品 ， 或 者 将 浓 缩 液 直 接 做 成 水 针 剂 。2.5 生产工艺（1）为了保证工艺生产要求，在设计中尽量保证布置得流水性，将储槽及重型设备安排在底层。发酵罐操作面布置在三楼,穿过二楼至一楼设置底座裙座；中罐、 补全料罐、补稀料罐操作面在三楼，穿
9、过三楼楼板，底座在二楼楼板为裙座；小罐在三楼用耳式支架固定；氨水储罐、消沫油罐、氢氧化钠储罐安装在三楼。为了便于操作，第三层楼面为统一操作面，并在三楼安排控制室，分析室。二楼安排种子组，分析室，仪器室；一楼安排配电间、仓库、机修间，办公室及更衣室卫生间。（2）发酵罐中心间距 6.6m，已留有管道布置及情况检修操作余地，设备与墙距大于 1cm.（3）设备基本呈对称分布。2.6 包装方法本产品为粉剂。用瓶装标准为 100 克/瓶。二设计参数和质量标准1.设计参数小罐：转速 60-300rnp 通气量 2m3/min 罐压 0.03Mpa 搅拌功率 5.5kw中罐：转速 60-240rnp 接种量
10、15% 通气量 1.15VVM 罐压 0.03Mpa 搅拌功率 22kw大罐： 转速 60-130rnp 接种量 15% 通气量 0.75VVM 罐压 0.04Mpa 搅拌功率 115kw2质量标准：酸度 取本品，加水制成每 1ml 中含 20 万单位的溶液，依法测定 pH 值应为 4.5 7.0 。 溶液的澄清度与颜色 取本品 5 份，分别加水 5ml，溶解后,溶液应澄清无色；如显浑浊，与 2 号浊度标准液比较，均不得更浓；如显色，与各色 5 号标准比色液比较，均不得更深。 干燥失重 取本品，以五氧化二磷为干燥剂，在 60减压干燥 4 小时，减失重量不得过6.0 异常毒性 取本品，加氯化钠注
11、射液制成每 1ml 中含 2600 单位的溶液，依法检查按静脉注射法给药，观察 24 小时，应符合规定。 热原 取本品，加灭菌注射用水制成每 1ml 中含 2 万单位的溶液，依法检查剂量按家兔体重每 1kg 注射 0.5ml ，应符合规定。 降压物质 取本品，依法检查（附录 G） ，剂量按猫体重每 1kg 注射 3000 单位，应符合规定。 无菌 取本品，分别加入 100ml0.9无菌氯化钠溶液中，使溶解，用薄膜过滤法处理后，依法检查应符合规定。另取装量 10ml 的 0.5 葡萄糖肉汤培养基 6 管，分别加入每 1ml 中含 2 万单位的溶液 0.250.5ml ，3 管在 3035培养，另
12、 3 管在 2025培养，应符合规定。3.含量测定：精密称取本品适量，加灭菌水制成每 1ml 中约含 1000 单位的溶液 ,照抗生素微生物检定法测定。1000 链霉素单位相当于 1mg 的 C21H39N7O12第二章 工艺设计与说明 一工艺流程图小罐种子培养360.5，24-30h转速 60-300rpm，搅拌功率 5.5kw通气量 2m3/min,罐压 0.03Mpa液氮保藏(-196)沙土管保藏(2-4)斜面培养恒温恒湿35-36，7 天原斜面孢子 斜面培养恒温恒湿34-35，6天斜面孢子( 代 1)摇瓶培养33-34，39.5hr转速 250rpm装量 80ml/750ml接种量一块
13、斜面/瓶50-64hr摇瓶种子小罐种子 中罐种子培养360.5，25hr转速 60-240rpm接种量 15%通气量 1.5VVM罐压 0.03Mpa搅拌功率 22kw中罐种子 大罐发酵360.5，136hr转速 60-130rpm接种量 15%通气量 0.75VVM罐压 0.04Mpa搅拌功率 115kw接种量 10%装料 60%大罐发酵液提炼车间注：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，6 天后接白色丰满的菌落到摇瓶中，29.5hr 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
14、酵罐中，接种方法为单种，放罐后至后处理车间。二工艺说明1.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。2.补料情况：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。补稀料：一个发酵周期补 2 次左右。每吨发酵液约补 200L 稀料。
15、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.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。补油：手动加入。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。3.中间取样分析：小罐：培养 4 小时后取样分析，测 PH、氨氮、效价、菌丝浓度等。中罐：培养 4 小时后取样分析，测 PH、氨氮、效价、菌丝浓度等。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、
16、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。4.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；另外，对染菌罐补料可减少补料量 ，至杂菌得到抑制后再加大补料量。若在发酵后其染菌，可考虑提前放罐，若染菌罐含大量杂菌，过滤速度缓慢，则放罐前加热至 45，15min，然后再提炼。第三章 物料衡算与设备选型一 物料衡算
17、1.公称体积与台数计算大罐 由年产量决定每天放罐体积 dUmVfqd /m38.570.1*7.40365)1(0 ）（染（G 为年产量/吨， 为成品单位 u/mg， 为年工作日， 为发酵单位 u/ml， 为总收率，pmp为染菌率）m为使提炼工段生产效率均衡，避免不必要的贮罐，设计为每天放一罐，所以 1nd32d0 m51.76.0*18nV大（ 每天放一罐，以平衡提炼工段与发酵工段生产水平， 发酵罐装料系数）L取辅助时间 32h（辅助时间包括进料时间、灭菌操作时间、移种时间、放罐压料时间、清洗与检修发酵罐时间） ，这样设备周转更好，也可以处理染菌及其他突发情况，则有：大发酵罐发酵周期为 所以
18、需要 7 台天辅发 724316T二级种子罐 种 子 罐 装 料 系 数 损 失 比 ）（接 种 比计 量 体 积中 1*V0 3m14.7.0)5.1(*38.5其中取损失比为 15%（下同）取辅助时间为 40h，得其周期为天4206采用单种法 发 酵 罐 周 期种 子 周 期发 酵 罐 台 数 *n台7*一级种子罐 30 m28.65.01.*138.51*V ）（种 子 罐 装 料 系 数 损 失 比 ）（接 种 比计 量 体 积小取辅助时间 32hr 则其周期为 天426台47n2.物料衡算2.1 大罐物料衡算出料量 3m8.57V放 3m607.8V15.放损进料量 *0接 种 比种
19、补料量 进料=基础培养基量（消后）+种子液量+补料量1出料=成品液量（发酵液量）+逃液与蒸发损失量1氨水： 33459.8.7*10消沫油： m204NaOH： 33m148.0.57*12全料： 20稀料： 3376.所以，总补料量： 3m51.476.12.148.0954种子流量3m.8%15*V放 38.20.7损接补放消 后2.2 中罐物料衡算出料量 3m67.8.5*1.0V*放 大放 中 接 种 比29678.15.0放 中损进料量 31.放 中接 接 种 比 3607.80VV接损放 中消 后2.3 小罐物料衡算出料量：3m291.67.8*15放 中放 接 种 比进料量： 3
20、m0V接 3m485.106.V接损放消 后3.计算结果汇总：大罐每天每罐放罐体积 57.38m3，公称容积 76.51m3，发酵时间 136hr，共 7 台；二级种子罐共 4 台，公称容积 14.14m3；一级种子罐共 4 台，公称容积 2.28m3；水计量汇总：发酵热：大罐=3.1610 5 kcal/hr，中罐=5.4410 4 kcal/hr，小罐=8151 kcal/hr；循环冷却水：大罐=1.0510 5 kg/hr，中罐=1.8110 4 kg/hr，小罐=2.7210 3 kg/hr，总水量=724.9t/hr （水温 2023，t=3，0.3MPa）低温循环水：大罐=5.31
21、10 4 kg/hr，中罐=1.0910 4 kg/hr，小罐=1.610 3kg/hr，总水量=541.1t/hr（水温 914，t=5，0.3MPa，夏季使用）自来水：自来水主要用于洗涤与配料，总量 238m3用电情况汇总：用电主要包括电机搅拌以及其他用电；各罐电机搅拌总功率=1160 计用电功率=1457.5附：以每天有 6 个大罐、4 个中罐、4 个小罐同时工作且各一个罐用作培养基冷却计算总量，高峰用量以大罐计 二 主要设备选型1.大罐设备选型：（1） 选型：D=3500mm，H=8700mm，V 0=76.51m3，人孔取 600mm，视镜 Dg=125mm，支座采用裙座。（2） 筒
22、体壁厚 16mm，封头壁厚 18mm。（3） 冷却水进水总管直径：取 md1,25取总DN100108*3 的外盘管盘 27 圈分为 3 组，DN6576*3 的内排管 16 根分 4 组，总换热面积为 49.57m ，壁距 0.15m 。外盘总管为 DN100108*3，内排总管为 DN6576*2.5，汇总管为 DN250273*3.5（4） 采用三层搅拌，中间轴承两个，下层采用六弯叶圆盘涡轮式，上两层采用四宽叶旋桨式，每层间距 2.6m；搅拌桨直径 1.3m。（5） 电机功率 132kw，电机为 Y355L1-10，减速机为 K157-Y132。 2.中罐设备选型： （1） 选型：D=2
23、000mm，H=4500mm，V 0=14.14m3，人孔取 500mm，视镜 Dg=125mm，支座采用裙座。（2） 筒体壁厚 4mm，封头壁厚 6mm。（3） DN100108*3 的外盘管盘两圈，DN6576*2.5 的内排管，冷却水进水总管直径：取 DN5057*2.5 外盘总管 DN6576*2.5，内排总管 DN2532*2.5。汇总管取DN8089*3，管间距等同上。（4） 采用两层六弯叶搅拌，下搅拌桨直径 0.75m。（5） 电机功率 55kw，减速机 LC200-14，电机 Y250-M43.小罐设备选型与计算汇总：（1） 选型：D=1000mm，H=2400mm，V 0=2
24、.28m3，手孔取 Dg250mm，视镜 Dg=800mm，支座采用耳式支座。（2） 筒体壁厚 10mm，封头壁厚 12mm。（3） 冷却水流量 820kg/hr,冷却水管为 DN1520*2 （4） 采用两层搅拌，均采用六弯叶涡轮式，搅拌桨直径 0.375m。（5） 不通气搅拌功率=2.76kw。（6） 减速机为 LC100-11，电动机为 Y112M-4，额定功率 4kw 4.补料罐各项参数汇总：（1）补氨水罐：取 0.8 。经过计算可取筒体直径为 800mm，筒体高度为 1600mm。进出料3m管径 DN3238*2.5，分别安装 100L 计量罐。（2）补氢氧化钠罐：取 0.20 。经
25、过计算可取筒体直径为,500mm，筒体高度为 1000mm。进出料管径 DN2532*2.5，分别安装分配站。（3）补消沫油罐：取 0.4 。经过计算可取筒体直径为 600mm，筒体高度为 1200mm。进出3料管径 DN2532*2.5，分别安装分配站。（4）全料罐：取 36 通用式储罐。经过计算可取筒体直径为 2800mm，筒体高度为3m5600mm。进出料管径 DN3238*2.5，分别安装分配站。（5）稀料罐：取 17 通用式储罐。经过计算可取筒体直径为 2200mm，筒体高度为4400mm。进出料管径 DN3238*2.5，分别安装分配站。第四章 设计总结通过这次课程设计，我学到了许
26、多书本上学不到或没有的知识。认识到理论知识的重要性，只有拥有扎实的理论基础才能更好的做到与实际相结合。当然通过完成本次面向分离工程设计的任务，使我掌握了一些知识点在实际生产中的应用。在完成此次任务的过程中，我认识到团队精神的重要性。这也符合当今社会的发展的要求。只有合作才能更好更快的完成任务。这也提醒我们再现阶段必须要加强培养自己的动手能力和合作精神以及独立思考问题和解决问题的能力，以便在使自己更具竞争力。当然，我们的设计还存在很多不足之处，比如：对于工业废水的处理，原料及资源的充分利用和循环使用等诸多问题都亟待我们去完善。我们相信，经过实践的检验以及不断的积累与总结，我们的设计将会更加完美。最后，我要感谢本次课程设计辅导老师对我们的指导和帮助，对我们任务的完成起着重要的作用。
