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1、325吨/年硫酸双氢链霉素生产装置工艺设计程 伟（辽宁石油化工大学，环境与生物工程学院，生物工程0901，辽宁抚顺，113001）摘 要本课题为325 吨/年硫酸双氢链霉素生产装置的工艺设计。在发酵过程中，每天需完成至少51.055 m3（53607.75 kg）发酵全液的生产。经计算，生产中选用8个75 m3的发酵罐，发酵周期为8 d，一、二、三级种子罐各4个，发酵周期为4 d。菌种经一、二、三级种子罐逐级扩大培养后放罐入发酵罐中，在发酵罐中经8 d发酵，产成51.055 m3的发酵全液，后放入预处理罐内进行硫酸双氢链霉素的合成提取。发酵液进入预处理罐后，用草酸酸化至pH 3.0左右，通过板
2、框过滤，除去大量杂质，再用NaOH中和至pH在6.7 7.2范围内。离开预处理罐的发酵液进入稀释罐进行稀释，后进入交换罐。在交换罐中采用1103 Na型树脂对稀释液进行吸附，再经7% H2SO4溶液进行解吸，解吸完毕，采用活性炭粉对解吸液脱色。解吸后的解吸液在补还原罐中用NaBH4将硫酸链霉素还原为硫酸双氢链霉素，还原后的硫酸双氢链霉素经稀释、吸附、解吸精制、精脱、薄膜蒸发、成脱和离心喷雾干燥等步骤形成成品。关键词：硫酸双氢链霉素；生产装置；工艺流程；设计A technological design of 325 t/a dihydrostreptomycin sulphate product
3、ion facilityCheng Wei(Class 0901, Department of biological engineering, School of Environmental and biological engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun, 113001, China)AbstractThis topic is the technological design of 325 t/a dihydrostreptomycin sulphate production facility. In the fe
4、rmentation process, it have to complete at least 51.055 m3 (53607.75 kg) fermentation liquid production every day. After calculation, the results is that the production design selecte eight 75 m3 fermenter , the fermentation period was 8 d, the 1st, 2nd, 3rd seed tank is four, respectively. After 8
5、d fermentation, 51.055 m3 fermentation broth is obtained. Then the fermentation broth is put into the pretreatment tank for the synthesis of dihydrostreptomycin sulfate extraction.After the fermentation broth into the pretreatment tanks, it is acidified to nearly pH 3.0 with oxalic acid. Then it can
6、 remove large amounts of impurities through the plate and frame filter, and it is neutralized to a pH range of 6.7 to 7.2 with NaOH. After fermentation broth leaving the tank into the dilution tank for dilution, the fermentation broth flows into the exchange tank. In exchange tank, it uses 1103 Na t
7、ype resin for adsorption on dilution. Then the dilution is desorbed completely by 7% H2SO4 solution. After desorption, desorption solution is decolored using activated carbon powder. After desorption, the streptomycin sulfate in desorption solution will be reduced to dihydrostreptomycin sulfate usin
8、g NaBH4 in the reduction pot. After reduced, dihydrostreptomycin sulfate forms finished goods through dilution, adsorption, desorption refined, loss of essence, a thin film evaporator, a centrifugal spray drying off and other steps.Key words: Dihydrostreptomycin, Production facility, Process, Design
9、目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 链霉素简介11.2 国外生产和技术水平现状31.3 国内生产和技术水平现状31.4 生产技术的展望41.5 链霉素的生产制备41.6 链霉素的用途51.7 药理作用及副作用61.8 链霉菌产生的抗生素71.9 链霉素遗传工程的其它应用8第2章 链霉素生产工艺设计内容102.1 工艺设计的指导思想与目标102.2 工艺设计的主要内容102.3 工艺设计的基本要求102.4 工艺设计介绍112.5 工艺设计的主要步骤122.6 工艺设计的基本流程14第3章 设计指标及主要物性参数153.1 发酵工段设计条件153.2 连续灭菌温度153.3
10、 提取工段设计条件153.4 培养基配比163.5 发酵过程中补料量163.6 接种量指标163.7 培养基灭菌163.8 移种及补料方式173.9 装料系数173.10 通气量173.11 搅拌桨转速范围173.12 培养时间173.13 自控要求183.14 水系统和蒸汽参数18第4章 物料衡算194.1 发酵液每天放罐体积的计算194.2 发酵罐与种子罐公称容积V的计算204.3 发酵罐与种子罐个数n的计算214.4 发酵罐与种子罐物料的计算224.5 发酵工段水用量与原料消耗量的计算244.6 发酵液预处理过程的计算254.7 发酵液稀释过程的计算274.8 吸收交换过程的计算274.
11、9 吸附交换罐树脂再生过程的计算294.10 虹吸软水冲洗过程的计算294.11 解吸过程的计算294.12 活性炭脱色过程的计算304.13 补还原过程的计算314.14 提炼过程的数据31第5章 能量衡算345.1 发酵过程放热量的计算345.2 发酵过程冷却水用量的计算345.3 发酵过程蒸汽用量的计算365.4 发酵过程空气用量的计算375.5 发酵过程工程负荷量385.6 提取过程的设计参数与计算385.7 提取过程工程负荷量40第6章 设备计算及选型426.1 发酵罐的设备计算426.2 三级种子罐的设备计算466.3 二级种子罐的设备计算516.4 一级种子罐的设备计算546.5
12、 发酵罐与种子罐设备一览表586.6 提取工段列管式换热设备衡算586.7 预处理罐的设备衡算586.8 稀释罐的设备衡算596.9 吸附交换罐的设备衡算596.10 解吸液储罐、脱色罐、补还原罐的设备衡算596.11 设备用电负荷表60第7章 工厂车间布置617.1 车间布置设计原则617.2 车间结构与生产装置布置61第8章 总 结62参考文献65致 谢67附 录68第1章 绪 论1.1 链霉素简介硫酸双氢链霉素(dihydro-streptomycin sulfate, DHS)属于半合成氨基糖苷类抗生素，为链霉素中链霉糖部分的醛基氢化而成，在兽医临床上用于治疗革兰阴性菌和部分革兰阳性菌
13、引起的感染，它的抗菌效果和链霉素大致相同1。硫酸双氢链霉素能够影响真菌菌丝和细胞的生长能力2。抗生素是微生物的代谢产物或合成的类似物，既不参与细胞结构，也不是细胞内的贮存性养料，在体外能抑制微生物的生长和存活，而对宿主不会产生严重的副作用。抗生素基本上可分为抑制病原的生长和直接杀死病原两大类，可用于治疗大多数细菌感染性疾病，有些抗生素还具有免疫抑制和刺激植物生长作用3。因此，抗生素不仅用于医疗，还应用于农业、畜牧业和食品工业等方面，在畜牧业中非治疗用途的抗生素，称为生长促进剂。链霉素(Streptomycin)是瓦克斯曼(Waksman S.A.)于1944年从链霉菌培养液中分离出来的一种碱性
14、抗生素，是继青霉素(Penicillin)后第二个生产并用于临床的抗生素4。是由微生物产生的物质，它在低浓度下能抑制其他一些微生物的生长和繁殖，有时具有能够破坏这些微生物的作用5。链霉素是一种相当强的有机碱，也是一种多糖类化合物。其分子结构是由链霉肌、链霉糖和N-甲基-L-葡萄糖胺三部分以苷键相联结而成的。分子式为C21H39N5O12，分子量为581，白色粉末，水溶液在pH值3 7下对热比较稳定，由盐酸盐和硫酸盐等产品6。链霉素碱稳定性特别差，工业产品主要是其硫酸盐形式，即硫酸链霉素(Streptomycin Sulfate)。链霉素对结核杆菌(M.tuberculosis)有强大抗菌作用，
15、其最低抑菌浓度一般为0.5 mg/L。它对许多革兰氏阴性菌(G-)如大肠杆菌、肺炎杆菌、肠杆菌属、沙门菌属、布鲁菌属等也具抗菌作用。链霉素对革兰氏阳性菌(G+)抗菌活性较差。链霉素游离碱为白色粉末。大多数盐类也是白色粉末或结晶，无嗅，味微苦。链霉素在中性溶液中能以三价阳离子形式存在，所以，可用离子交换法进行提取。其水溶液比较稳定，但其稳定性受pH值和温度的影响较大。其硫酸盐的水溶液在pH 4 7，室温下放置数星期，仍很稳定，如在冰箱中保存三个月内活性无变化。一般认为链霉素是治疗结核杆菌感染的首选药物，它的抗结核杆菌的特效作用，开创了结核病治疗的新纪元。从此，结核杆菌肆虐人类生命几千年的历史得以有了遏制的希望。链霉素主要作用于细菌蛋白质的合成过程，致使合成异常的蛋白，阻碍已合成蛋白质的释放，使细菌细胞膜通透性增加而导致一些重要生理物质外漏，从而引起细菌死亡7。复方链霉素滴鼻液有抗菌作用，还可以湿润鼻粘膜，促进上皮生长，可用于鼻窦炎、鼻前庭炎、萎缩性鼻炎等8。除此以外，还用于治疗革兰氏阴性菌所引起的泌尿道感染、肠道感染、败血症、百日
