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1、发酵工厂工艺课程设计题目：5000t链霉素生产工艺设计课程名称：发酵工厂工艺设计概论学 院：药学与生物工程学院班 级：112100101学 号：20姓 名：指导老师：二零一五年五月目录1前 言42设计任务书52.1本课程设计的性质、目的52.2本课程任务： 52.3基本要求：52.4基础数据：52.5设计内容：62.6参考数据及公式63厂址选择73.1厂址选择主要考虑的几个因素73.2厂址的最终选择73.3厂址卫星图84工厂总平面设计84.1工厂的平面设计图见附表： 85工艺流程简图及说明论证85.1发酵工艺85.1.1斜面孢子培养85.1.2摇瓶种子培养95.1.3种子罐扩大培养95.2链霉
2、素发酵条件及中间控制95.2.1溶氧的影响及控制95.2.2 温度105.2.3 pH 值115.3 提取工艺115.4工艺流程简图如下：126工艺计算136.1物料衡算136.2热量衡算146.2. 1.对于生产1000kg链霉素产品，利用直接蒸汽混合加热，蒸汽消耗量为：.146.2. 2.发酵罐空罐灭菌时的蒸汽消耗量估算：156.2. 3.发酵罐实罐灭菌保温时的蒸汽消耗量估算：156.3耗水量的计算167发酵车间设备的选型计算177.1发酵罐的设计177.1.1发酵罐的选型及尺寸177.2设备结构的工艺设计187.2.1空气分布器187.2.2 挡板187.2.3搅拌器设计187.2.4电
3、机设计及轴功率的计算197.2.5冷却面积的计算与冷却管的设计207.2.6 PH 测定227.2.7 消泡227.2.8观察窗口227.2.9液面高度显示管安装227.2.10封头连接方式237.2.11密封方式238对本设计的评述239个人心得2410参考文献24链霉素(Streptomycin)是瓦克斯曼(Waksman S.A.)于1944年从灰色 链霉菌(Streptomyces,griseus)培养液中分离出来的一种碱性抗生素。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。链霉素碱稳定性特别差，
4、工业产品主要是其硫酸盐形式，即硫酸链霉素(Streptomycin Sulfate)。链霉素对结核杆菌有强大抗菌作用，其最低抑菌浓度(MIC) 一般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。目
5、前抗生素的生 产主要是利用微生物发酵来进行，少数采用化学合成的方法，当然也有的采用化 学法或生化法半合成。对于链霉素可由灰色链霉菌发酵生产。双氢链霉素可由湿 链霉菌产生，但通常以半合成方法生产。一般认为链霉素是治疗结核杆菌感染的 首选药物，除此以外，还用于治疗革兰氏阴性菌所引起的泌尿道感染、结核性脑 膜炎，鼠疫，肠道感染，肺炎，败血症，百日咳等。链毒素的缺点是容易产生耐 药性；长期使用对第八对脑神经有毒害除了医用外，也有报道将链霉素用于农牧 业的。例我国新疆某生产建设兵团的农场自1985年起应用链霉素治疗菜类瓜类 和粮食等作物的病害，取得较好效果；链霉素还可用于猪肺炎，雏鸡白痢疾、以 及鸡，鸭
6、，鹅的巴氏杆菌感染等的治疗。国内有些厂家将生产的链霉素作为农用 出口，效益较好。2设计任务书2.1本课程设计的性质、目的本课程是生物工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。学习本课程 的目的是使学生在学完生物工程专业的有关课程后，尤其是在学完发酵工艺 学、生物工程设备和发酵工厂工艺设计概论这三门课程后，综合运用 3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。通过专业课程设计使学生掌握应具 备的基本设计技能。待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又 能进行车间或全厂的工艺设计。2.2本课程任务：1. 撰写简要设计说明书，内容包括前言、设计任务书、厂址选择、物料衡算、 设备衡算及选型等；
7、2. 绘制工厂总平面布置图一张、产品工艺方案流程图一张、发酵车间发酵罐 的设计图（包括俯视图和剖面图）一张、车间设备和管道布置图。2.3基本要求：通过课程设计，应训练学生提高以下几方面的能力：1、搜集实际工业生产工艺数据，熟悉技术文献资料。2、合理设计工艺路线，准确进行工艺过程计算和设备设计选型计算。3、以精简的文字、清晰的图表来表达个人设计思想、设计结果。4、树立科学、经济的设计思想，兼顾安全、劳保、环保等要求。2.4基础数据：生产规模：5000/年（第2组）生产天数：300天/年发酵装料系数：70%发酵液收率：95%平均发酵水平：25000单位/ml；产品规格：成品效价为800单位/mg倒
8、罐率：1%接种量：15%提炼总收率：70%发酵周期：8天；种子培养基配比：牛肉膏6%,葡萄糖4%, KH2PO41%, MgSO41%,接种量15% 生产培养基配比：葡萄糖4%,黄豆饼粉0.8%,玉米浆1.5%, （NH4）2SO4 0.5%, 豆油 0.2%, KH2PO40.01%, CaCO30.04%2.5设计内容：1. 根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数 与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。2. 工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车间的热量衡算（即蒸汽耗量的计算）；水 用量的计算。（注：不计算耗冷量）3. 发酵车间设备的选型计算：包
9、括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。（注：不计算种子发酵罐设备选型；发酵罐数应多加1个备用的；发酵罐容积 应以生物工程设备教辅资料P27,标准表进行选择，标准表的公称体积“75m3”改成 “65m3”）4. 对发酵设备进行详细化工计算与设计。设计要求：1. 根据以上设计内容，书写设计说明书（以发酵工厂工艺设计概论P. 254 车间初步设计说明书的编写要求书写）。2. 完成图纸四张（A3纸打印）：工厂总平面布置图；全厂工艺流程图；发酵设备总 装图（剖面和俯视图）；车间设备布置图。2.6参考数据及公式罐体的高径比H/D : 13搅拌桨直径与罐体直径之比D./D : 1/31/2挡板宽度与罐体直径之
10、比Wb/D : 1/81/12 （4块挡板）最下层搅拌桨高度与罐体直径之比：0.81.0相邻两层搅拌桨距离与搅拌桨直径之比：12.5发酵条件：转速350r/min，温度28C, pH7.2（400L发酵罐）冷却水进出口温度分别为25 C、30C黏度：38cP;培养基比热容：C=0.37x4.18X+4.18(1-X)X 一固形物的质量百分比，0.37x4.18 一固形物的比热3厂址选择3.1厂址选择主要考虑的几个因素成本因素非成本因素1、运输成本1、社区情况2、原料供应3、动力和能源的供应量和成本4、水力供应2、气候和地理环境3、环境保护4、政治稳定性5、劳工成本5、文化习俗6、建筑成本和土地
11、成本6、当地政府政策7、税率、保险和利率7、扩展机会8、财务供应：资本及货款的机会8、当地竞争者9、各服务和保养费用9、公众对工商业的态度3.2厂址的最终选择经过我们组队员的实地考察和卫星地图的查看，我们选择了一块在理工大学 附近的花溪街道新屋村1社的一块空地上。这里交通便利，水资源丰富，原料供 应好，劳动力丰富，土地成本不高。也能为我们理工大学的学子们提供就业的岗 位。33厂址卫星图4工厂总平面设计41工厂的平面设计图见附表：5工艺流程简图及说明论证5.1发酵工艺5.1.1斜面孢子培养将砂土管（或冷冻管）菌种接种到斜面培养基，经培养后即得原始斜面。原 始斜面质量要求一般为：菌落分布均匀，密度
12、适中，颜色洁白，但菌落丰满，。 再从原始斜面的丰满单菌落接种至斜面上，长成后即得生产斜面，斜面上的菌落 应为白色丰满的梅花形和馒头形，背面为淡棕色色素，排除各种杂型菌落。经两 次传代，可达到纯化的目的，排出变异的菌株。其质量还应通过摇瓶实验来进行 控制。合格的抱子面存在低温冷库（04 C）内备用。5.1.2摇瓶种子培养生产斜面的菌落接种到摇瓶种子培养中，经过培养基即得摇瓶种子。链霉 素发酵经常使用摇瓶种子来接种种子罐。种子质量以菌丝阶段、发酵单位、菌丝 粘度或浓度、糖氮代谢、种子液色泽和无菌检查为指标。摇瓶种子可以直接接种 子罐，也可以在扩大培养，用培养所得的子瓶来接种。药瓶培养的培养基成分为
13、 黄豆饼粉、葡萄糖、硫酸铵、碳酸钙等。黄豆饼粉的质量和葡萄糖的用量对种子 质量都有影响。5.1.3种子罐扩大培养种子罐培养是用来扩大种子量的。种子罐培养可为23级，根据发酵罐体 积大小和接种量来确定。第一级种子罐一般采用摇瓶种子接种，23级种子罐则 是逐级转移，接种量一般都为10%左右。种子质量对后期发酵的影响甚大，种子 必须符合各项质量要求(糖氮代谢、菌浓和菌丝阶段、效价和无菌要求)，方能 转罐。因此在培养过程中，必须严格控制好罐温、通气搅拌和泡沫，以保证菌丝 生长良好，得到合乎要求的种子。5.2链霉素发酵条件及中间控制5.2.1溶氧的影响及控制链霉素产生菌一灰色链霉菌是一种高度需氧菌。它在
14、整个代谢过程中以葡萄 搪做为主要碳源，只有以氧做为最终电子受体时方能获得大量能量，来满足菌体 生长、繁殖和合成链霉素的需要.物质代谢与能量代谢是相辅相成的。据文献记 载19，空气中，氧在培养液中的饱和浓度(1 a tm, 25C )大约只有0.2毫克分子 (O2)/升，而链霉素发酵液中菌体的摄氧率在1050毫克分子(02)/升小时。因此向 发酵液中迅速地补充溶解氧.是链霉素发酵中的重要问题11。对溶氧水平有较大影响的因素主要有：3、菌体代谢是否旺盛。b、培养液的粘度：过高的粘度会影响氧的传递，即影响氧由气相溶解于液 相之中。c、补料：补糖后糖代谢加快，补入10秒钟后溶氧即明显下降，但经3040
15、 分钟后又逐渐恢复到补前水平。这种变化当补糖量超过1.0%时较明显。当补无 机氮源使氨基氮增加l0mg/100ml以上时，亦有这种变化。d、罐压：实验证明罐压对溶氧的影响较空气流量对溶氧的影响更为明显。 在菌体生长前期，空气流量在一定范围内的增减对溶氧几乎没有什么影响，而罐 压变化则溶氧变化明显。在培养前期，一般罐压每升高或降低0.lkg/cm2溶氧浓 度就升高或降低4%左右；在培养中、后期，罐压每升高或降低0.lkg/cm2溶氧浓 度就升高或降低3%左右。但罐压不能控制过高，超过一定限度对菌体的生长、 代谢就要产生不良影响。e、空气流量：体积氧传递系数中Vs为空气在罐中的直线速率，它与空气流 量是等效的。从提高KLa的角度看，应尽量增大Vs,但超过一定限度后溶氧浓度 不再上升，反而会造成泡沫上升，发酵中间产物未及被
