年產(chǎn)1000噸青霉素工廠工藝設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)說明書年產(chǎn) 1000 噸青霉素生產(chǎn)工廠工藝設(shè)計(jì)學(xué)院：生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院專業(yè)：生物工程姓名：學(xué)號：日期：2014 年 6 月 23 日摘要本設(shè)計(jì)以注射用青霉素為背景，青霉素是一種治療革蘭氏陽性菌引起的各種疾病的常用藥物，生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法、半合成法、微生物發(fā)酵法。來進(jìn)行年產(chǎn) 1000 噸青霉 素發(fā)酵工段工藝的設(shè)計(jì)，包括以下幾部分內(nèi)容:青霉素的背景知識及發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程的簡介; 物料衡算和熱量衡算 ;環(huán)境要求及廢物處理和。另外，此設(shè)計(jì)還繪制了發(fā)酵車間布置圖、 發(fā)酵工藝流程圖以及對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣的處理作了簡單的介紹。關(guān)鍵詞 :青霉素 ;發(fā)酵 ;工藝流程 ;生產(chǎn)目錄摘要 2

2、1 前言 5青霉素的發(fā)現(xiàn) 5青霉素分子結(jié)構(gòu)及分類 6青霉素的單位 6作用機(jī)理 6青霉素的應(yīng)用 72 生產(chǎn)工藝總述 8生產(chǎn)方法 8工藝流程圖 8發(fā)酵工藝特點(diǎn) 9菌種介紹 9菌種的保藏 9孢子的制備 9種子制備 9發(fā)酵培養(yǎng)基介紹 9滅菌 10發(fā)酵 10提煉工藝過程 10發(fā)酵液預(yù)處理 10提取 10精制 11成品鑒定 113 工藝條件計(jì)算 11物料衡算 12工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 12發(fā)酵車間的物料衡算 121000t/a 青霉素發(fā)酵車間物料衡算 14能量衡算 15發(fā)酵熱的計(jì)算 15換熱面積的計(jì)算 16冷卻水用量計(jì)算 16蒸汽消耗量計(jì)算 17無菌空氣消耗計(jì)算 184 工廠設(shè)計(jì) 18廠址選擇 錯(cuò) 誤

3、!未定義書簽。地理位置 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。周邊環(huán)境 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。氣候條件 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。廠址區(qū)域 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。工廠平面圖 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。工廠總平面布置圖 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。主要建構(gòu)筑物 185 給排水 19生產(chǎn)用水情況概述及要求 19排水系統(tǒng)的劃分和廢水利用 206 環(huán)境保護(hù) 20生產(chǎn)過程中“三廢”排放情況 20處理方案 21噪聲控制 217 節(jié)能 21能耗分析 21節(jié)能措施 221刖言青霉素的發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)40年代以前，人類一直未能掌握一種能高效治療細(xì)菌性感染且 副作用小的藥物。當(dāng)時(shí)若某人患了肺結(jié)核，那么就意味著此人不久就會(huì)離開 人世。為了改變這種局

4、面，科研人員進(jìn)行了長期探索，然而在這方面所取得 的突破性進(jìn)展卻源自一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)。1928年，英國細(xì)菌學(xué)家Fleming發(fā)現(xiàn)污染在培養(yǎng)葡萄球菌的雙蝶上的一株霉菌能殺死周圍的葡萄球菌。他將此霉菌分離純化后得到的菌株經(jīng)鑒定為點(diǎn)青霉，并將這菌所產(chǎn)生的抗生物質(zhì)命名為青霉素。目前世界青霉素年需求量為萬噸，但直接作為注射劑使用的青霉素 G和作為 口服劑使用的青霉素V僅占全部青霉素產(chǎn)品的20%,除了另外3%5%作為獸藥 或飼料添加劑使用外，大部分青霉素是作為制備6-氨基青霉素烷、7-氨基脫乙酰 氧基頭抱烯酸或氯亞甲基頭抱烯母核的原料，通過這些母核中間體轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品推向市場。據(jù)估計(jì)，在世界范圍內(nèi)目前對 6

5、-氨基青霉素烷的需求量約為 25800噸，到2005年將達(dá)到32800噸；對7-氨基脫乙酰氧基頭抱烯酸的需求量 約為6000噸，到2005年為7000噸。到2005年，世界基本藥物中，僅羥氨芐 青霉素、氨芐青霉素和頭抱氨芐3個(gè)品種的世界需求量將達(dá)17800噸。上述三種 產(chǎn)品占抗感染藥物原料藥的78%，用于生產(chǎn)這些半合成產(chǎn)品所需消耗的青霉素約 占全部產(chǎn)量的34。1953年5月，中國第一批國產(chǎn)青霉素誕生，揭開了中國生產(chǎn)抗生素的 歷史。在1996年得到迅速擴(kuò)展，當(dāng)時(shí)全球青霉素原料藥年產(chǎn)銷量達(dá) 4萬噸左右， 其中中國的青霉素在國際市場的份額占到 30%,且出口量猛增。截至目前，中 國青霉素年發(fā)酵能力在

6、1500噸以上的有華北制藥3200噸，哈藥集團(tuán)為2100噸, 山東魯抗為1290噸，這三大青霉素生產(chǎn)企業(yè)年發(fā)酵能力為 6590噸，年發(fā)酵能力 超過1000噸的企業(yè)還有四川制藥廠、河北制藥集團(tuán)和張家口制藥總廠。中國目 前是世界上最大青霉素生產(chǎn)國，青霉素原料主要出口市場是：印度、韓國、日本、 臺灣、德國、荷蘭、愛爾蘭、法國、香港和美國，這十大市場合計(jì)占中國總出口 量的82%。青霉素工業(yè)鉀鹽的生產(chǎn)能力已占世界生產(chǎn)能力40000噸的40%,實(shí)際產(chǎn)量占世界的，特別是進(jìn)入2000年，中國的原料藥產(chǎn)量中有七種青霉素系列產(chǎn)品均呈現(xiàn)增長趨勢，其中哌拉西林增長了267%,以6-APA為中間體的系列產(chǎn)品阿莫西林增長

7、69%,產(chǎn)量近2000噸。青霉素分子結(jié)構(gòu)及分類青霉素(Benzylpenicillin/Penicillin)又被稱為青霉素 G、peillinG、盤尼 西林、配尼西林、青霉素鈉、芐青霉素鈉、青霉素鉀、芐青霉素鉀。圖1青霉素分子結(jié)構(gòu)式理化性質(zhì)：青霉素足抗菌索的一種，足指從青霉素培養(yǎng)液中提制的分子中含 有青霉素烷、能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生 素，是第一種能夠治療人類疾病的抗生索。青霉索類抗生索是 伕內(nèi)酰胺類中一大類抗生索的總稱。但它不能耐受耐藥菌株(如耐藥金葡)所產(chǎn)生的酶，易被其破壞， 且其抗菌譜較窄，主要對革蘭氏陽性菌有效。青霉素G有鉀鹽、鈉鹽之分，鉀鹽不僅不能

8、直接靜注，靜脈滴注時(shí)，也要仔細(xì)計(jì)算鉀離子量，以免注入人體形成 高血鉀而抑制心臟功能，造成死亡1。青霉素的單位目前國際上青霉素活性單位表示方法有兩種：一是指定單位(unit );二是活性 質(zhì)量(pg)，最早為青霉素規(guī)定的指定單位是:50mL肉湯培養(yǎng)基中恰能抑制標(biāo)準(zhǔn)金 黃色葡萄菌生長的最小青霉素劑量為一個(gè)青霉素單位。在以后，證明了一個(gè)青霉 素單位相當(dāng)于pg青霉素鈉。因此青霉素的質(zhì)量單位為：pg青霉素鈉等于1個(gè)青霉 素單位。由此，lmg青霉素鈉等于1667個(gè)青霉素單位(unit)2。作用機(jī)理青霉素是B內(nèi)酰胺內(nèi)抗生素，作用機(jī)理如下：(1) 通過競爭細(xì)菌的粘肽合成酶，即青霉素結(jié)合蛋白(penicilli

9、n binding proteins，PBF)，抑制細(xì)胞壁的粘肽合成，造成細(xì)菌細(xì)胞壁缺損，大量的水分涌 進(jìn)細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)菌腫脹、破裂、死亡；(2) 促發(fā)自溶酶活性，使細(xì)菌溶解。細(xì)菌具有特定的細(xì)胞壁合成需要的合 成酶，即青霉素結(jié)合蛋白(penicillin binding proteins, PBF)當(dāng)伕內(nèi)酰胺類抗菌藥 物與PBP結(jié)合后，PBP便失去酶的活性，是細(xì)胞壁的合成受到阻礙，最終造成細(xì) 胞溶解、細(xì)菌死亡。PBP按分子量的不同可分為五種：每種又有若干亞型，這些 PBP存在于細(xì)菌細(xì)胞的質(zhì)膜中，對細(xì)菌細(xì)胞壁的合成起不同的作用。最初青霉素的生產(chǎn)菌是音符型青霉菌， 生產(chǎn)能力只有幾十個(gè)單位， 不能滿

10、足 工業(yè)需要。隨后找到了適合于深層培養(yǎng)的橄欖型青霉菌，即產(chǎn)黃青霉（P.chrosogenum）,生產(chǎn)能力為100U/ml。經(jīng)過X、紫外線誘變，生產(chǎn)能力達(dá)到1000 1500U/ml。隨后經(jīng)過誘變，得到不產(chǎn)生色素的變種，目前生產(chǎn)能力可達(dá) 66000 70000U/ml。青霉素是抗生素工業(yè)的首要產(chǎn)品。青霉素的應(yīng)用臨床應(yīng)用 :40 多年，主要控制敏感金黃色葡糖球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、 淋球菌、腦膜炎雙球菌、螺旋體等引起感染，對大多數(shù)革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌 ）和某些革蘭氏陰性細(xì)菌及螺旋體有抗菌作用。優(yōu)點(diǎn) :毒性小，但由于難 以分離除去青霉曝哩酸蛋白 （微量可能引起過敏反應(yīng) ），需要皮試。各種

11、半合成抗 生素的原料 :青霉素的缺點(diǎn)是對酸不穩(wěn)定，不能口服，排泄快，對革蘭氏陰性菌 無效。氨節(jié)青霉素耐酸廣譜 ;對抗綠膿桿菌的磺節(jié)青霉素，耐酸、耐酶、口服的 乙氧蔡青霉素等。提供頭抱菌素母核 3。藥理毒性 :青霉素藥理作用是干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成。青毒索的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞 壁的成分粘肽結(jié)構(gòu)中的 D-丙氨酞-D-丙氨酸近似，可與后者競爭轉(zhuǎn)膚酶，阻礙粘 肽的形成， 造成細(xì)胞壁的缺損， 使細(xì)菌失去細(xì)胞壁的滲透屏障， 對細(xì)菌起到殺滅 作用。青霉素類抗生索的毒性很小，由于&內(nèi)酰胺類作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，而人 類只有細(xì)胞膜無細(xì)胞壁， 故對人類的毒性較小， 除能引起嚴(yán)重的過敏反應(yīng)外， 在 一般用量下， 其毒性不甚明顯

12、。 是化療指數(shù)最人的抗生素。 但其青毒索類抗生素 常見的過敏反應(yīng)在各種藥物中居首位，發(fā)生率最高可達(dá)5-10%，為皮膚反應(yīng)，表現(xiàn)皮疹、血管性水腫，最嚴(yán)重者為過敏性休克，多在注射后數(shù)分鐘內(nèi)發(fā)生，癥狀 為呼吸困難、血壓下降、昏迷，最后驚厥，搶救不及時(shí)可造成死亡。各種給藥途 徑或應(yīng)用各種制劑都能引起過敏性休克，但以注射用藥的發(fā)生率最高4。2生產(chǎn)工藝總述生產(chǎn)方法青霉素G生產(chǎn)可分為菌種發(fā)酵和提取精制兩個(gè)步驟。菌種發(fā)酵:將產(chǎn)黃青霉菌接種到固體培養(yǎng)基上，在25 C下培養(yǎng)710天，即可得青霉菌抱子培養(yǎng)物。 用無菌水將抱子制成懸浮液接種到種子罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣、 攪拌，在27E下培養(yǎng)2428h,然

13、后將種子培養(yǎng)液接種到發(fā)酵罐已滅菌的含有苯 乙酸前體的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣，攪拌，在27T下培養(yǎng)7天。在發(fā)酵過程中需補(bǔ)入苯乙酸前體及適量的培養(yǎng)基。提取精制:將青霉素發(fā)酵液冷卻，過濾。 濾液在pH2B條件下，于萃取機(jī)內(nèi)用醋酸丁酯進(jìn)行多級逆流萃取，得到丁酯 萃取液，轉(zhuǎn)入的緩沖液中，然后再轉(zhuǎn)入丁酯中，將此丁酯萃取液經(jīng)活 性炭脫色，加入成鹽劑，經(jīng)共沸蒸餾即可得青霉素G鉀鹽。青霉素G鈉鹽是將青霉素G鉀鹽通過離子交換樹脂（鈉型）而制得5。工藝流程圖P斜面搶子小米扼子r *士汽過史親純* t.n:H級種t配訂ai$ 一.I -亠蚩歸冷曲It *IEHaw*-級神孑理*Ht 頁 ar茁缶江甘抵天搭門士】丁*-

14、UIm4MA91削atifK4rt* 幅iSh*二次BA革馭厝Itt邑書 2_ H &wm溟晶14rmIM圖2青霉素工藝流程圖發(fā)酵工藝特點(diǎn)菌種介紹青霉是產(chǎn)生青霉素的重要菌種。廣泛分布于空氣、土壤和各種物上，常生長 在腐爛的柑桔皮上呈青綠色。目前己發(fā)現(xiàn)幾百種，其中產(chǎn)黃青霉 (Penicillum chrysogenum)、點(diǎn)青霉(Penicillum nototum)等都能大量產(chǎn)生青霉素。青霉素的發(fā) 現(xiàn)和大規(guī)模地生產(chǎn)、應(yīng)用，不僅對抗生素工業(yè)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，而且 加上其他抗生素的廣泛使用，比如像磺胺藥物，使人類的平均壽命，再次延長了 四歲。此外，有的青霉菌還用于生產(chǎn)灰黃霉素及磷酸二酯酶、

15、纖維素酶等酶制劑 和有機(jī)酸。菌種的保藏菌種的保藏方法有 :斜面菌種低溫保藏法、砂土管保藏法、甘油封藏法、真 空冷凍干燥法。孢子的制備這是發(fā)酵工序的開端， 是一個(gè)重要環(huán)節(jié) 。抗生素產(chǎn)量和成品質(zhì)量同菌種性能 以及同孢子和種子的情況有密切關(guān)系 。生產(chǎn)用的孢子需經(jīng)過純種和生產(chǎn)能力的檢 驗(yàn)，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中的菌種經(jīng)無菌 手續(xù)接入適合于孢子發(fā)芽或菌絲生長的斜面培養(yǎng)基中 ，經(jīng)培養(yǎng)成熟后挑選菌落正 常的孢子可再一次接入試管斜面。對于產(chǎn)孢子能力強(qiáng)的及孢子發(fā)芽、生長繁殖快 的菌種可以采用固體培養(yǎng)基孢子，孢子可直接作為種子罐的種子。種子制備種子制備是指孢子接入種子罐后， 在罐中

16、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(dāng)中去。種子制備 所使用的培養(yǎng)基及其它工藝條件，都要有利于孢子發(fā)芽和菌絲繁殖。種子罐級數(shù)是在指制備種子需逐級擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù) ，一般根據(jù)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。青霉素種子制備一般為 二級種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)。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(chǎn)物所需要的按一定比例配制 的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。培養(yǎng)基的組成和比例是否恰當(dāng)，直接影響微生物的生 長、生產(chǎn)和工藝選擇、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等。青霉素的發(fā)酵培養(yǎng)基由碳源、氮源、 無機(jī)鹽及金屬離子、添加前體、消沫劑五部分組成。滅

17、菌在青霉素的生產(chǎn)中 ，對培養(yǎng)基和發(fā)酵罐主要采用的是濕熱蒸汽滅菌和空氣過 濾除菌的方法。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(guān) 設(shè)備和培養(yǎng)基必須先經(jīng)過滅菌，后接入種子。接種量一般為 520%。發(fā)酵周期一 般為 45 天，但也有少于 24 小時(shí)，或長達(dá)二周以上的。在整個(gè)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(shí)間取樣進(jìn)行生化分析和無菌 試驗(yàn)，觀察代謝變化、抗生素產(chǎn)生情況和有無雜菌污染 6。提煉工藝過程發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液中的雜質(zhì)如高價(jià)無機(jī)離子(Fe2+, Ca+, Mg2+)和蛋白質(zhì)在離子交換 的過程中對提煉影響甚大 ，不利于樹脂對抗生素的吸收

18、。如用溶媒萃取法提煉時(shí) ， 蛋白質(zhì)的存在會(huì)產(chǎn)生乳化，使溶媒合水相分離困難。對高價(jià)離子的去除，可采用 草酸或磷酸。如加草酸則它與鈣離子生成的草酸鈣還能促使蛋白質(zhì)凝固以提高發(fā) 酵濾液的質(zhì)量。如加磷酸 (或磷酸鹽 )，既能降低鈣離子濃度 ，也利于去除鎂離子。Na5p30io+Mg2+ MgNaeP3Oio+ 2Na+加黃血鹽及硫酸鋅，則前者有利于去除鐵離子，后者有利于凝固蛋白質(zhì)。此 外，兩者還有協(xié)同作用。他們所產(chǎn)生的復(fù)鹽對蛋白質(zhì)有吸附作用7。2K4Fe(CN6+3Z nSQ K2Z n Fe(CN02 J +2Na+為了有效的去除發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)， 需加入絮凝劑。絮凝劑是一種能溶于水 的高分子化合物

19、。含有很多離子化基團(tuán)(如一 NH2, CQQH 一 QH)。提取化學(xué)提取和精制的目的 :從發(fā)酵液中制取高純度的 、合乎藥典的抗生素成品。 由于發(fā)酵液中青霉素濃度很低,僅 %左右,而雜質(zhì)濃度比青霉素的高 幾十倍甚至幾千倍,并且某些雜質(zhì)的性質(zhì)與抗生素的非常相近,因此提取精制是一件十分重要的工作。發(fā)酵液中常見的雜質(zhì)有 :菌絲、未用完的培養(yǎng)基、易污染雜菌、產(chǎn)生菌的代 謝產(chǎn)物、預(yù)處理需要加入的雜質(zhì)等。在提煉過程中要遵循下面四個(gè)原則 :1、時(shí)間短2、溫度低3、pH 適中4、勤清洗消毒常用的提取方法有溶媒萃取法、離子交換法和沉淀法等 8 。精制 這是青霉素生產(chǎn)的最后工序。對產(chǎn)品進(jìn)行精制、烘干和包裝的階段要符

20、合“藥 品生產(chǎn)管理規(guī)范”的規(guī)定。成品鑒定成品鑒定是根據(jù)藥典的要求逐項(xiàng)進(jìn)行分析，包括效價(jià)鑒定、毒性試驗(yàn)、無菌 檢查、熱源質(zhì)試驗(yàn)、水分測定、水溶液酸堿度及混濁度測定、結(jié)晶顆粒的色澤及 大小的測定等。對于藥典上未有規(guī)定的新抗生素，則可參照相近抗生素，按經(jīng)驗(yàn) 規(guī)定一些指標(biāo)。3 工藝條件計(jì)算物料衡算工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(2)種子培 養(yǎng)基(1) 主要技術(shù)指標(biāo)見表1.表1.工藝計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指標(biāo)名稱指標(biāo)數(shù)及單位發(fā)酵單位80000 卩 /ml年產(chǎn)量1000t成品效率1000 卩 /mg年工作日300天產(chǎn)品日產(chǎn)量3334kg發(fā)酵周期120h發(fā)酵罐裝料系數(shù)發(fā)酵輔助時(shí)間12h發(fā)酵期間補(bǔ)葡萄糖量(m3h)困種培養(yǎng)時(shí)間

21、40h放罐發(fā)酵單位3500u/mL困種培養(yǎng)輔助時(shí)間10h倒罐率%接種量15%提取總收率主甘(g/L) KfPCh ，黃豆餅粉，葡萄糖，碳酸鈣，硝酸鉀，玉米油，油酸甘油酯，豆油 ，硅油(3)發(fā)酵初始培養(yǎng)基(g/L)K戰(zhàn)PC4 ，黃豆餅粉，葡萄糖 ，碳酸鈣 ，硝酸鉀，玉米油，油酸甘油酯，豆油，硅油，豆油，氨水(26%)。的青霉素產(chǎn)品需耗用的原材料及其(4)發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)料(g/L) 油酸甘油酯發(fā)酵車間的物料衡算首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg活度為1000u/mg他物料量9。(1) 放罐成熟發(fā)酵液量成熟發(fā)酵液放罐單位為3500u/mL,生產(chǎn)1000kg產(chǎn)品發(fā)酵液量為:1000 1000 1000000364

22、5.9(m ) 3500 1000 1000 45% 98%公式中45%-青霉素產(chǎn)品總提取率98%-除去倒罐率2%后的發(fā)酵成功率(2) 底罐城市發(fā)酵液量V0分為三個(gè)部分組成V。底料 V1 647.9 75% 485.9( m3)種液量 V2 647.9 15% 97.2(m3 )補(bǔ)料量 V3 647.9 10% 64.8(m3 ) 底料的物料用量：發(fā)酵培養(yǎng)基配方 V1 種液的物料用量：培養(yǎng)基配方 V2 補(bǔ)料中的豆油、油酸甘油酯、氨水各按用量計(jì)算，分別流加(3) 配制發(fā)酵液底料所用黃豆餅粉量m1 45.3V1 22011( kg)公式中 發(fā)酵液底料含黃豆餅粉量 ( kg / m3 )(4) 種子

23、培養(yǎng)液所需黃豆餅粉量m2 16.50V2 1604( kg)公式中 二級種液含黃豆餅粉量 (kg / m3 )(5) 生產(chǎn) 1000kg 青霉素產(chǎn)品需黃豆餅粉總量m m1 m2 23615( kg ) 同理，可計(jì)算生產(chǎn) 1000kg 青霉素產(chǎn)品其他物料用量。(6) 耗用葡萄糖總量m3 0.15V1 4.93V2 8458( kg)公式中 發(fā)酵液含葡萄糖量 (kg / m3 )種液含葡萄糖量 (kg / m3 )(7) 碳酸鈣耗用量m4 0.15V1 0.15V2 0.15 (485.9 97.2) 87.5(kg )(8) 硝酸鉀耗用量m5 0.15V1 0.15V2 0.15 (485.9

24、97.2) 87.5(kg)(9) 磷酸二氫鉀耗用量m61.39V,0.592V21.63 485.9 0.592 97.2849.6(kg)(10)油酸甘油酸耗用量m73.42V1 4.02V216.57V33.43485.94.0297.216.5764.83126.3(kg)(11)豆油耗用量m87.53V1 9.05V219.33V37.53485.99.0597.219.3364.85791.1(kg)(12)玉米油耗用量m90.79V10.236V20.79485.90.23697.2406.8(kg)(13) 硅油耗用量mio 0.056V1 0.021V2 0.056 485.

25、9 0.021 97.2 29.25(kg)(14) 氨水(26%)耗用量m1112.26V112.26 485.95957(kg)1000t/a青霉素發(fā)酵車間物料衡算由上述生產(chǎn)1000kg活度為1000u/mg的青霉素產(chǎn)品需耗用的原材料及其他 物料量的衡算結(jié)果，可求得1000t/a該青霉素發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。具體計(jì) 算結(jié)果如表2.表a青霉素發(fā)酵車間的物料衡算表物料名稱生產(chǎn)1t青霉素物料1000t/a青霉素成產(chǎn)每日物料量量的物料量成品青霉素量/kg10001000 1033334發(fā)酵液量/m31032160二級種液量/m3103324黃豆餅粉/kg2361523615 10378716葡萄

26、糖量/kg84588458 10328193碳酸鈣量/kg103硝酸鉀量/kg103磷酸二氫鉀量/kg1032832油酸甘油酸量/kg10310421豆油量/kg10319304玉米油量/kg1031356硅油量/kg103氨水量/kg59575957 10319857能量衡算發(fā)酵熱的計(jì)算發(fā)酵過程中的熱平衡方程式為：Q發(fā)酵 Q生物Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射(1) 生物熱通過生物合成熱計(jì)算生物熱，基本上生物熱主要由葡萄糖氧化產(chǎn)生熱量，其 反應(yīng)式如下：C6H1206 6O26CO2 6H2O 2760KJ/mol據(jù)物料衡算知每周期葡萄糖用量為42647 Kg故每周期生物熱為：Q生物2760 42647

27、 1000 653920666.7KJ180(2) 攪拌熱由發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論一得知書中：Q攪拌 3600Pg T由設(shè)備選型知Pg 864.4kw由經(jīng)驗(yàn)值得電機(jī)的效率為0.92則 Q攪拌 3600 864.5 0.92 180515916864KJ(3) 蒸發(fā)熱和輻射熱由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得一般Q蒸發(fā) Q輻射0.2Qh物0.2 653920666.7 1307841333KJ(4) 發(fā)酵熱Q發(fā)酵Q生物Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射6539206667 515916864 13078413331039053397KJ換熱面積的計(jì)算發(fā)酵平均根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，冷卻水進(jìn)口溫度為 20C，出口溫度為23C,維持溫度為25C

28、則平均溫差(t發(fā)酵-t進(jìn)口)- (t發(fā)酵-t出口)Int發(fā)酵t發(fā)酵-t進(jìn)口-t出口3.274oC又由發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論得知換熱買面積的計(jì)算公式為式中:Q-發(fā)酵液每小時(shí)放出的最大熱量K -換熱裝置傳熱系數(shù)t -平均溫差本設(shè)計(jì)采用列管式換熱器，查資料得其換K 4.186 500KJ/(m2 hC)，故有熱系數(shù)換熱面積FQ發(fā)酵k t 18010390533974.186 500 3.274 180842.4m2冷卻水用量計(jì)算查表得水的比熱容為C水4.178KJ/C又水的進(jìn)口溫度為t進(jìn)口 20 C 出口溫度t出口 23 C為保證冷卻水充足取裕量系數(shù)為則每周期冷卻水用量WQ發(fā)酵1.2103905339

29、7 1.2(t出口 -t進(jìn)口)C水3 412 Kg故每年冷卻水用量為W總99430947.12403977237885 Kg蒸汽消耗量計(jì)算本設(shè)計(jì)采用實(shí)罐滅菌，即先將蒸汽直接通入罐內(nèi)與培養(yǎng)基混合，使罐溫預(yù)熱到80-90 C后，迅速將溫度上升到120 C進(jìn)行保溫滅菌，一般先計(jì)算直接蒸汽混 合加熱用量，然后保溫時(shí)間內(nèi)的蒸汽量按升溫用蒸汽量得30-50%進(jìn)行計(jì)算10。(1) 升溫階段蒸汽用量計(jì)算參照發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)一書的公式：升溫階段蒸汽用量為DiG C (t2 3(1)l t2 C式中 G-被加熱料液量C-料液比熱容t2 加熱結(jié)束時(shí)料液的溫度t1 -加熱開始時(shí)料液的溫度l

30、蒸汽燴，KJ / Kg-熱損失，一般為5 10%被加熱料液量 G 1050 1049.91102395Kg料液比熱容C 4.18KJ / Kg C本設(shè)計(jì)取t2 120 Ct1 35 C0.4MPa 時(shí) l 650KJ / Kg為滿足滅菌要求本設(shè)計(jì)取熱損失10%則 D1102395 4.18 (120 35)、1650 120 4.182903295.4Kg（2）保溫是蒸汽用量D20.5D10.5 2903295.41451647.7Kg（3）一周期蒸汽總用量D Di D21744943.1Kg（4）全年蒸汽用量D 總 D 4069797724 Kg無菌空氣消耗計(jì)算查閱參考文獻(xiàn)得知青霉素發(fā)酵時(shí)的

31、好癢速率一般為36mol/m3 h由抗生素生產(chǎn)工藝學(xué)知耗氧速率與空氣流量有如下關(guān)系式：G 60 （G進(jìn) G出）1000/22.4V式中-耗氧速率，mol/m3 hG進(jìn)-進(jìn)口空氣氧含量G出 -出口空氣氧含量故有每分鐘的無菌空氣的消耗量為:G36 1049.9 22.41175.9m3/min60 1000 (0.21 0.198)G-空氣流量，據(jù)一般生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)有36mol /m3 hG進(jìn)0.21G出0.198又由前面物料衡算知V31049.9m34工廠設(shè)計(jì)4.主要建構(gòu)筑物表3.青霉素生產(chǎn)工廠建構(gòu)筑物明細(xì)表編號名稱規(guī)格（m）1動(dòng)物房20X102鍋爐20X103機(jī)修20X104配電20X105冷凍站

32、20X106水站20X107青霉素生產(chǎn)區(qū)50X358制劑生產(chǎn)區(qū)20X159倉庫10X1510車庫10X1511食堂10X1512招待所10X1513休閑綠化區(qū)35X514科研質(zhì)檢樓15辦公樓5給排水生產(chǎn)用水情況概述及要求生產(chǎn)中用水 5由三部分組成：工藝用水、冷卻用水、洗滌用水。工藝用水指 配料水和用來制備軟水、 無鹽水等的一次水， 質(zhì)量要求達(dá)到或接近城市自來水標(biāo) 準(zhǔn)。工藝用水消耗量一般為總量的 5。90以上的水是用來冷卻，冷卻水應(yīng)盡 量循環(huán)使用，其質(zhì)量要求比工藝用水底，應(yīng)不含泥沙、懸浮物，濁度一般不大于 100 度即可，但不應(yīng)還有對管道、設(shè)備有腐蝕性的物質(zhì)。洗滌用水一般為自來水 或無菌水。排水

33、系統(tǒng)的劃分和廢水利用 廢水分兩種：一是達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放的水；二是含雜質(zhì)、有機(jī)化學(xué) 物質(zhì)較多的水， 需經(jīng)廢水回收站的污水處理后方可排放。 青霉素生產(chǎn)廢水含有大 量有機(jī)物，COD值高達(dá)1-2萬mg/L。處理方法在加有青霉素廢水的曝氣池中接 種活性污泥，對微生物進(jìn)行馴化控制進(jìn)水值及反應(yīng)溫度，確定合適的好氧-厭氧處理周期， 即曝氣時(shí)間與閑置時(shí)間的分配。 運(yùn)行時(shí)，按間歇式進(jìn)水、 反應(yīng)、沉淀、 排水、空載排泥工序在一個(gè)反應(yīng)池內(nèi)周期性進(jìn)行， 經(jīng)過這樣一個(gè)處理周期排出的 水即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 采用這種工藝處理青霉素廢水， 不必進(jìn)行預(yù)處理， 對表面 活性劑的降解去除率很高， 硫酸根的存在對反應(yīng)不產(chǎn)生影響， 采用自控技術(shù)使得 具有間歇式系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化， 管理簡單易行。 由于這種兼氧凈化系統(tǒng)不需 要一沉池，二沉池和污泥回流系統(tǒng)，因此可減少占地，降低造價(jià)，同時(shí)該系統(tǒng)中 沉淀時(shí)沒有進(jìn)、出水的干擾，靜沉，汲水分離效果好。反應(yīng)池間歇進(jìn)水、排放、 高濃度污水是逐漸進(jìn)入反應(yīng)池的， 有數(shù)小時(shí)的進(jìn)水時(shí)間， 且反應(yīng)時(shí)流進(jìn)的污水只 占反應(yīng)池容積的 1/3-2/3 ，有稀釋作用，所以耐濃度負(fù)荷沖擊 11。6 環(huán)境保護(hù)生產(chǎn)過程中“三廢”排放情況發(fā)酵工廠中排放出廢水 5、廢氣、廢渣，尤其是廢水對環(huán)境污染最嚴(yán)重。在 啤酒生產(chǎn)