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(hào)：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(shí)及發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程的簡(jiǎn)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(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣的處理作了簡(jiǎn)單的介紹。關(guān)鍵詞：青霉素；發(fā)酵；工藝流程；生產(chǎn)摘要21前言6青霉素的發(fā)現(xiàn)6青霉素分子結(jié)構(gòu)及分類

2、7青霉素的單位8作用機(jī)理8青霉素的應(yīng)用92生產(chǎn)工藝總述10生產(chǎn)方法10工藝流程圖10發(fā)酵工藝特點(diǎn)11菌種介紹11菌種的保藏11抱子的制備12種子制備12發(fā)酵培養(yǎng)基介紹12滅菌12發(fā)酵12提煉工藝過程13發(fā)酵液預(yù)處理13提取13精制14成品鑒定143工藝條件計(jì)算14物料衡算14工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)14發(fā)酵車間的物料衡算151000t/a青霉素發(fā)酵車間物料衡算17能量衡算18發(fā)酵熱的計(jì)算18換熱面積的計(jì)算19冷卻水用量計(jì)算19蒸汽消耗量計(jì)算20無菌空氣消耗計(jì)算214工廠設(shè)計(jì)21廠址選擇錯(cuò)誤!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

3、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215給排水23生產(chǎn)用水情況概述及要求23排水系統(tǒng)的劃分和廢水利用236環(huán)境保護(hù)24生產(chǎn)過程中“三廢”排放情況24處理方案24噪聲控制247節(jié)能25能耗分析25節(jié)能措施251前言青霉素的發(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。為了改變這種局面，科研人員進(jìn)行了長(zhǎng)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

4、。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%乍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(chǎng)。據(jù)估計(jì)，在世界范圍內(nèi)目前對(duì)6-氨基青霉素烷的需求量約為25800噸，到2005年將達(dá)到32800噸；對(duì)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，僅羥氨葦

5、青霉素、氨葦青霉素和頭抱氨葦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3/4。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(chǎng)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

6、是世界上最大青霉素生產(chǎn)國，青霉素原料主要出口市場(chǎng)是：印度、韓國、日本、臺(tái)灣、德國、荷蘭、愛爾蘭、法國、香港和美國，這十大市場(chǎng)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(zhǎng)趨勢(shì)，其中哌拉西林增長(zhǎng)了267%以6-APA為中間體的系列產(chǎn)品阿莫西林增長(zhǎng)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GpeillinG、盤尼西林、配尼西林、青霉素鈉、葦青霉素鈉、青霉素鉀、葦青霉素鉀。圖1青霉素分子結(jié)構(gòu)式理化

7、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B-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(duì)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10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

8、恰能抑制標(biāo)準(zhǔn)金黃色葡萄菌生長(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)細(xì)菌的粘肽合成酶，即青霉素結(jié)合蛋白(penicillinbindingproteins,PBP,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)菌月中脹、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(penicillinbinding

9、proteins,PBP)當(dāng)B-內(nèi)酰胺類抗菌藥物與PBP結(jié)合后，PBF®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。PBPR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(duì)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/mlo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/mlo青霉素是抗

10、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(duì)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。各種半合成抗生素的原料：青霉素的缺點(diǎn)是對(duì)酸不穩(wěn)定，不能口服，排泄快，對(duì)革蘭氏陰性菌無效。氨節(jié)青霉素耐酸廣譜；對(duì)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30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-丙氨猷-D-丙氨酸近

11、似，可與后者競(jìng)爭(zhēng)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(duì)細(xì)菌起到殺滅作用。青霉素類抗生索的毒性很小，由于B-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(duì)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。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、血管性水月中，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402生產(chǎn)工

12、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25c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27c下培養(yǎng)2428h,然后將種子培養(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27c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pH23勺條件下，于萃取機(jī)內(nèi)用醋酸丁酯進(jìn)行多級(jí)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)共沸蒸儲(chǔ)即可

13、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(zhǎng)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(Penicillumchrysogenum)、點(diǎn)青霉(Penicillumnototum)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(duì)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(zhǎng)了四歲。止匕外，有的青霉菌還用于生產(chǎn)灰黃霉素及磷酸二酯酶、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

14、有：斜面菌種低溫保藏法、砂土管保藏法、甘油封藏法、真空冷凍干燥法抱子的制備這是發(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胞子和種子的情況有密切關(guān)系。生產(chǎn)用的抱子需經(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)接入適合于抱子發(fā)芽或菌絲生長(zhǎng)的斜面培養(yǎng)基中，經(jīng)培養(yǎng)成熟后挑選菌落正常的抱子可再一次接入試管斜面。對(duì)于產(chǎn)抱子能力強(qiáng)的及抱子發(fā)芽、生長(zhǎng)繁殖快的菌種可以采用固體培養(yǎng)基抱子，抱子可直接作為種子罐的種子。種子制備種子制備是指抱子接入種子罐后，在罐中繁殖成大量菌絲的過程，其目的是使抱子發(fā)芽、繁殖和獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到

15、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，都要有利于抱子發(fā)芽和菌絲繁殖。種子罐級(jí)數(shù)是在指制備種子需逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)，一般根據(jù)種子的生長(zhǎng)特性、抱子發(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(jí)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(zhǎng)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(yíng)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(zhǎng)、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。滅菌在青霉素的生產(chǎn)中，對(duì)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

16、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(zhǎng)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+,Ca2+,Mg2+)和蛋白質(zhì)在離子交換的過程中對(duì)提煉影響甚大，不利于樹脂對(duì)抗生素的吸收。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(duì)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

17、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。+Na5P3O()+Mg-MgNaRO0+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(duì)蛋白質(zhì)有吸附作用7。2(Fe(CN)6+3ZnSO-K2ZnFe(CN)62J+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。含有很多離子化基團(tuán)(如一NH2COOHOH>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，僅流右，而雜質(zhì)濃度比

18、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網(wǎng)。精制這是青霉素生產(chǎn)的最后工序。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精制、烘干和包裝的階段要符合“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(cè)定、水溶液酸堿度及混濁度測(cè)定、結(jié)晶顆粒的色澤及大小的測(cè)定等。對(duì)于藥典上

19、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)(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8000011/ml年產(chǎn)量1000t成品效率1000仙/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)葡穩(wěn)糖(吊h)量困種培養(yǎng)時(shí)間40h放罐發(fā)酵單位3500u/mL菌種培養(yǎng)輔助時(shí)間10h倒罐率%接種量15%提取總收率(2)種子培養(yǎng)基(g/L)KH2PO,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)KH2PO,黃豆

20、餅粉，葡萄糖，碳酸鈣，硝酸鉀，玉米油，油酸甘油酯，豆油，硅油.(4)發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)料(g/L)油酸甘油酯，豆油，氨水(26%。發(fā)酵車間的物料衡算首先計(jì)算生產(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：1000100010000003V645.9(m)35001000100045%98%公式中45%-青霉素產(chǎn)品總提取率98%-除去倒罐率2淅的發(fā)酵成功率(2)底罐城市發(fā)酵液量V。分為三個(gè)部分組成底料V647.975%485.9(m3)種液量V2647.915%97.2(m3)補(bǔ)

21、料量V3647.910%64.8(m3)底料的物料用量：發(fā)酵培養(yǎng)基配方種液的物料用量：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45.3V122011(kg)公式中發(fā)酵液底料含黃豆餅粉量(kg/m3)(4)種子培養(yǎng)液所需黃豆餅粉量m216.50V21604(kg)公式中二級(jí)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mm1m223615(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m30.15V14.93V28458(kg)公式中發(fā)酵液含葡萄糖量(kg/m3)種液含葡萄

22、糖量(kg/m3)(7)碳酸鈣耗用量m40.15Vl0.15V20.15(485.997.2)87.5(kg)(8)硝酸鉀耗用量m50.15V10.15V20.15(485.997.2)87.5(kg)(9)磷酸二氫鉀耗用量m61.39V10.592V21.63485.90.59297.2849.6(kg)(10)油酸甘油酸耗用量m73.42V14.02V216.57V33.43485.94.0297.216.5764.83126.3(kg)(11)豆油耗用量m87.53V19.05V219.33V37.53485.99,0597.219,3364.85791.1(kg)(12)玉米油耗用量m

23、90.79V10.236V20.79485.90,23697.2406.8(kg)(13)硅油耗用量m100.056V10.021V20.056485.90.02197.229.25(kg)(14)氨水(26%耗用量m1112.26Vl12.26485.95957(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青霉素成每日物料量產(chǎn)的物料量成品青霉素量/kg發(fā)酵液量/

24、m3二級(jí)種液量/m3黃豆餅粉/kg葡萄糖量/kg碳酸鈣量/kg硝酸鉀量/kg磷酸二氫鉀量/kg油酸甘油酸量/kg100010001033334103216010332423615236151037871684588458103281931031031032832103104211031930410313561035957198575957103豆油量/kg玉米油量/kg硅油量/kg氨水量/kg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：C6H12066O26CO26H

25、2O2760KJ/mol據(jù)物料衡算知每周期葡萄糖用量為42647Kg故每周期生物熱為：Q生物2760426471000653920666.7KJ180(2)攪拌熱由發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)概論一得知書中：Q攪拌3600PgT由設(shè)備選型知Pg864.4kw由經(jīng)驗(yàn)值得電機(jī)的效率為0.92貝UQ攪拌3600864.50.92180515916864KJ(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0.2蠹物0.2653920666.71307841333KJ(4)發(fā)酵熱Q發(fā)酵Q生物Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q輻射653920666751591686413078413331039053397KJ換熱面積的計(jì)算根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)

26、經(jīng)驗(yàn)，冷卻水進(jìn)口溫度為20C,出口溫度為23C,發(fā)酵平均維持溫度為25C則平均溫差t«發(fā)酵-t進(jìn)口).發(fā)酵-t出口)3.274oC,t發(fā)酵-t進(jìn)口lnt發(fā)酵-t出口又由發(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：F9Kt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，查資料得其換熱系數(shù)K4.186500KJ/(m2h°C),故有換熱面積F31039053397kt1804.1865003.2741802842.4m2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20C出口溫度t出口23C為保證冷卻

27、水充足取裕量系數(shù)為則每周期冷卻水用量WQ發(fā)酵d出口進(jìn)口)c7K1.210390533971.23412Kg故每年冷卻水用量為W總99430947.12403977237885Kg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80-90C后，迅速將溫度上升到120c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D1GC(t271)lt2C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t

28、1-加熱開始時(shí)料液的溫度l-蒸汽除，KJ/Kg-熱損失，一般為510%被加熱料液量G10501049.91102395Kg料液比熱容C4.18KJ/KgC本設(shè)計(jì)取t2120Ct135C0.4MPa時(shí)l650KJ/Kg為滿足滅菌要求本設(shè)計(jì)取熱損失10%則11023954.18(35)(10.1)6501204.182903295.4Kg(2)保溫是蒸汽用量D20.5Di0.52903295.41451647.7Kg3 3)一周期蒸汽總用量DD1D21744943.1Kg全年蒸汽用量D總D4069797724Kg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)的好癢速率一般為36mol/m3h由抗生素

29、生產(chǎn)工藝學(xué)知耗氧速率與空氣流量有如下關(guān)系式：G60(G進(jìn)G出)1000/22.4V式中-耗氧速率，mol/m3hG進(jìn)-進(jìn)口空氣氧含量G出一出口空氣氧含量G-空氣流量，據(jù)一般生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)有36mol/m3hG進(jìn)0.21G出0.198又由前面物料衡算知V1049.9m3故有每分鐘的無菌空氣的消耗量為：G361049.922.41175.9m3/min601000(0.210.198)4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)表名稱規(guī)格（m1動(dòng)物房20X102鍋爐20X103機(jī)修20X104配電20X105冷凍站20X106水站20X107青霉素生產(chǎn)區(qū)50X358制劑生產(chǎn)區(qū)20X15

30、9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(duì)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)

31、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，CODE高達(dá)1-2萬mg/Lo處理方法在加有青霉素廢水的曝氣池中接種活性污泥，對(duì)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ii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(duì)表面活性劑的降解去除率很高，硫酸根的存在對(duì)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(jiǎn)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(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重。在啤酒生產(chǎn)中，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品排放發(fā)酵液，這些廢水若不經(jīng)處理，