1、海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书海南大学生物工程专业生物工程课程设计说明书题 目：690t/a 土霉素淀粉发酵工段工艺设计 海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书生物工艺课程设计任务书一、课程设计的性质与目的生物工程课程设计是一门以生物工艺学、生物工程设备以及相关科学理论和工程技术为基础的、综合性与实践性很强的应用性工程训练。课程设计旨在加强学生对本课程及相关课程理论及专业知识的理解和掌握，训练并提高其在理论计算、结构设计、工程绘图、资料文献查阅、运用相关标准与规范及计算机应用等方面的能力；同时，为其它专业课程的学习和毕业设计（论文）奠定良好的基础。二、课
2、程设计要点1、确定生产工艺流程和工艺条件按照给定的设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数和数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定。选择、确定的原则主要有：合法性；技术先进性和成熟可靠性；经济合理性；安全性；结合实际情况。2、就设计题目、确定的生产方法和基础数据进行产品生产过程的总物料衡算，列出物料衡算表。3、 绘制工艺流程图（1）要求以图解的形式表示出：设备形象示意图、大小及相互位置与距离，定性地标出物料去向，连接的管线，泵、阀门、电机的位置。（2）物料用粗实线，设备、管线用细实线。（3）列出设备一览表。三、时间分配与计划进度1、设计期限 1.5 周2、时间分配
3、 指导教师讲解设计原则与程序，布置设计任务 0.5 天 查阅资料，拟定工艺流程、制定方案、熟悉了解和掌握设计原理 2 天 物料衡算 1.5 天 绘制设计图 2 天 海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书整理编写设计说明书 2 天 合计 8 天（1.5 周）目 录摘要 -1引言 -1第一章 土霉素概述 -2第二章 土霉素的发酵工艺流程 -32.1 土霉素发酵工艺流程图（见附图） -32.2 土霉素发酵工艺流程介绍 -32.2.1 孢子的制备 -32.2.2 种子制备 -42.2.3 发酵培养基介绍 -42.2.4 发酵 -4第三章 物料衡算 -53.1 总物料衡算 -53.2 设
4、备衡算 -73.2.1 大罐的物料衡算 -73.2.2 中罐的物料衡算 -93.2.3 小罐的物料衡算 -123.3 酸化稀释过滤工序物料衡算 -153.4 脱色结晶工序物料衡算 -163.5 干燥工序物料衡算 -17第四章.设备选型 -184.1 工艺计算依据 -184.2 土霉素发酵工艺设备计算 -184.2.1 发酵罐 -184.2.2 补料罐 -194.2.3 通氨罐 -19海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书4.3 发酵车间设备一览表 -204.4 离心泵选型及管径 -204.5 管道设计选型 -214.5.1 通气管 -214.5.2 输液管 -22第五章 安全生
5、产及“三废”处理 -245.1 安全生产 -246.2 废水处理 -246.3 废气的处理 -246.4 废渣的处理 -25参考文献 -25致谢 -26发酵车间设备一览表 -27海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书1年产 690 吨土霉素发酵工段工艺设计摘要土霉素又称为地霉素或氧四环素，英文名称 Terramycin (Oxytetracycline)。属于抗菌素的一种，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染胃肠道感染斑疹伤寒恙虫病等，现今主要用于畜禽药及饲料添加剂。土霉素是一个典型的利用生物工程技术生产的产品，生产工艺涉及种子
6、培养、发酵、提取、过滤、脱色、结晶、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。经过对土霉素生产中的各个工段进行学习，了解到生产过程所需的设备以及应该掌握的单元操作。本文对土霉素生产的发酵工段进行的重点研究和介绍，通过物料守恒的计算，绘制了生产工艺流程图以及设备一览表。关键词：土霉素；生产工艺；物料流程；发酵引言本设计为年产 690t/a 土霉素发酵工段工艺设计。土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国被广泛运用，现如今主要生产企业主要是赤峰制药、石家庄华署制药、山西星火制药等，产量约占世界的 25%，
7、随着产量不断下降，土霉素出口价格也随之降低。在国内市场，土霉素除了作为上产强力霉素的原料外，主要用于禽兽药物以及饲料添加剂、临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高无菌土霉素。我国生产的土霉素大多为抵挡产品，因此对土霉素工艺的研究与创新凸显重要。海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书2第一章 土霉素概述土霉素是抗生素类药物，具有广谱抗菌作用，主要用于立克次体病支原体肺炎，衣原体感染。土霉素 是通过生物合成得到的广谱抗生素，目前国内土霉素提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节 pH 值，利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质，
8、然后用 122-2 树脂脱色进一步净化土霉素滤液，最后调 pH 至 4.8 左右结晶得到土霉素碱产品。 中文名： 土霉素 英文名： Oxytetracycline 化学名： (4s,4R，5S，5R，6S，12S）N-4-二甲胺基-1，4，4，5，5，6,11，12-八氢，5，6，12，12- 六羟基-6-甲基-1，11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。 分子式： C 22H24N2O9 分子量： 460.0 理化性质： 土霉素是由龟裂链丝菌产生的，属于放线菌中的链霉菌属，它们具有发育 良好的菌丝体，菌丝体分支，无隔膜，直径约 0.41.0 米，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分
9、，孢子丝再形成分生孢子。而龟裂链丝菌的菌落灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。菌丝成树枝分支，白色，孢子灰白色，柱形。淡黄色的结晶性或无定形粉末，无臭；在日光下颜色变暗，在碱性溶液中破坏失效。在乙醇中微溶,在水中极微溶解，在稀酸和稀碱中溶解。土霉素是四环类抗生素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同而构成不同种类的四环素类抗生素。其结构和命名如上图。R3 N H H O HO HO O HO R2 O HN HR5 O C H3 C H3 R4 R1 海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书3第二章 土霉素的发酵工艺流程2.1 土霉素发酵工艺流程图（见附图）生
10、产工艺流程图沙土孢子 斜面孢子 一级种子罐发酵液 三级种子罐 二级种子罐酸化液 滤液 脱色液土霉素干品 土霉素湿品 结晶液孢子陪养 孢子培养扩大种子培养 发酵过滤 脱色离心 干燥2.2 土霉素发酵工艺流程介绍2.2.1 孢子的制备这是发酵工序的开端，是一个重要环节。抗生素产量和成品质量同菌种性能以及同孢子和种子的情况有密切关系。生产用的孢子需经过纯种和生产能力的检验，符合规定的才能用来制备种子。保藏在砂土管或冷冻干燥管仲的菌种经无菌手续接入又麸皮、琼脂和水组成的斜面培养基中，在 36.5-36.8、50%相对湿度的条件下培养 4-5 天，挑选菌落正常的孢子作为种子。在孢子制备的过程中，蒸馏水中
11、可适当添加 0.005%MgSO4、0.01%KH 2PO4及 0.015%(NH4)2HPO4，避免水质波动对孢子质量的影响，还可以缩短孢子的成熟期。海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书42.2.2 种子制备种子制备是指孢子接入种子罐后，在罐中繁殖成大量菌丝的过程，其目的是使孢子发芽、繁殖和获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐当中去。种子培养基的成分基本与发酵培养基近似，培养 30、30 小时左右培养液趋于浓厚并转为黄色。pH 一般在 6.0-6.4 时可以移入下一级罐。移入发酵罐时 pH6.0，效价在 800u/ml 左右。种子罐级数是在指制备种子需逐级扩大培养的次数，一
12、般根据种子的生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度，以及发酵罐的容积而定。土霉素种子制备一般为二级种子罐扩大培养。2.2.3 发酵培养基介绍培养基是供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量等。土霉素的发酵培养基由碳源、氮源、无机盐及金属离子、添加前体、消泡剂五部分组成。生产上曾以单糖葡萄糖、双糖饴糖、及多糖籼米粉、玉米粉及淀粉的解酶液作为碳源。本设计采用淀粉作为碳源，发酵相对容易控制。由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量
13、泡沫，如不严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。采用植物油消沫仍旧是个好方法，一方面作为消沫剂，另一方面还可以起到碳源作用，但现在已普遍采用泡敌代替豆油。2.2.4 发酵这一过程的目的主要是为了使微生物分泌大量的抗生素。发酵开始前，有关设备和培养基必须先经过灭菌，后接入种子。接种量一般为 20%。发酵周期一般为 194 小时。发酵全程 30-31分段培养，通气量为 2.0v/v/m。当接种后发酵 pH 低于 6.4 时开始通氨，培养 20-40 小时，每 4 小时补一次，每次 10-15L，控氨水平在 45mg/100ml 以上。根据发酵液残糖值补入总糖，一般在 100小时前残糖控制
14、4.0%-5.0%，100 小时-150 小时控制 3.5%-4.0%，150 小时至放罐前 6 小时控制在 3.0%。在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐压，并隔一段时间取样进行生化分析和无菌试验，观察代谢变化、抗生素产生情况和有无杂菌污染。海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书5第三章 物料衡算3.1 总物料衡算3.1.1 原始资料成品效价 Ud = 1000 单位/毫克 年平均发酵水平 Uf = 35000 单位/毫升 年工作日 m = 300 d/a 1、发酵基础工艺参数土霉素的发酵周期 T 为 184 小时，辅助时间为 10 小时，发酵中罐周期为 44
15、 小时，辅助时间 4 小时发酵周期为 35 小时，辅助时间 3 小时接种比为 20%，液体损失率为 15%大罐一个发酵周期内所需全料的量为：32m 3大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：17m 3逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的 15%大、中、小罐通气量分别为 2.0、1.5、0.65（每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量）氨氮的利用情况，培养 20-40 小时，每 4 小时补一次,每次 10-15L，控氨水平在45mg/100ml 以上培养基配比：小罐 中罐 大罐 全料稀料组成 配比（%） 配比（%） 配比（%） 配比（%）配比（%）黄豆饼粉 3.0 2.5 3.0 3.5 3.0淀粉
16、 2.5 2.5 8.0 6.5 3.0氯化钠 0.4 0.36 0.2 0.4碳酸钙 0.6 0.4 1.1 0.4 0.4海南大学 2010 生物工程专业生物工程课程设计说明书6磷酸二氢钾 0.005 0.003磷酸氢二钾 0.005 0.003植物油 4 2.67 0.4 12、提取基本工艺参数名称 参数 名称 参数脱色岗位收率 99.24% 发酵液效价 35000u/ml结晶干燥岗位收率 86% 滤液效价 11000u/ml过滤岗位收率 116% 母液效价 1370u/ml总收率 99% 湿晶体含水量 30%发酵液密度 1.58kg/L 酸化液中草酸含量 2.3% g/ml滤液密度 1
17、.02kg/L 酸化加黄血盐量 0.25% g/ml20%氨水密度 0.92kg/L 酸化加硫酸锌量 0.18% g/ml氨水加量 12% 成品含水量 1.5%脱色保留时间 30-50 分钟 酸化加水量 230%v/v滤液通过树脂罐的线速度控制在 0.001-0.002m /s3.土霉素提取操作工艺参数一览表名称 反应时间( + 、 )/h 装料系数 酸化稀释 4 0.70结晶 8 0.703.1.2 总物料衡算纯品土霉素的量：69099% =683.1 t/a日产量：683.1/300= 2.277 t/d效价：683.110 91000 =6.831014 单位/a土霉素的生产过程总收率为 99%则发酵时的总效价：6.8310 14/99% =6.901014 单位/a
