1、辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸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
2、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 110 3 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；设计辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸II
3、A technological design of 325 t/a dihydrostreptomycin sulphate production 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
4、of 325 t/a dihydrostreptomycin sulphate production facility. In the fermentation 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 perio
5、d was 8 d, the 1st, 2nd, 3rd seed tank is four, respectively. After 8 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
6、 tanks, it is acidified to nearly pH 3.0 with oxalic acid. Then it can 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 b
7、roth flows into the exchange tank. In exchange tank, it uses 110 3 Na type 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
8、desorption solution will be reduced to dihydrostreptomycin sulfate using NaBH4 in the reduction pot. After reduced, dihydrostreptomycin sulfate forms finished goods through dilution, 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸IIIadsorption, desorption refined, loss of essence, a thin film evaporator, a centrifugal spray dry
9、ing off and other steps.Key words: Dihydrostreptomycin, Production facility, Process, Design辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸目 录摘 要 .IAbstract .II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
10、 .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 .15辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸3.3 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 .1
11、73.12 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 .274.9 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 .29辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
12、4.12 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 发酵罐与种子罐设备一览表
13、.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 .61辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸7.1 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辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸1第 1 章 绪 论1.1 链霉素简介硫酸双氢链霉素(dihydro-streptomycin sulfate, DH
14、S)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
15、。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C 21H39N5O12，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
16、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，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。大辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸2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
17、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、百日咳等。同时在生产链霉素存在时生物心肌的力增加 9。链毒素的缺点是容易产生耐
18、药性；长期使用对第八对脑神经有毒害 10。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、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 11。但是，随抗菌药物的广泛应用，也造成不小的负面影响。如：因滥用抗菌药使人和动物胃肠道正常菌群失调而引起各种疾病，病原微生物对抗菌药逐步适应而产生耐药性等，均给预防和治疗上述疾病带来诸多不便 12，同时还有抗菌药物残留问题，在水产品的养殖过程中，为降低养殖成本，防止病害发生，养殖者普遍不合理
19、的使用各种抗生素，导致抗生素在水产品体内的残留 13，食用有害物质超标的食物会对消费者的身体健康造成伤害等 14。不过，虽然链霉素在应用过程中存在一系列问题 15。但是这都掩盖不住链霉素在医药、卫生等诸多领域的作用，辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸3仍然具有广阔前景。1.2 国外生产和技术水平现状国外生产链霉素的有近二十个国家的约三十家制药公司。其中主要的公司有美国的默克(Merck) 公司，辉瑞(Pfizer) 公司，施贵宝(Squibb)公司，英国的格兰素(Glaxo)公司，比彻姆(Beecham)公司，德国的赫斯特(Hoechst)公司，法国的罗纳普朗克(Rhone Poulenc)
20、公司，丹麦的挪佛 (Novo)公司，日本的协和(Kyowa)发酵株式会社等。此外还有荷兰、印度、保加利亚、西班牙等国家的一些公司。由于链霉素的耳毒性较严重，世界各国的产量和使用量呈逐年下降趋势 16。如原苏联1976年链霉素的产量达1415 t，1987年降为600 t，1989年为800 t左右。美国施贵宝公司和匈牙利的诺因工厂先后于1977年和1980年停产。目前国外链霉素的主要生产企业是美国的辉瑞公司和法国的罗纳普朗克公司。目前全世界链霉素产量估计在2500 t至3000 t左右。1.3 国内生产和技术水平现状中国抗生素产量总体规模已达世界第一，在青霉素、链霉素、四环素、土霉素和庆大霉素
21、等原料药生产方面拥有绝对优势，并在数十个产品的研发、生产、定价、市场等方面打破了欧美国家的垄断地位，形成了一批规模化产业集团和完整产业链，抗生素品种研发实力不断提升，100余种抗生素品种实现了产业化 17。据统计，目前中国抗生素的产量合计14.7万吨，其中2.47万吨用于出口。全世界75%的青霉素工业盐产于中国，80%的头孢菌素类抗生素产于中国，90%的链霉素类抗生素产于中国 18。链霉素是我国较早投入生产的抗生素之一。生产企业曾有十几家，主要有杭州制药厂、扬州制药厂等。近十年来，我国链霉素的年产量一直维持在 1000 t 以上，其中，国内产量最大的是华北制药厂，年产量在 650 t 左右，其次是大连制药厂和山东济宁抗生素厂年产量均在 200 250 t 左右 19。然而因为链霉素的毒性严
