土霉素车间工艺设计.docx
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土霉素车间工艺设计
课程设计
题目：
年产800吨土霉素工厂设计
设计内容30页
图纸4张
指导老师：
周延
学生姓名：
李周阳
学号：
200882077
所在班级：
生实0801
年产800吨土霉素车间工艺设计
摘要：
土霉素是一种四环类广谱抗生素，有一定副作用。
目前，中国已成为世界上最大的土霉素生产国，占70%。
目前我国畜用土霉素需求量很大。
本次设计为生产规模800吨/年的土霉素车间。
土霉素是微生物发酵产物，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,然后用122#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。
本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。
设计中借鉴了实际发酵车间的布置，设计为3层车间，共安装5个发酵罐，1个酸化罐，2个二级种子罐，1个一级种子罐，1个通氨罐，2个补料罐，1个板框过滤器，1个结晶罐，脱色罐，喷雾式干燥器等等相关设备。
目录
第1章绪论
第1.1节引言
第1.2节设计目标任务
第1.3节本次设计的基本内容
第2章工艺流程设计
第2.1节土霉素生产工艺流程简介
第2.2节土霉素生产总工艺流程图
第3章物料衡算
第3.1节土霉素总物料衡算
第3.2节土霉素发酵工序物料衡算
第3.3节土霉素酸化稀释过滤工序物料衡算
第3.4节土霉素脱色结晶工序物料衡算
第3.5节土霉素干燥工序物料衡算
第4章设备选型
第4.1节发酵罐
第4.2节二级种子罐
第4.3节一级种子罐
第4.4节氨水储罐
第4.5节全料罐
第4.6节稀料罐
第4.7节储酸罐
第4.8节酸化罐
第4.9节稀释罐
第4.10节板框过滤机
第4.11节脱色罐
第4.12节结晶罐
第4.13节干燥器
第5章管道设计
5.1发酵罐（三级罐）的接管设计
5.2酸化设备的流体输送
5.3稀释设备的流体输送
5.4板框过滤设备的输送
5.5脱色工段的流体输送
5.6结晶过程的流体输送
5.7管道汇总表
第6章车间布置：
第7章结论
参考文献
第一章绪论
1.1引言：
土霉素Terramycin（Oxytetracycline）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。
分子式如图一所示，化学名：
6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。
土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。
许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。
其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等亦较敏感。
临床上用于治疗上呼吸道感染﹑胃肠道感染﹑斑疹伤寒﹑恙虫病等。
常见副作用有：
肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反应，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙），B族维生素缺乏等。
由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药
1.2设计目标任务
请设计年产800吨（成品含量：
99%）土霉素工厂设计
一、基础数据
设计年产量M=800t/a
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=315d/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：
32m3
大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：
17m3
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
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
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
1
2、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
1.02kg/L
酸化加黄血盐量
0.25%g/ml
20%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/s
3.土霉素提取操作工艺参数一览表
名称
反应时间（τ+τ、）/h
装料系数φ
酸化稀释
4
0.70
结晶
8
0.70
1.3本设计基本内容
1.3.1工艺流程设计
根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。
简述工艺流程。
1.3.2工艺计算
物料衡算：
每个工序画工艺流程简图，列出所有工艺参数，计算，列出衡算表，发酵和提取列出物料衡算总表。
热量衡算：
不要求
设备选型：
大、中、小罐、通氨、补料罐的尺寸及数量；大罐的罐壁、封头、搅拌装置及轴功率。
提取工段各工序主要设备尺寸及数量。
管道设计：
大罐主要接管设计，提取各种设备的主要连接管道。
1.3.3完成初步设计阶段图纸：
设备流程图、车间平面布置图。
第二章工艺流程设计
2.1土霉素生产工艺流程简介
土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素生产工艺主要含发酵和提取两大步。
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,然后用122#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。
本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。
2.2土霉素生产总工艺流程图
土霉素生产总工艺流程图
第三章物料衡算
3.1总物料衡算
纯品土霉素的量：
800×99%=792t/a
日产量：
792/315=2.51t/d
效价：
792×109×1000=7.92×1014单位/a
土霉素的生产过程总收率为99%
则发酵时的总效价：
7.92×1014/99%=8×1014单位/a
发酵液的效价：
35000单位/ml
发酵液的体积：
8×1014/35000=2.29×1010ml=2.29×104m3
3.2.1大罐的物料衡算：
每天发酵液的体积：
2.29×104/315=72.70m3/d
每天损失的体积：
72.70×15%/（1-15%）=12.83m3/d
加入氨水体积：
培养20-40小时，每4小时补一次，每天共6次，每次15L，共计90L，既0.09m3/d
大罐一个发酵周期内所需全料的量：
32m3，则一天内所需全料：
32/（194/24）=3.96m3/d
大罐一个发酵周期内所需稀料的量:
17m3，则一天内所需稀料料：
17/（194/24）=2.10m3/d
设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%计
由体积衡算
（V×20%+V×20%+V+3.96+2.10+0.09）×（1-15%）=v发酵液=72.70m3/d
得培养基体积V为56.70m3/d
则加入的二级种子液体积：
56.70×20%=11.34m3/d
蒸汽带入水量：
56.70×20%=11.34m3/d
因此，每天所需培养基组成的量如下：
黄豆饼粉：
56.70×3%+3.96×3.5%+2.10×3%=1.903m3/d
淀粉：
56.70×8%+3.96×6.5%+2.10×3%=4.856m3/d
氯化钠：
56.70×0.2%+2.10×0.4%=0.1218m3/d
碳酸钙：
56.70×1.1%+3.96×0.4%+2.10×0.4%=0.6471m3/d
植物油：
56.70×0.4%+2.10×1%=0.2478m3/d
配料水：
56.70-1.903-4.856-0.1218-0.6471-0.2478=48.92m3/d
表1三级发酵物料衡算表
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
二级种子液
11.34
91.66
发酵液
72.70
587.7
蒸汽带入水量
11.34
91.66
损失
12.83
103.7
培养基
56.70
458.3
全料量
3.96
32.01
稀料量
2.10
16.98
氨水
0.09
0.73
总量
85.53
691.4
总量
85.53
691.4
表2三级发酵培养基的组成
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
黄豆饼粉
1.903
15.38
淀粉
4.856
39.25
氯化钠
0.1218
0.9845
碳酸钙
0.6471
5.231
植物油
0.2478
2.003
配水量
48.92
395.4
总
56.70
458.3
3.2.2中罐的物料衡算：
设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%计，
由体积衡算：
（V×20%+V×20%+V）×（1-15%）=V‘二级种子液
V‘二级种子液×（1-15%）=V二级种子液=11.34m3/d
V‘二级种子液=11.34/0.85=13.34
得培养基体积V为11.21m3
则加入的一级种子液：
11.21×20%=2.242m3/d
蒸汽带入水量：
11.21×20%=2.242m3/d
液体损失15%
13.34×0.15=2.001m3/d
接种损失15%
2.242/（1-15%）-2.242=0.3956m3/d
总损失量=液体损失+接种损失
2.001+0.3956=2.397m3/d
因此，每天所需培养基组成的量如下：
黄豆饼粉：
11.21×2.5%=0.2802m3/d
淀粉：
11.21×2.5%=0.2802m3/d
氯化钠：
11.21×0.36%=0.04036m3/d
碳酸钙：
11.21×0.4%=0.04484m3/d
磷酸二氢钾：
11.21×0.003%=0.0003363m3/d
磷酸二氢钾：
11.21×0.003%=0.0003363m3/d
植物油：
11.21×2.67%=0.2993m3/d
配料水：
11.21-0.2802-0.2802-0.04036-0.04484-0.0003363-0.0003363-0.2993=10.26m3/d
表3二级发酵物料衡算表（周期为48h即2d）
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
一级种子液
2.242
4.484
二级种子液
13.34
26.68
带入水量
2.242
4.484
损失
2.397
4.794
培养基
11.21
22.42
总量
15.69
31.38
总量
15.69
31.38
表4二级发酵培养基的组成
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
黄豆饼粉
0.2802
0.5604
淀粉
0.2802
0.5604
氯化钠
0.04036
0.08072
碳酸钙
0.04484
0.08968
植物油
0.2993
0.5986
配水量
10.26
20.52
磷酸二氢钾
0.0003363
0.0006726
磷酸氢二钾
0.0003363
0.0006726
总
11.21
22.42
3.2.3小罐的物料衡算：
设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%，斜面孢子体积忽略不计，由体积衡算：
（V×20%+V）×（1-15%）=V’一级种子液
V’一级种子液×（1-15%）=V一级种子液=2.242m3/d
得培养基体积V为2.586m3/d
则蒸汽带入水量:
2.586×20%=0.5172m3/d
液体损失15%
2.638×0.15=0.3956m3/d
接种损失15%
2.586×20%×15%=0.07758m3/d
总损失量=液体损失+接种损失
0.3956+0.07758=0.4673m3/d
因此，每天所需培养基组成的量如下：
黄豆饼粉：
2.586×3%=0.07758m3/d
淀粉：
2.586×2.5%=0.06465m3/d
氯化钠：
2.586×0.4%=0.01034m3/d
碳酸钙：
2.586×0.6%=0.01552m3/d
磷酸二氢钾：
2.586×0.005%=0.0001293m3/d
磷酸氢二钾：
2.586×0.005%=0.0001293m3/d
植物油：
2.586×4%=0.1034m3/d
配料水：
2.586-0.07758-0.06465-0.01034-0.01552-0.0001293-0.0001293-0.1034=2.314m3/d
表5一级发酵物料衡算表（周期38/24=1.58d）
进入发酵罐的量
离开发酵罐的量
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
培养基
2.586
4.086
一级种子液
2.638
4.168
带入水量
0.5172
0.8172
损失
0.4673
0.7383
总量
3.103
4.903
总量
3.103
4.903
表6一级培养基的组成（周期38/24=1.58d）
项目
体积（m3/d）
体积（m3/周期）
黄豆饼粉
0.07758
0.1226
淀粉
0.06465
0.1021
氯化钠
0.01034
0.01634
碳酸钙
0.01552
0.02452
植物油
0.1034
0.1634
配水量
2.314
3.656
磷酸二氢钾
0.0001293
0.0002043
磷酸氢二钾
0.0001293
0.0002043
总
2.586
4.086
蒸汽带入水量
0.5172m3/d
培养基
2.586m3/d
发酵罐
3.103m3/d
斜面孢子
一级种子液
2.638m3/d
液体损失15%0.3956m3/d
接种损失15%0.07758m3/d
总损失=0.39+0.07=0.4673
3.3酸化稀释过滤工序物料衡算：
发酵液效价：
35000u/ml滤液效价：
11000u/ml
由效价守恒得滤液的体积：
72.70×106×35000×1.16/11000×106=268.33m3
滤液：
268.33×103×1.02=273.70t
每天/t
草酸：
72.70×103×2.3%×10-3=1.67
黄血盐：
72.70×103×0.75%×10-3=0.545
硫酸锌：
72.70×103×0.18%×10-3=0.13
水：
72.70×2.3=167.21
发酵液：
72.70×103×1.58=114.87
总：
284.43
表3-3酸化稀释过滤工艺物料衡算表
酸化过滤前
酸化过滤后
项目
质量（t/d）
质量（t/周期）
项目
质量（t/d）
质量（t/周期））
草酸
1.67
13.50
滤液
273.70
2212.41
黄血盐
0.545
4.41
菌丝
10.73
86.73
硫酸锌
0.13
1.05
水
167.21
1351.61
发酵液
114.87
928.53
总量
284.43
2299.14
总量
284.43
2299.14
3.4脱色结晶工序物料衡算：
母液效价：
1370u/ml氨水加量：
12%
由效价守恒得母液体积：
72.70×106×35000×99.24%×116%×（1-86%）/1370×106=299.33m3
氨水：
273.70×12%=32.84t
湿晶体：
3.53t/d
母液：
273.70+32.84-3.53=303.01t/d
表3-2脱色提取工序物料衡算表
脱色提取前
脱后色提取
项目
质量（t/d）
质量（t/周期）
项目
质量（t/d）
质量（t/周期）
滤液
273.70
2212.41
母液
303.01
2449.33
氨水
32.84
265.46
湿晶体
3.53
28.54
总量
306.54
22477.87
总量
306.54
2477.87
3.5干燥工序物料衡算：
干晶体重：
800×（1-1.5%）=788t/a
湿晶含水量：
W1=30%/（1-30%）=0.43
干晶含水量：
W2=1.5%/（1-1.5%）=0.02
应除去的水分：
788×（0.43-0.02）=323.08t/a
湿晶体的量：
788+323.08=1111.08t/a
表3-1干燥工序物料衡算表
干燥前
干燥后
项目
质量t/a
质量t/d
项目
质量t/a
质量t/d
湿晶体的量
1111.08
3.53
干晶体的量
788
2.51
除去的水分
323.08
1.02
总量
1111.08
3.53
总量
1111.08
3.53
第四章设备选型
4.1三级发酵罐
发酵罐的选型
选用机械涡轮搅拌通风发酵罐。
生产能力、数量和容积的确定
发酵罐容积的确定：
选用200m3罐，全容积为230m3
生产能力的计算：
选用公称容积为200m3的发酵罐，装料系数为0.7,那么该罐生产土霉素的能力为:
200×0.7=140（m3）
由前面的物料衡算中，已知年产800吨土霉素的工厂,日产72.70m3的土霉素。
发酵的操作时间需要194h（其中发酵时间184h）,这样生产需要的发酵罐应为：
N=72.70/140×194/24=4.20（罐）取整后需5台
每日投（放）罐次为：
72.70/140=0.52（罐）
设备容积的计算：
由前面的物料衡算中，已知年产800吨土霉素的工厂,日产72.70m3的土霉素，每天的发酵液的量：
V0=72.70（m3/d）
所需设备总容积：
V=72.70×194/（24×0.7）=839.51（m3）
查表公称容积为200m3的发酵罐，总容积为230m3。
则5台发酵罐的总容积为：
230×5=1150m3>839.51m3,可满足需要
主要尺寸
公称容积VN（m3）
罐内径D（mm）
圆筒高H0（mm）
封头高h0（mm）
罐体总高H（mm）
不计上封头容积（m3）
全容积（m3）
搅拌器直径D（mm）
搅拌转速n（r/min）
电动机功率N（kW）
200
5000
10000
1300
12600
223
230
1700
150
230
搅拌轴功率（见上表）
4.2二级种子罐
选型:
选择机械搅拌通风发酵罐
容积和数量的确定
由前面的物料衡算中，已知年产800吨土霉素的工厂,日产11.34m3
的二级种子液。
所以选用公称容积为50m3的二级种子罐，装料系数为0.7,那么该罐生产的能力为:
50×0.7=35（m3）
发酵的操作时间需要48（其中发酵时间44h）,这样生产需要的二级种子罐应为：
N=11.34/35×48/24=0.648（罐）
取整后需1台
每日投（放）罐次为：
11.34/35=0.324（罐）
设备容积的计算：
由前面的物料衡算中，已知年产800吨土霉素的工厂,日产11.34m3的二级种子液，每天的种子液的量：
V0=11.34（m3/d）
所需设备总容积：
V=11.34×48/（24×0.7）=32.40（m3）
查表公称容积为50m3的发酵罐，总容积为55.2m3。
则1台二级种子罐的总容积为：
55.2m3>32.4m3,可满足需要
4.3一级种子罐:
选型:
选择机械搅拌通风发酵罐
容积和数量的确定
由前面的物料衡算中，已知年产800吨土霉素的工厂,日产2.242m3
的一级种子液。
所以选用公称容积为5m3的二一级种子罐，装料系数为0.7,那么该罐生产的能力为:
5×0.7=3.5（m3）
发酵的操作时间需要38（其中发酵时间35h）,这样生产需要的二级种子罐应为：
N=2.242/3.5×38/24=1.014（罐）
取整后需2台
每日投（放）罐次为：
2.242/3.5=0.640（罐）
设备容积的计算：
由前面的物料衡算中，已知年产800吨土霉素的工厂,日产2.242m3的二级种子液，每天的种子液的量：
V0=2.242（m3/d）
所需设备总容积：
V=2.242×38/（24×0.7）=5.07（m3）
查表公称容积为5m3的发酵罐，总容积为6.27m3。
则2台二级种子罐的总容积为：
6.27×2=12.54m3>5.07m3,可满足需要
4．4通氨罐:
每罐三级发酵需要0.09m3的液氨，且有5个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7
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