土霉素车间工艺设计.docx

1、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

2、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

3、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 (O

4、xytetracycline)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

5、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 = 315 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小时，辅助时间4小时发酵周

6、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3.02.53.03.53.0淀粉2.52.58.06.53.0氯化钠0.40.360.20.4碳酸钙0.60.41.10

7、.40.4磷酸二氢钾0.0050.003磷酸氢二钾0.0050.003植物油42.670.412、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/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.

8、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40.70结晶80.701.3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

9、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：80099% =792 t/a日产量：792/315=

10、 2.51 t/d效价：7921091000 =7.921014 单位/a土霉素的生产过程总收率为99%则发酵时的总效价：7.921014/99% =81014 单位/a发酵液的效价：35000单位/ml发酵液的体积：81014/35000 =2.291010 ml =2.29104 m33.2.1大罐的物料衡算：每天发酵液的体积： 2.29104/315=72.70 m3/d每天损失的体积：72.7015%/（1-15%）=12.83 m3/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0.09 m3/d大罐一个发酵周期内所需全料的量：32 m3

11、，则一天内所需全料：32/(194/24)=3.96 m3/d大罐一个发酵周期内所需稀料的量:17 m3 ，则一天内所需稀料料：17/(194/24)=2.10 m3/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(V20%+V20%+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：56.7020%=11.34 m3/d蒸汽带入水量：56.7020%=11.34m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：56.703%+3.963.5%+2.103%= 1.903m3/d 淀粉

12、：56.708%+3.966.5%+2.103%= 4.856m3/d 氯化钠：56.700.2%+2.100.4%= 0.1218m3/d 碳酸钙：56.701.1%+3.960.4%+2.100.4%=0.6471m3/d 植物油：56.700.4%+2.101%= 0.24 78m3/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11.3491.66发酵液72.70587.7蒸汽带入水量1

13、1.3491.66损失12.83103.7培养基56.70458.3全料量3.9632.01稀料量2.1016.98氨水0.090.73总量85.53691.4总量85.53691.4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1.90315.38淀粉4.85639.25氯化钠0.12180.9845碳酸钙0.64715.231植物油0.24782.003配水量48.92395.4总56.70458.33.2.2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：(V20%+V20%+V)(1-15%)= V二级种子液V二级种子液(1-

14、15%)= V二级种子液=11.34m3/dV二级种子液=11.34/0.85=13.34得培养基体积V为11.21 m3则加入的一级种子液：11.2120%=2.242 m3/d蒸汽带入水量：11.2120%=2.242 m3/d液体损失15%13.340.15=2.001m3/d接种损失15% 2.242/(1-15%)-2.242=0.3956 m3/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：11.212.5%=0.2802m3/d淀粉：11.212.5%=0.2802m3/d氯化钠：11.210.36%=0.

15、04036 m3/d碳酸钙：11.210.4%=0.04484 m3/d磷酸二氢钾：11.210.003%=0.0003363 m3/d磷酸二氢钾：11.210.003%=0.0003363 m3/d植物油：11.212.67%=0.2993 m3/d配料水： 11.21-0.2802-0.2802-0.04036-0.04484-0.0003363-0.0003363-0.2993=10.26 m3/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2.2424.484二级种子液

16、13.3426.68 带入水量2.2424.484损失2.3974.794培养基11.2122.42总量15.6931.38总量15.6931.38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0.28020.5604淀粉0.28020.5604氯化钠0.040360.08072碳酸钙0.044840.08968植物油0.29930.5986配水量10.2620.52磷酸二氢钾0.00033630.0006726磷酸氢二钾0.00033630.0006726总11.2122.423.2.3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

17、忽略不计，由体积衡算：(V20%+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2.586 m3/d则 蒸汽带入水量:2.58620%=0.5172m3/d液体损失15%2.6380.15=0.3956m3/d接种损失15% 2.58620%15%=0.07758 m3/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：2.5863%=0.07758 m3/d淀粉：2.5862.5%=0.06465 m3/d氯化钠：2.5860.4%=0.01034m3

18、/d碳酸钙：2.5860.6%=0.01552 m3/d磷酸二氢钾：2.5860.005%=0.0001293 m3/d磷酸氢二钾：2.5860.005%=0.0001293m3/d植物油：2.5864%=0.1034 m3/d配料水：2.586-0.07758-0.06465-0.01034-0.01552-0.0001293-0.0001293-0.1034=2.314 m3/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2.5864.086一级种子液2.6384.168

19、带入水量0.51720.8172损失0.46730.7383总量3.1034.903总量3.1034.903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0.077580.1226 淀粉0.064650.1021氯化钠0.010340.01634碳酸钙0.015520.02452植物油0.10340.1634配水量2.3143.656磷酸二氢钾0.00012930.0002043磷酸氢二钾0.00012930.0002043总2.5864.086蒸汽带入水量0.5172 m3/d培养基2.586 m3/d发酵罐3.103 m3/d斜面孢子一级

20、种子液2.638 m3/d液体损失15% 0.3956m3/d接种损失15% 0.07758 m3/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：72.70106350001.16/11000106=268.33 m3滤液：268.331031.02=273.70t 每天/ t 草酸：72.701032.3%10-3= 1.67黄血盐：72.701030.75%10-3= 0.545硫酸锌：72.701030.18%10-3= 0.13水：72.702.3= 167.21发酵液：

21、72.701031.58= 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1.6713.50滤液273.702212.41黄血盐0.5454.41菌丝10.7386.73硫酸锌0.131.05水167.211351.61发酵液114.87928.53总量284.432299.14总量284.432299.143.4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：72.701063500099.24%116%（1-86%）/1370106=29

22、9.33 m3氨水：273.7012%=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273.702212.41母液303.012449.33氨水32.84265.46湿晶体3.5328.54总量306.5422477.87总量306.542477.873.5 干燥工序物料衡算：干晶体重：800（1-1.5% ）=788 t/a湿晶含水量：W1=30%/(1-30%) =0.43干晶含水量：W2=1.5%/(1-1.5%)

23、=0.02应除去的水分：788（0.43-0.02）=323.08 t/a湿晶体的量：788+323.08 =1111.08 t/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1111.083.53干晶体的量7882.51除去的水分323.081.02总量1111.083.53总量1111.083.53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200 m3的发酵罐，装料系数为0.7,那么该罐生产土霉

24、素的能力为: 2000.7=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72.70 m3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=72.70/140194/24=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72.70 m3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=72.70194/(240.7)= 839.51(m3)查表公称容积为200 m3的发酵罐，总容积为230

25、m3。则5台发酵罐的总容积为：2305=1150 m3839.51 m3,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)2005000100001300126002232301700150230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11.34 m3的二级种子液。所以选用公称容积为50 m3的二级种子罐，装料系数为0.7,那么该罐生产的能

26、力为: 500.7=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=11.34/3548/24=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=11.3448/(240.7)= 32.40(m3)查表公称容积为50 m3的发酵罐，总容积为55.2m3。则1台二级种子罐的总容积为：55.2m332.4m3,可满足需要4.3一级种子罐:选型 :选择机械

27、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2.242 m3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: 50.7=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=2.242/3.538/24=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=2.24238/(240.7)= 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：6.272=12.54m35.07m3,可满足需要44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