生产管理年产630吨土霉素车间工艺设计DOC 30页.docx

1、生产管理年产生产管理年产 630 吨土霉素车间工艺设计吨土霉素车间工艺设计 DOC 30 页页 年产 630吨土霉素车间工艺设计(DOC 30 页)部门：xxx 时间：xxx 制作人：xxx 整理范文，仅供参考，勿作商业用途 课程设计 题目：年产 630吨土霉素工厂设计 设计内容 30 页 图纸 4 张 指导老师：王兴广 学生姓名：杨北冬 学 号：20100412310064 所在班级：生物工程 2班 年产 630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

2、 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。第 1章 绪论 第 1.1节 引言 第 1.2节 设计目标任务

3、 第 1.3节 本次设计的基本内容 第 4.4节 氨水储罐 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 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 7章结论 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）

4、-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

5、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 630吨（成品含量：99%）土霉素工厂设计 一、基础数据 设计年产量 M=630t/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=300d/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、

6、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

7、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

8、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(+、)/h 装料系数 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

9、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：63

10、0 99%=623.7t/a 日产量：792/300=2.079t/d 效价：623.7 109 1000=6.237 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：6.237 1014/99%=6.3 1014 单位/a 发酵液的效价：35000 单位/ml 发酵液的体积：6.3 1014/35000=1.80 1010 ml=1.80 104 m3 3.2.1大罐的物料衡算：每天发酵液的体积：1.80 104/300=60.00m3/d 每天损失的体积：60.00 15%/（1-15%）=10.59m3/d 加入氨水体积：培养 20-40 小时，每 4 小时补一次，

11、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，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(V 20%+V 20%+V+3.96+2.10+0.09)(1-15%)=v 发酵液=60m3/d 得培养基体积 V为 46.03m3/d 则加入的二级种子液体积：46.03 20%=9.21 m3/d 蒸汽带入水量：46.03 20%=9.21m3/

12、d 因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：46.03 3%+3.96 3.5%+2.10 3%=1.583m3/d 淀粉：46.03 8%+3.96 6.5%+2.10 3%=4.003m3/d 氯化钠：46.03 0.2%+2.10 0.4%=0.1005m3/d 碳酸钙：46.03 1.1%+3.96 0.4%+2.10 0.4%=0.5306m3/d 植物油：46.03 0.4%+2.10 1%=0.2051m3/d 配料水：46.031.582-4.003-0.1005-0.531-0.2051=39.61m3/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

13、 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 9.21 74.45 发酵液 60 485.0 蒸汽带入水量 9.21 74.45 损失 10.60 85.7 培养基 46.03 372.1 全料量 3.96 32.01 稀料量 2.10 16.98 氨水 0.09 0.73 总量 70.60 570.7 总量 70.60 570.7 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 1.583 12.80 淀粉 4.003 32.36 氯化钠 0.1005 0.8124 碳酸钙 0.5306 4.289 植物油 0.205

14、1 1.658 配水量 39.61 320.2 总 46.03 372.1 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=9.21m3/d V二级种子液=9.21/0.85=10.84 得培养基体积 V为 9.11 m3 则加入的一级种子液：9.11 20%=1.822m3/d 蒸汽带入水量：9.11 20%=1.822 m3/d 液体损失 15%10.84 0.15=1.626m3/d 接种损失 15%1.822/(1-15%)-1.822

15、=0.3215m3/d 总损失量=液体损失+接种损失 1.626+0.3215=1.9475m3/d 因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：9.11 2.5%=0.2278m3/d 淀粉：9.11 2.5%=0.2278m3/d 氯化钠：9.11 0.36%=0.03280m3/d 碳酸钙：9.11 0.4%=0.03644m3/d 磷酸二氢钾：9.11 0.003%=0.0002733m3/d 磷酸氢二钾：9.11 0.003%=0.0002733 m3/d 植物油：9.11 2.67%=0.2432 m3/d 配料水：9.11-0.2278-0.2278-0.03280-0.0364

16、4-0.0002733-0.0002733-0.2432=8.34m3/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 1.822 3.644 二级种子液 10.84 21.68 带入水量 1.822 3.644 损失 1.948 2.896 培养基 9.11 18.22 总量 12.75 25.50 总量 12.75 25.50 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 0.2278 0.4556 淀粉 0.2278 0.4

17、556 氯化钠 0.03280 0.06560 碳酸钙 0.03644 0.07288 植物油 0.2432 0.4864 配水量 8.34 16.68 磷酸二氢钾 0.0002733 0.0005466 磷酸氢二钾 0.0002733 0.0005466 总 9.11 18.22 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=1.822m3/d 得培养基体积 V为 2.101 m3/d 则 蒸汽带入水量:2.101 20%=0.42

18、02m3/d 液体损失 15%2.14 0.15=0.3215m3/d 接种损失 15%2.101 20%15%=0.06303m3/d 总损失量=液体损失+接种损失 0.3215+0.06303=0.3846m3/d 因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：2.101 3%=0.06303 m3/d 淀粉：2.101 2.5%=0.05253 m3/d 氯化钠：2.101 0.4%=0.008400m3/d 碳酸钙：2.101 0.6%=0.01261 m3/d 磷酸二氢钾：2.101 0.005%=0.0001051 m3/d 磷酸氢二钾：2.101 0.005%=0.0001051m

19、3/d 植物油：2.101 4%=0.0840m3/d 配料水：2.101-0.06303-0.05253-0.08400-0.01261-0.0001051-0.0001051-0.0840=1.880m3/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 2.101 3.327 一级种子液 2.144 3.395 带入水量 0.4202 0.677 损失 0.3846 0.6090 总量 2.521 4.004 总量 2.521 4.004 表 6 一级培养基

20、的组成（周期 38/24=1.58d）项目 体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉 0.06303 0.0998 淀粉 0.05253 0.0832 氯化钠 0.008400 0.0133 碳酸钙 0.01261 0.01997 植物油 0.0840 0.1330 配水量 1.880 32977 磷酸二氢钾 0.0001051 0.0001664 磷酸氢二钾 0.0001051 0.0001664 总 2.101 3.327 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：60.00 106 35000 1.16/110

21、00 106=221.45 m3 滤液：221.45 103 1.02=225.88t 每天/t 草酸：60.00 103 2.3%10-3=1.38 黄血盐：60.00 103 0.75%10-3=0.15 硫酸锌：60.00 103 0.18%10-3=0.108 水：60.00 2.3=138 发酵液：60.00 103 1.58=94.8 总：234.44 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 1.38 11.16 滤液 225.88 1825.86 黄血盐 0.15 1.21 菌

22、丝 8.56 69.19 硫酸锌 0.108 0.87 水 138 1115.5 发酵液 94.8 766.30 总量 234.44 1895.06 总量 234.44 1895.06 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：60.00 106 35000 99.24%116%（1-86%）/1370 106=247.04 m3 氨水：225.88 12%=27.11t 湿晶体：2.92t/d 母液：225.88+27.11-2.92=250.07t/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(

23、t/周期)项目 质量（t/d）质量(t/周期)滤液 225.88 1825.86 母液 250.07 2021.40 氨水 27.11 219.14 湿晶体 2.92 23.60 总量 252.99 2045.00 总量 252.99 2045.00 3.5 干燥工序物料衡算：干晶体重：630（1-1.5%）=620.55 t/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：620.55（0.43-0.02）=254.43 t/a 湿晶体的量：620.55+254.43=874.98t/a 表 3-1 干燥工序物料衡

24、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 874.98 2.92 干晶体的量 620.55 2.07 除去的水分 254.43 0.85 总量 874.98 2.92 总量 874.98 2.92 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,那么该罐生产土霉素的能力为:200 0.7=140(m3)由前面的物料衡算中，已知年产 630吨土霉素的工

25、厂,日产 60.00m3 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=60/140 194/24=3.46（罐）取整后需 4台 每日投（放）罐次为：60.00/140=0.43(罐)设备容积的计算：由前面的物料衡算中，已知年产 630吨土霉素的工厂,日产 60.00 m3 的土霉素，每天的发酵液的量：V0 =60.00(m3/d)所需设备总容积：V=60.00 194/(24 0.7)=692.86(m3)查表公称容积为 200 m3 的发酵罐，总容积为 230m3。则 5台发酵罐的总容积为：230 4=920m3692.86 m3,可满足需

26、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 630吨土霉素的工厂,日产 9.21 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,那么该罐生产的能力为:50 0.7=35(m3)发酵的操作时间

27、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=9.21/35 48/24=0.526（罐）取整后需 1台 每日投（放）罐次为：9.21/35=0.263(罐)设备容积的计算：由前面的物料衡算中，已知年产 630吨土霉素的工厂,日产 9.21m3 的二级种子液，每天的种子液的量：V0=9.21(m3/d)所需设备总容积：V=9.21 48/(24 0.7)=26.31(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：55.2m326.31m3,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

28、前面的物料衡算中，已知年产 630吨土霉素的工厂,日产 1.822 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: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=1.822/3.5 38/24=0.824（罐）取整后需 1台 每日投（放）罐次为：1.822/3.5=0.521(罐)设备容积的计算：由前面的物料衡算中，已知年产 630吨土霉素的工厂,日产 1.822m3 的二级种子液，每天的种子液的量：V0=1.822(m3/d)所需设备总容积：V=1.822 38/(24

29、0.7)=4.12(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 1=6.27m35.07m3,可满足需要 44通氨罐:每罐三级发酵需要 0.09m3 的液氨，且有 4 个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，0.09*4/0.7=0.51m3，故选取公称容积为 1m3 的罐一个。4.5全料罐:每罐三级发酵需要 32m3 的全料，且有 4个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，32*4/0.7=182.86m3 故选用公称容积为 50m3 的储罐，故选取 4个全料罐。4.6稀料罐:每个三级发酵罐需要 17m3 的稀料，且有 4 个发

30、酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7，17*4/0.7=97.14 m3，故选取公称容积为 50 m3 的储罐 2个。4.7储酸罐 每天产生发酵液共 60.00m3/d，酸化工程中加入草酸 1.38t/d，二水合草酸密度为1.653kg/L，则可推算出体积为 0.835m3，考虑装料系数为 0.7，实际体积为 1.19m3，则选择公称容积为 2.5m3 的储液罐即可满足生产要求。酸化稀释共需 4小时，属间歇操作，因此一个罐可以满足 6大罐的需要，即每天工作 4小时 4.8酸化罐:酸化罐中包含原料发酵液和加入的酸液，总体为 60.00m3，考虑到装料系数为0.7，则实际需要的罐体积为 85.71

31、m3，因此，选用 2个公称容积为 50m3 的酸化罐即可满足生产要求。4.9稀释罐:在稀释的过程中加入两倍体积的水，使得酸化液的体积变为 180m3，考虑装料系数为 0.7，则实际需要的罐体积为 257.14m3，因此，选取公称容积为 75m3 的罐 5个，可满足每天生产一批的要求。4.10板框过滤机;处理液密度=27.11t/180m3=0.151t/m3，处理时间取 30min，板框压滤机处理能力：，M=360*0.150=54.36t 因此选用如下设备，因考虑到两级脱色，故选 2 台：型号 过滤面积/m2 滤板数量/pcs 滤框面积/m2 最大工作压力/MPa 处理能力/t 质量/t L

32、arox-PF 96 96 16 96 1.6 70 73 4.11脱色罐:脱色保留时间 30-50 分钟，取 40min，液通过树脂罐的线速度控制在 0.001-0.002m/s，取 0.0015m/s，则物料在罐内停留的距离即 0.0015*40*60=3.6m，考虑装料系数 0.7，则 3.6/0.7=5.14m，因此选取罐体高度超过 5.14m 的罐即可。因此，选取公称容积 50m3 的储液罐,其罐内部圆筒高度为 6m。液氨储罐 加入的液氨体积为 35.04 m3，考虑装料系数为 0.7，实际需要体积为 50.06m3，则选用公称容积为 50m3 的储液罐即可满足要求，结晶时间为 8小

33、时，属间歇操作，则每天只一次，因此只需 1 个罐。4.12结晶罐:采用三级连续结晶，设三级罐的总体积为 V V/(V处理量/24)8 V处理量 291.97 m3，则 V97.32 m3 为了晶核的形成和形成晶体的饱满，三级罐应依次由小到大 则分别选择 公称容积为 5m3 10m3 100m3 的三个罐串联即可满足要求。4.13干燥器:每天生产湿晶体重量 2.92t，干晶体重量 2.07t，则须除去水分 0.85t，每小时处理量为 0.85/24=35.4kg，因此选用蒸发水分为 50kg/h 的脉冲旋风式气流干燥器，具体参数见下表 型号 蒸发水分/(kg/h)装机功率/kw 占地面积/m2 高度/m XQG50 50 7 17 8 4.14车间设备一览表 设备名称 所属车间 数量 型号 一级种子罐 1 1 发酵车间 7 公称容积 5m3 1500 二级种子罐 发酵车间 5 公称容积 50