产吨土霉素车间工艺设计方案_6229.docx

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1、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08011/31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2/31第 3.2 节土霉素发酵工序物料衡算

3、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3/315.4 板框过滤设备的输送5.5 脱色工段的

4、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。H3CHOHN(CH 3)2OHCONH 2OHOOHO图一 土霉素分子式土霉素属四环素类抗生素，

5、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。4/31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

6、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/a1、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%32m3大罐一个发酵周期内所需全料的量为：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

7、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：小罐中罐大罐全稀料料组成配比配比 <%）配比 <%）配比配比<%）<%）<%）黄豆饼粉3.02.53.03.53.0淀粉2.52.58.06.53.05/31氯化钠0.40.360.20.4碳酸钙0.60.41.10.40.4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

8、/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0.001-0.002m /s3.土霉素提取操作工艺参数一览表名称反应时间( +装料系数 、>/h酸化稀释40.70结晶80.701.3 本设计基本内容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

9、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。6/31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。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p

10、H 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孢子培养种子培养砂土孢子斜面孢子36.5 4-5 天30 38h 0.65v/v/m一级种子培养液种子扩大培养二级种子培养液发酵30 48h 1.0v/v/m30 194h 1：2.0v/v/m补加液氨发酵液酸化稀释板框过滤酸化液2.3%g/ml 草酸调 pH1.75-1.85200%v/v稀释液ZnSO4 0

11、.18%黄血盐 0.23%7/31树脂脱色结晶分离洗涤滤液脱色液结晶液12% 氨水122-2 树脂用滤后水淋洗再甩干第三章 物料衡算3.1 总物料衡算纯品土霉素的量： 800×99% =792 t/a日产量： 792/315= 2.51 t/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 × 1

12、010 ml =2.29 × 104 m3大罐的物料衡算：每天发酵液的体积：2.29×104/315=72.70 m3/d每天损失的体积：372.70× 15%/<1-15% ）=12.83 m /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 ，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

13、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：8/3156.70× 3%+3.96 ×3.5%+2.10×3%= 1.903m 3/d淀粉：56.70× 8%+3.96 &

14、#215;6.5%+2.10×3%= 4.856m 3/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%= 0.24 78m3/d配料水：356.70-1.903-4.856-0.1218-0.6471-0.2478=48.92m/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工程体积 体 积 <m3/ 周工程体积 体 积 <

15、;m3/ 周<m3/d>期 ><m3/d>期>二级种子液11.3491.66发 酵72.70587.7液蒸汽带入水11.3491.66损失12.83103.7量培养基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工程体积 <m3/d>体积 <m3/周期）黄豆饼粉1.90315.389/31淀粉4.856氯化钠0.1218碳酸钙0.6471植物油0.2478配水量48.92总56.70全料量蒸汽带入水量33.96 m /d11

16、.34 m3/d培养基56.70m3/d发酵罐二级种子液85.53 m3/d311.34 m /d液体损失率为15%12.83 m3 /d黄 豆 饼 粉1.903 m3淀粉 4. 856m 3 /d氯 化钠0.12 18m3碳酸钙0.6471m3植物油 0.2478 m3/d配料水 48.92 m3 /d39.250.98455.2312.003395.4458.3稀料量32.10 m /d液氨0.09 m 3/d发酵液72.70 m 3/d培养基中罐的物料衡算：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>&

17、#215; (1-15%>= V二级种子液3V 二级种子液 ×(1-15%>= V 二级种子液 =11.34m /dV 二级种子液 =11.34/0.85=13.3410/31得培养基体积 V 为 11.21 m3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32.001+0.3956=2.397m/d因

18、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%=0.04036 m3/d碳酸钙：11.21 ×0.4%=0.04484 m3/d磷酸二氢钾：311.21 ×0.003%=0.0003363 m /d磷酸二氢钾：11.21 ×0.003%=0.0003363 m3/d植物油：11.21 ×2.67%=0.2993 m3/d配料水：311.21-0.2802-0.2802-0.04036-0.04484-

19、0.0003363-0.0003363-0.2993=10.26 m/d11/31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工程体积 体 积 <m3/ 周工程体积 体 积 <m3/ 周<m3/d>期><m3 /d>期>一级种子2.2424.484二级种子13.3426.68液液带入水量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工程体积 <m3/d>体积 <m3/周期）黄豆饼粉0.

20、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11.2122.42培养基蒸汽带入水量11.21 m3/d2.242 m3/d一级种子液发酵罐二级种子液15.69 m3/d332.242 m /d13.34 m /d12/313液体损失15% 2.001m /d3接种损失15% 0.3956 m /d黄豆饼粉0.2802 m3氯化钠 0.04036 m3碳酸钙 0.04484 m

21、3植物油 0.2993 m 3/d配料水 10.26m3 /d磷酸二氢钾0.0003363m 3 /d磷酸氢二钾0.0003363m 3 /d培养基小罐的物料衡算：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=0.3956

22、m3/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30.3956+0.07758=0.4673m/d因此，每天所需培养基组成的量如下：13/31黄豆饼粉：2.586 ×3%=0.07758 m3/d淀粉：2.586 ×2.5%=0.06465 m3/d氯化钠：2.586 ×0.4%=0.01034m3/d碳酸钙：2.586 ×0.6%=0.01552 m3/d磷酸二氢钾：2.586 ×0.005%=0.0001293 m3/d磷酸氢二钾：2.586 ×0.

23、005%=0.0001293m3/d植物油：2.586 ×4%=0.1034 m 3/d配料水：32.586-0.07758-0.06465-0.01034-0.01552-0.0001293-0.0001293-0.1034=2.314 m/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工程体积 体 积 <m3/ 周工程体积 体 积 <m3/ 周<m3 /d>期><m3/d>期>培养基2.5864.086一级种子2.6384.168液带入水量0.51720.8172损失0.46730.

24、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）工程体积 <m3/d>体积 <m3/周期）黄豆饼粉0.077580.122614/31淀粉氯化钠碳酸钙植物油配水量磷酸二氢钾磷酸氢二钾总斜面孢子黄 豆 饼 粉0.077583淀 粉0.06465m3氯化钠 0.01034 m3 /d碳酸钙0.01552 m3植物油 0.1034 m3/d配料水 2.314m3 /d0.064650.10210.010340.016340.015520.024520.10340.16342.3143.6560.00012930

25、.00020430.00012930.00020432.5864.086培养基蒸汽带入水量2.586 m3/d0.5172 m3/d发酵罐3一级种子液3.103 m /d2.638 m3 /d3液体损失15% 0.3956m /d3接种损失15% 0.07758 m /d总损失 =0.39+0.07=0.4673培养基磷酸二氢钾0.0001293m 3 /d磷酸氢二钾0.0001293m 3 /d15/313.3 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×

26、;1.16/11000 ×106 =268.33 m3滤液： 268.33 × 103×1.02=273.70t草酸： 72.70 ×103× 2.3%× 10-3 =每天 / t1.67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

27、酸化稀释过滤工艺物料衡算表酸化过滤前酸化过滤后工程质量质量 (t/ 周期 >工程质量质 量 (t/周<t/d）<t/d）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284.432299.14草 酸 1.67 t/d黄血盐 0.545 t/d硫酸锌 0.13 t/d水 167.21t/d酸化稀释过滤菌丝 10.73t/d滤液 273.70 t发酵液114.87t/d3.4 脱色结晶工序物料衡算：母液

28、效价： 1370u/ml氨水加量： 12%16/31由效价守恒得母液体积：72.70 ×106×35000×99.24%× 116%× <1-86%）/1370 ×106=299.33 m3 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工程质量质量 (t/周期 >工程质量质量 (t/周期 ><t/d）<t/d）滤液273.702212.41母液303.01

29、2449.33氨水32.84265.46湿晶体3.5328.54总量306.5422477.87总量306.542477.87滤液273.70t/d氨水32.84t/d脱色提取母液303.01t/d湿晶体3.53t/d3.5 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%> =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

30、 干燥工序物料衡算表干燥前干燥后工程质量 t/a质量 t/d工程质量 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1111.083.5317/31干晶体湿晶体干2.51t/d3.53t/d燥水分1.02t/d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 (m

31、 3>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 m 3 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 72.70 m 3 的土霉素，每天的发酵液的量：V0=72.70 (m 3/d>18/31所需设备总容积：V=72.70×194/(24 ×

32、0.7>= 839.51(m 3>查表公称容积为3的发酵罐，总容积为3200 m230m。则 5 台发酵罐的总容积为：230× 5=1150 m3>839.51 m3, 可满足需要主要尺寸公称容罐内 径圆 筒 高封 头罐 体 总不计全容搅 拌搅 拌电 动 机积D(mmH0(mm>高高上封积器 直转 速功率VN(m3）h (mH(mm>头容3径n(r/miN(kW>(m >0>m>积D(mmn>(m3>>2005000100001300126002232301700150230搅拌轴功率 <见上表）4.2 二

33、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3由前面的物料衡算中，已知年产800 吨土霉素的工厂 ,日产 11.34m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：19/31由前面的物料衡算中，已知年产800 吨土霉素的工厂 ,日产 11.3

34、4m3 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：55.2m3>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 2.242 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 :5×0.7= 3.5(m3&

35、gt;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：20/316.27 ×2=12.54m3>5.07m3,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 ，0.09*5/0.7=0.64m3 ，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 5 个发酵罐均连续操作，考虑装料系数为0.7 ， 32*5/0.7=228.57 m3故选用公称容积为