年产吨硫酸庆大霉素发酵车间设计13905.pdf

年产吨硫酸庆大霉素发酵车间设计 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】目录 年产 120 吨硫酸庆大霉素发酵车间设计 摘 要 本次设计任务为年产120吨庆大霉素发酵车间。本设计采用三级发酵。共有十一台发酵罐（其中一台备用储罐），五台二级种子罐（其中一台备用储罐），五台一级种子罐（其中一台备用储罐），一台补料罐，两台大配料罐，一台小配料罐。采用的生产工艺如下：生产菌种为小单胞菌，经小、中罐种子扩大培养后接到发酵罐中。工艺过程为小中大罐三级发酵，小、中罐一次投入。大 罐考虑底物抑制及产物营养要求，采用中间补料，包括全料、稀料、氨水、氢氧化钠、消沫油。发酵罐主要设计参数为：公称直径4400mm，罐高9200mm，筒体壁厚16mm；二级种子罐的主要设计参数：公称直径 2500mm，罐高5500mm，筒体壁厚10mm；一级种子罐的主要参数：公称直径 1200mm，罐高2800mm，筒体壁厚8mm。设计说明书完成后根据说明书绘制了工艺流程图、车间平面布置图及厂房布局图。车间平面结合实际情况，发酵区高18米、长63米、宽27米，9米的操作界面；非发酵区高6米、长63米、宽27米。厂区分为生产区、生产前置区、生产左侧区和生产右侧区共三个区域，共20个主要建筑物。此外简要阐述了设备安装、电气、仪表控制、消防、节能、维修等。关键词：硫酸庆大霉素；发酵工艺；发酵罐；车间平面；布置厂房布局 workshop with annual output of 120 million capsules Abstracts The design task is to produce an annual output of 120 tons of gentamicin fermentation workshop design.The design adopts three stage fermentation.A total of eleven sets of fermentation tank(one of the backup storage tank,five)two grade seed pots(one of the backup tank),five sets of a seed tank(including a spare tank),a feeding tank,two large ingredients cans,a small mixing tank.The production process is as follows:the production strain Micromonospora,with small and medium tank seed expansion culture after receiving the fermentation tank.The process is three-stage fermentation of small-medium-large tank,and small and medium tank are put into operation at one time.The big tank considering substrate inhibition and product nutrition requirements,using intermediate feeding,including material,diluent,ammonia,sodium hydroxide,defoaming oil.The main design parameters of fermentation tank:nominal diameter 4400mm,high 9200mm tank,the cylinder wall thickness of 16mm;the main design parameters of two stage seed tank:nominal diameter 2500mm,high 5500mm tank,the cylinder wall thickness of 10mm;the main parameters of a seed tank:nominal diameter 1200mm tank high 2800mm,the cylinder wall thickness 8mm.After the design instruction has been completed,the process flow chart,the workshop layout plan and the workshop layout have been drawn up according to the instruction manual.Workshop plane combined with the actual situation,the fermentation area is 18 meters high,63 meters long,27 meters wide,9 meters of operation interface;non fermentation area is 6 meters high,63 meters long and 27 meters wide.The factory is divided into production area,production front area,production left area and production right zone,four areas,20 main buildings.In addition,the equipment installation,electrical,instrument control,fire control,energy saving and maintenance are briefly described.Key words：Keywords gentamycin sulfate;fermentation process;fermenter;workshop plane;layout of workshop;layout.第一章 总论 设计背景 设计背景 随着社会的进步和发展、人民的生活水平也逐渐提高，医疗方式也在发生改变。目前我国抗生素的使用率非常高，对于感染，包括病毒感染，细菌的感染，寄生虫的感染，支原体、衣原体等微生物感染都需要使用抗生素。我们平常的很多疾病也确实属于感染性疾病，如普通的，上呼吸道的感染，泌尿道的感染，皮肤的感染，但他们引起的感染原是不同的，上呼吸道 80-90是病毒感染，而泌尿道的是细菌感染。如果是病毒感染我们要用抗病毒的抗生素，如果是细菌感染就要用抗细菌的抗生素。在医院里抗生素的使用占总量的 30-50。除了医院，老百姓的家里都会有抗生素存在，药店里的很大一部分也是抗生素。在我国抗生素的使用是非常广泛的。因此，抗生素药物的研究、开发及生产，是我们制药行业人员义不容辞的义务。庆大霉素由美国先灵公司 Weinstain 于 1963 年发现，并定名为艮他霉素，两年后开始在临床上使用，我国于 1966 年由王岳筛选出来，1969 年鉴定投产并命名为庆大霉素，而硫酸庆大霉素是在八二年的元旦才在开始在美国上市。历经几十年后硫酸庆大霉素在美国有两千多万美元的市场销售市场，全世界的销售市场更是达到了五亿美元以上。我国的从 1969 年开发庆大霉素成功开始，至今已有四十多个获得 SFDA（国家食品药物管理局批准了的硫酸庆大霉素制造商。并且有十几个药厂在正常生产，年产量达到 850 多吨，用于出口的有 400 多吨。在 05 年的上半年的时候我国庆大霉素硫酸盐出口了二百多吨，出口平均价才美元/公斤，总出口额在一千五万美元左右。2006 年的出口价格更是达到了 80 美元/桶以上，出口量也有所增长。中国迄今为止大规模生产硫酸庆大霉素是福抗药业、南洋普康集团、上海新先锋药业和烟台只楚药业等几家厂商。但是第一批研发和生产却是四川抗菌素研究所、开封制药和福州抗生素研究所以及上海四药，值得一提的是华北制药集团拥有3200 吨的发酵潜力。目前硫酸庆大霉素的市场虽然受到淀粉、玉米、酶等原料和配料的价格上涨的冲击，有所上扬但总体还是保持稳定的，国内销售平稳在 750 元/桶左右，但少数硫酸庆大霉素的生产企业已经无力于外部，自能满足自身生产，国内大型生产企业也开始出现短缺供应迹象。主要原因是在国际市场上，通过市场认证的企业销售利润远远高于国内，比如在南亚销售硫酸庆大霉素的四川药业庆出口价达到了 180 美/桶，而通过欧洲注册的福抗集团更是以 200 美元/桶的售假在销售硫酸庆大霉素。设计意义 相对于其他抗生素而言，硫酸庆大霉素不仅售价便宜，而且可以有效抑制各种革兰阴性细菌和阳性细菌，临床上可以广泛应用于治疗各种感染。此外，研究表明，硫酸庆大霉素具有抑制艾滋病毒的复制活性，通过结合 HIV 的 RRE Rev 的结构域，从而抑制 HIV 逆转录病毒蛋白的相互作用。通过对 Litov chick 等合成的 R3G（硫酸庆大霉素的三精氨酸衍生物）的抗病毒活性测定，得到其对 EIAV 病毒具有良好的抑制作用;并且因为马传染性贫血病毒和艾滋病毒有同源性的转录活化机制，可以推断出 R3G 可能对艾滋病毒也具有抑制作用。虽然因为在临床上的广泛应用，硫酸庆大霉素的肾毒性和耳毒性等不良反应的出现事例也越来越多。但是随着 硫酸庆大霉素在由 bFGF（碱性成纤维细胞生长因子）、NGF（神经生长因子）、EGF（表皮生长因子)的治疗和预防肾毒性和耳毒性的研究进展，已经为硫酸庆大霉素的肾毒性和耳毒性的治疗和预防提供了一种新的研究思维方式。在硫酸庆大霉素的低毒性和高效预防药物的研究上，或者先进的药物浓度监测技术方面，我们要相信信随着细胞生物学、分子生物学，临床医学和遗传工程及相关学科对硫酸庆大霉素的毒理和药理的不断深入研究，在不就的将来一定会取得重大突破，而硫酸庆大霉素在临床上还会发挥出重要作用。所以硫酸庆大霉素的前景还是十分广阔的，对于硫酸庆大霉素的发酵不仅是当下硫酸庆大霉素增产的关键，也会成为以后硫酸庆大霉素自我完善得以实现的重要保证。设计依据 主要文件 设计任务书 药品生产质量管理规范（2010 年修订，国家食品药品监督管理局颁发）。药品生产质量管理规范实施指南（2010 年版，中国化学制药工业协会）。医药工业厂房洁净设计规范GB50457-2008。洁净厂房设计规范GB 50073-2013。建筑设计防火规范GB/T50016-2006（2006 年版）。设计规范和标准建筑设计防火规范GB/T50016-2006（2006 年版）。爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-1992。药品 GMP 实施与认证李钧主编。洁净室施工及验收规范JG71-85。污水综合排放标准GB9878-1996。中华人民共和国药典2015 版。中华人民共和国卫生部标准。主要技术资料 1、设计技术指标 本设计主要参考硫酸庆大霉素生产工艺以及四川福耀发明专利，培养基配方，工艺流程等等过程为基础，来进行对年产 120 吨硫酸庆大霉素工程发酵车间的初步设计。主要设计参数如下：发酵系统:（产量 120 吨/年）发酵单位：（1500u/ml）成品单位：600（u/mg）发酵周期：96（hr）发酵热：3500 kcal/m3hr 装料系数：75%（发酵罐）65%（一级种子罐）70%（二级种子罐）总收率：85%染菌率：3%工作日：300（天）发酵液粘度：50（CP）发酵液重度：1050（kg/m3）厂址：贵阳乌当区 2、培养基配比 主要原料：黄豆饼粉，淀粉，玉米粉。主要辅料：氯化钠，硝酸钠，酵母粉，碳酸钙，蛋白胨，淀粉酶，消沫油（豆油）。注：补料同发酵罐培养基，调 PH 值取氨水和氢氧化钠来计算，经验配比分别用氨水和氢氧化钠。图 1-1 培养基配比 原料名称 一级种子罐 培养基配比%二级种子罐 培养基配比%发酵罐 培养基配比%补料 培养基配比%淀粉 黄豆饼粉 蛋白胨 葡萄糖 鱼 粉 玉米粉 硝酸钾 碳酸钙 氯化钴 硫酸铵 豆 油 消前 PH 生产方法及工艺选择 生产方法及工艺选择 生物合成庆大霉素的可能途径如下：D-葡萄糖2-脱氧青蟹肌醇2-脱氧青蟹醇胺 D-葡萄糖胺 巴龙胺 2-脱氧链霉胺 庆大霉素 A C-甲基化和差向异构化 庆大 X2 脱氧 氨基化 L-甲基化 抗生素 JI-20A 抗生素 G418 脱氧 脱氧，氨基化 庆大霉素 C1a 抗生素 JI-20B N-甲基化 脱氧差向异构化 庆大霉素 C2b 庆大霉素 C2 N-甲基化 庆大霉素 C1 注：本设计所采用的工艺路线为先从沙土管中取出孢子接种到原斜面上（或从液氮保存的孢子接种到原斜面上），7 天后接合格种子到代 1 斜面上，6 天后接白色丰满的菌落到摇瓶中，后接 6-8 瓶摇瓶种子到小罐中，并经中罐种子扩大培养后接到发酵罐中，接种方法为单种，放罐后至提炼车间。产品简介 硫酸庆大霉素属是氨基糖苷类抗生素的一种，可抑制或者杀灭多种革兰氏阴性菌和阳性菌，是庆大霉素的硫酸盐。是由放线菌科中的棘孢小单孢菌或者绛红小单孢菌等发酵液提取出来的庆大霉素，再通过成盐得到的一种多组分碱性混合物。硫酸庆大霉素为 C 族复合物，由加拉糖胺、绛红糖胺、2-脱氧链霉胺构成。受到绛红糖胺 C6上的甲基化水平的差异的影响1,绝大部分形成了硫酸庆大霉素 C1、C2 和 C1a。并且在硫酸庆大霉素 C1、C2 和 C1a 中其药效及毒性互不一致，C2 和C1a 成分虽然容易产生耐药性，毒性也较大，但药效却非常高；C1 成分的药效最差，但却不易产生耐药性，且毒性最小。中文名：硫酸庆大霉素 英文名：Gentamycin Sulfate 中文别名：庆大霉素硫酸盐；硫酸艮他霉素；硫酸正泰霉素；硫酸双生霉素；硫酸庆大霉素(细胞培养用)英文别名：gentamicin solution 10mg/ml sterile*filtered;gentamicin standard solution;gentamicin sulfate from micromonospora purpurea;CAS 号：1405-41-0 EINECS 号：215-778-9 分子式：C19H41N5O11S 结构式：硫酸庆大霉素分子式 图 1-2 硫酸庆大霉素分子式 抗生素 R1 R2 分子式 分子量 庆大霉素 C1 CH3 NHC3 C21H43N5O7 庆大霉素 C2 H NH2 C19H39N5O7 庆大霉素 C1A CH3 NH2 C20H41N5O7 图 1-3 技术规格及质量标准 项目 标准美国药典(23 版)性状 白色或类白色粉末 生物效价（干）590/mg 鉴别 呈正反应 比旋度+107+121 干燥失重%(110真空，3hr)酸度 pH：炽灼残渣%甲醇含量%热源 内毒素单位/mg 庆大碱 12000u/mg 合格 无菌 合格(内控)异常毒物 1200 u/ml 合格 降压物质 2000u/kg 合格 重金属 ppm 钙离子 5 万单位 镁离子 5 万单位 有效期 5 年 1.产品主要物性 庆大霉素是碱性抗生素，临床上常用其硫酸盐。硫酸庆大霉素为白色或微黄白色的粉末，无臭，对光、空气、广泛 pH 及热稳定（在 pH 4、60保存 35180天，对溶液的效价影响不大，在 pH 4 以下，其效价降低 8%30%），有吸湿性。易溶于水，不溶于乙醇、丙酮、氯仿、乙醚及苯。庆大霉素是一种杀菌力较强的广谱抗生素，对多种 G+和 G-菌均有较强的抗菌作用，特别是铜绿假单胞菌比卡那霉素和新霉素强 510 倍（但不及多粘菌素 E），对金黄色葡萄球菌有良好的抗菌作用。在临床上主要适用于败血症，呼吸道感染，尿路感染，眼、耳、鼻、喉部感染，治疗严重大面积烧伤，手术后的感染以及作为腹部手术前的肠道消毒，均有一定的疗效。庆大霉素因使用剂量小，毒副反应较新霉素、卡那霉素为轻。2、分析方法 按 2010 年版中华人民共和国药典（第二部）查出庆大霉素的分析方法为：取本品约 50mg，加水 1ml 溶解后，加 1N HCl 2ml，在水浴中加热 10 分钟，加2N NaOH 2 ml 与 2%乙酰丙酮的水溶液 1ml，置水浴中加热 5 分钟冷却后，加对二甲基苯甲醛试剂 1ml，即显淡粉红色。取本品约 5mg，加水 1ml 溶解后，加%茚三酮的水饱和亚丁醇溶液 1ml 与吡啶，在水浴中加热 5 分钟即显蓝紫色。硫酸根鉴别反应：加氯化钡有白色沉淀。加醋酸铅。加盐酸不生成白色沉淀。3、硫酸庆大霉素的运用（1）硫酸庆大霉素的药理作用 硫酸庆大霉素作为一种氨基糖苷类药物，通过作用于细菌的核糖体，联接 30S亚基抑制细菌蛋白质的合成，进而破坏细菌细胞膜发挥杀菌作用。药物进入人体后被动扩散穿过细胞外膜的膜孔蛋白，而后经过转运系统通过细胞膜进入到细胞内，与游离的核糖体 30s 亚基不可逆结合在一起，造成 A 位上的严重破坏，导致下列作 用3：（1）可以抑制细菌多核糖体的解聚及装配过程，引起细菌核糖体不能正常供应。（2）防止氨酰-转运 RNA 在位置 A 上的精准定位，特别是防止甲硫氨酰转运RNA 的结合，进而干扰功能核糖体的装配和抑制 70s 起始复合物的形成。（3）妨碍终止因子在 A 位上的结合，引起合成肽链不能正常释放以及抑制 70s 核糖体完全解离。（4）诱导转运 RNA 和信使 RNA 密码三联体错误的匹配，致使核糖体 30s 亚基遗传密码的翻译错误，导致氨基酸在蛋白质结构上的异常插入，造成蛋白质异常的和无功能的合成。（2）硫酸庆大霉素的抗菌谱 硫酸庆大霉素在各种革兰阴性细菌和阳性细菌上都具有较强的抗菌作用，对于4变形杆菌属(吲哚阳性和阴性)、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、克雷伯菌属、肠杆菌属、志贺菌属、沙雷菌属、枸橼酸杆菌属、金黄色葡萄球菌(不包括耐甲氧西林菌株)、奈瑟菌有较强的抗菌活性。对于肺炎链球菌及链球菌属的抗菌作用则较差。硫酸庆大霉素对结核杆菌、链球菌(包括肺炎球菌、化脓性链球菌、粪链球菌等)、厌氧菌(拟杆菌属)、立克次体、真菌及病毒是没有抗菌性的，或者抗菌效果不明显。对于流感嗜血杆菌以及奈瑟菌属呈中性敏感，对于肠球菌属则大多有耐药作用，甲氧西林耐药株多数耐药。硫酸庆大霉素的耐药机制主要通过降低细胞膜的通透性、修饰靶蛋白以及使其缺乏主动转运功能（如厌氧菌对氨基糖苷类抗性）或者产生钝化酶（如磷酸化酶、乙酰化酶、腺苷化酶）。（3）硫酸庆大霉素的临床应用 硫酸庆大霉素主要5用于由变形杆菌、铜绿假单胞菌、克雷伯杆菌、沙雷氏菌、肠杆菌、葡萄球菌以及枸橼酸杆菌属，所引起的新生儿败血症、中枢神经系统的外感 染、脓毒症、呼吸道感染、胆道感染、尿路感染、中耳炎、皮肤、软组织、鼻窦炎、骨骼、感染等。对于敏感细菌所引起的中枢感染，主要包括用于治疗李斯特菌病；与甲硝唑或者克林霉素组合起来的肌内注射可用于降低结肠手术后的感染率；用于结肠手术的术前准备、细菌性痢疾或其他细菌性的肠道感染；对由铜绿假单胞菌、金葡萄球菌所引起的严重中枢神经系统感染的一些辅助医治；医治由易感细菌引发的各种感染；也可以治疗结膜，泪囊，角膜和睑板腺等的炎症。（4）硫酸庆大霉素的副作用及注意事项 硫酸庆大霉素的不良反应，作为氨基糖苷类药，其主要表现为对肾脏和脑神经的损害，因为所用剂量相对较少，所以其对于肾脏的伤害性要小于卡那霉素。耳毒性对于耳蜗损害相对较小，主要是对耳前庭的影响较大。可造成耳鸣、眩晕、头昏及麻木等。有过敏反应，偶发荨麻疹或者皮肤瘙痒，过敏性中性粒细胞减少及白细胞减少，过敏性休克（可快速可致死）。偶有6低血压、贫血、粒细胞减少、白细胞减少、血小板减少以及食欲减退、恶心、腹胀、呕吐等胃肠道不适的症状，少数患者可能出现肝功能病变，如二重感染、絮浊反应阳性、血清氨基转移酶升高等。硫酸庆大霉素的注意事项：对于氨基糖苷类药过敏者禁用。且应注意下列情况：第 8 对脑神经损害、失水和肾功能损害及帕金森病或重症肌无力患者慎用；对氨基糖苷类抗生素存在过敏性者，可能导致交叉过敏。为避免毒副作用，应该在其使用前和使用过程中进行肾功能及尿常规的检测，存在疑问的，可进一步进行听电图（听力检测）及温度刺激实验，以检测其耳毒性。进行鞘内注射的患者必须检测药物浓度在脑脊液内的变化，对于肾功能减退的、老年人、新生儿患者，可以选择性检测血药浓度用于疗程中的剂量调整。对血药浓度检测不了的，可以依据肌酐清除率来进行计量的调整。对于存在肾功能不全的患者和听力及前庭功能减退的患者，第一次用药可在达到最高剂量后应减量用于维持血药浓度，在血药浓度12pgml 的高峰期类不能维持过久。对于以前发现耳毒性患者时应密切观察治疗过程中前庭与听神经功能，条件允许的情况下可以进行血药浓度的检测，或者也可以根据测得的肾功能报告进行调整剂量。对于耳内滴液所造成的听力和前厅功能减退的，应停止用药。服药期间应多喝水可以减少对肾小管的损害。用药时间过长的可造成耐药株的生长过度。下注射时应慎用。存在呼吸抑制作用不得用于静脉推注。生产规模及劳动定员 生产制度 生产规模为年产 120 吨硫酸庆大霉素发酵车间，发酵生产的不间断性使工厂必须24 小时工作，由于一个工人每天工作 8h，一周休息 2 天，因而采用四班三倒制，以 8天为一个周期，每天每班 1h 吃饭休息。发酵车间工人分为 4 组，两天轮换一个班次，具体如下：早班 7：30-15：30 中班 15：30-23：30 晚班 23：30-次日 7：30 岗位操作时间表和班组安排表 图 1-4 岗位操作时间表 班次 1 2 3 4 5 6 7 8 早 A A B B C C D D 中 B B C C D D A A 晚 C C D D A A B B 休息 D D A A B B C C 注：小罐每天 9:00 接种，中罐每天 15:30 接种，大罐每天 5:30 接种，大罐每天10:30 放罐 车间定员 图 1-5 车间定员表 序号 岗位或职号 每班人数 组长 组员 1 种子组 1 3 2 种子罐组 1 3 3 发酵罐组 1 3 4 化验组 1 3 5 修配组 1 3 6 消毒员 2 7 技术员 2 8 副总工程师 1 9 总工程师 1 小计 26 总计 104 附：总计（人数）=小计（人数）4个班组 厂址选择 玫瑰风向图 图 1-1 玫瑰风向图 贵阳乌当区的全年主导风向为东南风，及少量西北风。发酵工厂的布局中，应该注意生产车间和仓库的通风，以及易燃易爆物品的的存放应该通风，少阳。污水处理和锅炉房的布置等产废区应该设置在下风侧，避免吹入生产区和生活区。环境条件 贵阳气候温暖湿润，建厂周围卫生条件为首要考虑的内容。发酵厂厂区周围大气中的含尘量应在一定范围以下。按照我国国家标准 GB3095-82 大气中含尘量标准，一级区域为空气含尘量低于 m3 的区域，属高度清洁区；二级区域应不高于 mg/m3，属一 般标准；三级区域含尘量高于 mg/m3，为污染区。发酵工厂建在一级或二级区域中，周围没有散发大量有害气体的化工厂和产生大量灰尘的炼钢厂、炼焦厂、热电厂等。并且与铁路及公路主要干线保持适当距离。在工业区内建厂，发酵工厂宜建在该区域的上风口位置，并与散发污染气体或大量烟尘的工厂保持一定间距。贵阳环境质量良好，没有雾霾。地理条件 对厂区坡度的要求，大型厂应不大于 4%，中型厂不大于 6%，小型厂不大于 10%。厂区的主要地段坡度以不大于 2%为宜。但为了便于排出厂内场地积水，坡度不应小于%，此外，为防止厂区受淹，厂区应建在历年最高洪水线上。抗震条件 我国规定在地震 6 度烈度或以下时在建设时不设防，贵阳属于此类地区，所以不考虑抗震设防。原辅材料的供应条件 发酵工厂的设置要考虑原料、燃料和包装材料等的配套供应，黄豆饼粉、淀粉等原料要能得到较好的供给。贵阳处于我国西南多山地区，运输成本较高，黄豆饼粉、淀粉等供应可能不充足，可从四川和湖南地区用铁路和公路调运，本地区人力成本相对偏低。动力供应条件 发酵工厂是耗能大户，并要求是二类负荷用电户。该厂选址时注意到厂区用电能得到充分保证，并有充足水源。贵阳有四十多家天然气公司，可以选择一家签约供气。交通运输条件 现代化的发酵工厂，以其产品商品化、社会化为特征，没有方便的交通运输是难以取得高效益的，发酵工厂的运输量较大，要求交通运输方便、可靠，铁路、公路、优势明显，且有发展前景。资金来源 主要来自于国家财政拨款和银行贷款，同时也可以寻求私营合资或外商投资。工厂发展运营后，争取上市，以发展民族工业为本。第二章 工艺设计 工艺流程设计 物料衡算 公称体积与台数计算:（1）大罐（发酵罐）设计为每天放 2 罐,所以2dn 发酵时间 96h，取辅助时间 24h（辅助时间包括进料时间、灭菌操作时间、移种时间、放罐压料时间、清洗与检修发酵罐时间），这样设备周转更好，也可以处理染菌及其他突发情况，则有：（2）二级种子罐（中罐）发酵时间 24h，取辅助时间为 24h，得：（3）一级种子罐（小罐）发酵时间 34 h，取辅助时间 14h，得：物料衡算（1）大罐物料衡算 一般情况下消毒过程中液量要增加 10%-20%，这里取 15%，则：（2）中罐物料衡算 一般情况下消毒过程中液量要增加 10%-20%，这里取 10%，则：（3）小罐物料衡算 一般情况下消毒过程中液量要增加 10%-20%，这里取 10%，则：（4）计算结果汇总：大罐每天每罐放罐体积 m3，其中培养基体积 m3，补料 m3，公称容积 150 m3，共11 台，其中一台备用；补料罐选用 150 m3的标准罐，培养基配料罐选用 60 m3的标准罐；二级种子罐共 2 台，公称体积 30m3，培养基体积 m3；培养基体积达到大罐的一半以上，配料罐选择同上，便于标准统一。一级种子罐共 4 台，公称体积 5m3，培养基体积 m3，配料罐选用 5 m3的标准罐。表 2-1 原材料消耗表 原料 名称 一级种子罐消耗（KG）二级种子罐消耗（KG）发酵罐消耗（KG）补料消耗（KG）每日消耗量（KG）年消耗量（T）淀粉 黄豆饼粉 蛋白胨 葡萄糖 鱼 粉 玉米粉 硝酸钾 碳酸钙 氯化钴 硫酸铵 豆 油 氢氧化纳 氨水 375 热量衡算（1）发酵热计算 其中热Q：发酵热效应 KJ/h 大罐发酵液体积3m；中罐发酵液体积3m；小罐发酵液体积3m。（2）冷却水量的计算 发酵过程，冷却水系统按季节气温的不同，采用冷却水系统也不同，为了保证发酵液生产，夏季必须使用冰水，考虑理论用水与实际的差别，取系数.冬季：气温oC17时采用循环水进口 17oC，出口 20oC.夏季：气温oC17时采用循环水进口 10oC，出口 20oC.冬季冷却水循环水用量计算：夏季冷却水用量计算：（3）冷却器面积计算 取 K=300ChmkCalo2/（4）蒸汽消耗量计算 发酵罐蒸汽消毒有三种方法：实消、连消、空消。庆大霉素常常采用实消方法。实消蒸汽用量最大，蒸汽直接通入罐内与发酵液等一起加热，使罐温从35Co迅速升温至 130Co以达到灭菌的效果。保温时间内蒸汽用量按升温用汽量的30-50%进行计算。直接蒸汽混合加热蒸汽消耗量的计算：1D：蒸汽消耗量 kg G：被加热料液量 kg，已知大罐为3m；中罐为3m；小罐为3m 2t：加热结束时的料液温度 130Co 1t：加热开始时的料液温度 35Co I：蒸汽焓 KJ/kg，焓为 650kCal/kg ：热损失 5-10%，取 5%查灭菌保温时间内的蒸汽用量2D 则：设备选型 机械通风发酵罐的高度和直径（1）确定发酵罐的高度和直径：设发酵罐的圆筒体积为筒V，封底体积为底V 注意:后面因为前期计算失误，造成中罐和小罐体积过大，还没有更改。机械发酵罐壁厚的计算 计算法确定发酵罐的壁厚1S：式中，P设计压力，取最高工作压力的倍，这里为安全可靠，全取 P=。D发酵罐内径，D=310cm【】A3钢的许用应力，【】=127Mpa 焊缝系数，取=C壁厚附加量321CCCC 1C钢板负偏差，取mm8.0C1 2C为腐蚀欲量，取2C2mm 3C加工减薄量，取3C=0，代入上式得 123CCCC0.8 200.28cm 封头壁厚计算 标准椭圆封头的厚度计算公式如下：式中，P=，D=440cm，【】=127Mpa 1C=，2C=，3C=123CCCC0 80.7.3 cm，cm 代入上式，得:管道设计（1）接管设计 接管的长度 h 设计 各接管的长度 h 根据直径大小和有无保温层，一般取 100300mm 接管直径的确定 主要根据流体力学方程式计算。已知物料的体积流量，又知各种物料在不同情况下的流速，即可求出管道截面积，计算出的直径再休整到相近的钢管尺寸即可。（2）通风管的管径计算 大罐实装醪量3m；大罐实装醪量3m；大罐实装醪量3m；设 1h内排空，则物料体积流量 发酵醪流速取 V=1m/s 则排料管截面积为物F 则管径 0.05390.262m0.7850.785Fd物大罐取无缝钢管299x10 适用。0.00810.102m0.7850.785Fd物中罐取无缝钢管114x4 适用。0.00120.039m0.7850.785Fd物小罐取无缝钢管适用。若按通风管计算，压缩空气在下，支气管气速为 20m/s，大罐通风比 1:；中罐通风比 1:；小罐通风比 1:：计算到，30C0状态下：取风速 v=20m/s，则风管截面积fF为：2ffQ0.70F0.035mv20大罐 根据2fd785.0F气 则气管直径气d为：取 d=245x12 无缝管，则满足工艺要求。取 d=无缝管，则满足工艺要求。取 d=54x2 无缝管，则满足工艺要求。冷却管的计算（1）却管总面积 冬季最高峰时：取冷却水在竖直蛇管中流速 1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积总S为：式中：W：冷却水体积流量，设计取=2/;1.5/;=1/Vm s Vm s Vm s大中小 V：冷却水流速，v=1m/s 代入上式，得：（2）冷却管组数和管径 设管径为0d，组数为 n，则总S20 根据发酵罐情况，大罐取 n=6，大罐取 n=4，大罐取 n=3，求管径，由上式得：30S37.92 10d89.73mm0.785n6 0.785总大 查金属材料表选取无缝不锈钢管表，选取 大罐95无缝管；中罐57无缝管；小罐32无缝管。现取竖蛇管圈端部 u 型弯管曲径为 250mm，则两直管距离为 500mm，两端弯管总长度0l ）（mm157050014.3Dl0（3）却管总长度 L计算 有前知冷却管总面积2F150m大罐，2F23m中罐，2F4m小罐 根据选用的管道，得每米长冷却面积为320F3.1492-2.521 100.282m 大罐（）则0F150531.9F0.282Lm大罐 4 LL实际=+4=冷却管占有体积 V=2=组管长0L和管组高度 两端弯管总长0L=1570mm，两端弯管总高为 500mm，则直管部分高度：h=H-500=3400-500=2900（mm），则一圈管长02h2290015707370mmll 每组管子圈数0n 现取管间距m19.0077.05.22.5D外，竖直蛇管与罐壁的最小距离为，则可计算出与搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。校核布置后冷却管的实际传热面积 2m272.108079.0LndF实平均实而前有 F=，实FF，可满足要求。支座选择 发酵设备常用支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又分为支腿，圈型支座，鞍型支座三种。立式支座也分为三种即：悬挂支座，支撑式和裙式支座。对于 75立方米以上的发酵罐，由于设备总重量较大，应选用裙式支座。本设计大罐 V=150 立方米选用裙式支座；中罐 V=30 立方选用悬挂式支座；小罐 V=6 立方米选用支撑式支座。发酵罐搅拌装置选择和轴功率计算（1）搅拌装置选择 由于硫酸庆大霉素发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此大罐选用六箭叶涡轮搅拌器，中罐和小罐选用六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器的各部分尺寸与罐径 D有一定比例关系，现将主要尺寸列出：搅拌器叶径 di=D/3 所以大罐 3=取 di=；中罐 3=m，取 di=小罐 3=m 取 di=挡板宽 B大罐=di=；B中罐=di=；B小罐=di=底距 C=di C大罐=C中罐=1m C小罐=搅拌叶间距 S=D S大罐=C中罐=C小 罐=弯叶板厚统一取 =12mm 图 2-1 与 曲线（2）搅拌轴功率的计算 不通风情况的搅拌轴功率：不通风情况的搅拌轴功率随着液体的性质、搅拌器的形式、罐的结构尺寸的不同而不同。经过大量实验可得功率准数（pN）和(eR)搅拌雷诺 图 2-3pN与eR曲线 指数（eR）之间的函数关系：pN=)(eRf=53iDnp-P=53ipDnN 其中：p：搅拌功率（公斤秒米）（1 千瓦=102公斤秒米）n：搅拌器转速（秒转）iD：搅拌器直径（米）：液体密度（公斤/3m）由化工原理可知：eR410 湍流 eR10 滞流 101010eR 过渡流 上式公式只适用于湍流和滞留，过渡流时pN不是一个常数，必须从epRN 曲线查询。当eR410，属于湍流区。此时的流体（见图 5）称为牛顿型流体，由上图实验得出的曲线来看，该区pN不随eR的增加而增加，基本上趋于水平线，也就是说pN为一常数。六平叶涡轮浆 pN=六弯叶涡轮浆 pN=六箭叶涡轮浆 pN=工作状态时，通常发酵罐内发酵液都需要处于湍流状态，因此使用epRN 曲线图，线图计算无通气时的搅拌率比较方便，算出eR，并查的pN值，则搅拌功率即可由下式计算（生物工厂设计）若不符合上述条件，可用下面公式校正：大罐功率计算:已知 n=170转/分 1.5iD 米 42/10781.91050米秒公斤gr pN=由公式 校正得：根据一般搅拌器之间的距离 S=iD搅拌器个数=搅拌器间距发酵罐筒体高度 =9.22 1.5 =个 取 3个 一般，三个搅拌器为单个搅拌器的 2倍：947.421894.8P 实kW 中罐功率计算：已知 n=210转/分 1iD 米 42/10781.91050米秒公斤gr pN=由公式 校正得：根据一般搅拌器之间的距离 S=iD搅拌器个数=搅拌器间距发酵罐筒体高度 =6.32 1 =个 取 3个 一般，三个搅拌器为单个搅拌器的 2倍：295.82591.6P 实kW 小罐功率计算：已知 n=210转/分 0.5iD 米 42/10781.91050米秒公斤gr pN=由公式 校正得：根据一般搅拌器之间的距离 S=iD搅拌器个数=搅拌器间距发酵罐筒体高度 =3.52 0.5 =个 取 3个 一般，三个搅拌器为单个搅拌器的 2倍：10.1 220.2P 实kW（2）通风条件下的搅拌功率 密氏公式（生物工厂设计）其中 K=，则：设机械传动效率为 则 703.9879.90.8gPkW大罐 从上面可以看出，大罐基本功率约为 880kW；中罐基本功率约为 310kW；小罐基本功率约为 6kW。则 703.9879.90.8gPkW大罐 从上面可以看出，大罐基本功率约为 880kW；中罐基本功率约为 310kW；小罐基本功率约为 6kW。设备工艺设计说明 设备工艺流程图 设备工艺说明 本工艺工程为三级发酵，小罐-中罐-大罐。中罐、小罐培养时间短，培养基一次投入，培养基采用实罐灭菌，中间不补料，大罐考虑到各种由于底物浓度过高引起的底物抑制情况以及产物合成期对营养成分的需求，采用分批补料方式。主要补料同大罐培养基、补氨水、通过氢氧化钠调节 pH，手动加消沫油，在种子阶段，对无菌要求较高。补料情况：一个发酵周期约补 5 次，每大罐 10 吨消后 培养基补加 26 吨补料培养基。第一次补料狠关键，在发酵液泡沫下去以后（大约 18 小时），菌丝生长良好，无杂菌，可补 3 吨。第二次补料在 23-25 小时，补 4 吨。第三次补料在 28-30小时，补 5 吨。第