年产850吨土霉素生产工程初步工艺设计_本科毕业设计(编辑修改稿)

年产850吨土霉素生产工程初步工艺设计_本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

保存三年，一次可制备 20 多支试管。 在 30℃条件下，经过 7 天时间的培养后，观察可看到，土霉素菌落丰满， 菌落下有一定量的红色分泌物，面积大于菌落；孢子的颜色为乳白色。 三级培养 以龟裂链霉菌为菌种 ⑴ 一级种子培养 目的： 使来自实验室制备的孢子发芽、繁殖以获得一定数量的菌丝。 一级种子罐采用夹套式换热（自动温度调节），无搅拌动力设备。 一级种子罐培养基采用实罐灭菌，消前加 泡敌 消沫剂。 通气：从罐底通入空气 来达到物料混合均匀的目的。 培养温度： 32℃；时间： 30 ～ 32h；流量：按压力降数； 罐压： ；灭菌：实消 45min； PH： ～ 接种：待一级种子罐温度降到 29～ 33℃时，即可接种，一般接种量 (接种量指的是移入的种子悬液体积和接种后培养液的体积的比例 )为 7%～ 15%。 操作程序如下： （ 1）用苏尔浸泡的棉花在接种帽处从内向外檫拭 2～ 3 次，再用 75%的酒精棉球擦拭 3～ 4 次，然后用同样的酒精棉球盖在接种帽处点燃。 （ 2）用镊子将点燃的酒精棉球撤下，迅速将接种针头扎入接种帽，由一级种子罐的灭 菌工开排气阀，将罐内压力控制在 ，待罐内压力和接种瓶内压力平衡后，再由一级种子罐的灭菌工将罐内压力降至 ，将接种瓶内的孢子悬浮液吸入一级种子罐内，将接种针头拔出。 （ 3）用火柴点燃蜡烛，让蜡液滴在接种帽上，凝固后用氧化锌胶布再封好。 消泡 ： 一级种子罐不需要加入消泡剂。 转移 ： 经过约 30 小时左右的培养，培养基的颜色渐渐的变为黄色，趋于成熟。 测量培养液的 pH，当其值在 ～ 时即可作为种子移入二级种子罐。 一级种子培养 技术 参考指标： 消前： 消后： 本 科 毕 业 设 计 第 6 页 共 47 页 糖（ g/ml）： % 氨氮（ g/ml）： % 溶磷（ μg/ml）： 85135 接斜面孢子：两瓶 培养时间： 3034h 培养温度： 32177。 2℃ 压力降： 06h， 610h， MPa 1012h放罐， MPa ⑵ 二级种子培养 二级种子罐培养基采用实罐灭菌。 采用压差法将二级种子压入发酵罐中，全程通入无菌空气，实行机械搅拌，并进行补料。 打入种子液 待二级种子罐温度降到 29～ 33℃时，即可利用压差法将一级种子罐中的种子液打入。 通气 土霉素是好氧霉菌，因此需要给罐内不断的通入空气，并且用搅拌桨不断的搅拌，以增加氧气的扩散和热量的交换。 消泡 ： 二 级种子罐不需要加入消泡剂。 调温 土霉素的最适生长温度为 31℃，在发酵热，搅拌热等热源的作用下可能使发酵罐内的温度偏离，因此需要通入冷却水调节发酵罐 的温度。 取样 17～ 19 小时时取样检测种子液 pH， 28 小时时取样测量 C、 N、种子液效价和pH，并作出相关记录。 冷却：二级种子罐采用 6 组蛇管的冷却装置进行冷却 ,进水方式为低进高出。 搅拌：二级种子罐采用二级搅拌装置进行搅拌，该搅拌装置的桨叶为箭叶式，转速为 160r/min，功率为 10kW，另外空气流向与搅拌方向相反。 转移 二级罐发酵 28 个小时后液 体 变为粽色、变稠，测量效价和 pH，在培养后期，随着糖、氮浓度的降低，如果 pH大于 ，效价在 800 u/m1 左右即可将其打入发酵罐中。 二级种子培养 灭菌 ：实消 30min 消前： 消后： 氨氮（ g/ml）： % 溶磷（μ g/ml）： 270390 接种量（ ml/ml）： 810% 流量（ m3/h）： 9001200 培养时间（ h）： 2632 罐压（ MPa）： 177。 培养温度（℃）： 32177。 2 搅拌转速（ r/min）： 160 本 科 毕 业 设 计 第 7 页 共 47 页 ⑶ 三级培养 发酵罐 三级发酵罐采用列管式换热（自动温度调节），发酵罐采用六组蛇管冷却装置进行冷却，低进高出。 搅拌： 发酵罐采用四级搅拌装置进行搅拌。 灭菌接种 三级发酵是土霉素大量产生的时期，发酵罐和相应管道经过高温实罐灭菌后，待罐温降到 29～ 33℃时即可采用压差法将二级种子液打入发酵罐，开始发酵过程。 为了尽可能提高土霉素的产量，三级发酵分为 30℃和 31℃两个控制阶段。 即在0～ 50h温度维持在 31177。 1℃， 51～ 150h时温度保持在 30177。 1℃， 151h～放罐温度保持在 31177。 1℃。 三级发酵大约 需要八天左右的发酵时间。 补氮量的多少参考 pH值。 要求100 小时前 pH在 ～ ， 100 小时后 ～。 为了防止气泡的大量产生需要给发酵罐内添加消泡剂，本工艺主要采用泡敌作为消泡剂。 补料 随着发酵的进行，营养物质的浓度不断下降，因此要通过补料罐和氨罐为其提供营养。 当总糖下降到 5%（ g/ml）时开始补料，补糖量按糖代谢速度残糖量和糖维持水平来计算，补料液为实罐灭菌。 防止杂菌污染 在抗生素发酵过程中污染杂菌的主要原因有培养基和发酵设备灭菌不彻底、种子带有杂菌、空气过滤系统被污染、发酵设备渗 漏、操作不慎等，在移种、取样等过程中应进行严格的无菌操作，并根据需要多次取样进行无菌检查。 发酵 过程技术参数： 消前： 消后： 氨氮（ g/ml）： % 溶磷（ μg/ml）： 170300 残糖（ g/ml）： % 空气流量（ m3/h）： 3500 PH： 0100h， 培养时间（ h）： 140170 100h, 培养温度（ ℃ ）： 177。 1 150h放罐， 罐压（ MPa）： 177。 搅拌转速（ r/min）： 140。 发酵液的酸化 、 净化、 过滤 目的：是发酵菌丝体内的土霉素与菌丝体分开，并进行净化（黄血盐和硫酸锌为净化剂），同时释放单位。 本 科 毕 业 设 计 第 8 页 共 47 页 原理： 利用土霉素碱能与草酸生成盐而溶于水的性质，使土霉素碱从菌丝体内转入水相，以便与菌丝分离，利用草酸和发酵液中的 Ca2+生成溶解度极小的草酸钙，除去Ca2+。 而草酸钙还能和一些有机杂质结合提高滤液质量：加入黄血盐和 ZnSO4做净 化剂。 过量的黄血盐首先与发酵液中的 Fe3+作用，生成普鲁士兰而去铁，反应式如下： 3Na4(Fe(CN)6)+4Fe3+ →Fe4(Fe(CN)6)3↓+12Na+ 余下的黄血盐和 ZnSO4作用生成胶状亚铁氰化锌复盐反应式如下： 2Na4(Fe(CN)6)+3ZnSO4 →Na2Zn3(Fe(CN)6)2↓+3Na2SO4 这种胶状物能吸附发酵液中部分蛋白质、色素，从而减少杂质对土霉素结晶的干扰。 四环类抗生素的产生菌在发酵过程中产生的抗生素主要以难溶于水的游离碱与高价金属离子螯合物积存在菌丝体内，因此未经 酸化的发酵液其滤液效价很低。 酸化的目的就是将难溶于水的游离碱、高价金属离子螯合物溶解，转化为易溶于水的草酸土霉素，这是从一种化学状态转化为另一种化学状态的过程，也是从难溶状态转化为易容状态的过程，抗生素从菌丝体内转入水溶液中，生产上称为酸化释放单位。 转化率越高单位释放的越好。 过程：发酵完毕，将发酵液压入酸化罐中，开动搅拌和压缩空气，按快速加酸法（尽量避开等电点 ）加入草酸（除 Ca2+）， 调 PH值至 左右，待消沫后加黄血盐（除 Fe3+）并用草酸水进行稀释再加入 ZnSO4（除蛋白质） , 最后稀释液打入板 框过滤机，过滤完毕用低单位液和草酸顶洗， 4000μ/ml左右回流， 顶洗至 500μ/ml时停止。 参考指标： 酸化： 稀释单位： 1202013000μ/ml 滤液要求：透光度 80% 效价： 500μ/ml 滤 液脱色及树脂再生 原理 滤液通过 122树脂脱色吸附，可除去部分色素和将杂质吸附， 1222树脂是由水杨酸、甲醛和苯酚合成的弱酸性阳离子树脂，该树脂在酸性溶液中 H+不活泼，不能 发生离子交换作用。 但能和滤液总的色素或有机杂质形成氢键，借助氢键力将这些杂质吸附，从而提高原液色泽和质量。 树脂在 NaOH 溶液中由 H型变成 Na 型而失去氢键活性，能使吸附的色素和杂质解离出来，再经过酸水作用由 Na型变成 H型，可重复进行 本 科 毕 业 设 计 第 9 页 共 47 页 脱色。 滤液通过 1222树脂脱色吸附，可除去部分色素和将杂质吸附，而树脂经水反洗→反碱→正碱→通酸→洗酸的过程再生。 脱色液的连续结晶 原理 土霉素是酸碱两性化合物，等电点为 ，可选择适当的碱化剂来调节脱色液 pH至土霉素等电点，此时，土霉素在水中溶解度最小， 可以从水溶液中直接结晶出来。 生产控制结晶 pH为 ～。 根据土霉素结晶的速度，结晶达到完全需要 50分钟，50分钟后母液中土霉素含量趋于稳定。 连续结晶设备的容量，保证结晶液以最大量通过时维持 50分钟。 保证结晶液在流动的情况下达到完全结晶的目的。 结晶液离心分离 原理 将结晶液中晶体及母液经离心分离以便得到含水量少，纯度较高的土霉素晶体，在离心机转鼓内铺设滤袋加入结晶液。 利用离心机产生的离心力将母液甩出，从而土霉素湿晶体留在滤袋内达到分离目的。 湿结晶体的气流干燥 原理 气流干 燥为急剧快速干燥，在干燥过程中湿晶体和高温热空气接触，使水分很快蒸发，一般接触时间 3 s～ 5 s，由于时间短可减少土霉素因长时间受热而发生破坏，保证产品质量。 结晶、干燥 用氨水调脱色液 PH 至 ，进串联结晶柱，等电点附近搅拌沉淀结晶，将母液与晶体离心分离，并快速进行气流干燥，所得干粉再筛选分装。 4 物料衡算 有关土霉素生产技术指标 表 2有关参数和技术经济指标 年产量 850 吨 发酵单位 30000u/ml 发酵周期 182h 辅助时间 10h 发酵罐装料系数 过滤收率 本 科 毕 业 设 计 第 10 页 共 47 页 脱色收率 结晶收率 干燥收率 年工作日 330 天 成品效价 910u/mg 中小罐周期 30h 发酵补料（ c*n） 接后体积的 48% 蒸发损失 接后体积的 20% 种子罐装料系数 种子罐损失 （以消后体积为准） 小罐 12% 发酵单位富裕量 20% 中罐 8% 通气量（比） 小罐： 中罐及大罐： 接种量（以消后体积为准） 小罐 15% 发酵液稀释效价 15000u/ml 中罐 9% 酸化 PH植 加草酸量 %（ T/ms） 折合体积 配草酸水草酸用量 %（ kg/L） 发酵液含渣量 38% 净化剂加量 （以发酵液为准） 黄血盐 % 碱化剂 （以配碱化剂量为准） 氨水 15%（ kg/L） 硫酸锌 % NA2SO3 %（ kg/L） 脱色 A=（ 1/h） V=Qt=a/t 交换负荷 =F/M F 流量， M 树脂体积 m3/h h 结晶时间 60min 母液单位 1000u/ml 结晶体含水量 20% 成品含水量 7% SS800 离心机每台每次处理 40kg结晶体 种子罐、发酵罐罐 压 *10^5Pa 加草酸量： %，折合体积 m3/T （即每 100 吨发酵液添加 吨草酸，发酵液的体积增加 m3） 净化剂加量：黄血盐 % m3/ T， 硫酸锌 % m3/T （含义同草酸） 提炼总收率： = 发酵阶段 物料衡算 发酵罐 由年产计算 每天放罐发酵液的体积。 Vd=G103μp／（ ηpmμm） =8501000910／（ 31000330） = 其中 G：年产量 850 吨 μp： 910μ/mg=910g/Kg。 m: 全年生产天数 330 天 μm：发酵单位： 31000μ/ml=31000g/ m3 ηp 提炼总收率： = V 放 ：发酵或种子培养结束后，发酵罐或种子罐的放料体积。