年产600吨土霉素车间酸化、过滤工段工艺设计

1、目录 摘要土霉素，又名地霉素，氧四环素，属四环素类抗生素，为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对土霉素敏感。它是1949年由美国开发的一种抗生素。土霉素是一个典型的利用生物工程技术生产的产品，生产工艺涉及种子培养、发酵、酸化、提取、过滤、脱色、结晶、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。本次课程设计进行的是酸化、提炼、干燥工段的工艺设计，该说明书主要对土霉素车间的生产工艺流程进行了简单的概括，并且对酸化、提炼和干燥工段给予了详细介绍。本说明书给出了600t/a土霉素车间的物料衡算的详细计算过程和总结，并将生产中各部分的数据制成了表格。最后，在既得数据和结合工艺流程的基础上绘

2、制了本工段工艺管道及仪表流程的PID图。关键词：土霉素；物料衡算；工艺流程；提炼工段AbstractOxytetracycline, also known as Geotrichum, oxytetracycline, belonging to the tetracycline antibiotics, as a broad-spectrum antimicrobial agent, a lot of Rickettsia, mycoplasma, chlamydia, helicoid of oxytetracycline sensitive. It is in 1949 by the de

3、velopment of an antibiotic. Oxytetracycline is a typical use of biological engineering technology products, the production process involves seed cultivation, fermentation, acidification, extraction, filtration, decoloration, crystallization, centrifugation and drying and other important unit operati

4、on and engineering concepts. The curriculum design is acidification, refining, drying in the process design, the specification the main workshop of oxytetracycline production process were summarized briefly, and the acidification, refining and drying section is introduced in detail. This manual give

5、s a detailed calculation process of material balance calculation and 600t/a oxytetracycline workshop summary, and each part of the production data in the table is made. Finally, the process of drawing section piping and instrument flow diagram based on PID data and combined with the vested process.K

6、ey words: Oxytetracyline;material balance; production technology; refining process目录1 文献综述11.1土霉素的理化性质11.2土霉素的作用机理11.3土霉素的用途11.4土霉素的现状及其展望22 土霉素车间工艺流程介绍32.1生产工艺流程图32.2土霉素车间生产工艺流程详细介绍32.2.1发酵32.2.2酸化32.2.3过滤42.2.4结晶42.2.5离心和干燥43 全工段物料衡算53.1 干燥工段53.2 结晶、分离工段63.2.1土霉素折湿效价63.2.2碱化剂密度63.2.3求其他未知量73.3脱色工段

7、83.3.1计算滤液和脱色过程中损失的质量93.3.2滤液效价求算93.4过滤工段103.5酸化工段113.5.1 酸化液和草酸水的体积113.5.2酸化工段发酵液和盐酸体积113.5.3发酵液的效价123.5.4酸化剂和净化剂的用量123.6发酵工段123.6.1三级发酵罐的物料衡算133.6.2二级种子液培养阶段物料衡量143.6.3一级种子液培养阶段物料衡量15参考文献17致谢18前言前言四环素类抗生素土霉素是我国生产及使用最多的一种抗生素，它是通过生物合成得到的，性状为灰白或金黄色的结晶粉末，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。多年来由于四环素类的广泛应用，临床常见病原

8、菌对土霉素耐药现象严重，包括葡萄球菌等革兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。在上世纪6070年代，土霉素曾经在我国抗菌药市场上占据着重要位置，但自80年代中后期起,土霉素的市场就开始逐渐下滑，大批企业先后放弃了生产。21世纪初，全国土霉素产量已从20世纪80年代的2万吨下降到1.2万吨,目前的产量已不到1万吨，生产企业从几十个减少到只有几个1。在国内市场上，土霉素除了作为生产强力霉素等的原料外，主要用于畜禽药物以及饲料添加剂，临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素已基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高的无菌土霉素。1 文献综述1 文献综述1.1土霉素的理

9、化性质土霉素为淡黄色的结晶性或无定形粉末，无臭，微溶于乙醇，极微溶于水，溶与氢氧化钠试液和稀盐酸中。土霉素的分子式：C22H24N2O9，分子量：460.44。其分子式如图1-1所示。图1-1 土霉素分子式土霉素具有广谱抗菌性，能抑制多种细菌，是四环类抗生素。它是由龟裂链丝菌产生的，是典型的次级代谢产物。土霉素属于放线菌中的链霉菌属，他们具有发育零号的菌丝体，菌丝体分枝捂隔膜，直径约为0.41.0米，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝分化成为分生孢子，而龟裂链丝菌的菌落为灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。菌丝成树枝分支，白色，孢子灰白色，柱形6。1.2土霉素的作用机理土

10、霉素的作用理论主要表现在以下几个方面：能抑制动物肠道内有害微生物，激活大肠中有利于营养物质合成的微生物；改变病原微生物结构和干扰其代谢过程，阻碍细胞壁的合成，影响黏膜的通透性，阻碍蛋白质的合成，改变核酸代谢；可使采食动物肠壁变薄,更有利于营养物质的吸收和利用，从而提高肠道内的吸收率，提高FG，促进动物生长，防治动物腹泻7。此外，土霉素也是生物制药厂常用的加工原料药。1.3土霉素的用途土霉素能抑制细菌的生长，在浓度高的时候也具有杀菌的作用。它的作用机制是干扰蛋白质的合成。由于土霉素的毒副作用小，所以其在医疗上用途广泛，主要是应用于呼吸道和肠道感染。土霉素作为抗生素饲料添加剂能有效提高饲料的转化率

11、、ADG,且防治腹泻。土霉素是抗生素类药物，具有广谱抗菌作用，主要用于立克次体病支原体肺炎，衣原体感染。土霉素已应用于兽医临床，使一些动物的传染病得到了控制。土霉素还可以治疗鸡、鸭、鹅的巴氏杆菌病等。在食品工业中，土霉素可用作防腐剂来保藏肉类、鲜菜类等4。1.4土霉素的现状及其展望在上世纪60-70年代，土霉素曾经在我国抗菌药市场上占据着重要位置，但自80年代中后期起，土霉素的市场就开始逐渐下滑，大批企业先后放弃了生产。21世纪初，全国土霉素产量已从20世纪80年代的2万吨下降到1.2万吨，目前的产量已不到1万吨，生产企业从几十个减少到只有几个。目前主要生产企业为石家庄华曙制药、内蒙古赤峰制药

12、、山西星火制药等。其中石家庄华曙制药的规模和产量最大，达6000吨左右，约占世界总产量的l/41。随着土霉素产量的不断下降，出口量也逐年减少，出口价格一路走低。1995年，我国土霉素出口价格为11.5美元/kg，1998年为10美元/kg，2000年已降到7美元/kg。近年来，出口量和出口价格还在下滑。在国内市场上，土霉素除了作为生产强力霉素等的原料外，主要用于畜禽药物以及饲料添加剂，临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素已基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高的无菌土霉素2。目前许多国家已限量生产或趋于淘汰，主要原因是近年来发现土霉素耐药菌株普遍增多。上世纪80年代中期，中国曾将四环素类

13、列为128种淘汰药品之一，但是四环素、土霉素仍在使用3。232 土霉素车间工艺流程介绍2 土霉素车间工艺流程介绍2.1生产工艺流程图2.2土霉素车间生产工艺流程详细介绍生产工艺流程图 沙土孢子斜面孢子一级种子罐 发酵液三级种子罐二级种子罐 酸化液 滤液 脱色液土霉素干品土霉素湿品结晶液孢子培养孢子培养扩大种子培养发酵过滤脱色离心干燥2.2.1发酵土霉素的生产目前主要采用龟裂霉菌发酵产生。沙土管中或冷冻干燥管中保藏的种子首先经过实验室种子制备阶段获得一定数量和质量和孢子,然后经过生产车间种子制备阶段的一级种子罐和二级种子罐逐级扩大培养使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，最后将二级种子罐中的菌液

14、接种到三级发酵罐中进行微生物发酵。种子的制备时需要注意培养基的产地、品种、培养的温度等条件对种子质量的影响。2.2.2酸化土霉素能和钙、镁等金属离子，某些季胺盐、碱等形成复合物沉淀。在发酵过程中，这些复合物积聚在菌丝中，在液体中的浓度不高。发酵结束后，土霉素大部分沉积在菌丝中，发酵液中很少。因此，应对土霉素发酵液进行酸化等处理，酸化将破坏细菌细胞壁结构，使菌丝中的单位释放出来，以保证产品收率和质量。此外，pH值是酸化工段中影响土霉素质量的主要因素,黄血盐钠的用量次之。2.2.3过滤过滤工艺采用板框过滤机过滤。滤布可以去除一些杂质。正批液经过板框过滤机后直接进入正批液储罐。为了提高过滤机中土霉素

15、的利用率，采用三级过滤和顶洗的方法。2.2.4结晶过滤所得的土霉素液含色素高，结晶产品质量差，因此，需要脱色。脱色设备主要是树脂罐，每组有主罐、副罐、再生罐。脱色液到达结晶罐后，经过加碱化剂来调节适当的PH，从而进行结晶。通常用的碱化剂是氨水和亚硫酸钠。结晶的设备采用的是结晶罐串联的方式，通过连续结晶以提高产率。2.2.5离心和干燥物料经粉碎后，通常采用旋风干燥机干燥，并经除尘可得到最终产物。湿品甩干约40-60分钟，进行干燥。3 全工段物料衡算3 全工段物料衡算本设计的全工段物料衡算是根据设计任务，查阅相关资料、文献，收集必要的技术资料，工艺参数，进行工艺流程与工艺条件确定的论证。年产600

16、吨土霉素车间酸化、过滤工段工艺设计，年工作日330天。根据工艺参数可得土霉素的日产量：3.1 干燥工段 土霉素干燥工段的示意图如图3-1所示。 干燥湿产品水分产品损失图 3-1 干燥工段示意图 根据工艺参数可知：干结晶的含水量为7%，湿结晶的含水量为23%，损失量为1%。由已知数据可得：日产量为： 干品中土霉素的质量：湿品中土霉素的质量：湿品的总质量：损失的质量：干燥工段物料衡算汇总见表3-1所示。表3-1 干燥工段物料衡算汇总表输出输入湿结晶2218.17kg干成品1818.18kg蒸发量、损失399.99kg总计2218.17kg总计2218.17kg3.2 结晶、分离工段土霉素结晶与分离

17、工段的示意图如图3-2所示。 结晶、分离碱化剂脱后液 母液湿品损失图 3-2 结晶与分离示意图3.2.1土霉素折湿效价根据效价平衡： (3-1) 土霉素干品的总质量，；土霉素湿品的总质量，；土霉素的折干效价，；土霉素的折湿效价，根据以上已知数据 =1818.18kg； ； 代入（3-1）式得： 解得：3.2.2碱化剂密度查阅相关文献可知:5%氨水的密度=980kg/m3，25% 氨水的密度=910kg/m3，由内差法计算得 15%的氨水的密度=945kg/m3。碱化剂的质量为100kg，氨水的质量分数为15%，亚硫酸钠固体的质量分数为4%，所以水的质量分数为81%。则：G氨水=15kg， G亚

18、硫酸=4kg， G水=81kg， =1000kg/m3， =945kg/m3氨水体积: 水的体积： 碱化剂中亚硫酸钠的体积忽略不计，则碱化剂的总体积：碱化剂的密度：3.2.3求其他未知量结晶分离工段中土霉素的质量守恒，有公式 (3-2)脱色后液体的体积，；脱色后液体的效价，；离心母液的体积，；离心母液的效价，；脱色分离过程中损失的土霉素的质量，kg。根据结晶分离工段中总的质量守恒，有公式 V脱后 脱后 + V碱化剂 碱化剂 = V离心 离心+ G湿品 (3-3)脱色后液体的密度，；碱化剂的体积，；离心母液的密度，。 G损失 = V脱后×U脱后×1%+V脱后×U脱后

19、× 99% × 2%(1)已知数据:损失率为1%, ,，将已知数据代入式（3-2）得： （2）已知数据:， 将已知量代入式（3-3）得： 联立式和式解得: 所以， （3）碱化剂中各成分的质量碱化剂的质量：氨水的质量：固体硫酸钠的质量：水的质量：结晶分离工段物料衡汇总算见表3-2所示。表3-2 结晶分离工段物料衡算汇总表输出输入脱色液201335.50kg母液201670.85kg碱化剂2554.15kg湿料1707.99kg损失58.53kg总计203889.65kg203437.37kg3.3脱色工段土霉素生产车间脱色工段的示意图所图3-3所示。 脱色脱色液滤液损失图 3

20、-3 脱色工段示意图3.3.1计算滤液和脱色过程中损失的质量该过程中脱色液的体积损失5%，根据脱色工段中总的质量守恒有公式： （3-4）已知：，将已知数据带入上式中得： 脱后液的质量滤液的质量损失的质量3.3.2滤液效价求算根据质量守恒核算脱色前后的总质量脱色前总质量：脱色后总质量：经数据核算，脱色前后质量相等满足质量守恒，根据效价平衡核算滤液的效价，该过程的损失率取5%，脱色液体积损失5%。土霉素的效价平衡有公式: V滤液 × U滤液（1-5%）= V脱后 × U脱后 （3-5）根据相关工艺参数：， 代入式（3-5）解得： 脱色工段物料衡算汇总见表3-3所示。表3-3 脱

21、色工段物料衡算汇总表输入输出滤液211932.11kg脱色液201335.50kg残存及损失10596.61kg总计211932.11kg总计211932.11kg3.4过滤工段土霉素过滤工段示意图如图3-4所示。 过滤滤液酸化液滤渣损失洗 水图 3-4 过滤工段示意图由工艺参数和相关文献可得： 滤渣效价 滤液效价U滤=9970.73 ，假设高单位顶洗液效价。故： （1） （2） （3） （4） （5） 联立（1）（2）（3）（4）（5），代入数据得：由效价守恒得：代入数据得：3.5酸化工段土霉素酸化工段的示意图如图3-5所示。 酸化酸化液发酵液净化液草酸盐酸稀释液损失图 3-5 酸化工段示意

22、图3.5.1 酸化液和草酸水的体积 在进行酸化稀释时忽略损失，则 （3-6）草酸水的体积，；酸化液的体积，。 根据土霉素效价平衡： （3-7）根据过滤工段可知： 将已知数据分别代入（3-6）、（3-7）两式，得： 3.5.2酸化工段发酵液和盐酸体积由于加入的草酸是固体，可忽略体积。则可以得： （3-8）式中为加入盐酸的体积， 即： 解得： 3.5.3发酵液的效价根据相关文献可知土霉素的效价平衡： （3-9）已知： ，得：3.5.4酸化剂和净化剂的用量已知酸化草酸的加入量为发酵液的3%（指每100L中加入3g草酸）， 净化剂中黄血盐的质量占稀释净化液体积的0.5%，硫酸锌质量占稀释净化液的0.3

23、%。酸化工段物料衡算汇总见表3-4所示。表3-4 酸化工段物料衡汇总算输入输出酸化液46777.65L净稀液108889.56L草酸水62111.92L总计108889.56L108889.56L3.6发酵工段土霉素发酵工段示意图如图3-6所示。 一级培养基 二级培养基 三级培养基二级种子罐一级种子罐三级种子罐种子液 一级种子液 二级种子液 发酵液 损失 损失 损失 图 3-6 发酵工段示意图3.6.1三级发酵罐的物料衡算已知接种量： ，补料量：(V/V) ,蒸发量：。 3.6.1.1三级发酵罐中各成分的体积根据发酵罐进出物料量的关系有: （3-10） （3-11） （3-12）由上式可得：3

24、.6.1.2三级培养基的组成成分已知三级发酵罐进料密度，三级培养基组成成分见表3-5所示。表3-5 三级培养基组成成分汇总表物料名称质量百分含量质量（）淀粉 2676.03豆饼粉970.06酵母粉133.80367.95200.7010.04豆油13.941.57淀粉酶0.0866.903.6.1.3三级补料组成成分由以上数据可得： 补料培养基组成成分见表3-6所示。表3-6 补料培养基成分汇总表物料名称质量百分含量质量（kg）淀粉5%743.34豆饼粉0.2%29.73CaCO3 0.06%8.92KH2PO40.095%14.12淀粉酶0.136%20.220.02%2.973.6.2二级

25、种子液培养阶段物料衡量已知：接种量为，取样及蒸发损失:， 根据二级种子液培养阶段，进出物料量有： （3-13） （3-14） 可得： 二级培养基各成分：已知：二级进料的密度 ， ， 二级培养基的质量:二级培养基组成成分见表3-7所示。物料名称质量百分含量质量（）淀粉5%319.62糊精0.6%38.35豆饼粉2.5%159.81酵母粉0.6%38.35(NH)2SO40.8%51.14CaCO30.75%47.94KH2PO40.03%1.92豆油8/55000.09CoCl20.0018%0.12NaCl0.4%31.96表3-7 二级培养基组成成分汇总表3.6.3一级种子液培养阶段物料衡量已知：取样及蒸发损失：， 忽略三个茄子瓶种子液的体积，根据一级种子液培养过程进出物料量及过程中的损失量有： （3-15）得： 一级培养基各成分已知一级培养基的进料密度 ， 一级培养基组成成分见表3-8所示。表3-8 一级培养基组成成分汇总表物料名称质量百分含量质量（kg）淀粉1.5%8.93糊精1.5%