工科生－毕业课程设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ天津大学生物工程专业课程设计说明书设计题目:洁霉素发酵车间设计姓名：学号：班级:级生物工程一班指导教师:设计成绩：__＿__＿＿_＿目录第一章设计方案介绍 (1)１.1. 洁霉素简介 (1)1．２. 主要设备 .......................................................................................... １1.３．上游生产过程ﻩ２１.4．下游过程概述ﻩ错误!未定义书签。

1．５. 洁霉素生产工艺流程草图.............................................................. ４第二章发酵罐各部分设计计算ﻩ52.1. 发酵罐的结构尺寸ﻩ5２.2. 搅拌功率 ............................................................................................ ７２.3. 换热设备ﻩ82．4. 灭菌蒸汽量及时间........................................................................ １013第三章种子罐各部分设计计算ﻩ3.1. 一级种子罐 (13)３．2. 二级种子罐.................................................................................... １5第四章流加储罐各部分计算 . (19)194.1. 结构尺寸ﻩ194．2. 换热设备ﻩ４.3. 灭菌蒸汽量及时间...................................................................... ２１22第五章无菌空气生产设备ﻩ5.１. 一级种子罐分过滤器ﻩ225.2. 二级种子罐分过滤器 (22)5．３. 发酵罐分过滤器 (22)第六章操作规程ﻩ2３6.1. 一级种子罐ﻩ2３236.２. 二级种子罐ﻩ６.3. 发酵罐 .................................................................. 错误!未定义书签。

第七章附录 ......................................................................................２4247.1. 符号说明ﻩ7.２. 参考文献ﻩ２5第一章设计方案介绍1.1.洁霉素简介[1］洁霉素（Jiemycin）又称林可霉素(Liｎcomycｉn),是19６２年由美国人Maｓon等首先从链霉菌(S．lincolnenｓis)变种的培养液经发酵、酸化、提取、精制而得到的高效广谱抗生素，分子式为C18H34N２Ｏ６S，分子量为40６．56。

其化学结构如下:图1 洁霉素(Jieｍyｃin)的结构式洁霉素为白色结晶性粉末，有微臭或特殊臭,味苦,易溶于水、甲醇，略溶于乙醇。

熔点145～1４７℃。

遇酸、光和空气稳定。

对革兰阳性菌、厌氧菌作用强。

洁霉素在医学上主要用于葡萄球菌、链球菌、肺炎球菌及厌氧菌引起的各种感染，如呼吸道感染及败血症。

对脑膜炎、心内膜炎、白喉、放线菌病也有满意的疗效，但一般不作首选。

洁霉素主要作用机理:洁霉素作用于敏感菌核糖体的 50S 亚基,阻止肽链的延长,从而抑制细菌细胞的蛋白质合成,一般系抑菌剂,但在高浓度时，对某些细菌也具有杀菌作用。

对大多数革兰氏阳性菌和某些厌氧的革兰氏阴性菌有抗菌作用,对革兰氏阳性菌的抗菌作用类似红霉素。

敏感菌可包括肺炎链球菌、化脓性链球菌、绿色链球菌、金黄色葡萄球菌、白喉杆菌等。

厌氧菌对洁霉素敏感者包括拟杆菌属、梭杆菌、丙酸杆菌、真杆菌、双歧杆菌、消化链球菌、多数消化球菌、产气荚膜杆菌、破伤风杆菌、以及某些放线菌等。

洁霉素对粪链球菌、某些梭状芽胞杆菌、奴卡菌、酵母菌、真菌和病毒均不敏感。

葡萄球菌对其可缓慢地产。

1.2.主要设备●生产能力:年产６５吨●生产原料:自用糖、口服糖(速效碳源),淀粉（迟效碳源)，黄豆饼粉、玉米浆(氮源），NaNＯ3,NａCl,NH4NＯ3，ＫH2PO4,(ＮH４）2SO4等无机盐●操作条件:一级种子罐:3m3×4个,培养３天,罐温３0℃,罐压0.0５MPａ，空气流量１5０m3/h，空气压力０．125MPａ，搅拌转速６0ｒｐm；二级种子罐:１５m3×４个，培养3天，罐温30℃,罐压0.０4MPａ,空气流量9００m3/h,空气压力０.12５MPａ,搅拌转速60rpm;三级发酵罐:100m3×4个,培养9天,罐温３0℃,罐压0.04MPa，空气流量40０0ｍ3/h，空气压力0．125ＭPａ，搅拌转速60rpm。

●含量：45０0u／ml●流加发酵：保持糖浓4%,每隔8h取样，低于4％则加1吨4０％糖/８h,流加糖量为初始糖量的3－4倍。

1.3.上游生产过程［2，3]1.3.1菌种出发菌株为洁霉素产生菌链霉菌４-10２4(Sｔｒeｐｔomｙces４-10２4），首先从沙土管取种接种于斜面培养基上,在３0℃下恒温培养７d。

斜面培养基主要成分包括:可溶性淀粉2.0%、黄豆饼粉0.5％、氯化钠0.1%、硝酸钾０．1%、硫酸镁0．05%、硫酸亚铁０．１%、琼脂1.8%、pH ７.0－7.2。

待气生菌丝成为粉红色,基内菌丝为苍黄色，产生可溶性黄色素，孢子丝柔曲,表面光滑时,可进一步进行摇瓶培养,得到菌丝后再进入种子罐中培养，产生较多的菌丝体，再接种至发酵罐培养。

1.3.2培养基基础培养基中碳源为自用糖、口服糖（速效碳源）、淀粉（迟效碳源)等；氮源有黄豆饼粉、玉米浆等;无机盐包括硝酸钠、硝酸铵、氯化钠、磷酸二氢钾、硫酸铵等;消泡剂常用玉米油和泡敌,可在补料中加入，也可直接加到基础培养基中。

1.3.3发酵过程发酵过程的目的是使微生物大量分泌抗生素。

在发酵之前，有关设备和培养基必须先灭菌。

一、二级种子罐及发酵罐均采用蒸汽灭菌系统,采用实消灭菌法。

发酵系统包括灭菌系统、搅拌系统、换热系统、补料系统，其中补料尤为重要。

该发酵过程为流加发酵过程,采用三级补料发酵，糖浓度需维持在4%左右，每隔8小时取样一次，若低于4%，则需加入1吨 40%糖/８小时（流加糖量为初始糖量3-４倍），补料主要补葡萄糖、硫铵、氨水,有时也加入缓冲剂ＣaＣO3和消沫剂硅油。

1.４下游过程概述[３］洁霉素提炼工艺主要分为发酵液预处理及过滤、提取、精制三大步骤。

1.4.1发酵液预处理及过滤该步骤是提炼的第一道工序，目的是将菌丝和发酵液分开。

滤液质量对方便后工序的操作及保证成品质量非常重要，过滤收率对完成提炼总收率十分关键。

将发酵液用草酸酸化至pＨ3.0左右，草酸与发酵液中的Ca2+结合产生草酸钙,析出的草酸钙能促使蛋白凝固。

酸化时需加热到40-50℃,适当升温有利于草酸的溶解，还能加快过滤速度。

预处理后，采用硅藻土作为助滤剂过滤,得到澄清的滤液。

1.4.2溶剂萃取1.萃取采用丁醇作为萃取剂。

萃取前需将发酵滤液的ｐH调至1０左右，此时洁霉素在丁醇和水之间的分配系数达到最大值。

萃取后,大部分无机杂质和含氮化合物等酸性物质留在水相中,部分有机碱性杂质随洁霉素一起转移到有机相中。

2.浓缩和洗涤用真空薄膜浓缩的方式提高萃取液的浓度,再用pＨ>８的NaＯH溶液洗涤，除去萃取相中易溶于水的杂质。

３.反萃取在酸性条件下用水进行反萃取,此时洁霉素以盐的形式从有机相转入水相，与有机相中的杂质分离。

1.4.3精制和结晶利用活性炭脱色是精制的重要步骤,它能除去色素、热原等杂质。

脱色后加入丙酮结晶,晶体经过干燥后得到成品林可霉素盐酸盐。

1.4.4 下游过程提纯需经过以下过程：发酵液的预处理→发酵液的过滤→滤液(2200单位，pH=10）→丁醇提取(混合-澄清槽)｛6000单位}→一次浓缩｛8h,6万单位，罐内蒸汽 6０℃}→碱水洗涤（透光度8%,碱度1%以下){静置分层，除去杂质}→二次浓缩，减压蒸馏，水分基本浓缩{３０万单位,4０0L}→粗结晶加HCl 57％,以1:1加入无水乙醇，三通式离心机除水→脱色(加水、活性炭、浓度95%,2６-３2万单位）→丙酮结晶（通入-５℃冷却水）1:9→干燥→成品,洁霉素盐酸盐1.5.洁霉素生产工艺流程草图图2 洁霉素生产工艺流程草图一级种子罐 二级种子罐 发酵罐 发酵液预处理 板框过滤机 碱水洗涤罐 双锥干燥器 成品洁霉素盐酸盐 丁醇提取罐 水抽提罐 脱色罐 一次浓缩塔 二次浓缩塔 脱色过滤罐 旋风分离器 粗结晶罐 丙酮结晶罐 双锥干燥器第二章 发酵罐各部分设计计算2.1.发酵罐的结构尺寸[4]洁霉素发酵为好气发酵,因此选用带通风设备和机械搅拌的通用式发酵罐。

发酵罐的公称容积0V 为罐的圆筒部分容积c V 加上底封头的容积b V 之和，即 错误!未定义书签。

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()20146b V D H h D π⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦ ﻩﻩ（2-1)放线菌发酵罐的H /D 一般为1.8－2.2[5]，取H /D =2.05，b h 较小可忽略不计，由式()20146b V D H h D π⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦（2-1）得：03170V D .= （2- 2）所以发酵罐的直径为 03170V D .=＝ ＝3.89m取D = 4m,则罐身高度 H=2.05*D=2.05＊4=8.2ｍ根据椭圆形封头标准J Ｂ1154-73[６],D ＝ 4m 的椭圆形封头a h =1０0０mm ，b h =50ｍm ．验算总容积t V ：()()223114820054=112.05m 4646t b V D H h D ..ππ⎡⎤⎡⎤=++=⨯++⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ 所以总容积符合要求。

发酵罐的搅拌系统采用在罐底部安装两个径向流搅拌器,它们起到分散从底部输入的空气的作用。

本工艺中,发酵罐底部采用六叶圆盘涡轮式后弯叶搅拌器产生径向流。

由于发酵液中含大量菌丝体,粘度较高，在不影响菌丝生长的情况下,应取较大的d /D 值以增大搅拌功率。

取d /D =0.36［７],则0360364144m d .D ..==⨯=搅拌桨距罐底的距离一般与搅拌桨的直径相同,即144m B d .==取发酵罐的装填系数η＝73.０%，则有()20146L b V D H h D πη⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦ ()21730112054005446L .%.H .π⎡⎤⨯=⨯⨯++⨯⎢⎥⎣⎦ 得液面高度H Ｌ=５.７9ｍ．选两层桨，取搅拌桨间距22144288m S d ..==⨯=在罐壁上安装挡板以消除搅拌产生的漩涡。