发酵工厂工艺课程设计题目：5000t链霉素生产工艺设计课程名称：发酵工厂工艺设计概论学院：药学与生物工程学院班级： 112100101学号： 20姓名：指导老师：二零一五年五月目录1前言 (4)2设计任务书 (5)2.1本课程设计的性质、目的 (5)2.2本课程任务： (5)2.3基本要求： (5)2.4 基础数据： (5)2.5设计内容： (6)2.6参考数据及公式 (6)3厂址选择 (7)3.1厂址选择主要考虑的几个因素 (7)3.2厂址的最终选择 (7)3.3厂址卫星图 (8)4工厂总平面设计 (8)4.1工厂的平面设计图见附表： (8)5工艺流程简图及说明论证 (8)5.1发酵工艺 (8)5.1.1斜面孢子培养 (8)5.1.2 摇瓶种子培养 (9)5.1.3 种子罐扩大培养 (9)5.2 链霉素发酵条件及中间控制 (9)5.2.1溶氧的影响及控制 (9)5.2.2 温度 (10)5.2.3 pH值 (11)5.3 提取工艺 (11)5.4工艺流程简图如下： (12)6工艺计算 (13)6.1物料衡算 (13)6.2热量衡算 (14)6.2．1.对于生产1000kg链霉素产品，利用直接蒸汽混合加热，蒸汽消耗量为： (14)6.2．2.发酵罐空罐灭菌时的蒸汽消耗量估算： (15)6.2．3.发酵罐实罐灭菌保温时的蒸汽消耗量估算： (15)6.3耗水量的计算 (16)7发酵车间设备的选型计算 (17)7.1发酵罐的设计 (17)7.1.1发酵罐的选型及尺寸 (17)7.2设备结构的工艺设计 (18)7.2.1 空气分布器 (18)7.2.2 挡板 (18)7.2.3搅拌器设计 (18)7.2.4电机设计及轴功率的计算 (19)7.2.5冷却面积的计算与冷却管的设计 (20)7.2.6 PH测定 (22)7.2.7消泡 (22)7.2.8观察窗口 (22)7.2.9液面高度显示管安装 (22)7.2.10封头连接方式 (23)7.2.11密封方式 (23)8对本设计的评述 (23)9个人心得 (24)10参考文献 (24)1前言链霉素（Streptomycin）是瓦克斯曼（Waksman S.A.)于 1944 年从灰色链霉菌（Streptomyces,griseus）培养液中分离出来的一种碱性抗生素。

链霉素是一种相当强的有机碱，也是一种多糖类化合物。

其分子结构是由链霉肌、链霉糖和N-甲基-L-葡萄糖胺三部分以苷键相联结而成的。

链霉素碱稳定性特别差，工业产品主要是其硫酸盐形式，即硫酸链霉素(Streptomycin Sulfate)。

链霉素对结核杆菌有强大抗菌作用，其最低抑菌浓度(MIC)一般0.5 mg/L。

它对许多革兰氏阴性菌(G-)如大肠杆菌、肺炎杆菌、肠杆菌属、沙门菌属、布鲁菌属等也具抗菌作用。

链霉素对革兰氏阳性菌(G+)抗菌活性较差。

链霉素游离碱为白色粉末。

大多数盐类也是白色粉末或结晶，无嗅，味微苦。

链霉素在中性溶液中能以三价阳离子形式存在，所以可用离子交换法进行提取。

其水溶液比较稳定，但其稳定性受PH值和温度的影响较大。

其硫酸盐的水溶液在PH=4-7，室温下放置数星期仍很稳定，如在冰箱中保存三个月内活性无变化。

目前抗生素的生产主要是利用微生物发酵来进行，少数采用化学合成的方法，当然也有的采用化学法或生化法半合成。

对于链霉素可由灰色链霉菌发酵生产。

双氢链霉素可由湿链霉菌产生，但通常以半合成方法生产。

一般认为链霉素是治疗结核杆菌感染的首选药物，除此以外，还用于治疗革兰氏阴性菌所引起的泌尿道感染、结核性脑膜炎，鼠疫，肠道感染，肺炎，败血症，百日咳等。

链毒素的缺点是容易产生耐药性；长期使用对第八对脑神经有毒害除了医用外，也有报道将链霉素用于农牧业的。

例我国新疆某生产建设兵团的农场自1985年起应用链霉素治疗菜类瓜类和粮食等作物的病害，取得较好效果；链霉素还可用于猪肺炎，雏鸡白痢疾、以及鸡，鸭，鹅的巴氏杆菌感染等的治疗。

国内有些厂家将生产的链霉素作为农用出口，效益较好。

2设计任务书2.1本课程设计的性质、目的本课程是生物工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程。

学习本课程的目的是使学生在学完生物工程专业的有关课程后，尤其是在学完《发酵工艺学》、《生物工程设备》和《发酵工厂工艺设计概论》这三门课程后，综合运用3年所学的全部知识，进行工厂的初步设计。

通过专业课程设计使学生掌握应具备的基本设计技能。

待学生走上工作岗位后既能担负起工厂技术改造的任务，又能进行车间或全厂的工艺设计。

2.2本课程任务：1．撰写简要设计说明书，内容包括前言、设计任务书、厂址选择、物料衡算、设备衡算及选型等；2．绘制工厂总平面布置图一张、产品工艺方案流程图一张、发酵车间发酵罐的设计图（包括俯视图和剖面图）一张、车间设备和管道布置图。

2.3基本要求：通过课程设计，应训练学生提高以下几方面的能力：1、搜集实际工业生产工艺数据，熟悉技术文献资料。

2、合理设计工艺路线，准确进行工艺过程计算和设备设计选型计算。

3、以精简的文字、清晰的图表来表达个人设计思想、设计结果。

4、树立科学、经济的设计思想，兼顾安全、劳保、环保等要求。

2.4 基础数据：生产规模：5000/年（第2组）产品规格：成品效价为800单位/mg 生产天数：300天/年倒罐率：1％发酵装料系数：70% 接种量：15％发酵液收率：95％提炼总收率：70％平均发酵水平：25000单位/ml；发酵周期：8天；每天放罐数：6罐。

种子培养基配比：牛肉膏6％，葡萄糖4%，KH2PO41％，MgSO41%，接种量15% 生产培养基配比：葡萄糖4%，黄豆饼粉0.8%，玉米浆1.5%，（NH4）2SO4 0.5%，豆油0.2％，KH2PO40.01％，CaCO30.04%2.5设计内容：1．根据以上设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。

2．工艺计算：全厂的物料衡算；发酵车间的热量衡算(即蒸汽耗量的计算)；水用量的计算。

(注：不计算耗冷量)3．发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸。

（注：①不计算种子发酵罐设备选型；②发酵罐数应多加1个备用的；③发酵罐容积应以《生物工程设备》教辅资料P27，标准表进行选择，标准表的公称体积“75m3”改成“65m3”）4．对发酵设备进行详细化工计算与设计。

设计要求：1．根据以上设计内容，书写设计说明书(以《发酵工厂工艺设计概论》P．254车间初步设计说明书的编写要求书写)。

2．完成图纸四张(A3纸打印)：工厂总平面布置图；全厂工艺流程图；发酵设备总装图（剖面和俯视图）；车间设备布置图。

2.6参考数据及公式罐体的高径比H/D：1～3搅拌桨直径与罐体直径之比D i/D：1/3～1/2挡板宽度与罐体直径之比W b/D：1/8～1/12（4块挡板）最下层搅拌桨高度与罐体直径之比：0.8～1.0相邻两层搅拌桨距离与搅拌桨直径之比：1～2.5发酵条件：转速350r/min，温度28℃，pH7.2(400L 发酵罐)冷却水进出口温度分别为25℃、30℃黏度：38cP;培养基比热容：C=0.37×4.18X+4.18(1-X)X—固形物的质量百分比，0.37×4.18－固形物的比热3厂址选择3.1厂址选择主要考虑的几个因素3.2厂址的最终选择经过我们组队员的实地考察和卫星地图的查看，我们选择了一块在理工大学附近的花溪街道新屋村1社的一块空地上。

这里交通便利，水资源丰富，原料供应好，劳动力丰富，土地成本不高。

也能为我们理工大学的学子们提供就业的岗位。

3.3厂址卫星图4工厂总平面设计4.1工厂的平面设计图见附表：5工艺流程简图及说明论证5.1发酵工艺5.1.1斜面孢子培养将砂土管（或冷冻管）菌种接种到斜面培养基，经培养后即得原始斜面。

原始斜面质量要求一般为：菌落分布均匀，密度适中，颜色洁白，但菌落丰满，。

再从原始斜面的丰满单菌落接种至斜面上，长成后即得生产斜面，斜面上的菌落应为白色丰满的梅花形和馒头形，背面为淡棕色色素，排除各种杂型菌落。

经两次传代，可达到纯化的目的，排出变异的菌株。

其质量还应通过摇瓶实验来进行控制。

合格的孢子面存在低温冷库（0~4℃）内备用。

5.1.2 摇瓶种子培养生产斜面的菌落接种到摇瓶种子培养中，经过培养基即得摇瓶种子。

链霉素发酵经常使用摇瓶种子来接种种子罐。

种子质量以菌丝阶段、发酵单位、菌丝粘度或浓度、糖氮代谢、种子液色泽和无菌检查为指标。

摇瓶种子可以直接接种子罐，也可以在扩大培养，用培养所得的子瓶来接种。

药瓶培养的培养基成分为黄豆饼粉、葡萄糖、硫酸铵、碳酸钙等。

黄豆饼粉的质量和葡萄糖的用量对种子质量都有影响。

5.1.3 种子罐扩大培养种子罐培养是用来扩大种子量的。

种子罐培养可为2~3级，根据发酵罐体积大小和接种量来确定。

第一级种子罐一般采用摇瓶种子接种，2~3级种子罐则是逐级转移，接种量一般都为10%左右。

种子质量对后期发酵的影响甚大，种子必须符合各项质量要求（糖氮代谢、菌浓和菌丝阶段、效价和无菌要求），方能转罐。

因此在培养过程中，必须严格控制好罐温、通气搅拌和泡沫，以保证菌丝生长良好，得到合乎要求的种子。

5.2 链霉素发酵条件及中间控制5.2.1溶氧的影响及控制链霉素产生菌一灰色链霉菌是一种高度需氧菌。

它在整个代谢过程中以葡萄搪做为主要碳源，只有以氧做为最终电子受体时方能获得大量能量，来满足菌体生长、繁殖和合成链霉素的需要.物质代谢与能量代谢是相辅相成的。

据文献记载[19]，空气中，氧在培养液中的饱和浓度(1 a tm, 25℃})大约只有0.2毫克分子(O2)/升，而链霉素发酵液中菌体的摄氧率在10~50毫克分子(O2)/升小时。

因此向发酵液中迅速地补充溶解氧.是链霉素发酵中的重要问题[11]。

对溶氧水平有较大影响的因素主要有：a、菌体代谢是否旺盛。

b、培养液的粘度：过高的粘度会影响氧的传递，即影响氧由气相溶解于液相之中。

c、补料：补糖后糖代谢加快，补入10秒钟后溶氧即明显下降，但经30~40分钟后又逐渐恢复到补前水平。

这种变化当补糖量超过 1.0%时较明显。

当补无机氮源使氨基氮增加l0mg/100ml以上时，亦有这种变化。

d、罐压：实验证明罐压对溶氧的影响较空气流量对溶氧的影响更为明显。

在菌体生长前期，空气流量在一定范围内的增减对溶氧几乎没有什么影响，而罐压变化则溶氧变化明显。

在培养前期，一般罐压每升高或降低0.lkg/cm2溶氧浓度就升高或降低4%左右；在培养中、后期，罐压每升高或降低0.lkg/cm2溶氧浓度就升高或降低3%左右。

但罐压不能控制过高，超过一定限度对菌体的生长、代谢就要产生不良影响。