年产100吨托普霉素发酵车间设计.zip

附录：附录：图图 1 发酵工艺流程方框图发酵工艺流程方框图空气菌种空压机过滤器斜面活化摇瓶种子培养种子罐发酵罐原料配料罐无菌空气纯化水接种量 10%发酵液灭菌草酸酸化、氨水中和离心中和液HD-2 树脂动态吸附饱和树脂解析液洗脱、解析浓缩浓缩液纯化液H401 树脂纯化炭脱、过滤0.5%活性炭 炭脱液浓缩浓缩液结晶无水乙醇 湿成品干燥成品酸化、中和废液370.5，48h370.5，120h1生物制药设备课程设计说明书题目 年产 100 吨托普霉素发酵车间设计 2目 录目 录摘要摘要41 前言1 前言 4 1.1 产品介绍41.2 发展状况41.3 临床应用51.4 研究的意义52 设计任务 2 设计任务 52.1 设计项目名称52.2 生产方法62.3 生产能力62.4 主要原、辅料63 产品方案 3 产品方案 63.1 产品名称和性质63.2 产品的质量规格63.3 产品规模63.4 产品包装方式64 生产方法和工艺流程 4 生产方法和工艺流程 64.1 路线的选择生物发酵法64.2 工艺流程75 工艺组成和人员配置 5 工艺组成和人员配置 85.1 工艺组成及其所需时间85.2 人员配置86 物料及热量衡算 6 物料及热量衡算 86.1 物料衡算96.2 热量衡算 136.3 发酵车间水衡算 156.4 发酵过程无菌空气消耗量计算 167 主要工艺设备的设计和选型7 主要工艺设备的设计和选型1737.1 设备设计与选型的原则 177.2 主要设备的选型187.3 主要设备汇总 298 技术保安、防火及工业卫生8 技术保安、防火及工业卫生299 厂址选择9 厂址选择3010 “三废”治理及综合利用 10 “三废”治理及综合利用 3010.1 废水处理3010.2 废气处理3110.3 废渣处理3110.4 噪声处理3111 本工艺设计的技术难点 11 本工艺设计的技术难点 31参考文献 参考文献 33附录附录 344摘要：本工艺设计综述了托普霉素的发酵工艺路线，在此基础上，对 100T/a 托普霉素发酵车间工艺进行了初步设计。该工业化生产路线使用基因工程黑暗链霉菌作为产生菌，省略分离纯化中的水解步骤，收率较高、成本较低、发酵过程简单并易于工业化生产。本设计对工艺路线中出现的问题，包括车间的“三废”处理及综合利用、车间布置等都进行了较为合理地设计，并同时进行了主要的工艺计算和工艺设备选型，绘制了工艺流程图、车间设计图等一系列图表。关键词：托普霉素；车间工艺设计；工艺计算；工艺流程图1 前言1 前言1.1 产品介绍1.1 产品介绍1托普霉素（Tobramycin），又名妥布霉素，其化学名为 O-3-氨基-3-脱氧-a-O-葡吡喃糖基-（16）-O-2,6-二氨基-2,3,6-三脱氧-D-核-己吡喃糖基-（14）-2-脱氧-D-链霉胺。化学结构式为：托普霉素是第二代氨基糖苷类抗生素，为卡那霉素 B 的半合成衍生物，产生菌为黑暗链霉菌。其抗菌活性与庆大霉素相似，其作用机制是与细菌核糖体 30S和 50S 亚单位的特殊受体蛋白结合，影响肽链的延长，造成遗传密码错读，合成异常蛋白质。异常蛋白质结合进入细菌细胞膜，导致细胞膜渗漏，细菌死亡。该过程在缺氧的条件下可受到抑制，故对厌氧菌无效。托普霉素是临床上应用较广的抗菌素之一，适用于铜绿假单胞菌为主的革兰阴性杆菌所引起的全身感染。1.2 发展状况1.2 发展状况2,3托普霉素是美国礼莱公司礼莱研究室1969年自一株黑暗链霉菌（Streptomyces tenebrarius）的发酵液中分离得到的，并于1970年进行了临床试验。其后苏联医学科学院自乳脂链霉菌（Streptomyces cremeus subsp.Tobramycin）的托普突变株5中也得到托普霉素。1977年中国科学院微生物所自我国土壤中分离出一株链霉菌属的托普霉素产生菌,编号410-3。1975年7月以来，托普霉素在美国广泛使用。作为国际间协作研究的一部分,在托普霉素问世之前的1971年到1974年，我国进行了实验室和临床的研究，证明托普霉素是一个有效的、很有耐受性的、广谱抗生素。托普霉素硫酸盐已广泛地应用于治疗敏感菌引起的败血症、脑膜炎的中枢神经感染、新生儿的脓毒症等，因此引起医学界的重视。1.3 临床应用1.3 临床应用2托普霉素硫酸盐能有效地治疗由一种或多种病原菌引起的下列严重感染：1.3.11.3.1 呼吸道感染：托普霉素对于包括慢性支气管炎、肺炎、中耳炎在内的总有效率为 70-100%，与庆大霉素相似。1.3.2 1.3.2 皮肤、软组织和骨感染：对于由绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌和克雷伯氏菌所导致的皮肤和软组织感染的有效率为 82%，对骨感染的有效率为 68%。1.3.31.3.3 尿道感染严重的并发症和复发症：对于包括肾盂肾炎、膀胱炎在内的尿路感染的临床有效率为 62-96%，细菌学有效率为 84-88%。1.3.4 1.3.4 肠胃感染：托普霉素对腹膜炎、肠炎、肝脓肿或胆管炎都有显著的疗效，可达 80%以上。1.3.5 1.3.5 败血症：败血症在新生儿和婴儿中较多，单用或与其他抗菌素合用，治疗敏感革兰氏阴性杆菌败血症，其总有效率为 84%。败血症如由白血病、恶性肿瘤或肾移植所引起的与其反应较差，应当同-内酰胺类抗菌素联合使用。1.4 研究的意义1.4 研究的意义托普霉素对铜绿假单胞菌的作用比庆大霉素强 2-5 倍，对肺炎杆菌、肠杆菌属、变形杆菌的抗菌活性比庆大霉素强 2-4 倍，具有较长的抗生素后效应（PAE）。托普霉素是一种疗效高、抗菌谱广、安全性高的抗生素，其在世界上使用较为广泛，且被列为国家基本抗感染药物，同时也是我国传统出口原料药之一。2 设计任务2 设计任务2.1 设计项目名称：2.1 设计项目名称：年产 100 吨托普霉素发酵车间设计62.2 生产方法：2.2 生产方法：以黑暗链霉菌 F211 为原料，发酵生产托普霉素2.3 生产能力2.3 生产能力：年产 100 吨托普霉素2.4 主要原、辅料：2.4 主要原、辅料：淀粉，葡萄糖，豆油，黄豆饼粉，蛋白胨，硫酸镁，氯化铵，碳酸钙 3 产品方案3 产品方案3.1 产品名称和性质：3.1 产品名称和性质：托普霉素，为白色或类白色粉末，有引湿性3.2 产品的质量规格：3.2 产品的质量规格：托普霉素含量大于 98.0%，水分小于 8.0%3.3 产品规模：3.3 产品规模：100 T/a 3.4 产品包装方式：3.4 产品包装方式：桶装4 生产方法和工艺流程4 生产方法和工艺流程4.1 路线的选择生物发酵法4.1 路线的选择生物发酵法托普霉素是美国礼莱公司礼莱研究室1969年自一株黑暗链霉菌的发酵液中分离得到的，并于1970年进行了临床试验。液体深层发酵设备规模投资较大，但生产过程相对简单，能在较短时间内获得大量产物，因此可适合工业化集团经营，所获产品为次级代谢产物。4.1.1 菌种的选择4.1.1 菌种的选择4 黑暗链霉菌 H6 共产生三种抗生素氨甲酰妥布霉素、氨甲酰卡那霉素 B和安普霉素，为了在分离纯化中省略水解的步骤，降低及分离成本，通过基因工程技术构建工程菌，使其仅产生妥布霉素。4.1.2.培养过程4.1.2.培养过程4.1.2.1 斜面培养4.1.2.1 斜面培养5 培养基：葡萄糖天门冬素琼脂培养基：葡萄糖 1.0%，天门冬素 0.05%，磷酸氢二钾 0.05%，琼脂 2.0%。PH 4.9-6.357培养过程：培养基于 121灭菌 30min，将冷冻管中的菌种接种于活化斜面上于 370.5，培养至菌丝均匀长满斜面。将活化斜面的菌种挑出，划线分离于平板上于 370.5培养 4 天。4.1.2.2 摇瓶培养 4.1.2.2 摇瓶培养 培养基：淀粉 2.0%，黄豆饼粉 2.5%，蛋白胨 0.6%，NH4Cl 0.5%，CaC03 0.5%,豆油 1.5%。PH 6.35-7.1培养过程：500ml 三角瓶装培养基 120ml，将平板上的单菌落挑出，接于三角瓶中。采用 370.5，摇床转速 230 r/min，振荡培养 5 天，镜检菌丝粗壮，无杂菌后,合并作为进罐种子。4.1.2.3 种子罐培养4.1.2.3 种子罐培养6，7培养基：淀粉 2.0%，黄豆饼粉 2.5%，蛋白胨 0.6%，NH4Cl 0.5%，CaC03 0.5%，豆油 1.5%，消泡剂 0.01%。PH 6.35-7.1 培养过程：采用 2m3种子罐，装料系数为 0.8，在 370.5温度下发酵培养48h。4.1.2.4 发酵罐培养 4.1.2.4 发酵罐培养 7，8培养基：淀粉 1.0%，葡萄糖 1.5%，黄豆饼粉 3.0%，蛋白胨 0.6%，NH4Cl 0.5%，CaC03 0.5%，MgSO4 0.05%，豆油 1.5%，消泡剂 0.02%。PH 6.35-7.1培养过程：采用 20 m3发酵罐，装料系数为 0.8，在 370.5温度下发酵培养 120-144h。4.1.3 发酵液后处理4.1.3 发酵液后处理44.2 工艺流程4.2 工艺流程4.2.1 工艺流程的设计原则4.2.1 工艺流程的设计原则9进行工艺设计，必须考虑以下几项原则：4.2.1.1 4.2.1.1 保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求。4.2.1.2 4.2.1.2 尽量采用成熟的、先进的技术和设备。努力提高原料利用率，提高劳动发酵液预处理HD-2 树脂动态吸附3%氨水动态洗脱浓缩浓缩炭脱H401 树脂纯化乙醇结晶妥布霉素产品8生产率，降低水、电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能够迅速投入生产，使短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。4.2.1.3 4.2.1.3 尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。4.2.1.4 4.2.1.4 确保安全生产，以保证人身和设备的安全。4.2.1.5 4.2.1.5 生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。4.2.2 发酵工艺流程方框图4.2.2 发酵工艺流程方框图(见附录图 1)5 工艺组成和人员配置5 工艺组成和人员配置5.1 工艺组成及其所需时间5.1 工艺组成及其所需时间表 5-1 工艺组成及其所需时间表操作配料混合空消投料实消时间/h0.80.510.51操作冷却接种发酵发酵总时间清洗时间/h10.21201251.55.2 人员配置5.2 人员配置表 5-2 车间岗位人员配置表人数工段名称岗位名称人员配置每班轮休合计配料罐2112发酵发酵罐7347车间主任1/1其他车间副主任1/1合计/965116 物料及热量衡算6 物料及热量衡算96.1 物料衡算6.1 物料衡算6.1.1 物料配方6.1.1 物料配方种子罐（2 m3）发酵罐（20 m3）含量（%）重量（kg）含量（%）重量（kg）淀粉2.0324.5720葡萄糖/0.580豆油1.5241.5240黄豆饼粉2.5403.0480蛋白胨0.69.60.696MgSO4/0.058NH4Cl 0.580.580CaC03 0.580.580消泡剂0.010.160.023.2装料系数0.86.1.2 物料流程图6.1.2 物料流程图种子罐 配料罐淀粉 32kg豆油 24kg黄豆饼粉 40kg蛋白胨 9.6kgNH4Cl 8kgCaC03 8kg消泡剂 0.16kg25，30min淀粉 720kg葡萄糖 80kg豆油 240kg黄豆饼粉 480kg蛋白胨 96kgMgSO4 8kgNH4Cl 80kgCaC03 80kg消泡剂 3.2kg25，30min自来水25料水比 1:4料水比 1:430min121121，30min121121，30min30min30min冷却至 37冷却至 37发酵罐30min接种量 10%106.1.3 工艺技术指标6.1.3 工艺技术指标表 6-1 托普霉素发酵工艺主要技术指标表 6-1 托普霉素发酵工艺主要技术指标指标名称单位