年产吨土霉素工厂设计

年产吨土霉素工厂设计

Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

年产5000吨土霉素工厂设计 摘 要

土霉素(Terramycin)是四环素类抗生素的一种, 它是一类碱性广谱抗生素,它还有其他的名称，叫做盐酸地霉素、地灵霉素、氧四环素(英文/拉丁名称Oxytetracycline,OTC)等。它是经过微生物发酵合成产生的,在治疗过程中具备某些副作用,能抵抗多种球菌和杆菌的感染,结晶粉末呈现出金黄色或灰白色。目前,中国生产土霉素的量已占据世界榜首,占70%。由于土霉素的临床用药副作用大，作为兽用药副作用不明显，所以如今土霉素在畜用用药方面需求量很大。土霉素是链霉菌属，归类于放线菌种，它是微生物的次级代谢产物，从选育出来的高产菌株-龟裂链丝菌(streptomyces rimosus)的发酵液中提取得到。本次生产工厂设计采用的是传统的提取方法，总共触及好几个重要的工程概念和单元操作；即依次进行种子的培育、发酵、酸化、提取、过滤、脱色、结晶、离心、脱水等。众所周知,土霉素的生产工艺是应用酸化剂（草酸或磷酸)来调整pH值；再利用黄血盐-硫酸锌革除蛋白质等高分子杂质，净化发酵产物；然后用型号为122-2的树脂进行脱色，过滤净化土霉素滤液,最后把pH调到左右,通过结晶获得土霉素碱产品[1]。

本次设计按照以上所述的工艺流程，详细阐述了所需物料的多少，发酵车间和提

取车间各个阶段的工艺操作以及设备选型。自创了实践发酵车间的安排,由计算得出设计2个发酵车间，车间建筑为三层，每个车间安装的设备型号和数量都是经过详细计算的，并合理布置。

关键词:土霉素;物料衡算;设备选型;工艺流程;提炼工段

Abstract:

Terramycin is a class of tetracycline antibiotics, it is a class of basic broad-spectrum antibiotics, it also has other names, called doxorubicin, terpenycin, oxytetracycline (English / Latin name Oxytetracycline , OTC) and so on. It is produced by microbial fermentation synthesis, in the course of treatment with some side effects, can resist the infection of a variety of cocci and bacilli, crystalline powder showing golden or gray. At present, China's production of oxytetracycline has occupied the top of the world, accounting for 70%. As the clinical side effects of oxytetracycline large, as a veterinary side effects is not obvious, so now oxytetracycline in the use of livestock is a great demand. Oxytetracycline is Streptomyces,

classified as actinomycetes, which is the secondary metabolite of microorganisms and is extracted from the fermented broth of the highly proven strain, the strain of streptomyces rimosus. The production plant design is the traditional extraction method, a total of several important engineering concepts and unit operations; that is, followed by seed cultivation, fermentation, acidification, extraction, filtration, decolorization, crystallization, centrifugation, dehydration and so on. It is well known that oxytetracycline production process is the use of acidifier (oxalic acid or phosphoric acid) to adjust the pH value; and then use the yellow blood salt - zinc sulfate to remove protein and other high molecular impurities, purify the

fermentation products; and then model 122-2 resin Decolorization, filtration and purification of oxytetracycline filtrate, and finally the pH adjusted to or so, through the crystallization of oxytetracycline alkaline products [1].

This design in accordance with the above described process, detailing the number of materials required, fermentation workshop and extraction workshop at all stages of the process operation and equipment selection. Since the creation of the practice of fermentation workshop arrangements, calculated by the design of two fermentation workshop, workshop building for the three, each workshop to install the equipment model and quantity are calculated in detail, and reasonable layout.

Key words: oxytetracycline; material balance; equipment selection; process flow.

目 录

第1章 绪论

土霉素概述: 土霉素(Terramycin)有两种完全不同的状态，一种是无定形粉末，而另一种是淡黄色的结晶，它属于放线菌中的链霉菌属。构造上含有母核，而且这个母核是四并苯基,想要形成不同类别的四环素类抗生素，取代基就要处于不同H3CHOHN(CH3)2位置上，又或者四环上有着不同类型的取代基。 OH CONH2广谱抑菌剂有很多种，土霉素就是其中的一种。为什么土霉素可以发挥抗OHOOHO生素的功效其原因是位于原核生物核糖体 30S亚基上的A位点可以专一性与土图1 土霉素分子式 霉素牢牢结合在一起，进而阻碍蛋白质翻译过程中肽链的延长，达到抑制细菌生长的效果。OTC对许多肠球菌属、立克次体属、支原体属、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌等有抑制作用。其它的例如肺炎球菌、弯曲杆菌、流感杆菌、沙门氏菌、炭疽杆菌、草绿色链球菌、布鲁菌属、奴卡菌属以及克雷伯氏菌等亦较敏感[12]。 现今，用于治疗家畜的药物以及饲料添加剂中都会用到土霉素, 使得畜禽的生长加快,加强畜禽的免疫力。但是由于长期使用会使得其能产生较强的抗药性，所以现在也越来越少使用土霉素了。土霉素还可以作为制造多西环素等的主要原料。由于本品与不同品种的四环素类抗生素之间有着相似的化学结构，所以容易产生交叉耐药 [14][15]。并且因为其产生的副作用较为严重,所以临床用药微乎其微。

设计目标任务

年产5000吨（纯度： 99% ）土霉素工厂设计

一、基础数据

设计年产量M = 5000t/a 成品效价Ud = 1000单位/毫克

年平均发酵水平Uf = 35000单位/毫升

年工作日m =315 d/a

1、发酵基础工艺参数

土霉素有184小时的发酵周期， 10小时的辅助时间 发酵中罐有44小时的周期，4小时的辅助时间 发酵周期为35小时，辅助时间3小时 20%的接种比例， 15%的液体损失率

在一个发酵周期内，需要往大罐中加入的全料量为：32m3 在一个发酵周期内，需要往大罐中加入的稀料量为：17m3 发酵液损失总计为总料液的15%

大罐通气量为、中罐为、小罐为（每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量）

龟裂链丝菌株培育时长为20小时至40小时,补一次氨氮的间隔时间为4小时,每次的补充量控制在10至15L,培养基的氨浓度控制在45mg/100ml以上:

培养基的主要成分见表：

表培养基的主要成分

2、提取基本工艺参数

表 提取基本工艺参数

名称

脱色岗位收率 结晶干燥岗位收率 过滤岗位收率 产品纯度 发酵液密度 滤液密度 20%氨水密度 氨水加量

参数 % 86% 116% 99% L L L 12%

名称 发酵液效价 滤液效价 母液效价 湿晶体含水量 酸化液中草酸含量 酸化加黄血盐量 酸化加硫酸锌量 成品含水量

参数 35000u/ml 11000u/ml 1370u/ml 30% % g/ml % g/ml % g/ml %

脱色保留时间 30-50分钟 酸化加水量 230%v/v

滤液通过树脂罐的线速度控制在 /s

3.土霉素提取工艺参数一览表：

表 土霉素提取工艺参数一览表

名称 酸化稀释 结晶

反应时间( τ + τ、)/h 4 8

装料系数φ

本设计基本内容

工艺流程设计

按照设计工作要求,在最初的设计阶段到最后的施工阶段，由于后期投入

逐渐加深，随着各种相关专业相应工作任务的开展，对于不完善的地方加以修正，最后设计出一条合乎市场需要、满足客户要求并能获得丰厚利润的工厂。 工艺计算

物料衡算:根据年产5000吨土霉素计算出需要采购的的原材料以及辅料

的用量，总结出发酵和提取两个操作阶段的工艺参数,最后列出物料衡算的总表。

热量衡算:不要求

设备选择: 根据物料衡算及设备选型的计算结果来确定主要设备的数量。

发酵罐和种子罐的罐壁、封头、搅拌器的安装及相应的轴功率。

管道设计: 主要是设计发酵车间和提取车间里的管道。

完成绘图:总共要绘制4张图纸，包括工厂总平面布局图、带控制点的工艺流程图、车间设备布置图、主要设备装备图。

原料与产品规格

本次土霉素工厂设计的主要原料是黄豆粉、工业淀粉、玉米浆等。所设计的工厂应该和就近的生物原料厂确定合作联盟关系，确保原料的价格合理、质量有保障，并且交通运输成本较低、方便；产品的生产规格应该结合市场调研来做出相应的调整，熟悉近几年土霉素的生产概况以及销售量，大规模生产土霉素产品有利于工厂收益。

供电

供电工程在生物工程工厂设计当中是不必不可少的一个环节。

（1）供电系统 ①.土霉素工厂是一个生物制药行业，这个特殊行业要求必须24小时连轴生产。对电力要求十分严格，要保证稳定的电流电压。

（2） 供电方式 采用双回路的变电站。

(3)特殊设备的特殊电设施: ① 要安装应急照明灯、出入口安全标志灯，以防万一，好疏散员工到达安全地带。②由于工厂24小时连续生产，那些生物工厂设备容易出现高温灼烧损坏，所以应该在线路上配接相当承受功率的UPS电源。

第2章 总平面布置说明

工厂总平面布置设计原则

（1） 要合乎生产流程。按照工艺流程走向，要将发酵车间、提取车间、原材料库布置在核心区；从原料到成品的生产线应该是按顺序排列，单线的流向。

（2） 要充沛考虑到厂址主风向的影响，应该布置在当地每年主导风的下风向或侧风向，避免工厂产生的有害废弃物扩散到居民区。

（3） 将人流通道和物流通道分隔开来、方便运输。工厂应该至少设计三个门，包括一个正门（职员初入门）、一个侧门（产品、原材料的出入口）、一个后门（原材料、燃料、废弃物出入口）。

车间布置设计原则

（1）满足生产工艺的要求。通常要按照生产工艺流程的走向合理布置安排车间设备设施，要保障竖向和同一水平面这两个方向的连续生产操作。 （2）满足生产操作的要求。

（3）满足安装和检修的要求。厂房内部结构要紧凑有序而且简单，为未来生产发展以及技术的变革更新等创造有利条件。 （4）满足厂房建筑的要求。

（5）满足防火、卫生的要求。在此前提条件下，要最大限度地节约厂房的占地面积与空间，保持厂区的高效运作。

.

第3章 工艺设计与计算

物料衡算和动力消耗是本次工艺计算的主要内容。

发酵生产工艺

土霉素生产工艺流程简介

土霉素是由高产土霉素菌株发酵产生的，土霉素的生产制造过程主要包括发酵和提取两大步骤。大概的工艺流程分为种子培育（获得足够数量的菌丝）、三级发酵、酸化（释放菌丝中的单位）、过滤（去除杂质）、脱色（去除色素）、结晶（提高产品纯度及产率）、干燥（延长保质期）等步骤[13]。提取技术用酸化剂（草酸或磷酸)调节pH值的大小,提高滤液质量，利用黄血盐 ——硫酸锌聚合物作为清洗剂协同去除蛋白质等高分子杂质,还可以除去铁离子，使得产品纯化，然后用122-2树脂进行脱色，提高土霉素滤液的纯度,最后加入碱化剂提高pH至等电点，结晶得到晶体产品[13]。

土霉素生产总工艺流程图

土霉素生产总工艺流程图

孢子培种子培砂土孢子 斜面孢子 养 养 工艺计算℃ 4-5天 30℃ 38h v/m 通过物料衡算，可以算出生产过程中所需要的各种原料和辅料的质量和种子扩大培体积，各种残品、最终产品和副产品的排出物料量。 一级种子培养二级种子培养养 液 30℃ 48h v/m 液 发酵车间的物料衡算 发酵计算依据 %g/ml草酸调 % 液 黄血盐% 发酵车间计算依据见表 酸化 酸化液 稀释 200%v/v 发酵 30℃ 194h 1：v/m 补加液氨 稀释液 板框过滤 计算过程

树脂脱色 分离洗涤 结晶 滤液 1.土霉素年生产情况：脱色 结晶液 12%氨水 液 122-2树脂 用滤后水淋洗再甩调 28-30℃ 首先，由于在土霉素生产的过程中，两大主要车间（发酵车间和提取车干 间）的工艺生产中不可能百分之百都最终制成成品，总会浪费耗损掉一些产

旋风干燥 品，则： 湿晶土霉素碱成品 体 土霉素实际总产量(t)= 年产量×纯度 /(发酵车间产率×提取车间产率)

=5000×99% /(1- 5%)(1- 20%)

= 5000×99% /(95%×80%) =………………………

年生产土霉素的实际单位量(U)= 土霉素实际总产量 ×土霉素理论效价 = ×109×1000 = 6513160×109 U……

土霉素发酵液的生产效价在本次工艺中均用 30000 U/ml来计算。（其生产效价为30000~33000U/ml）

年实际发酵液体积 (m3) = 年生产产品的实际单位量 / 发酵液生产效价 = 6513160×109÷30000 =×109 ml

= 217105 m3……

年实际发酵液重量(t) = 年实际发酵液体积 × 发酵液密度 = 217105×1200

= 260526 t…….…….

2.每年生产轮次:

轮次(轮) = 每年生产天数/发酵周期

= 300÷10

= 30 轮…….………….… 3.每轮次生产情况：

每轮次发酵液体积(m3) = 年实际发酵液体积 /生产轮次 = 217105÷30 = 7237 m3…………

每轮次发酵液重量(t)= 每轮次发酵液体积 × 发酵液密度 = 7237 × 1200 =8684400㎏ = t……………

表 发酵液计算结果汇总

发酵液 体积/m3 重量/t

原料用量计算

此次计算的依据来源：

1. 一级种子罐到三级发酵罐的培养基配方和补料比例见表 2.接种量：

三角瓶 每轮次 7237

每年 217110 260532

1% 10% 20% 一级种子罐 二级种子罐 三级发酵罐 计算过程

发酵罐培养基的体积：Vc = 7237 ×(1－20%)= ×103 m3 ….…… 二级种子罐培养基的体积：Vb =7237× 20% ×(1－10%)= ×103 m3…… 一级种子罐培养基的体积：Va =7237 × 20% × 10% ×(1－1%)= m3…

注：均按每年生产总量进行计算的 1.一级种子罐培养基用料的计算 以每轮次的用量计算：

淀粉 = × % = t……………………………… 糊精 = × % = t…………………...…………… 黄豆饼粉 = × % = t………………………… 玉米浆 = × % = t…………………………… 磷酸二氢钾 = × % = ………………… 硫酸铵 = × % = t………………………… 油 = × % = t………………………………… 由于年用量 = 每轮次用量×轮次

则淀粉年用量 = × 30 = …………………………………… 其他成分用量结果见表

表 一级种子罐培养基内各成分用量表

成分 淀粉 糊精 黄豆饼粉 玉米浆 硫酸铵 磷酸二氢钾

油

每轮次用量/t

年用量/t

以下各级培养基各成分用量结果见表

数据汇总：

表 二级种子罐培养基内各用料用量表

成分 淀粉 黄豆饼粉 硫酸铵 磷酸二氢钾

油 泡敌

每轮次用量/t

表 发酵罐培养基内各成分用量表

成分 淀粉 黄豆饼粉 玉米浆 硫酸铵 磷酸二氢钾

油 淀粉酶 泡敌

每轮次用量/t

表 补料罐培养基内各用料用量表

成分 淀粉 玉米浆

每轮次用量/t

755

年用量/t 22650 年用量/t

年用量/t

1563

磷酸二氢钾

油 淀粉酶 泡敌

2.总物料衡算及汇总

计算过程：

淀粉 = + + +755= t………………………… 糊精= t…………………………………………….. 黄豆饼粉 =++ =……………... 玉米浆 = + + = t………………….. 硫酸铵 = ++ = t…………………... 磷酸二氢钾 + + + =…… 油 = + ++ = t………………….. 淀粉酶 = + = t……………………...… 泡敌 =++ = …。………………… 总物料用量汇总如表

表 发酵车间总物料用量汇总表

成分 淀粉 糊精 黄豆饼粉 玉米浆 硫酸铵 磷酸二氢钾

油

每轮次用量/t

年用量/t

3669

淀粉酶 泡敌

提取车间物料衡算 计算依据

提取车间计算参数见表: 注：以上数据均参考生产实践

提取过程物料之间的每一个阶段的体积变化比值：

发酵液 % % % % 酸化液 滤液 脱色液 结晶液 计算过程

V发酵 = 217105 m3……

V酸化 =217105×% = ……………………（） V滤液 = ×% = m3………………… V脱色 = ×% = m3………………….. V结晶 =×% = m3…………………….

草酸用量 =217105×15% = t..……………………… 黄血盐用量 = ×% + %)= t……… 硫酸锌用量 = ×% + %)= t..……… 氨水用量 = ×11% =……………………… 亚硫酸钠用量 = ×% = t……………. 上述各成分用量的汇总见表

表 提取车间各成分用量

成 分 草酸 黄血盐

年用量/t

硫酸锌 氨水 亚硫酸钠

动力消耗计算

电力概算

计算依据：每生产一公斤土霉素就要耗7度电(参考生产实际情况) 年耗电量 ＝5000×103×7＝×107度…………. 每季度耗电量 ＝ ×107 ÷4＝×106度…… 每轮次耗电量 ＝ ×107÷30＝×106度…… 上述电用量汇总见表

表 电用量

年耗电量/度

×107

季度耗电量/度

×106

轮次耗电量/度

×106

水概算

计算依据：每生产一公斤土霉素需要消耗3吨水(参考生产实际情况) 计算过程如下：

年产量5000 t土霉素原料药的发酵工厂年耗水量： 年耗水量 ＝5000×103×3＝×107 t……………… 季度耗水量 = ×107÷4 = ×106 t.…………… 轮次耗水量 = ×107÷30 = 5×105 t……………….. 上述水用的量汇总见表

表 水用量

年耗水量/t

季度耗水量/t

轮次耗水量/t

×107 ×106 5×105

蒸汽概算

每生产一吨土霉素需要消耗15吨蒸汽(参考生产实际情况) 年蒸汽用量 = 5000×15 = 75000 t……….. 每季度蒸汽用量 =75000÷4 = 18750 t…… 每轮次蒸汽用量 =75000÷30 =2500 t…….. 上述蒸汽用量的汇总表如下：

表 蒸汽用量

年蒸汽用量/t

75000

每季度蒸汽用量/t

18750

每轮次蒸汽用量/t

2500

无菌空气概算 一级种子罐

本次设计中，往一级种子罐中通入的无菌空气定量为1:,换句话说就是每分钟通入体积的无菌空气时供给1体积的种子液

一级种子罐的种子液＝轮次

发酵时间为28～30h，取30h为计算标准

一级种子罐中需要通入的无菌空气＝××30×60 = 257922m3…… 二级种子罐

本次设计中，往二级种子罐中通入的无菌空气定量为1:～。取1：，换句话说就是每分钟通入体积的无菌空气时供给1体积的种子液

二级种子罐的种子液＝ ×103m3/轮次 发酵时间为28～32h，取32h为计算标准

二级种子罐中需要通入的无菌空气＝×103× × 32× 60＝3……………. 发酵罐

本次设计中，往发酵罐中通入的无菌空气定量为1：~v. min。可取1： v/v. min，表示每分钟通入体积的无菌空气时供给1体积的种子液

发酵罐中的发酵液为×103 m3/轮次

发酵周期为160～190h，本次设计取190h。 发酵罐中需要通入的无菌空气= ×103× × 190× 60＝

3

………………………………………………………………

每轮次无菌空气用量＋

3

………………………………………………………………

无菌空气年用量3…… 无菌空气用量汇总如下：

表 无菌空气用量

每轮次无菌空气用量/m3

无菌空气年用量/m3

第4章 设备的设计与选型

发酵车间

计算依据

本次设备设计的计算依据见表。

表 发酵车间计算依据

项 目 参 数

每年实际发酵液体积/m/年

217105

3

每轮发酵液体积/m/轮

7237

3

装载系数 ~

计算过程 发酵罐

本次设计采用通风发酵罐

1.发酵罐

因为每轮次发酵液体积是 × 103 m3，则本次设计选用550 m3的标准发酵罐作为三级发酵罐，详情参数见表。

装料系数：一般取~，本设计选用即75% 所以发酵罐的个数= × 103 ÷ ( 550 ×

= ………………………………

此次设计得有14个三级发酵罐，而且有2个生产车间，每个车间平均有7个三级发酵罐；因为每个车间要有一个备用罐，则实际总共有16个发酵罐。 2.二级种子罐

× 103 ÷ 20 × 20% = m3……

式中20%为二级种子罐往三级发酵罐的接种比例。

此次选用填料系数为的发酵罐，则选用的二级种子罐的标准容积为100 m3，详见表。然后按照二级种子罐：发酵罐=1:1，考虑到备用罐的存在，则本设计总共选用16个二级种子罐。 3.一级种子罐

× 103 ÷ 20 × 20%× 10%= ……

式中10%为一级种子罐往二级种子罐的接种比例。

此次选用填料系数为的发酵罐，则本设计采用的一级种子罐的体积为10m3。按照一级种子罐:二级种子罐=1:1的原则，考虑到备用罐的存在，本设计总共选用16个一级种子罐。

表 通用式发酵罐的技术相关参数[16]

公称容积/m3 10 20 50 100 200 罐体直径/mm 1800 2300 3100 4000 5000 罐体高度/mm 4550 5830 7830 10080 12600 全容积/m3 118 213

4.车间的分配

发酵罐的车间具体分布情况见表

表 发酵罐车间分布

第一车间 第二车间 配料罐

本设计配料罐设计2种配料罐，其中小的配料罐用来供应一级种子罐，而二级种子罐和发酵罐则共用一个大配料罐。每天配1罐料，以一天所需配料量计算配料罐大小。

1.一级种子罐的配料罐

一级种子罐为10m3，可以用10m3的小配料罐，配置一级种子罐的培养基。取H/D＝，依据公式计算，取直径，高。

2.二级种子罐和发酵罐的配料罐

发酵罐体积是550 m3，发酵罐装料系数为75%，从二级种子罐至发酵罐的接种量为 20%，则每个发酵罐需配料量为 550 ×75%×(1-20%)= 330m3……

二级种子罐的体积为118 m3，装料系数75%，从二级种子罐到发酵罐的接种量为 10%，则每个二级种子罐需配料量为 118 ×75%×(1-10%)= ……………………………………………………………………………

取配料罐装料系数为75%

则 (330+ ÷75%=…………………………………………..

可取1个550m3 的配料罐，取H/D＝，根据体积公式计算得D=，H=17m。

每天配一罐料，每个车间一个大配料罐、一个小配料罐；因为有2个车间，所以共有2个大配料罐、2个小配料罐。 补料罐

从第3章的物料衡算得知：

一级种子罐数量/个

8 8

二级种子罐数量/个

8 8

发酵罐数量/个

8 8

每轮次补料中应该加入的原料重量=淀粉 + 玉米浆 + 磷酸二氢钾 + 油 + 淀粉酶 + 泡敌

=755 + + + + +

= t……………………………. 则补料的总质量为 ÷ % = 1510m3……

总共取8个补料罐，每个罐所需要的补料体积为

1510 ÷8= m3………………

装料系数：取85%

则补料罐的体积为 ÷ = ………

选用容积为250的补料罐，取H/D＝，根据体积公式计算得D=，H=。 消泡剂贮存罐

每年消耗的泡敌量为 t。

则每季度消耗的泡敌量为÷4=…………… 泡敌密度为950kg/m3

则泡敌的总体积为 ×103 ÷ 950 = ……

选用2个20m3的贮罐，取H/D＝，根据体积公式计算得D=，H=。

提取车间

计算依据

根据第3章的物料衡算计算出的数据：2个生产车间中总共有16个发酵罐，发酵罐数目皆为8个/车间。有几个发酵车间就有几个提取车间。

放罐数：1罐/天

发酵车间的损耗为5%，则发酵液排放量为 × 103 ÷ 14 × (1-5%) =…… 根据每天轮班工作24小时来计算，则得知每小时的流量为 ÷ 24 = m3/h……

提取时每一个阶段的物料之间的体积变化比值如下： 发酵液

酸化液 滤液 脱色液 结晶液

% % % % 计算过程 1.酸化罐

稀释液

草酸盐酸损失 发酵液 酸化 酸化液 净化液 酸化液体积为： × % = …………… 取230 m3的酸化罐，填料系数：取85% 计算得知酸化罐的个数为： ÷ (230×= ……

酸化罐选用体积为230 m3的8个，取H/D=，计算得D= m，H=。有两个生产车间，则总共16个酸化罐。 2.过滤设备

高单位 滤渣滤 液 损失

需要板框压滤机的数量： 其中，N — 台数；

VF — 发酵液体积，本设计VF= m3 × % × % =；…… i — 固体含量，15%~20%，本设计取15%； K — 板框内容渣填充系数，~，本设计取； VP — 压滤机最大容渣体积；

VP=滤板数n×滤室容积V

净化液

本设计选用禹州兴泰压滤机制造厂所生产型号为BMAJ/700 -30U的板框式压滤机，其相关技术数据见表：

表 板框压滤机的相关参数[12]

过滤面积 滤板数 滤室容积 滤饼厚度

/m

BMAJ/700 -30U

2

型号

地基尺寸/mm

整机长度/mm

整机重量/kg 3000

/块 /m

3

/mm

40 37 30 3260 3970

则 N =× ÷ ( × 37 × ) = (台) 取12台

由于考虑到两级脱色，则其中6台用作初滤、6台用作复滤，共两个车间，所以板框压滤机共计24台，因此滤液储罐共24个。

参考生产实际，一般过滤时间t在3小时左右，则处理量为 VF ÷ t ÷ N= ÷ 3 ÷ 3 = m3……………..… 取填料系数为，则 ÷ = ……

采用12个过滤贮罐，其体积为150m3，取H/D=，计算得知D= m，H=。 3.脱色罐

脱色液 脱色 损失 脱色罐选用一般的树脂罐。本设计取罐直径为 m,取H/D=4，则罐高6m。

滤液 V罐体积=1D2H2hbD46…… 其中：D — 罐体直径，本设计取D=； H — 罐高，本设计取6m；

Hb — 椭圆封头的直边高度，本设计取。 经计算，罐的体积：V罐体积 = m3 每小时交换液体积为：

× % × % × % = h………………………

处理时间为一般为2h，所以，处理液体积为 ×2= …… 本设计取罐的装载系数为70%

则罐的数量 = ÷ ( × 70% ) =，取整为12套。另外加上一个备用罐，取13套罐子，总共26个罐子。………………………………………… 4.脱色液暂贮罐

脱色液体积为： × % × % × % = m3………. 贮罐体积取230 m3，取90%的填料系数。

则贮罐数量为 ÷(230 × 90%)= ………………………….

则采用体积为230m3 的脱色液贮罐5个，取H/D＝，计算得D=，H=。 5.氨水贮罐

依据第3章的物料衡算：氨水的年用量为吨。

每轮用量为÷30= t。…………………………………………. 本次设计使用的是9%~11%氨水。

本设计有两个提取车间，所以每个车间需要氨水体积是÷ 2 × = m3，式中为氨水的密度。…………………………………………

取90%的填料系数 ，则氨水贮罐的体积为： ÷ 90% = m3 ……

选用3个氨水贮罐，全容积为550m3，取H/D＝，计算得D= m，H=17 m。由于有两个生产车间，所以总共6个氨水贮罐。 6.混碱罐

处理量为 m3/h，取4h的处理时间，取的填料系数

则V=×4÷=41…………………………………………………………… 采用1个40 m3混碱罐即可，取H/D＝，计算得知D=，H=。 两个车间总共两个混碱罐。 7.结晶罐

碱化剂 脱色液 结晶 离心母液湿 品损 失

结晶液的体积为：

× % × % × % ×% = m3……………..

选用等电点结晶罐，取 H/D=。选用230 m3的结晶罐，装料系数：取75% 则结晶罐个数为： ÷ 230 ÷ 75% = ，考虑一个备用罐，取8个230 m3 的结晶罐。两个车间16个。………………………………………………

结晶罐的设计： ① 径高计算

V罐体积=其中：D — 罐体直径；

1D2H2hbD46……  H — 罐高，本设计取H/D=；

Hb — 椭圆封头的直边高度，本设计取。 计算可知 D= ；H= ②壁厚的计算

选不锈钢 0Cr19Ni9,其[σ]为130

SPDC……………………

2P 其中：P — 设计压力； D — 发酵罐内径4200mm；

σ — 可承受应力；本设计采用双面对焊，u＝ C — 壁厚附加量；取3mm。

则： S = × 4200 ÷ (2 ×130 × －＋3 =

考虑到安全因素,取 10 mm。 ③搅拌器的设计

采用剪切力较小的搅拌器（框式的）用于产品结晶，如图。通常搅拌器的直径Di取罐体的内径D的～。 本设计取Di = D = × =。

3

10

3

3

2

9

2

2

转速通常为20~60r/min，视具体情况而定。 结晶罐参数总汇表见： 8.离心机的确定

离心处理量为： × % × % × % × % = m3/h……

则采用张家港市恒大离心机制造有限公司的SB/SBJ型三足式密闭离心机，详见下表

表 SB/SBJ型三足式密闭离心机

转鼓

型号

内径 /mm

SB1500

1500

有效容积 /L

450

装料限量 /kg

600

额定 转速 /r/min

600

分离 因数

功率 /kw

整机 重量 /kg 3300

1260

外形尺寸 /mm

302 15 4880

参考生产实际，处理时间通常为12min, 则需要的容积为：× = m3，发酵液的比重是1000 kg/m3，因此其重量为： ×1000 =10152kg。离心机的数量为10152÷600=，取17台，则两个车间共34台。…… 9.干燥器 湿品 干品 水 损失

干

本次土霉素设计的年产量为5000t，所以每轮次产量为5000/30=………………………….…

干晶体的重量是湿晶体的50%，则应除去的水分：×50%= t………………………………………….……

又因为工作时间为24h，所以干燥器每小时处理的水量为：×103÷ 24 =h…………………………………

干燥机的数量为÷300=..…，取12台，两个车间共24台。详见下表： 10.混粉机

设备汇总

表 全厂主要设备规格一览表

名称 发酵罐 二级种子罐 一级种子罐 小配料罐 大配料罐 补料罐 消泡剂贮罐 酸化罐 板框过滤机 滤液贮罐 脱色罐 脱色液贮罐 氨水贮罐 混碱罐 结晶罐 离心机 喷雾干燥器

规格 V=550m3 V=118m3 V=10m3 V=10m3 V=550m3 V=250m3 V=20m3 V=230m3 BMAJ/700 -30U V=150m3 V= m3 V=230m3 V=550m3 V=40m3 V=230m3 SB/SBJ型 GPL型离心喷雾干燥

器

混粉机

自混式高均匀度混粉

2

不锈钢

数量 16 16 16 2 2 8 2 16 12 12 26 5 6 2 16 34 24

材料 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 塑钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢

机 第5章 管道设计

发酵罐的接管设计:

冷却面积的计算： 取qmax=×6000 KJ/( m3 ．h)

采用竖式列管式换热器，取经验值K=×500 KJ/( m3 ．h．℃) △tm=（△t1-△t2）/(ln△t1/△t2)=(38-15)/(ln38/15)=25 (℃) ………….. 每天装罐，每罐实际装液量为: = (m3) …… 换热面积:

F=×6000××500×25)= (m3) ……

设备结构的工艺设计 1).空气分布器：单管通风 2).挡板：不设挡板 3).密封方式：机械密封 4).冷却管布置

a) 最高热负荷下的耗水量：

W=×6000××（27-20）） =×105 （kg/h）= (kg/s) …………..

则冷却水体积流量为W’=s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为v=1m/s,冷却管总截面积:

S总=1= (m2) ………………….

进水总管直径d总2= S总/,解出 d总= （m）…………… b) 冷却管组数和管径

设冷却管径为d0，组数为n则：S总= nd02……，根据本罐情况，取n=8，求出管径： d0=（m）

查表取φ133×4无缝钢管，d内=125mm，d内>d0，满足要求，且d平均=129 mm。 取竖蛇管端部U型弯管曲率半径为250 mm，则两直管之间的距离为500 mm，

两端弯管总长度：l0=πD=×500=1570 mm……. c) 冷却管总长度L计算

已知冷却总面积F=，无缝钢管φ133×4

每米冷却面积为： F0=××1=（m2）…….. …………. 则冷却管总长度： L==（m）……………………. 冷却管体积：

V=××=(m3) ……………….

d) 每组管长L0和管组高度 每组管长:

L0= L/n=8=(m) ……………………….

另需连接管8m： L实际=L+8=（m）..………………………….

V总=V液+V管+V附件=（8）++=(m3) ….. ………… 上式中为附件体积。

筒体部分液深：（V总-V封）/S截=（）/×52)=(m) …… 竖直蛇管总高:

H管=+=（m）…………………………

又两端弯管总长： l0=1570 mm，两端弯管总高为500mm

则直管部分高度： h=H管-500=2697 （mm）…………………………… 则一圈管长： e) 每组管子圈数n0

n0= L0/l== (圈) ………………………

管间距为：

外

l=2h+ l0=2×2697+1570=6964(mm) ..…………………

=×= (m) …………………………….

f) 校核冷却管传热面积

F实=πd平均L实际=××=（m2）……

F实>F，可满足要求。 设备材料的选择：

本设计选A3钢。

3

① 排料管（也是通风管） 为例计算其管径。发酵罐装料350m，2h之内排空，物料体积流量： Q=350/3600/2= (m3/s) ……………………………… 发酵液流速取v=1m/s 排料管截面积：

S料=Q/v=1= (m2) ………………………………

管径d：d2= S料/,解出d=（m）=250 mm 取无缝钢管φ273×8，其内径250mm,符合要求。 ② 通风管计算，通风比2vvm，20℃) 通风量：

Q’=350×2=700(m3/min)=（m3/s）……

换算到运转状态下，30℃)的风量：

Qf=××（273+30）/×(273+20))=（m3/s）……… 取风速：v=30 m/s

则通风管截面积： Sf= Qf/v=30= (m2) ……………….. 则通风管径：df2=Sf/,解出df=（m）…………………… 因为通风管既是排料管，所以取φ426×9无缝钢管。 ③ 料时间复核 ：物料流量Q= m3/s，流速v=1m/s， 管道截面积： 相应流量比： 排料时间：

S=×=(m2) ……………….. P=Q/Sv=×1)=倍……..……... t=2×=（h）…………………………..

支座选择：裙式支座

酸化设备的流体输送：

酸化液进料管采用不锈钢焊接钢管φ133×5。 酸化液排出的体积为，与发酵液差不多。

Q453.9763.05*103m3/s……………………………

36002发酵液流速取v=1m/s，排料管截面积

S料Q63.05*10363.05*103m2…………………… v1S料0.78563.05*1030.28m………………….

0.785管径d

采用不锈钢焊接钢管φ325×8，其内径300mm>280mm，符合要求。

稀释设备的流体输送

稀释罐进料管采用不锈钢焊接钢管φ325×8

有的稀释液，采用三个酸化罐，即每个罐内装液为 m3，装料645m3，在2h以内排空，物料体积流量 ：

Q453.9763.05*103m3/s…………………………...

36002排料管截面积的计算公式如下：

S料Q63.05*10363.05*103m2……. ……………. v1式中1为发酵液流速。 管径dS料0.78563.05*1030.28m…………………

0.785取不锈钢焊接钢管φ325×8，其内径300mm>280mm，符合要求。

板框过滤设备的输送:

进入板框过滤机的管道与的管道相同，不锈钢焊接钢管φ325×8 。经板框过滤后，滤液体积为，进行半个小时的处理。

物料体积流量

Q268.910.15m3/s36000.5……………………………

排料管截面积的计算公式如下：

S料Q0.150.15m2…………………………..………………… v1式中1为发酵液流速。 dS料0.7850.150.438m0.785….…

管径

所以选用φ450×5的不锈钢焊接钢管，其内径440mm>438mm。

第6章 车间设备布置设计

车间设备布置设计原则

① 在设备布置时要保证工艺流程的通畅； ② 保证在最大限度范围内满足工艺生产要求；

③ 能够高效、合理的利用车间布置建筑面积，并且做到节约使用；

④ 能使车间具有可行性的经济效应、使用先进合理的技术，做到最大限度的

节能措施；

⑤ 要提前预估车间发展的趋势以及工厂扩建所带来的前景影响； ⑥ 要充分考虑当地的水源、地貌、气候、居民生活位置和农作状况； ⑦ 要充分考虑交通运输的便利性、以及人流、物流的畅通情况。

车间设备布置

本工厂设计车间重点在于介绍发酵车间的布置设计，见附录的车间设备布置图。

第7章 安全与环境保护

三废含有多种有害物质，如果就不经处理就这么排放出去，不仅会污染大自然的环境、破坏生态系统的平衡稳定和自然资源，而且会对居民的健康造成危害。所以三废问题解决的重要性就不言而喻了。

废水处理系统

发酵车间和提取车间会产生大量的废水，废水中必定会有很多有毒的有机物、还有土霉素残留，而且含有草酸和硫酸根离子，当这些物质达到一定的浓度时，其抗菌性就很大了；还可能有致病细菌、其他各种各样的微生物、化学污染物等。现将物理处理法，化学处理法和生物处理法列简表如下 [12]。

衡量指标

水质指标如表： 污水处理工艺流程

图 污水处理工艺流程图

废渣处理系统

土霉素的生产主要原料为粮食和农副产品，废渣中包含发酵、提取车间耗损的残渣，以及不符合标准的中间体和产品；首先要从制造流程中控制废渣的产生量，其次对排出的废渣要尽可能的回收利用；由于废渣以及处理废水的活性污泥中都含有较高含量的 蛋白质，因此可以用来生产有机肥料或者牲畜饲料添加剂，对于有价值的资源和能源进行绿色回收。 废渣的处理及流程

本设计采用的处理方法是气流干燥湿菌丝

图 废菌渣处理流程图

污泥处理

每个生物制药工厂都会设置一个专门用来处理污泥的系统，尽量做到降低对环境的污染，高效利用已有的污泥处理技术，使其变废为宝。工厂污泥直接进行脱水干燥和造粒生产，又或者是把污泥堆肥，使得它自身高温发酵。此设计的土霉素污泥采取的是脱水后造粒生产。

废气处理系统

工业生产总会产生废气，想要达到环保局的要求，就要做好废气处理工作。工厂会排放大量的成分复杂的有机废气，另外大多数的气体有一定的毒性、可燃性和散发恶臭，会对居民的身体健康有损害。其中有些气体会对臭氧

层造成破坏，影响生态环境，会使得皮肤癌的发生率变高。所以重视废气处理系统是很有必要的。

工厂废气处理的手段有等离子法、活性碳吸附法、 催化氧化法、 催化燃烧法、 酸碱中和法等[11]。

第8章 人员额定

全厂定员的编制

部门定员见表

表 部门定员

部门

职位 董事会

决策部门

监视会 股东大会 总经理

经理部

部门经理 党委书记

党支部

党委副书记 部门经理

财务部

职员 部门经理

质检部

质检员 总工程师

生产技术部

副工程师

2 4 1

8

3 1

5

1 1

4

2 1

2

人数/位 3 1 5 1

3 9 合计/位

技术员 经理

销售部

副经理 销售员 部长

人事部

职员

行政部门总计人数/位 表为车间定员

5 1 2 30 1

6

5 70

33

车间名称

车间数

表 车间定员

职位 车间主任

人数/位 2

14

工人 车间主任

12 2

14

工人 车间主任

12 2

7

工人 科长

5 1

7

实验员 车间主任

6 1

4

工人 科长

3 1

4

保安人员

3 1

5

车间主任

合计/位

发酵车间 2

提取车间 2

包装车间 2

实验室 1

动力车间 1

保安部 1

污水处理 1

工人 车间主任

成品仓库

1

工人 车间主任

机修部

1

工人

原料储藏车间 总人数/位

1

工人 车间主任

4 1

5

4 1

5

4 1

5

4 70

因为决策部门中有一部分同时担任公司其他部门职位，车间中的部分员工在厂部中有兼职。有70个在车间内工作；整个厂人数共140人。

第9章 技术经济衡算

设备规格

全厂设备预算见表。

表 全厂设备规格一览表

名称

规格

数量

单价/万元

价格/万元

4320

材料 不锈

18

240

钢 不锈

18

200

3600

钢 不锈钢 不锈钢

发酵罐 二级种子罐 一级种子罐 补料罐

V=550m

3

V=118m

3

V=10m

3

18 50 900

V=118m

3

18 200 3600

小配料罐

大配料罐 消泡剂贮罐 酸化罐 板框压滤机 滤液贮罐 离子交换柱 脱色液贮罐 氨水贮罐

混碱罐

结晶罐

离心机 喷雾干燥器

V=10m3

V=550m3

V=20m3

V=230m3

BMAJ/700 -30U

V=40m3

V= V=230m3

V=550m3

V=40m3

V=230m3

SCS1000 GPL型离心喷雾干燥器

2

50

2

240

2

100

18

120

12 18 12

30

26 80 5 120 6 240 2 50 18 120 34 40 24 270 不锈

100

钢 不锈

480

钢 不锈

200

钢 不锈

2160

钢 216

塑料 不锈

360

钢 不锈

2080

钢 不锈

600

钢 不锈

1440

钢 玻璃

100

钢 不锈

2160

钢 不锈

1360

钢 不锈

6480

钢

混粉机 自混式高均匀度混粉机

不锈

2

3

30162

6

钢

总计/万元

投资概算

设备购置、运输安装费

通过上表知道设备的总费用是30162万元，另外加办公用品和生产工具等和所有电器设备费用总计约300万元，则设备总花销30462万元, 设备运费、安装费占设备总花销的15%.

则总设备置办费为30462 ×(1+15%)=（万元）………… 建筑工程费

本次拟建厂建在湖南省湘潭市九华经济开发区，当地征地费用为250元/m2，征地36000m2

所以征地费=36000×250=9000000=900(万)………………………. 框架结构占厂房的大部分，取1100元/m2 总的建筑物占地面积为12532 m2

建筑费=12532×1100=(万)…………………………………… 装修费用为300元/m2，装修费为12532×300=(万)………. 绿化面积为12000 m2，绿化费用为80元/m2 绿化费用=12000×80=96(万)……

建筑工程费=900+++96=(万)……………… 总投资费用

总投资费用=＋ =(万)…………………

全厂最终投资

预计要花费两年时间，要支付％的银行利息。 自筹建厂的资金为25%，则贷款金额为：×75%=(万

元)………………………………………………………………………….

则建厂两年的利息：×％×2= (万元)……（） 全厂最终投资：+= (万元)………（）

产品成本概算

可变成本

可变成本即外购的原、辅料费用。 原辅料费

表 原料费用

原、辅料 淀粉 糊精 黄豆饼粉 玉米浆 硫酸铵 磷酸二氢钾

油 淀粉酶 泡敌 总计/万元

年耗量/t

3669

单价/元/t 1200 2000 2500 2300 1000 4000 3500 2000 3000

合计/万元

另外，取辅料的成本费用占原材料的30%计算。再加上中间环节的费用占原材料费用的5%。

原、辅料费用=×(1＋＋= (万元)……（） 燃烧动力费

表 燃烧动力费

项目 电 水 总计/万元 包装成本

本设计采用铝听进行包装，其容量为25kg，价格预估为50元/个。 年产5000吨，需要包装成5000×103÷ 25= 200000(听)……（） 则包装成本为：200000×50 =1000(万元)……………………（） 可变成本的汇总表见表。

表 可变成本汇总表

项 目 原、辅料费用 燃烧动力费 包装成本 总 计

费用/万元

3200 1000

年耗量 ×107度 ×107 t

单价/元

3200

年费用/万元

1400 1800

固定成本 工人工资

工人一个月的工资以1400元/人来计算，加上加班费用可取为工资的10% 年工资=140×1400×(1+10%)×12=(万元)…………………（） 劳保费用

劳工每人每年有150元的劳保费用

劳保费=140×150=(万元)……………………………………（） 福利费用

每个工人每年的福利按职工工资的10%计算

福利费=×10%= (万元)………………………………（） 折旧费及修理费

按照药厂行业有关规定，折旧年限为12年，净残值率为4%，则年折旧率=(1-预计净残值率)÷折旧年限×100%，年修理费为折旧费的30%[12]。

年折旧率=(1-预计净残值率)÷折旧年限×100%......………………（） =(1-4%)÷12×100% =8%

折旧费=×8%= (万元)……… 修理费=×30%= (万元)………… 广告及其他费用

按2000元/吨产品来计算广告费及其它费用。 广告及其他费用=2000×5000=1000(万元)…… 固定成本的汇总表见表。

表 固定成本

项目 工资及附加费 劳保费 福利费 折旧费 修理费 广告及其它费

总计

费用/万元

1000

生产总成本

生产总成本= 可变成本 + 固定成本 = ＋ = (万元)…………………………………………

技术经济分析

产品销售额

本次土霉素工厂设计产量为5000 t/年，土霉素的市场价格为10万元/吨。 则销售额=5000×10=50000(万元)…… 税金

一般取为销售额的25%

税金=50000×25%=12500(万元)…………………… 销售利润

销售利润=销售额－税金－生产成本==(万

元)………………………………………………………… 投资回收期

投资回收期=总投资÷年利润 =÷=年………

取整3年，由于还有两年的建设期，所以回本需要5年。 成本利润率：L=销售利润÷生产总成本 =÷

=%......…………………………

盈亏平衡点

什么叫盈亏平衡点呢就是指投资项目在正常运转的条件下,在收入与支出的统计数据当中，项目的收入与支出相等的点，即保本点。在这一点上,项目既没有利润,也没有损失.如果所对应的生产水平低于这一点,那么项目会出现赤字现象[12]。

计算如下：

变动成本：Cv=(C-Cf)÷Qo=万/吨)……...

盈亏平衡产量：Q* =Cf ÷ (P-Cv)= ÷(10- =(吨)……….

盈亏平衡生产能力率：E* =Q* ÷Qo×100%=÷1000×100%=%...... 盈亏平衡销售价：P* =Cv + Cf÷Qo=+÷5000= (万元)…… 其中 ：Cv：单位产品变动成本 C：总成本 Cf：固定成本 Qo：年生产能力 Q* ：盈亏平衡点产量 P：单位产品价格 E* ：盈亏平衡生产能力 Cv*：盈亏单位产品变动成本

参考文献

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[3]孙宏丽,刘智勤,王军,闫正.去除土霉素药渣中残留有效成分的方法[J]，河北大学学报，2009,6(29):624-626

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[8]王嘉儒,孟宪庭,玄以涛.土霉素生产废水的净化处理[J],环境保护,1989,12:12-16 [9]李十中,吴丽莉,王淀佐.高纯度土霉素碱生产工艺研究[J],中国抗生素杂志,2000,5(25):344-345

[10]钟飞,王瑞.催化铁内电解法预处理土霉素废水[J],中国资源综合利用，2009,3(27):30-32

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[13]梁世中,生物工程设备［M］, 北京市：中国轻工业出版社，

[14]陈育枝,张元元,袁希平.动物四环素类抗生物现状及前景[J].兽药与饲料添加

剂.2006,11(3)∶15—18

[15]马玉红，史海燕.土霉素的研究概况[J].青海畜牧兽医杂志，2007，37（4）

致 谢

从毕业设计论文开题到收集参考文献和相关教材,从纲要的完成到终稿的一遍又一遍的修改。虽然在设计的过程中感到困难重重，但是依旧能认真负责的做好每一个步骤，觉得自己还是有毅力跟责任心的。

首先，我非常感谢指导老师康健，谢谢他在我不明白该怎么做的时候，能给我指点迷津。白驹过隙，马上就要毕业了。在这四年的时光里，真的特别要

感谢那些给予我帮助的人，谢谢你们！因为有你们，我收获到了很多有价值的东西。