年产5000吨土霉素工厂设计方案样本.docx

年产5000吨土霉素工厂设计
摘 要
土霉素(Terramycin)是四环素类抗生素一个, 它是一类碱性广谱抗生素,它还有其它名称，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,在诊疗过程中含有一些副作用,能抵御多个球菌和杆菌感染,结晶粉末展现出金黄色或灰白色。现在,中国生产土霉素量已占据世界榜首,占70%。因为土霉素临床用药副作用大，作为兽用药副作用不显著，所以现在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，它是微生物次级代谢产物，从选育出来高产菌株-龟裂链丝菌(streptomyces rimosus)发酵液中提取得到。此次生产工厂设计采取是传统提取方法，总共触及好多个关键工程概念和单元操作；即依次进行种子培育、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树脂进行脱色，过滤净化土霉素滤液,最终把pH调到4.8左右,经过结晶取得土霉素碱产品[1]。
此次设计根据以上所述工艺步骤，具体叙述了所需物料多少，发酵车间和提取车间各个阶段工艺操作和设备选型。自创了实践发酵车间安排,由计算得出设计2个发酵车间，车间建筑为三层，每个车间安装设备型号和数量全部是经过具体计算，并合理部署。
关键词:土霉素;物料衡算;设备选型;工艺步骤;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 4.8 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 - 1 -
1.1 土霉素概述 - 1 -
1.2设计目标任务 - 1 -
1.3本设计基础内容 - 4 -
1.3.1工艺步骤设计 - 4 -
1.3.2工艺计算 - 4 -
1.3.3完成绘图 - 4 -
1.4 原料和产品规格 - 4 -
1.5 供电 - 5 -
第2章 总平面部署说明 - 6 -
2.1 工厂总平面部署设计标准 - 6 -
2.2 车间部署设计标准 - 6 -
第3章 工艺设计和计算 - 7 -
3.1发酵生产工艺 - 7 -
3.1.1土霉素生产工艺步骤介绍 - 7 -
3.1.2土霉素生产总工艺步骤图 - 7 -
3.2工艺计算 - 8 -
3.2.1发酵车间物料衡算 - 8 -
3.2.2提取车间物料衡算 - 13 -
3.3 动力消耗计算 - 15 -
3.3.1 电力概算 - 15 -
3.3.2 水概算 - 15 -
3.3.3 蒸汽概算 - 16 -
3.3.4无菌空气概算 - 16 -
第4章 设备设计和选型 - 18 -
4.1 发酵车间 - 18 -
4.1.1 计算依据 - 18 -
4.1.2计算过程 - 18 -
4.2提取车间 - 21 -
4.2.1计算依据 - 21 -
4.2.2计算过程 - 21 -
4.3设备汇总 - 27 -
第5章 管道设计 - 29 -
5.1发酵罐接管设计 - 29 -
5.2酸化设备流体输送 - 31 -
5.3稀释设备流体输送 - 32 -
5.4板框过滤设备输送 - 32 -
第6章 车间设备部署设计 - 33 -
6.1车间设备部署设计标准 - 33 -
6.2车间设备部署 - 33 -
第7章 安全和环境保护 - 34 -
7.1 废水处理系统 - 34 -
7.1.1衡量指标 - 34 -
7.1.2污水处理工艺步骤 - 35 -
7.2 废渣处理系统 - 35 -
7.2.1废渣处理及步骤 - 36 -
本设计采取处理方法是气流干燥湿菌丝 - 36 -
7.2.2污泥处理 - 36 -
7.3 废气处理系统 - 36 -
第8章 人员额定 - 37 -
8.1全厂定员编制 - 37 -
第9章 技术经济衡算 - 40 -
9.1设备规格 - 40 -
9.2投资概算 - 41 -
9.2.1设备购置、运输安装费 - 41 -
9.2.2建筑工程费 - 41 -
9.2.3总投资费用 - 41 -
9.2.4全厂最终投资 - 41 -
9.3产品成本概算 - 42 -
9.3.1可变成本 - 42 -
9.3.2固定成本 - 43 -
9.3.3生产总成本 - 45 -
9.4技术经济分析 - 45 -
9.4.1产品销售额 - 45 -
9.4.2税金 - 45 -
9.4.3销售利润 - 45 -
9.4.4投资回收期 - 45 -
9.4.5盈亏平衡点 - 46 -
参考文件 - 47 -
致 谢 - 48 -

第1章 绪论
1.1 土霉素概述:
土霉素(Terramycin)有两种完全不一样状态，一个是无定形粉末，而另一个是淡黄色结晶，它属于放线菌中链霉菌属。结构上含有母核，而且这个母核是四并苯基,想要形成不一样类别四环素类抗生素，替换基就要处于不一样位置上，又或四环上有着不一样类型替换基。

图1 土霉素分子式

广谱抑菌剂有很多个，土霉素就是其中一个。为何土霉素能够发挥抗生素功效？其原因是在原核生物核糖体 30S亚基上A位点能够专一性和土霉素牢牢结合在一起，进而阻碍蛋白质翻译过程中肽链延长，达成抑制细菌生长效果。OTC对很多肠球菌属、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。其它比如肺炎球菌、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、奴卡菌属和克雷伯氏菌等亦较敏感[12]。
现今，用于诊疗家畜药品和饲料添加剂中全部会用到土霉素, 使得畜禽生长加紧,加强畜禽免疫力。不过因为长久使用会使得其能产生较强抗药性，所以现在也越来越少使用土霉素了。土霉素还能够作为制造多西环素等关键原料。因为本品和不一样品种四环素类抗生素之间有着相同化学结构，所以轻易产生交叉耐药 [14][15]。而且因为其产生副作用较为严重,所以临床用药微乎其微。
1.2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小时发酵周期， 10小时辅助时间
发酵中罐有44小时周期，4小时辅助时间
发酵周期为35小时，辅助时间3小时
20%接种百分比， 15%液体损失率
在一个发酵周期内，需要往大罐中加入全料量为：32m3
在一个发酵周期内，需要往大罐中加入稀料量为：17m3
发酵液损失总计为总料液15%
大罐通气量为2.0、中罐为1.5、小罐为0.65（每分钟内单位体积发酵液通入空气量）
龟裂链丝菌株培育时长为20小时至40小时,补一次氨氮间隔时间为4小时,每次补充量控制在10至15L,培养基氨浓度控制在45mg/100ml以上:
培养基关键成份见表1.1：

表1.1培养基关键成份

2、提取基础工艺参数
表1.2 提取基础工艺参数
名称
参数
名称
参数
脱色岗位收率
99.24%
发酵液效价
35000u/ml
结晶干燥岗位收率
86%
滤液效价
11000u/ml
过滤岗位收率
116%
母液效价
1370u/ml
产品纯度
99%
湿晶体含水量
30%
发酵液密度
1.58kg/L
酸化液中草酸含量
2.3% g/ml
滤液密度
1.02kg/L
酸化加黄血盐量
0.25% g/ml
20%氨水密度
0.92kg/L
酸化加硫酸锌量
0.18% g/ml
氨水加量
12%
成品含水量
1.5%
脱色保留时间
30-50分钟
酸化加水量
230%v/v
滤液经过树脂罐线速度控制在0.001-0.002m /s
3.土霉素提取工艺参数一览表：
表1.3 土霉素提取工艺参数一览表
名称
反应时间( τ + τ、)/h
装料系数φ
酸化稀释
4
0.70
结晶
8
0.70
1.3本设计基础内容
1.3.1工艺步骤设计
根据设计工作要求,在最初设计阶段到最终施工阶段，因为后期投入逐步加深，伴随多种相关专业对应工作任务开展，对于不完善地方加以修正，最终设计出一条合乎市场需要、满足用户要求并能取得丰重利润工厂。
1.3.2工艺计算
物料衡算:依据年产5000吨土霉素计算出需要采购原材料和辅料用量，总结出发酵和提取两个操作阶段工艺参数,最终列出物料衡算总表。
热量衡算:不要求
设备选择: 依据物料衡算及设备选型计算结果来确定关键设备数量。发酵罐和种子罐罐壁、封头、搅拌器安装及对应轴功率。
管道设计: 关键是设计发酵车间和提取车间里管道。
1.3.3完成绘图:总共要绘制4张图纸，包含工厂总平面布局图、带控制点工艺步骤图、车间设备部署图、关键设备装备图。
1.4 原料和产品规格
此次土霉素工厂设计关键原料是黄豆粉、工业淀粉、玉米浆等。所设计工厂应该和就近生物原料厂确定合作联盟关系，确保原料价格合理、质量有保障，而且交通运输成本较低、方便；产品生产规格应该结合市场调研来做出对应调整，熟悉近几年土霉素生产概况和销售量，大规模生产土霉素产品有利于工厂收益。
1.5 供电
供电工程在生物工程工厂设计当中是无须不可少一个步骤。
（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需二十四小时连轴生产。对电力要求十分严格，要确保稳定电流电压。
（2） 供电方法 采取双回路变电站。
(3)特殊设备特殊电设施: ① 要安装应急照明灯、出入口安全标志灯，以防万一，好疏散职员抵达安全地带。②因为工厂二十四小时连续生产，那些生物工厂设备轻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UPS电源。

第2章 总平面部署说明
2.1 工厂总平面部署设计标准
（1） 要合乎生产步骤。根据工艺步骤走向，要将发酵车间、提取车间、原材料库部署在关键区；从原料到成品生产线应该是按次序排列，单线流向。
（2） 要充沛考虑到厂址主风向影响，应该部署在当地每十二个月主导风下风向或侧风向，避免工厂产生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。工厂应该最少设计三个门，包含一个正门（职员初入门）、一个侧门（产品、原材料出入口）、一个后门（原材料、燃料、废弃物出入口）。
2.2 车间部署设计标准
（1）满足生产工艺要求。通常要根据生产工艺步骤走向合理部署安排车间设备设施，要保障竖向和同一水平面这两个方向连续生产操作。
（2）满足生产操作要求。
（3）满足安装和检修要求。厂房内部结构要紧凑有序而且简单，为未来生产发展和技术变革更新等发明有利条件。
（4）满足厂房建筑要求。
（5）满足防火、卫生要求。在以前提条件下，要最大程度地节省厂房占地面积和空间，保持厂区高效运作。
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第3章 工艺设计和计算
物料衡算和动力消耗是此次工艺计算关键内容。
3.1发酵生产工艺
3.1.1土霉素生产工艺步骤介绍
土霉素是由高产土霉素菌株发酵产生，土霉素生产制造过程关键包含发酵和提取两大步骤。大约工艺步骤分为种子培育（取得足够数量菌丝）、三级发酵、酸化（释放菌丝中单位）、过滤（去除杂质）、脱色（去除色素）、结晶（提升产品纯度及产率）、干燥（延长保质期）等步骤[13]。提取技术用酸化剂（草酸或磷酸)调整pH值大小,提升滤液质量，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,还能够除去铁离子，使得产品纯化，然后用122-2树脂进行脱色，提升土霉素滤液纯度,最终加入碱化剂提升pH至等电点，结晶得到晶体产品[13]。
3.1.2土霉素生产总工艺步骤图
土霉素生产总工艺步骤图砂土孢子
斜面孢子
孢子培养
36.5℃ 4-5天
种子培养
30℃ 38h 0.65v/v/m
一级种子培养液
种子扩大培养
30℃ 48h 1.0v/v/m
二级种子培养液
发酵
30℃ 194h 1：2.0v/v/m
补加液氨
湿晶体
旋风干燥
土霉素碱成品
发酵液
酸化
2.3%g/ml草酸调pH1.75-1.85
ZnSO4 0.18%
黄血盐0.23%
酸化液
稀释
200%v/v
稀释液
板框过滤
滤液
树脂脱色
122-2树脂
脱色液
结晶
12%氨水
调pH4.5-4.6 28-30℃
结晶液
分离洗涤
用滤后水淋洗再甩干

3.2工艺计算
经过物料衡算，能够算出生产过程中所需要多种原料和辅料质量和体积，多种残品、最终产品和副产品排出物料量。
3.2.1发酵车间物料衡算
3.2.1.1计算依据
发酵车间计算依据见表3.1

3.2.1.2 计算过程
1.土霉素年生产情况：
首先，因为在土霉素生产过程中，两大关键车间（发酵车间和提取车间）工艺生产中不可能百分之百全部最终制成成品，总会浪费耗损掉部分产品，则：
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%)
=6513.16t………………………(3.1)
年生产土霉素实际单位量(U)= 土霉素实际总产量 ×土霉素理论效价
= 6513.16×109×1000
= 6513160×109 U……(3.2)
土霉素发酵液生产效价在此次工艺中均用 30000 U/ml来计算。（其生产效价为30000~33000U/ml）
年实际发酵液体积 (m3) = 年生产产品实际单位量 / 发酵液生产效价
= 6513160×109÷30000
=217.105×109 ml
= 217105 m3……(3.3)
年实际发酵液重量(t) = 年实际发酵液体积 × 发酵液密度
= 217105×1200
=kg
= 260526 t…….…….(3.4)
2.每十二个月生产轮次:
轮次(轮) = 每十二个月生产天数/发酵周期
= 300÷10
= 30 轮…….………….…(3.5)
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…………(3.6)
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㎏
=8684.4 t……………(3.7)
表3.2 发酵液计算结果汇总
发酵液
每轮次
每十二个月
体积/m3
7237
217110
重量/t
8684.4
260532
3.2.1.3 原料用量计算
此次计算依据起源：
1. 一级种子罐到三级发酵罐培养基配方和补料百分比见表3.3

2.接种量：
三级发酵罐
二级种子罐
一级种子罐
三角瓶
1% 10% 20%

3.2.1.4 计算过程
发酵罐培养基体积：Vc = 7237 ×(1－20%)= 5.79×103 m3 ….……(3.8)
二级种子罐培养基体积：Vb =7237× 20% ×(1－10%)= 5.21×103 m3……(3.9)
一级种子罐培养基体积：Va =7237 × 20% × 10% ×(1－1%)= 143.29 m3…(3.10)
注：均按每十二个月生产总量进行计算
1.一级种子罐培养基用料计算
以每轮次用量计算：
淀粉 = 143.29 × 1.5% =2.149 t………………………………(3.11)
糊精 = 143.29 × 1.5% =2.149 t…………………...……………(3.12)
黄豆饼粉 = 143.29× 0.5% = 0.72 t…………………………(3.13)
玉米浆 = 143.29 × 0.3% =0.43 t……………………………(3.14)
磷酸二氢钾 = 143.29 × 0.045% = 0.0645t…………………(3.15)
硫酸铵 = 143.29 × 0.5% = 0.72 t…………………………(3.16)
油 = 143.29 × 0.5% = 0.72 t…………………………………(3.17)
因为年用量 = 每轮次用量×轮次
则淀粉年用量 = 2.149× 30 = 64.47t……………………………………(3.18)
其它成份用量结果见表3.4
表3.4 一级种子罐培养基内各成份用量表
成份
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
2.149
64.47
糊精
2.149
64.47
黄豆饼粉
0.72
21.6
玉米浆
0.43
12.9
硫酸铵
0.72
21.6
磷酸二氢钾
0.0645
1.935
油
0.72
21.6
以下各级培养基各成份用量结果见表3.5
数据汇总：
表3.5 二级种子罐培养基内各用料用量表
成份
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
296.97
8909.1
黄豆饼粉
130.25
3907.5
硫酸铵
52.1
1563
磷酸二氢钾
1.8235
54.705
油
15.63
468.9
泡敌
1.563
46.89
表3.6 发酵罐培养基内各成份用量表
成份
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
492.15
14764.5
黄豆饼粉
202.65
6079.5
玉米浆
34.74
1042.2
硫酸铵
69.48
2084.4
磷酸二氢钾
1.737
52.11
油
17.37
1.737
淀粉酶
0.0579
1.737
泡敌
0.579
17.37

表3.7 补料罐培养基内各用料用量表
成份
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
755
22650
玉米浆
25.67
770.1
磷酸二氢钾
1.208
36.24
油
4.53
135.9
淀粉酶
2.265
67.95
泡敌
0.302
9.06
2.总物料衡算及汇总
计算过程：
淀粉 = 2.149 + 296.97+ 492.15 +755= 1546.27 t…………………………(3.19)
糊精=2.149 t……………………………………………..(3.20)
黄豆饼粉 =0.72+130.25+ 202.65=333.62t……………...(3.21)
玉米浆 = 0.43+ 34.74+ 25.67 =60.84 t…………………..(3.22)
硫酸铵 = 0.72 +52.1+ 69.48 = 122.3 t…………………...(3.23)
磷酸二氢钾 0.0645+ 1.8235 +1.737 + 1.208=4.833t……(3.24)
油 =0.72 +15.63 +17.37+ 4.53=38.25 t…………………..(3.25)
淀粉酶 =0.0579 + 2.265= 2.323 t……………………...…(3.26)
泡敌 =1.563+0.579+ 0.302 = 2.444t…。…………………(3.27)
总物料用量汇总如表3.8
表3.8 发酵车间总物料用量汇总表
成份
每轮次用量/t
年用量/t
淀粉
1546.27
46388.1
糊精
2.149
64.47
黄豆饼粉
333.62
10008.6
玉米浆
60.84
1825.2
硫酸铵
122.3
3669
磷酸二氢钾
4.833
144.99
油
38.25
1147.5
淀粉酶
2.323
69.69
泡敌
2.444
73.32
3.2.2提取车间物料衡算
3.2.2.1计算依据
提取车间计算参数见表3.9:

注：以上数据均参考生产实践
提取过程物料之间每一个阶段体积改变比值：结晶液
脱色液
滤液
酸化液
发酵液

358.5% 78.4% 97.9% 112.7%
3.2.2.2 计算过程
V发酵 = 217105 m3……3.28
V酸化 =217105×358.5% = 778321.425m3……………………（3.29）
V滤液 = 778321.425×78.4% = 610203.997 m3…………………(3.30)
V脱色 = 610203.997×97.9% = 597389.71 m3…………………..(3.31)
V结晶 =597389.71×112.7% =673258.21 m3…………………….(3.32)
草酸用量 =217105×15% =832565.75 t..………………………(3.33)
黄血盐用量 = 778321.425×(0.15% + 0.2%)= 2724.12 t………(3.34)
硫酸锌用量 = 778321.425×(0.1% + 0.2%)= 2334.96 t..………(3.35)
氨水用量 = 673258.21×11% =74058.40t………………………(3.36)
亚硫酸钠用量 = 673258.21×2.5% = 4316831.46 t…………….(3.37)
上述各成份用量汇总见表3.10
表3.10 提取车间各成份用量
成 分
年用量/t
草酸
832565.75
黄血盐
2724.12
硫酸锌
2334.96
氨水
74058.40
亚硫酸钠
4316831.46
3.3 动力消耗计算
3.3.1 电力概算
计算依据：每生产一千克土霉素就要耗7度电(参考生产实际情况)
年耗电量 ＝5000×103×7＝3.5×107度………….(3.38)
每三个月耗电量 ＝ 3.5×107 ÷4＝8.75×106度……(3.39)
每轮次耗电量 ＝ 3.5×107÷30＝1.17×106度……(3.40)
上述电用量汇总见表4.11
表3.11 电用量
年耗电量/度
季度耗电量/度
轮次耗电量/度
3.5×107
8.75×106
1.17×106
3.3.2 水概算
计算依据：每生产一千克土霉素需要消耗3吨水(参考生产实际情况)
计算过程以下：
年产量5000 t土霉素原料药发酵工厂年耗水量：
年耗水量 ＝5000×103×3＝1.5×107 t………………(3.41)
季度耗水量 = 1.5×107÷4 = 3.75 ×106 t.……………(3.42)
轮次耗水量 = 1.5×107÷30 = 5×105 t………………..(3.43)
上述水用量汇总见表3.12
表3.12 水用量
年耗水量/t
季度耗水量/t
轮次耗水量/t
1.5×107
3.75 ×106
5×105
3.3.3 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………..(3.44)
每三个月蒸汽用量 =75000÷4 = 18750 t……(3.45)
每轮次蒸汽用量 =75000÷30 =2500 t……..(3.46)
上述蒸汽用量汇总表以下：
表3.13 蒸汽用量
年蒸汽用量/t
每三个月蒸汽用量/t
每轮次蒸汽用量/t
75000
18750
2500
3.3.4无菌空气概算
3.3.4.1 一级种子罐
此次设计中，往一级种子罐中通入无菌空气定量为1:1.0v/v.min,换句话说就是每分钟通入1.0体积无菌空气时供给1体积种子液
一级种子罐种子液＝143.29m3/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无菌空气＝143.29×1.0×30×60 = 257922m3……(3.47)
3.3.4.2 二级种子罐
此次设计中，往二级种子罐中通入无菌空气定量为1:1.0～1.3v/v.min。取1：1.3v/v.min，换句话说就是每分钟通入1.3体积无菌空气时供给1体积种子液
二级种子罐种子液＝ 5.21×103m3/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无菌空气＝5.21×103× 1.3× 32× 60＝13004160 m3…………….(3.48)
3.3.4.3 发酵罐
此次设计中，往发酵罐中通入无菌空气定量为1：0.6~1.0v/v. min。可取1：1.0 v/v. min，表示每分钟通入1.3体积无菌空气时供给1体积种子液
发酵罐中发酵液为1.51×103 m3/轮次
发酵周期为160～190h，此次设计取190h。
发酵罐中需要通入无菌空气= 5.79×103× 1.0× 190× 60＝65664000 m3………………………………………………………………(3.49)
每轮次无菌空气用量 =257922+13004160＋65664000 = 78926082 m3………………………………………………………………(3.50)
无菌空气年用量 =78926082×30 = m3……(3.51)
无菌空气用量汇总以下：
表3.14 无菌空气用量
每轮次无菌空气用量/m3
无菌空气年用量/m3
78926082

第4章 设备设计和选型
4.1 发酵车间
4.1.1 计算依据
此次设备设计计算依据见表4.1。
表4.1 发酵车间计算依据
项 目
每十二个月实际发酵液体积/m3/年
每轮发酵液体积/m3/轮
装载系数
参 数
217105
7237
0.7~0.9
4.1.2计算过程
4.1.2.1发酵罐
此次设计采取通风发酵罐
1.发酵罐
因为每轮次发酵液体积是5.79 × 103 m3，则此次设计选择550 m3标准发酵罐作为三级发酵罐，详情参数见表4.2。
装料系数：通常取0.7~0.9，本设计选择0.75即75%
所以发酵罐个数= 5.79× 103 ÷ ( 550 × 0.75)
= 14.03………………………………(4.1)
此次设计得有14个三级发酵罐，而且有2个生产车间，每个车间平全部有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
5.79 × 103 ÷ 20 × 20% = 57.9 m3……(4.2)
式中20%为二级种子罐往三级发酵罐接种百分比。
此次选择填料系数为0.75发酵罐，则选择二级种子罐标准容积为100 m3，详见表5.2。然后根据二级种子罐：发酵罐=1:1，考虑到备用罐存在，则本设计总共选择16个二级种子罐。
3.一级种子罐
5.79 × 103 ÷ 20 × 20%× 10%= 5.79m3……(4.3)
式中10%为一级种子罐往二级种子罐接种百分比。
此次选择填料系数为0.75发酵罐，则本设计采取一级种子罐体积为10m3。根据一级种子罐:二级种子罐=1:1标准，考虑到备用罐存在，本设计总共选择16个一级种子罐。
表4.2 通用式发酵罐技术相关参数[16]
公称容积/m3
罐体直径/mm
罐体高度/mm
全容积/m3
10
1800
4550
10.8
20
2300
5830
22.6
50
3100
7830
55.2
100
4000
10080
118
200
5000
12600
 213
4.车间分配
发酵罐车间具体分布情况见表4.3
表4.3 发酵罐车间分布

一级种子罐数量/个
二级种子罐数量/个
发酵罐数量/个
第一车间
8
8
8
第二车间
8
8
8
4.1.2.2配料罐
本设计配料罐设计2种配料罐，其中小配料罐用来供给一级种子罐，而二级种子罐和发酵罐则共用一个大配料罐。天天配1罐料，以一天所需配料量计算配料罐大小。
1.一级种子罐配料罐
一级种子罐为10m3，能够用10m3小配料罐，配置一级种子罐培养基。取H/D＝1.9，依据公式计算，取直径1.8m，高4.5m。
2.二级种子罐和发酵罐配料罐
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接种量为 20%，则每个发酵罐需配料量为 550 ×75%×(1-20%)= 330m3……(4.4)
二级种子罐体积为1