毕业设计-年产400吨土霉素发酵工段工艺设计.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书

内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书

题 目:年产400吨土霉素发酵工段工艺设计
学生姓名:薛红伟
学 号:0602121114
专 业:生物工程
班 级:06-1班
指导教师:赵宏宇 讲师
- IX -

摘 要

本设计任务是年产400吨土霉素的发酵工段工艺设计。
土霉素是四环素类抗菌素的一种，是由龟裂链霉菌所产生的抗生素，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染、胃肠道感染、斑疹伤寒、恙虫病等。经查资料选择合理的生产工艺流程、设计方法、思路。本设计主要内容包括:生产工艺选择，工艺计算（物料衡算，能量衡算，水、蒸汽用量，标准设备、非标准设备的尺寸计算，换热设备，压缩空气耗量等）、设备选型（标准、非标准设备）。根据发酵罐的尺寸结构，选取合理的车间布局，公用工程、安全卫生与环境保护等为辅助工艺。设计最后计算得到50m3的发酵罐7台，10 m3的种子罐4台，10 m3的补料罐2台，10 m3的氨水储罐2个，2.5 m3的泡敌罐2个以及1 m3的植物油罐2个。共绘制了六张图:发酵罐装配图、种子罐装配图、物料流程图、工艺管道及仪表流程图、厂房车间布置图、设备一览表，完成设计说明书。

关键词:土霉素;发酵;生产;工艺设计

The process design of the Oxytetracycline fermentation section with the capacity of 400 tons annually

Abstract

The task was to design an annual output of 400 tons of Oxytetracycline fermentation process.
Oxytetracycline is one of the tetracycline-type antibiotics. It was produced by Streptomyces rimosus antibiotics, which have antibacterial activity against Rickettsia pathogenic amoeba and insects, and can treat of upper respiratory tract infection, gastrointestinal tract infections , typhus, scrub typhus and so on. The design of the main included as follows: the selection of producting process , the process of calculation (material balance, energy balance, water, steam consumption, the standard equipment, the size of non-standard equipment, the heat transfer equipment, compressed air consumption), equipment selection(standard, non-standard equipment).According to the size of Fermentation tank, the structure of the plant layout a reasonable, public works and health and safety and environmental protection was selected as supporting technology. The calculation is: seven fermenters of 50 m3,four seeding tanks of 10 m3, two feeding tanks of 10 m3,two ammonia pitchers of 10 m3,two b.gpe tanks of 2.5 m3 and two plant oil tanks of 1 m3.The designed plot as follows: fermentor assembly diagram, assembly drawing of seed filling, material follow diagram, process piping and instrumentation flow diagram, plant layout workshop, equipment list, complete the design specification.

Keywords:Oxytetracycline; Fermentation; Production; Process Design

目 录
摘 要.........................................................................................................................I
Abstract..........................................................................................................................II
目 录......................................................................................................................III
第一章 引言 1
第二章 总论 6
2.1指导思想 6
2.2设计依据 6
2.3 设计要求 6
2.4设计步骤 6
第三章 土霉素概述 8
3.1土霉素生产工艺流程简介 8
3.2发酵工艺过程 8
3.2.1种子制备 8
3.2.2 培养基的配制 9
3.3土霉素产品的分离纯化 9
3.3.1土霉素纯化方法 9
3.3.2土霉素的分离 10
第四章 工艺计算 11
4.1 物料衡算 11
4.1.1 培养及配比关系 11
4.1.2 每天放罐发酵液体积 11
4.2 发酵车间物料衡算 11
4.3 发酵罐公称容积 12
4.3.1发酵罐公称容积 12
4.3.2 发酵工段所需的发酵罐台数 14
4.3.3每罐发酵液体积 14
4.3.4 种子罐容积确定 14
4.3.5 种子罐的台数 15
4.4 热量计算 15
4.4.1发酵过程中的热效应计算 15
4.4.2 水的用量 16
4.4.3 蒸汽耗量计算 18
4.4.4 压缩空气耗量 19
4.4.5 用电量的计算 20
第五章 典型设备计算 21
5.1发酵罐 21
5.1.1通用式发酵罐几何尺寸比例 21
5.1.2发酵罐的装料容积及几何尺寸 21
5.1.3搅拌器装置及轴功率 22
5.1.4 发酵罐的换热设备 24
5.1.5 发酵罐壁厚计算 27
5.1.6接管设计 28
5.1.7 发酵罐支座选择 30
5.2 种子罐 30
5.2.1种子罐尺寸计算 30
5.2.2 搅拌装置及轴功率 31
5.2.3种子罐的换热设备 33
5.2.4种子罐壁厚计算 34
5.2.5接管设计 36
5.2.6 种子罐支座的选择 37
5.3 空气过滤器 37
5.3.1空气过滤器的计算及设计 37
5.3.2发酵罐的空气分过滤器系统设备的计算 37
5.3.3种子罐的空气分过滤器系统设备的计算 39
第六章 通用设备的设计与选型 41
6.1 液体输送设备选型 41
6.1.1泵的分类和特点 41
6.2 气体输送设备选型 42
6.2.1空气压缩机选型 42
第七章 非标准设备的设计 45
7.1 补料罐 45
7.1.1设备容量的确定 45
7.1.2基本尺寸的计算 45
7.1.3 搅拌装置及轴功率计算 45
7.1.4电动机功率确定 46
7.1.5补料罐壁厚计算 46
7.1.6支座的选取 46
7.2 氨水储罐 46
7.2.1设备容积的确定 46
7.2.2基本尺寸计算 46
7.2.3氨水罐壁厚的计算 47
7.2.4支座的选取 47
7.3 泡敌储罐 47
7.3.1设备容积的确定 47
7.3.2基本尺寸的确定 47
7.3.3泡敌罐壁厚的计算 48
7.3.4支座的选取 48
7.4 植物油储罐 48
7.4.1设备容积的确定 48
7.4.2基本尺寸的确定 48
7.4.3植物油储罐壁厚的计算 48
7.4.4支座的选取 49
7.5 配料罐……………………………………………………………………...51
7.5.1基本尺寸计算……………………………………………………….51
7.5.2泵的选取…………………………………………………………….51
第八章 车间布置设计与公用工程 50
8.1 概述 50
8.1.1 车间布置设计的内容和程序 50
8.1.2 车间平面布置的内容和要求 50
8.1.3 车间布置原则 51
8.2 车间布置说明 51
8.2.1 建筑 51
8.2.2生产工艺 51
8.2.3 安装要求 52
8.3 供电工程 52
8.3.1采暖和通风 52
8.4 给排水 53
8.4.1生产用水情况概述及要求 53
8.4.2 排水系统的划分 53
第九章 设备设计选型 54
9.1 概述 54
9.2设备设计选型的原则 54
9.3专业设备的设计选型 54
9.3.1种子罐和发酵罐换热设备 54
9.3.2空气净化设备 55
9.3.3通用设备 55
9.3.4非标准设备 56
9.4设备材料选择原则 56
第十章 仪表控制方案 57
10.1概述 57
10.2发酵过程参数测量 57
10.2.1化学参数 57
10.2.2物理参数 57
10.3控制系统与分析 57
10.3.1pH值控制 57
10.3.2补料控制 57
10.3.3消泡系统 58
第十一章 能环保护与安全生产 59
11.1三废处理 59
11.1.1生产过程中“三废”排放情况 59
11.1.2处理方案 59
11.1.3控制噪声的基本方法 59
11.2能源问题 59
11.2.1能耗分析 59
11.2.2节能措施 59
11.3生产物料的性质 59
11.3.1主要技术保安措施 60
11.4车检维修 60
参 考 文 献 61
附 录 63
致 谢......................................................................................................................65
第一章 引言

1.1 土霉素的研究背景及进展
四环素类抗生素是具有非烷结构的一类广谱抗生素，为天然或半合成药物。本类药物对革兰阳性菌和阴性菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体等均有抑制作用。这类药物主要抑制细菌蛋白质合成起杀菌作用。四环素类药物的抗菌强度顺序为米诺环素>多西环素>美他环素>金霉素>甲金霉素>四环素>土霉素。四环素类的不良反应有消化道反应、肝肾损害、变态反应、菌群失调及局部刺激等，大剂量应用可致肝损害，严重者可致死亡。四环素类药物可沉积于牙和骨中，与钙结合引起釉质和骨质发育不全，造成牙齿黄染，并影响婴幼儿骨骼正常发育，可以透过胎盘和进人乳汁，因此孕妇、授乳妇女和8岁以下儿童禁忌。 四环素类抗生素还应避免与抗酸药、钙盐、铁盐、镁、铝、铋等同服，能与四环素类药物络合而阻碍吸收[1]。
第一个四环素类抗生素是1948年从金色链丝菌中分离得到的金霉素。20世纪50年代相继推出土霉素、四环素、及地美环素，都属于天然产物类。这是第一代四环素类药物。20世纪50年代后期，得到6-脱氧四环素，其细菌学及药物代谢动力学性质有明显的改变。第二代四环素类药物是20世纪60年代出现的，将第一代四环素的6位羟基除去得到长效四环素，即多西环素（脱氧土霉素，强力霉素），属于半合成品。多西环素在稳定性、抗菌活性及药代动力学性质方面都比天然产物有明显改善，它是第一个一天服用一次的四环素族药物，并能产生持久的血药浓度。
1.2 土霉素产品的理化性质
1.2.1 土霉素的理化性质
土霉素Terramycin (Oxytetracycline) (地霉素，氧四环素) 分子式如图1.1所示，化学名:6-甲基-4-（二甲氨基）-3，5，6，10，12，12a-六羟基-1，11二氧代-1，4，4a，5，5a，6，11，12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。是由土壤链霉菌（Streptomyces rimosus）所制备。为淡黄色结晶性粉末，难溶于水。常用其盐酸盐，为黄色结晶性粉末;无臭，味微苦，微有引湿性，在日光下颜色变暗，在碱溶液中易破坏失效。在水中易溶，在乙醇中略溶，在氯仿或乙醚中不溶。其10％水溶液的pH为2.3～2.9。

图1.1土霉素分子式

四环素族有相似的理化性质。从结构分析，为酸碱两性化合物。在干燥条件下比较稳定，但遇光易变色。在酸碱条件下均易发生变性反应:在酸性条件下易脱水形成脱水物;碱性条件下可开环生成具有内酯的异构体;酸性条件下（pH2-6）碳四位上二甲氨基的差向异构化，土霉素碳五的羟基与二甲氨基之间形成氢键，四位的差向异构化比较困难，因此比四环素稳定;存在碳十酚羟基和碳十二烯醇基，可与金属离子整合，形成有色配合物，也可与钙离子、铝离子形成黄色配合物，与铁离子形成红色配合物。
1.2.2 土霉素生产菌种
土霉素是由龟裂链霉菌所产生的抗生素，龟裂链霉菌属于放线菌中的链霉菌属，其特性:①具有发育良好的菌丝体，菌丝体分支，无隔膜直径约0.4—1.0米，多核。②菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝再形成分生孢子。而龟裂链丝菌的菌落灰白色，后期生褶皱，呈龟裂状。菌丝成树枝分支，白的，包子灰白色，柱形。③不利用木糖，不为链霉素所抑制。④蔗糖硝酸盐琼脂:气丝白色，斑片状，在边缘。基丝薄，乳脂色，后较丰厚，红褐色至橙色。可溶色素略微黄色。明胶液化慢。⑤牛奶胨化，不凝固，淀粉水解有限，纤维素上不生长。不产生类黑色素、酪氨酸酶和H2S。
培养温度:37℃
保存方法:真空冷冻干燥法。
1.2.3土霉素药理作用
　  土霉素属四环素类抗生素，为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对本品敏感。肠球菌属对其耐药。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等对本品亦较敏感。多年来由于土霉素和四环素类的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，包括葡萄球菌等革兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。本品与四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。本品作用机制主要是通过抑制核糖体蛋白质的合成来抑制细菌生长。本品与30S细菌核糖体亚单位结合，破坏了tRNA与RNA之间密码子-反密码子反应，因而阻止了酰胺化的tRNA与核糖体受体A位点的结合，抑制细菌的生长，正常治疗剂量的抑菌作用是可逆的，停药后细菌恢复生长。另一机制是可与二价阳离子（主要是镁离子）结合，破坏镁离子与核糖体正常结合，影响核糖体的功能。
1.3 土霉素的用途及临床应用
1.3.1 作用与用途:
抗菌谱与四环素相似，对多数革兰阳性菌、阴性菌、立克次体、沙眼衣原体、放线菌及螺旋体等都有效，对伤寒杆菌几乎无效。用于痢疾、斑疹伤寒、沙眼、结膜炎、肺炎、中耳炎、疖疮及皮肤化脓感染等。
常见副作用有:肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反应，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙），B族维生素缺乏等。
由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药。
1.3.2 土霉素及制剂在兽医临床上的应用
土霉素制剂有土霉素片、土霉素胶囊、土霉素软膏以及土霉素注射液，但在兽医临床的应用上，目前还是以土霉素注射液为主。土霉素在兽医临床上主要用于治疗猪喘气病、猪肺疫、猪丹毒、急性呼吸道感染、腹泻、仔猪黄白痢、支原体病、牛和猪钩端螺旋体病以及细菌性肠炎、肺炎、乳房炎、产后感染、脐炎，也可局部应用治疗子宫内膜炎等。
雍长福（1996）报道，田间试验表明，给患腐蹄病的绵羊肌注二水土霉素和修蹄并用硫酸锌液蹄浴后第6周，19/52只患蹄痊愈，治愈率为94%。土霉素/硫酸锌组的治愈率明显高于单用硫酸锌蹄浴组（p<0.05）[6]。方明生等用含量为20ml:200mg的长效土霉素注射液治疗仔猪黄、白痢的总有效率达86.9-88%，效果优于环丙沙星注射液（80.9-83.3%）。此外，土霉素为黄色结晶粉末，能与多价阳离子如Mg++、Ga++、AI+++等起洛合作用，较易溶于水，口服易吸收，吸收后可广泛分布于各组织，因此可采用土霉素及土霉素钙来提高蛋壳色泽。
Cairoli等报道，在150头意大利弗里斯（friesian）母牛上，对子宫内投放土霉素和四环素—炎痛静合剂防止胎衣不下所致子宫感染的疗效进行比较。150头母牛被随机分为3组，分别为:土霉素治疗组，四环素加炎痛静治疗组及对照组。结果，3组受试牛分别有16%、12%和76%发生子宫内膜炎。结果表明土霉素组对母牛因胎衣不下所致的子宫内膜炎的预防保护率为84%，效果明显[7]。
土霉素糖盐水注射液是一种综合治疗药物，具有强心、补液、解毒、杀菌很增强机体机能的作用。仔猪在发生白痢病的过程中，由于消化道炎症，吸收机能发生障碍，维生素B1的吸收不足，糖的氧化供能就不能顺利进行，组织中的的丙酮酸、乳酸堆积、影响神经组织和心肌代谢，病猪出现心跳加快、心脏衰弱症状。土霉素糖盐水中加入足量的土霉素，又经腹腔注射，经浆膜吸收并能直接与细菌。而引起仔猪白痢的大肠杆菌属于革兰氏阴性杆菌，因此，低浓度的土霉素可起到抑制作用，高浓度则可达到直接杀灭作用。王喜贵用土霉素糖盐水治疗仔猪白痢疾的最大治愈率达100%[8].
曾振灵等以试管两倍稀释法测定脱氧土霉素对鸡大肠杆菌的最小抑菌浓度，然后对人工诱发雏鸡大肠杆菌进行混饮或混料给药5天的治疗试验。结果表明，脱氧土霉素对鸡大肠杆菌的最小抑菌浓度为2.0mg/L;脱氧土霉素100ppm混饮和200ppm混饲对鸡大肠杆菌病的治愈率分别是90.0%及93.3%，而感染对照组的死亡率为60.0%，用药组的增重效果显著高于感染对照组(P<0.05) [9]。
1.3.3 国内有关土霉素制剂生产应用概况
土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国大量用于畜禽用药及饲料添加剂中，预计这方面的需求会不断增长，成为土霉素的主要市场。同时，开发长效的兽用土霉素制剂（长效土霉素注射液）也将更好地被用于兽医临床，为养殖增效，节药用药成本。因此，开发利用土霉素及制剂具有良好的前景和技术基础。
1.4 土霉素市场及深加工前景分析[2]
    在上世纪60～70年代，土霉素曾经在我国抗菌药市场上占据着重要位置，但自80年代中后期起，土霉素的市场就开始逐渐下滑，大批企业先后放弃了生产。21世纪初，全国土霉素产量已从20世纪80年代的2万吨下降到12000吨，目前的产量已不到1万吨，生产企业从几十个减少到只有几个。目前主要生产企业为石家庄华曙制药、内蒙古赤峰制药、山西星火制药等。其中石家庄华曙制药的规模和产量最大，达6000吨左右，约占世界总产量的1/4。
随着土霉素产量的不断下降，出口量也逐年减少，出口价格一路走低。1995年，我国土霉素出口价格为11.5美元/公斤，1998年为10美元/公斤，2000年已降到7美元/公斤。近年来，出口量和出口价格还在下滑。在国内市场上，土霉素除了作为生产强力霉素等的原料外，主要用于畜禽药物以及饲料添加剂，临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素已基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高的无菌土霉素。我国生产的土霉素大部分为低档产品，未来几年出口形势将十分严峻。
以土霉素为原料生产半合成抗生素的市场前景较好。如多西霉素（强力霉素），就是以土霉素为原料经过多步反应制得的半合成抗生素，其市场价格是土霉素的5～7倍，产品大量出口。目前我国有多西霉素原料药生产批文的企业10多家，但大部分企业因技术工艺等原因未能生产。现在主要生产厂家为江苏扬州威斯曼公司和河南开封制药厂。20世纪末，我国多西霉素年产量为700吨，目前达1000吨左右。其中2/3左右供应出口，主要出口欧洲、东南亚等地，属外向型品种。预计今年市场仍然看好，是土霉素深加工的一个方向。
另外，以土霉素为原料可以生产的美他环素，其临床效果强于土霉素，且对土霉素的耐药菌株仍较为有效。也有企业将土霉素、增效药甲氧苄啶、维生素B1、维生素B6等组成复方土霉素，能使土霉素疗效增加，还能降低消化道副反应。
土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。近年来我国养殖业快速发展，饲料工业已成为我国发展最快的产业之一，20世纪90年代初，全国饲料产量为3500万吨，现在已超过1亿吨。由于我国目前仍为发展中国家，市场对产品的价格十分敏感，低价产品的市场销路较好。因此，在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国大量用于畜禽用药及饲料添加剂中，预计这方面的需求会不断增长，成为土霉素的主要市场。

第二章 总论

2.1 指导思想
发酵工厂工艺设计是一种创造性、实践性活动，包括工艺设计和非工艺设计。工艺设计是发酵工厂设计的核心，决定了整个发酵工厂设计的概貌。非工艺设计是以工艺设计为依据，按照生物发酵专业的要求进行的设计。生物技术产业化装置是由若干个单元设备以系统的、合理的方式组合起来的整体。过程设计依据生物工艺条件，选择合理的原料，确定最经济和安全的途径，使之生产出符合一定质量的生物技术产品。
2.2 设计依据
内蒙古科技大学数理与生物工程学院下达的《内蒙古科技大学（本科生）毕业设计任务书》。
2.3 设计要求
生产工程设备必须满足下列要求:
（1）满足生物技术产品的产量和质量指标。
（2）必须进行生物工艺流程优化和参数优化，达到资金、原料、设施和人员的合理最佳使用。
（3）必须充分考虑各种明显的和潜在的危险，保证生产人员的健康安全，如生物反应器等压力容器，易燃、易爆、挥发性溶剂的管理以及基因工程菌的微生物扩散等。
（4）符合国家和地方的环境保护法规，按照工业生态学和减少原料和能量使用，物料的分层多级综合利用和废弃物资源化循环利用的“3R”原则，达到清洁生产。
（5）保证整套系统不仅可常规操作，而且也能满足开停车等非常规操作。
（6）保证整套系统能适应和抑制外部扰动的影响，达到整套系统的可控性。
2.4 设计步骤
工艺设计在初步阶段，可分为下面几个步骤:
1) 选择并确定生产流程，确定技术经济指标。
2) 进行生产工艺的各种计算。
3) 设备的选型和计算，确定生产设备的规格和台数。
4) 车间设备布置的方案比较和设备配置的平面和空间关系的确定及设计制图。
5) 向配套专业（土建、自控仪表、供水、环保、供电、供热、采暖通风、技术经济）提出设计要求和有关资料。
6) 正式绘制工艺流程图、车间设备布置图等，编制设备表和主要材料估算表。
7) 编写初步设计有关的生产工艺部分的文件。

第三章 土霉素生产工艺

3.1 土霉素生产工艺流程简介
[孢子培养]
[孢子培养]
土霉素生产工艺主要分为:发酵、酸化过滤、脱色结晶、干燥四个阶段。其生产工艺流程如图3.1所示:
30℃28—30h空气搅拌
一级种子液
砂土孢子
斜面孢子
→
[干燥]
[离心]
15%氨水调pH4.5—4.6.，28—30℃
[结晶]
122-2树脂
[脱色]
[过滤]
ZnSo40.15%黄血盐0.25%
[发酵]
[酸化]
31℃，160—200h
31℃，26—32h
[种子扩大培养]
二级种子液
发酵液
脱色液
草酸，调pH1.75—1.85
酸化液
滤液
结晶液
土霉素湿品
36.5℃，4—5天
土霉素干成品

图3.1 工艺流程图
3.2 发酵工艺过程
3.2.1 种子制备
（1）沙土孢子制备
土霉菌砂土管系采用放线菌龟裂链丝菌。土霉菌砂土管应保存在2—5℃低温下。将保存在冰箱里的菌种直接接种到砂土管中。
（2）斜面培养及配置
用5%麦皮，2%的洋菜或加1%—2%的淀粉，加水100毫升，煮成粥状，装入试管或培养瓶，瓶口塞上棉塞，再用双层纱布和一层废报纸把瓶口包好，用绳扎紧，放在高压灭菌器中，以1.2个大气压灭菌30分钟，取出冷至40℃左右，倾斜放置，成为斜面。
培养基斜面制成后，在接种箱中把沙土孢子接种到斜面上，放在保温箱里，在37℃条件下培养五至七天，即可生出一层白色的孢子。为了节省沙土孢子菌种，可以用斜面接种的办法繁殖菌种。
（3）斜面种子制备
在无菌室内把沙土管中的土霉素孢子移植至斜面试管里的培养基上，移种好的斜面试管放入36—37℃培养箱或恒温室内，培养4—7天，观察到斜面培养基表面土霉素生长十分丰满，菌面色泽呈灰白。
3.2.2 培养基的配制
把斜面上长好的土霉菌孢子用接种铲搂到三角瓶的培养液里，经振荡培养即可制成。
培养液的配制方法是:（%）
淀粉:1.5 糊精:1.5
酵母粉:0.5 氯化钠:0.5
碳酸钙:0.5 硫酸铵:0.4
磷酸二氢钾:0.01 水:100毫升
把以上成分混合搅成米汤状，把磷酸二氢钾溶于少量水中，同时倒入定量的沸水中搅拌均匀，分装在三角瓶里，塞上棉塞，再用双层纱布和一层废报纸把瓶口包好，用绳扎紧，在高压灭菌器中，以1.2大气压灭菌30分钟，或采用间歇灭菌法进行灭菌。灭菌过的培养液在无菌室或接种箱里移进土霉素块，放到摇床上振荡培养48小时即成。振荡培养能使土霉素得到足够的氧气，同时可随时把菌丝打成碎块，增加种子的数量。装入三角瓶的培养液多少要适量，太多菌丝生长不好，太少不经济。一般在500毫升三角瓶中装50—80毫升，1000毫升三角瓶中装入100—200毫升培养液即可。振荡培养的温度是27—30℃，超出这个范围，菌丝生长不好，最适温度是28—29℃。
3.3 土霉素产品的分离纯化
3.3.1 土霉素纯化方法
① 先将土霉素溶解在含有盐酸和另外一种在pH2.8—4.0有缓冲作用的酸的混合水溶液中，用碱回调至一定ｐＨ值，加入净化剂，而后经二次超滤，最后稀释，按无菌条件加碱调ｐＨ值结晶。此法可得到较高纯度、无菌、细菌内毒素合乎要求的土霉素原料。一种土霉素纯化方法，其特征在于它是先将土霉素溶解在含有盐酸和另外一种在pH2.8—4.0有缓冲作用的酸的混合水溶液中，用碱回调至一定ｐＨ值，加入净化剂，而后分别用5—10万分子量超滤膜和6000—10000分子量超滤膜过滤，最后按无菌操作要求经稀释加碱调节pH值结晶。
② 以水为溶剂，将土霉素溶解、纯化、结晶。溶解液中除盐酸外，加入另一种多元酸，不仅有利于土霉素的溶解，在结晶时也可邦助土霉素形成较好的晶粒，有利于提高纯度，并可大大改善产品的外观。采用目前国内比较先进的中空纤维超膜过滤技术，选择合适的过滤膜，进行两级过滤，分别去除净化和细菌内霉素。解决了超滤膜的清洗问题，保证了其重复使用。产品达到了英国药典2000版，美国药典25版标准，已形成了年产60吨的生产规模。该纯化新工艺达到了国内领先水平。
3.3.2 土霉素的分离
采用高效毛细管电泳法分离土霉素及其相关物质。方法:以含1mmol/L的EDTA的25mmol/L柠檬酸钠溶液（用0．1mol/L的氢氧化钠液调pH值至11．5）作为运行缓冲液，未涂层毛细管柱为70cm*50um.i.d)，有效长度为64cm，采用压力方式由毛细管柱的阳极旱样5s，运动电压为15kV，分离温度为20度，检测波长为254nm，并将方法测得的结果与药典规定方法测得的结果进行了比较，结果:所确定的实验条件可使土霉素与数种相关物质得到令人满意的分离，其分离效率较法定方法的为高，结论:本方法可使土霉素与数种相关物质分离，分析时间较短，能有效控制我国现行工艺生产的土霉素质量以及监控储存条件对质量的影响。

第四章 工艺计算

4.1 物料衡算
4.1.1 培养及配比关系
（1）种子培养基配比:（g/L）
淀粉:50 糊精:6 豆饼粉:25 酵母粉:6 硫酸铵:8 碳酸钙:7.5磷酸二氢钾:0.3 豆油:1.5 氯化钴:0.018 氯化钠:4
（2）发酵培养基配比:（g/L）
淀粉:80 豆饼粉:29 酵母粉:4 硫酸铵:11 碳酸钙:6 磷酸二氢钾:0.3 豆油:0.4 氯化钴:0.047 淀粉酶:0.0025 氯化钠:2 玉米浆:7
（3）补料培养基配比:（g/L）
淀粉:50 豆饼粉:2 碳酸钙:0.6 磷酸二氢钾:0.95 淀粉酶:1.36 氯化钠:2
4.1.2 每天放罐发酵液体积
放罐体积由下式计算:
[8] （4-1）
式中，M—年产量，t/a
Uq—成品效价，u/mg
Uf—年平均发酵水平，u/ml
m—年工作日，d/a
η—提取总水平，%
由设计要求:M=400t/a，Uq=1000u/mg，m=310d/a， Uf =32000 u/ml， η=95%
代入上述公式得:
=42.44（m3） 取Vd =42（m3）
4.2 发酵车间物料衡算
由上述公式得Vd 分三部分:
种子液:V1=Vd20%=4220%=8.4（m3）
底料液:V2=Vd70%=4270%=29.4（m3）
补料液:V3=Vd10%=4210%=4.2（m3）
底料物料用量:发酵培养基配方 V2
种子液物料用量:发酵培养基配方 V1
补料中物料按用量分别流加。
如:种子培养液所需豆饼粉量:m1=25V1=258.4=210(Kg)
发酵液底料所需豆饼粉量:m2=29V2=2929.4=852.6(Kg)
补料耗豆饼粉量:m3=2V3=24.2=8.4(Kg)
所以，每天耗豆饼粉量:m=m1+m2+m3=210+852.6+8.4=1071(Kg)
依据上述计算，故每天所耗各物料量为:
糊精耗量:m=m1=6V1=68.4=50.4(Kg)
酵母粉耗量:m=m1+ m2=6V1+4V2=68.4+429.4=168(Kg)
玉米浆耗量:m=m2=7V2=729.4=205.8(Kg)
硫酸铵耗量:m=m1+ m2=8V1+11V2=88.4+1129.4=390.6(Kg)
碳酸钙耗量:m= m1+ m2+m3=7.5V1+6V2+0.6V3=7.58.4+629.4+0.64.2
=241.92(Kg)
磷酸二氢钾耗量:m= m1+ m2+m3=0.3V1+0.3V2+0.95V3=15.33(Kg)
豆油耗量:m=m1+ m2=1.5V1+0.4V2=24.36(Kg)
泡敌耗量:m= m2+m3=0.5V2+1.2V3=19.74(Kg)
氯化钴耗量:m=m1+ m2=0.018V1+0.047V2=1.533(Kg)
淀粉酶耗量:m= m2+m3=0.0025V2+1.36V3=5.786(Kg)
氯化钠耗量:m= m1+ m2+m3=4V1+2V2+2V3=100.8(Kg)
发酵过程中物料计算:
进料量=基础培养基（消后）+种子液量+补料量
出料量=成品液（发酵液）+逃液与蒸发损失量
故实际物料消耗量=理论物料消耗量/（1-损失量）
实际物料消耗见表4—1、4—2和4—3:
4.3 发酵罐公称容积
4.3.1发酵罐公称容积
计算公式如下:
（4-2）
表4—1 发酵培养基物料消耗表
物料名称
产1吨土霉素耗量
400t/a物料耗量
每日消耗量（Kg/d）
豆饼粉
淀粉
糊精
酵母粉
玉米浆
硫酸铵
碳酸钙
磷酸二氢钾
豆油
氯化钴
淀粉酶
氯化钠
泡敌
864.6
2337.6
40.7
135.6
166.2
315.3
195.3
12.4
19.7
1.24
4.6
81.4
16
345836
935053
16275
54250
66464
126139
78120
4960
7874
496
1860
32550
6400
1115.6
3016.3
52.5
175
214.4
406.9
252
16
25.4
1.6
6
105
20.6

表4—2 种子培养基物料消耗表
物料名称
产1吨土霉素耗量
400t/a物料耗量
每日消耗量（Kg/d）
淀粉
糊精
豆饼粉
酵母粉
硫酸铵
碳酸钙
磷酸二氢钾
豆油
氯化钴
氯化钠
346.3
41.6
173.1
41.6
55.4
51.9
2.1
10.4
0.12
27.7
138510.6
16621.3
69255.3
16621.3
22161.7
20776.6
831.1
4155.3
49.9
11080.9
446.8
53.6
223.4
53.6
71.5
67
2.68
13.4
0.16
35.7

表4—3 补料消耗表
物料名称
产1吨土霉素耗量
400t/a物料耗量
每日消耗量（Kg/d）
淀粉
豆饼粉
碳酸钙
磷酸二氢钾
淀粉酶
氯化钠
162.75
6.51
1.95
3.09
4.42
6.51
65100
2604
781.2
1236.9
1767
2604
210
8.4
2.52
3.99
5.7
8.4
式中，V0—每天所需发酵液体积，m3
nd—每天放罐数，罐/天
L—装料系数，%
由生产情况和设计要求取:Vd =42 m3/d，nd =1罐/天，l =80%，得
=52.5（m3）
圆整到国内常用发酵罐