【正文】 通風(fēng)攪拌關(guān)鍵槳是底道槳 ， 故而設(shè)計(jì)時(shí)有意加大底道槳葉的葉徑及葉片數(shù) ， 同時(shí)相應(yīng)縮小中、上道槳的葉徑進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。中、上道槳處氣體已均勻分散在液體中 ， 因氣流速度加快致使槳葉打碎氣泡作用減小 ， 又同時(shí)因氣速加快氣流起攪拌作用致使槳葉攪拌作用也大大減小。℃ ） 直接蒸汽加熱氣耗： 2112() (1 )G C t tS i C s t ?? ? ?? ? ??? （ ? 取 10%） 保溫階段氣耗： S2=(30%~50%) S1 取 40% ? 實(shí)消氣耗： 21122() ( 1 ) ( 1 4 0 % )G C t tS S S i C s t ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? kg9 5 0 2 7%401%10111 2 5 3 271 2 111 0 0 ??????????一級(jí)S ? ? ? ? ? ? %401% ??????????料S ? ? ? ? ? ? %401% 2712111 0 0 ??????????油S ? ? ? ? ? ? %401% 2712111 0 0 ??????????泡敵S 高峰用汽時(shí)段時(shí)，考慮兩發(fā)酵罐 ， 一 個(gè) 二級(jí)種子罐空消、一 個(gè) 一級(jí)種子罐和各補(bǔ)料罐同時(shí)實(shí)消，并取安全系數(shù) ， 1 . 2 ( 2 1 1 )S S S S S S? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 發(fā) 酵 二 級(jí) 一 級(jí) 料 油 泡 敵 ? ?? ?????????? = ? kg 空氣 (1) 通氣消耗壓縮空氣量： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 ()gQ VVM V??? 公 發(fā)酵罐 m i n/% 3mQ g ???? 二級(jí)種子罐 30. 15 38 .8 3 70 % 4. 07 7 m / m ingQ ? ? ? ? 一級(jí)種子罐 65% m / m i ngQ ? ? ? ? (2) 壓料用壓縮空氣量： 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為： 315m / min (3) 總計(jì)： 取安全系數(shù)為 ，假設(shè)最大工作量為 6 發(fā)酵罐、 3 二級(jí)種子罐、 2 一級(jí)種子罐通氣，兩發(fā)酵罐、一 個(gè) 二級(jí)種子罐、一 個(gè) 一級(jí)種子罐壓料，則高峰空氣用量為： ? ? ?????????????? 一級(jí)壓二級(jí)壓發(fā)酵壓一級(jí)二級(jí)發(fā)酵 ggggggQg gQ? ? ? ????????? = 3m/min ? 要求配套設(shè)計(jì)空氣系統(tǒng)供給 3m/min 的壓縮空氣量。 h h 二級(jí)種子罐 中Q =5500 70%=10 5 kJ/m3 經(jīng)計(jì)算后得公稱容積 ，全容積 m3。 (9) 培養(yǎng)基配方及 補(bǔ)料情況： 種子培養(yǎng)基（ g/m3） ： KH2PO4 592， 黃豆餅粉 16500，葡萄糖 4930，碳酸鈣 150，硝酸鉀 150，玉米油 236，油酸甘油酯 4020，豆油 9045，硅油 21. 發(fā)酵初始培養(yǎng)基（ g/m3） ： KH2PO4 1630，黃豆餅粉 45300，葡萄糖 4930，碳酸鈣 150，硝酸鉀 150，玉米油 790，油酸甘油酯 3420，豆油 7530，硅油 56. 發(fā)酵培養(yǎng)基補(bǔ)料 （ g/m3） ： 發(fā)酵過(guò)程中氨水補(bǔ)量按 48（ L/m3）計(jì)算，補(bǔ)料量按 320（ L/m3）計(jì)算，補(bǔ)泡敵按 20（ L/m3）計(jì)算，補(bǔ)消沫油按 20（ L/m3）計(jì)算。 循環(huán)水： 20～ 25℃ (△ t=5℃ )， （ MPa），用于 發(fā)酵罐和 空氣冷卻 。生產(chǎn)上慣稱 鏡檢 ， 根據(jù) 鏡檢 中菌絲形變化和代謝變化的其他指標(biāo)調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度 ， 通過(guò)追加糖或補(bǔ)加前體等各種措施來(lái)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間 ， 以獲得最多青霉素。 發(fā)酵過(guò)程中菌絲濃度的控制 發(fā)酵過(guò)程中必須控制菌絲濃度不超過(guò)臨界菌體濃度 ， 從而使氧傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水平上達(dá)到平衡。 (3) 通氣流量： 通氣流量也會(huì)影響溶解氧（ Do）的溶解度大小。 發(fā)酵過(guò)程中溶解氧的控制 (1) 罐壓： 罐壓直接影響發(fā)酵液中氧的分壓 ， 我們知道氧是一種難溶于水的氣體 ， 氧在發(fā)酵液中的溶解度不僅受培養(yǎng)基成分的影響 ， 而且當(dāng)各類物質(zhì)濃度增加時(shí) ， 氧的溶解度也要降低。過(guò)高的流加速率造成酸性中間產(chǎn)物的積累使 pH值降低；過(guò)低的加糖速率不足以中和蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)生的氨或其他生理堿性物質(zhì)代謝產(chǎn)生的堿性化合物而引起 pH值上升。對(duì)菌絲生長(zhǎng)和青霉素合成來(lái)說(shuō) ， 最適溫度不是一樣的 ， 一般前者略高于后者 ， 故有的發(fā)酵過(guò)程在菌絲生長(zhǎng)階段采用較高的溫度，以縮短生長(zhǎng)時(shí)間 ， 到達(dá)生產(chǎn)階段后便適當(dāng)降低溫度 ， 以利于青霉素的合成。一級(jí)種子罐采用實(shí)罐消毒，二級(jí)種子罐、發(fā)酵罐培養(yǎng)基采用連續(xù)消毒。 因此采用補(bǔ)料分批發(fā)酵 可以使培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物濃度較長(zhǎng)時(shí)間地保持在一定范圍內(nèi)，既保 證青霉素 的生長(zhǎng)需要，又不造成不利影響， 還 可以避免在分批發(fā)酵中因一次性投入糖過(guò)多造成細(xì)胞大量生長(zhǎng)，耗氧過(guò)多，以至通風(fēng)攪拌設(shè)備不能匹配的狀況， 從而 提高有用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率 ，所以本設(shè)計(jì)采用補(bǔ)料分批發(fā)酵方式進(jìn)行青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)。 因?yàn)?存在著抗生素合成和菌體合成二條不同的代謝途徑，需要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，以利抗生素合成代謝的進(jìn)行。 ② 避免在培養(yǎng)基中積累有毒代謝物，即代謝阻遏。通過(guò)向培養(yǎng)系統(tǒng)中補(bǔ)充物料，可以使培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物濃度較長(zhǎng)時(shí)間地保持在一定范圍內(nèi)，既保證微生物的生長(zhǎng)需要，又不造成不利影響，從而達(dá)到提高產(chǎn)率的目的。由于上述情況，連續(xù)發(fā)酵目前主要用于研究工作中，如發(fā)酵動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定，過(guò)程條件的優(yōu)化試驗(yàn)等等，而在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用還不多。在穩(wěn)定的狀態(tài)下，微生物 所處的環(huán)境條件，如營(yíng)養(yǎng)物濃度、產(chǎn)物濃度、 pH 值等都能保持恒定，微生物細(xì)胞的濃度及其比生長(zhǎng)速率也可維持不變，甚至還可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速度。 其優(yōu)點(diǎn)是：①對(duì)溫度的要求低，工藝操作簡(jiǎn)單；②比較容易解決雜菌污染和菌種退化等問(wèn)題；③對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的利用效率較高，產(chǎn)物濃度也比 連續(xù)發(fā)酵 要高。 常見(jiàn)發(fā)酵方式 根據(jù)操作方式的不同，發(fā)酵過(guò)程主要有分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和補(bǔ)料分批發(fā)酵三種類型。 6APA 也可從青霉素 G 用化學(xué)法來(lái)裂解制得，但成本較高。青霉素 G鈉鹽是將青霉素 G鉀鹽通過(guò)離子交換樹脂（鈉型）而制得。用無(wú)菌水將孢子制成懸浮液接種到種子罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無(wú)菌空氣、攪拌，第二章 工藝設(shè)計(jì) 7 在 27 ℃ 下培養(yǎng) 24～ 28h，然后將種子培養(yǎng)液接種到發(fā)酵罐已滅菌的含有 苯乙酸 前體的培養(yǎng)基中，通入無(wú)菌空氣，攪拌，在 27 ℃ 下培 養(yǎng) 7 天。 此階段一般又稱為菌體自溶期或發(fā)酵后期。除此之外，發(fā)酵液的 pH 值、溫度和溶解氧濃度等都會(huì)影響發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化，進(jìn)而影響青霉素產(chǎn)量，必須予以嚴(yán)格控制。在這個(gè)階段，菌體重量有所增加，但產(chǎn)生菌的呼吸強(qiáng)度一般無(wú)顯著變化。隨著菌體四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 濃度的不斷增加，攝氧率不斷增大，溶解氧水平不斷降低。 ⑷ 無(wú)機(jī)鹽 包括硫、磷、鈣、鎂、鉀等鹽類。目前普遍采用淀粉經(jīng)淀粉酶水解的葡萄糖糖化液（ DE值 50%以上）進(jìn)行流加。當(dāng)前生產(chǎn)能力可達(dá) 50000— 90000μ /ml。 對(duì)溶血性鏈球菌等鏈球菌屬，肺炎鏈球菌和不產(chǎn)青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。 青霉素的應(yīng)用 臨床應(yīng)用： 40 多年 來(lái) ，主要控制敏感金黃色葡糖球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、淋球菌、腦膜炎雙球菌、螺旋體等引起感染，對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌（如金黃色葡萄球菌）和某些革蘭氏陰性細(xì)菌及螺旋體有抗菌作用。對(duì)革蘭陽(yáng)性球菌及革蘭陽(yáng)性桿菌、 螺旋體 、 梭狀芽孢桿菌 、 放線菌 以及部分 擬桿菌 有抗菌作用。通過(guò)抑制轉(zhuǎn)肽酶，青霉四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 素使細(xì)胞壁的合成受到抑制，細(xì)菌的抗?jié)B透壓能力降低，引起菌體變形，破裂而死亡。革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁的組成是肽聚糖占細(xì)胞壁干重的 50％～ 80％（革蘭氏陰性菌為 1％～ 10％）、磷壁酸質(zhì)、多糖 、 脂蛋白和蛋白質(zhì)。由此， 1mg 青霉素鈉等于 1667 個(gè)青霉素單位 (unit)。 青霉素的分子通式為： RC9O4H11 N2 S 第一章 緒論 3 結(jié)構(gòu)通式可表示為下圖： 圖 11 青霉素結(jié)構(gòu)通 式 然而青霉素發(fā)酵液中含有 5 種以上天然青霉素（如青霉素 F、 G、 X、 K、 F 和 V 等），它們的差別僅在于側(cè)鏈 R 基團(tuán)的結(jié)構(gòu)不同，其中青霉素 G 在醫(yī)療中用得最多，它的 鉀 或 鈉 鹽為治療革蘭氏陽(yáng)性菌的首選藥物，對(duì)革蘭氏陰性菌也有強(qiáng)大的抑制作用 。面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)對(duì)青霉素產(chǎn)品的需求的減弱和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)抗生素產(chǎn)品的升級(jí)，可知我國(guó)的青霉素需求量還是呈上升趨勢(shì)。上世紀(jì) 80 年代后，世界青霉素生產(chǎn)格局發(fā)生了翻天覆地的變化。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1978 年，我國(guó)實(shí)行以市場(chǎng)化為導(dǎo)向的改革開放新政策，我國(guó)的制藥工業(yè)以前所未有的速度高速發(fā)展，到 20 世紀(jì) 80 年代末、 90 年代初，我國(guó)生產(chǎn)的青霉素工業(yè)鹽已占了世界總產(chǎn)量的三分之一。 青霉素發(fā)展歷程 1953 年 5 月，中國(guó)第一批國(guó)產(chǎn)青霉素誕生，揭開了中國(guó)生產(chǎn)抗生素的歷史。當(dāng)時(shí) 美國(guó) 和 英 國(guó)正在和納粹德國(guó)交戰(zhàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)證明，它毒性很小，并對(duì)一些革蘭氏陽(yáng)性菌所引起的許多疾病有卓越的療效。用顯微鏡觀察培養(yǎng)皿時(shí)發(fā)現(xiàn)，霉菌周圍的葡萄球菌菌落已被溶解。它的研制成功 大大增強(qiáng)了人類 抵抗細(xì)菌性感染的能力，帶動(dòng)了抗生素家族的誕生。 fermentation。 經(jīng)工藝計(jì)算， 設(shè)計(jì) 選 用 2 臺(tái) 一級(jí) 種子罐、 3 臺(tái)二級(jí)種子罐、 6臺(tái)發(fā)酵罐。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 年產(chǎn) 1200噸青霉素鈉鹽發(fā)酵車間工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 生物工程 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院 20xx 年 6 月 四 川 理 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 年產(chǎn) 1200 噸青霉素鈉鹽發(fā)酵車間工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué)院： 生物工程學(xué)院 專業(yè)： 生物工程 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 教研室主任 （簽名） 二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng) （簽名） 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 （ 1）生產(chǎn)車間工藝論證； （ 2）生產(chǎn)工藝計(jì)算（物料衡算、能量衡算）； （ 3）車間設(shè)備設(shè)計(jì)選型及車間布置設(shè)計(jì)； （ 4）圖紙繪制要求：① 工藝流程圖 ；②生產(chǎn)車間帶控制點(diǎn)工藝流程圖；③ 生產(chǎn)車間平、立面布置圖。 廠房采用三層設(shè)計(jì)，在不同層放置不同類型的罐體，以滿足生產(chǎn)需要 。 volume。 20 世紀(jì) 40 年代前， 人們 一直未能掌握一種能高效治療細(xì)菌性感染且副作用小的藥物。這意味著霉菌 中 某種分泌物能抑制葡萄球菌。 此后一系列臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)了青霉素對(duì) 白喉?xiàng)U菌 、 鏈球菌等多種細(xì)菌感染的療效。這種 新的藥物對(duì)控制傷口感染有 顯著療 效。在 1996年得到迅速擴(kuò)展，當(dāng)時(shí)全球青霉素原料藥年產(chǎn)銷量達(dá) 4 萬(wàn)噸左右，其中中國(guó)的青霉素在國(guó)際市場(chǎng)的份額占到 30%，且出口量猛增。 青霉素市場(chǎng)分析 目前世界青霉素年需求量為 5 萬(wàn)噸 左右 ，但直接作為注射劑使用的青霉素 G 和作為口服劑使用的青霉素 V 僅占全部青霉素產(chǎn)品的 20%，另外 3%～ 5%作為 飼料添加劑或 獸藥使用外，大部分青霉素是作為制備 7氨基脫乙酰氧基頭孢烯酸 、 6氨 基青霉素烷或氯亞甲基頭孢烯母核的原料，通過(guò)這些母核中間體轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品推向市場(chǎng)。中國(guó)青霉素工業(yè)鹽的產(chǎn)量從 90 年代的初的約占世界總產(chǎn)量的三分之一逐步增加到目前的 90%以上。 青霉素分子結(jié)構(gòu)及分類 青霉素是 6－氨基青霉烷酸（ 6aminopenicillanic acid， 6APA）苯乙酰衍生物。 青霉素的單位 目前國(guó)際上青霉素活性單位表示方法有兩種：一是指定單位（ unit）；二是活性質(zhì)量（ μg），最早為青霉素規(guī)定的指定單位是： 50mL 肉湯培養(yǎng)基中恰能抑制標(biāo)準(zhǔn)金葡萄菌生長(zhǎng)的青霉素量為一個(gè)青霉素單位。 作用機(jī)理 有研究認(rèn)為，青霉素的抗菌作用與抑制細(xì)胞壁的合成有關(guān) [1]。其中肽聚糖是一種含有乙?；?葡萄糖胺和短肽單元的網(wǎng)狀生物大分子，在它的生物合成中需要一種關(guān)鍵的酶即轉(zhuǎn)肽酶。即 作用 機(jī)理 是干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成。 對(duì) 溶血性鏈球菌 等 鏈球菌屬 ， 肺炎鏈球菌 和不產(chǎn) 青霉素酶 的葡萄球菌具有良好抗菌作用。優(yōu)點(diǎn)：毒性小，但由于難以分離除去青霉噻唑酸蛋白（微量可能引起過(guò)敏反應(yīng)），需要皮試。對(duì)腸球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌、腦膜炎奈瑟菌、白喉棒狀桿菌、炭疽芽孢桿菌、牛型放線菌、念珠狀鏈桿菌、李斯特菌、鉤端螺旋體和梅毒