年产600吨土霉素车间酸化、过滤工段工艺设计

2021年2月18日发(作者：满康宁喜)
摘要

摘要

土霉素，又名地霉素，氧四环素，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、
螺旋体对土霉素敏感。它是< br>1949
年由美
国开发的一种抗生素。

土霉素是一个典型的利用生物 工程技术生产的产品，生产工艺涉及种子培
养、发酵、酸化、提取、过滤、脱色、结晶、离心和干燥等重 要的单元操作和
工程概念。本次课程设计进行的是酸化、提炼、干燥工段的工艺设计，该说明
书 主要对土霉素车间的生产工艺流程进行了简单的概括，并且对酸化、提炼和
干燥工段给予了详细介绍。本 说明书给出了
600t/a
土霉素车间的物料衡算的详
细计算过程和总结，并将生产中 各部分的数据制成了表格。最后，在既得数据
和结合工艺流程的基础上绘制了本工段工艺管道及仪表流程 的
PID
图。


关键词：土霉素；物料衡算；工艺流程；提炼工段

Abstract
Abstract
Oxytetracycline, also known as Geotrichum, oxytetracycline, belonging to the
tetracycline antibiotics, as a broad-spectrum antimicrobial agent, a lot of Rickettsia,
mycoplasma, chlamydia, helicoid of oxytetracycline sensitive. It is in 1949 by the
development of an antibiotic.
Oxytetracycline is a typical use of biological engineering

technology products, the
production process involves seed

cultivation, fermentation, acidification, extraction,
filtration, decoloration, crystallization, centrifugation and drying and other important
unit operation and engineering concepts. The curriculum design is acidification,
refining, drying in the process design, the specification the main workshop of
oxytetracycline production process were summarized briefly, and the acidification,

refining

and drying section

is introduced in detail. This

manual

gives a
detailed

calculation process of material balance calculation and 600t/a
oxytetracycline

workshop summary, and each part of the production data in the table
is made. Finally, the process of drawing section piping and instrument flow diagram
based on PID data and combined with the vested process.

Keywords: Oxytetracyline;material balance; production technology; refining process



目录

目录


1
文献综述

.
............................................. ............
1
1.1
土霉素的理化性质

............................................
1
1.2
土霉素的作用机理

............................................
1
1.3
土霉素的用途

.................. ..............................
1
1.4
土霉素的现状及其展望

........................................
2
2
土霉素车间工艺流程介绍

.
............... ............................
3
2.1
生产工艺流程图

..............................................
3
2.2
土霉素车间生产工艺流程详细介绍

..............................
3
2.2.1
发酵

.......................... ........................
3
2.2.2
酸化

.............................................. ....
3
2.2.3
过滤

............... ...................................
4
2.2.4
结晶

.......................... ........................
4
2.2.5
离心和干燥

............................................
4
3
全工段物料衡算

.
............. ......................................
5
3.1
干燥工段

.
.................... ...............................
5
3.2
结晶、分离工段

.
......................... ....................
6
3.2.1
土霉素折湿效价

........................................
6
3.2.2
碱化剂密度

............................................
6
3.2.3
求其他未知量

..........................................
7
3.3
脱色工段

.................... ................................
8
3.3.1
计算滤液和脱色过程中损失的质量

........................
9
3.3.2
滤液效价求算

..........................................
9
3.4
过滤工段

.................... ...............................
10
3.5
酸化工段

.......................... .........................
11
3.5.1
酸化液和草酸水的体积

.
................................
11
3.5.2
酸化工段发酵液和盐酸体积

.............................
11
3.5.3
发酵液的效价

.........................................
12
3.5.4
酸化剂和净化剂的用量

.................................
12
3.6
发酵工段

.......................... .........................
12

目录

3.6.1
三级发酵罐的物料衡算

.................................
13
3.6.2
二级种子液培养阶段物料衡量

...........................
14
3.6.3
一级种子液培养阶段物料衡量

...........................
15
参考文献

.
............................ ..............................
17
致谢
< br>.
.......................................... ....................
18



前言

前言

四环素类抗生素土霉素是我国生产及使用最多的一种抗 生素，
它是通过生物
合成得到的，性状为灰白或金黄色的结晶粉末，许多立克次体属、支原体属 、衣
原体属、
螺旋体对其敏感。多年来由于四环素类的广泛应用，
临床常见病原菌对< br>土霉素耐药现象严重，
包括葡萄球菌等革兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。
四环素
类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。

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< br>,
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
1.2
万吨
,
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
[1]
。

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。


1
文献综述

1
文献综述

1.1
土霉素的理化性质

土霉素为淡黄色的结晶性或无定形粉末，无臭，微 溶于乙醇，极微溶于水，
溶与氢氧化钠试液和稀盐酸中。
土霉素的分子式：
C
22
H
24
N
2
O
9
，
分子量：
460.44
。
其分子式如图
1-1
所示。








图
1-1
土霉素分子式

H
3
C
H
OH
N(CH< br>3
)
2
OH
CONH
2
OH
O
OH
O
土霉素具有广谱抗菌性，
能抑制多种细菌，
是四环类抗生素。
它是 由龟裂链
丝菌产生的，
是典型的次级代谢产物。
土霉素属于放线菌中的链霉菌属，他们具
有发育零号的菌丝体，菌丝体分枝捂隔膜，直径约为
0.4~1.0
米，长 短不一，多
核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝分化成为分生孢子，而
龟裂 链丝菌的菌落为灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。菌丝成树枝分支，白色，
孢子灰白色，柱形
[ 6]
。


1.2
土霉素的作用机理

土霉素的作用理论主要表现在以下几个方面：

①能抑制动物肠道内有害微生物，激活大肠中有利于营养物质合成的微生物；

②改变 病原微生物结构和干扰其代谢过程，
阻碍细胞壁的合成，
影响黏膜的通透
性，阻碍蛋白 质的合成，改变核酸代谢；

③可使采食动物肠壁变薄
,
更有利于营养物质的 吸收和利用，从而提高肠道内的
吸收率，提高
FG
，促进动物生长，防治动物腹泻[7]
。

此外，土霉素也是生物制药厂常用的加工原料药。


1.3
土霉素的用途

土霉素能抑制细菌的生长，
在浓度高的时候也 具有杀菌的作用。
它的作用机
制是干扰蛋白质的合成。由于土霉素的毒副作用小，所以其在医疗 上用途广泛，
主要是应用于呼吸道和肠道感染。

1

内蒙古工业大学课程设计说明书

土霉素作为抗生素饲料添加剂能有效提高饲料的转化 率、
ADG,
且防治腹泻。

土霉素是抗生素类药物，
具有广谱抗菌 作用，
主要用于立克次体病支原体肺
炎，衣原体感染。土霉素已应用于兽医临床，使一些动物的 传染病得到了控制。
土霉素还可以治疗鸡、鸭、鹅的巴氏杆菌病等。在食品工业中，土霉素可用作防腐剂来保藏肉类、鲜菜类等
[4]
。


1.4
土霉素的现状及其展望

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
1 .2
万吨，
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
l/4
[1]
。

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
/kg
，
1998
年为
10
美元
/kg
，
2000
年已降到
7
美元
/kg
。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
[2]
。目前许多国家已限量生产或趋于淘汰，主要原因是近年来发现
土霉素耐药菌株普遍增多。上世纪
80
年代中期，中国曾将四环素类列为
128
种
淘汰药品之一，但是四环素 、土霉素仍在使用
[3]
。

2

2
土霉素车间工艺流程介绍

2
土霉素车间工艺流程介绍

2.1
生产工艺流程图


生产工艺流程图

沙土孢子

孢子培养

斜面孢子

孢子培养

一级种子罐

发酵液

扩大种子培养

三级种子罐

发酵

二级种子罐


过滤

酸化液


离心

土霉素干品

滤液

脱色

脱色液

土霉素湿品

干燥

结晶液

2.2
土霉素车间生产工艺流程详细介绍

2.2.1
发酵

土霉素的生产目前主要采用龟裂霉菌发酵产生。
沙土管中或冷冻干燥管中保
藏的种子首 先经过实验室种子制备阶段获得一定数量和质量和孢子
,
然后经过生
产车间种子制备阶 段的一级种子罐和二级种子罐逐级扩大培养使孢子发芽、
繁殖
以获得足够数量的菌丝，
最后将二级种子罐中的菌液接种到三级发酵罐中进行微
生物发酵。
种子的制备时需要注意培养基 的产地、
品种、
培养的温度等条件对种
子质量的影响。


2.2.2
酸化

土霉素能和钙、镁等金属离子，某些季胺盐、碱等形成复合 物沉淀。在发酵
过程中，这些复合物积聚在菌丝中，在液体中的浓度不高。发酵结束后，土霉素
3

内蒙古工业大学课程设计说明书

大部分沉积在菌丝中，
发酵 液中很少。
因此，
应对土霉素发酵液进行酸化等处理，
酸化将破坏细菌细胞壁结构，< br>使菌丝中的单位释放出来，
以保证产品收率和质量。
此外，
pH
值是酸 化工段中影响土霉素质量的主要因素
,
黄血盐钠的用量次之。

2.2.3
过滤

过滤工艺采用板框过滤机过滤。
滤布可以去除一些 杂质。
正批液经过板框过
滤机后直接进入正批液储罐。
为了提高过滤机中土霉素的利用 率，
采用三级过滤
和顶洗的方法。

2.2.4
结晶
过滤所得的土霉素液含色素高，结晶产品质量差，因此，需要脱色。脱色设
备主要是树脂罐，每组有 主罐、副罐、再生罐。脱色液到达结晶罐后，经过加碱
化剂来调节适当的
PH
，从而进 行结晶。通常用的碱化剂是氨水和亚硫酸钠。结
晶的设备采用的是结晶罐串联的方式，通过连续结晶以提 高产率。

2.2.5
离心和干燥

物料经粉碎后，通常采用旋风干燥机干燥，并经除尘可得到最终产物。

湿品甩干约
40-60
分钟，进行干燥。
4

3
全工段物料衡算

3
全工段物料衡算

本设计的全工段物 料衡算是根据设计任务，
查阅相关资料、
文献，
收集必要
的技术资料，工艺参 数，进行工艺流程与工艺条件确定的论证。

年产
600
吨土霉素车间酸化、 过滤工段工艺设计，年工作日
330
天。

根据工艺参数可得土霉素的日产量 ：
G
1
?
600
?
1000
?
330?
1818
.
18
kg

3.1
干燥工段

土霉素干燥工段的示意图如图
3-1
所示。





湿产品

干燥



产品

水分

损失



图
3-1
干燥工段示意图


根据工艺参数可知：干结晶 的含水量为
7%
，湿结晶的含水量为
23%
，损失量为
1%
。

由已知数据可得：

日产量为：

G
干成品< br>?
G
1
?
1818
.
18
kg
< br>干品中土霉素的质量：
G
干有效
?
1818
.
18< br>?
（
1
-
7
%
）
?
1690
.
91
kg

湿品中土霉素的质量：
G
湿有效
?
1690
.
91
?
（
1
-
1
%< br>）
?
1707
.
99
kg
湿品的总质量：
G
湿品
?
1707
.
99
?
（
1
-
23
%
）
?
2218
.
17
kg

损失的质量：
G
损失
?
1707
.
99
?
1
%
?
17
.
08
kg

干燥工段物料衡算汇总见表
3-1
所示。

表
3-1

干燥工段物料衡算汇总表

输出

湿结晶


总计

2218.17kg

2218.17kg
干成品

蒸发量、损失

总计

输入

1818.18kg
399.99kg
2218.17kg

5

内蒙古工业大学课程设计说明书

3.2
结晶、分离工段


土霉素结晶与分离工段的示意图如图
3-2
所示。





碱化剂

脱后液

结晶、分离

湿品

损失


图

3-2
结晶与分离示意图


母液

3.2.1
土霉素折湿效价

根据效价平衡：

G
干品
?
U
折干
?
G
湿品
?
?
1< br>-1%
?
?
U
折湿










(3-1)

G
干
——土霉素干品的总质量，
kg
；

G
湿
——土霉素湿品的总质量，
kg
；

U
折干
——土霉素的折干效价，
kg
?
干品
?
kg
；

U
折湿
——土霉素的折湿效价，
kg
?
湿品< br>?
kg

根据以上已知数据
G
干
=1818.18k g
；
G
湿
?
2218
.
17
kg
；
U
折干
?
930
?
g
/
ml

代入（
3-1
）式得：

1818.18kg
?
9 30
?
g/ml
?
2218
.
17
kg
?
（
1
-
1
%
）
?
U
折湿










解 得：
U
折湿
?
770
.
00
?
g
/
ml

3.2.2
碱化剂密度

查阅相关文献可知
:
5%
氨水的密度
?
1
=980kg/m
3
，< br>25%
氨水的密度
?
2
=910kg/m
3
，由内 差法计算得

15%
的氨水的密度
?
3
=
945k g/m
3
。

碱化剂的质量为
100kg
，氨水的质量分数 为
15%
，亚硫酸钠固体的质量分数
为
4%
，所以水的质量分数为< br>81%
。

则：
G
氨水
=15kg
，

G
亚硫酸
=4kg
，

G
水
=81kg
，

?
水
=1000kg/m
3
，

?
氨水
=945kg/m
3
氨水体积
:

V
氨水
=


G
氨水
?
氨水


G
氨水
15< br>V
氨水
=
=
=15.87
?
10
-3
m
3
?
氨水
945
6