设计说明书
—年产1000吨青霉素生产工厂工艺设计
学院：生物与农业工程学院
专业：生物工程
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学号：
日期：2014年6月23日
摘要
本设计以注射用青霉素为背景，青霉素是一种治疗革兰氏阳性菌引起的各种疾病的常用药物，生产方法主要有化学合成法、半合成法、微生物发酵法。来进行年产1000吨青霉素发酵工段工艺的设计，包括以下几部分容:青霉素的背景知识及发酵生产工艺过程的简介;物料衡算和热量衡算;环境要求及废物处理和。另外，此设计还绘制了发酵车间布置图、发酵工艺流程图以及对生产过程中产生的废水、废气、废渣的处理作了简单的介绍。
关键词:青霉素;发酵;工艺流程;生产
目录
摘要 (2)
1前言 (6)
1.1青霉素的发现 (6)
1.2青霉素分子结构及分类 (7)
1.3青霉素的单位 (7)
1.4作用机理 (7)
1.5青霉素的应用 (8)
2生产工艺总述 (8)
2.1 生产方法 (9)
2.2 工艺流程图 (9)
2.3 发酵工艺特点 (9)
2.3.1菌种介绍 (10)
2.3.2菌种的保藏 (10)
2.3.3孢子的制备 (10)
2.3.4种子制备 (10)
2.3.5发酵培养基介绍 (10)
2.3.6灭菌 (11)
2.3.7发酵 (11)
2.4 提炼工艺过程 (11)
2.4.1发酵液预处理 (11)
2.4.2提取 (11)
2.4.3精制 (12)
2.4.4成品鉴定 (12)
3工艺条件计算 (12)
3.1物料衡算 (13)
3.1.1工艺技术指标及基础数据 (13)
3.1.2发酵车间的物料衡算 (13)
3.1.3 1000t/a青霉素发酵车间物料衡算 (15)
3.2 能量衡算 (16)
3.2.1发酵热的计算 (16)
3.2.2换热面积的计算 (17)
3.2.3冷却水用量计算 (17)
3.2.4蒸汽消耗量计算 (18)
3.2.5无菌空气消耗计算 (19)
4工厂设计 (19)
4.1厂址选择............................................. 错误!未定义书签。
4.1.1地理位置....................................... 错误!未定义书签。
4.1.2周边环境....................................... 错误!未定义书签。
4.1.3气候条件....................................... 错误!未定义书签。
4.1.4厂址区域....................................... 错误!未定义书签。
4.2工厂平面图........................................... 错误!未定义书签。
4.2.1工厂总平面布置图............................... 错误!未定义书签。
4.2.2主要建构筑物 (20)
5给排水 (21)
5.1 生产用水情况概述及要求 (21)
5.2 排水系统的划分和废水利用 (21)
6环境保护 (22)
6.1 生产过程中“三废”排放情况 (22)
6.2 处理方案 (22)
6.3 噪声控制 (22)
7节能 (23)
7.1 能耗分析 (23)
7.2 节能措施 (23)
1前言
1.1青霉素的发现
20世纪40年代以前，人类一直未能掌握一种能高效治疗细菌性感染且副作用小的药物。当时若某人患了肺结核，那么就意味着此人不久就会离开人世。为了改变这种局面，科研人员进行了长期探索，然而在这方面所取得的突破性进展却源自一个意外发现。1928年，英国细菌学家Fleming发现污染在培养葡萄球菌的双蝶上的一株霉菌能杀死周围的葡萄球菌。他将此霉菌分离纯化后得到的菌株经鉴定为点青霉，并将这菌所产生的抗生物质命名为青霉素。
目前世界青霉素年需求量为3.8万吨，但直接作为注射剂使用的青霉素G和作为口服剂使用的青霉素V仅占全部青霉素产品的20%，除了另外3%～5%作为兽药或饲料添加剂使用外，大部分青霉素是作为制备6-氨基青霉素烷、7-氨基脱乙酰氧基头孢烯酸或氯亚甲基头孢烯母核的原料，通过这些母核中间体转化成高附加值产品推向市场。据估计，在世界围目前对6-氨基青霉素烷的需求量约为25800吨，到2005年将达到32800吨；对7-氨基脱乙酰氧基头孢烯酸的需求量约为6000吨，到2005年为7000吨。到2005年，世界基本药物中，仅羟氨苄青霉素、氨苄青霉素和头孢氨苄3个品种的世界需求量将达17800吨。上述三种产品占抗感染药物原料药的78%，用于生产这些半合成产品所需消耗的青霉素约占全部产量的3/4。
1953年5月，中国第一批国产青霉素诞生，揭开了中国生产抗生素的历史。在1996年得到迅速扩展，当时全球青霉素原料药年产销量达4万吨左右，其中中国的青霉素在国际市场的份额占到30%，且出口量猛增。截至目前，中国青霉素年发酵能力在1500吨以上的有华北制药3200吨，哈药集团为2100吨，鲁抗为1290吨，这三大青霉素生产企业年发酵能力为6590吨，年发酵能力超过1000吨的企业还有制药厂、制药集团和制药总厂。中国目前是世界上最大青霉素生产国，青霉素原料主要出口市场是：印度、国、日本、、德国、荷兰、爱尔兰、法国、和美国，这十大市场合计占中国总出口量的82%。青霉素工业钾盐的生产能力已占世界生产能力40000吨的40%，实际产量占世界的35.29%，特别是进入2000年，中国的原料药产量中有七种青霉素系列产品均呈现增长趋势，其
中哌拉西林增长了267%，以6-APA为中间体的系列产品阿莫西林增长69%，产量近2000吨。
1.2青霉素分子结构及分类
青霉素（Benzylpenicillin/Penicillin）又被称为青霉素G、peillinG、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。
图1 青霉素分子结构式
理化性质:青霉素足抗菌索的一种，足指从青霉素培养液中提制的分子中含有青霉素烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生索。青霉索类抗生索是β-酰胺类中一大类抗生索的总称。但它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡[1]。
1.3青霉素的单位
目前国际上青霉素活性单位表示方法有两种:一是指定单位(unit );二是活性质量(μg），最早为青霉素规定的指定单位是:50mL肉汤培养基中恰能抑制标准金黄色葡萄菌生长的最小青霉素剂量为一个青霉素单位。在以后，证明了一个青霉素单位相当于0.6μg青霉素钠。因此青霉素的质量单位为:0.6μg青霉素钠等于1个青霉素单位。由此，lmg青霉素钠等于1667个青霉素单位(unit)[2]。
1.4作用机理
青霉素是β－酰胺抗生素，作用机理如下：
（1）通过竞争细菌的粘肽合成酶，即青霉素结合蛋白（penicillin binding proteins，PBP），抑制细胞壁的粘肽合成，造成细菌细胞壁缺损，大量的水分涌进细菌体，使细菌肿胀、破裂、死亡；
（2）促发自溶酶活性，使细菌溶解。细菌具有特定的细胞壁合成需要的合成酶，即青霉素结合蛋白（penicillin binding proteins, PBP）当β-酰胺类抗菌药物与PBP结合后，PBP便失去酶的活性，是细胞壁的合成受到阻碍，最终造成细胞溶解、细菌死亡。PBP按分子量的不同可分为五种：每种又有若干亚型，