第一部分 设计任务 某药厂年产某抗生素17吨。年工作日330天，生产班制为每天三班，每班8小时。放罐单位1050μ/ml，成品效价590μ/mg，发酵周期5.5天，发酵罐装料系数0.8。 第二部分 生产工艺选择及流程设计 生产工艺采用该药厂的成熟工艺技术，砂土孢子经斜面、子瓶、一级种子罐、二级种子罐，到发酵罐培养130小时，放罐。 一、流程设计 （一）制备母液斜面孢子： 将保存在2-6℃冰箱中的砂土孢子，在无菌室超净工作台上接种于已灭菌的斜面培养基上，于37℃培养9-10天，取出放入冰箱（2-6℃）保存备用。 （二）制备子瓶斜面孢子： 将生长好且在冰箱存放一周以上的母瓶取出，制成菌悬液接种于子瓶斜面上，于37±0.5℃恒温室培养8-9天，培养好的子斜面，测摇瓶效价合格后保存在2-6℃冰箱中备用。 （三）制备孢悬液： 取子瓶斜面数只，在无菌室内超净工作台上制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入一级种子罐内。 （四）发酵： 一级种子罐在35±1℃，罐压0.04MPa左右，通气培养40-60小时后，移种于二级种子罐在34±0.5℃继续通气培养约40小时，后期适当补料。培养完成后，移种至发酵大罐内，在32-34℃下继续通气培养130小时后放罐。发酵过程中，按糖氮代谢的实际情况补料，发酵第15-20小时第一次补料，第40小时左右第二次补料，第70小时左右第三次补料至足量，视代谢情况，后期适当补水。 二、工艺流程图详见图11.1。  第四节 物料衡算和能量衡算 一、计算基础数据 年工作日：330天 生产班制：三班，每班8小时 一级种子罐：基础配料体积1m3 二级种子罐：基础配料体积5m3 发酵大罐：基础配料体积25m3 二、物料衡算 以发酵大罐（65m3）物料衡算为例 设实消时耗用蒸汽量为Wkg，培养基从60℃升温至121℃，培养基升温所需热量Q′=c′m′Δt′=4.187×25×103×61=6385175kJ，0.3MPa饱和蒸汽的焓H1=2742.1kJ/kg，121℃时水的焓H2=507.9 kJ/kg， △H=2742.1-507.9=2234.2(kJ/kg) 则6385175=W×2234.2 W=2857.9(kg) 再分析实消时热量损失，假设实消时间为1小时，发酵罐外表面不保温，热量损失为发酵罐通过热传导和辐射形式向环境散发的热量。 热传导散热量：Q1=K·A·△t，查《化工工艺设计手册》取K=125.6kJ/m2·h·℃ A为发酵大罐的外表面积，设环境温度为35℃，由于发酵罐外表面温度在升温时是不断变化的，达到120℃后再持续一段时间，其最大温差△t=121℃-35℃=86℃ 已知发酵大罐（65m3）直径为3200mm,筒体高度为7500mm,立式盆头底，忽略壁厚，其表面积为：3.14×3.2×(7.5+0.1)﹢1.0748×3.22≈87.4(m2), Q1=125.6×87.4×86≈944059.8(kJ/h) 最大辐射散热量：Q2=Co·（）4A =5.67×（）4×87.4≈119420.6（J/S）≈429914.2(kJ/h) 热量损失转化成蒸汽量为：1×(944059.8+429914.2)/2234.2≈615(kg) 实消时必须采用活蒸汽，通过排汽阀排放的蒸汽由于未变成冷凝水进入发酵罐，此处忽略不计。 因此实消时蒸汽通入并转化为冷凝水的量为：2857.9+615=3472.9(kg)≈3.5t 基础配料量25t，其中培养基占10.185%，即25×10.185%=2.546t，配料水量为25-2.546=22.454t，实消后量为25+3.5=28.5t， 根据工艺规程，知其接种量为15t，补料量为25t，发酵时间130hr，通气比为1：0.8（体积比）设发酵液密度为1t/m3，则发酵初期体积为28.5+15=43.5t，发酵后期放罐体积：65×90%=58.5t。 发酵液平均体积：（43.5+58.5）/2=51t 通入压缩空气量：51×0.8×130×60×1.293kg/m3≈411.5t/周期 现计算通气过程中由排气带走的水量： 已知通入空气的相对湿度φ1=70%，温度t1=40℃,空气压力P1=0.28MPa, 排出空气的相对湿度φ2=100%，温度t2=34℃,空气压力P2=0.15MPa。查表得t1=40℃水的饱和蒸汽压ps1=7375.26Pa, t2=34℃水的饱和蒸汽压ps2=5319.47Pa, 40℃空气的湿度H1=0.622φ1ps1/(P-φ1 ps1)≈0.0115kg/kg绝干气 34℃空气的湿度H2=0.622φ2 ps2/(P-φ2 ps2)≈0.0226kg/kg绝干气 排气带走的水量：411.5×(0.0226-0.0115)≈4.57(t) 发酵大罐物料平衡图如下（单位：t）  三、能量衡算 以发酵罐冷却水计算为例（正常发酵过程） 已知：发酵过程的发酵热：20935kJ/m3·h，大罐正常发酵时，体积为55m3，拟采用 Δt=5℃的地下水冷却，通过能量衡算，计算正常发酵时冷却水用量：m。 发酵热Q=20935×55=1151425(kJ/h) 循环水带走热量：Q′=C·m·Δt=4.187×m×5 1151425=4.187×m×5 m=55t/罐·h 第四部分 设备选择 一、工艺设备选型与设备选材的原则 （一）满足《药品生产质量管理规范》（1998年修订）中有关设备选型的要求。 （二）根据该厂生产的特点，结合企业的生产经验，以保证产品质量为前提，充分利用公司现有的符合GMP要求的设备。 二、主要设备选型与计算 （一）发酵罐 拟利旧现有65m3发酵罐，公称容积Vo=65m3，设计年产量G=17t/a，年工作日m=330天，发酵周期t=5.90天（141.5hr）（含辅助时间），平均发酵水平Um=1050u/ml，装料系数ηo=80%，发酵液收率ηm=85%，成品效价Up=590u/mg，提炼总收率ηp=34.42%。 由G=Voηo×106Um·ηm·ηp··n·m/t n= n= n=11.2（台） 故选择12台65m3的发酵罐可满足生产。 （二）二级种子罐 拟利旧现有12m3种子罐。 根据生产工艺，65m3大罐每罐的接种量为15t，需2个种子罐的培养体积用于移种， 12台大罐发酵周期为6天，故每天有2台大罐需要接种，需二级种子罐数为4台，二级种子罐发酵周期为2天，因此需二级种子罐数8台同时生产，考虑二级罐损失及染菌机率占20%，则需罐台数为8/0.8=10台，故选用10台二级种子罐可满足生产。 （三）一级种子罐 拟利旧现有3m3的种子罐。 根据生产工艺得知，2台二级种子罐的接种量为4t，需3个一级种子罐的培养体积用于移种，每天有4台二级种子罐需要接种，需6个一级种子罐的培养体积用于移种，一级种子罐发酵周期约为3天，需要的一级种子罐数量为6×3/2=9台，考虑一级罐的损失占10%。 实际选用一级种子罐数量为：9/0.9=10台 因此选用10台3m3一级种子罐可满足生产需要。 （四）补料罐 拟利旧现有的40m3发酵罐2台作为发酵大罐的补料和补水，因为发酵罐每天补料量为50～60t之间，故利旧设备可满足生产需要。 第五部分 车间平面布置 一、车间组成及工艺过程工序划分 本车间按工艺过程分为三个工序，即种子制备，配料消毒及发酵，故车间由种子制备区、配料区、发酵区、辅助区及人净更衣区组成。 二、车间区域和工艺设备布置原则 车间的区域布置按工艺流程及工序划分要求，合理布置，充分考虑发酵车间的自然通风和自然采光措施。遵循操作方便，生产安全、维修便利、布局美观的原则。 三、车间区域布置及其环境设计等级的确定 本车间为戊类厂房，其中更衣、变电等局部为丙类，卫生等级属3、4级。 四、区域布置和工艺设备布置的合理论证 本车间为长73.65m，宽24.45m的长方形三层厂房，一层层高4.0m，二层层高5.0m，三层层高6.0m，轴线-/A-D区域为局部四层，每层层高4.0m。 由于本车间与提炼车间联系紧密，实际生产中按照一个车间统一管理，为方便联系和管理，并节约用地，将本车间布置在提炼车间西侧，门厅及更衣系统集中设置在两车间中部，并共用车间维修，楼梯及卫生间等部分设施。该区域为四层，一层布置门厅及发酵与提炼两车间的更衣系统，车间维修、卫生间等，二层为发酵车间种子制备区，三层布置生测、化验室两车间共用，四层布置两车间的办公、资料室及中试菌种站。 本车间西侧一层可分为三个区：物料存放、配料区，发酵大罐及空气处理区，全厂原料生产的淋浴区。该淋浴区直接对外开门供发酵车间、提炼车间、空压站、循环水站等部门生产人员使用。本车间西侧二层为设备技术层，主要布置发酵大罐及一、二级种子罐，三层为发酵设备操作层，并设置配电及自控间。 车间平面布置图详见图11.2.  第六部分 车间主管设计和配管设计 该发酵车间根据工艺要求，共设6套公用管道系统，0.3MPa饱和蒸汽系统、饮用水系统，循环水系统、冷冻水系统、热水系统、无菌空气系统。 根据车间布置情况，公用管道系统主管集中敷设在三层楼板下，由于主管道管径较大，主管设计时，充分考虑管道支撑型式，并需向结构专业提出管架承重及预埋钢板条件，供结构专业核算梁、柱的受力情况，必要时采取加强措施，以确保结构安全。 由于发酵车间各级发酵罐配管较多，一般采用分配站方式，车间内设有一级种子分配站，二级种子分配站，补料分配站等。 车间主管图详见图11.3.