CN206680462U - 一种高效节能青霉素生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种高效节能青霉素生产装置，依次包括发酵罐、板框过滤器、萃取罐、反萃取罐、结晶罐及共沸精馏塔，所述发酵罐内设有搅拌装置，搅拌装置包括中空搅拌轴及中空搅拌框，所述中空搅拌轴与中空搅拌框均与进气装置相连，两者有不同电机控制，中空搅拌轴上部设有消泡桨，消泡桨上设有若干个锯齿；所述萃取罐、反萃取罐、结晶罐、共沸精馏塔之间设有回收装置，共沸精馏塔与卧式冷凝器相连。本实用新型能够延长氧在发酵液中的停留时间，提高青霉素质量，在发酵罐上设置消泡浆，有利于代谢气的排出，保证菌体呼吸的顺畅，提高生产率，能够回收一部分的原料，不仅能够节约资源，而且减少了废弃物的排放，节能环保。

Description

一种高效节能青霉素生产装置

技术领域

本实用新型属于药物生产装置领域，具体涉及一种高效节能青霉素生产装置。

背景技术

青霉素最初是从点青霉素产生，生产能力很低，后来找到适于深层培养的产黄青霉菌，经一系列的诱变、杂交、育种，才得到高产的菌种。目前国内青霉素的生产菌种按菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种。丝状菌和球状菌对原材料和培养条件的要求有一定的差别，产生青霉素的能力也有差异。球状菌的发酵单位虽高，但对原材料和设备要求较高，且提炼收率也低于丝状菌，因此国内青霉菌生产厂大都采用绿色丝状菌。

青霉素的发酵工艺主要有菌种选择、孢子制备、种子培养、发酵、产品分离结晶等几步。传统青霉素发酵工艺为二级补料分批发酵，青霉素孢子通过火焰接种至种子罐无菌培养基，在一定罐温、通气培养条件下发芽生长，经过一定周期后青霉菌菌丝生长达到一定菌丝量，至对数生长末期，移入发酵罐无菌培养基培养。在发酵罐中给予一定温度、空气等生长环境，为了实现高水平的发酵单位，需要补入碳源、氮源及合成青霉素的前体物质等。

青霉素发酵过程分为停滞期、菌丝生长期、菌丝生长到次级代谢的转化期、代谢稳定期。发酵过程受发酵温度、培养液酸碱度、氧气量、泡沫量等因素影响。通气搅拌要求将通入的足量空气打成细泡，均匀分散在培养液中，使青霉菌生长获得充足的氧气，因此通气和搅拌对培养影响也很大。青霉素发酵时产生泡沫，不利于青霉菌代谢时的气体交换而减低产量，同时泡沫溢出，产量受到损失。

发酵过程中产生过多持久的泡沫会给发酵带来很多不利，总结出来有以下几点：①减少发酵的有效容积，若不加控制，过多的泡沫通过排气管溢出，造成发酵液流失；②过多的泡沫可能从罐顶的轴封渗出罐外，这就增加了染菌的机会；③使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上，而失去作用；④泡沫严重时，影响通气搅拌的正常进行，妨碍代谢气的排出，对菌体呼吸造成影响，甚至使菌体代谢异常，影响生产率。

青霉素酸化萃取过程中利用醋酸丁酯，萃取后的下层水相经常丢弃；反萃取过程中上层的丁酯相同样不经处理被丢弃，不仅污染环境而且严重浪费资源。

实用新型内容

本实用新型提出了一种高效节能青霉素生产装置，解决了上述发酵过程中溶解氧不足且泡沫过多持久，生产过程中资源浪费污染环境的问题。

实现本实用新型的技术方案是：一种高效节能青霉素生产装置，依次包括发酵罐、板框过滤器、萃取罐、反萃取罐、结晶罐及共沸精馏塔，所述发酵罐内设有搅拌装置，搅拌装置包括中空搅拌轴及中空搅拌框，所述中空搅拌轴与中空搅拌框均与进气装置相连，中空搅拌轴与发酵罐上方电机Ⅰ相连，中空搅拌框与发酵罐底部电机Ⅱ相连，中空搅拌框内壁及中空搅拌轴上均设有中空搅拌叶，中空搅拌叶的端部设有喷头，中空搅拌轴上设置的喷头的朝向与中空搅拌框内壁上设置的喷头的朝向相反，喷头内设有透气不透水的隔膜，中空搅拌轴上部设有消泡桨，消泡桨上设有若干个锯齿；所述萃取罐上设有第一回收管道和第一连接管道，第一连接管道与反萃取罐相连，反萃取罐上设有第二回收管道和第二连接管道，第二连接管道与结晶罐相连，结晶罐上设有第三回收管道，第二回收管道和第三回收管道均与第一回收管道相连，第一回收管道与共沸精馏塔相连，共沸精馏塔与卧式冷凝器相连。

所述中空搅拌框由弧形搅拌杆和连接在弧形搅拌杆上的两个竖直搅拌杆组成，弧形搅拌杆和竖直搅拌杆均为中空结构。

中空搅拌轴与中空搅拌框转向相反。

所述结晶罐内设有分布器，分布器本体成圆形，分布器上设有总管，总管下方连接有分管，分管下方均匀设有喷嘴。

所述卧式冷凝器内设有聚结滤芯及冷却器，所述聚结滤芯置于卧式冷凝器的进液口端，卧式冷凝器底部设有与冷却器相连的温度控制器，卧式冷凝器内还设有溢流板，卧式冷凝器的废水出口和回流口分别置于溢流板的两侧。

本实用新型的技术方案是：在发酵罐内设置双重搅拌装置，两个搅拌装置的转向相反，搅拌的同时向溶液中通入无菌气体，搅拌器将无菌气体打碎成小气泡，使其均匀分布在发酵液的各个角落，增加气液接触的面积，减少菌丝因缺氧而导致结团现象，使氧的传递面积增大，延长氧在发酵液中的停留时间，提高青霉素质量。而在搅拌轴上设置气体喷射装置，可以达到上述效果。在发酵罐上设置消泡装置，将发酵过程中产生的多余泡沫通过抽吸的方式消除，有利于代谢气的排出，保证菌体呼吸的顺畅，提高生产率。

将萃取与反萃取过程中的水相与丁酯相、结晶过程中产生的废气丁醇一起回收，回收至共沸精馏塔，共沸精馏与冷凝结合对废气物质进行处理，经过多次精馏后得到合格的乙酸丁酯，能够回收一部分的原料，不仅能够节约资源，而且减少了废弃物的排放，节能环保。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型发酵罐的结构示意图；

图3是本实用新型卧式冷凝器的结构示意图；

图4是本实用新型分布器的结构示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种高效节能青霉素生产装置，依次包括发酵罐、板框过滤器7、萃取罐8、反萃取罐9、结晶罐10及共沸精馏塔11，所述发酵罐内设有搅拌装置，搅拌装置包括中空搅拌轴5及中空搅拌框1，中空搅拌轴5与发酵罐上方电机Ⅰ相连，中空搅拌框1与发酵罐底部电机Ⅱ相连，中空搅拌框内壁及中空搅拌轴5上均设有中空搅拌叶2，中空搅拌叶2的端部设有喷头3，喷头内设有透气不透水的隔膜4，中空搅拌轴上部设有消泡桨6，消泡桨上设有若干个锯齿；所述萃取罐8上设有第一回收管道8-1和第一连接管道8-2，第一连接管道8-2与反萃取罐9相连，反萃取罐9上设有第二回收管道9-1和第二连接管道9-2，第二连接管道与结晶罐相连，结晶罐10上设有第三回收管道10-1，第二回收管道和第三回收管道均与第一回收管道相连，第一回收管道与共沸精馏塔11相连，共沸精馏塔与卧式冷凝器12相连。

所述中空搅拌框由弧形搅拌杆和连接在弧形搅拌杆上的两个竖直搅拌杆组成，弧形搅拌杆和竖直搅拌杆均为中空结构。

中空搅拌轴5上设置的喷头的朝向与中空搅拌框内壁上设置的喷头的朝向相反。

所述中空搅拌轴5与中空搅拌框分别与进气装置相连。

中空搅拌轴5与中空搅拌框转向相反。

所述中空搅拌框由弧形搅拌杆1-2和连接在弧形搅拌杆上的两个竖直搅拌杆1-1组成，弧形搅拌杆和竖直搅拌杆均为中空结构。

青霉素发酵过程中影响因素颇多，如pH、温度、搅拌速度、泡沫量、溶解氧量等，发酵罐内一般设有温度和pH检测装置，保证发酵过程中温度和pH满足条件。搅拌速度和泡沫量、溶解氧量有着直接关系，搅拌速度过快，有利于保证发酵液中溶解氧的量，使得通入的气体更好的与发酵液接触，满足菌丝成长过程中溶解氧的需求，但同时搅拌速度过快容易导致发酵液中产生大量的泡沫，影响菌丝的生长，因此搅拌速度不能过快；搅拌速度过慢则溶解氧达不到需求。

本实用新型在发酵罐内设置两级搅拌装置，分别为中空搅拌轴和中空搅拌框，中空搅拌轴和中空搅拌框分别于不同的控制系统相连，中空搅拌轴5与中空搅拌框转向相反，在降低转速的同时保证搅拌效率，为保证溶解氧更好的通入发酵液中，将搅拌装置均设置为中空结构，将发酵过程中需要的无菌气体通过搅拌装置通入发酵液中，在搅拌装置上设置气体喷头，所述中空搅拌轴5与中空搅拌框分别与进气装置相连，气体由喷头喷出，中空搅拌轴5上设置的喷头的朝向与中空搅拌框内壁上设置的喷头的朝向相反，气体以相反方向喷入发酵液中，在搅拌的同时气体与液体分子之间相互碰撞，将气体破碎为更小的气泡，更好的融入发酵液中。为防止搅拌过程中，液体通过喷头进入中空搅拌轴内，在喷头内设置透气不透水的隔膜4，隔膜由膨化聚四氟乙烯制成，膨化聚四氟乙烯平均每平方寸上有九十亿个细孔，它比水蒸气分子大七百倍，因而具有很好的透气性，它能够尽可能的将水气排出，可以防止液体通过，膨化聚四氟乙烯的每一个细孔都远远小于水分子的直径，因而可以做到完全防水。

搅拌速度降低的同时，尽管能够一定程度的控制泡沫的生成，但是不能完全避免，为防止泡沫过多溢出发酵罐，增加染菌机会。为了消除泡沫，中空搅拌轴上设置有消泡桨，消泡桨上设置若干个锯齿，搅拌的同时锯齿可以消除泡沫。

发酵液后期经过过滤、醋酸丁酯萃取与反萃取后进入结晶罐，利用丁醇共沸结晶，所述结晶罐10内设有分布器10-2，分布器本体成圆形，分布器上设有总管，总管下方连接有分管，分管下方均匀设有喷嘴。结晶过程中利用丁醇间断补加方式代替连续滴加方式，养晶过程中补加丁醇为防止丁醇破坏晶体，采用分布器的方式添加丁醇，丁醇由总管进入到各个分管内，之后由分管下方的喷嘴流出，分布器将丁醇均匀分布到罐体内，可以缓和丁醇作用在晶体上的作用力，保证青霉素结构的稳定性。

萃取过程中，萃取罐内上层为丁酯相，下层为水相，水相通过第一回收管道进入共沸精馏塔，丁酯相进入反萃取罐进行再次处理，反萃取罐内上层为轻相，下层为重相，其中重相进入结晶罐内利用丁醇结晶，而上层轻相经过第二回收管道进入第一回收管道，与结晶罐内的丁醇一块进入共沸精馏塔内，共沸精馏塔内为含丁醇、乙酸丁酯、水的混合物，在共沸精馏塔内利用再沸器进行加热，丁醇-乙酸丁酯-水系统的共沸点是89.4℃，塔内达到气液平衡时，系统处于共沸状态，之后塔内产物经卧式冷凝器冷凝回收，冷凝后的液相经过液液分相后，轻相重新回流再次处理，处理后检测产品是否合格，合格后产品储存实用，不合格多次回流处理，知道达标。

所述卧式冷凝器12内设有聚结滤芯12-1及冷却器12-2，所述聚结滤芯12-1置于卧式冷凝器12的进液口端，卧式冷凝器12底部设有与冷却器12-2相连的温度控制器12-4，卧式冷凝器12内还设有溢流板12-3，卧式冷凝器12的废水出口和回流口分别置于溢流板12-3的两侧。生产过程中，因不可控因素，水不可避免的被乳化，而乳化的水会影响后期丁醇水分离效率，因此在卧式冷凝器12的进料口一端设置聚结滤芯，乳化水经聚结滤芯破乳、聚结将乳化的水分离出来，之后丁醇水在卧式冷凝器12内静置分离，丁醇20℃时在水中的溶解度7.7%(重量)，水在正丁醇中的的溶解度20.1%(重量)，降低温度有利于降低丁醇在水中的溶解度，因此在卧式冷凝器12内设置冷凝器，并在底部设置温度控制器，通过控制分离器内的温度来降低丁醇在水中的溶解度，进而使得丁醇与水分层，水从底部的废水出口流出，而丁醇则经溢流板控制流出进入下一步处理。

Claims (5)

1.一种高效节能青霉素生产装置，依次包括发酵罐、板框过滤器（7）、萃取罐（8）、反萃取罐（9）、结晶罐（10）及共沸精馏塔（11），其特征在于：所述发酵罐内设有搅拌装置，搅拌装置包括中空搅拌轴（5）及中空搅拌框（1），所述中空搅拌轴（5）与中空搅拌框均与进气装置相连，中空搅拌轴（5）与发酵罐上方电机Ⅰ相连，中空搅拌框（1）与发酵罐底部电机Ⅱ相连，中空搅拌框内壁及中空搅拌轴（5）上均设有中空搅拌叶（2），中空搅拌叶（2）的端部设有喷头（3），中空搅拌轴（5）上设置的喷头的朝向与中空搅拌框内壁上设置的喷头的朝向相反，喷头内设有透气不透水的隔膜（4），中空搅拌轴上部设有消泡桨（6），消泡桨上设有若干个锯齿；所述萃取罐（8）上设有第一回收管道（8-1）和第一连接管道（8-2），第一连接管道（8-2）与反萃取罐（9）相连，反萃取罐（9）上设有第二回收管道（9-1）和第二连接管道（9-2），第二连接管道与结晶罐相连，结晶罐（10）上设有第三回收管道（10-1），第二回收管道和第三回收管道均与第一回收管道相连，第一回收管道与共沸精馏塔（11）相连，共沸精馏塔与卧式冷凝器（12）相连。

2.根据权利要求1所述的高效节能青霉素生产装置，其特征在于：所述中空搅拌框由弧形搅拌杆（1-2）和连接在弧形搅拌杆上的两个竖直搅拌杆（1-1）组成，弧形搅拌杆和竖直搅拌杆均为中空结构。

3.根据权利要求1所述的高效节能青霉素生产装置，其特征在于：中空搅拌轴（5）与中空搅拌框转向相反。

4.根据权利要求1所述的高效节能青霉素生产装置，其特征在于：所述结晶罐（10）内设有分布器（10-2），分布器本体成圆形，分布器上设有总管，总管下方连接有分管，分管下方均匀设有喷嘴。

5.根据权利要求1所述的高效节能青霉素生产装置，其特征在于：所述卧式冷凝器（12）内设有聚结滤芯（12-1）及冷却器（12-2），所述聚结滤芯（12-1）置于卧式冷凝器（12）的进液口端，卧式冷凝器（12）底部设有与冷却器（12-2）相连的温度控制器（12-4），卧式冷凝器（12）内还设有溢流板（12-3），卧式冷凝器（12）的废水出口和回流口分别置于溢流板（12-3）的两侧。