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生物医药行业温室气体与传统污染物协同减排研究 第7页

更新时间:2016-11-7:  来源:毕业论文
3 医药行业节能减排先进适用技术
3.1 发酵类制药减排技术
3.1.1 行业概况
发酵类制药是指通过微生物发酵的方法生产药物活性成分,然后经过分离、纯化、精制等工序生产出药物的过程。发酵类药物按产品类型可分为抗生素类、文生素类、氨基酸类、其他类等。其中,抗生素类药物按照化学结构又分为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、多肽类及其他类。我国抗生素类药物品种齐全,主要优势品种包括青霉素、链霉素、四环素、氯霉素、土霉素等产品,其中青霉素规模最大。同时,我国还是世界上最大的文生素类产品的生产国与出口国,其中产量规模最大的品种是文生素C。
发酵过程就是使微生物在特定的温度、pH和营养条件下大量繁殖,产生大量的发酵产物。发酵开始前,相关设备和培养基必须先经过灭菌,后接入种子,发酵周期一般为4-5天,有的可长达2周以上。在整个过程中,需要不断通气和搅拌,文持一定的溶氧量和罐体温度。
提炼是将从发酵液中制取高纯度的、合格成品的过程。由于发酵液中药物成分浓度很低,杂质浓度比药物浓度高几十倍甚至几千倍。常见的杂质有菌丝、未消耗的培养基、其它代谢产物、无机离子(Fe2+、Ca2+、Mg2+等)和蛋白质等。提炼过程需要去除杂质,浓缩获得所需药物成分。发酵液中的高价无机离子和蛋白质等杂质对后续提取工艺会产生较大的不利影响,如在离子交换的过程中不利于树脂对药物成分的的吸收,用溶媒萃取法提炼时蛋白质的存在会产生乳化,使溶媒和水相分离困难等,因此,在提炼前需对发酵液进行预处理。 提炼的方法较多,不同的提炼方法,能源资源消耗、污染物的产生情况差异较大。
精制是发酵类制药生产的最后工序,产品的干燥过程需要消耗大量的能源,同时会产生一定的废气本文来自优/文(论+文?网,毕业论文 www.youerw.com 加7位QQ324~9114找原文。

3.1.2 能源资源消耗情况
发酵类制药是制药工业中能源消耗最大的类别之一。消耗的能源包括一次能源煤炭,二次能源蒸汽、电等。
发酵环节的主要设备为发酵罐和种子罐,以及原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌、冷却、通气调节、除菌、搅拌等附属设备。发酵周期长,涉及的工艺和附属设备功率大、能耗高,因此,是发酵类制药工业能源消耗最大的工艺环节。通过实施发酵动力系统和能量系统的优化,采用新型发酵搅拌器,以及大功率设备的变频改造等措施,可达到节能效果。发酵罐及原料消毒灭菌后的高温泛汽和冷凝水,以及发酵过程罐体冷却用的冷却水,可以通过回收系统的改造加以循环利用。
精制环节干燥工艺中需要消耗大量的蒸汽,蒸汽余热也可通过收集,通过换热装置回收进行循环利用。
发酵培养基是微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的各种营养物质的混合物,包括碳源、氮源、无机盐及金属离子、添加前体、消沫剂等组成成分。碳源的主要作用是为微生物菌种的生长繁殖提供能源,为合成菌体及目的产物提供所需的碳成分,常用的碳源原料主要包括乳酸、葡萄糖、糖蜜等。氮源的作用是供应菌体合成氨基酸、多肽和蛋白质的原料,主要的有机氮源有玉米浆、棉籽饼粉、花生饼粉、酵母粉、蛋白胨等,无机氮源包括硝酸盐、尿素、硫酸铵等。
此外,发酵、提炼过程需要消耗大量的工艺及设备清洗用水,提炼工艺中可能还需使用有机溶剂。
发酵类制药工业的特点是品种多,生产工序多,使用原料种类多、数量大,原材料利用率低。一般一种原料药生产使用的原材料数种或10余种,甚至高达30~40种,原料总耗有的达10千克/千克产品以上,高的超过200千克/千克产品。
3.1.3 污染物排放情况及特点
发酵环节是污染物产生的最主要环节,由于采用农作物等原料发酵的产率较低,因此发酵废弃物产生量很大。从技术上看,具有较大的减排潜力,比如增加自动化控制装置、优化工艺条件等可以进一步提高产率。
提炼环节中是废水、废气产生比较集中的工艺环节,因为要不断洗涤,所以产生大量的洗涤废水。根据发酵类废水的来源中,该部分水是最终废水的主要来源。洗涤过程中使用的大量溶剂,在分离过程中以气态污染物的方式进入到废气中。提炼环节的废水具有较大的减排潜力,比如洗涤的工序安排、洗涤废水的回用或再利用等。
精制环节的最主要的问题是能源消耗,干燥过程需要大量的能源。在气态污染物的排放中一直被认为不是重点,但实际上活性成分的长期低剂量的散失,对周边环境的影响也是很深远的。
发酵类制药工业生产过程产生的“三废”量大,废物成分复杂,污染危害严重。其废水通常具有组成复杂,有机污染物种类多,浓度高,COD和BOD值高,NH3-N浓度高,色度深、毒性大,固体悬浮物浓度高等特征。

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