青霉素生产仿真系统的制作方法

本实用新型涉及仿真系统技术领域，特别涉及一种青霉素生产仿真系统。

背景技术：

制药专业的教学过程，涉及到与实际生产相关药品的生产知识内容时，如果能够让学生对生产设备、生产流程进行实际观察与操作，则学生的认知会显著加深，而且在今后的学以致用方面具有积极作用，从而达到根本的学习目的，但通过参观生产场地进行实习的途径往往不易开展，为此一些院校建立起生产仿真系统，应用于教学中，对教学质量的提高发挥了较大的作用，但由于目前应用的仿真系统大都仅通过电脑上的模拟软件进行仿真操作，对于生产设备的学习、认知以及对设备的操作、控制方面的能力培养欠缺大，与实际生产的衔接差距较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种青霉素生产仿真系统，可对青霉素生产过程进行仿真，而有助于进行生产流程的实训学习。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种青霉素生产仿真系统，包括用于发酵生产青霉素的青霉素发酵系统，于所述青霉素发酵系统下游设置的用于提纯青霉素的青霉素提取系统，以及将提纯后的青霉素制备钾盐的青霉素钾盐生产系统，和由青霉素钾盐进一步制备6-APA的6-APA生产系统，与青霉素提取系统相连还设置有回收系统；还包括与所述各系统相连的DCS控制系统。

进一步的，所述青霉素发酵系统包括用于对空气进行压缩、过滤及除菌处理的空气压缩系统组件，用于配制种子培养基及发酵培养基的培养基配置系统组件，用于进行原料贮存的料浆贮存系统组件，用于对原料进行计量、补料的补料系统组件，用于对液糖罐及发酵罐进行消泡处理的连消系统组件，用于由青霉素菌种制得种子液的种子培养系统组件，以及用于由青霉素种子液发酵制得发酵液的发酵培养系统组件。

进一步的，所述青霉素提取系统包括用于对青霉素发酵液进行过滤处理的膜过滤系统组件，用于对青霉素滤液进行萃取处理的萃取系统组件，以及用于对青霉素萃取也进行反萃取处理的反萃取系统组件。

进一步的，所述青霉素钾盐生产系统包括用于青霉素钾盐结晶的结晶系统组件，和用于对结晶后的青霉素钾盐进行干燥处理的抽滤、干燥系统组件。

进一步的，所述回收系统包括用于对青霉素生产溶剂内的丁酯进行回收的丁酯回收系统组件。

进一步的，所述6-APA生产系统包括由青霉素钾盐制备6-APA的6-APA生产系统组件。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型所述的青霉素生产仿真系统，通过设置青霉素生产流程涉及的各系统作为仿真设备，并设置与各系统相连的具有仿真模块的DCS控制系统，从而实现不需运行物料的、仿真的青霉素生产操作与控制，再现一个能够反映动态设备运行和静态设备液位变化的生产运行系统，以及可进行在线和离线操作的工作平台。利用该青霉素生产仿真系统，教师或学生通过对工艺过程的主要指标进行控制和调节、再结合生产装置的感性认识和理解，及现场开关操作等，提高学生的生产操作能力。

(2)本实用新型进一步限定各系统的构成组件，适用于仿真系统的教学仿真操作及运行。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的青霉素生产仿真系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的空气压缩系统设备连接示意图；

图3为本实用新型实施例所述的种子培养及发酵培养系统设备连接示意图；

图4为本实用新型实施例所述的青霉素提取系统设备连接示意图；

图5为本实用新型实施例所述的青霉素钾盐生产系统设备连接示意图；

图6为本实用新型实施例所述的回收系统设备连接示意图；

图7为本实用新型实施例所述的6-APA生产系统设备连接示意图；

附图标记说明：

1、青霉素发酵系统，2、青霉素提取系统，3、青霉素钾盐生产系统，4、6-APA生产系统，5、回收系统，6、DCS控制系统。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例涉及一种青霉素生产仿真系统，如图1所示，其包括对青霉素菌种进行培养及发酵以生产青霉素的青霉素发酵系统1，于青霉素发酵系统1的下游设置有与青霉素发酵系统1相连的青霉素提取系统2，青霉素提取系统2用于将由青霉素发酵系统1得到发酵液进行提纯操作，以得到青霉素纯品。提纯后的青霉素进入设置于下游的青霉素钾盐生产系统3以制备青霉素G钾盐，青霉素G钾盐再进入6-APA生产系统4而生产6-APA。本青霉素生产仿真系统中，还设置有与青霉素提取系统2相连的回收系统5，其用于对青霉素提纯过程使用的溶剂丁酯的回收。而本青霉素生产仿真系统也进一步包括与上述各系统相连的设置有仿真模块的DCS控制系统6，以用于对上述各系统的仿真运行与控制，而实现青霉素生产系统的仿真模拟。

上述各系统的具体说明如下：

青霉素发酵系统1包括空气压缩系统、种子培养系统和发酵培养系统，此三个系统由空气压缩系统组件、培养基配置系统组件、料浆贮存系统组件、补料系统组件、连消系统组件、种子培养系统组件和发酵培养系统组件交互连接构成。空气压缩系统组件用作对空气的压缩、过滤、除菌处理，以供给青霉素生产过程中的种子培养与发酵培养，其具体包括前置高效过滤器、离心式压缩机、一级水冷器、二级水冷器、丝网捕集器和总过滤器。

培养基配制系统组件用作配制青霉素种子培养、青霉素发酵培养中使用的种子培养基、发酵培养基，其具体包括种子培养基配制罐、发酵培养基配制罐、苯乙酸配制罐、硫酸铵配制罐、离心泵、计量罐和过滤器。料液贮存系统组件用作各原料的贮存，以供给种子培养基、发酵培养基，以及发酵过程加入的各原料等，其具体包括玉米浆贮罐、液糖贮罐、消泡剂贮罐、氨水贮罐、离心泵、蒸汽过滤器、中效过滤器和高效过滤器。

补料系统组件用作青霉素发酵过程对各原料的计量、补料，其具体包括液糖消后计量罐、硫酸铵无菌计量罐、苯乙酸无菌计量罐、消泡剂无菌罐、无菌氨水贮罐、蒸汽过滤器、中效过滤器和高效过滤器。连消系统组件用作青霉素发酵过程对液糖罐及发酵罐的消泡处理，其具体包括料浆泵、连消塔、维持罐和板式冷却器。种子培养系统组件用作青霉素生产过程由青霉素菌种培养获得种子液，其具体包括种子罐、蒸汽过滤器、中效过滤器和高效过滤器。发酵培养系统组件用作青霉素生产过程由青霉素种子液发酵获得发酵液，其具体包括发酵罐、蒸汽过滤器、中效过滤器、高效过滤器、旋风分离器、消泡剂计量罐、液糖计量杯、前体计量杯、硫酸铵计量杯、氨水计量杯和蒸汽包。

本实施例中前述各系统组件均采用现有青霉素生产设施中的既有结构便可，对于各部分的详细结构构成及制造，不再赘述。在青霉素发酵系统1中，各设备连接如下：

空气压缩系统设备连接如图2所示，由前置高效过滤器经过离心式压缩机Ⅰ连接一级水冷器，然后再经过离心式压缩机Ⅱ连接二级水冷器，再连接至丝网捕集器和总过滤器组成，获得的压缩空气连接中效过滤器Ⅰ，之后与从蒸汽包输出的经过蒸汽过滤器Ⅰ的蒸汽汇合，再连接高效过滤器Ⅰ，最后分别与种子罐、发酵罐、无菌氨水贮罐、液糖消后计量罐、苯乙酸无菌计量罐、硫酸铵无菌计量罐和消泡剂无菌罐均相连。

种子培养及发酵培养系统设备连接如图3所示，种子培养系统中，玉米浆贮罐依次经过离心泵Ⅰ、计量罐Ⅰ连接至种子培养基配制罐，再经过过滤器Ⅰ、离心泵Ⅱ连接至种子罐，最后连接至发酵罐。发酵培养系统中，相关部件间的连接如下：

(1)玉米浆贮罐依次经过离心泵Ⅲ、计量罐Ⅱ连接至发酵培养基配制罐，再经过过滤器Ⅱ、离心泵Ⅳ后连接至发酵罐；

(2)液糖贮罐经过料浆泵连接连消塔，然后经过维持罐，连接至液糖消后计量罐，在经过液糖计量杯连接至发酵罐；

(3)氨水贮罐依次经过中效过滤器Ⅱ、高效过滤器Ⅱ连接无菌氨水贮罐，再经过氨水计量杯连接至发酵罐；

(4)硫酸铵配制罐连接硫酸铵无菌计量罐，然后经过硫酸铵计量杯连接至发酵罐；

(5)苯乙酸配制罐与苯乙酸无菌计量罐连接，然后经过前体计量杯连接至发酵罐；

(6)消泡剂贮罐经过离心泵Ⅴ连接消泡剂无菌罐，再经过消泡剂计量罐连接至发酵罐；

(7)发酵罐的罐体连接有板式冷却器；

(8)发酵罐的下游经过旋风分离器连接到青霉素提取系统。

本实施例中，青霉素提取系统2由膜过滤系统组件、萃取系统组件和反萃取系统组件构成。膜过滤系统组件用于对青霉素发酵液的过滤处理，其具体包括发酵液贮罐、板式换热器、膜过滤装置、滤液贮罐和离心泵。萃取系统组件用于对青霉素滤液的萃取处理，其具体包括硫酸配制罐、稀酸计量泵、稀酸换热器、破乳剂配制罐、低BA罐、滤液泵、POD机、离心分离机、RBA罐、一次BA罐、丁酯罐、废酸水罐、重液罐。反萃取系统组件用于对青霉素萃取液的反萃取处理，其具体包括碱化罐、碳酸钾配制罐、碳酸钾计量罐、折叠过滤器和二次萃取液贮罐。

在青霉素提取系统2中，各设备连接流程图如图4所示，其中，与上游青霉素发酵系统相连设置发酵液贮罐，发酵液贮罐下游经过离心泵Ⅵ依次连接板式换热器、膜过滤装置，然后连接至滤液贮罐，构成膜过滤系统；滤液贮罐下游经过滤液泵连接POD机，POD机上游还分别连接破乳剂配制罐、硫酸配制罐和低BA罐，其中破乳剂配制罐经过离心泵Ⅶ与POD机相连，硫酸配制罐依次经过稀酸计量泵、稀酸换热器与POD机相连，低BA罐经过离心泵Ⅷ与POD机相连，在低BA罐上游经过离心泵Ⅸ连接有丁酯罐；POD机下游一端连接至一次BA罐，然后经过离心分离机Ⅰ连接至RBA罐，POD机下游的另一端连接至重液罐，然后依次经过离心泵Ⅹ连接至离心分离机Ⅱ，在离心分离机Ⅱ上游还分别通过离心泵与破乳剂配制罐、硫酸配制罐均相连，离心分离机Ⅱ下游连接至废酸水罐，构成萃取系统；与RBA罐下游相连碱化罐，另外，碳酸钾配制罐经过碳酸钾计量罐也连接至碱化罐，在碱化罐下游依次连接二次萃取液贮罐与折叠过滤器，构成反萃取系统，所述折叠过滤器的下游连接到青霉素钾盐生产系统。

本实施例中，青霉素钾盐生产系统3由结晶系统组件和抽滤、干燥系统组件构成。结晶系统组件用于青霉素钾盐的结晶，其具体包括结晶罐、丁醇罐、全凝器、收集罐和双级水环真空泵。抽滤、干燥系统组件用于青霉素钾盐结晶后的干燥处理，其具体包括罐式三合一和全凝器、双级水环真空泵、废丁醇收集罐。

在青霉素钾盐生产系统3中，各设备连接如图5所示，其中，与上游青霉素提取系统相连设置结晶罐，结晶罐上游连接有丁醇罐，结晶罐下游连接至罐式三合一，另外结晶罐上还连接有由全凝器Ⅰ、双级水环真空泵Ⅰ、废丁醇收集罐依次相连组成的用于废丁醇收集的组件，构成结晶系统；罐式三合一的上游同样连接丁醇罐，罐式三合一的下游连接到6-APA生产系统，另外，罐式三合一上也连接有相同的由全凝器Ⅱ、双级水环真空泵Ⅱ、废丁醇收集罐依次相连组成废丁醇收集系统组件，构成抽滤、干燥系统。

本实施例中，回收系统4由丁酯回收系统组件构成，丁酯回收系统组件用于青霉素生产中溶剂丁酯的回收，其具体包括碱液槽、立式贮罐、全凝器、换热器、离心泵、精馏塔、塔底加热器、成品罐和分水罐。在回收系统4中，各设备连接如图6所示，与上游青霉素提取系统中的废酸水罐、上游青霉素钾盐生产系统中的废丁醇收集罐均相连设置立式贮罐，立式贮罐上游还与碱液槽通过离心泵Ⅺ相连，在立式贮罐的下游依次经过离心泵Ⅻ、换热器Ⅰ与精馏塔相连，然后经过全凝器Ⅲ、换热器Ⅱ再连接分水罐，最后连接至成品罐，在精馏塔的塔底连接有塔底加热器，构成丁酯回收系统。

本实施例中，6-APA生产系统5包括由青霉素钾盐制备6-APA的6-APA生产系统组件，该6-APA生产系统组件则具体包括溶解罐、过滤器、裂解罐、氨水贮罐、硼酸缓冲液贮罐、热水罐、热水泵、萃取罐、结晶罐A/B、盐酸贮罐、甲苯贮罐、丙酮贮罐、废丙酮贮罐、真空安全罐、立式下卸料离心机、锥形真空干燥机、甲苯输送泵、丙酮输送泵、废丙酮输送泵、干燥真空泵组和精密过滤器A/B。

在6-APA生产系统5中，各设备连接如图7所示，其中，与上游青霉素钾盐生产系统相连设置溶解罐，经过过滤器Ⅲ连接至裂解罐，在裂解罐上游分别连接有氨水贮罐、硼酸缓冲液贮罐，在裂解罐罐体还连接有经过热水泵的热水罐；裂解罐下游连接萃取罐，萃取罐的上游还分别连接甲苯贮罐和盐酸贮罐，萃取罐的下游经过精密过滤器A/B连接至结晶罐A/B，结晶罐A/B上游连接有氨水贮罐，结晶罐A/B下游连接至立式下卸料离心机，立式下卸料离心机上游经过丙酮输送泵连接有丙酮贮罐，立式下卸料离心机的下游连接至锥形真空干燥机，锥形真空干燥机还分别连接干燥真空泵组和真空安全罐，另外，在立式下卸料离心机下游还连接废丙酮贮罐，再经过废丙酮输送泵连接丙酮回收系统。

本实施例中，DCS控制系统具体包括人机交互界面仿真模块、设备信号仿真模块、设备控制仿真模块，此外，其还可根据需要增设培训及考评模块。其中，人机交互界面仿真模块模拟实际DCS的操作员站配置，包括历史趋势显示界面及监控界面，显示工艺流程图、历史趋势、操作面板以及故障报警。设备信号仿真模块包括设备数字量信号仿真子模块、设备模拟量仿真信号子模块、设备信号与信号之间关系仿真子模块，均利用组态软件中的自定义功能块仿真实现，所有现场设备的信号都利用组态软件和其所基于的硬件平台共同仿真实现。设备控制仿真模块包括单个设备的启停控制仿真子模块、各个设备组的联锁启停控制仿真子模块、开关量监控子模块、模拟量监控子模块、PID控制子模块、模拟量累计控制子模块。培训及考评模块包括逻辑控制培训子模块、模拟量培训子模块、故障排除培训子模块和学员培训结果考核子模块。

本青霉素生产仿真系统可实现一个在线的和离线的、能够亲自动手操作的工作平台，整个装置系统不运行物料，通过仿真模块的模拟实现与现场装置互动的生产工艺，进行真实生产装置的冷态开车、正常运行、正常停车、常见事故处理等操作，并可记录报警和工艺参数变化历史，及对生产中的异常情况实时报警。采用具有仿真模块的DCS集控系统，使教师或学生通过对工艺过程的主要指标进行控制和调节、再结合生产装置的感性认识和理解，及现场开关操作等，提高学生生产操作能力，还可同时满足个人独立操作、多人配合操作，工艺单元可单独操作也可全流程整体联动操作等多种培训模式的需要。

此外，本青霉素生产仿真系统还可配套实时操作评分系统，对学习者的操作步骤、操作质量、事故处理等相关内容组态到评分系统中，形成客观化评定学生操作的成绩，有助于教学应用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。