1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。產330噸紅霉素工廠的初步設計330噸/年紅霉素生產工廠的初步設計330噸/年紅霉素生產工廠的初步設計摘 要本設計是為330噸/年紅霉素生產工廠而進行的初步工藝設計。根據畢業(yè)設計大綱和設計任務要求該設計分別對各工藝作了詳細闡述，以理論計算為依據，以實際工廠設計為參考，力求接近并切合實際。其主要包括生產工藝的各種指標、設備選形設計計算、物料衡算、水、電、汽的估算以及工藝流程圖的設計。整個設計過程在保證達到設計要求和實際需要的前提下力求環(huán)保節(jié)能，從而能夠獲得更好的收益，降低對環(huán)境的影響，減少對環(huán)境的壓力。最

2、終理論計算結果在總收率65%的前提下，在發(fā)酵工段檢測紅霉素含量14000 U/mL，成品單位為720 U/mg，最終確定選用發(fā)酵罐體積為100 m3（8個），一級種子發(fā)酵罐0.5 m3（4個），二級種子發(fā)酵罐4 m3（4個），三級種子罐32 m3（4個）。提取工段總收率為70%，選取板框壓濾機6個，溶媒萃取池3個，三足式離心機6個。符合設計的基本要求，同時滿足國家標準。該設計成果主要采用形式為發(fā)酵車間平面布置圖（1張），發(fā)酵工藝流程圖（1張），發(fā)酵車間設備布置立面圖（1張），提取車間設備布置圖（1張）和發(fā)酵罐的三視圖（1張）并編寫詳細數據說明書。關鍵詞：紅霉素；工藝流程；設計4848An In

3、itial Technological Design for 330 t/a Erythromycin FactoryMao HailongBiology Engineering 0801, School of Environmental and Biological Engineering, LiaoNing Shihua University, 113001, FushunAbstract This subject is an initial technological design for Erythromycin with year output of 330 ton. Accordi

4、ng to the requirement, the process of erythromycin production and the calculation of the mass balance and heat quantity balance are completed. In this subject, all of them processes are expounded in detail. All the contents are based on the academic calculations. We refer to the practical designs in

5、 companies and make our best to approach to the practice. it mainly includes the production craft each kind of target, the equipment chooses the shape design calculation, material of the graduated arm of a steelyard calculation, the water, the electricity, the steam estimate as well as the flow char

6、t design. The entire design process strives to guarantee the achievement of the design requirements and the actual needs.We also notice the environmental protection and energy conservation, which can bring a better income, reduce the diverse impact on the environment, and reduce the pressure on the

7、environment. Under the condition of the final erythromycin's calculation 65%, the content of erythromycin fermentation broth is 14000 U/mL.The content of the end erythromycin product is 720/mg.The final selection of fermenter's volume is 100 m3. We need eight fermenters, four 0.5 m3 First se

8、ed fermenters, four 4 m3 Second seed fermenters, four 32 m3 Third seed fermenters . The yield coefficient of Extraction process is 70%. Finally, we chose 6 Plate and frame filter presses, 3 Solvent extraction pools and 6 Centrifuge. All in all ,the designation meets the normal requirements and meet

9、the national standards . In the end ,there is a Fermentation floor-plan (1), Flow chat (1), Fermentation process equipment general arrangement (1), Extraction process equipment general arrangement (1), Fermenter orthographic views (1) and compilation particular data instruction booklet.Key word: Ery

10、thromycin; Process; Design目錄1.1 紅霉素的理化性質11.2 國內生產現狀11.3 紅霉素銷售狀況21.4紅霉素生產的改善21.5 紅霉素生產過程的控制技術41.6 紅霉素提取脫色方面的研究51.7 紅霉素生產過程相關的設備62.工藝原則和流程的確定72.1 工藝原則72.2 工藝流程的確定73.工藝計算93.1設計指標及主要物性參數93.2 發(fā)酵工段工藝計算123.3無菌空氣處理353.4提取工段工藝計算363.5三廢的處理384.總平面布置說明404.1工廠總平面布置設計原則404.2車間布置設計原則405.總結426.參考文獻43致 謝461.緒論1.1 紅霉

11、素的理化性質紅霉素(Erythromycin，Er)為十四元大環(huán)內酯類抗生素，是紅色糖多孢菌(Saccharopolyspora erythraea)的次級代謝產物，包括ErA-ErF，其中ErA的抑菌活性最高。紅霉素具有廣譜抗菌作用，它的抗菌譜和青霉素G相似，特別對革蘭氏陽性細菌、大病毒、抗酸桿菌及立克次氏體有抗菌活性，是治療由溶血性鏈球菌感染和耐藥性金黃色葡萄球菌感染所引起疾病的首選藥物。近幾年紅霉素衍生物的興起，大大刺激了母體紅霉素的需求1。1.2 國內生產現狀我國紅霉素發(fā)酵水平屬低水平重復操作，與發(fā)達國家相比差距較大。目前國外發(fā)酵單位已達8 000-12 000 g /ml，而國內大多

12、企業(yè)紅霉素發(fā)酵水平卻一直在4 000-5 000g /ml1。1.3 紅霉素銷售狀況近年來，通過對紅霉素結構改造半合成了許多抗炎性藥物，同時，以紅霉素合成酶基因為基礎的組合生物合成方法可以合成成千上萬種新的聚酮結構，為合成新藥提供了新方法。隨第二代紅霉素(如阿奇霉素、羅紅霉素、克拉霉素等)、第三代紅霉素(如泰利霉素)在日本和歐洲上市，國內外市場對紅霉素的需求大大增加。加之在抗生素藥物中， 紅霉素生物合成的分子生物學過程最為清晰， 因此，紅霉素的生產仍具有廣闊的前景2。1.4紅霉素生產的改善紅霉素工廠的設計首先注重的是菌種選育，培養(yǎng)基的組成，然后進行發(fā)酵生產。菌種是通過育種，選育的具體抗噬菌體，

13、生產能力高的菌種。選育以誘變育種為主要方法。選擇好菌種后在進行培養(yǎng)基的選擇，針對菌種的不同，選擇合適的培養(yǎng)基選擇方法。通過對紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化1，有研究通過實驗得出一優(yōu)化的培養(yǎng)基的組成配比，紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基中的C/N過高或過低都不能取得較高的發(fā)酵水平，研究者針對UL5菌株得出相應結論，但其它菌種并沒有說明，因此在使用UL5外的菌株時，可以參考本文進行優(yōu)化培養(yǎng)基組成配比，達到相應的效果。若使用其它菌株應進行相應的優(yōu)化實驗，從而獲得優(yōu)化的培養(yǎng)基配比。紅霉素作為大環(huán)內酯類抗生素，有研究表明通過在培養(yǎng)基中加入油脂類緩慢利用碳源，來促進紅霉素的發(fā)酵生產，得出油脂的不飽和性越高，紅霉素產量越高。油脂組

14、成越復雜，紅霉素產量越高3。但是發(fā)酵中添加油脂的量需進行培養(yǎng)基優(yōu)化測定。紅色鏈霉菌發(fā)酵產紅霉素培養(yǎng)基的響應面優(yōu)化4改進，為工業(yè)發(fā)酵提供了豐富而價廉的原料。有研究表明利用中心組合設計，采用響應面分析法對目前紅霉素發(fā)酵生產過程常用的幾種碳源和氮源進行篩選和優(yōu)化，優(yōu)選出淀粉和糊精作為混合碳源，豆餅粉和玉米漿作為混合氮源，而不使用成本較高且消耗量大的葡萄糖和蛋白胨等。另外，豆餅粉和玉米漿其他元素含量豐富，基本不需額外添加蛋白胨和其他微量元素，搖瓶發(fā)酵實驗結果接近于目前一般工業(yè)發(fā)酵生產紅霉素的水平。均勻設計法優(yōu)化柔紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基5，有研究表明均勻設計利用玉米漿、麩皮、麩質粉作為培養(yǎng)基原料，實現了紅霉素

15、發(fā)酵培養(yǎng)基改良，進一步降低生產成本。增加表柔紅霉素aveBIV基因拷貝數：表柔紅霉素是柔紅霉素中柔紅糖胺C2 位羥基表異構化的產物，是重要的抗腫瘤抗生素表阿霉素的半合成前體6。有研究表明在pSET 152質粒中構建兩個aveB IV的表達單元，將構建的隨機整合質粒導入MH J-02-30-1中，得到含有3個aveB IV基因表達單元的突變株MYG1118，且突變株的生產效率很高，為工業(yè)應用提供了跟好的菌株。對剔除糖多孢紅菌霉中的MCM基因在糖基和油基中代謝的比較7，得出代謝模型-在糖基中MCM消耗甲基丙二酸單酰COA，而在油基中是產生甲基丙二酸單酰COA。這個模型在某種程度上解釋了，在生化水平

16、的改善油基生產過程紅霉素的產量，以及改善糖基發(fā)酵過程中，mutB紅霉菌株基因水平上突變的調控。通過表達一個外源基因編碼的S腺苷甲硫氨酸合成酶來提高紅霉素A的產量8,9，研究表明將來源于鏈霉菌的S腺苷甲硫氨酸合成酶(SAM-s)的基因通過載體DNA整合到E2糖多孢紅菌霉染色體上，提高了糖多孢紅菌霉E1重組菌株中SAM的產量。生物鑒定紅霉素的濃度表明改造后的菌株E1是改造前菌株E2的2倍多。高效液相色譜檢測紅霉素A的含量增加，主要雜質紅霉素B的含量降低。通過增加SAM-s基因的劑量，并利用所構建基因表達單元中羥基化酶（ery G）和甲基化酶（ery K）的不同組合方式，以及同源重組位點的改變，調節(jié)

17、兩個酶的表達比例，疏導中間產物向目標產物紅霉素的轉化，從而提高紅霉素的濃度通過優(yōu)化優(yōu)化工業(yè)發(fā)酵條件，來提高紅霉素A的產量生產10，在50L的糖多孢紅菌霉發(fā)酵生產紅霉素過程中，加入玉米漿會提高紅霉素A的產率。而紅霉素B基本上沒有，紅霉素C的產生也大幅度降低。分析表明細胞內外及關鍵酶的調控，在加入玉米漿后促進了TCA循環(huán)的中間代謝，誘導提高了紅霉素的合成。關鍵是利用ZL1004菌株的發(fā)酵，由實驗的50L發(fā)酵罐，成功的進行了大規(guī)模的產業(yè)發(fā)酵1.5 紅霉素生產過程的控制技術利用計算機技術進行調控11，傳統(tǒng)的PID控制因為算法簡單，魯棒性好，可靠性高，具有可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性等優(yōu)點，因而被廣

18、泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)；但是對于工業(yè)過程中的時變、非線性、滯后或高階大慣性對象，常規(guī)PID 控制難以取得滿意的控制效果。為了克服傳統(tǒng)PID的缺點，設計者通過對模糊控制的了解，將模糊控制與PID控制相結合得到模糊PID控制，使得控制過程變得精度更高，改善了系統(tǒng)的動靜態(tài)性能，是發(fā)酵過程的調控更加的準確。利用VB對紅霉素發(fā)酵過程的監(jiān)控系統(tǒng)12，研究表明在VB6. 0的編程環(huán)境下， 采用ADO訪問數據庫服務器，然后采用Active X 技術將VB與MATLAB的交互，利用MATLAB軟件的線性分析和仿真能力，進行矩陣運算和三維圖形輸出。由于紅霉素發(fā)酵過程具有嚴重非線性、時變性、不穩(wěn)定性和生長周期長等特點

19、需進行神經網絡預測的程序設計。采用zig Bee技術實現傳感器數據的無線傳輸是完全可行的，最終生成具有短距離無線通信能力的Zig-Bee實驗系統(tǒng)，既可以減輕控制現場電纜眾多的問題，又可以提高傳感器的可移動性， 從而提高傳感器安裝的靈活性和使用的便利性。有研究表明通過控制供氧可以調節(jié)紅霉素發(fā)酵液的組成13，通過對紅霉素工程菌ZL1004發(fā)酵液組分的影響，采用不同形式搖床、改變搖瓶裝液量，并在50L發(fā)酵罐中控制不同的溶氧水平，說明低供氧對于B 組分的轉化具有抑制作用，高供氧有利于紅霉素有效組分A的合成。該研究只針對工程菌ZL1004，不涉及其它菌株，因此在使用其它工程菌發(fā)酵時可參考相應的實驗方法進

20、行供氧條件的判定。再者，不同發(fā)酵階段不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵液的組成有著不同程度上的影響14，有研究表明變溫發(fā)酵生產紅霉素，能夠影響發(fā)酵液的組成。發(fā)酵前期溫度偏高有利于菌體的生長，發(fā)酵后期降溫有利于延緩菌體的衰老，從而增長紅霉素合成期，增加紅霉素的積累。研究發(fā)現通過變溫使發(fā)酵中后期發(fā)酵液粘度的提高有利于紅霉素A的生產，發(fā)酵液粘度的提高有利于提高供氧進一步提高紅霉素A的比例，降低雜質的含量，從而降低生產成本。采用人工神經網絡進行實時測量15，研究通過使用左旋人工神經網絡對紅霉素發(fā)酵液中菌絲的濃度、糖的濃度、化學效力進行測定。與離線測定相比人工神經網絡測定能夠提供更多的信息，從而實現對紅霉素發(fā)酵過程進行

21、實時的調控。左旋人工神經網絡比普通的人工神經網絡操作更簡單。研究開發(fā)陶瓷膜集成技術新的生產工藝16，大大降低紅霉素提取成本，減少廢水排放、提高了目標產物的回收率。除雜后的紅霉素發(fā)酵液先經過陶瓷膜澄清，再經過有機納濾膜濃縮，后處理得到成品。方法簡單，膜污染后清洗方便，且恢復率高，生產成本降低。1.6 紅霉素提取脫色方面的研究有關研究使用陰離子交換纖維對發(fā)酵液進行脫色17。研究表明發(fā)酵液在PH呈偏堿性時，用陰離子交換纖維進行脫色效果明顯。同種條件下陰離子交換纖維比陰離子交換樹脂效果要好，而且紅霉素損失也小。陰離子交換纖維在使用后可進行再生，再生后其脫色效果基本不會變化，可重復利用，降低生產過程中脫

22、色的成本。研究通過高效液相色譜法進行紅霉素發(fā)酵液組成的測定18，研究表明對發(fā)酵液過濾后進行冷凍干燥處理與氯仿萃取比較得出，冷凍干燥處理紅霉素損失幾乎為0，又因為雜質均為水溶性物質，故采用乙醇等有機溶劑溶解，得到純度相當高的紅霉素溶液，然后利用合適的離子交換載體、緩沖液對紅霉素進行測定。該方法除雜方法簡單、徹底，得到紅霉素純度很高，測定結果準確，但是高效液相色譜法操作復雜，響應時間長。通常檢測批量少。在采用上述中的除雜方法后，可采用紫外分光光度計法19對紅霉素組成及含量進行檢測。1.7 紅霉素生產過程相關的設備標準式發(fā)酵罐20，是純種培養(yǎng)生物工程中使用最為普通的發(fā)酵罐，約占發(fā)酵罐總數的80%-9

23、0%以上，隨著發(fā)酵過程的控制和檢測水平提高，發(fā)酵罐的容積增大已成生物發(fā)酵業(yè)的趨勢。液體攪拌21目的是使參與的個無聊能充分混合，但不同類型的攪拌過程的流動過程的流動狀況及對攪拌的要求不同。因此，需對均相液液調和、非均相液液分散和混合以及固液懸浮等四種攪拌過程的機理分別進行分析。常用設備22中容器型式有：常壓平底、平蓋容器，常壓平底、錐蓋容器。細分還有立式薄壁常壓容器、鋼制立式圓筒形固定頂儲罐等。離心機和過濾機23是發(fā)酵生產中必不可少的部分。離心機有很多類：三足式離心機、上懸式離心機、臥式刮刀卸料離心機等。過濾是按過濾推動力不同分類的：重力過濾、離心過濾、加壓和真空過濾萃取24是分離液體混合物的單

24、元操作之一，將選定的有機溶劑加到混合物中，依照各組分在溶劑中溶解度不同從而達到分離的目的。干燥25是生物產品分離的最后一步，其目的主要是除去原料、半成品中的水分或溶劑，以便于加工、運輸、使用、貯藏等。常用的方法有噴霧干燥、微波干燥、滾筒干燥、冷凍干燥等。2.工藝原則和流程的確定2.1 工藝原則進行工藝流程設計，必須考慮的幾個原則：（1）保證產品的質量符合國家標準，國家規(guī)定原料藥紅霉素產品中紅霉素A的含量必須大于80%。而本設計成品種紅霉素含量按85%計算。（2）盡量采用成熟的、先進的技術和設備。努力提高原料利用率，提高勞動生產率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產成本，使工廠建成后能迅速投

25、產，在短期內到達設計生產能力和產品質量要求，并做到生產穩(wěn)定、安全、可靠。從本設計的總體來看，菌種選用的是德國進口的發(fā)酵效價很高的一種，生產工藝來看是國內用的比較多的一種，其中補料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國內很先進的設備。（3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。本設計完全滿足要求。（4）安全生產，以保證人身和設備的安全。（5）生產過程幾乎全部采用的機械化，部分系統(tǒng)自動化。能穩(wěn)產、高產。2.2 工藝流程的確定2.2.1初期準備：種子培養(yǎng)及發(fā)酵菌株的確定1） 菌種的篩選：菌種的篩選采用最常用的且有效的斜面孢子培養(yǎng)。篩選高產，高純度的孢子，保存，以備后期發(fā)酵使用。同時需注意，每批孢子成熟后除做搖瓶

26、試驗測定生產能力外，還應插進一試驗罐對比考察發(fā)酵水平，如不低于前批孢子，可用于生產。2） 擴到培養(yǎng)：擴大培養(yǎng)采用搖瓶種子培養(yǎng)。選擇合適的培養(yǎng)基配比，在避光，37下，進行菌種的擴大培養(yǎng)。3）菌種發(fā)酵水平的初步鑒定：在進行發(fā)酵生產前需對菌種的發(fā)酵水平進行測定，因此，通過對菌種進行搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)，檢測其發(fā)酵水平，可對菌種的發(fā)酵水平進行初步的評估。4） 菌種發(fā)酵水平的最終確定：菌種發(fā)酵水平的最終確定需進行發(fā)酵的放大，也就是在試驗罐中檢測其發(fā)酵水平，只有在此達到標準才能進行發(fā)酵生產，接種到生產發(fā)酵罐中。若達不到，需換發(fā)酵用的孢子，重新進行步驟2）3）4）。2.2.2發(fā)酵流程的確定為了使菌種在放大過程中保持

27、其穩(wěn)定高產的性能，同時滿足發(fā)酵生產的需要，在生產開始采用三級發(fā)酵。經過三級發(fā)酵后的種子發(fā)酵液進入發(fā)酵罐，經過一個發(fā)酵周期后放罐，進入預處理罐，期間進行發(fā)酵液的堿化處理，以便后續(xù)工作。與處理后的發(fā)酵液通過板框壓濾機進行除雜，同時清洗板框后的清洗液返回預處理罐。接下來進行溶媒萃取，萃取液經碟片分離機后將萃取相與萃余相分離，萃余相直接通過真空抽濾回收萃取液，萃取相則進入成鹽工序，成鹽采用加入硫氰酸鈉（NaSCN），再加入冰醋酸是硫氰酸紅霉素結晶，通過高速離心得到晶體，再通過淋洗，干燥獲得成品。2.2.3 發(fā)酵流程發(fā)酵罐三級種子罐1二級種子罐1一級種子罐1碟片分離溶媒萃取板框壓濾機預處理罐 成品干燥結

28、晶高速離心成鹽3.工藝計算3.1設計指標及主要物性參數1）發(fā)酵系統(tǒng)表3.1發(fā)酵系統(tǒng)參數Table 3.1 Parameters of Fermentation system項目單位指標發(fā)酵單位U / mL14000成品單位U / mg720發(fā)酵周期h160發(fā)酵熱kJ /（m3 h）25122總收率%65年工作日D / y330染菌率%3.0發(fā)酵液重度kg / m31050發(fā)酵液粘度Cp502）無菌空氣處理系統(tǒng)表3.2無菌空氣處理參數Table 3.2 Parameters of Sterile air processing項目單位指標空壓機出口壓力Mpa0.30-0.35進罐空氣溫度40-45

29、進總過濾器空氣濕度%60空氣潔凈度級1003） 連續(xù)滅菌溫度 135 4） 提取工段要求表3.3提取工段參數Table 3.3 Parameters of Extraction section 收率提取堿化板框丁提成鹽淋洗指標70%85%97%90%98%98%5） 廠址：撫順6） 培養(yǎng)基配比表3.4培養(yǎng)基配比Table 3.4 Component of the Medium原料名稱一級種子罐%二級種子罐%三級種子罐%發(fā)酵罐%黃豆餅粉3.02.52.52.0葡萄糖4.04.54.55.0硫酸銨0.60.60.60.4氯化鈣0.10.10.10.1碳酸鈣0.60.60.60.4磷酸二氫鉀0.04

30、50.060.060.068消沫油（L/ m3）16420.5玉米漿（L /m3）0.10.10.10.15氯化鈷（L /m3）0.0057）補料（1）補氨水量：按11.5（L / m3發(fā)酵液體積）計算發(fā)酵過程氨水補加總量；（2）補糖液量：按90（kg / m3發(fā)酵液體積）計算發(fā)酵過程中糖液補加總量；（3）加消沫油量：按0.005（L / m3發(fā)酵液體積）計算發(fā)酵過程加消沫油總量；（4）補硫酸銨量：按0.004（L / m3發(fā)酵液體積）計算發(fā)酵過程硫酸銨補加量。8）接種量（1）一級種子罐至二級種子罐按10%計算。（2）二級種子罐至三級種子罐按10%計算。（3）三級種子罐至發(fā)酵罐按20%計算。9

31、）培養(yǎng)基滅菌（1）一級種子罐及二級種子罐培養(yǎng)基和實罐滅菌。（2）三級種子罐及發(fā)酵罐培養(yǎng)基、糖液采用連續(xù)滅菌。（3）硫酸銨和消沫油采用實罐滅菌，氨水采用過濾除菌。10）移種及補料方式（1）一級種子罐至二級種子罐的移種設置一個分配站。（2）二級種子罐、滅菌培養(yǎng)基至三級種子罐設置一個分配站。（3）三級種子罐、糖液至發(fā)酵罐設置一個分配站。（4）滅菌培養(yǎng)基至發(fā)酵罐設置一個分配站。（5）氨水、硫酸銨、消沫油等至各發(fā)酵罐設置一個分配站。11）裝料系數一級種子罐：60 %；二級種子罐：60 %；三級種子罐：60 %；發(fā)酵罐：70 %；12）通氣量一級種子罐：2（VVM）；二級種子罐：1.5（VVM）；三級種子

32、罐：1.0（VVM）；50 m3-70 m3發(fā)酵罐：0.7（VVM）；80 m3 -100 m3發(fā)酵罐：0.6（VVM）。13）轉速范圍一級種子罐：60-400（RPM）；二級種子罐：60-240（RPM）；三級種子罐：60-200（RPM）；發(fā)酵罐：60-130（RPM）。14）培養(yǎng)時間一級種子罐：64 h；二級種子罐：56 h；三級種子罐：64 h；發(fā)酵罐：160 h。15）自控要求（1）發(fā)酵系統(tǒng)：種子罐、發(fā)酵罐溫度自控、pH控制、罐壓指示、溶氧指示、轉速顯示及變頻調速、液位報警。（2）連消系統(tǒng)：溫度和流量連鎖控制。（3）空氣系統(tǒng)：溫度自動控制。16）水系統(tǒng)和蒸汽（1）自來水：常溫、0.3

33、MPa，用于配料、夏天實罐滅菌前期冷卻、清洗設備等。（2）循環(huán)水：20-25（溫差5），0.3MPa，用于連續(xù)滅菌培養(yǎng)基的冷卻、空氣冷卻。（3）低溫水：9-14（溫差5），0.3MPa，用于夏天空氣后級冷卻及發(fā)酵控溫冷卻。（4）冷鹽水：-10-0（溫差10），0.3MPa，用于料液冷卻保溫。（5）蒸汽：發(fā)酵車間用汽壓力為0.3-0.4MPa。3.2 發(fā)酵工段工藝計算3.2.1物料衡算1）發(fā)酵液每天放罐體積的計算表3.5發(fā)酵工段工藝參數Table 3.5 Parameters of Fermentation section項目符號單位參數設計年產量Mt / y330成品效價UqU / mg720

34、年工作日md / y330發(fā)酵水平UfU / mL14000染菌率X%3.0提取總收率µ%65每天需放罐發(fā)酵液的體積Vd： m3 / d （4-1） 1000×330×720/330×14000×0.65×（1-0.03） 81.5679 m3/d注釋：每天需生產產品：kg / d考慮3%染菌和65%總收率：每天需生產產品 （4-2） =1000 /0.65×（1-0.03）1492.308kg / d每天生產產品的效價數： （4-3） =1492.308×1000×1000×720 1.074

35、46×1012U每噸發(fā)酵液中產物含量： （4-4） =1000×1000×14000 =1.4×1010U因此： 每天需生產發(fā)酵液的體積數 （4-5） 1.07446×1012/ 1.4×1010 76.7471m3 / d2）發(fā)酵罐公稱容積V0和臺數n的計算（1）發(fā)酵罐公稱容積V0的計算 (4-6)式中：Nd-每天放罐罐數，1 / d； L-發(fā)酵罐裝料系數，可取70%。取 Nd 1 罐 / d發(fā)酵罐公稱容積 （4-7） 76.7471/1×0.7 109.639 m3依據國內常用的發(fā)酵罐容積系列標準，圓整取V0 100m3

36、與生產相同（2） 發(fā)酵罐臺數n的計算 （d） （4-8） （9-8） =16032196h8d 發(fā)酵罐臺數：n Nd×T1×88臺 生產中取10臺（3）三級種子罐公稱容積V3和臺數n3的計算三級種子罐公稱容積 （4-10） 1.15×76.7471×0.2/ 0.629.4197m3 取N31 罐 / d 因為三級種子罐的發(fā)酵周期T3=6432/244d 三級種子罐的數量1×44臺生產中取8臺（4）二級種子罐公稱容積V2和臺數n2的計算二級種子罐的公稱容積 （4-11） 1.15×29.4197×0.6×0.1/

37、0.63.393m3學生自已圓整二級種子罐的公稱容積（生產中用1000×1500）取N21 罐 / d 因為二級種子罐的發(fā)酵周期T2=6432/244d二級種子罐的數量1×44臺生產中取8臺（5）一級種子罐公稱容積V0和臺數n0的計算一級種子罐的公稱容積 （4-12） 1.15×3.383×0.6×0.1/ 0.60.3890m3學生自已圓整一級種子罐的公稱容積（生產中500L）取N11 罐 / d 因為一級種子罐的發(fā)酵周期 T1=6432/ 244d一級種子罐的數量1×44臺 生產中取8臺3） 發(fā)酵罐物料的計算（1）每天需放罐發(fā)酵液

38、的體積 Vd 76.7471 m3（2）發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量 的計算取發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量為發(fā)酵液總量的15 %。則 （4-13） 0.15×76.747111.512m3（3）補料量V補的計算取生產數據 （4-14） 76.7471×11.50.0050.004/1000 6.47 7.35m3（4）種子液 V種 0.2 Vd0.2×76.747115.349m3（5）滅菌后入罐培養(yǎng)基的體積 （4-15） 76.74-7.3511.512-15.349 65.55m34）三級種子罐物料的計算（1）每天需放罐發(fā)酵液的體積 15.349m3（2）發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)

39、損失量 V損的計算取發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量為三級種子培養(yǎng)液總量的15 %。 則 0.15×15.3492.302m3（3）種子培養(yǎng)液 0.1×15.3491.535m3（4）滅菌后入罐培養(yǎng)基的體積 （4-16） 15.3492.302-1.535 16.116m3 表3.6物料總平衡表項目發(fā)酵罐/ m3一級罐/ m3二級罐/m3三級罐/ m3進入物料滅菌后65.5516.1161.61160.16116種子液15.3491.53490.153490.01534補料7.35000合計88.2517.6517.6510.1765離開物料損失11.5122.3020.23020.

40、02302放罐76.73817.421.7420.1742合計88.2517.6511.76510.1765Table 3.6 Material conservation5）二級種子罐物料衡算（1）每天需放罐發(fā)酵液的體積 1.5349m3（2）發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量 的計算取發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量為二級種子培養(yǎng)液總量的15 %。則 0.15×1.53490.2302m3（3）種子培養(yǎng)液 0.1×1.5349 0.15349m3（4）滅菌后入罐培養(yǎng)基的體積 （4-17） 1.53490.2302-0.15349 1.6116m36）一級種子罐物料衡算（1）每天需放罐發(fā)酵液的體

41、積 0.15349m3（2）發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量 的計算取發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量為一級種子培養(yǎng)液總量的15 %。則0.15×0.153490.02302m3（3）種子培養(yǎng)液 0.1×0.15349 0.015349m3（4）滅菌后入罐培養(yǎng)基的體積 （4-18） 1.53490.02302-0.01535 0.16116m37） 原料消耗：（1） 一級種子罐培養(yǎng)基黃豆餅粉3%；葡萄糖4%；硫酸銨0.6%；氯化鈣0.1%；碳酸鈣0.6%；磷酸二氫鉀0.045%；消沫油16(L / m3)；玉米漿1(L / m3)。（2） 二級種子罐培養(yǎng)基黃豆餅粉2.5%；葡萄糖4.5%；硫酸

42、銨0.6%；氯化鈣0.1%；碳酸鈣0.6%；磷酸二氫鉀0.06%；消沫油4(L / m3)；玉米漿(L / m3)0.1。（3） 三級種子罐培養(yǎng)基黃豆餅粉2.5%；葡萄糖%4.5；硫酸銨0.6%；氯化鈣0.1%；碳酸鈣0.6%；磷酸二氫鉀0.006%；消沫油2(L / m3)；玉米漿0.1(L / m3)。（4）發(fā)酵罐培養(yǎng)基黃豆餅粉2%；葡萄糖5%；硫酸銨0.4%；氯化鈣0.1%；碳酸鈣0.4%；磷酸二氫鉀0.068%；消沫油0.5(L / m3)；玉米漿0.15(L / m3)；氯化鈷0.005(L / m3)。8）水用量的計算表3.7配料用水量Table 3.7 Water consump

43、tion of Ingredients設 備一級種子罐二級種子罐三級種子罐發(fā)酵罐配料用水量m3）0.161161.611616.11665.55（1）配料用水量（?。号淞嫌盟考s等于培養(yǎng)基的體積）（2）洗罐用水量經驗?。合垂抻盟繛楣薰Q容積的80 %。洗罐用水量 （4-19）一級種子罐：0.8×0.38900.3112 二級種子罐：0.8×3.3832.7064三級種子罐：0.8×29.419723.53 發(fā)酵罐：0.8×109.63987.713.2.2能量衡算1）發(fā)酵放熱量的計算種子罐和發(fā)酵罐的生物反應熱 25100kJ / m3hr （4-20）

44、一級種子罐生物反應 （4-21） 25122×0.06921736.92kJ / hr二級種子罐生物反應熱 （4-22） 25122×0.69217369.2kJ / hr三級種子罐生物反應熱 （4-23） 25122×6.92173692 kJ / hr發(fā)酵罐生物反應熱 （4-24） 25100×81.56792047354kJ / hr每一批次發(fā)酵罐培養(yǎng)液總放熱量 （4-25） 1736.9217369.21736922047354=2240152kJ / hr2）發(fā)酵罐冷卻水用量的計算取發(fā)酵液與冷卻水的平均溫度差t5 ； 水的比熱4.187 kJ

45、/ （kg·）冷卻水用量 （4-26）一級種子罐冷卻水用量 （4-27） 1736.92/4.187×583.10 kg / hr二級種子罐冷卻水用量 （4-28） 17369.2/4.187×5831.0 kg / hr三級種子罐冷卻水用量 （4-29） 173692 /4.187×58310 kg / hr發(fā)酵罐冷卻水用量 （4-30） 2047354 /4.187×597795kg / hr每一批次發(fā)酵罐培養(yǎng)液總冷卻水用量 （4-31） 2240152/4.187×5 107082 kg / hr =107.082T / hr正

46、常生產時一級種子罐、二級種子罐和三級種子罐各同時使用三個，發(fā)酵罐同時使用七個。考慮20%損失，因此冷卻水總用量 （4-32） 1.2×3×83.043×830.43×83047×41520 381788 kg / hr 382T / hr3）蒸汽用量的計算選用壓力P0.369 MPa，t140 的水蒸汽，其熱焓為H2734.11kJ / kg，汽化熱2143.65563.7kJ / kg，密度s1.966kg / m3.（1）空發(fā)酵罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量， （4-33）一級種子罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量 （4-34） 5×0.3890

47、×1.9663.824kg二級種子罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量 （4-35） 5×3.383×1.96633.25kg三級種子罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量 （4-36） =5×29.420×1.966289.2kg發(fā)酵罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量 （4-37） 5×109.639×1.9661077.8kg每一批次發(fā)酵罐空罐濕熱滅菌水蒸汽用量（含對應一、二、三級種子罐空罐濕熱滅菌水蒸汽用量） （4-38） 3.82433.25289.21077.81404kg / 批次（2） 培養(yǎng)基實罐滅菌蒸汽消耗量的計算采用蒸汽直接通入培養(yǎng)基的直接加熱方式，在加熱升溫過程中，蒸汽消耗量為D直，i，根據熱量衡算有： （4-39）式中：培養(yǎng)基重量Gi；配料溫度t a29.0；濕熱滅菌溫度t b121；汽化熱2563.7kJ / kg ；取熱損失率損失10 %；取培養(yǎng)基比熱容Cp4.187 kJ/kg· （4-40） 0.16116