年產(chǎn)330噸紅霉素工廠的初步設(shè)計(jì)

1、330噸/年紅霉素生產(chǎn)工廠的初步設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是為330噸/年紅霉素生產(chǎn)工廠而進(jìn)行的初步工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱和設(shè)計(jì)任務(wù)要求該設(shè)計(jì)分別對(duì)各工藝作了詳細(xì)闡述，以理論計(jì)算為依據(jù)，以實(shí)際工廠設(shè)計(jì)為參考，力求接近并切合實(shí)際。其主要包括生產(chǎn)工藝的各種指標(biāo)、設(shè)備選形設(shè)計(jì)計(jì)算、物料衡算、水、電、汽的估算以及工藝流程圖的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程在保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求和實(shí)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(duì)環(huán)境的影響，減少對(duì)環(huán)境的壓力。最終理論計(jì)算結(jié)果在總收率65%的前提下，在發(fā)酵工段檢測(cè)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(gè)），

2、一級(jí)種子發(fā)酵罐0.5 m3（4個(gè)），二級(jí)種子發(fā)酵罐4 m3（4個(gè)），三級(jí)種子罐32 m3（4個(gè)）。提取工段總收率為70%，選取板框壓濾機(jī)6個(gè)，溶媒萃取池3個(gè)，三足式離心機(jī)6個(gè)。符合設(shè)計(jì)的基本要求，同時(shí)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)計(jì)成果主要采用形式為發(fā)酵車(chē)間平面布置圖（1張），發(fā)酵工藝流程圖（1張），發(fā)酵車(chē)間設(shè)備布置立面圖（1張），提取車(chē)間設(shè)備布置圖（1張）和發(fā)酵罐的三視圖（1張）并編寫(xiě)詳細(xì)數(shù)據(jù)說(shuō)明書(shū)。關(guān)鍵詞：紅霉素；工藝流程；設(shè)計(jì)49an initial technological design for 330 t/a erythromycin factorymao hailongbiology eng

3、ineering 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. according to the requirement, the process of erythromycin production and the calculation

4、 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 companies and make our best to approach to the practice. it mainly includes the

5、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 chart design. the entire design process strives to guarantee the achievement of the d

6、esign 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 environment. under the condition of the final erythromycin's calculation 65%,

7、 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 seed fermenters, four 4 m3 second seed fermenters, four 32 m3 third seed fermenters

8、 . 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 the national standards . in the end ,there is a fermentation floor-plan (1), flow

9、 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: erythromycin; process; design目錄1.緒論21.1 紅霉素的理化性質(zhì)21.2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀21.3 紅霉素銷(xiāo)售狀況21.4紅霉素生產(chǎn)的改善2

10、1.5 紅霉素生產(chǎn)過(guò)程的控制技術(shù)41.6 紅霉素提取脫色方面的研究61.7 紅霉素生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的設(shè)備62.工藝原則和流程的確定82.1 工藝原則82.2 工藝流程的確定83.工藝計(jì)算103.1設(shè)計(jì)指標(biāo)及主要物性參數(shù)103.2 發(fā)酵工段工藝計(jì)算133.3無(wú)菌空氣處理363.4提取工段工藝計(jì)算373.5三廢的處理394.總平面布置說(shuō)明414.1工廠總平面布置設(shè)計(jì)原則414.2車(chē)間布置設(shè)計(jì)原則415.總結(jié)436.參考文獻(xiàn)44致 謝461.緒論1.1 紅霉素的理化性質(zhì)紅霉素(erythromycin，er)為十四元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，是紅色糖多孢菌(saccharopolyspora erythraea

11、)的次級(jí)代謝產(chǎn)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(duì)革蘭氏陽(yáng)性細(xì)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀我國(guó)紅霉素發(fā)酵水平屬低水平重復(fù)操作，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。目前國(guó)外發(fā)酵單位已達(dá)8 000-12 000 g /ml，而國(guó)內(nèi)大多企業(yè)紅霉素發(fā)酵水平卻一直在4 000-5 000g /ml1。1.3 紅霉素銷(xiāo)售狀況近年來(lái)，通過(guò)對(duì)紅霉素結(jié)構(gòu)改造半合成了許多抗炎性藥物，同時(shí)，以紅霉

12、素合成酶基因?yàn)榛A(chǔ)的組合生物合成方法可以合成成千上萬(wàn)種新的聚酮結(jié)構(gòu)，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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)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(xué)過(guò)程最為清晰， 因此，紅霉素的生產(chǎn)仍具有廣闊的前景2。1.4紅霉素生產(chǎn)的改善紅霉素工廠的設(shè)計(jì)首先注重的是菌種選育，培養(yǎng)基的組成，然后進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。菌種是通過(guò)育種，選育的具體抗噬菌體，生產(chǎn)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(jìn)行培養(yǎng)基的選擇，針對(duì)菌種的不同，選擇合適的培養(yǎng)基選擇方法。通過(guò)對(duì)紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化1

13、，有研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(guò)高或過(guò)低都不能取得較高的發(fā)酵水平，研究者針對(duì)ul5菌株得出相應(yīng)結(jié)論，但其它菌種并沒(méi)有說(shuō)明，因此在使用ul5外的菌株時(shí)，可以參考本文進(jìn)行優(yōu)化培養(yǎng)基組成配比，達(dá)到相應(yīng)的效果。若使用其它菌株應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，從而獲得優(yōu)化的培養(yǎng)基配比。紅霉素作為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，有研究表明通過(guò)在培養(yǎng)基中加入油脂類緩慢利用碳源，來(lái)促進(jìn)紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)，得出油脂的不飽和性越高，紅霉素產(chǎn)量越高。油脂組成越復(fù)雜，紅霉素產(chǎn)量越高3。但是發(fā)酵中添加油脂的量需進(jìn)行培養(yǎng)基優(yōu)化測(cè)定。紅色鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)紅霉素培養(yǎng)基的響應(yīng)面優(yōu)化4改進(jìn)，為工業(yè)發(fā)酵提供了豐富而價(jià)廉的

14、原料。有研究表明利用中心組合設(shè)計(jì)，采用響應(yīng)面分析法對(duì)目前紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程常用的幾種碳源和氮源進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果接近于目前一般工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)紅霉素的水平。均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化柔紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基5，有研究表明均勻設(shè)計(jì)利用玉米漿、麩皮、麩質(zhì)粉作為培養(yǎng)基原料，實(shí)現(xiàn)了紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基改良，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。增加表柔紅霉素avebiv基因拷貝數(shù)：表柔紅霉素是柔紅霉素中柔紅糖胺c2 位羥基表異構(gòu)化的產(chǎn)物，是重要的抗腫瘤抗

15、生素表阿霉素的半合成前體6。有研究表明在pset 152質(zhì)粒中構(gòu)建兩個(gè)aveb iv的表達(dá)單元，將構(gòu)建的隨機(jī)整合質(zhì)粒導(dǎo)入mh j-02-30-1中，得到含有3個(gè)aveb iv基因表達(dá)單元的突變株myg1118，且突變株的生產(chǎn)效率很高，為工業(yè)應(yīng)用提供了跟好的菌株。對(duì)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(chǎn)生甲基丙二酸單酰coa。這個(gè)模型在某種程度上解釋了，在生化水平的改善油基生產(chǎn)過(guò)程紅霉素的產(chǎn)量，以及改善糖基發(fā)酵過(guò)程中，mutb紅霉菌株基因水平上突變的調(diào)控。通過(guò)表達(dá)一個(gè)外源基因編碼的s腺苷甲硫氨酸合成酶來(lái)提高紅

16、霉素a的產(chǎn)量8,9，研究表明將來(lái)源于鏈霉菌的s腺苷甲硫氨酸合成酶(sam-s)的基因通過(guò)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(chǎn)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(cè)紅霉素a的含量增加，主要雜質(zhì)紅霉素b的含量降低。通過(guò)增加sam-s基因的劑量，并利用所構(gòu)建基因表達(dá)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(diǎn)的改變，調(diào)節(jié)兩個(gè)酶的表達(dá)比例，疏導(dǎo)中間產(chǎn)物向目標(biāo)產(chǎn)物紅霉素的轉(zhuǎn)化，從而提高紅霉素的濃度通過(guò)優(yōu)化優(yōu)化工業(yè)發(fā)酵條件，來(lái)提高紅霉素a的產(chǎn)量生產(chǎn)10，在50l的糖多孢紅

17、菌霉發(fā)酵生產(chǎn)紅霉素過(guò)程中，加入玉米漿會(huì)提高紅霉素a的產(chǎn)率。而紅霉素b基本上沒(méi)有，紅霉素c的產(chǎn)生也大幅度降低。分析表明細(xì)胞內(nèi)外及關(guān)鍵酶的調(diào)控，在加入玉米漿后促進(jìn)了tca循環(huán)的中間代謝，誘導(dǎo)提高了紅霉素的合成。關(guān)鍵是利用zl1004菌株的發(fā)酵，由實(shí)驗(yàn)的50l發(fā)酵罐，成功的進(jìn)行了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)發(fā)酵1.5 紅霉素生產(chǎn)過(guò)程的控制技術(shù)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行調(diào)控11，傳統(tǒng)的pid控制因?yàn)樗惴ê?jiǎn)單，魯棒性好，可靠性高，具有可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)；但是對(duì)于工業(yè)過(guò)程中的時(shí)變、非線性、滯后或高階大慣性對(duì)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(diǎn)，設(shè)計(jì)

18、者通過(guò)對(duì)模糊控制的了解，將模糊控制與pid控制相結(jié)合得到模糊pid控制，使得控制過(guò)程變得精度更高，改善了系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，是發(fā)酵過(guò)程的調(diào)控更加的準(zhǔn)確。利用vb對(duì)紅霉素發(fā)酵過(guò)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(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，然后采用active x 技術(shù)將vb與matlab的交互，利用matlab軟件的線性分析和仿真能力，進(jìn)行矩陣運(yùn)算和三維圖形輸出。由于紅霉素發(fā)酵過(guò)程具有嚴(yán)重非線性、時(shí)變性、不穩(wěn)定性和生長(zhǎng)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)需進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的程序設(shè)計(jì)。采用zig bee技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸是完全可行的，最終生成具有短距離無(wú)線通信能力的zig-bee實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，既

19、可以減輕控制現(xiàn)場(chǎng)電纜眾多的問(wèn)題，又可以提高傳感器的可移動(dòng)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(guò)控制供氧可以調(diào)節(jié)紅霉素發(fā)酵液的組成13，通過(guò)對(duì)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(shuō)明低供氧對(duì)于b 組分的轉(zhuǎn)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(duì)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(shí)可參考相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)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(duì)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(chǎn)紅霉素，能夠影響發(fā)酵液的組成。發(fā)酵前期

20、溫度偏高有利于菌體的生長(zhǎng)，發(fā)酵后期降溫有利于延緩菌體的衰老，從而增長(zhǎng)紅霉素合成期，增加紅霉素的積累。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)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(chǎn)，發(fā)酵液粘度的提高有利于提高供氧進(jìn)一步提高紅霉素a的比例，降低雜質(zhì)的含量，從而降低生產(chǎn)成本。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量15，研究通過(guò)使用左旋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)紅霉素發(fā)酵液中菌絲的濃度、糖的濃度、化學(xué)效力進(jìn)行測(cè)定。與離線測(cè)定相比人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)定能夠提供更多的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紅霉素發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)控。左旋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比普通的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)操作更簡(jiǎn)單。研究開(kāi)發(fā)陶瓷膜集成技術(shù)新的生產(chǎn)工藝16，大大降低紅霉素提取成本，減少?gòu)U水排放、提高了目標(biāo)

21、產(chǎn)物的回收率。除雜后的紅霉素發(fā)酵液先經(jīng)過(guò)陶瓷膜澄清，再經(jīng)過(guò)有機(jī)納濾膜濃縮，后處理得到成品。方法簡(jiǎn)單，膜污染后清洗方便，且恢復(fù)率高，生產(chǎn)成本降低。1.6 紅霉素提取脫色方面的研究有關(guān)研究使用陰離子交換纖維對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行脫色17。研究表明發(fā)酵液在ph呈偏堿性時(shí)，用陰離子交換纖維進(jìn)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(shù)脂效果要好，而且紅霉素?fù)p失也小。陰離子交換纖維在使用后可進(jìn)行再生，再生后其脫色效果基本不會(huì)變化，可重復(fù)利用，降低生產(chǎn)過(guò)程中脫色的成本。研究通過(guò)高效液相色譜法進(jìn)行紅霉素發(fā)酵液組成的測(cè)定18，研究表明對(duì)發(fā)酵液過(guò)濾后進(jìn)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?fù)p失幾乎

22、為0，又因?yàn)殡s質(zhì)均為水溶性物質(zhì)，故采用乙醇等有機(jī)溶劑溶解，得到純度相當(dāng)高的紅霉素溶液，然后利用合適的離子交換載體、緩沖液對(duì)紅霉素進(jìn)行測(cè)定。該方法除雜方法簡(jiǎn)單、徹底，得到紅霉素純度很高，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，但是高效液相色譜法操作復(fù)雜，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。通常檢測(cè)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(jì)法19對(duì)紅霉素組成及含量進(jìn)行檢測(cè)。1.7 紅霉素生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)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(shù)的80%-90%以上，隨著發(fā)酵過(guò)程的控制和檢測(cè)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(shì)。液體攪拌21目的是使參與的個(gè)無(wú)聊能充分混合，但不同類型的攪拌過(guò)程的

23、流動(dòng)過(guò)程的流動(dòng)狀況及對(duì)攪拌的要求不同。因此，需對(duì)均相液液調(diào)和、非均相液液分散和混合以及固液懸浮等四種攪拌過(guò)程的機(jī)理分別進(jìn)行分析。常用設(shè)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(xì)分還有立式薄壁常壓容器、鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐等。離心機(jī)和過(guò)濾機(jī)23是發(fā)酵生產(chǎn)中必不可少的部分。離心機(jī)有很多類：三足式離心機(jī)、上懸式離心機(jī)、臥式刮刀卸料離心機(jī)等。過(guò)濾是按過(guò)濾推動(dòng)力不同分類的：重力過(guò)濾、離心過(guò)濾、加壓和真空過(guò)濾萃取24是分離液體混合物的單元操作之一，將選定的有機(jī)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(dá)到分離的目的。干燥25是生物產(chǎn)品分離的最后一步，其目的主要是除去原料、半

24、成品中的水分或溶劑，以便于加工、運(yùn)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(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)，必須考慮的幾個(gè)原則：（1）保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家規(guī)定原料藥紅霉素產(chǎn)品中紅霉素a的含量必須大于80%。而本設(shè)計(jì)成品種紅霉素含量按85%計(jì)算。（2）盡量采用成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。努力提高原料利用率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產(chǎn)成本，使工廠建成后能迅速投產(chǎn)，在短期內(nèi)到達(dá)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并做到生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。從本設(shè)計(jì)的總體來(lái)看，菌種選用的是德國(guó)進(jìn)口的發(fā)酵效價(jià)很高的一種，生產(chǎn)工藝來(lái)看是

25、國(guó)內(nèi)用的比較多的一種，其中補(bǔ)料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)很先進(jìn)的設(shè)備。（3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。本設(shè)計(jì)完全滿足要求。（4）安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全。（5）生產(chǎn)過(guò)程幾乎全部采用的機(jī)械化，部分系統(tǒng)自動(dòng)化。能穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。2.2 工藝流程的確定2.2.1初期準(zhǔn)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(chǎn)，高純度的孢子，保存，以備后期發(fā)酵使用。同時(shí)需注意，每批孢子成熟后除做搖瓶試驗(yàn)測(cè)定生產(chǎn)能力外，還應(yīng)插進(jìn)一試驗(yàn)罐對(duì)比考察發(fā)酵水平，如不低于前批孢子，可用于生產(chǎn)。2） 擴(kuò)到培養(yǎng)：擴(kuò)大培養(yǎng)采用搖瓶種子培養(yǎng)。選擇合適的培養(yǎng)基配比，

26、在避光，37下，進(jìn)行菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)。3）菌種發(fā)酵水平的初步鑒定：在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)前需對(duì)菌種的發(fā)酵水平進(jìn)行測(cè)定，因此，通過(guò)對(duì)菌種進(jìn)行搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)，檢測(cè)其發(fā)酵水平，可對(duì)菌種的發(fā)酵水平進(jìn)行初步的評(píng)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(jìn)行發(fā)酵的放大，也就是在試驗(yàn)罐中檢測(cè)其發(fā)酵水平，只有在此達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，接種到生產(chǎn)發(fā)酵罐中。若達(dá)不到，需換發(fā)酵用的孢子，重新進(jìn)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(guò)程中保持其穩(wěn)定高產(chǎn)的性能，同時(shí)滿足發(fā)酵生產(chǎn)的需要，在生產(chǎn)開(kāi)始采用三級(jí)發(fā)酵。經(jīng)過(guò)三級(jí)發(fā)酵后的種子發(fā)酵液進(jìn)入發(fā)酵罐，經(jīng)過(guò)一個(gè)發(fā)酵周期后放罐，進(jìn)入預(yù)處理罐，期間進(jìn)

27、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(guò)板框壓濾機(jī)進(jìn)行除雜，同時(shí)清洗板框后的清洗液返回預(yù)處理罐。接下來(lái)進(jìn)行溶媒萃取，萃取液經(jīng)碟片分離機(jī)后將萃取相與萃余相分離，萃余相直接通過(guò)真空抽濾回收萃取液，萃取相則進(jìn)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(jié)晶，通過(guò)高速離心得到晶體，再通過(guò)淋洗，干燥獲得成品。2.2.3 發(fā)酵流程發(fā)酵罐三級(jí)種子罐1二級(jí)種子罐1一級(jí)種子罐1碟片分離溶媒萃取板框壓濾機(jī)預(yù)處理罐 成品干燥結(jié)晶高速離心成鹽3.工藝計(jì)算3.1設(shè)計(jì)指標(biāo)及主要物性參數(shù)1）發(fā)酵系統(tǒng)表3.1發(fā)酵系統(tǒng)參數(shù)table 3.1 parameters of ferment

28、ation system項(xiàng)目單位指標(biāo)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(wú)菌空氣處理系統(tǒng)表3.2無(wú)菌空氣處理參數(shù)table 3.2 parameters of sterile air processing項(xiàng)目單位指標(biāo)空壓機(jī)出口壓力mpa0.30-0.35進(jìn)罐空氣溫度40-45進(jìn)總過(guò)濾器空氣濕度%60空氣潔凈度級(jí)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(shù)table 3.3 parameters

29、 of extraction section 收率提取堿化板框丁提成鹽淋洗指標(biāo)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(jí)種子罐%二級(jí)種子罐%三級(jí)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0.0450.060.060.068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(bǔ)料（

30、1）補(bǔ)氨水量：按11.5（l / m3發(fā)酵液體積）計(jì)算發(fā)酵過(guò)程氨水補(bǔ)加總量；（2）補(bǔ)糖液量：按90（kg / m3發(fā)酵液體積）計(jì)算發(fā)酵過(guò)程中糖液補(bǔ)加總量；（3）加消沫油量：按0.005（l / m3發(fā)酵液體積）計(jì)算發(fā)酵過(guò)程加消沫油總量；（4）補(bǔ)硫酸銨量：按0.004（l / m3發(fā)酵液體積）計(jì)算發(fā)酵過(guò)程硫酸銨補(bǔ)加量。8）接種量（1）一級(jí)種子罐至二級(jí)種子罐按10%計(jì)算。（2）二級(jí)種子罐至三級(jí)種子罐按10%計(jì)算。（3）三級(jí)種子罐至發(fā)酵罐按20%計(jì)算。9）培養(yǎng)基滅菌（1）一級(jí)種子罐及二級(jí)種子罐培養(yǎng)基和實(shí)罐滅菌。（2）三級(jí)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(shí)罐滅菌，氨水采

31、用過(guò)濾除菌。10）移種及補(bǔ)料方式（1）一級(jí)種子罐至二級(jí)種子罐的移種設(shè)置一個(gè)分配站。（2）二級(jí)種子罐、滅菌培養(yǎng)基至三級(jí)種子罐設(shè)置一個(gè)分配站。（3）三級(jí)種子罐、糖液至發(fā)酵罐設(shè)置一個(gè)分配站。（4）滅菌培養(yǎng)基至發(fā)酵罐設(shè)置一個(gè)分配站。（5）氨水、硫酸銨、消沫油等至各發(fā)酵罐設(shè)置一個(gè)分配站。11）裝料系數(shù)一級(jí)種子罐：60 %；二級(jí)種子罐：60 %；三級(jí)種子罐：60 %；發(fā)酵罐：70 %；12）通氣量一級(jí)種子罐：2（vvm）；二級(jí)種子罐：1.5（vvm）；三級(jí)種子罐：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(zhuǎn)速范圍一級(jí)種子罐：

32、60-400（rpm）；二級(jí)種子罐：60-240（rpm）；三級(jí)種子罐：60-200（rpm）；發(fā)酵罐：60-130（rpm）。14）培養(yǎng)時(shí)間一級(jí)種子罐：64 h；二級(jí)種子罐：56 h；三級(jí)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(zhuǎn)速顯示及變頻調(diào)速、液位報(bào)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(dòng)控制。16）水系統(tǒng)和蒸汽（1）自來(lái)水：常溫、0.3mpa，用于配料、夏天實(shí)罐滅菌前期冷卻、清洗設(shè)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

33、水：9-14（溫差5），0.3mpa，用于夏天空氣后級(jí)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(chē)間用汽壓力為0.3-0.4mpa。3.2 發(fā)酵工段工藝計(jì)算3.2.1物料衡算1）發(fā)酵液每天放罐體積的計(jì)算表3.5發(fā)酵工段工藝參數(shù)table 3.5 parameters of fermentation section項(xiàng)目符號(hào)單位參數(shù)設(shè)計(jì)年產(chǎn)量mt / y330成品效價(jià)uqu / mg720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

34、（4-1） 1000×330×720/330×14000×0.65×（1-0.03） 81.5679 m3/d注釋：每天需生產(chǎn)產(chǎn)品：kg / d考慮3%染菌和65%總收率：每天需生產(chǎn)產(chǎn)品 （4-2） =1000 /0.65×（1-0.03）1492.308kg / d每天生產(chǎn)產(chǎn)品的效價(jià)數(shù)： （4-3） =1492.308×1000×1000×720 1.07446×1012u每噸發(fā)酵液中產(chǎn)物含量： （4-4） =1000×1000×14000 =1.4×1010u因

35、此： 每天需生產(chǎn)發(fā)酵液的體積數(shù) （4-5） 1.07446×1012/ 1.4×1010 76.7471m3 / d2）發(fā)酵罐公稱容積v0和臺(tái)數(shù)n的計(jì)算（1）發(fā)酵罐公稱容積v0的計(jì)算 (4-6)式中：nd-每天放罐罐數(shù)，1 / d； l-發(fā)酵罐裝料系數(shù)，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(jù)國(guó)內(nèi)常用的發(fā)酵罐容積系列標(biāo)準(zhǔn)，圓整取v0 100m3與生產(chǎn)相同（2） 發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)n的計(jì)算 （d） （4-8） （9-8） =16032196h8d 發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)：n nd×t1×88

36、臺(tái) 生產(chǎn)中取10臺(tái)（3）三級(jí)種子罐公稱容積v3和臺(tái)數(shù)n3的計(jì)算三級(jí)種子罐公稱容積 （4-10） 1.15×76.7471×0.2/ 0.629.4197m3 取n31 罐 / d 因?yàn)槿?jí)種子罐的發(fā)酵周期t3=6432/244d 三級(jí)種子罐的數(shù)量1×44臺(tái)生產(chǎn)中取8臺(tái)（4）二級(jí)種子罐公稱容積v2和臺(tái)數(shù)n2的計(jì)算二級(jí)種子罐的公稱容積 （4-11） 1.15×29.4197×0.6×0.1/ 0.63.393m3學(xué)生自已圓整二級(jí)種子罐的公稱容積（生產(chǎn)中用1000×1500）取n21 罐 / d 因?yàn)槎?jí)種子罐的發(fā)酵周期t2=64

37、32/244d二級(jí)種子罐的數(shù)量1×44臺(tái)生產(chǎn)中取8臺(tái)（5）一級(jí)種子罐公稱容積v0和臺(tái)數(shù)n0的計(jì)算一級(jí)種子罐的公稱容積 （4-12） 1.15×3.383×0.6×0.1/ 0.60.3890m3學(xué)生自已圓整一級(jí)種子罐的公稱容積（生產(chǎn)中500l）取n11 罐 / d 因?yàn)橐患?jí)種子罐的發(fā)酵周期 t1=6432/ 244d一級(jí)種子罐的數(shù)量1×44臺(tái) 生產(chǎn)中取8臺(tái)3） 發(fā)酵罐物料的計(jì)算（1）每天需放罐發(fā)酵液的體積 vd 76.7471 m3（2）發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 的計(jì)算取發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為發(fā)酵液總量的15 %。則 （4-13） 0.15&#

38、215;76.747111.512m3（3）補(bǔ)料量v補(bǔ)的計(jì)算取生產(chǎn)數(shù)據(jù) （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(jí)種子罐物料的計(jì)算（1）每天需放罐發(fā)酵液的體積 15.349m3（2）發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 v損的計(jì)算取發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為三級(jí)種子培養(yǎng)液總量的15 %。 則 0.15×15.3492.302m3（3）種子培養(yǎng)液 0.

39、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(xiàng)目發(fā)酵罐/ m3一級(jí)罐/ m3二級(jí)罐/m3三級(jí)罐/ m3進(jìn)入物料滅菌后65.5516.1161.61160.16116種子液15.3491.53490.153490.01534補(bǔ)料7.35000合計(jì)88.2517.6517.6510.1765離開(kāi)物料損失11.5122.3020.23020.02302放罐76.73817.421.7420.1742合計(jì)88.2517.6511.76510.1765table 3.6 material c

40、onservation5）二級(jí)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(nèi)水分蒸發(fā)損失量 的計(jì)算取發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為二級(jí)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(jí)種子罐物料衡算（1）每天需放罐發(fā)酵液的體積 0.15349m3（2）發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 的計(jì)算取發(fā)酵罐內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為一級(jí)種子培養(yǎng)液總量的15 %。則0.15×0.1534

41、90.02302m3（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(jí)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(jí)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0.06%；消沫油4(l / m3)；玉米漿(l / m3)0.1。（3） 三級(jí)種子罐培養(yǎng)基黃

42、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(jì)算表3.7配料用水量table 3.7 water consumption of ingredients設(shè) 備一級(jí)種子罐二級(jí)種子罐三級(jí)種子罐發(fā)酵罐配料用水量m3）0.161161.611616.11665.55（1

43、）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(jīng)驗(yàn)?。合垂抻盟繛楣薰Q容積的80 %。洗罐用水量 （4-19）一級(jí)種子罐：0.8×0.38900.3112 二級(jí)種子罐：0.8×3.3832.7064三級(jí)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(jì)算種子罐和發(fā)酵罐的生物反應(yīng)熱 25100kj / m3hr （4-20）一級(jí)種子罐生物反應(yīng) （4-21） 25122×0.06921736.92kj / hr二級(jí)種子罐生物反應(yīng)熱 （4-22） 25122

44、15;0.69217369.2kj / hr三級(jí)種子罐生物反應(yīng)熱 （4-23） 25122×6.92173692 kj / hr發(fā)酵罐生物反應(yīng)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(jì)算取發(fā)酵液與冷卻水的平均溫度差t5 ； 水的比熱4.187 kj / （kg·）冷卻水用量 （4-26）一級(jí)種子罐冷卻水用量 （4-27） 1736.92/4.187×583.10 kg / h

45、r二級(jí)種子罐冷卻水用量 （4-28） 17369.2/4.187×5831.0 kg / hr三級(jí)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正常生產(chǎn)時(shí)一級(jí)種子罐、二級(jí)種子罐和三級(jí)種子罐各同時(shí)使用三個(gè)，發(fā)酵罐同時(shí)使用七個(gè)?？紤]20%損失，因此冷卻水總用量 （4-32） 1.2×3&

46、#215;83.043×830.43×83047×41520 381788 kg / hr 382t / hr3）蒸汽用量的計(jì)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(jí)種子罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量 （4-34） 5×0.3890×1.9663.824kg二級(jí)種子罐濕熱滅菌用水蒸汽消耗量 （4-35） 5×3.383×1.96633.25kg三級(jí)

47、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(duì)應(yīng)一、二、三級(jí)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(shí)罐滅菌蒸汽消耗量的計(jì)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(guò)程中，蒸汽消耗量為d直，i，根據(jù)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） 0.16116×1000×4.187（121-29）×(1+10%)/ ( 2143.65