【正文】 ...................................................................10 設計指標及主要物性參數 ..................................................................................10 發(fā)酵工段工藝計算 .............................................................................................13 無菌空氣處理 ......................................................................................................36 提取工段工藝計算 ..............................................................................................37 三廢的處理 ..........................................................................................................39 ............................................................................................................41 工廠總平面布置設 計原則 ..................................................................................41 車間布置設計原則 ..............................................................................................41 ................................................................................................................................43 ........................................................................................................................44 致 謝 ...............................................................................................................................46 2 紅霉素的理化性質 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 ErAErF，其中 ErA的抑菌活性最高。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。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]。 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 4 酰 COA。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。 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%90%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。本設計完全滿足要求。 發(fā)酵流程 一級種子罐 1 二級種子罐 1 三級種子罐 1 發(fā)酵罐 預處理罐 板框壓濾機 溶媒萃取 碟片分離 成鹽 高速離心 結晶 干燥 成品 10 1）發(fā)酵系統 表 Table Parameters of Fermentation system 項目 單位 指標 發(fā)酵單位 U / mL 14000 成品單位 U / mg 720 發(fā)酵周期 h 160 發(fā)酵熱 kJ /（ m3 h） 25122 總收率 % 65 年工作日 D / y 330 染菌率 % 發(fā)酵液重度 kg / m3 1050 發(fā)酵液粘度 Cp 50 2）無菌空氣處理系統 表 Table Parameters of Sterile air processing 項目 單位 指標 空壓機出口壓力 Mpa 進罐空氣溫度 ℃ 4045 進總過濾器空氣濕度 % 60 空氣潔凈度 級 100 3） 連續(xù)滅菌溫度 135 ℃ 4） 提取工段要求 表 參數 Table 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 11 6） 培養(yǎng)基配比 表 Table 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 葡萄糖 硫酸銨 氯化鈣 碳酸鈣 磷酸二氫鉀 消沫油（ L/ m3） 16 4 2 玉米漿（ L /m3） 氯化鈷（ L /m3） 7）補料 （ 1）補氨水量：按 （ 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 （ 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 （ L / m3發(fā)酵液體積 ）計算發(fā)酵過程硫酸銨補加量。（ 2）連消系統：溫度和流量連鎖控制。 （ 4）發(fā)酵罐培養(yǎng)基 黃豆餅粉 2%；葡萄糖 5%；硫酸銨 %；氯化鈣 %；碳酸鈣 %；磷酸二氫鉀%；消沫油 (L / m3)；玉米漿 (L / m3)；氯化鈷 (L / m3)。 26 外盤管的面積 內DdnA ?? （ 448） ＝ 52（ 2）＝ 〔 m2〕 （ 5）內盤管的計算 取內盤管的規(guī)格為 φ573， DN50。m2 〕＝ 1620〔 kJ / （ hr （ 3）傳熱計算 取冷卻水出入口溫度差＝ 2015＝ 5℃ ，升溫 5℃ 。 （ 3）傳熱計算 取冷卻水出入口溫度差＝ 2015＝ 5℃ ，升溫 5℃ 。℃ 則 2V損， ＝ ＝ 〔 m3〕 （ 3）種子培養(yǎng)液 2V種， ＝ ＝ 〔 m3〕 （ 4）滅菌后入罐培養(yǎng)基的體積 222d2 VVVV 種，損，滅后， ?? （ 417） ＝ ＋ ＝ 〔 m3〕 6）一級種子罐物料衡算 （ 1）每天需放罐發(fā)酵液的體積 1dV， ＝ 1V種， ＝ 〔 m3〕 （ 2）發(fā)酵罐內水分蒸發(fā)損失量 損V 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 %。 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： （ VVM）；三級種子罐： （ VVM）； 50 m370 m3發(fā)酵罐： （ VVM） ； 80 m3 100 m3發(fā)酵罐： （ VVM）。 為了使菌種在放大過程中保持其穩(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。 （ 2）盡量采用成熟的、先進的技術和設備。 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。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 ZigBee實驗系統，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。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。 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。 I 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。目前國外發(fā)酵單位已達 8 00012 000 μg /ml，而國內大多企業(yè)紅霉素發(fā)酵水平卻一直在 4 0005 000μg /ml[1]。 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，實現了紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基改良，進一步降低生產成本。 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。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 。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。 13）轉速范圍 一級種子罐： 60400（ RPM）；二級種子罐： 60240（ RPM）； 三級種子罐： 60200（ RPM）；發(fā)酵罐： 60130（ RPM）。 則 1V損， ＝ ＝ 〔 m3〕 （ 3）種子培養(yǎng)液 1V種， ＝ ＝ 〔 m3〕 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 種子液 補料 0 0 0 合計 離開物料 損失 放罐 合計 18 （ 4）滅菌后入罐培養(yǎng)基 的體積 111d1 VVVV 種，損，滅后， ??? （ 418） ＝ ＋ ＝ 〔 m3〕 7） 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 %；氯化鈣 %；碳酸鈣 %；磷酸二氫鉀%；消沫油 16(L / m3)；玉米漿 1(L / m3)。m2 〕＝ 1620〔 kJ / （ hr發(fā)酵液溫度＝ 29℃ 。發(fā)酵液溫度＝ 29℃ 。℃ m2） 〕 因為生物反應熱 mtKAQ ?? （ 447） ＝ 2047354〔 kJ / hr〕 則需要總換熱面積 A ＝ 2047354/〔 1620〕＝ 〔 m2〕 （ 4）外盤管的計算 選取 φ＝ 1084 的管子（ d＝ m）半部，取管排間距為 ，在 m罐壁范圍內焊設 n圈半園冷卻管；因此有： 〔 （ n1） +1〕 d＝ 8（＜ 發(fā)酵液層高度 H L ＝ 〔 m〕 ） 〔 （ n1） +1〕 ＝ 8 n＝ 〔圈〕，共繞 52 圈，分為三組，每組 13 圈。 （ 3） 三級種子罐培養(yǎng)基 黃豆餅粉 %；葡萄糖 %；硫酸銨 %；氯化鈣 %；碳酸鈣 %；磷酸二氫鉀 %；消沫油 2(L