年产330吨红霉素工厂的初步设计说明书.docx

330吨/年红霉素生产工厂的初步设计摘要本设计是为330吨/年红霉素生产工厂而进行的初步工艺设计。根据毕业设计大纲和设计任务要求该设计分别对各工艺作了详细阐述.以理论计算为依据.以实际工厂设计为参考.力求接近并切合实际。其主要包括生产工艺的各种指标、设备选形设计计算、物料衡算、水、电、汽的估算以及工艺流程图的设计。整个设计过程在保证达到设计要求和实际需要的前提下力求环保节能.从而能够获得更好的收益.降低对环境的影响.减少对环境的压力。最终理论计算结果在总收率65%的前提下.在发酵工段检测红霉素含量14000UmL.成品单位为720Umg.最终确定选用发酵罐体积为100m3（8个）.一级种子发酵罐0.5（4个）.二级种子发酵罐4m3（4个）.三级种子罐32m3（4个）。提取工段总收率为70%.选取板框压滤机6个.溶媒萃取池3个.三足式离心机6个。符合设计的基本要求.同时满足国家标准。该设计成果主要采用形式为发酵车间平面布置图（1张）.发酵工艺流程图（1张）.发酵车间设备布置立面图（1张）.提取车间设备布置图（1张）和发酵罐的三视图（1张）并编写详细数据说明书。关键词：红霉素；工艺流程；设计AnInitialTechnologicalDesignfor330t/aErythromycinFactoryMaoHailongBiologyEngineering0801,SchooIofEnvironmentaIandBiologicalEngineering,LiaoNingShihuaUniversity,113001,FushunAbstractThissubjectisaninitialtechnoIogicaIdesignforErythromycinwithyearoutputof330ton.Accordingtotherequirement,theprocessoferythromycinproductionandthecaIcuIationofthemassbaIanceandheatquantitybalancearecompleted.Inthissubject,aIIofthemprocessesareexpoundedindetaiI.AlIthecontentsarebasedontheacademiccaIcuIations.WerefertothepracticaIdesignsincompaniesandmakeourbesttoapproachtothepractice.itmainIyincIudestheproductioncrafteachkindoftarget,theequipmentchoosestheshapedesigncaIcuIation,materiaIofthegraduatedarmofasteeIyardcaIcuIation,thewater,theeIectricity,thesteamestimateasweIIastheflowchartdesign.TheentiredesignprocessstrivestoguaranteetheachievementofthedesignrequirementsandtheactuaIneeds.WeaIsonoticetheenvironmentaIprotectionandenergyconservation,whichcanbringabetterincome,reducethediverseimpactontheenvironment,andreducethepressureontheenvironment.Undertheconditionofthefinalerythromycin'scalculation65%,thecontentoferythromycinfermentationbrothis14000UmL.Thecontentoftheenderythromycinproductis720mg.Thefinalselectionoffermenter,svolumeis100m3.Weneedeightfermenters,four0.5m3Firstseedfermenters,four4m3Secondseedfermenters,four32m3Thirdseedfermenters.TheyieldcoefficientofExtractionprocessis70%.Finally,wechose6PIateandframefiIterpresses,3Solventextractionpoolsand6Centrifuge.AlIinaII,thedesignationmeetsthenormaIrequirementsandmeetthenationaIstandards.Intheend,thereisaFermentationfIoor-pIan(1),FIowchat(1),Fermentationprocessequipmentgeneralarrangement(1),ExtractionprocessequipmentgeneraIarrangement(1),Fermenterorthographicviews(1)andcompiIationparticuIardatainstructionbookIet.Keyword：Erythromycin;Process;Design1 .绪论21. 1红霉素的理化性质21.2 国内生产现状21.3 红霉素销售状况21.4 红霉素生产的改善21.5 红霉素生产过程的控制技术41.6 红霉素提取脱色方面的研究61.7 红霉素生产过程相关的设备62«工艺原则和的82. 1工艺原则82.2工艺流程的确定83.工艺计算103.1 设计指标及主要物性参数103.2 发酵工段工艺计算133.3 无菌空气处理363. 4提取工段工艺计算374. 5三废的处理404.总平面布置说明425. 1工厂总平面布置设计原则424.2车间布置设计原则425 .总结446 .参考文献45致谢481 .绪论1.1 红霉素的理化性质红霉素(Erythromycin.Er)为十四元大环内酯类抗生素.是红色糖多抱菌(SaccharopoIysporaerythraea)的次级代谢产物.包括ErA-ErF.其中ErA的抑菌活性最高。红霉素具有广谱抗菌作用.它的抗菌谱和青霉素G相似.特别对革兰氏阳性细菌、大病毒、抗酸杆菌及立克次氏体有抗菌活性.是治疗由溶血性链球菌感染和耐药性金黄色葡萄球菌感染所引起疾病的首选药物。近几年红霉素衍生物的兴起.大大刺激了母体红霉素的需求。1.2 国内生产现状我国红霉素发酵水平属低水平重复操作.与发达国家相比差距较大。目前国外发酵单位已达8000-12000g/ml.而国内大多企业红霉素发酵水平却一直在4000-5000g/ml，1o1.3 红霉素销售状况近年来.通过对红霉素结构改造半合成了许多抗炎性药物.同时.以红霉素合成酶基因为基础的组合生物合成方法可以合成成千上万种新的聚酮结构.为合成新药提供了新方法。随第二代红霉素(如阿奇霉素、罗红霉素、克拉霉素等)、第三代红霉素(如泰利霉素)在日本和欧洲上市.国内外市场对红霉素的需求大大增加。加之在抗生素药物中.红霉素生物合成的分子生物学过程最为清晰.因此.红霉素的生产仍具有广阔的前景。1.4 红霉素生产的改善红霉素工厂的设计首先注重的是菌种选育.培养基的组成.然后进行发酵生产。菌种是通过育种.选育的具体抗噬菌体.生产能力高的菌种。选育以诱变育种为主要方法。选择好菌种后在进行培养基的选择.针对菌种的不同.选择合适的培养基选择方法。通过对红霉素发酵培养基的优化.有研究通过实验得出一优化的培养基的组成配比.红霉素发酵培养基中的C/N过高或过低都不能取得较高的发酵水平.研究者针对UL5菌株得出相应结论.但其它菌种并没有说明.因此在使用UL5外的菌株时.可以参考本文进行优化培养基组成配比.达到相应的效果。若使用其它菌株应进行相应的优化实验.从而获得优化的培养基配比。红霉素作为大环内酯类抗生素.有研究表明通过在培养基中加入油脂类缓慢利用碳源.来促进红霉素的发酵生产.得出油脂的不饱和性越高.红霉素产量越高。油脂组成越复杂.红霉素产量越高。但是发酵中添加油脂的量需进行培养基优化测定。红色链霉菌发酵产红霉素培养基的响应面优化改进.为工业发酵提供了丰富而价廉的原料。有研究表明利用中心组合设计.采用响应面分析法对目前红霉素发酵生产过程常用的几种碳源和氮源进行筛选和优化.优选出淀粉和糊精作为混合碳源.豆饼粉和玉米浆作为混合氮源.而不使用成本较高且消耗量大的葡萄糖和蛋白陈等。另外.豆饼粉和玉米浆其他元素含量丰富.基本不需额外添加蛋白陈和其他微量元素.摇瓶发酵实验结果接近于目前一般工业发酵生产红霉素的水平。均匀设计法优化柔红霉素发酵培养基有研究表明均匀设计利用玉米浆、放皮、扶质粉作为培养基原料.实现了红霉素发酵培养基改良.进一步降低生产成本。增加表柔红霉素aveBIV基因拷贝数：表柔红霉素是柔红霉素中柔红糖胺C2位羟基表异构化的产物.是重要的抗肿瘤抗生素表阿霉素的半合成前体有研究表明在pSET152质粒中构建两个aveBIV的表达单元.将构建的随机整合质粒导入MHJ-02-30-1中.得到含有3个aveBIV基因表达单元的突变株MYGIII8.且突变株的生产效率很高.为工业应用提供了跟好的菌株。对剔除糖多花红菌霉中的MCM基因在糖基和油基中代谢的比较得出代谢模型一在糖基中MCM消耗甲基丙二酸单酰COA.而在油基中是产生甲基丙二酸单酰COA0这个模型在某种程度上解释了.在生化水平的改善油基生产过程红霉素的产量.以及改善糖基发酵过程中.mutB红霉菌株基因水平上突变的调控。通过表达一个外源基因编码的S腺昔甲硫氨酸合成酶来提高红霉素A的产量18.研究表明将来源于链霉菌的S腺苔甲硫氯酸合成酶(SAM-S)的基因通过载体DNA整合到E2糖多施红菌霉染色体上.提高了糖多施红菌霉E1重组菌株中SAM的产量。生物鉴定红霉素的浓度表明改造后的菌株El是改造前菌株E2的2倍多。高效液相色谱检测红霉素A的含量增加.主要杂质红霉素B的含量降低。通过增加SAM-s基因的剂量.并利用所构建基因表达单元中羟基化酶(eryG)和甲基化酶(eryK)的不同组合方式.以及同源重组位点的改变.调节两个酶的表达比例.疏导中间产物向目标产物红霉素的转化.从而提高红霉素的浓度通过优化优化工业发酵条件.来提高红霉素A的产量生产皿.在50L的糖多抱红菌霉发酵生产红霉素过程中.加入玉米浆会提高红霉素A的产率。而红霉素B基本上没有.红霉素C的产生也大幅度降低。分析表明细胞内外及关键酶的调控.在加入玉米浆后促进了TCA循环的中间代谢.诱导提高了红霉素的合成。关键是利用ZL1004菌株的发酵.由实验的50L发酵罐.成功的进行了大规模的产业发酵1.5红霉素生产过程的控制技术利用计算机技术进行调控g.传统的PlD控制因为算法简单.鲁棒性好.可靠性高.具有可以改善系统的动态特性和稳态特性等优点.因而被广泛应用于工业控制系统；但是对于工业过程中的时变、非线性、滞后或高阶大惯性对象.常规PID控制难以取得满意的控制效果。为了克服传统PID的缺点.设计者通过对模糊控制的了解.将模糊控制与PlD控制相结合得到模糊PlD控制.使得控制过程变得精度更高.改善了系统的动静态性能.是发酵过程的调控更加的准确。利用VB对红霉素发酵过程的监控系统s.研究表明在VB6.0的编程环境下.采用ADO访问数据库服务器.然后采用ACtiVeX技术将VB与MATLAB的交互.利用MATLAB软件的线性分析和仿真能力.进行矩阵运算和三维图形输出。由于红霉素发酵过程具有严重非线性、时变性、不稳定性和生长周期长等特点需进行神经网络预测的程序设计。采用ZigBee技术实现传感器数据的无线传榆是完全可行的.最终生成具有短距离无线通信能力的Zig-Bee实验系统.既可以减轻控制现场电缆众多的问题.又可以提高传感器的可移动性.从而提高传感器安装的灵活性和使用的便利性。有研究表明通过控制供氧可以调节红霉素发酵液的组成1通过对红霉素工程菌ZLlOO4发酵液组分的影响.采用不同形式摇床、改变摇瓶装液量.并在50L发酵罐中控制不同的溶氧水平.说明低供氧对于B组分的转化具有抑制作用.高供氧有利于红霉素有效组分A的合成。该研究只针对工程菌ZLIoo4.不涉及其它菌株.因此在使用其它工程菌发酵时可参考相应的实验方法进行供氧条件的判定。再者.不同发酵阶段不同发酵温度对发酵液的组成有着不同程度上的影响EL有研究表明变温发酵生产红霉素.能够影响发酵液的组成。发酵前期温度偏高有利于菌体的生长.发酵后期降温有利于延缓菌体的衰老.从而增长红霉素合成期.增加红霉素的积累。研究发现通过变温使发酵中后期发酵液粘度的提高有利于红霉素A的生产.发酵液粘度的提高有利于提高供氧进一步提高红霉素A的比例.降低杂质的含量.从而降低生产成本。采用人工神经网络进行实时测量M.研究通过使用左旋人工神经网络对红霉素发酵液中菌丝的浓度、糖的浓度、化学效力进行测定。与离线测定相比人工神经网络测定能够提供更多的信息.从而实现对红霉素发酵过程进行实时的调控。左旋人工神经网络比普通的人工神经网络操作更简单。研究开发陶瓷膜集成技术新的生产工艺大大降低红霉素提取成本.减少废水排放、提高了目标产物的回收率。除杂后的红霉素发酵液先经过陶瓷膜澄清.再经过有机纳滤膜浓缩.后处理得到成品。方法简单.膜污染后清洗方便.且恢复率高.生产成本降低。1.6 红霉素提取脱色方面的研究有关研究使用阴离子交换纤维对发酵液进行脱色"L研究表明发酵液在PH呈偏碱性时.用阴离子交换纤维进行脱色效果明显。同种条件下阴离子交换纤维比阴离子交换树脂效果要好.而且红霉素损失也小。阴离子交换纤维在使用后可进行再生.再生后其脱色效果基本不会变化.可重复利用.降低生产过程中脱色的成本。研究通过高效液相色谱法进行红霉素发酵液组成的测定研究表明对发酵液过滤后进行冷冻干燥处理与氯仿萃取比较得出.冷冻干燥处理红霉素损失几乎为0又因为杂质均为水溶性物质.故采用乙醇等有机溶剂溶解.得到纯度相当高的红霉素溶液.然后利用合适的离子交换载体、缓冲液对红霉素进行测定。该方法除杂方法简单、彻底.得到红霉素纯度很高.测定结果准确.但是高效液相色谱法操作复杂.响应时间长。通常检测批量少。在采用上述中的除杂方法后.可采用紫外分光光度计法网对红霉素组成及含量进行检测。1.7 红霉素生产过程相关的设备标准式发酵罐网.是纯种培养生物工程中使用最为普通的发酵罐.约占发酵罐总数的80%-90%以上.随着发酵过程的控制和检测水平提高.发酵罐的容积增大已成生物发酵业的趋势。液体搅拌目的是使参与的个无聊能充分混合.但不同类型的搅拌过程的流动过程的流动状况及对搅拌的要求不同。因此.需对均相液液调和、非均相液液分散和混合以及固液悬浮等四种搅拌过程的机理分别进行分析。常用设备中容器型式有：常压平底、平盖容器.常压平底、锥盖容器。细分还有立式薄壁常压容器、钢制立式圆筒形固定顶储罐等。离心机和过滤机网是发酵生产中必不可少的部分。离心机有很多类：三足式离心机、上悬式离心机、卧式刮刀卸料离心机等。过滤是按过滤推动力不同分类的：重力过滤、离心过滤、加压和真空过滤萃取阿是分离液体混合物的单元操作之一.将选定的有机溶剂加到混合物中.依照各组分在溶剂中溶解度不同从而达到分离的目的。干燥固是生物产品分离的最后一步.其目的主要是除去原料、半成品中的水分或溶剂.以便于加工、运输、使用、贮藏等。常用的方法有喷雾干燥、微波干燥、滚筒干燥、冷冻干燥等。2 .工艺原则和流程的确定3 .1工艺原则进行工艺流程设计.必须考虑的几个原则：(1)保证产品的质量符合国家标准.国家规定原料药红霉素产品中红霉素A的含量必须大于80%。而本设计成品种红霉素含量按85%计算。(2)尽量采用成熟的、先进的技术和设备。努力提高原料利用率.提高劳动生产率.降低水、电、汽及其他能量消耗.降低生产成本.使工厂建成后能迅速投产.在短期内到达设计生产能力和产品质量要求.并做到生产稳定、安全、可靠。从本设计的总体来看.菌种选用的是德国进口的发酵效价很高的一种.生产工艺来看是国内用的比较多的一种.其中补料系统和空气处理系统是国内很先进的设备。(3)尽量减少三废排放量.有合理的三废处理措施。本设计完全满足要求。(4)安全生产.以保证人身和设备的安全。(5)生产过程几乎全部采用的机械化.部分系统自动化。能稳产、高产。2.2工艺流程的确定2.2 .1初期准备：种子培养及发酵菌株的确定1)菌种的筛选：菌种的筛选采用最常用的且有效的斜面抱子培养。筛选高产.高纯度的池子.保存.以备后期发酵使用。同时需注意.每批瓶子成熟后除做摇瓶试验测定生产能力外.还应插进一试验罐对比考察发酵水平.如不低于前批袍子.可用于生产。2)扩到培养：扩大培养采用摇瓶种子培养。选择合适的培养基配比.在避光.37下.进行菌种的扩大培养。3)菌种发酵水平的初步鉴定：在进行发酵生产前需对菌种的发酵水平进行测定.因此.通过对菌种进行摇瓶发酵培养.检测其发酵水平.可对菌种的发酵水平进行初步的评估。4)菌种发酵水平的最终确定：菌种发酵水平的最终确定需进行发酵的放大.也就是在试验罐中检测其发酵水平.只有在此达到标准才能进行发酵生产.接种到生产发酵罐中。若达不到.需换发酵用的瓶子.重新进行步骤2)3)4)o2.3 .2发酵流程的确定为了使菌种在放大过程中保持其稳定高产的性能.同时满足发酵生产的需要.在生产开始采用三级发酵。经过三级发酵后的种子发酵液进入发酵罐.经过一个发酵周期后放罐.进入预处理罐.期间进行发酵液的碱化处理.以便后续工作。与处理后的发酵液通过板框压滤机进行除杂.同时清洗板框后的清洗液返回预处理罐。接下来进行溶媒萃取.萃取液经碟片分离机后将萃取相与萃余相分离.萃余相直接通过真空抽滤回收萃取液.萃取相则进入成盐工序.成盐采用加入硫氯酸钠(NaSCN).再加入冰醋酸是硫氨酸红霉素结晶.通过高速离心得到晶体.再通过淋洗.干燥获得成品O2.2.3发酵流程3.工艺计算3.1设计指标及主要物性参数1）发酵系统表3.1发酵系统参数Table3.1ParametersofFermentationsystem项目单位指标发酵单位U/mL14000成品单位U/mg720发酵周期h160发酵热kJ/(m3h)25122总收率%65年工作日D/y330染菌率%3.0发酵液重度kg/m31050发酵液粘度Cp502）无菌空气处理系统表3.2无菌空气处理参数Table3.2ParametersofSteriIeairprocessing项目单位指标空压机出口压力Mpa0.30-0.35进罐空气温度40-45进总过滤器空气湿度%60空气洁净度级1003)连续灭菌温度1354)提取工段要求Tabl表3.3提取工段参数e3.3ParametersofExtractionsection收率提取碱化板框丁提成盐淋洗指标70%85%97%90%98%98%5）厂址：抚顺6）培养基配比表3.4培养基配比TabIe3.4ComponentoftheMedium原料名称一级种子罐二级种子罐（%）三级种子罐发酵罐C%）黄豆饼粉3.02.52.52.0前萄糖4.04.54.55.0硫酸镁0.60.60.60.4氯化钙0.10.10.10.1碳酸钙0.60.60.60.4磷酸二氢钾0.0450.060.060.068消沫油（L/m3）16420.5玉米浆（Lm3）0.10.10.10.15氯化牯（Lm3）0.0057）补料（1）补氨水量：按11.5（L113发酵液体积）计算发酵过程氮水补加总量；（2）补糖液量：按90（kg/m'发酵液体积）计算发酵过程中糖液补加总量；（3）加消沫油量：按0.005（L/才发酵液体积）计算发酵过程加消添油总量；（4）补硫酸较量：按0.004（L/疗发酵液体积）计算发酵过程硫酸镁补加量。8）接种量（1）一级种子罐至二级种子罐按10%计算。（2）二级种子罐至三级种子罐按10%计算。（3）三级种子罐至发酵罐按20%计算。9）培养基灭菌（1）一级种子罐及二级种子罐培养基和实罐灭菌。（2）三级种子罐及发酵罐培养基、糖液采用连续灭菌。（3）硫酸锭和消沫油采用实罐灭菌.氨水采用过滤除菌。10）移种及补料方式（1）一级种子罐至二级种子罐的移种设置一个分配站。（2）二级种子罐、灭菌培养基至三级种子罐设置一个分配站。（3）三级种子罐、糖液至发酵罐设置一个分配站。(4)灭菌培养基至发酵罐设置一个分配站。(5)氨水、硫酸锭、消沫油等至各发酵罐设置一个分配站。11)装料系数一级种子罐：60%;二级种子罐：60%;三级种子罐：60%;发酵罐：70%;12)通气量一级种子罐：2(VVM);二级种子罐：1.5(VVM);三级种子罐：1.0(VVM);50m3-70a?发酵罐:0.7(VVM);80m3-100-发酵罐:0.6(VVM)o13)转速范围一级种子罐：60-400(RPM);二级种子罐:60-240(RPM);三级种子罐：60-200(RPM);发酵罐：60-130(RPM)o14)培养时间一级种子罐：64h；二级种子罐：56h；三级种子罐：64h；发酵罐：160ho15)自控要求(1)发酵系统：种子罐、发酵罐温度自控、PH控制、罐压指示、溶氧指示、转速显示及变频调速、液位报警。(2)连消系统：温度和流量连锁控制。(3)空气系统：温度自动控制。16)水系统和蒸汽(1)自来水：常温、0.3MPa.用于配料、夏天实罐灭菌前期冷却、清洗设备等。(2)循环水：20-25(温差5).0.3MPa.用于连续灭菌培养基的冷却、空气冷却。(3)低温水：9-14(温差5°C).0.3MPa).用于夏天空气后级冷却及发酵控温冷却。(4)冷盐水：-10-(TC(温差I(TC).0.3MPa.用于料液冷却保温。(5)蒸汽：发酵车间用汽压力为0.3-0.4MPa。3.2发酵工段工艺计算3.2.1物料衡算1）发酵液每天放罐体积的计算表3.5发酵工段工艺参数TabIe3.5ParametersofFermentationsection项目符号单位参数设计年产量Mt/y330成品效价UqU/mg720年工作日md/y330发酵水平UfU/mL14000染菌率X%3.0提取总收率%65每天需放罐发酵液的体积Vd:Vd=1000×M×Uq×t÷m×Uf×7×(1-x)m3/d(4-1)=1000X330X720/(330×14000×0.65×(1-0.03)=81.5679(m7d注释：每天需生产产品：M×10÷m=330×1000/330=1000kg/d考虑3%染菌和65%总收率：每天需生产产品M2=Mi÷77×(1-X)(4-2)=1000/0.65×(1-0.03)=1492.308kg/d每天生产产品的效价数：Uqi=IO6M2XUq(4-3)=1492.308×1000×1000×720=1.07446×1012(U)每吨发酵液中产物含量:(4-4)Uql=IO6Uf=1000×1OOOX14000=1.4×10,°(U)因此：每天需生产发酵液的体积数Uqd=UqI/Uf(4-5)=1.07446×10,71.4×1O10=76.7471(m3/d2)发酵罐公称容积VO和台数n的计算(1)发酵罐公称容积Vo的计算Vo=VdNd×q(4-6)式中：Ner每天放罐罐数.1/d：0发酵罐装料系数.可取70%。取Nd=I罐/d发酵罐公称容积Vo=Vd/NdXgJ(4-7)=76.7471(1×0.7=109.639(m3)依据国内常用的发酵罐容积系列标准.圆整取Vo=100(m3J与生产相同(2)发酵罐台数n的计算发酵罐台数h=NdX总发酵周期T(d)(4-8)总发酵周期T=发酵周期+辅助时间(9-8)=160+32=196(h=8(dj发酵罐台数：n=NdXT=IX8=8台生产中取10台(3)三级种子罐公称容积V3和台数,的计算三级种子罐公称容积V3=(1.15Vd×接种比)/装料系数(4-10)=1.15X76.7471X0.2/0.6=29.4197(m3)取4=1罐/d因为三级种子罐的发酵周期=13二64+32/24=4d三级种子罐的数量m=N3xT3=1X4=4台生产中取8台(4)二级种子罐公称容积V2和台数屯的计算二级种子罐的公称容积V2=(1.15Vd×接种比)/装料系数(471)=(1.15×29.4197×0.6×0.1/0.6=3.393(m3J学生自己圆整二级种子罐的公称容积(生产中用1000×1500)取M=1罐/d因为二级种子罐的发酵周期=T2=64+32/24=4d二级种子罐的数量n2=N2xT2=1X4=4台生产中取8台(5)一级种子罐公称容积VO和台数no的计算一级种子罐的公称容积V1=(1.15Vd×接种比)/装料系数(4-12)=1.15X3.383X0.6X0.1/0.6=0.3890(m3学生自已圆整一级种子罐的公称容积(生产中500L)取NI=I罐/d因为一级种子罐的发酵周期=T1=64+32/24=4(d)一级种子罐的数量m=NixTi=1×4=4台生产中取8台3)发酵罐物料的计算(1)每天需放罐发酵液的体积Vd=76.7471(m3J(2)发酵罐内水分蒸发损失量V损的计算取发酵罐内水分蒸发损失量为发酵液总量的15%。则V损=0.15Vl(4-13)=0.15X76.7471=11.5121心(3)补料量V补的计算取生产数据V补=V焚水+V消沫油+V硫酸钱+V糖液(4-14)=76.7471×(11.5+0.005+0.004/1000+6.47=7.35(m3)(4)种子液V种=0.2Vd=0.2×76.7471=15.349(m3(5)灭菌后入罐培养基的体积V天后=Vd-V补÷V损-V种(4-15)=76.74-7.35+11.512-15.349=65.55(m3)4)三级种子罐物料的计算(1)每天需放罐发酵液的体积Vd,3=15.349Cm3(2)发酵罐内水分蒸发损失量V损的计算取发酵罐内水分蒸发损失量为三级种子培养液总量的15%o贝IV陨,3=0.15X15.349=2.302m3)(3)种子培养液V种,3=0.1×15.349=1.535(m3J(4)灭菌后入罐培养基的体积V灭后,3=Vd,3+V损,3V种,3(4-16)=15.349+2.302-1.535=16.116(m3)表3.6物料总平衡表TabIe3.6MateriaIconservation项目发酵罐/m3一级罐/m二级罐/m三级罐/m3灭菌后65.5516.1161.61160.16116种子液15.3491.53490.153490.01534补料7.35000合计88.2517.6517.6510.1765损失11.5122.3020.23020.02302放罐76.73817.421.7420.1742合计88.2517.6511.76510.1765进入物料离开物料5)二级种子罐物料衡算(1)每天需放罐发酵液的体积V<1,2=V种,2=1.5349O)(2)发酵罐内水分蒸发损失量V损的计算取发酵罐内水分蒸发损失量为二级种子培养液总量的15%。贝IV损,2=0.15×1.5349=0.2302(m3J(3)种子培养液V种,2=0.1×1.5349=0.15349(m3J(4)灭菌后入罐培养基的体积V灭后,2=Vd,2+V损,2-V种,2(4-17)=1.5349+0.2302-0.15349=1.61166)一级种子罐物料衡算(1)每天需放罐发酵液的体积VdJ=V种/=0.15349Cm3J(2)发酵罐内水分蒸发损失量V损的计算取发酵罐内水分蒸发损失量为一级种子培养液总量的15%。则V抵i=0.15X0.15349=0.02302(m3)(3)种子培养液V种J=0.1X0.15349=0.015349CmM(4)灭菌后入罐培养基的体积V灭后J=Vd,+V损,1V种,1(4-18)=1.5349+0.02302-0.01535=0.16116(m3J7)原料消耗：(1)一级种子罐培养基黄豆饼粉3%;葡萄糖4%；硫酸锭0.6%：氯化钙0.1%;碳酸钙0.6%：磷酸二氢钾0.045%;消沫油16(L/m3);玉米浆I(L/m3)。(2)二级种子罐培养基黄豆饼粉2.5%；葡萄糖4.5%；硫酸馁0.6%；氯化钙0.1%；碳酸钙0.6%；磷酸二氢钾0.06%;消沫油4(L/m3);玉米浆(L/m3)0.1o(3)三级种子罐培养基黄豆饼粉2.5%;葡萄糖%4.5;硫酸锭0.6%：氯化钙0.1%;碳酸钙0.6%;磷酸二氢钾0.006%;消沫油2(L/m3);玉米浆0.1(L/m3)。(4)发酵罐培养基黄豆饼粉2%;葡萄糖5%；硫酸镁0.4%;氯化钙0.1%;碳酸钙0.4%；磷酸二氢钾0.068%;消沫油0.5(L/m3);玉米浆0.15(L/m3);氯化钻0.005(L/m3)o8)水用量的计算表3.7配料用水量Table3.7WaterconsumptionofIngredients设备一级种子罐二级种子罐三级种子罐发酵罐配料用水量n?)0.161161.611616.11665.55(1)配料用水量(取：配料用水量约等于培养基的体积)(2)洗罐用水量经验取：洗罐用水量为罐公称容积的80%o洗罐用水量(4-19)V=O.8V公，i一级种子罐：0.8X0.3890=0.3112二级种子罐：0.8×3.383=2.7064三级种子罐：0.8X29.4197=23.53发酵罐：0.8×109.639=87.713.2.2能量衡算1)发酵放热量的计算种子罐和发酵罐的生物反应热Qf=25100(kJ/m3hrQi=QfXV种，i(4-20)一级种子罐生物反应Q1=Qf×V,(4-21)=25122X0.0692=1736.92kJ/hr二级种子罐生物反应热Q2=QxV种,2(4-22)=25122×0.692=17369.2kJ/hr)三级种子罐生物反应热Qs=Qf×V,3(4-23)=25122X6.92=173692kJ/hr发酵罐生物反应热Q=Qt×Vd(4-24)=251OO×81.5679=2047354kJ/hr每一批次发酵罐培养液总放热量Q批=Q+Q2+Q3+Q(4-25)=1736.92+17369.2+173692+2047354=2240152(kJ/hr2)发酵罐冷却水用量的计算取发酵液与冷却水的平均温度差4t=5°C;水的比热Cp,水=4.187kJ/(kg)冷却水用量W=QCpfxAt(4-26)一级种子罐冷却水用量W=Q1Cp,水XAt(4-27)=1736.92/4.187X5=83.10(kg/hr二级种子罐冷却水用量W2=Q2Cp.水XAt(4-28)=17369.2/4.187X5=831.0(kg/hr)三级种子罐冷却水用量亚3=(23/依上水><41(4-29)=173692/4.187X5=8310kg/hr)发酵罐冷却水用量W=QCp,水XAt(4-30)=2047354/(4.187×5=97795(kg/hr每一批次发酵罐培养液总冷却水用量W批=Q批/Cp,水Xt(4-31)=2240152/4.187X5=107082kg/hr=107.082T/hr)正常生产时一级种子罐、二级种子罐和三级种子罐各同时使用三个.发酵罐同时使用七个。考虑20%损失.因此冷却水总用量W=1.2(3Wi+3W2+3W3+7W)(4-32)=1.2×(3×83.04+3×830.4+3×8304+7×41520=381788kg/hr=382(T/hr)3)蒸汽用量的计算选用压力P=O.369MPa.t=140的水蒸汽.其热焙为H=2734.11kJ/kg.汽化热Y=2143.65563.7(kJ/kg.密度ps=1.966(kg/m3J.(1)空发酵罐湿热灭菌用水蒸汽消耗量.Di=AtVe(4-33)一级种子罐湿热灭菌用水蒸汽消耗量D=tVp.(4-34)=5X0.3890×1.966=3.824(kg二级种子罐湿热灭菌用水蒸汽消耗量Eh=tV2(4-35)=5×3.383X1.966=33.25kg三级种子罐湿热灭菌用水蒸汽消耗量D3=tV3(4-36)=5X29.420X1.966=289.2(kg)发酵罐湿热灭菌用水蒸汽消耗量D=tV(4-37)=5X109.639×1.966=1077.8(kg)每一批次发酵罐空罐湿热灭菌水蒸汽用量(含对应一、二、三级种子罐空罐湿热灭菌水蒸汽用量)(4-38)D=D+D2+D3+D=3.824+33.25÷289.2+1077.8=1404(kg/批次(2)培养基实罐灭菌蒸汽消