生物工程工厂设计物料衡算.doc

红霉素生产物料衡算1、红霉素发酵工艺流程示意图工艺流程如下： 沙土管包子 母瓶斜面培养 子瓶斜面培养 种子培养液 小罐种子液 中罐种子液 大罐发酵 放罐 放罐发酵液预处理 碱化（使PH为8.0-8.4） 板框过滤 滤液（加萃取溶媒） 轻液 结晶 洗水干燥 成品 检验 合格产品 包装（不合格产品 回收)。一般红霉素工艺如下图所示： 空气 原料 孢子 加压 配料 斜面培养 冷却 发酵 摇瓶培养 除水 碱化 一级种子 过滤 补 萃取 补 二级种子 料 料 豆油 离心 糖 丙醇 成盐 水 淋洗 烘干 包装销售图1：红霉素生产工艺流程示意图2、工艺技术指标及基础数据（1）主要技术指标见表表1：红霉素发酵工艺主要技术指标指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模mt/a1600二级种子罐通气及取样损失比s1%10生产方法发酵，萃取，成盐一级种子罐通气及取样损失比s2%10年生产天数td/a330发酵罐接种比j0%14产品质量1750U/mg二级种子罐接种比j1%14倒罐率r%3一级种子罐接种比j2%12发酵罐发酵周期T1h168发酵罐补料比i0%10二级种子罐发酵周期T2h28发酵罐装料系数k0%87一级种子罐发酵周期T3h30二级种子罐装料系数k1%84发酵液密度0Kg/m31050一级种子罐装料系数k2%84二级种子罐发酵液密度1Kg/m31150放罐发酵单位2U/ml6000一级种子罐发酵液密度2Kg/m31200提取总收率n%84发酵罐通气及取样损失比s0%10表2：培养基配比（质量分数）：成分大罐配比%中罐配比%小罐配比%补全料配比%淀粉5.001.801.804.380豆粉2.201.501.503.000玉米粉1.800.600.601.250氯化钠0.650.300.301.630豆油0.500.600.600.880碳酸钙0.650.500.500.063碳酸铵0.180.120.120.175生物氮0.800.000.000.000糊精0.001.201.201.500 （2）发酵罐补料情况丙醇：发酵后24小时开始补，开始补之前要取样观察菌丝状态，菌丝需呈网状、展开，发酵液粘度达6S左右，补料前半小时去无菌样品，与正点取样相差12小时，2432h时间每4h补12L丙酮，33144h每小时补6L。糖：糖可以通过菌体代谢后而调节发酵液的PH值，也可以做为红霉素放线菌的代谢碳源，大罐发酵30h时取样测PH值，大罐补淀粉液化糖1.7t，淀粉0.3kg，在80C左右保温液化30min，一次消一到两个罐的淀粉液化糖。油：本发酵工艺补油主要为豆油。发酵后24开始补，其实速率为4L/h，以后看液面调整补油速度。若液面高则应提前2h左右，每4h补6L，放罐前一个班每4h补10L。油用于消泡和提高碳源。水：放罐前两个班补水，每吨水加泡敌1L，玉米浆10L，30h左右根据液面补500-800t纯水，如果发酵过程中发酵液体积偏少，每班需补100-200L纯水。全料：6-8小时根据液面下降情况可补全料，补前半小时取样。3、培养基总物料衡算（1）放罐成熟发酵液量：根据产品质量1、放罐发酵单位2、提取总收率n、年生产天数t、倒罐率r，可计算生产1000kg成品所需的发酵液量。 V0（2）放罐成熟发酵液量V0分为三个部分组成：底料 V01=160（1-i0-j0)=16076%=121.6（m3）种液量 V02=160j0=16014%=22.4（m3）补料量 V03=160i0=16010%=16（m3）（3）二级种子罐种液量 V1由两部分组成：底料 V11= V02（1- s1）（1-j1）=22.40.9070%=17.42（m3）种液量 V12= V02（1- s1）j1=22.40.9030%=7.47（m3）（4）一级种子干种液量V2由两部分组成：底料 V21= V12(1-s2)（1-j1）=7.470.965%=5.39（m3）接种量 V22= V12(1-s2)j2=7.470.935%=2.99（m3）（5）发酵罐底料的物料用量：发酵罐培养基配方V01(1-s0)0淀粉：m01=5%V01(1-s0)0=5%121.60.91050=7093.3（kg）豆粉：m02=2.2%V01(1-s0)0=2.2%121.60.91050=3121.1（kg）玉米粉：m03=1.8%V01(1-s0)0=1.8%121.60.91050=2553.6（kg）氯化钠：m04=0.65%V01(1-s0)0=0.65%121.60.91050=922.1（kg）豆油：m05=0.50%V01(1-s0)0=0.50%121.60.91050=709.3（kg）碳酸钙：m06=0.65%V01(1-s0)0=0.65%121.60.91050=922.1（kg）碳酸铵：m07=0.18%V01(1-s0)0=0.18%121.60.91050=255.4（kg）生物氮：m08=0.80%V01(1-s0)0=0.80%121.60.91050=1134.9（kg）糊精：m09=0.00%V01(1-s0)0=0（kg） （6）发酵罐补料物料用量：发酵罐补料培养基配方V03(1-s0)0淀粉：m31=4.38%V03(1-s0)0=4.38%160.91050=817.6（kg）豆粉：m32=3%V03(1-s0)0=3%160.91050=560（kg）玉米粉：m33=1.25%V03(1-s0)0=1.25%160.91050=233.3（kg）氯化钠：m34=1.63%V03(1-s0)0=1.63%160.91050=304.3（kg）豆油：m35=0.88%V03(1-s0)0=0.88%160.91050=164.3（kg）碳酸钙：m36=0.063%V03(1-s0)0=0.063%160.91050=11.76（kg）碳酸铵：m37=0.175%V03(1-s0)0=0.175%160.91050=32.7（kg）生物氮：m38=0.00%V03(1-s0)0=0（kg）糊精：m39=4.5%V03(1-s0)0=1.5%160.91050=280（kg）（7）二级种子罐底料的物料用量：二级种子罐培养基配方V11(1-s1)1淀粉：m11=1.8%V11(1-s1)1=1.8%17.420.91150=400.7（kg）豆粉：m12=1.5%V11(1-s1)1=1.5%17.420.91150=333.9（kg）玉米粉：m13=0.60%V11(1-s1)1=0.60%17.420.91150=133.5（kg）氯化钠：m14=0.30%V11(1-s1)1=0.30%17.420.91150=66.8（kg）豆油：m15=0.60%V11(1-s1)1=0.60%17.420.91150=133.5（kg）碳酸钙：m16=0.50%V11(1-s1)1=0.50%17.420.91150=111.3（kg）碳酸铵：m17=0.12%V11(1-s1)1=0.12%17.420.91150=26.7（kg）生物氮：m18=0.00%V11(1-s1)1=0（kg）糊精：m19=1.2%V11(1-s1)1=1.2%17.420.91150=267.1（kg）（8）一级种子罐底料的物料用量：一级种子罐培养基配方V21(1-s2)2淀粉：m21=1.8%V21(1-s2)2=1.8%5.390.91200=129.36（kg）豆粉：m22=1.5%V21(1-s2)2=1.5%5.390.91200=107.8（kg）玉米粉：m23=0.60%V21(1-s2)2=0.60%5.390.91200=43.12（kg）氯化钠：m24=0.30%V21(1-s2)2=0.30%5.390.91200=21.56（kg）豆油：m25=0.60%V21(1-s2)2=0.60%5.390.91200=43.12（kg）碳酸钙：m26=0.50%V21(1-s2)2=0.50%5.390.91200=35.93（kg）碳酸铵：m27=0.12%V21(1-s2)2=0.12%5.390.91200=8.6（kg）生物氮：m28=0.00%V21(1-s2)2=0（kg）糊精：m29=1.2%V21(1-s2)2=1.2%5.390.91200=86.2（kg）（9）总物料用量：发酵罐补料物料用量+发酵罐补料物料用量+二级种子罐底料的物料用量+一级种子罐底料的物料用量淀粉：m1=m01+m31+m11+m21=8440.9（kg）豆粉：m2=m02+m32+m12+m22=4122.7（kg）玉米粉：m3=m02+m32+m12+m22=2963.6（kg）氯化钠：m4=m02+m32+m12+m22=1314.7（kg）豆油：m5=m02+m32+m12+m22=1050.3（kg）碳酸钙：m6=m02+m32+m12+m22=1081.1（kg）碳酸铵：m7=m02+m32+m12+m22=323.4（kg）生物氮：m8=m02+m32+m12+m22=1134.9（kg）糊精：m9=m02+m32+m12+m22=633.3（kg）根据年生产1000kg成品发酵所需的原材料及其他物料的衡算结果，可求得年生产16000t成品所需的总物料、每日用量，以及大罐培养基，大罐补全料，中罐培养基和小罐培养基各自所需的物料总量、每日用量。如下表所示：表3：物料衡算总表物料名称生产1000kg物料量/kg1600t/a物料量/t每日物料量/t淀粉8440.913505.540.93豆粉4122.76596.420.0玉米粉2963.64741.814.4氯化钠1314.72103.66.4豆油1050.31680.45.1碳酸钙1081.11729.85.2碳酸铵323.4517.41.6生物氮1134.91815.95.5糊精633.31013.43.1表4：每年各种罐所需培养基原料量成分大罐中罐小罐补全料罐配比%含量/t配比%含量/t配比%含量/t配比%含量/t淀粉5.0011349.331.80641.061.80206.984.3801308.16豆粉2.204993.711.50534.211.50172.483.000896玉米粉1.804085.760.60213.680.6068.991.250373.33氯化钠0.651475.410.30106.840.3034.501.630486.83豆油0.501134.930.60213.680.6068.990.880262.83碳酸钙0.651475.410.50178.070.5057.490.06318.82碳酸铵0.18408.580.1242.740.1213.800.17552.27生物氮0.801815.890.000.000.000.000.000.00糊精0.000.001.20427.371.20137.981.500448表5：每天各种罐所需培养基原料量成分大罐中罐小罐补全料罐配比%含量/t配比%含量/t配比%含量/t配比%含量/t淀粉5.0034.391.801.941.800.634.3803.96豆粉2.2015.131.501.621.500.523.0002.71玉米粉1.8012.380.600.650.600.211.2501.13氯化钠0.654.470.300.320.300.101.6301.48豆油0.503.440.600.650.600.210.8800.80碳酸钙0.654.470.500.540.500.170.0630.06碳酸铵0.181.240.120.130.120.040.1750.16生物氮0.805.500.000.000.000.000.000.00糊精0.000.001.201.301.200.421.5001.364、 发酵罐及种子罐体积和个数的确定（1）发酵罐体积确定：根据生产1000kg成品所需的发酵液量 V0=160m3，可得1600t成品所需发酵液量及每天放罐体积：V0总= V0160=1600160=256000m3V0每天=V0总330=256000330=775.8m3那么每天所需发酵罐总的容积为：V0容=V0每天（1- s0）k0=775.80.90.87=990.8m3因此可选用200m3的发酵罐，那么每天放罐数为：N大=V0容200=990.8200=5（台）考虑到大罐发酵周期为168h（7天），则需要的发酵罐总数为：N大总=57=35(台）把35台分别放入5个车间，每个车间7台，每个车间每天放一个罐。考虑到实际生产天数为6天即可，即6台发酵罐，但为防止其中某个罐发生损坏影响生产，有一台发酵罐作为备用，所以还是7台。每天每个发酵罐实际放罐体积为：V大=200（1- s0）k05=156.6m3（2） 二级种子罐体积确定：根据生产1000kg成品所需二级种子罐发酵液量 V01=22.4m3，可得1600t成品所需二级种子罐发酵液量及每天放罐体积：V1总= V011600=22.41600=35840m3V1每天=V1总330=256000330=108.7m3所以每天每个车间生产种子体积为：V中每天=V1每天5=21.7m3那么每天每个车间所需二级种子罐总的容积为：V1容=V中每天（1- s1）k1=21.70.90.8=28.7m3因此可选用30m3的二级种子罐，那么每天放罐数为：N中=28.730=1（台）所以每天每个中罐实际生产种子体积为：V小=30（1- s1）k15=22.68m3考虑到中罐发酵周期为28h，共计两天，则每个车间发酵罐的个数为2台。考虑到实际情况，如罐的损坏，每个车间多一台，即3台。所以5各车间需要的二级种子罐总数为：N中总=35=15(台）（3） 一级种子罐体积确定：根据生产1000kg成品所需一级种子罐发酵液量 V11=7.47m3，可得1600t成品所需一级种子罐发酵液量及每天放罐体积：V2总= V111600=7.471600=11952m3V2每天=V2总330=256000330=36.2m3所以每天每个车间生产种子体积为：V小每天=V1每天5=7.24m3那么每天每个车间所需一级种子罐总的容积为：V1容=V中每天（1- s2）k2=7.240.90.84=9.58m3因此可选用10m3的一级种子罐，那么每天放罐数为：N小=9.5810=1（台）所以每天每个小罐实际生产种子体积为：V小=10（1- s2）k25=7.56m3考虑到小罐发酵周期为30h，生产周期为两天，则每个车间发酵罐的个数为2台。由于小罐不需要通气搅拌，一般不会损坏，故不需要备用小罐。所以5各车间需要的二级种子罐总数为：N小总=25=10(台）（4） 补全料罐体积确定：根据生产1000kg成品所需一级种子罐发酵液量 V03=16m3，可得1600t成品所需一级种子罐发酵液量及每天放罐体积：V2总= V111600=161600=25600m3V2每天=V2总330=25600330=77.6m3所以每天每个车间所需补料体积为：V小每天=V1每天（1-s0）5=17.2m3所以每个车间可选用体积为20m3的补全料罐。5、补豆油、丙醇和糖的确定每大罐补料中的豆油、丙醇、糖各按用量计算，分别流加。 （1）每罐和每车间用量为：豆油：V每罐豆油=（144-8-24）4+8104=52L=0.052m3V每车间豆油=V每罐豆油6=0.31m3