生物工程工厂设计物料衡算Word文件下载.docx
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一级种子罐发酵周期T3
30
二级种子罐装料系数k1
84
发酵液密度ρ0
Kg/m3
1050
一级种子罐装料系数k2
二级种子罐发酵液密度ρ1
1150
放罐发酵单位µ
2
U/ml
6000
一级种子罐发酵液密度ρ2
1200
提取总收率n
发酵罐通气及取样缺失比s0
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
5.00
1.80
4.380
豆粉
2.20
1.50
3.000
玉米粉
0.60
1.250
氯化钠
0.65
0.30
1.630
豆油
0.50
0.880
碳酸钙
0.063
碳酸铵
0.18
0.12
0.175
生物氮
0.80
0.00
0.000
糊精
1.20
1.500
（2）发酵罐补料情形
丙醇：
发酵后24小时开始补，开始补之前要取样观看菌丝状态，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1~2小时，24~32h时刻每4h补12L丙酮，33~144h每小时补6L。
糖：
糖能够通过菌体代谢后而调剂发酵液的PH值，也能够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80°
C左右保温液化30min，一次消一到两个罐的淀粉液化糖。
油：
本发酵工艺补油要紧为豆油。
发酵后24开始补，事实上速率为4L/h，以后看液面调整补油速度。
若液面高则应提早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左右依照液面补500-800t纯水，假如发酵过程中发酵液体积偏少，每班需补100-200L纯水。
全料：
6-8小时依照液面下降情形可补全料，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：
依照产品质量µ
1、放罐发酵单位µ
2、提取总收率n、年生产天数t、倒罐率r，可运算生产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）=160×
76%=121.6（m3）
种\液量V02=160×
j0=160×
14%=22.4（m3）
补料量V03=160×
i0=160×
10%=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）=22.4÷
0.90×
70%=17.42（m3）
种液量V12=V02÷
j1=22.4÷
30%=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）=7.47÷
0.9×
65%=5.39（m3）
接种量V22=V12÷
j2=7.47÷
35%=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）×
ρ0
淀粉：
m01=5%×
ρ0=5%×
121.6÷
1050=7093.3（kg）
豆粉：
m02=2.2%×
ρ0=2.2%×
1050=3121.1（kg）
玉米粉：
m03=1.8%×
ρ0=1.8%×
1050=2553.6（kg）
氯化钠：
m04=0.65%×
ρ0=0.65%×
1050=922.1（kg）
豆油：
m05=0.50%×
ρ0=0.50%×
1050=709.3（kg）
碳酸钙：
m06=0.65%×
碳酸铵：
m07=0.18%×
ρ0=0.18%×
1050=255.4（kg）
生物氮：
m08=0.80%×
ρ0=0.80%×
1050=1134.9（kg）
糊精：
m09=0.00%×
ρ0=0（kg）
（6）发酵罐补料物料用量：
发酵罐补料培养基配方×
V03÷
m31=4.38%×
ρ0=4.38%×
16÷
1050=817.6（kg）
m32=3%×
ρ0=3%×
1050=560（kg）
m33=1.25%×
ρ0=1.25%×
1050=233.3（kg）
m34=1.63%×
ρ0=1.63%×
1050=304.3（kg）
m35=0.88%×
ρ0=0.88%×
1050=164.3（kg）
m36=0.063%×
ρ0=0.063%×
1050=11.76（kg）
m37=0.175%×
ρ0=0.175%×
1050=32.7（kg）
m38=0.00%×
m39=4.5%×
ρ0=1.5%×
1050=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）×
ρ1
m11=1.8%×
ρ1=1.8%×
17.42÷
1150=400.7（kg）
m12=1.5%×
ρ1=1.5%×
1150=333.9（kg）
m13=0.60%×
ρ1=0.60%×
1150=133.5（kg）
m14=0.30%×
ρ1=0.30%×
1150=66.8（kg）
m15=0.60%×
m16=0.50%×
ρ1=0.50%×
1150=111.3（kg）
m17=0.12%×
ρ1=0.12%×
1150=26.7（kg）
m18=0.00%×
ρ1=0（kg）
m19=1.2%×
ρ1=1.2%×
1150=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÷
ρ2
m21=1.8%×
ρ2=1.8%×
5.39÷
1200=129.36（kg）
m22=1.5%×
ρ2=1.5%×
1200=107.8（kg）
m23=0.60%×
ρ2=0.60%×
1200=43.12（kg）
m24=0.30%×
ρ2=0.30%×
1200=21.56（kg）
m25=0.60%×
m26=0.50%×
ρ2=0.50%×
1200=35.93（kg）
m27=0.12%×
ρ2=0.12%×
1200=8.6（kg）
m28=0.00%×
ρ2=0（kg）
m29=1.2%×
ρ2=1.2%×
1200=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
m1=m01+m31+m11+m21=8440.9（kg）
m2=m02+m32+m12+m22=4122.7（kg）
m3=m02+m32+m12+m22=2963.6（kg）
m4=m02+m32+m12+m22=1314.7（kg）
m5=m02+m32+m12+m22=1050.3（kg）
m6=m02+m32+m12+m22=1081.1（kg）
m7=m02+m32+m12+m22=323.4（kg）
m8=m02+m32+m12+m22=1134.9（kg）
m9=m02+m32+m12+m22=633.3（kg）
依照年生产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/kg
1600t/a物料量/t
每日物料量/t
8440.9
13505.5
40.93
4122.7
6596.4
20.0
2963.6
4741.8
14.4
1314.7
2103.6
6.4
1050.3
1680.4
5.1
1081.1
1729.8
5.2
323.4
517.4
1.6
1134.9
1815.9
5.5
633.3
1013.4
3.1
表4：
每年各种罐所需培养基原料量
大罐
中罐
小罐
补全料罐
配比%
含量/t
11349.33
641.06
206.98
1308.16
4993.71
534.21
172.48
896
4085.76
213.68
68.99
373.33
1475.41
106.84
34.50
486.83
1134.93
262.83
178.07
57.49
18.82
408.58
42.74
13.80
52.27
1815.89
427.37
137.98
448
表5：
每天各种罐所需培养基原料量
34.39
1.94
0.63
3.96
15.13
1.62
0.52
2.71
12.38
0.21
1.13
4.47
0.32
0.10
1.48
3.44
0.54
0.17
0.06
1.24
0.13
0.04
0.16
5.50
1.30
0.42
1.36
4、发酵罐及种子罐体积和个数的确定
（1）发酵罐体积确定：
依照生产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=V0×
160=1600×
160=256000m3
V0每天=V0总÷
330=256000÷
330=775.8m3
那么每天所需发酵罐总的容积为：
V0容=V0每天÷
（1-s0）÷
k0=775.8÷
0.9÷
0.87=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=990.8÷
200=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=5×
7=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阻碍生产，有一台发酵罐作为备用，因此依旧7台。
每天每个发酵罐实际放罐体积为：
V大=200×
（1-s0）×
k0÷
5=156.6m3
（2）二级种子罐体积确定：
依照生产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=V01×
1600=22.4×
1600=35840m3
V1每天=V1总÷
330=108.7m3
因此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=21.7÷
0.8=28.7m3
因此可选用30m3的二级种子罐，那么每天放罐数为：
N中=28.7÷
30=1（台）
因此每天每个中罐实际生产种子体积为：
V小=30×
k1÷
5=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。
考虑到实际情形，如罐的损坏，每个车间多一台，即3台。
因此5各车间需要的二级种子罐总数为：
N中总=3×
5=15（台）
（3）一级种子罐体积确定：
依照生产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=V11×
1600=7.47×
1600=11952m3
V2每天=V2总÷
330=36.2m3
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：
（1-s2）÷
k2=7.24÷
0.84=9.58m3
因此可选用10m3的一级种子罐，那么每天放罐数为：
N小=9.58÷
10=1（台）
因此每天每个小罐实际生产种子体积为：
V小=10×
（1-s2）×
k2÷
5=7.56m3
考虑到小罐发酵周期为30h，生产周期为两天，
由于小罐不需要通气搅拌，一样可不能损坏，故不需要备用小罐。
N小总=2×
5=10（台）
（4）补全料罐体积确定：
依照生产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：
1600=16×
1600=25600m3
330=25600÷
330=77.6m3
因此每天每个车间所需补料体积为：
（1-s0）÷
5=17.2m3
因此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、糖各按用量运算，分别流加。
（1）每罐和每车间用量为：
V每罐豆油=（144-8-24）×
4+8×
10÷
4=52L=0.052m3
V每车间豆油=V每罐豆油×
6=0.31m3
V每罐丙醇=【（32-24）×
12÷
4+（144-32）×
6÷
4】=80L=0.08m3
V每车间丙醇=V每罐丙醇×
6=0.48m3
m每罐糖=1.7+0.3=2.0t
m每车间糖=V每罐糖×
6=12t
若淀粉糖化液密度为1050kg/m3，那么V每车间糖=1.050×
12=12.6
（2）补料罐体积确定
依照上述运算情形，可选用4m3、4m3、20m3的容器分别作为油罐、丙醇罐、糖罐。
6、发酵车间每罐每天所需原料量及培养基总量
依照上面运算结果可运算出每罐所需原料量及培养基总量，如下表所示
表6：
每罐所需原料量及培养基总量
含量/kg
1146.40
194.26
62.72
792.82
504.41
161.88
543.03
412.70
64.75
20.91
226.26
149.03
32.38
10.45
295.05
114.64
159.29
53.96
17.42
11.40
41.27
12.95
4.18
31.68
183.42
129.51
41.81
271.51
合计
11.78
2700.91
6.62
714.44
230.67
12.878
2331.05
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