青霉素的发酵工艺过程Word文件下载.docx

1、年产量5000t发酵单位80000/ml发酵周期180h成品效率1000/mg年工作日320天发酵罐装料系数0.78125辅助时间12h种子罐装料系数0.65消后大罐接种量15%种子罐发酵周期60h消后中罐接种量8%发酵期间补葡萄糖量1.6kg/（m3h）5.物料衡算发酵周期180h，辅助时间12h，则产一批青霉素需要8天。每年共有：每周期产量为:500040=125t 。先选择大罐500 m3发酵罐，则每个罐装青霉素料5000.78125=390.625 m3。则每个发酵罐装料量为:m=390.625 m3106ml80000/ml 1000/mg =3.125109mg=31.25t。则需

2、要的罐体为 12531.25=4则此设计中选择4个500m3的发酵罐来发酵罐。再选择二级种子罐，接种量为15%，在一个周期内,需要中罐装料液体积：V=478.125%15%=234.375 m3则需要的罐体大小为：V中=234.37578.125%=300 m3 ； 则二级种子罐可选择100 m3的3个。二级种子罐接种量为8%，所需种子罐装料为V=234.3758%=18.75 m3所需一级种子罐大小为V种子=18.7565%=28.85m3。可以选择2个体积为20 m3的一级种子罐。在整个发酵周期中，只考虑葡萄糖、硫酸铵、苯乙酸、消泡剂、氨水等的体积。a）发酵培养基（g/l）表2 发酵培养基

3、用量葡萄糖10K2HPO44.0玉米浆40MgSO47H2O35 （NH4）2SO45.67KH2PO44.53则（1）葡萄糖：每周期消耗量：18.75100010=187.5kg每年消耗量：187.540=7500kg=7.5t；（2）玉米浆：40=750kg75040=30000kg=30t；（3）（NH4）2SO4：5.67=106.31kg106.3140=4252.5kg；（4）K2HPO4:4.0=75kg7540=3000kg=3t；（5）MgSO47H2O:35=656.25kg656.2540=26250kg=26.25t；（6）KH2PO4:4.53=84.94kg84.9

4、440=3397.5kg。b）种子罐发酵培养基表3 种子培养基需要量如表（g/l）可溶性淀粉30.00.510.0蛋白胨Nacl2.0蒸馏水1000ml/L1）可溶性淀粉234.37530=7031.25kg每年消耗量；7031.2540=281250kg=281.25t；2）葡萄糖10=4687.5kg4687.540=187500kg=187.5t；3）蛋白胨4.0=937.5kg187540=37500kg=37.5t；4）玉米浆2.0=468.75kg468.7540=18750kg=18.75t；5）K2HPO40.5=117.2kg117.240=4687.5kg；6）MgSO47

5、H2O每周期消耗量234.3757）Nacl40=4687.5kg。6.热量衡算 发酵罐的换热装置形式有夹套式换热装置，竖式蛇管换热装置，竖式列管换热装置。本次设计是生产水平的设计，发酵罐是500m3的发酵罐，采用蛇管式换热装置。这种换热装置的蛇管部分安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等。优点是：结构简单、制造方便、罐内能承受高压并可选择不同材料防腐，罐外便于清洗，冷却水在罐外的流速大，传热系数高。缺点是管外容器中的流动情况差，对流给热系数小。这种冷却装置的冷却水温应较低。若冷却水温较高，则降温困难。此外，弯曲位置容易被蚀穿。此换热系数传热系数可高达4.186（8001000）kj/（h）。

6、这里采用最小换热系数，以留出余量，即4.186800 kj/（m2h）。每周期一罐生产31.25t青霉素，所需培养基390.625 m3发酵罐。 发酵过程中热平衡方程式是 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显热-Q辐射热Q生物是细胞生长中有机物分解产生的热量，在这里我们只讨论葡萄糖分解产生的热量；Q搅拌是机械搅拌形成的热量；Q蒸发是排出空气带走水分所带出的潜热；而Q显热由于空气用量较少可忽略；Q辐射热也可以忽略。所以Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发6.1生物热通过生物合成计算生物热Q生物，基本上生物热主要由葡萄糖氧化产生热量，反应式如下：C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+4606kj

7、（每消耗1mol氧气产生460kj热量）发酵罐补葡萄糖的速度是1.6kg/（m3h）：发酵罐发酵周期180h，所以葡萄糖用量是180hh）390.625m3=112500kg （发酵罐）葡萄糖的式量是180g/mol 所以： n发酵罐=112500kg1000/180g/mol=625000mol 发酵罐的Q生物热=625000 mol6460kj=1.725109 kj 6.2搅拌热Q搅拌=3600PgT，其中为功热转化率，经验值=0.92；Pg为通气条件下的搅拌功率（kw）。这里取各罐的最大功率。发酵罐Q搅拌=36000.92640=2119680kj6.3 汽化热Q蒸发=G（I进I出）；

8、G为通入发酵罐中空气的流量（m3/h）；I进、I出为进口、出口空气的热焓（kj/kg干空气）；为空气密度（kg/m3）。通常可近似计算Q蒸发20%Q生物，这里近似计算发酵罐Q蒸发=1.725109 kj20%=3.504108 kj 6.4 发酵热发酵罐Q发酵=1.725109 kj+2119680kj-3.504108 kj=1.387.设备：发酵罐发酵生产设备主要是指发酵罐，发酵罐又称生物反应器，它在发酵生产中占据中心地位。发酵罐的种类很多，主要分为通风发酵设备和嫌气发酵设备。其中，好氧深层发酵设备在发酵工业中应用最多，最广泛。在好氧深层发酵设备中，又有机械搅拌通风发酵设备（包括循环式的伍

9、式发酵罐和文式管发酵罐、非循环式的通风发酵罐和自吸式的发酵罐）和非机械搅拌通风发酵罐（包括循环式的气提式发酵罐和液体式发酵罐、非循环式排管式发酵罐和喷射式发酵罐）。机械搅拌通风密闭发酵罐是生产抗生素、酵母菌、氨基酸、酶制剂等发酵产品中应用最多、最广泛的液体深层好氧发酵设备，其容积为0.02500m3。它的主要特点有：a利用机械搅拌的作用使无菌空气与发酵液充分混合，提高了发酵液的溶氧量，特别适合于发热量大、 需要气体含量比较高的发酵反应；b. 发酵过程容易控制，操作简便，适应广泛；c. 发酵罐内部结构复杂，操作不当，容易染菌；d. 机械搅拌动力消耗大。对于上述几种发酵罐的比较，以及参照国内外青霉

10、素工产选择的发酵罐,通常青霉素发酵车间选择通用式的机械搅拌通风密闭发酵罐。表4 抗生素发酵罐参数公称体积m3桶体直径Dg桶体高度换热面积搅拌轴功率kw202200500022303710036009400114120125500580017400562580640对三种罐体：1）公称500m3的发酵罐：a几何大小500m3的发酵罐径高比为3，即H=3D，V=（D2/4）3D=100 ，得到直径D=5.8m，高HL=1.7m。b传热面积 内蛇罐36（6组） ，F=562m3c搅拌器 搅拌器直径：Dj=1/2D=2.9m 挡板宽度 ：B=0.1D=0.58m 搅拌叶间距：S=1.5Dj =4.35

11、m， 搅拌叶与罐底距离C= Dj =2.9m。 C+3S=2.9+3 4.35=15.95mH L , 则取四层搅拌器。2）公称为100m3的发酵罐 a几何大小 100m3的发酵罐径高比为2.61，即H=2.61D，V=（D2/4）2.61D=100 ，得到直径D=3.6m，高HL=9.4m。b传热面积 内蛇罐36（6组） ，F=114m3Dj=1/3D=1.2m 挡板宽度 ：B=0.1D=0.36m 搅拌叶间距：S=2Dj =2.4m，搅拌叶与罐底距离C= Dj =1.2m。 C+3S=1.2+3 2.4=8.43） 公称为20 m3的发酵罐 a几何大小 20发酵罐的径高比为2.3，即即H=

12、2.3D，V=（D2/4）2.3D=100 ，得到直径D=2.2m，高HL=5.0m。b传热面积 外盘管40 ，F=40m3Dj=1/3D=0.73mB=0.1D=0.22mS=2Dj =1.47m， 搅拌叶与罐底距离C= Dj =0.73m。 C+3S=0.73+21.47=3.67H L , 则取三层搅拌器。发酵罐图如下：、 图3 发酵罐简图 所选择的主要设备如下表：表5 所选主要设备设备名称规格型号数量（个）二级发酵罐500 m34一级发酵罐100m33种子罐20m32参考文献：1余龙江.生物制药工厂工艺设计M.化学工业出版社.2008.082蔡功禄.发酵工厂设计概论M.中国轻工业出版社.20003青霉素G2416菌种发酵工艺的优化