青霉素的發(fā)酵工藝過(guò)程

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 青霉素生產(chǎn)工藝專心-專注-專業(yè)1.青霉素的發(fā)酵工藝過(guò)程1. 冷凍干燥孢子瓊脂斜面米孢子種子罐發(fā)酵罐過(guò)濾醋酸丁酯提取脫水脫色結(jié)晶洗滌晶體工業(yè)鹽綜合應(yīng)用在發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)料（碳源，氮源，前體），加消沫劑2.工藝流程圖（1） 絲狀菌三級(jí)發(fā)酵工藝流程冷凍管（25°C，孢子培養(yǎng)，7天）斜面母瓶（25°C，孢子培養(yǎng)，7天）大米孢子（26°C，種子培養(yǎng)56h）一級(jí)種子培養(yǎng)液（27°C，種子培養(yǎng)，24h）二級(jí)種子培養(yǎng)液（2726°C,發(fā)酵,7天）發(fā)酵液。（2）球狀菌二級(jí)發(fā)酵工藝流程冷凍管（25°C，孢子培養(yǎng)，68天）親米（25

2、°C，孢子培養(yǎng)，810天）生產(chǎn)米（28°C，孢子培養(yǎng)，5660h）種子培養(yǎng)液（2625-24°C，發(fā)酵，7天）發(fā)酵液。 圖1.生產(chǎn)工藝過(guò)程 圖2.生產(chǎn)工藝流程圖3.青霉素發(fā)酵工藝控制要點(diǎn)： 青霉素培養(yǎng)基中碳源主要是工業(yè)用葡萄糖，氮源為豆粉、麩質(zhì)粉、玉米漿。無(wú)機(jī)鹽主要含硫酸鈉、磷酸二氫鉀等。 青霉素發(fā)酵溫度一般為2526，有研究表明青霉素采用變溫培養(yǎng)比恒溫培養(yǎng)提高產(chǎn)量近15%。青霉素合成速率對(duì)溫度的影響最為敏感，這也說(shuō)明了次級(jí)代謝發(fā)酵溫度控制的重要性。 青霉素發(fā)酵pH一般控制在6.56.7，發(fā)酵中常用氨水調(diào)節(jié)pH值，同時(shí)可補(bǔ)充氮源。最新研究表明調(diào)節(jié)加糖速率來(lái)控制pH

3、，比用恒速加糖、pH由酸堿控制可提高產(chǎn)量25%。 青霉素發(fā)酵的臨界氧濃度為5%10%，低于此值就會(huì)對(duì)青霉素合成帶來(lái)?yè)p失。4.工藝指標(biāo)表1 工藝計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年產(chǎn)量5000t發(fā)酵單位80000/ml發(fā)酵周期180h成品效率1000/mg年工作日320天發(fā)酵罐裝料系數(shù)0.78125輔助時(shí)間12h種子罐裝料系數(shù)0.65消后大罐接種量15%種子罐發(fā)酵周期60h消后中罐接種量8%發(fā)酵期間補(bǔ)葡萄糖量1.6kg/（m3·h）5.物料衡算發(fā)酵周期180h，輔助時(shí)間12h，則產(chǎn)一批青霉素需要8天。每年共有：每周期產(chǎn)量為:5000÷40=125t 。先選擇大罐500 m3發(fā)酵罐，則每個(gè)罐裝青霉素

4、料500×0.78125=390.625 m3。則每個(gè)發(fā)酵罐裝料量為:m=390.625 m3×106ml×80000/ml÷ 1000/mg =3.125×109mg=31.25t。則需要的罐體為 125÷31.25=4則此設(shè)計(jì)中選擇4個(gè)500m3的發(fā)酵罐來(lái)發(fā)酵罐。再選擇二級(jí)種子罐，接種量為15%，在一個(gè)周期內(nèi),需要中罐裝料液體積：V=4×500×78.125%×15%=234.375 m3則需要的罐體大小為：V中=234.375÷78.125%=300 m3 ； 則二級(jí)種子罐可選擇100 m

5、3的3個(gè)。二級(jí)種子罐接種量為8%，所需種子罐裝料為V=234.375×8%=18.75 m3所需一級(jí)種子罐大小為V種子=18.75÷65%=28.85m3。可以選擇2個(gè)體積為20 m3的一級(jí)種子罐。在整個(gè)發(fā)酵周期中，只考慮葡萄糖、硫酸銨、苯乙酸、消泡劑、氨水等的體積。a)發(fā)酵培養(yǎng)基（g/l）表2 發(fā)酵培養(yǎng)基用量葡萄糖10K2HPO44.0玉米漿40MgSO47H2O35 (NH4)2SO45.67KH2PO44.53則（1）葡萄糖：每周期消耗量：18.75×1000×10=187.5kg每年消耗量：187.5×40=7500kg=7.5t；（2

6、）玉米漿：每周期消耗量：18.75×1000×40=750kg每年消耗量：750×40=30000kg=30t；（3）(NH4)2SO4：每周期消耗量：18.75×1000×5.67=106.31kg每年消耗量：106.31×40=4252.5kg；（4）K2HPO4:每周期消耗量：18.75×1000×4.0=75kg每年消耗量：75×40=3000kg=3t；（5）MgSO47H2O:每周期消耗量：18.75×1000×35=656.25kg每年消耗量：656.25×40

7、=26250kg=26.25t；（6）KH2PO4:每周期消耗量：18.75×1000×4.53=84.94kg每年消耗量：84.94×40=3397.5kg。b)種子罐發(fā)酵培養(yǎng)基表3 種子培養(yǎng)基需要量如表（g/l）可溶性淀粉30.0K2HPO40.5葡萄糖10.0MgSO47H2O0.5蛋白胨4.0Nacl0.5玉米漿2.0蒸餾水1000ml/L1）可溶性淀粉每周期消耗量：234.375×30=7031.25kg每年消耗量；7031.25×40=kg=281.25t；2）葡萄糖每周期消耗量：234.375×10=4687.5kg每年

8、消耗量：4687.5×40=kg=187.5t；3）蛋白胨每周期消耗量：234.375×4.0=937.5kg每年消耗量：1875×40=37500kg=37.5t；4）玉米漿每周期消耗量：234.375×2.0=468.75kg每年消耗量：468.75×40=18750kg=18.75t；5）K2HPO4每周期消耗量：234.375×0.5=117.2kg每年消耗量：117.2×40=4687.5kg；6）MgSO47H2O每周期消耗量234.375×0.5=117.2kg每年消耗量：234.375×4

9、0=4687.5kg；7）Nacl每周期消耗量234.375×0.5=117.2kg每年消耗量：234.375×40=4687.5kg。6.熱量衡算 發(fā)酵罐的換熱裝置形式有夾套式換熱裝置，豎式蛇管換熱裝置，豎式列管換熱裝置。本次設(shè)計(jì)是生產(chǎn)水平的設(shè)計(jì)，發(fā)酵罐是500m3的發(fā)酵罐，采用蛇管式換熱裝置。這種換熱裝置的蛇管部分安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等。優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、罐內(nèi)能承受高壓并可選擇不同材料防腐，罐外便于清洗，冷卻水在罐外的流速大，傳熱系數(shù)高。缺點(diǎn)是管外容器中的流動(dòng)情況差，對(duì)流給熱系數(shù)小。這種冷卻裝置的冷卻水溫應(yīng)較低。若冷卻水溫較高，則降溫困難。此外

10、，彎曲位置容易被蝕穿。此換熱系數(shù)傳熱系數(shù)可高達(dá)4.186×(8001000)kj/(·h·)。這里采用最小換熱系數(shù)，以留出余量，即4.186×800 kj/(m2·h)。每周期一罐生產(chǎn)31.25t青霉素，所需培養(yǎng)基390.625 m3發(fā)酵罐。 發(fā)酵過(guò)程中熱平衡方程式是 Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯熱-Q輻射熱Q生物是細(xì)胞生長(zhǎng)中有機(jī)物分解產(chǎn)生的熱量，在這里我們只討論葡萄糖分解產(chǎn)生的熱量；Q攪拌是機(jī)械攪拌形成的熱量；Q蒸發(fā)是排出空氣帶走水分所帶出的潛熱；而Q顯熱由于空氣用量較少可忽略；Q輻射熱也可以忽略。所以Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)6

11、.1生物熱通過(guò)生物合成計(jì)算生物熱Q生物，基本上生物熱主要由葡萄糖氧化產(chǎn)生熱量，反應(yīng)式如下：C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+460×6kj （每消耗1mol氧氣產(chǎn)生460kj熱量）發(fā)酵罐補(bǔ)葡萄糖的速度是1.6kg/（m3·h）：發(fā)酵罐發(fā)酵周期180h，所以葡萄糖用量是180h×1.6kg/（m3·h）×390.625m3=kg （發(fā)酵罐）葡萄糖的式量是180g/mol 所以： n發(fā)酵罐=kg×1000/180g/mol=mol 發(fā)酵罐的Q生物熱= mol×6×460kj=1.725×109 kj

12、 6.2攪拌熱Q攪拌=3600PgT，其中為功熱轉(zhuǎn)化率，經(jīng)驗(yàn)值=0.92；Pg為通氣條件下的攪拌功率（kw）。這里取各罐的最大功率。發(fā)酵罐Q攪拌=3600×0.92×640=kj6.3 汽化熱Q蒸發(fā)=G(I進(jìn)I出)；G為通入發(fā)酵罐中空氣的流量（m3/h）；I進(jìn)、I出為進(jìn)口、出口空氣的熱焓(kj/kg干空氣)；為空氣密度（kg/m3）。通?？山朴?jì)算Q蒸發(fā)20%Q生物，這里近似計(jì)算發(fā)酵罐Q蒸發(fā)=1.725×109 kj×20%=3.504×108 kj 6.4 發(fā)酵熱發(fā)酵罐Q發(fā)酵=1.725×109 kj+kj-3.504×1

13、08 kj=1.38×108 kj7.設(shè)備：發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備主要是指發(fā)酵罐，發(fā)酵罐又稱生物反應(yīng)器，它在發(fā)酵生產(chǎn)中占據(jù)中心地位。發(fā)酵罐的種類很多，主要分為通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備和嫌氣發(fā)酵設(shè)備。其中，好氧深層發(fā)酵設(shè)備在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用最多，最廣泛。在好氧深層發(fā)酵設(shè)備中，又有機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備（包括循環(huán)式的伍式發(fā)酵罐和文式管發(fā)酵罐、非循環(huán)式的通風(fēng)發(fā)酵罐和自吸式的發(fā)酵罐）和非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐（包括循環(huán)式的氣提式發(fā)酵罐和液體式發(fā)酵罐、非循環(huán)式排管式發(fā)酵罐和噴射式發(fā)酵罐）。機(jī)械攪拌通風(fēng)密閉發(fā)酵罐是生產(chǎn)抗生素、酵母菌、氨基酸、酶制劑等發(fā)酵產(chǎn)品中應(yīng)用最多、最廣泛的液體深層好氧發(fā)酵設(shè)備，其容積為0.0250

14、0m3。它的主要特點(diǎn)有：a利用機(jī)械攪拌的作用使無(wú)菌空氣與發(fā)酵液充分混合，提高了發(fā)酵液的溶氧量，特別適合于發(fā)熱量大、 需要?dú)怏w含量比較高的發(fā)酵反應(yīng)；b. 發(fā)酵過(guò)程容易控制，操作簡(jiǎn)便，適應(yīng)廣泛；c. 發(fā)酵罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作不當(dāng)，容易染菌；d. 機(jī)械攪拌動(dòng)力消耗大。 對(duì)于上述幾種發(fā)酵罐的比較，以及參照國(guó)內(nèi)外青霉素工產(chǎn)選擇的發(fā)酵罐,通常青霉素發(fā)酵車間選擇通用式的機(jī)械攪拌通風(fēng)密閉發(fā)酵罐。表4 抗生素發(fā)酵罐參數(shù)公稱體積m3桶體直徑Dg桶體高度換熱面積攪拌軸功率kw202200500022303710036009400114120125500580017400562580640對(duì)三種罐體：1）公稱500m

15、3的發(fā)酵罐：a幾何大小500m3的發(fā)酵罐徑高比為3，即H=3D，V=（D2/4）×3D=100 ，得到直徑D=5.8m，高HL=1.7m。b傳熱面積 內(nèi)蛇罐36（6組） ，F(xiàn)=562m3c攪拌器 攪拌器直徑：Dj=1/2D=2.9m 擋板寬度 ：B=0.1D=0.58m 攪拌葉間距：S=1.5Dj =4.35m， 攪拌葉與罐底距離C= Dj =2.9m。 C+3S=2.9+3 ×4.35=15.95m<H L , 則取四層攪拌器。2）公稱為100m3的發(fā)酵罐 a幾何大小 100m3的發(fā)酵罐徑高比為2.61，即H=2.61D，V=（D2/4）×2.61D=10

16、0 ，得到直徑D=3.6m，高HL=9.4m。b傳熱面積 內(nèi)蛇罐36（6組） ，F(xiàn)=114m3c攪拌器 攪拌器直徑：Dj=1/3D=1.2m 擋板寬度 ：B=0.1D=0.36m 攪拌葉間距：S=2Dj =2.4m，攪拌葉與罐底距離C= Dj =1.2m。 C+3S=1.2+3 ×2.4=8.4<H L , 則取四層攪拌器。3) 公稱為20 m3的發(fā)酵罐 a幾何大小 20發(fā)酵罐的徑高比為2.3，即即H=2.3D，V=（D2/4）×2.3D=100 ，得到直徑D=2.2m，高HL=5.0m。b傳熱面積 外盤管40 ，F(xiàn)=40m3c攪拌器 攪拌器直徑：Dj=1/3D=0.73m 擋板寬度 ：B=0.1D=0.22m