生物工程工厂设计-物料衡算

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1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µ1750U/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ρ0Kg/m31050一级种子罐装料系数k2%84二级种子罐发酵液密度ρ1Kg/m31150放罐发酵单位µ2U/ml6000一级种子罐发酵液密度ρ2Kg/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0.001.201.201.5002（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1~2小时，24~32h时间每4h补12L丙酮，33~144h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µ1、放罐发酵单位µ2、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)=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）)(160)03.01(84.0106000107501000)1(100036621mrn3（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÷（1-s1）×j1=22.4÷0.90×30%=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÷(1-s2)×j2=7.47÷0.9×35%=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%×V01÷(1-s0)×ρ0=5%×121.6÷0.9×1050=7093.3（kg）豆粉：m02=2.2%×V01÷(1-s0)×ρ0=2.2%×121.6÷0.9×1050=3121.1（kg）玉米粉：m03=1.8%×V01÷(1-s0)×ρ0=1.8%×121.6÷0.9×1050=2553.6（kg）氯化钠：m04=0.65%×V01÷(1-s0)×ρ0=0.65%×121.6÷0.9×1050=922.1（kg）豆油：m05=0.50%×V01÷(1-s0)×ρ0=0.50%×121.6÷0.9×1050=709.3（kg）碳酸钙：m06=0.65%×V01÷(1-s0)×ρ0=0.65%×121.6÷0.9×1050=922.1（kg）碳酸铵：m07=0.18%×V01÷(1-s0)×ρ0=0.18%×121.6÷0.9×1050=255.4（kg）生物氮：m08=0.80%×V01÷(1-s0)×ρ0=0.80%×121.6÷0.9×1050=1134.9（kg）糊精：m09=0.00%×V01÷(1-s0)×ρ0=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)×ρ04淀粉：m31=4.38%×V03÷(1-s0)×ρ0=4.38%×16÷0.9×1050=817.6（kg）豆粉：m32=3%×V03÷(1-s0)×ρ0=3%×16÷0.9×1050=560（kg）玉米粉：m33=1.25%×V03÷(1-s0)×ρ0=1.25%×16÷0.9×1050=233.3（kg）氯化钠：m34=1.63%×V03÷(1-s0)×ρ0=1.63%×16÷0.9×1050=304.3（kg）豆油：m35=0.88%×V03÷(1-s0)×ρ0=0.88%×16÷0.9×1050=164.3（kg）碳酸钙：m36=0.063%×V03÷(1-s0)×ρ0=0.063%×16÷0.9×1050=11.76（kg）碳酸铵：m37=0.175%×V03÷(1-s0)×ρ0=0.175%×16÷0.9×1050=32.7（kg）生物氮：m38=0.00%×V03÷(1-s0)×ρ0=0（kg）糊精：m39=4.5%×V03÷(1-s0)×ρ0=1.5%×16÷0.9×1050=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淀粉：m11=1.8%×V11÷(1-s1)×ρ1=1.8%×17.42÷0.9×1150=400.7（kg）豆粉：m12=1.5%×V11÷(1-s1)×ρ1=1.5%×17.42÷0.9×1150=333.9（kg）玉米粉：m13=0.60%×V11÷(1-s1)×ρ1=0.60%×17.42÷0.9×1150=133.5（kg）氯化钠：m14=0.30%×V11÷(1-s1)×ρ1=0.30%×17.42÷0.9×1150=66.8（kg）5豆油：m15=0.60%×V11÷(1-s1)×ρ1=0.60%×17.42÷0.9×1150=133.5（kg）碳酸钙：m16=0.50%×V11÷(1-s1)×ρ1=0.50%×17.42÷0.9×1150=111.3（kg）碳酸铵：m17=0.12%×V11÷(1-s1)×ρ1=0.12%×17.42÷0.9×1150=26.7（kg）生物氮：m18=0.00%×V11÷(1-s1)×ρ1=0（kg）糊精：m19=1.2%×V11÷(1-s1)×ρ1=1.2%×17.42÷0.9×1150=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÷(1-s2)×ρ2淀粉：m21=1.8%×V21÷(1-s2)×ρ2=1.8%×5.39÷0.9×1200=129.36（kg）豆粉：m22=1.5%×V21÷(1-s2)×ρ2=1.5%×5.39÷0.9×1200=107.8（kg）玉米粉：m23=0.60%×V21÷(1-s2)×ρ2=0.60%×5.39÷0.9×1200=43.12（kg）氯化钠：m24=0.30%×V21÷(1-s2)×ρ2=0.30%×5.39÷0.9×1200=21.56（kg）豆油：m25=0.60%×V21÷(1-s2)×ρ2=0.60%×5.39÷0.9×1200=43.12（kg）碳酸钙：m26=0.50%×V21÷(1-s2)×ρ2=0.50%×5.39÷0.9×1200=35.93（kg）碳酸铵：m27=0.12%×V21÷(1-s2)×ρ2=0.12%×5.39÷0.9×1200=8.6（kg）生物氮：m28=0.00%×V21÷(1-s2)×ρ2=0（kg）6糊精：m29=1.2%×V21÷(1-s2)×ρ2=1.2%×5.39÷0.9×1200=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：7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0.000.001.20427.371.20137.981.5004488表5：每天各种罐所需培养基原料量4、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=V0×160=1600×160=256000m3V0每天=V