1、青霉素生产工艺1.青霉素的发酵工艺过程 32.工艺流程图 3图 1.生产工艺过程 .3图 2.生产工艺流程图 .43.青霉素发酵工艺控制要点： 44.工艺指标 45.物料衡算 4a)发酵培养基（g/l） .5b)种子罐发酵培养基 56.热量衡算 66.1 生物热 76.2 搅拌热 76.3 汽化热 76.4 发酵热 77.设备：发酵罐 71）公称 500m3 的发酵罐： .82）公称为 100m3 的发酵罐 .83) 公称为 20 m3 的发酵罐 .8参考文献： 9双击去掉页眉页脚，海量资源，更多精彩内容为您搜集整理，谢谢使用，更多精彩请关注豆丁:http:/ 7 天）斜面母瓶（25C ，孢子
2、培养，7 天）大米孢子（26C，种子培养 56h） 一级种子培养液（27C ，种子培养，24h）二级种子培养液（2726C,发酵,7 天）发酵液。（2）球状菌二级发酵工艺流程冷冻管（25C，孢子培养， 68 天）亲米（25C ，孢子培养，810 天）生产米（28C，孢子培养，5660h ）种子培养液（2625-24C ，发酵，7 天）发酵液。图 1.生产工艺过程图 2.生产工艺流程图3.青霉素发酵工艺控制要点：青霉素培养基中碳源主要是工业用葡萄糖，氮源为豆粉、麸质粉、玉米浆。无机盐主要含硫酸钠、磷酸二氢钾等。青霉素发酵温度一般为 2526，有研究表明青霉素采用变温培养比恒温培养提高产量近 15
3、%。青霉素合成速率对温度的影响最为敏感，这也说明了次级代谢发酵温度控制的重要性。青霉素发酵 pH 一般控制在 6.56.7，发酵中常用氨水调节 pH 值，同时可补充氮源。最新研究表明调节加糖速率来控制 pH，比用恒速加糖、pH 由酸碱控制可提高产量 25%。青霉素发酵的临界氧浓度为 5%10%，低于此值就会对青霉素合成带来损失。4.工艺指标表 1 工艺计算基础数据年产量 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
4、中罐接种量 8% 发酵期间补葡萄糖量 1.6kg/（m 3h）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双击去掉页眉页脚，海量资源，更多精彩内容为您搜集整理，谢谢使用，更多精彩请关注豆丁:http:/ m3。则每个发酵罐装料量为:m=390.625 m3106ml80000/ml 1000/mg =3.125109mg=31.25t。则需要的罐体为 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%，
5、在一个周期内,需要中罐装料液体积：V=450078.125%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 发酵培养基用量葡萄糖 10 K2HPO4 4.0玉米浆 40 MgSO47H2O 35
6、(NH4)2SO4 5.67 KH2PO4 4.53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：每周期消耗量：18.75100040=750kg每年消耗量：75040=30000kg=30t；（3）(NH 4)2SO4：每周期消耗量：18.7510005.67=106.31kg每年消耗量：106.3140=4252.5kg；（4）K 2HPO4:每周期消耗量：18.7510004.0=75kg每年消耗量：7540=3000kg=3t；（5）MgSO47H 2O:每周期消耗量：18.75100035=656
7、.25kg每年消耗量：656.2540=26250kg=26.25t；（6）KH 2PO4:每周期消耗量：18.7510004.53=84.94kg每年消耗量：84.9440=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 30.0 K2HPO4 0.5葡萄糖 10.0 MgSO47H2O 0.5蛋白胨 4.0 Nacl 0.5玉米浆 2.0 蒸馏水 1000ml/L1）可溶性淀粉每周期消耗量：234.37530=7031.25kg每年消耗量；7031.2540=kg=281.25t；2）葡萄糖每周期消耗量：234.37510=4687.5kg每年消耗量
8、：4687.540=kg=187.5t；3）蛋白胨每周期消耗量：234.3754.0=937.5kg每年消耗量：187540=37500kg=37.5t；4）玉米浆每周期消耗量：234.3752.0=468.75kg每年消耗量：468.7540=18750kg=18.75t；5）K 2HPO4每周期消耗量：234.3750.5=117.2kg每年消耗量：117.240=4687.5kg；6）MgSO47H 2O每周期消耗量 234.3750.5=117.2kg每年消耗量：234.37540=4687.5kg；7）Nacl每周期消耗量 234.3750.5=117.2kg每年消耗量：234.37
9、540=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 )。这里采用最小换热系数，以留出余量，
10、即 4.186800 kj/(m2h)。双击去掉页眉页脚，海量资源，更多精彩内容为您搜集整理，谢谢使用，更多精彩请关注豆丁:http:/ 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
11、 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 （每消耗 1mol 氧气产生 460kj 热量）发酵罐补葡萄糖的速度是 1.6kg/（m 3h）：发酵罐发酵周期 180h，所以葡萄糖用量是180h1.6kg/（ m3h）390.625m 3=kg （发酵罐）葡萄糖的式量是 180g/mol所以：n 发酵罐 =kg1000/180g/mol=mol发酵罐的 Q 生物热 = 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；P g 为通气条件下的搅拌
12、功率（kw） 。这里取各罐的最大功率。发酵罐 Q 搅拌 =36000.92640=kj6.3 汽化热Q 蒸发 =G(I 进 I 出 )；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 kj6.4 发酵热发酵罐 Q 发酵 =1.725109 kj+kj-3.504108 kj=1.38108 kj7.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
13、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
14、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 kw20 2200 5000 22 3037100 3600 9400 114 120125500 5800 17400 562 580640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）3
15、D=100 ，得到直径 D=5.8m，高 HL=1.7m。b传热面积 内蛇罐 36（6 组） ，F=562m 3c搅拌器 搅拌器直径：D j=1/2D=2.9m挡板宽度 ：B=0.1D=0.58m搅拌叶间距：S=1.5D j =4.35m，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=114m 3c搅拌
16、器 搅拌器直径： Dj=1/3D=1.2m挡板宽度 ：B=0.1D=0.36m搅拌叶间距：S=2D j =2.4m，搅拌叶与罐底距离 C= Dj =1.2m。C+3S=1.2+3 2.4=8.4H L , 则取四层搅拌器。3) 公称为 20 m3 的发酵罐双击去掉页眉页脚，海量资源，更多精彩内容为您搜集整理，谢谢使用，更多精彩请关注豆丁:http:/ 20 发酵罐的径高比为 2.3，即即 H=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=40m 3c搅拌器 搅拌器直径： Dj=1/3D=0.73m挡板宽度 ：B=0.1D=0.22m搅拌叶间距：S=2D j =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 m3 4一级发酵罐 100m3 3种子罐 20m3 2参考文献：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
