Проект цеха производства ферментного препарата пектиназы г3х на основе культуры бацилус циркуланс мощностью 55м3 в сутки по куртуральной жидкости

Количество высушенного препарата с учетом 10% потерь препарата с отходящим воздухом ( содержание влаги в препарате 10%): G22 = G21 ∙ ( 1 – 0,1 ) / ( 1 – 0,1) = 39,41 ∙ 0,9 / 0,9 = 39,41 кг33) Количество удаленной влаги : Gвл= G18 – G22 = 495 – 39,41 = 455,59 кг34) Активность препарата с учетом потерь от инактивации (10% ): A7 = A6 ∙ (1- 0,1) / G22 = 37,67 ∙ 106∙ 0,9 / 39,41 = 0,86026∙ 106ед/г35) Содержание абсолютно сухих в-в в препарате: G23 = G21 ∙ 0,9 = 39,41 ∙ 0,9 = 35,47 кг36) Потери абсолютно сухих в-в при сушке с учетом влажности составляет: G23-1 = G21 – G23 = 39,41 – 35,47 = 3,94 кг37) Общая активность сухого препарата:A8 = A7 ∙ G22 = 0,86026∙106 ∙ 39,41 = 33,90 ∙ 106ед. 38) Потери активности на стадии составляют : а2 = A6 – A8 = 37,67 ∙ 106 – 33,90 ∙ 106= 3,77 ∙ 106ед.39) Просеивание сухого препарата: Количество сухого препарата после просеивания (потери 1,0%): P1 = G22 ∙ (1 – 0,01) = 39,41 ∙ 0,99 = 39,02 кг40) Содержание абсолютно сухого вещества в просеянном препарате: Pсв= G23 ∙ 0,99 = 35,47 ∙ 0,99 = 35,12 кг41) Потери препарата на стадии: Pсв=G23 ∙ 0,01 = 35,47 ∙ 0,01 = 0,35 кг42) Стандартизация сухого препарата Активность стандартного препарата A9 = 500 ед/г Количество наполнителя для стандартизации: G24 = G22 ∙ (A7 – A9)/A9 = 39,41 ∙ (860 – 500)/800 = 2,96 кг43) Количество веществ, поступающих на стандартизацию: G25 = P1 + G24 = 39,02 + 2,96 = 41,98 кг44) Количество абсолютно сухих веществ в наполнителе (влага-10%): G24-1 = G24 ∙ 0,9 = 2,96 ∙ 0,9 = 2,67 кг45) Количество абсолютно сухих веществ в препарате, поступающих на стандартизацию: G25-1 = Pсв+ G24-1 = 35,12 + 2,67 =37,79 кг46) Количество препарата, полученного после стандартизации при учете потерь (1%): G26 = G25 ∙ (1 – 0,01) = 41,98 ∙ 0,99 = 41,56 кг47) Содержание абсолютно сухих веществ в стандартизированном препарате: G26-1 = G25-1 ∙ 0,99 = 37,78∙ 0,99 = 37,4 кг48) Общая активность в стандартизированном препарате: A10 = A9 ∙ G26 = 500 ∙ 41,56 ∙ 103= 33,25 ∙ 106ед.49) Потери количества препарата при стандартизации: G27 = G25 – G26 = 41,98 – 41,56= 0,42 кг50) Потери активности на стадии стандартизации : а3 = G27 ∙ A9 = 0,42 ∙ 500 ∙ 103= 0,34 ∙ 106ед.51) Фасовка, маркировка, упаковка. Препарат расфасовывают в полиэтиленовые мешки, а затем в бумажные мешки по 5 кг. Потери на стадии – 1%. Количество упакованного материала: G28 = G26 ∙ (1- 0,01) = 41,56 ∙ 0,99 = 41,14 кг52) Содержание абсолютно сухих веществ в упакованном препарате: G28-1 = G26-1 ∙ 0,99 = 37,4 ∙ 0,99 = 37,03 кг53) Механические потери: G29 = G26 – G28 = 41,56 –41,14 = 0,42 кг54) Потери абсолютно сухого вещества: G29-1 = G26-1 ∙ 0,01 = 37,4 ∙ 0,01 = 0,37 кг55) Общая активность готового препарата: A11 = G28 ∙ A9 = 41,14 ∙ 500 ∙ 103= 32,91 ∙ 106 ед.56) Потери активности на стадии: a3 = A10 – A11 = (33,25 – 32,91) ∙ 106= 0,34 ∙ 106ед.57) Таким образом, общий выход препарата со стандартной активностью 70 ед/г с 1 м3культуральной жидкости составляет: G31 = A11 ∙ 100 / A2 = 32,91 ∙ 106∙ 100 / 50 ∙ 106= 65,82%Материальный баланс процесса сведен в таблицу 2.3.По результатам проведенных расчетов составим в таблице 1.9 материальный баланс процесса.Таблица 1.9Материальный баланс производственного процессаИзрасходованоПолученоВыход фермента, %Наименование сырья и полупродуктовКоличест-во, кг, м3Содрержаниеа.с.в., кгАктивность, ед/г, ед/см3Общая активность, х10 6ед.Наименование конечного продукта, отходов и потерьКоличество, кг, м3Активность, ед/г, ед/см3Общая активность, х10 6ед.Содержание а.с.в., кгна стадиик исход.123456789101112Стадия ТП- Выращивание продуцента в ферментере- Питательная ферментационная среда-посевной материал1,0450,05569,53,7-Культуральная жидкостьпотери с уносомрасход сухих веществ на энергию биосинтезаG9=990110А1= 100А2= 100,0 G11 =49,57,516,2100ИТОГО: 1,17 3,21 100 100 100,0 73,2 100Стадия ТП- Фильтрация культуральной жидкостиКультуральная жидкостьG9=990G11 =49,5А1= 100А2= 100Фильтрат к.ж.Осадок (W=85%)G13 =1336,5G16 =62,7А3=63,3-А4=84,6G14 =40,1G15 =9,4 85,5 85,5Вода для промыва осадка 495-Потери от инактивации и механические85,815,221,515,414,5ИТОГО: 1485 49,5 100,0 100,01485,0 100,0 100,0 49,5 100 85,5Стадия ТП - Концентрирование методом вакуум-выпариванияКоличество фильтратаG13 =1336,5G14 =40,1А3=63,3А4=84,6КонцентратКоличест-вовыпарен-ной влагиПотери от инактива-ции и меха-ническиеG18 =0,134м3G18-1 = 147,4кгG19 = 1,2А5 =538,1А6 =72,112,5G21 =36,14,085,2 14,872,8ИТОГО: 1336,5 40,1 63,3 84,6 1,34м3 538,1 84,6 40,1 100 72,8Стадия ТП- Сушка концентратаСтандартизованный концентратG18 =0,134м3G18-1 =147,4кгG21 =36,1А5 =538,1А6 =72,1Су-хойпре-парат (базовый)ИспареннаявлагаПотериG22 =35,3G25=112,1кгА7 =1940,4А8 =68,5 3,6G23 =32,5G24=3,695569,2ИТОГО: 0,134 м3, 36,1 538,1 72,1 0,134 м3, 72,1 36,1 100 69,2 147,4кг 147,4кгСтадия ТП- Стандартизация сухого препарата Сухой препарат(базовый)НаполнительG22 =35,333,2G23 =32,534,3А7 =1940,4А8 =68,5Стандарт-ный препарат Потери механическиеG28 =67,8 0,7А9 =1000А10 =67,80,765,81,0 98,9 1,168,5ИТОГО: 68,5 66,8 1940,4 68,5 68,5 1000 68,5 66,8 100 68,5Стадия УМО Фасовка, упаковка, маркировкаСтандартный препарат G28 =67,865,8А9 =1000А10 =67,8Упакованный препарат Механические потериG30 =67,10,71000А11 =67,10,799167,8ИТОГО: 67,8 65,8 1000 67,8 67,8 1000 67,86 5,8 100 67,82.3 Расчетосновногооборудования1Производственные ферментеры1.1Объемпроизводствапрепаратавгод:Q1 = Q ∙ τ = 55 ∙ 330 = 9900 м3/год,гдеQ-объемпроизводства всутки,м3/сутки;τ-количестворабочихднейвгоду.1.2 Для рассчитанного количества культуральной жидкости в суткивыбирают ферментер, объем которого при коэффициенте заполнения 0,7близок кобъемусуточногопроизводствак.ж:V=55/0,70= 78,58м31.3 Количествок.ж. соднойферментацииприучетепотерьвовремяферментации (10%)составит:Q2=V ∙0,70∙0,9= 78,58∙0,70∙ 0,9= 51,5м3ВыбираемферментерконструкциифирмыAKIKOсхарактеристиками:Объемаппарата- 50м3Диаметр аппарата - 3000 ммОбщая высота-11470 ммМатериал- сталь (X18H10T)Электродвигатель–АО-94-6Мощность мешалки – 75 кВт1.4 Количествоферментацийвсутки(n):n=Q/Q2=30/31,5=0,95=1 ферм/сутки1.5 Продолжительностьоборачиваемостиодногоферментера(τ1)складывается изследующих величин:-длительностьферментации-48ч-слив к.ж.-2ч-мойкаферментера-1ч-стерилизация-2ч-проверканагерметичность -1ч-засев - 1 чИтого:τ1=55ч1.6 Количестворабочихчасоввгоду(τ2):τ2= τ∙24= 330∙24= 7920ч1.7 Необходимоеколичествоферментеров(N):N ===2,18Принимаемк установке3ферментера.2ПосевныеаппаратыКоличество посевных аппаратов рассчитывается в зависимости отколичества ферментаций в сутки и времени оборачиваемости посевногоаппарата.2.1 Полный цикл работы одного посевного аппарата складывается изследующих величин:-времявыращиванияпосевногоматериала-24ч-засевинокулятора-0,5 ч-мойка -1 ч-слив –0,5ч-проверканагерметичность -1ч-стерилизацияпустогоаппарата-1ч-охлаждение инокулятора - 1 чИтого:τ3= 29ч2.2 Количествопосевногоматериаладлязагрузки одногопроизводственногоферментера Расходпосевногоматериала7%отполезногообъемаферментера:Q3=V ∙0,70∙0,07 = 50∙0,70∙0,07 = 2,45м3,V-полныйобъемферментера2.3Полный объем посевного аппарата при коэффициенте заполнения 0,7составит:Q4=Q3/0,7=2,45/0,7 = 3,5м3ВыбираеминокуляторконструкциифирмыAKIKOс характеристиками:Объем аппарата – 5 м3Диаметр аппарата - 1750 ммПолнаявысота –4470 ммМатериал–эмалированныйЭлектородвигатель АО-63-6 2.4Количествоинокуляторов(n1):n1===1,2,гдеn-количествоферментацийвсутки.Принимаемкустановке2инокулятора.3Расчет оборудования для приготовления питательной среды дляпроизводственногоферментера3.1 Объем среды, который необходимо приготовить, равен полезномуобъемуферментера:V1=V ∙0,70= 50∙0,70= 35м33.2 Во время стерилизации среды происходит ее разбавление конденсатом на15-20%, в связи с этим объем воды, использованной для приготовлениясреды,долженбытьуменьшенна 20%,чтосоставит:V2=Vв - (Vв∙0,2) =35-(35∙ 0,2) = 28м33.3 Объемсредысоставит:V3=V1-(Vв-V2) =35 -(35-28)= 28м33.4 Полный объем реактора для среды при коэффициенте заполнениясоставит:V4=V2/0,70= 28/0,70=40м3Выбираем для установки реактор-смеситель с турбиннымперемешивающимустройствомбезотражательныхперегородокфирмыAKIKOсхарактеристиками:Номинальный объем - 50 м3Общая высота - 11470 ммНаружныйдиаметр-3000ммЭлектродвигатель - АО-94-6Мощность - 75квт4Стерилизацияпитательнойсредывустановкенепрерывнойстерилизации(УНС)4.1 Количествосреды, поступающейнастерилизациювсутки:Q4=V3=28 м34.2 Времястерилизациисредынедолжнопревышать10ч. Всоответствиисэтимпроизводительность(q1)должнасоставлять:q1=Q4/6 =28/6=4,6 м3/чПо рассчитанной производительности выбираем стерилизационнуюустановкуУНС-5схарактеристиками:Производительность-5 м3/чВместимость нагревателя -25 дм3Типвыдерживателя-змеевик.4.3 ОбщеевремязанятостиУНСскладываетсяиз:-мойка-0,5ч-проверканагерметичность–0,5ч-стерилизациясреды -3ч-стерилизация УНС – 1 чИтого:τ4= 5ч5Сборникдлякультуральнойжидкости5.1Необходимыйобъемсборников:V5=Q2/0,8= 31,5/0,8 = 39,38м3, где Q2 - количество к.ж. в сутки, м3;0,80-коэффициентсборникак.ж.Продолжительностьсливакультуральнойжидкостивсборникинедолжнапревышать 2 часа. В соответствии с этим производительностьперекачивания должнабыть:q2=Q2/2 =31,5/2=15,75м3/cПринимаем к установке сборникВЭЭ1-1-25-06 объемом 25 м3 схарактеристиками:Внутренний диаметр - 3000 ммОбщая высота-5000мм5.2 Полезныйобъемсборника:Vп =Vкж∙0,9=25∙0.9 =22,5 м35.3 Количествосборников:n2= Q2/Vп = 31,5/ 22,5=1,4Принимаемкустановке2сборникакультуральнойжидкости.6 ОтделениебиомассыФильтрующееоборудованиевыбираемпоповерхностифильтрации:S=Q2/(g1∙τ5)=31,5 /(1∙6)=5,3 м2,гдеg1-скоростьфильтрациим3/ч;τ5-времяработыфильтра.Принимаем к установке барабанный вакуум-фильтр БОК-10-2,6С характеристиками:Поверхность фильтрации-10м2Диаметр барабана - 2600Длина барабана - 1350Общийразмерустановки- 3000х3200х 3370Объем жидкости в поддоне - 3500лМощность электродвигателя - 2,2 квтМасса – 2580кг7 Сборникдляфильтратакультуральнойжидкости7.1 Количество фильтрата с учетом промывных вод (гидромодуль 1: 0,5)ивыхода пообъему«K»:Q5= (Q2+ Q2 ∙0,5) ∙K= (31,5+31,5∙0,5)∙0,9= 42,53м3,гдеQ2-количествок.жв сутки,м3;K - коэффициент, учитывающий выход фильтрата на стадии.Принимаем к установке сборник объемом 30 м3фирмы AKIKO ВЭЭ1-1-30-06 схарактеристиками:Внутреннийдиаметр-3000ммВысотацилиндрическойчастикорпуса-6110ммБерем два сборника по 30 м37.2 Рабочийобъемсборника:Vп = Vф∙0,9= 30∙0,9 = 27 м3,где0,9-коэффициент заполнения.7.3 Количествосборников:n3= Q5/Vп =42,53/27 =1,6Принимаемк установке2сборникфильтратакультуральнойжидкости.8 СборникдляотфильтрованногоосадкаQос = 31,5 ∙ 0,15 = 4,73 м3, гдеQос-количествоотфильтрованногоосадка;8.1 Необходимыйобъемсборников:V6=Qос/ 0,9=4,73/ 0,9= 5,26м3,0,9-коэффициентзаполнения.Принимаем к установке сборник фирмы AKIKO объемом 6 м3схарактеристиками:Внутренний диаметр -1500 ммОбщая высота- 3400мм8.2 Полезныйобъемсборника:Vп=6∙0,9=5,4 м38.3 Количествосборников:n4= Qос/ Vп = 5,26/ 5,4 =0,97Принимаемкустановке1сборникдляфильтрованногоосадка.9 Вакуум-выпарнаяустановка9.1 Количествофильтрата,поступающегонаконцентрированиеQ5 =42,53 м3Время работы установки с =10чКратностьконцентрирования3.9.2 Количествоконцентрата:Q6=Q5/ 3= 42,53/3= 14,18 м3,гдеQ5-количествофильтрата.9.3 Количествоиспареннойвлаги:Q7=Q5-Q6= 42,53–14,18= 28,35 м3,гдеQ5-количествофильтрата,Q6-количествополученногоконцентрата.9.4 Производительность вакуум-выпарная установка по испаренной влаге:P1=Q7/τ6 =42,53/10=4,25 м3/ч,где Q7 - количество испаренной влаги;P1-времяработыустановкивсутки.Выбираемвакуум-выпарнуюустановку с падающей пленкой производство ФРГ марки2 производительностью схарактеристиками:Потребляемаямощность–37кВт/часГабаритныеразмеры:Длина установки - 6500 ммШирина установки-400ммВысотаустановки-7500ммТрехступенчатаяПринимаем1вакуум-выпарнуюустановку.10 Сушкаконцентрата10.1 Количествоконцентрата,поступающегонасушкуQ6=14,18 м3Содержаниеабсолютносухихвеществ вконцентрате:с1=(G21/G18)∙100%=(27,55/495)∙100%=5,6%,где G21 – количество АСВ в концентрате,G18 – количество концентрата (рассчитано ранее)Количество испаренной влаги с учетом рабочего объема ферментера 467,45 кг ∙31,5 м3 = 14724 кгПо этой цифре мы выбираем сушилкуAMDR 2000Производительность - 2000кг/чВнутренний диаметр - 6500ммДлина – 1450 ммШирина – 1400 ммВысота – 1500 ммРабочий объем – 200 м3С 1 м3 к.ж. при выпарки испаряется 467,45 кг по материальному балансу, а с 30 м3 16405кг.Времяработысушилки всутки τ7= 9ч10.2 Количествовысушенногопрепарата:Q8=31,5∙27,55=868 кг10.3 Количествоиспареннойвлаги:Q9=Q6-Q8= 14,18- 0,87= 13,3м3 = 13,3т10.4 Производительностьсушилкипоиспареннойвлаге:P2=Q9/ τ7= 13,3/9= 1478кг/ч11 Стандартизациявысушенногопрепарата11.1 Количествонаполнителядлястандартизации:Q10 =Q8∙(A -Aс)/ Ас= 868∙(1014,17- 500)/500= 893кг,гдеA -активностьпрепаратапослесушки;Aс-активностьстандартногопрепарата;Q8-количествовысушенногопрепаратаКоличествостандартногопрепарата:Q11=Q8+ Q10= 868+ 893= 1761кгВыбираем измельчитель марки ДМБ-630-401:Производительностью - 500-1500 кг/чМощность электродвигателя - 22Выбираем смеситель ПШ-3200:Рабочий объем - 3,2 м3Номинальный объем - 5 м3Давление - 0,4-0,6Рабочая температура до 30 оСЧастота вращения шнека - 45Мощность – 5,5 квт12ФасовкаиупаковкаСуточное производство готовой продукции - 1761 кг.Препаратфасуется вмешкипо5 кг.Количествоупаковоквсутки:1761/5=352уп/сутВыбираемупаковочнуюлиниюмаркиВ6-ВФАпроизводительностью2уп./минс габаритными размерами4620х2645х3470мм.ЗАКЛЮЧЕНИЕБиотехнологические процессы представляют собой сложные физико-химические превращения исходного сырья в готовую продукцию. Производство препарата пектиназаГ3х состоит из ряда основных и вспомогательных стадий технологического процесса. Технологический процесс осуществляется по соответствующим технологическим отделениям, соединенных последовательными связями.В рамках представленного курсового проекта был произведен расчет материального баланса, подбор требуемого оборудования, автоматизация и технико-экономическое обоснование предлагаемых мероприятий по внедрению технологической линии производства препарата пектиназаГ3х.Также были рассмотрены мероприятия по строительной части и охране труда и окружающей среды.По итогам исследования можно сказать, что поставленные задачи были выполнены, а проект в целом является экономически обоснованным и перспективным.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫБиотехнология: теория и практика (учебное пособие) / Н.В. Загоскина, Л.В. Назаренко, Е.А. Калашникова, Е.А. Живухина: Под ред. Н.В.Загоскиной. – М.: Из-во Оникс, 2009, 496 с.Борисов А.Ф. Инженерные расчеты систем безопасности труда и промышленной экологии: учебное пособие для вузов. - Н. Новгород: Вента - 2, 2000. – 130 с.Грачева И.M.Технология ферментных препаратов.– М: Агропроиздат, 1987. – 335 с.Иоффе И.Л.Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. – Л.:Химия, 1991. – 352 с.Калунянц К.А., Голгер, Л.И., Балашов В.Е.Оборудование микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1987. – 309 с.Кантере В.М., Мосичев М.С., Дорошенко МИ, и др.Основы проектирования предприятий микробиологической промышленности. – М: Агропромиздат, 1990. – 303 с.Кантере В.М.Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М: Агропромиздат, 1990. – 271 с.Красноштанова А.А., Крылов Б.А., Бабусенко Е.С. Основы биотехнологии. – Учебное пособие. - Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2001. - 84 с.Красный Ю.М. Проектирование стройгенплана и организация строительной площадки: Учеб. пособие.–Екатеринбург: УГТУ, 2000.–144с.Лебедев П.В. Расчет и проектирование сушильных установок. – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 320 с. Мосичев М.С., Складнев А.А., Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 264 с.Прищеп Т.П., Чучалин В.С., Зайков К.Л. и др. Основы фармацевтической биотехнологии. Ростов-на-Дону:Феникс, Томск:изд-во НТЛ, 2006, 256 с.Редин В.И, Князев А.С., Костюк Л.В. Проектирование природоохранных объектов: Метод. указания.- СПб.:СПбГТИ(ТУ), 2010. - 94 с.Эмалированное оборудование: Каталог / НИИ ШАЛЬХИММАШ. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. - 140 с.