青霉素的发酵工艺过程.doc

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： 91.青霉素的发酵工艺过程1. 冷冻干燥孢子————→琼脂斜面————→米孢子————→种子罐————→发酵罐————→过滤————→醋酸丁酯提取————→脱水脱色————→结晶————→洗涤晶体————→工业盐————→综合应用在发酵过程中补料（碳源，氮源，前体），加消沫剂2.工艺流程图（1） 丝状菌三级发酵工艺流程冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天）——发酵液。

2）球状菌二级发酵工艺流程冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h）——种子培养液（26~25-24°C，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25~26℃，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%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6.5~6.7，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80000μ/ml发酵周期180h成品效率1000μ/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/（m3·h）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:5000÷40=125t 先选择大罐500 m3发酵罐，则每个罐装青霉素料500×0.78125=390.625 m3则每个发酵罐装料量为:m=390.625 m3×106ml×80000μ/ml÷ 1000μ/mg =3.125×109mg=31.25t则需要的罐体为 125÷31.25=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=4×500×78.125%×15%=234.375 m3则需要的罐体大小为：V中=234.375÷78.125%=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=234.375×8%=18.75 m3所需一级种子罐大小为V种子=18.75÷65%=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10K2HPO44.0玉米浆40MgSO4˙7H2O35 (NH4)2SO45.67KH2PO44.53则（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）玉米浆：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）MgSO4˙7H2O:每周期消耗量：18.75×1000×35=656.25kg每年消耗量：656.25×40=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)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30.0K2HPO40.5葡萄糖10.0MgSO4˙7H2O0.5蛋白胨4.0Nacl0.5玉米浆2.0蒸馏水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）玉米浆每周期消耗量：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）MgSO4˙7H2O每周期消耗量234.375×0.5=117.2kg每年消耗量：234.375×40=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.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×(800~1000)kj/(㎡·h·℃)这里采用最小换热系数，以留出余量，即4.186×800 kj/(m2·h℃)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+460×6kj （每消耗1mol氧气产生460kj热量）发酵罐补葡萄糖的速度是1.6kg/（m3·h）：发酵罐发酵周期180h，所以葡萄糖用量是180h×1.6kg/（m3·h）×390.625m3=kg （发酵罐）葡萄糖的式量是180g/mol 所以： n发酵罐=kg×1000/180g/mol=mol 发酵罐的Q生物热= mol×6×460kj=1.725×109 kj 6.2搅拌热Q搅拌=3600PgT，其中η为功热转化率，经验值η=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=3600×0.92×640=kj6.3 汽化热Q蒸发=G(I进—I出)ρ；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)；ρ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=1.725×109 kj×20%=3.504×108 kj 6.4 发酵热发酵罐Q发酵=1.725×109 kj+kj-3.504×108 kj=1.38×108 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0.02~500m3。

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kw20220050002230~3710036009400114120~125500580017400562580~640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=（πD2/4）×3D=100 ，得到直径D=5.8m，高HL=1.7mb．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 =4.35m， 搅拌叶与罐底距离C= Dj =2.9m。

C+3S=2.9+3 ×4.35=。