- •8. Описание технологических и аппаратурных схем производства и отдельных стадий процесса
- •Вр.1 Получение стерильного сжатого воздуха
- •1. Вр.1.1. Предварительная обработка воздуха
- •2. Вр.1.2. Очистка сжатого воздуха в головном фильтре
- •3. Вр.1.3. Очистка сжатого воздуха в промежуточном воздушном фильтре
- •4. Вр.1.4. Очистка сжатого воздуха в индивидуальном воздушном фильтре
- •8.1.4.1. Вр.1.4.1. Подготовка индивидуальных воздушных фильтров
- •8.2. Вр.2. Получение стерильного пеногасителя
- •8.3. Вр.3.Биологический контроль качества сырья
- •Вр.4.Хранение и предварительная обработка сырья
- •8.5. Вр.5 Подготовка приточного воздуха
- •8.6. Вр.6 Подготовка персонала к работе
- •8.7. В.Р.7 Подготовка технологической одежды
- •8.8. Вр.8 Приготовление растворов антисептиков
- •8.8.2 Вр 8.2 Приготовление рецептуры «с» 4
- •8.8.3 Вр8.3 Приготовление раствора перекиси водорода и моющего средства «Прогресс»
- •8.9. Вр.9 Подготовка производственных помещений
- •8.10. Вр.10 Подготовка оборудования
- •Тп.1 Выращивание посевного материала
- •Тп.2 Выращивание посевного материала в инокуляторе
- •Тп.3 Выращевание вегетативного посевного материала в посевном аппарате
- •Тп.4 Биосинтез леворина
- •Тп.5 Коагуляция и фильтрация культуральной жидкости
- •9.Технико-экономическое обоснование исходных данных
- •9.1. Планирование работ по ремонту основного технологического оборудования
- •Организация планово-предупредительного ремонта ведущего технологического оборудования
- •9.2. Общий выход целевого продукта
- •Общий выход целевого продукта на всех стадиях технологического процесса
- •9. 3. Время цикла работы ферментатора, посевного аппарата, инокулятора Обоснование времени цикла работы инокулятора
- •Обоснование времени цикла работы посевного аппарата
- •Обоснование времени цикла работы ферментатора
- •Расчет вместимости и числа ферментаторов, посевных аппаратов и инокуляторов
- •Расчет количества посевных аппаратов и их вместимость
- •Расчет количества инокуляторов и их вместимость
- •Материальные расчеты
- •11.1 Материальный баланс стадии тп.2.2 приготовления и стерилизации питательной среды для инокуляторов
- •11.2 Материальный баланс стадии тп.2 выращивания вегетативного посевного материала в инокуляторе
- •11.3 Материальный баланс стадии тп. 3.2 приготовления и стерилизации питательной среды для посевного аппарата
- •11.4 Материальный баланс стадии тп.3 выращивания вегетативного посевного материала в посевном аппарате
- •11.5 Материальный баланс стадии тп. 4.3 приготовления и стерилизации питательной среды для ферментаторов
- •11.6 Материальный баланс стадии тп.4.2 приготовления и стерилизации
- •40% Раствора зеленой патоки
- •11.7 Материальный баланс стадии тп.4 биосинтеза леворина
- •11.8 Материальный баланс стадии тп.5 коагуляции и фильтрации культуральной жидкости леворина с получением мицелиально-перлитовой массы
- •Расчет и подбор основного и вспомогательного технологического оборудования
- •Спецификация оборудования
- •Тепловые расчеты
- •13.1.Тепловой баланс процесса ферментации леворина
- •13.2 Тепловой расчет процесса стерилизации и охлаждения пустого ферментатора
- •14. Контроль и автоматизация технологических процессов
- •Перечень важнейших контрольных точек
- •Контролируемые параметры и системы
- •15. Безопасность производства
- •15.1.Характеристика токсичных и пожароопасных свойств веществ и материалов Токсичные свойства сырья, вспомогательных веществ, полупродуктов, готового продукта и отходов производства
- •Пожаро-взрывоопасные свойства сырья, полупродуктов, готового продукта и отходов производства Газы и жидкости
- •Пожаровзрывоопасные свойства веществ. Твердые продукты.
- •15.2 Взрывопожаробезопасность технологического процесса. Категорирование технологического оборудования по взрывоопасности
- •Защита от статического электричества
- •Категории производственных помещений по взрывопожарной и пожарной опасности
- •Классификация помещений по пэу для подбора электрооборудования
- •Характеристика установленного электрооборудования
- •15.3. Безопасность технологического процесса и оборудования
- •15.4 Производсвтенная санитария Характеристика вредных производственных факторов
- •Обеспечение гигиенических норм производственных факторов
- •Вентиляция и отопление производственных помещений
- •Санитарная характеристика производственного процесса, спецодежда и средства индивидуальной защиты
- •16. Охрана окружающей среды
- •Образование и характеристика выбросов.
- •16.1 Расчет общего объема потока выбросов из инокулятора, посевного аппарата и ферментатора
- •16.1.2 Расчет фактических выбросов воздуха из аппаратов
- •16.1.3 Диаметр источника выброса d, м
- •16.2. Образование и характеристика сточных вод
- •16.3 Образование и характеристика отходов
- •Характеристика отходов
- •Расчет класса опасности отработанного фильтровального материала
- •Экологические показатели проекта
- •17. Архитектурно-строительная часть
- •17.1. Объемно-планировочное и конструктивное решение производственного здания
- •17.1.1. Компоновка здания
- •Характеристика некоторых вспомогательных помещений, расположенных в производственном здании
- •16.1.2. Основные технико-экономические показатели проектируемого производства
- •17.1.3. Конструктивное решение производственного здания
- •17.1.4. Конструктивные элементы производственного здания
- •17.1.5. Компоновка оборудования
- •17.1.6. Расчет количества санитарно- технического оборудования
- •18. Экономическая часть
- •18.1.3 Расчет сметы капитальных затрат, необходимых для реализации проекта
- •Сводная смета капитальных затрат на техническое перевооружение проектируемого объекта
- •18.2. Планирование текущих затрат на производство и реализацию леворина
- •18.2.1 Расчет материальных затрат
- •Расчет материальных затрат
- •18.2.2 Планирование фонда оплаты труда и величины страховых взносов во внебюджетные фонды
- •Планирование годового фот и величины страховых взносов во внебюджетные фонды
- •18.2.3 Расчет амортизационных отчислений
- •Расчет амортизационных отчислений
- •18.2.4 Расчет сметы текущих затрат на производство и реализацию проектируемой продукции
- •Смета годовых текущих затрат на производство реализацию леворина
- •18.3 Планирование затрат на формирование оборотного капитала
- •Расчет потребности в оборотных средствах
- •18.4 Расчет технико-экономических показателей эффективности фармацевтического производства
- •18.5. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта
- •Расчет денежных потоков инвестиционного проекта
- •Определение внутренней нормы доходности
- •Результаты оценки экономической эффективности инвестиционного проекта производства леворина
- •19. Заключение
- •Список используемой литературы
11.7 Материальный баланс стадии тп.4 биосинтеза леворина
Уравнение материального баланса стадии в общем виде:
mст.пит.ср. + mпос.мат. + mО2 mвлаги + mз.п.дол. = mк.ж .+ mCO2 + mбрызг
где: mст.пит.ср– масса стерильной питательной среды в ферментаторе, кг;
mпос.мат. —масса посевного материала, загружаемая в ферментатор, кг;.
mO2—масса кислорода пошедшего на процесс ферментации, кг;
mвлаги – масса влаги пришедшей или улетевшей во время выращивания, кг;
mз.п.дол - масса зелёной патоки на доливы, кг;
mк.ж - масса культуральной жидкости образовавшейся в процессе, кг.
mбрызг – масса жидкости, унесенной из ферментатора в виде брызг, кг.
mCO2 —масса углекислого газа, выделившегося в процессе ферментации, кг.
Масса стерильной питательной среды:
m ст. п. ср. = 6464кг (из таблицы № 11.13 материального баланса стадии ТП.4.3 приготовления и стерилизации питательной среды для ферментаторов). [c.88]
Масса посевного материала:
mпос.мат. = 557,23 кг (из таблицы 11.11 материального баланса стадии ТП.3 выращивания вегетативного посевного материала в посевном аппарате). [с.84]
Масса стерильного пеногасителя:
При выращивании посевного материала добавляют только синтетический пеногаситель (жировой пеногаситель добавляют при приготовлении питательной среды).
Синтетический пеногаситель добавляют в минимальных количествах, так как они ядовиты; их добавляют пропорционально сечению посевного аппарата (S1).
10,0 м3: m син. пен. = 6 кг [по д.з]
10,0 м3: m син. пен. = Х кг
10,0 м3 – 6 кг — S1
10,0 м3 – Х кг — S2
10,0 м3: — S1 = ;
где: d – диаметр ферментатора, м, [6]
10,0 м3: — S2 = ;
S1 – 2,54 – 6 кг;
S2 – 2,54 – Х кг.
Х = кг.
Пеногаситель адеканоль стерилизуется в лабораторном автоклаве.
Масса поглощенного кислорода и выделившегося углекислого газа:
Масса входящего воздуха
Таблица подачи воздуха:
Таблица 11.15
Время процесса, ч |
Расход воздуха, об/об. мин |
Расход воздуха |
Расход воздуха за период, м3 |
0-10 |
0,5 |
7 ∙ 0,5=3,5 |
3,5 ∙ 10 ∙ 60=2100 |
10-20 |
0,8 |
7 ∙ 0,8=5,6 |
5,6 ∙ 10 ∙ 60=3600 |
20-24 |
1 |
7 ∙ 1=7 |
7 ∙ 4 ∙ 60=1680 |
24-70 |
1,5 |
7 ∙ 1,5=10,5 |
10,5 ∙ 46 ∙ 60=28980 |
70-115 |
0,5 |
7 ∙ 0,5=3,5 |
3, 5 ∙ 50 ∙ 60=10500 |
Итого |
|
|
46860 |
mвозд= Vвозд. ∙ ρвозд
где: Vвозд. – объем подаваемого воздуха, м3
ρвозд = 1,293 кг/м3– плотность воздуха, кг/м3; [14, стр.513]
mвозд = 46860 ∙1,293=60589,98 кг
где: - содержание кислорода в подаваемом воздухе, %
= 0,2315 [7]
кг
Для определения количества потребленного кислорода и выделившегося диоксида углерода в процессе ферментации необходимо предварительно рассчитать тепловой эффект жизнедеятельности Qб/с, кДж:
Qб/с = qs - qm - 2qр ,
где: qs – теплота сгорания субстратов, кДж;
qm – теплота сгорания вновь образованного мицелия, кДж;
qр – теплота сгорания целевого продукта, кДж.
а. Теплота сгорания субстрата.
qs = ∑ Нi ∙mi ,
где: Нi – удельная теплота сгорания компонентов питательной среды;
mi –масса соответствующих компонентов питательной среды.
Таблица энергоемких компонентов питательной среды
Таблица 11.16
Компонент питательной среды |
Удельная теплота сгорания вещества кДж/кг |
Масса компонента на 1 загрузку, кг |
Теплота сгорания компонента, кДж |
Зелёная патока |
15,6∙103 |
282,8 |
4,41 ∙ 106 |
Соевая мука |
16,5∙103 |
141,4 |
2,33 ∙ 106 |
Кукурузная мука |
17,5∙103 |
212,1 |
3,71 ∙ 103 |
Зелёная патока на доливы |
15,6∙103 |
457,6 |
7,14 ∙ 106 |
Итого: |
|
|
17,59 ∙ 106 |
Теплота сгорания вновь образованного мицелия, кДж:
qm = Нм. кон ∙ m миц. кон. - Нм. нач. ∙ m миц. нач.,
где: Нм. кон – удельные теплоты сгорания мицелия в конце ферментации, кДж/кг;
Нм. кон = 5200 ккал/кг
Нм.кон. = 5200 ∙ 4,19 = 21788 кДж/кг;
m миц. кон. – масса сухого мицелия и в конце ферментации, кг.
Масса мицелия в начале процесса, кг:
15 г — 100 мл
х кг ― Vпос.апп
х кг(влаж) =
m.миц.нач.(сух) = (1-0,8) ∙ 90 = 18 кг
Масса мицелия в конце процесса, кг:
mмиц.кон.=
где: С = 20% - концентрация влажного мицелия, равна 20% [по д.з]
mмиц. кон(сух)=
qm = 21788 ∙280 – 19902,5 ∙ 18 = 5742395 кДж = 5,74∙106 кДж
Теплота сгорания продукта, кДж:
qр = Нр ∙ mр,
где: Нр – удельная теплота сгорания продукта, кДж/кг;
mр – масса целевого продукта, кг;
Удельную теплоту сгорания леворина рассчитываем по уравнению:
Нр = 204,2n + 44,4m + ∑x, кДж/моль,
где: n – число атомов кислорода, необходимое для полного окисления продукта;
m – число молей воды, образовавшихся при окислении продукта;
∑x – сумма термических характеристик связей в молекуле продукта.
[2, приложение 6, стр.51]
С59Н85О18N2+73.25О2=59СО2+2NО2+42,5Н2О
n=73,25 ∙ 2=146,5
m=42,5
Для вычисления суммы термических характеристик необходимо знать количество функциональных групп и значение их термических характеристик. В структурной формуле леворина имеются одна эфирная (87,9 кДж/моль), 4 кетогруппы (200,8кДж/моль), 7 двойных связей (615,3 кДж/моль ), 1 одноосновная кислота (0 кДж/моль ) и 2 фенильные группы (150,6 кДж/моль).
∑х=615,3 + 200,8 +0 +150,6 +87,9) = 1054,6 кДж/моль
Нр =204,2 ∙ 146,5 + 44,4 ∙ 42,5 + 1054,6 = 32856,9 кДж/моль
mр = ,
где: Акж – активность культуральной жидкости; [по д.з]
γ = 40000 Ед/мг –удельная активность леворина; [по д.з]
106 – перевод м3 в мл.
mр =
qр = ∙ 32856,9 = 335002,23 кДж = 0,335 ∙106 кДж
где: Мм = 1108,3 кг/моль – молекулярная массе леворина
Qб/с = (17,59 –5,74 – 2 ∙0,335) ∙ 106 = 11,18 ∙ 106 кДж
Массу всех углеродсодержащих компонентов среды, в результате окисления которых получен тепловой эффект Qб/с, можно выразить через эквивалентное количество одного наиболее энергоемкого углеродсодержащего соединения, входящего в компонентный состав среды:
m экв. глюк. = кг,
где: Нэкв. глюк. = 15,6 ∙ 103 кДж – удельная теплота сгорания эквивалентного компонента, кДж. В качестве наиболее энергоемкого углеродсодержащего компонента принимаем зеленую патоку. [2,приложение №4, стр.50]
C6 H12 O6 + 6 O2 → 6СО2 + 6 Н2О
m 716,66 Х кг у кг
Мm 180 6 × 32 6 × 44
ХО= кг,
кг.
Расчет процента используемого кислорода:
α=
где: потребленного кислорода, кг;
кислорода в воздухе, поступившем на аэрацию в течение всего процесса ферментации, кг;
Масса брызг, кг:
В процессе ферментации некоторое количество влаги уносится из ферментатора в виде брызг. Объём брызг принимается по данным завода. Он составляет 5% от рабочего объёма ферментатора:
где: Vбр.- объём брызг, м3;
Vбр. = 0,05 ∙ Vзагр.ф. = 0,05 ∙ 7 = 0,35 м3
ρбр – плотность брызг берется как средняя между плотностью среды и культуральной жидкости, кг/м3;
ρбр = кг/м3
кг
Масса влаги, унесенной (принесенной) воздухом, кг:
Воздух, поступающий в ферментатор, может приносить с собой либо уносить из ферментатора определенное количество влаги.
Масса влаги, уносимая (приносимая) воздухом, зависит от его среднегодовой влажности, температуры, давления и расхода и может быть рассчитана по уравнению:
mвлаги = mвозд (хвх – хвых),
где: mвозд – масса воздуха, подаваемого в инокулятор за период ферментации, кг;
х – влагосодержание воздуха, поступающего хвх и уходящего из ферментатораа, кг вод. пара/кг сух. возд.
mвозд = Vвозд ∙ ρвозд,
где: Vвозд – объём воздуха, подаваемого в ферментатор, м3.
Таблица подачи воздуха
Таблица 11.17
Время процесса, ч |
Расход воздуха, об/об. мин |
Расход воздуха |
Расход воздуха за период, м3 |
0-10 |
0,5 |
7 ∙ 0,5=3,5 |
3,5 ∙ 10 ∙ 60=2100 |
10-20 |
0,8 |
7 ∙ 0,8=5,6 |
5,6 ∙ 10 ∙ 60=3600 |
20-24 |
1 |
7 ∙ 1=7 |
7 ∙ 4 ∙ 60=1680 |
24-70 |
1,5 |
7 ∙ 1,5=10,5 |
10,5 ∙ 46 ∙ 60=28980 |
70-115 |
0,5 |
7 ∙ 0,5=3,5 |
3, 5 ∙ 50 ∙ 60=10500 |
Итого |
|
|
46860 |
mвозд= Vвозд. ∙ ρвозд ,
где: Vвозд. – объем подаваемого воздуха, м3
ρвозд = 1,293 кг/м3– плотность воздуха, кг/м3; [14,стр. 513]
mвозд = 46860 ∙1,293=60589,98 кг
где: - содержание кислорода в подаваемом воздухе,
= 0,2315 [7]
кг
Проектируем завод в городе Пенза.
Влагосодержание воздуха:
X = 0,622∙,,
где: 0,622 – соотношение молекулярных масс водяного пара и воздуха;
φ = 50% - влажность воздуха при t= 55, показывает сколько кг влаги может содержать 1 кг воздуха так, чтобы из него не выпала влага на фильтрах очистки воздуха;
Рнас- давление насыщенного водяного пара в воздухе, принимается по температуре стерильного воздуха, подаваемого в ферментатор, атм.
П- общее давление паровоздушной смеси, атм.
Для расчета Х необходимо определить относительную влажность воздуха φ, общее давление паровоздушной смеси П и давление насыщенного водяного пара Рнас в зависимости от условий, в которых находится воздух.
При расчете влагосодержания наружного воздуха Xнар. эти величины надо принять по среднегодовой температуре и относительной влажности воздуха того города, для которого разрабатывается проект (г. Пенза).
Средняя температура и относительная влажность атмосферного воздуха в городе Пенза:
Январь: t = -12,5; φ = 85%
Июль: t = 20; φ = 66% [14,стр.538]
Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от температуры: [14, стр. 548]
при t = 55, Рнас = 0,1605 атм;
при t = 3,75 (средняя температура воздуха в г.Пенза), Рнас = 0,0079 атм;
при t = 28(температура выращивания вегетативного мицелия в ферментаторе), Рнас = 0,037 атм.
Влагосодержание регламентного воздуха при температуре подаваемого воздуха 55:
,
где: 2,2 – давление подаваемого воздуха под крышку аппарата, атм. [по д.з]
Влагосодержание наружного атмосферного воздуха при средней температуре воздуха 3,75:
,
где: 1,0 – атмосферное давление, атм. ( по д.з)
Влагосодержание воздуха, выходящего из ферментатора при температуре 28
где: 1,5 – давление в ферментаторе, атм. [по д.з]
0,95 – влажность воздуха на выходе из ферментатора, %
Т. к. Хрегл > Хнар (0,038 > 0,0037), следовательно, за Хвх принимаем наружное влагосодержание воздуха:
Хнар = Хвх = 0,0037
mвлаги = 60589,98 ∙ (0,0037 – 0,015) = -713,14 кг
Делаем вывод о том, что в процессе биосинтеза леворина происходит влагоунос.
Масса доливов зеленой патоки, кг:
m долив.зел. пат. = 385,6 кг (из таблицы 11.14 материального баланса стадии ТП. приготовления и стерилизации 40% раствора зеленой патоки). [c.90]
Масса культуральной жидкости, кг:
Определяется из уравнения материального баланса:
m к. ж. = m ст. п. ср. + m пос. мат. + m ст. пен. + m долив.зел. пат. + m Опотр. - m вл. возд. - m СО-
- m брызг = 6464 + 557,23+ 6 + 385,6 + 764,44 – 713,14 – 1051,11 – 358,75 = 6054,27 кг
Таблица материального баланса стадии ТП.4 ферментации леворина
Таблица 11.18
Израсходовано на стадии | |||||
Наименование полупродуктов и сырья |
Активность, Ед/мл |
Масса |
Объём, м3 |
Плотность кг/м3 | |
кг |
Общая активность, млрд.Ед | ||||
А. Полупродукты |
|
|
|
|
|
1. Стерильная пит. среда |
|
6464 |
|
6,4 |
1010 |
2.Посевной материал |
|
557,23 |
|
0,544 |
1025 |
3. Кислород |
|
764,44 |
|
|
|
4.Зелёная патока на доливы
|
40 |
385,6 |
154,24 |
0,32 |
1205 |
5. Стерильный пеногаситель |
|
6 |
|
|
|
Итого |
|
8177,27 |
|
|
|
Получено на стадии | |||||
А.Полупродукты |
|
|
|
|
|
1.Культуральная жидкость |
65000 |
6054,27 |
|
5,82 |
1040 |
2.Брызги |
|
358,75 |
|
0,35 |
1025 |
Б. Отходы |
|
|
|
|
|
2.Влагоунос |
|
713,14 |
|
0,713 |
1000 |
3.Выделившийся СО2 |
|
1051,11 |
|
|
|
В. Потери в т.ч. Целевой продукт в брызгах |
|
|
|
|
|
Итого |
|
8177,27 |
|
|
|
Общая активность уточненная:
СЕД кж = Vк.ж. уточ ∙ Ак. ж. ∙ 106 = 5,82 ∙ 65000 ∙106 = 378∙109ЕД
Число сливов в сутки уточнённое
через = часа производится слив из какого-либо ферментатора.