Расчетная часть к курсовому проекту
1 Продуктовый расчет получения биотехнологических препаратов и составление материального баланса
1.Количество ферментоционной среды с учетом потерь (10%) засчет уноса среды с отходящими от ферментера газами.
Количество готовой культуральной жидкости (к.ж.) – (G) составит – 1 м3.
Потери с уносом – 10%.
Количество засеянной питательной среды составит:
G1= G×1,1м3
2.Расход компонентов питательной среды для приготовления 1,1 м3 (G1) ферментационной среды, и содержание абсолютно сухих веществ в ней.
2.1Общий расход (в кг) компонентов для ферментационной среды
G2=g1+g2 и т.д., где g1, g2 и т.д. – расход отдельного компонента среды.
2.2Содержание абсолютно сухих веществ в ферментационной среде:
G3=c1+c2+c3 и т.д., где с1,с2 и т.д. – содержание абсолютно сухих веществ каждого компонента среды, которая определяется путем умножения расхода компонента на содержание a, c, b в компоненте в соответствии с ГОСТом.
3.Количество посевного материала для засева ферментационной среды (посевная доза – 2% по отношению к G1).
G4=G1×0,02 м3.
Потери при выращивании посевного материала – 5%.
Количество готового посевного материала составит:
G5= G4×0,95м3.
4.Расход компонентов питательной среды для получения посевного материала:
4.1Общий расход компонентов для посевной среды:
G6=g1+g2+ и т.д.,где g1, g2 и т.д. – расход отдельного компонента посевной среды.
4.2Содержание абсолютно сухих веществ в посевной среде:
G7= c1+с2+с3 и т.д. (расчет аналогичен п. 2.2.).
5.Количество среды, поступившей в ферментер (среда для ферментации + посевной материал):
G8= G1+G5 м3.
5.1Содержание абсолютно сухих веществ при этом составит:
G9=G3+G7 кг.
6.Количество культуральной жидкости (к.ж.), полученной после ферментации и поступившей на стадии обработки (выход с учетом уноса с отходящими газами – 90%):
G10=G8×0,9 м3.
6.1Потери к.ж. с отходящими газами составят 10%:
G11=G8×0,1 м3.
При этом потери абсолютно сухих веществ с отходящими газами составит 10%:
G12=G9×0,1 кг.
6.2Активность культуральной жидкости: А1.
Общая активность в культуральной жидкости:
А2=А1×G10 ед.
6.3Затраты абсолютно сухих веществ на энергию биосинтеза 15%
G13=G9×0,15 кг.
6.4Количество абсолютно сухих веществ в культуральной жидкости, поступившей на обработку:
G14=G9-(G12+G13) кг.
7.Фильтрация культуральной жидкости.
7.1 Расход воды на промывку осадка при гидромодуле 1:0,5:
G15=G10×0,5 дм3
7.2Количество полученного фильтрата с учетом 10% потерь на фильтрации:
G16=(G10+G15)×(1–0,1) см3
7.3 Активность фильтрата с учетом потерь от инактивации 5%:
A3=
ед/см3.
7.4Общая активность фильтрата:
A4=G16×A3 ед.
Потери активности на стадии составят: a1=A2-A4. из них:
- потери активности с биомассой (а2) составляют 7%:
а2=а×0,07,
- потери от инактивации а3=а1-а2.
7.5Количество абсолютно сухого остатка, отделенного при фильтрации.
При фильтрации в к.ж. в осадке остается 40% от содержания абсолютно сухих веществ, содержащихся в к.ж.:
G17=G14×0.4 кг.
При влажности осадка 85%, его количество составляет:
G18=
кг, или
G19=
дм3,
где 1,2 – плотность осадка.
7.6Содержание абсолютно схих веществ в фильтрате:
G20=G14-G17 кг.
8.Концентрирование ферментного раствора методом ультрафильтрации:
8.1Количество ультраконцентрата при степени концентрирования – 10:
G21=G16:10 дм3.
8.2Активность ксиланазы в ультраконцентрате с учетом 10% потерь:
А5=
ед/см3.
8.3Общая активность концентрата:
А6=А5×G21 ед.
8.4Количество абсолютно сухих веществ в концентрате 7,5% (определяется аналитически):
G22=G21×0.075 кг.
8.5Количество ультрафильтрата:
G23=G16-G21 дм3.
8.6Количество абсолютно сухих веществ в ультрафильтрате:
G24=G20-G22 кг.
8.7Общая активность ксиланазы в ультрафильтрате (потери с ультрафильтратом – 6,5% от общей активности фильтрата):
А7=А4×0,065 ед.
Потери от инактивации – 3,5%:
а4=А7:С23 ед/мл.
9.Стерилизующая фильтрация концентрата.
9.1Количество стерильного концентрата с учетом потерь 3%:
G25=G21×(1-0,03) дм3
9.2Активность ксиланазы стерильного концентрата с учетом инактивации 5 % от активности концентрата:
А8=А5(1-0,05) ед/см3.
9.3Общая активность стерильного концентрата:
А9=А8:G25 ед.
Потери от инактивации: а6=А6×0,05.
9.4Количество осадка, полученного при стерилизующей фильтрации (удаляется 8% от абсолютно сухих веществ, содержащихся в концентрате):
G26=G22×0,08 кг.
9.5Количество влажного осадка, полученного при стерилизующей фильтрации (влажность осадка – 85%):
G27=G26:(1-0,85) кг, или
G28=G27:1,1, где 1,1 – плотность осадка.
Потери активности с осадком: а7=А6-А8.
9.6Количество абсолютно сухих веществ в стерильном концентрате:
G29=G22-G26 кг.
10.Жидкостная стандартизация стерильного концентрата.
10.1Жидкостная стандартизация проводится каким-либо инертным наполнителем (солью поваренной, сульфатом натрия) с целью повышения содержания сухих веществ в концентрате до 10-12% (в примере до 12%):
10.2Количество наполнителя – для жидкости стандартизации (потери по стадии 3%)
G30=G25×0,12-G29 кг.
10.3Количество абсолютно сухих веществ в стерильном концентрате:
G31=G29+G30
10.4Общая активность в стерильном концентрате с учетом потерь 1%:
А11= А8×(1-0,01) ед.
Потери активности а7=А8-А11
10.5Количество стандартизованного стерильного концентрата с учетом увеличения объема от внесения наполнителя 0,3%:
G32=G25×(1+0,03) дм3
10.6Активность фермента в стерильном концентрате:
А12=
ед/мл.
11.Сушка концентрата
11.1Количество высушенного препарата с учетом 10% потерь сухого вещества с отходящим воздухом, содержание влаги в препарате 8%:
G13=
кг (г).
11.2Активность препарата с учетом потерь от инактивации 8%:
А13=
ед/г.
11.3 Содержание абсолютно сухого вещества в препарате при владности – 8%:
G34= G31×0,92 кг.
11.4Потери а. с. b. при сушке с учетом влажности 8% составят:
G35=(G31-G34)×(1+0,08)
11.5Общая активность ксиланазы в сухом препарате с учетом потерь 8%:
A14=А13×G33 ед.
Потери активности при сушке а8=А11-А14
12.Стандартизация сухого препарата.
12.1Активность стандартного препарата в соответствии с ТУ(А15)
12.2Количество наполнителя для стандартизации:
G36=
кг.
12.3Количество веществ, поступающих на стандартизацию:
G37=G33+G35 кг.
12.4Количество препарата, полученного после стандартизации при учете 2% потерь:
G38=G37(1-0,2) кг, в том числе a.c.b. равны G37×0,92
12.5Общая активность препарата:
А16=А15×G37 ед.
12.6Потери количества препарата при стандартизации:
G39=G36-G37 кг.
12.7Потери активности на стадии стандартизации:
a9=G38×A15
13Фасовка, упаковка, маркировка.
13.1Препарат расфасовывают в полиэтиленовые мешки и затем в бумажные мешки по 15-20 кг (в зависимости от вида препарата). Потери на стадии упаковки составляют 1,0%. Количество упакованного препарата:
G40=G37×(1-0,01) кг.
13.2Механические потери: G40=G37-G39
13.3Общая активность препарата:
А18=G39×А14 ед.
13.4Потери активности на стадии:
а10=G40×A15
Таким образом, выход препарата со стандартной активностью 1,0000 ед/г с 1м3 культуральной жидкости составляет А18 кг, а общий выход по активности:
G41=
%.
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ПРЕПАРАТА
(расчет на 1м3 культуральной жидкости)
|
Израсходовано |
Получено |
Выход фермента,% | |||||||||||
|
Наименование сырья и получпродуктов |
Коли-чество, кг,дм3 |
Содер- жание a.c.b.,кг |
Актив-ность,ед/г ед/см3 |
Общая актив- ность |
Наименование конечного продукта, отходов и потерь |
Количество, кг,дм3 |
Актив-ность, ед/г, ед/см3 |
Общая актив-ность, ед |
Содер- жание a.c.в., кг |
На стадии |
К исход. | ||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 | ||
|
Стадия ТП- Выращивание продуцента в ферментере | |||||||||||||
|
-питательная ферментационная среда -посевной материал |
G1
G5 |
G3
G7 |
|
|
-культуральная жидкость -потери с уносом расход сухих веществ на энергию биосинтеза |
G10
G11 |
A1 |
A2 |
G14
G12 G13 |
100 |
| ||
|
ИТОГО |
G8 |
G9 |
|
ИТОГО |
G8 |
|
A2 |
G9 |
| ||||
|
Стадия ТП-Фильтрация культуральной жидкости | |||||||||||||
|
-культуральная жидкость -вода для промыва осадка |
G10
G19 |
G14 |
A1 |
A2 |
-фильтрат к.ж. -биомасса (W=85%) -потери от инактивации и механические |
G16 G18 |
A3 |
A4 a2
a3 |
G23 G17 |
|
| ||
|
Стадия ТП-Ультрафильтрация | |||||||||||||
|
Фильтрат к.ж. |
G16 |
G20 |
A3 |
A4 |
Концентрат Ультрафильтрат Потери от инактивации и механические |
G21 G23 - |
A5 a5 - |
A6 A7 a4 |
G22 G24 |
|
| ||
|
Стадия ТП- Стерилизующая фильтрация | |||||||||||||
|
Концентрат |
G21 |
G22 |
A5 |
A6 |
-стерильный концентрат -осадок (W=90%) |
G25
G28 |
A9 |
A8
a7 |
G29
G26 |
|
| ||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 | ||
|
|
|
|
|
|
-потери от инактивации |
|
|
a6 |
|
|
| ||
|
ИТОГО |
| ||||||||||||
|
Стадия ТП-Жидкостная стандартизаця концентратов | |||||||||||||
|
Стерильный концентрат Наполнитель (сульфат натрия) |
G25
G30 |
G29
|
A9 |
A8 |
Стандартизованный концентрат Потери от инактивации |
G32 |
A12 |
A11
a7 |
G31 |
|
| ||
|
ИТОГО |
|
17,72 |
|
|
|
|
|
219,3 |
17,72 |
100 | |||
|
Стадия ТП-Сушка концентрата | |||||||||||||
|
Стандартный концентрат |
G32 |
G31 |
A12 |
A11 |
-сухой препарат (базовый) -испаренная влага -потери с отходящего воздухом |
G33
G34 |
A13 |
A14 |
G34 |
|
| ||
|
ИТОГО |
| ||||||||||||
|
Стадия ТП-Стандартизация сухого препарата | |||||||||||||
|
-сухой препарат (базовый) -наполнитель (сульфат натрия) |
G33
G35 |
G34
- |
A13 |
A14 |
-стандартный препарат -потери механические |
G37
G38 |
A15 |
A16
a9 |
|
|
| ||
|
ИТОГО |
| ||||||||||||
|
Стадия УМО Фасовка, упаковка, маркировка | |||||||||||||
|
-стандартный препарат |
G37 |
|
A15 |
A16 |
-упакованный препарат -Механические потери |
G41
G40 |
A15 |
A18
a10 |
|
|
| ||
|
ИТОГО |
| ||||||||||||
