Глубинная ферментация лимонной кислоты

ВВЕДЕНИЕ


Лимонная кислота является основным подкислителем. Ее доля составляет около 75% объема всех производимых подкис лит елей. Особенно широко она используется в производстве безалкоголь­ных напитков, которым придает фруктовые и ягодные запахи и вкус.

Расширяется сфера применения лимонной кислоты в техничес­ких целях — в химической, текстильной, кожевенной, металлурги­ческой и других отраслях промышленности. Спрос на лимонную кислоту непрерывно растет, но в бывших социалистических стра­нах он удовлетворяется крайне слабо, поэтому в настоящее время организуются новые производственные мощности по выпуску этого ценного продукта.

Лимонную кислоту производят главным образом путем мик­робного синтеза, который является важной отраслью биотехно­логии. Настоящий отчет посвящен микроорганизмам—продуцен­там лимонной кислоты и современным достижениям биотехнологии в области биосинтеза органических кислот. Описаны теоретичес­кие основы микробного синтеза и механизмы регуляции метабо­лизма органических кислот, их связь с общей физиологией мик­робных клеток. В работе отражен многолетний опыт авторов в промышленном биосинтезе органических кислот. Описываются способы утилизации отходов производства лимонной кислоты с целью получения ценных кормовых продуктов.

 

Лимонная кислота НООС-СН2С(ОН) -СООН-СН2-СООН яв­ляется моноокситрикарбоновой кислотой, кристаллизующейся из водных растворов с одной молекулой воды (моногидрат лимонной кислоты) в виде бесцветных прозрачных ромбообразных кристал­лов .Моногидратная лимонная кислота имеет молекуляр­ную массу 210, плотность 1,540 г/см3 и температуру плавления 70—75 СС. Кристаллизационная вода теряется при хранении и ин­тенсивно выделяется при температурах, превышающих 40—50 °С. При 100 °С вода теряется полностью.

При температуре кристаллизации 36,6 °С и выше выделяется безводная лимонная кислота с молекулярной массой 192 и темпе­ратурой плавления 153 °С. При нагревании до 175 °С лимонная кислота разлагается.

Лимонная кислота хорошо растворяется в воде (1460 г/л при 20 °С) и умеренно — в этаноле (620 г/л при 25 °С).

          СН2СООН

    |

НО—С—СООН

           I

          СНзСООН

Соли лимонной кислоты — цитраты — имеют низкую водораство-римость.

Лимонная кислота широко распространена в природе. Особенно много ее в незрелых фруктах и ягодах (лимоны, клюква, яблоки, виноград, брусника и др.),


где лимонная кислота является естест­венным консервирующим агентом.

Продуценты лимонной кислоты

После первых публикаций К.Вемера о способностях микромицетов синтезировать органические кислоты, в том числе лимонную, многие микробиологи стали тщательно изучать физиологию грибов и их биосинтетические способности. Многочисленные проверки по­казали явно выраженный потенциал сверхсинтеза лимонной кис­лоты у целого ряда микромицетов, дрожжевых грибов и бактерий. В зависимости от химической природы окисляемого субстрата (свекловичная, тростниковая, цитрусовая или финиковая меласса, сок сахарного тростника, гидрол, гидролизаты крахмала, багасса, сахароза, глюкоза, парафины и много других субстратов) в ка­честве продуцентов лимонной кислоты в более или менее широких масштабах используют микромицеты, принадлежащие к родам Aspergillus, Penicillium, Trichoderma и Botrytis, дрожжевые грибы родов Candida, Delaromyces и Torulopsis, а также бактерии родов Arthrobacterium, Pseudomonas и Micrococcus.

Детально изучены многочисленные представители аспергиллов, особенно Aspergillus awamori, A.aureus, A.clavatus, A.glaucus, A.ni­ger.

Самым широко распространенным продуцентом лимонной кис­лоты является микромицет Aspergillus niger, физиология и меха­низм биосинтеза лимонной кислоты которого наиболее изучены.


В настоящее время для биосинтеза лимонной кислоты в ка­честве основного сырья широко используют мелассу — отходы сахароперерабатывающей промышленности. В зависимости от исход­ного материала различают свекловичную, тростниковую, цитрусо­вую и другие виды мелассы. На международном рынке ежегодна продается 30—35 млн. т этого сырья. В России ежегодный объем производства мелассы составляет 3 млн. т. Хотя меласса в основ­ном используется для кормовых целей, ее широко применяют также в микробиологической промышленности.

Свекловичная меласса характеризуется высоким содержанием 'Сахаров (46—55%), из которых преобладает сахароза. Меласса имеет сложный и непостоянный химический состав. Она содержит коллоиды, органические кислоты, витамины, белки и свободные .аминокислоты, сложный спектр минеральных веществ (табл. 4.8— 4.10). Из нелетучих органических кислот в мелассе могут при­сутствовать, %: лимонная — 0,01—0,5; глюконовая — 0,5—1,0; яблочная — 0,1—0,5; янтарная — 0,1—0,7.

Хорошо сбраживаемая меласса должна содержать не более 1% инвертного сахара и не более  1%  СаО и 0,06,%  сернистого газа (добавляемого в мелассу в качестве консервирующего агента) при общем содержании сухих веществ не менее 75% и Сахаров не менее 46,%   при невысоком  содержании живых микроорганизмов.

В золе свекловичной мелассы много калия, магния, железа, но относительно мало фосфора.

Химический состав мелассы зависит от климатических и поч­венных условий


выращивания сахарной свеклы, применяемых ми­неральных удобрений, времени уборки урожая (поздние сроки уборки отрицательно влияют на качество мелассы), технологичес­ких нюансов переработки сахарной свеклы, условий транспорти­ровки и хранения мелассы.

Производство мелассы связано с сезонными доставками сырья. В производстве лимонной кислоты наилучшие результаты дает зрелая, выдержанная меласса. Важное значение имеют длитель­ность хранения мелассы и наличие герметически закрытых ем­костей — мелассохранилищ с пневматическим перемешиванием (для предотвращения расслоения), насосами, устройствами для подачи и забора мелассы из разных горизонтальных хранилищ.

В последнее десятилетие качество мелассы ухудшается под влиянием ряда дополнительных факторов, связанных с техничес­ким прогрессом . Широко применяемые в сельском хозяйстве ядохимикаты и минеральные удобрения могут оставлять опреде­ленные отрицательные следы в сельскохозяйственной продукции, в частности в мелассе, где обнаружены инсектициды, например фосфорорганический инсектицид малатилон (до 90 мг в 1 кг ме­лассы), оказывающий ингибирующее влияние на биосинтез лимон­ной кислоты .

В мелассе установлено присутствие некоторых фунгицидов (трилон, мертрилан и др.). Данные о влиянии фунгицидов на биосинтез лимонной кислоты неоднозначны. Некоторые авторы ут­верждают, что ряд фунгицидов подавляет активность ферментов изоцитрат- и сукцинатдегидрогеназы и тем самым способствует биосинтезу лимонной кислоты, во всяком случае у дикорастующих культур Aspergillus niger . По данным других авторов, фунги­циды отрицательно влияют на ацидогенез.

Обнаружено угнетение синтеза белка в клетках Aspergillus niger под действием ртутьорганического фунгицида мертрилана. В результате его воздействия на ферменты ЦТК (в частности на малат-, изоцитрат- и сукцинатдегидрогеназы) резко понижаются интенсивность дыхания клеток и активность терминальных оксидо-редуктаз, особенно цитохромоксидазы. Фунгицид трилан (4,5,6-трихлорбензоксазолидон) также отрицательно влияет на метабо­лизм микромицета Aspergillus niger, по механизм его воздействия другой .

Все исследованные  фунгициды  подавляют  интенсивность  дыхания, тормозят синтез белка, нарушают проницаемость цитоплазматических мембран .

    В   мелассе  нередко обнаруживается  присутствие детергентов.Их влияние на микроорганизмы изучено слабо. Установлено изменение проницаемости клеточной мембраны Aspergillus niger и как следствие   —   повышенная  гидроксилазная   активность   культуры.

Способ культивирования

    Успехи глубинной ферментации в производстве антибиотиков побудили производителей лимонной кислоты искать пути глубин­ного культивирования ее продуцентов. В СССР первой глубинное культивирование продуцентов лимонной кислоты освоила группа исследователей под руководством Г. И. Журавского в 50-е гг., при­меняя синтетические сахарозные среды и специально


селекциони­рованный для глубинного культивирования штамм Aspergillus ni­ger {. В качестве сырья для глубинной ферментации лимонной кислоты может быть использован широкий набор природных суб­стратов: меласса, глюкоза, сахароза, жидкие парафины и другие источники углерода .

Технология глубинного культивирования продуцентов лимонной кислоты представляет собой явно выраженный двухступенчатый процесс. Первая ступень включает выращивание посевного мате­риала из конидиоспор в посевной среде (на качалке и в посевном аппарате) при 32—33 °С в условиях хорошей аэрации (0,8—1,0 объ­ема воздуха на 1 объем среды в минуту) и при непрерывном пе­ремешивании среды. Продолжительность культивирования на ста­дии выращивания посевного материала — 2 сут (1 сут — на ка­чалке, 1 — на посевном аппарате).

Сказанное принципиально не исключает непосредственного применения конидиоспор в качестве посевного материала для ос-

новной ферментации, однако это существенно удлиняет цикл фер­ментации: с 7—8 до 12—13 сут .

Основную ферментацию в глубинных условиях осуществляют в производственном биореакторе при коэффициенте его заполнения 0,75—0,80 и количестве посевного материала 5—8% от объема ферментируемой среды. Начальная концентрация Сахаров — 10— 14%, часто применяют подкормку свежей средой, особенно в слу­чаях применения мелассных сред . Регуляции рН среды не требуется, но поскольку лимонная кислота очень коррозионна и для ферментационного оборудования необходима устойчивая к кор­розии сталь, то для смягчения коррозионное практикуют подщелачивание ферментируемого субстрата до рН 3,8—4,2.

Процесс ферментации имеет черты двух фаз, или стадий: фор­мирования биомассы и кислотообразования.      

Для фазы роста биомассы характерно объединение молодого мицелия в шарообразные агломераты, формирование которых про­должается до 70—80 ч ферментации. Некоторая часть гиф остается в свободном виде.

Во время интенсивного роста потребность продуцента в моле­кулярном кислороде составляет до 1 кг па каждый кубометр фер­ментируемого субстрата в час. В фазе биосинтеза лимонной кислоты потребность в кислороде в некоторой степени снижается и состав­ляет 0,5—0,6 кг 023-ч. Для обеспечения массопередачи кисло­рода в ферментируемый субстрат вводится стерильный воздух в количестве 0,8—1,0 объема на 1 объем среды в минуту, одновре­менно с помощью мешалки создается циркуляция среды со ско­ростью, соответствующей 1,2—1,5 м/с вдоль стенки ферментатора. Насыщение среды кислородом в начальной фазе ферментации должно составлять 20—25,% от полного насыщения, в фазе био­синтеза лимонной кислоты — 10—15,%. Для обеспечения массооб-меиа молекулярного кислорода необходим расход электроэнергии в количестве 1,8—2,2 кВт на 1 м3 среды.

Температурные режимы в ферментируемом субстрате дифферен­цированы: в фазе роста биомассы — 32—33 °С, в фазе кислотообра­зования — 30—31 °С.

В зависимости от особенностей используемого мутанта Asper­gillus niger применяют разные варианты технологических режимов глубинной технологии.


1. ХАРАКТЕРИСТИКА КОНЕЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА


1.Техническое наименование продукта – лимонная кислота (чистота 99,9%).

2. Лимонная кислота будет выпускаться в соответствии с требованиями      ГОСТ 908—79.

3.Лимонную кислоту получают из культуральной жидкости при глубинном культивировании микроскопического гриба Aspergillus niger с последующим отделением биомассы.


Химические показатели лимонной кислоты



Нормы для сортов

Показатели





экстра

высший

первый

Массовая   доля   лимонной   кислоты   в



пересчете на моногидрат, %



не менее

99,5

99,5               99,5

не более

101,0

Не нормируется

Цвет,   единицы   показателя   цветности

4

6                    10

раствора йодной шкалы, не более



Массовая доля, %, не более



золы

0,07

0,10                0,35

свободной серной кислоты

0,01

0,01                 0,03

мышьяка

0,00007

0,00007           0,00007

Проба



на свинец, медь,   цинк,   олово  с се-

Выдерживает анализ

роводородом



на оксалаты с ацетатом кальция


То же

на барий с серной кислотой


»

на ферроцианиды с хлорным железом

Выдерживает

 »


анализ

Не нормируется

на сульфаты с хлоридом бария



Массовая  доля  сульфатной  золы,   %,

0,1

То же

не более



Проба   на   легкообугливающиеся    ве-

Выдерживает ана

лиз                 »

щества с серной кислотой



Проба на  железо  с   1,10-фенантроли-

То же

»

яом





Лимонная кислота по качеству должна соответ­ствовать показателям, предусмотренным ГОСТ 908—79 . Это должны быть бесцветные кристаллы или белый порошок, без "комков, для кислоты I сорта допускается желтоватый оттенок, вкус кислый, без постороннего привкуса, 2%-ный раствор кислоты в дистиллированной воде должен не иметь запаха, быть прозрач­ным и не содержать механических примесей, структура —сыпу­чая, сухая, наощупь не липкая, без посторонних примесей.

За рубежом лимонную кислоту классифицируют по величине кристаллов на ситовых аппаратах. Большое внимание обращают на легкообугливающиеся вещества, дающие окраску при нагрева­нии в течение определенного времени с концентрированной серной кислотой при температуре 90 °С. Они вызываются следами орга­нических соединений — сахара, оксиметилфурфурола, других аль­дегидов и спиртов, за исключением цис- и трансаконитовой, изолимонной, щавелевой, янтарной и олеиновой кислот, эритрита, ксилита и сорбита  [93].

Для удаления легкообугливающихся веществ предложено много способов: выделение цитрата кальция в присутствии 10 % пероксида водорода к коли­честву лимонной кислоты; нагревание до кипения растворов лимонной кислоты после отделения гипса в сочетании с обработкой пероксидом водорода; добавле­ние к раствору лимонной кислоты перед кристаллизацией борной кислоты в количестве 0,1—0,3 % по массе раствора, экстракция фреоном и др.

^Наиболее эффективным способом очистки кристаллов лимон­ной кислоты от'всех примесей является перекристаллизация. Ли­монная кислота сорта экстра по всем показателям и нормам соответствует данным Британской фармакопеи 1968 г.

Лимонная кислота выпускается только в упакованном виде: реализуемая через розничную сеть —в мелкой фасовке массой нетто 10—100 г; предназначенная для предприятий пищевой и других отраслей промышленности — в крупной фасовке массой нетто 10—40 кг. При фасовке допускаются отклонения по массе нетто, не превышающие при массе до 50 г ±4 %, от 50 до ПО г +3 %. При упаковке кислоты в ящики и мешки допускаются отклонения, не превышающие ±0,5 %.

Мелкая фасовка должна проводиться в пакеты из «пищевой» нестабилизи-рованной полиэтиленовой пленки марки Н, толщиной не менее 0,08 мм; из эти-кетировочной бумаги односторонней гладкости, ламинированной с внутренней стороны полиэтиленом высокого давления или пачки из бумаги марки Е по ГОСТ 7247—73 с внутренним вкладышем из подпергамента марки П-3. Паке­ты и пачки оформляют красочными рисунками и надписями (товарный знак или «аименование предприятия-изготовителя и его подчиненность, наименование про­дукции и ее сорта, дата выработки, масса нетто, цена, обозначение настоящего стандарта). Пакеты и пачки с кислотой должны упаковываться в ящики из гофрированного картона № 13 массой нетто не более 10 кг.


Крупная фасовка проводится в льно-джуто-кенафные тканевые мешки или льняные продуктовые массой нетто не более 40 кг, в ящики из гофриро­ванного картона. Внутрь мешков или ящиков должны вставляться мешки-вкла­дыши из полиэтиленовой пленки, которые после заполнения кислотой гермети­чески закрывают путем сварки. Допускается завязка увязочным шпагатом из лубяных волокон. Верхние швы тканевых наружных мешков зашивают машин­ным способом льняными нитками или вручную — увязочным шпагатом из лубя­ных волокон.

При внутригородских перевозках допускается упаковка кислоты в бумаж­ные непропитанные открытые трехслойные мешки с внутренним мешком-вкла­дышем из полиэтиленовой пленки массой нетто не более 25 кг; в ящики из гоф­рированного картона, выстланные подпергаментом марки П-3, полностью по­крывающим всю внутреннюю поверхность тары.

Транспортную тару маркируют с нанесением манипуляционного знака «Бо­ится сырости».

На ряде заводов крупная фасовка лимонной кислоты механизирована: ус­тановлены полуавтоматические весы, зашивочные машины и транспортное обо­рудование.

Фирма American Association of Cereal Chemist Inc. выпускает лимонную кислоту в капсулах, которые защищают другие ингредиенты пищи от кислоты. Капсулы изготовляют трех типов: из частично гидрогенизированного раститель­ного масла, мальтодекстрина и эмульгатора. Первый тип разрушается пои тем­пературе плавления оболочки, второй — при растворении в воде, третий — при нагревании в воде.

Преимуществом такой формы упаковки лимонной (и Других пищевых кис­лот) является контролируемая скорость освобождения кислоты из капсулы, равномерное распределение кислоты по всему объему без образования комков Пищевые кислоты в капсулах применяют в кулинарии — для увеличения срока хранения пудингов и начинок для пирогов, предотвращая реакцию между кис­лотой и крахмалом во время хранения, для увеличения срока хранения теста и т. д.

Лимонная кислота в крупной фасовке должна храниться в за­крытом помещении на деревянных стеллажах или поддонах при относительной влажности воздуха не выше 70 %. Гарантийный срок хранения лимонной кислоты — 6 мес со дня изготовления; при упаковке в ящики из гофрированного картона с внутренним вкладышем из подпергамента — 3 мес.

Для хранения кристаллической кислоты большое значение имеет гигроскопичность. Под гигроскопичностью понимают свой­ство веществ поглощать водяные пары из воздуха независимо от характера связывания ими влаги.


3. Аппаратурная схема производства и экспликация


Обозначение

Наименование

Количество единиц

Материал рабочей зоны, способ защиты

Техническая характеристика

1

М

ПМ


РС


ПР


СК


ВД

ТО

СП


ПА


Ф


ИВФ


СБ


БВФ


СБФ

2

Хранилище мелассы

Промежуточная емкость для мелассы

Реактор - смеситель


Промежуточная ёмкость

Стерилизационная колонка

Выдерживатель

Теплообменник

Сборник питательной среды

Посевной аппарат


Ферментёр


Индивидуальный воздушный фильтр

Сборник культуральной жидкости

Барабанный вакуум-фильтр

Сборник фильтрата


3

1


1


1


1


1

1

1


2


7


            9


             2


              1


              2

4

5


V=32 м, 31,5 об/мин,H=8300,D=3200mm.

32 м3


«Труба в трубе»


3,Н=3800мм,Д=2000мм,180 об/мин

50 м3, Н=10900,Д=4000мм,рубашка и змеевик.


ДК-1.4, 0.058м3


25м3, Н=3800;Д=3000мм


S=3м2, 2420х2550х2200

25м3, Н=3500;Д=3000м

4. Изложение технологического процесса производства

4.1 Характеристика сырья и материалов

1.   Меласса в коцентрации 5% по сахару – используется для ферментации и посевной среды

2.   NH 4Cl   концентрация 1%  - используется для ферментации и посевной среды

3.   КН2РО4  конц. 1% - используется для ферментации и посевной среды

4.   ZnSO4     конц. 1% - используется для ферментации и посевной среды

5.   K4[Fe(CN)6]  конц.  10% - используется для ферментации и посевной среды

6.   Пеногаситель – олеиновая кислота – используется для пеногашения

7.   Вода.   Показатели для проверки - ХПК, БПК        

4.2. Изложение стадий вспомогательных работ(ВР) и основного технологического процесса(ТП).

ВР1. Подготовка стерильного воздуха.

 

   В процессе культивирования в посевном аппарате и ферментере растущая культура аэрируется кондиционированным стерильным воздухом под избыточным давлением 0,01 – 0,03 мПа для удовлетворения биологической потребности м/о и отвода продуктов их жизнедеятельности. Забор атмосферного воздуха происходит на высоте 5 метров над коньком здания. Подготовка воздуха для аэрации проводится следующим образом:

 -очистка воздуха от грубых механических взвесей (висциновые фильтры)

 -предварительное кондиционирование воздуха до нужной температуры

 -подача воздуха в компрессор

-тонкая очистка воздуха от микроорганизмов (головной фильтр)

-окончательная очистка в индивидуальном фильтре.

На стадии предварительной очистки воздуха удаляется основная масса крупных частиц пыли диаметром 5-10мкм. В качестве фильтров предварительной очистки используют масляные фильтры.

       Для сжатия и нагнетания воздуха используют турбокомпрессоры, в которых сжатие воздуха происходит под действием центробежной силы. Сжатие воздуха сопровождается его нагреванием до 2200С. Поэтому после компрессоров воздух поступает в холодильник. Чтобы удалить из воздуха излишнюю влагу, его необходимо охлаждать до температуры ниже точки росы.

   Далее воздух поступает в головной фильтр КБ ВНИИФСа, представляющий собой стальной цилиндр со сферическим днищем и разъемной крышкой. Внутри него расположены сетки, между которыми уложены фильтрующий материал - стекловолокно ЦФД. Стерилизуется фильтр паром давлением 0,2 МПа при 133°С в течении 3 часов.

Перебивку головного фильтра ведут  – 1 раз в 2 – 3 месяца

   Далее очищенный воздух поступает в индивидуальные фильтры тонкой очистки и подается для аэрирования растущей культуры в посевном аппарате и ферментере. Для ферментера используется фильтр ЛАИК СП6/ 15 , посевного аппарата - фильтр ФТО – 60 .Фильтрующий материал, используемый для фильтров тонкой очистки, имеет коэффициент проскока 1х109 %, что обеспечивает требуемую стерилизацию воздуха, необходимого для развития микроорганизмов.  Стерилизуют фильтры паром.

Перебивку фильтров ведут: индивидуальных – 1 раз в месяц.

ВР 2. Подготовка сырья для ферментации.

Все жидкие компоненты среды поступают из транспорта в специальные сборники и хранятся на складе при 15 С. Всё сырьё при поступлении в цех проходит тщательную проверку и очистку.

ВР 3.Подготовка пеногасителя

    Пpи выpaщивaнии кyльтypы нa cpeдax, oбpaзyющиx пeнy в пpoцecce фepмeнтaции для ee гaшeния в aппapaты пoдaeтcя жидкий пeнoгacитeль.

Для пoлyчeния 0,05%-нoй эмyльcии пeнoгacитeля, в емкость вносят его концетрат, зaтeм paзбaвляют eгo дo необходимой концентрации.

    Эмyльcию пеногасителя cтepилизyют в специальном аппарате периодического действия при темпepaтype 123±2°C  в тeчeниe 30 минyт во избежание внесения с ним инфекции в среду. Пocлe cтepилизaции пeнoгacитeль oxлаждают в тoм жe aппapaтe дo тeмпepaтypы 30-32°C, зaтeм подают через дозатор (Д1) в ферментер и посевной аппарат.

ВР 4. Подготовка оборудования к загрузке

Подготовка установок к работе заключается в их промывке и пропарке. При мойке установок сначала заполняют водопроводной водой (или раствором каустической соды) основную емкость, затем циркуляционный контур. После запуска насоса промывная жидкость начинает циркулировать по контуру. Далее устанавливают необходимую величину возврата промывной жидкости из основного контура циркуляции промыв­ного раствора в циркуляционную емкость. Подпитывая систему водопроводной водой, ведут промывку до появления чистой воды на выходе в канализацию перед аппаратом разделения. Основные показатели процесса мойки:

-    температура водопроводной воды - 40°С

-    продолжительность процесса - 30 мин

     По окончании процесса выключают насос и сливают остатки воды из установки. Далее можно осуществить пропаривание аппарата путем подачи пара с давлением 0,3-0,4 МПа и отвода конденсата в канализацию. После подготовительных мероприятий необходимо произвести анализ воздуха внутри аппарата при помощи газоанализато­ров. Концентрация СО2 и других летучих продуктов не должна превышать допустимую норму.

     Перед проведением работ по очистке и осмотру оборудования все аппараты долж­ны быть надежно (с помощью заглушек) отключены от паровых и прочих коммуника­ций.

ТП 1.  Выращивание посевного материала в лаборатории.

 

ТП 1.1.. Приготовление питательной среды

ТП 1.2 Стерилизация питательной среды

Проводится в автоклаве при температуре 120оС .

ТП 1.3 Засев исходной культурой

Исходная культура засеивается в пробирку, потом выращивание ведут в колбах и кюветах.

 

ТП 2. Приготовление питательной среды для ферментёра и посевного аппарата

ТП 2.1 Взвешивание мелассы

 

ТП 2.2 Приготовление питательной среды

   Пoдгoтoвкy питaтeльнoй cpeды пpoизвoдят в реакторе (РС) путем смешивания ее компонентов. Реактор -  этo цилиндрическая eмкocть, изгoтoвлeнная из нepжaвeющeй cтaли или из мaтepиaлoв c aнтикoppoзийным пoкpытиeм зaкpытoгo типa c мeшaлкoй и бapбoтaжным ycтpoйcтвoм для вoздyxa, пapa. B кpышкe тaкoгo cмecитeля пpeдycмaтpивaeтcя нecкoлькo ввoдoв, пpeднaзнaчeнныx для пoдaчи внyтpь реактора кoмпoнeнтoв cpeды, вoды.B нижнeй чacти eмкocти ecть oтвoдящий пaтpyбoк, чepeз кoтopый yдaляeтcя из aппapaтa пoдгoтoвлeннaя cpeдa и  пoдaeтcя в пос.аппарат.

   Сначала в реактор заливают воду, включают мешалку и обогрев: когда температура воды достигнет 850С, в аппарат добавляют все компоненты питательной среды. Среду перемешивают в течение 10 минут.

ТП 2.3 Выдерживание питательной среды

ТП 2.4  Охлаждение питательной среды

Охлаждение питательной среды проводят в теплообменнике. В данном случае установлен теплообменник «труба в трубе». Во внутренние трубы подаётся питательная среда, а во внешние трубы (рубашку) противотоком подается холодная вода.


ТП 3. Выращивание посевного материала в посевном аппарате

ТП 3.1 Стерилизация питательной среды

Этa  oпepaция   пpoвoдитcя  в   cтepилизaциoннoй   ycтaнoвкe непрерывного действия. Питательная среда поступает в нагревательную колонку (СК). Проводят стерилизацию острым паром под избыточным давлением греющего пара перед колонкой 0,5 МПа. . Нагретая до 1250С среда из колонки непрерывно поступает в выдерживатель (ВД). Время пребывания ее в колонке и в выдерживателе 15 мин. Температура в выдерживателе 1250С. После стерилизации среду охлаждают в теплообменнике (ТО)  до 30-320С.

ТП 3.2 Засев посевного аппарата

Гoтoвyю кyльтypy из кoлб coбиpaют в oднy eмкocть пpи coблюдeнии пpaвил aceптики и пepeнocят в посевной аппарат (ПА)  co cтepильнoй oxлaждeннoй cpeдoй. Зaceв вeдyт в плaмeни гopящeгo фaкeлa чepeз пoceвнoй пaтpyбoк аппарата.


ТП 4. Основная ферментация

ТП 4.1 Стерилизация питательной среды

ТП 4.2 Засев ферментёра из посевного аппарата

Посевной материал из посевного аппарата выдавливается сжатым воздухом и по трубопроводу поступает в ферментер.

Ферментация проводится втечение 7 суток при температуре 32 С, производится аэрация и пеногашение. Регулировка рН не обязательна, тк материал ферментера устойчив к кислой среде. Посторонняя микрофлора не развивается при такой


кислотности.

ТП 4.3 Подпитка свежей средой

Подпитку применяют на вторые сутки ферментации, когда концентрация сахара в мелассе уменьшится. Всего проводят 2-3 подпитки через сутки. Добавляют 25% раствор мелассы.


ТП 5. Фракционирование культуральной жидкости

ТП 5.1 Сбор культуральной жидкости

После ферментации культуральная жидкость перекачивается в специальные сборники, где ожидает дальнейшей одработки.

ТП 5.2 Фильтрация

Из сборников культуральная жидкость попадает в барабанный вакуум-фильтр, где отделяется мицелий.

ТП 5.3 Утилизация мицелия

Из вакуум-фильтра мицелий попадает в специальный сборник, откуда он потом поступает на переработку или утилизируется.

ТП 5.4 Сбор фильтрата

После фильтра фильтрат поступает в сборники, откуда в дальнейшем поступает на переработку в цех химической очистки.

Подготовка установок к работе.

     Подготовка установок к работе заключается в их промывке и пропарке. При мойке установок сначала заполняют водопроводной водой (или раствором каустической соды) основную емкость, затем циркуляционный контур. После запуска насоса промывная жидкость начинает циркулировать по контуру. Далее устанавливают необходимую величину возврата промывной жидкости из основного контура циркуляции промыв­ного раствора в циркуляционную емкость. Подпитывая систему водопроводной водой, ведут промывку до появления чистой воды на выходе в канализацию перед аппаратом разделения. Основные показатели процесса мойки:

-    температура водопроводной воды - 40°С

-    продолжительность процесса - 30 мин

     По окончании процесса выключают насос и сливают остатки воды из установки. Далее можно осуществить пропаривание аппарата путем подачи пара с давлением 0,3-0,4 МПа и отвода конденсата в канализацию. После подготовительных мероприятий необходимо произвести анализ воздуха внутри аппарата при помощи газоанализато­ров. Концентрация СО2 и других летучих продуктов не должна превышать допустимую норму.

     Перед проведением работ по очистке и осмотру оборудования все аппараты долж­ны быть надежно (с помощью заглушек) отключены от паровых и прочих коммуника­ций.


4.3. Переработка и обезвреживание отходов


ОБВ – Обезвреживаемые воздушные отходы.  


1. Отходы из ферментера или посевного аппарата: выбросы загрязнены клетками м/о ,пылью белковых и др. продуктов микробного синтеза .

    Основной мерой предотвращения загрязнения атмосферы является герметизация оборудования. Обезвреживание отработанного воздуха осуществляется с помощью специальных фильтров для биологической очистки отработавшего воздуха .

2. Отходы с аспирационных установок:

·   на всех стадиях транспортировки компонентов питательной среды: выбросы загрязнены пылью питательных солей и сырья ;

      Для очистки используются скрубберы Вентури или адсорберы. Загрязненный воздух подают в мокрый скруббер, откуда воздух выходит чистый, а вода с частицами пыли вновь разбрызгивается в скруббере, и так несколько раз.


 

5. ПРОДУКТОВЫЙ РАСЧЕТ И СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПОЛУЧЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

1. Количество ферментационной среды с учетом потерь (20%) за счет уноса среды с отходящими от ферментера газами.

Количество готовой культуральной жидкости (к. ж.) – (G) составит – 25 м3.

Количество приготовленной питательной среды составит:

                     G1 = G х 1,2 = 25 x 1,2 = 30 м3

2. Количество посевного материала для засева ферментационной среды (посевная доза – 5% по отношению к G1)

G2 = G1 х 0,05 = 30 х 0,05 = 1.5 м3

Потери при выращивании посевного материала – 10%.

Количество готового посевного материала составит:

G3 = G2 х 0,9 = 1.5 х 0,9 = 1.35 м3.

2.1. Количество среды, поступившей в ферментер (среда для ферментации  + посевной материал):

G4 = G3 + G1 = 1.35 + 30 = 31.35 м3  

3.     Количество культуральной жидкости (к. ж.), полученной после ферментации и поступившей на стадии обработки (выход с учетом уноса с отходящими газами – 80%):

 

Во время ферментации применяется 2 подкормки 25%-ным раствором мелассы:

1 подкормка : 1.79 м3 25%-ного раствора мелассы (через сутки)

2 подкормка : 1.94 м3 25%-ного раствора мелассы (через 2 суток)


G5 = (G4 +1.79+1.94) х 0,8 = (31.35+1.79+1.94) х 0,8 = 28 м3 .


3.1. Потери к.ж. с отходящими газами (20%):

G6 = (G4 + 1.79+1.94)х 0,2 = 35.08 х 0,2 = 7 м3 .


3.2. Содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости:

                А1= 7 кг/м3


3.3. Общее содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости:

А2 = А1 х G5= 7 х 28 = 196 кг


3.4. Количество абсолютно сухих веществ культуральной жидкости:

                G7 = G5 х 20,9 кг/м3 = 28 х 20,9 = 585.2 кг


4. Фильтрация культуральной жидкости

 

4.1. Количество полученного фильтрата с учетом 1% потерь на фильтрации:

G8 = G5 х 0,99 = 28 х 0,99 = 27.72 м3.


4.2 Общее содержание лимонной кислоты в фильтрате:

      А3 = G8 x A1 = 27.72 х 7 = 194.04 кг

Потери составят: а = А23 = 196 – 194.04 = 1.96 кг


4.3 Содержание абсолютно сухих веществ в фильтрате:

       G9 = G8 x 18,4= 27.72 х 18.4 = 510 кг


4.4 Количество абсолютно сухого осадка, отделённого при фильтрации:

        G10 =  G7 – G9 = 585.2 – 510 = 75.2 кг

      При влажности осадка 75%, его количество составит:

        G11 = G10/0.25 = 75.2/0.25 = 300.8 кг


МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПОЛУЧЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

(расчет на 5 м3 культуральной жидкости)


Израсходовано

Получено

Выход продукта, %

Наименование сырья и полупродуктов

Количест-во,м3

Содрержание а.с.в., кг

Содержание лимонной кислоты, кг/м3

Общее содержание лимонной кислоты, кг

Наименование конечного продукта, отходов и потерь

Количество, м3

Содержание лимонной кислоты, кг/м3

Общее содержание лимонной кислоты, кг

Содержание а.с.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


30

 

 

1,35

342

 

 

15,39

 

-

культуральная жидкость


потери с уносом


28

 

 

7

7

 

196

 

585,2

 

 

146,3

 

 

ИТОГО                         31,35         357,4                                                                                                                                                              

Стадия ТП- Фильтрация культуральной жидкости

Культуральная жидкость

28

585,2

7

196

Фильтрат к.ж.


Биомасса (W=85%)

27,72

 

300,8 кг

 

7

 

 

194,04

 

1,96

 

 

510

 

75,2

 

 


 

Вода для промыва осадка

 

 

 

 


Потери от инактивации и механические

 

 

 

 

 

 


 

 

 


6. Контроль производства и управление технологическим процессом

                                                                                                                                                                      

Перечень важнейших контрольных точек производства.

Наименова-

ние стадий, места отбора

проб

Наименова-ние

объектов

контроля

 

Контролируемый

параметр

Регламен-

тируемый

норматив

Методы и

средства

контроля

 

 

 

Режим

работы

 

 

 

Доку-мент

регист-рации


ВР 2.1.

Прием и

ранение

сырья

1.Меласса

2.NH4Cl

3. ZnSO4

4.KH2PO4

5. K4[Fe(CN6)]


Конц. сахаров

Конц.

Конц.

Конц.

 

Конц.

 

 

 

25%

1%

1%

1%

 

10%

 

пробы от каждой партии

рефракто-метр

химические пробы от каждой цистерны

 

 

±1%

 

 

 

 

 

±0,5%

±0,5%

±0,5%


                    

   Лабораторный журнал

ВР 2.2.

Биологичес-кая проверка сырья

 

1.Меласса

2.NH4Cl

3. ZnSO4

4.KH2PO4

5. K4[Fe(CN6)]


 



1.Количество (КМАФАнМ),  КОЕ/г,

не более

2.Патогенные м/о

3.БГКП (колиформы) в 0,1г.

4..E.coli, в 25г. продукта

5.Споры грибов в 1г.

6..Наличие клеток продуцента в 1г.

7.Содержание токсичных элементов мг/кг

- Свинец

- Мышьяк


1·104

 

н/д

н/д

 

 

н/д

н/д

 

 

 

10

3

 

 Микробио-логичекий


 химический


 

Лабораторный журнал

ВР 3.1.

Стерилизац. пеногасите-ля


стерилизатор

пеногасителя


     Давление, время


0,3 МПа

30 мин

манометр

часы

кажд.операц

±0,03

МПа

±5мин

цеховой

журнал

ВР 4.1.

Мойка и стерилизац. основного оборудова-ния

 

 1.Посевной 

    аппарат

 2.Ферментер

 

давление

время

 

120 кПа

1,5 ч

 


Манометр

Часы, каждую операцию


±20кПа

цеховой

журнал

 

ТП 2.2

Приготовле-ние ПС


компоненты ПС



масса



 

весовой


лаб.

журнал

ТП 1.

Выращи-

вания

посевного

материала в

лаборатории

качалка


посевная

культура

1.число оборотов

2.температура

3.длительность


проверка

чистоты

культуры

180

300

48 часа


отсут.

постор.

микрофл.

однород-ность колоний с

исх.культурой


термометр

часы


посев на

ч.Петри


±20

30±20

48±1ч


то же

 

Лабораторный журнал


ТП 3.1. Стерилиза-ция ПС

 Посевной

 аппарат


стерильная

питатель

ная среда

Давление пара

Время стерилиз.

 

температура охл. ПС

pH


общие сахара

0,2 МПа

2 часа

 

300

pH=7,0

 

2,8%


манометр

часы


термометр

потенцио-метр

химический

кажд.операцию

±0,05

±0,15 ч


30±20

± 0,4


±0,3

цеховой

журнал

ТП 4.1.

Стерилиза-

ции ПС

УНС


стерильная

питательная среда

Давление в нагревателе

Время стерилизации


 t  охлажд. ПС

стерильность

pH


общие сахара

0,5 – 3атм


2 часа


300

 

рH=7


1,0%


манометр


часы


термометр


потенцио-метр

химический

кажд.операцию

±0,05 МПа

±0,15 ч


30±20

 

±0,2


±0,3


Цеховой журнал


ТП 5.

Основная

фермента-ции

1.ферментер


2.культ.

жидкость


1.давление

2.температура

3.расход в-ха

4.длит.работы

5.мешалка

7.длительность


1.отсутствие

инфекции


2. потребление источников углерода


40 кПа

300С

340м3

постоянно


168 ч


отсут.

постор.

микрофл.,

однород-ность

колоний с

исх.куль-турой

манометр

термометр

ротаметр

 

 

часы

 

посев на

ч.Петри


 

 

40 +3кПа

300+20

40м33

постоянно


7,0+0,2

72 ч+1

отсут.постор.

микрофл.,

однородность

колоний с

исх.культурой

 

Цеховой журнал


Переработка и обезвреживание отходов производства.

 

Характеристика отходов производства.


Наименование отходов

Наименова-

ние источ-

ников выде

ления

Периодичность выброса

Кол-во отходов

Нормативные

Требования

к выбросу

Примечания

1

2

3

4

5

6

Выбросы в атмосферу

Отработанный воздух

Посевные аппараты

Непрерыв

 

74,9 м3

Среднесуточное

ПДК=0,001  мг/м3

Очищается с помощью фильтров для биологич. очистки воздуха

Отработанный воздух

Ферментер

Непрерыв

1284 м3

Среднесуточное

ПДК=0,001  мг/м3

Очищается с помощью фильтров для биологич. очистки воздуха

Вентиляцион-ные выбросы

 Цех

Непре-рывно

 

Среднесуточное

ПДК=1мг/м3

Очищается с помощью скрубберов Вентури

Сточные воды

Промывные

воды от мойки

помещения и

оборудования и прочие пром. стоки

Основное и

вспомогат.

технолог.

оборудование

Непрерывно

     


385 м3/сут

ХПК до 600 мг /л

БПКП=410 мг /л

pH =7,0

Nаммонийный30мг/л

N нитратов 33 мг /л

Фосфор 1,3 мг /л

Подвергаются первичной механ. очистке, вторич. очистке в биоокислителях

 Дефектный посевной материал и дефектная КЖ


Ферментер

Периодически


0,000045

м3/кг

продукта

ХПК до 600 мг /л

БПКП=410 мг /л

pH =7,0

Nаммонийный30мг/л

N нитратов 33 мг /л

Фосфор 1,3 мг /л

Подвергаются термич. обработке, разбавл. в сборнике - усреднителе водой в 8–10 раз и на очистные сооружения.



7. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

 

Расчет и выбор оборудования для принятой в проекте технологической схемы производится по заданной мощности производства и по данным материального баланса и норм технологического проектирования.

Данные для расчета:

1. Объем производства - 50 т/г.

2. Количество рабочих дней в году  - 330 дней

3. Выход препарата с 1 м3 культуральной жидкости – 0.007 т/м3

Для расчета оборудования принимаем: коэффициент заполнения для смесителей отделения приготовления питательной среды  и реакторов для обработки культуральной жидкости – 0,7; сборников фильтратов и концентратов – 0,8; ферментеров – 0,7, посевных аппаратов – 0,6.

4. Расчет основного оборудования

4.1.Производственные ферментеры

4.1.1 Объем производства препарата в сутки (Q1)

      

          Q  

Q1 = ---- = 50 / 330 = 0.15  т/сутки,

t    

где Q – объем производства в год;

       t  - количество рабочих дней в году.

4.1.2. Необходимое количество культуральной жидкости в сутки (Q2)

      

         Q1

Q2 = ---- = 0.15 / 0.007 = 21.4 м3

q  

где  Q1 – объем производства препарата в сутки

        q   - выход препарата с 1 м3 культуральной жидкости.


4.1.3. Количество культуральной жидкости с одной ферментации при учете потерь во время ферментации (20%) составит:

Q4 = V х 0,7 х 0,8 = 50 x 0.7 x 0.8 = 28  м3,

где   Q4  количество культуральной жидкости с 1-ой ферментации;

         V – полный объем ферментера, м3:

         0,7 – коэффициент заполнения;

         0,8 – коэффициент, учитывающий выход культуральной жидкости с учетом 20% потерь.

4.1.4. Количество ферментаций в сутки (n):

        Q2        

n = ------ = 21.4 / 28 = 0.77 ферментаций (1 ферментация)  ,

         Q4  

где Q2 – необходимое количество культуральной жидкости в сутки;

      Q4  - количество к.ж. с 1-ой ферментации.


4.1.5. Количество культуральной жидкости в год (Q5)


          Q  

Q5 = ----  = 50 / 0,007 = 7142,8  м3

q   

где  Q – объем производства препарата,  т/год

        q   - выход препарата с 1 м3 культуральной жидкости, т/м3.


4.1.6. Продолжительность оборачиваемости одного ферментера t1= 170 часов

4.1.7. Количество рабочих часов в году (t2):

t2 =  t х 24 = 330 х 24 = 7920 часов ч,

где t -  количество рабочих дней в году.


4.1.8. Необходимое количество ферментеров (N):


        Q5 x t1

N = -----------   =  (7142,8 х 170) / (28 х 7920) = 5,5

         Q4 x t2

 


где  Q5 – количество к.ж. в год,  м3

        t1   - продолжительность оборачиваемости ферментера, ч.

t2  - количество рабочих часов в году, ч

Q4  - количество к.ж. с 1-ой ферментации.

 

Принимаем 6 ферментеров и 1 запасной.

Ферментёр: V=50 m3, H=10900 mm; D=4000 mm.


4.2.Посевные аппараты

Количество посевных аппаратов может быть определено двумя способами: либо они устанавливаются индивидуально к каждому ферментеру, если этого требуют специальные условия, либо их рассчитывают в зависимости от количества ферментаций в сутки и времени оборачиваемости посевного аппарата. В последнем случае посевной материал из одного посевного аппарата может поступать в группу ферментеров.


- Полный цикл работы одного посевного аппарата t3  = 26 часов


4.2.1. Количество  посевного материала на загрузку одного производственного ферментера:

Q6 = V х 0,7 х с = 50 х 0,7 х 0,05 = 1.75 м3,

где  V – полный объем ферментера, м3:

        0,7 – коэффициент заполнения;

с – количество посевного материала в %.


4.2.2. Полный объем посевного аппарата при коэффициенте заполнения 0,7:


          Q6 

Q7 = ----  = 1.75 / 0,7 = 2.5  м3,

0,7        

 

где  Q6 – количество посевного материала на одну загрузку,  м3

        0,7 – коэффициент заполнения посевного аппарата.

Выбираем аппарат 3 м3, диаметр 1700 мм, высота 4140 мм, двигатель АО-63-16 10 кВт 180 об/мин, масса 3150 кг


4.2.3. Количество посевных аппаратов:


          n x t3   

n1 = ----------  = (1 х 26) / 24 = 1,08

           24 ч     


где    n– количество ферментаций в сутки;

         t3  - полный цикл работы посевного аппарата.


Принимаем к установке 1 посевных аппаратов  и один запасной.

Всего устанавливаем – 2 посевных аппаратоа.

Посевной аппарат: V=3 m3; H=3800 mm; D=2000 mm.


5.   Расчет оборудования для приготовления питательной среды для производственного ферментера.


5.1.Объем среды, который необходимо приготовить, равен полезному объему ферментера (V1) :

V1 = V x 0,7 = 50 х 0,7 = 35 м3,

где  V – полный объем ферментера

0,7 – коэффициент заполнения.


5.2. Во время стерилизации среды происходит ее разбавление конденсатом (ориентировочно на 15-20%), в связи с этим, объем воды, используемый для приготовления среды (V2), должен быть уменьшен на 20% и составит:

V2 = V1 x 0,8 = 35 х 0,8 = 28 м3,

где   V1 – полезный объем ферментера.

0,8 – коэффициент, учитывающий разбавление среды конденсатом.


 

              


Выбираем реакторы с мешалкой 32 м 3, 31,5 об/мин, диаметр 3200 мм, высота 8300 мм, 10 кВт. Устанавливаем 1реактор и  1 запасной.


5.4. Стерилизация питательной среды в установке непрерывной стерилизации (УНС)

5.4.1. Количество среды, поступающей на стерилизацию в сутки (Q8):

Q8 =V2 = 28 м3

Время стерилизации среды не должно превышать 3 ч. В соответствии с этим, производительность (q1) УНС должна составлять:


          Q8       

q1 = ------- = 28 / 3 = 9,3  м3/ ч

  3         

Общее время занятости  УНС состоит из времени на стерилизацию среды и времени подготовки УНС к работе.

Время подготовки УНС складывается из:

Мойки – 1 ч

Ревизии арматуры – 1,5 ч

Проверки на герметичность – 1,0 ч

Стерилизации УНС – 1,5 ч

Устанавливают УНС нужной производительности и 1 запасную.

Техническая характеристика стерилизационной установки:

Время подготовки УНС складывается из:

Мойки – 1 час;

Ревизии арматуры – 1,5часа;

Проверки на герметичность – 1,0 час;

       Стерилизации УНС – 1,5 часа;

τобщ=2 +5 = 7ч

        Производительность, м3/ч                                          9.3

Время нахождения среды в нагревателе, с               4,4

Расход пара, кг/ч                                                          657

Разбавление среды конденсатом, %                           20

Нагреватель:

Объем, м3                                                                      0,045

Высота, мм                                                                   400

Диаметр, мм                                                                 235

Выдерживатель (трубчатого  типа):

Тип выдерживателя                                                     змеевик

        Диаметр труб, мм                                                        225х8

        Длина, м                                                                       3

Длина труб, м                                                              20,85

Количество витков                                                      7

Средняя скорость среды в выдерживателе, м/мин  1,39

Охладитель (труба в трубе):

Тип теплообменника для охлаждения среды      труба в трубе

Площадь охлаждения, м2                                            4,5

Длина труб, мм                                                            2140

Высота, мм                                                                   1350

Ширина, мм                                                                  535

Диаметр труб, мм                                                        76/88, 133/125

Принимаем к установке 1 УНС


6.  Сборники культуральной жидкости

Количество культуральной жидкости в сутки 21,4 м3

Необходимый объем сборников при коэффициенте заполнения – 0,8.


          Q2  

Q9 = ----- = 21,4 / 0,8 = 26,75  м3,

0,8 

где  Q2 – количество к.ж. в сутки,  м3

        0,8 – коэффициент заполнения


Выбираем сборник с необходимым полезным объемом и рассчитываем их количество.


Количество сборников:


           Q9          

n2 = ---------- = 26,75 / 30 = 0,89 (1 сборник)   ,

           Vп      


где  Q9 –необходимый объем сборников к.ж.

       Vп – полезный объем сборника.

Принимаем 1 сборник и один запасной. Всего сборников культуральной жидкости 2 штуки.

Сборник: V=25m3; H=3800mm, D=3000mm.


7. Отделение мицелия

7.1. На отделение поступает 21,4  м3/сутки.

Фильтрующее оборудование выбираем по поверхности фильтрации.


         Q2       

S = ----------  = 21,4 / (0,5 х 20) = 2,14  м2

                g1 х t6   


где   S – необходимая поверхность фильтрации, м2 

        Q2 – количество культуральной жидкости в  сутки, м3

        g1 – скорость фильтрации;

 t6 – время работы фильтра – 20 часов (может быть 22 ч).

Принимаем к установке фильтр БОК-3-1.75: Поверхность фильтрования 3м3   и один запасной.


7.2 . Сборник фильтрата культуральной жидкости.

Количество фильтрата (Q10)  с учетом выхода по объему «k»  %:

Q10 = Q2 x k = 21,4 х 0,99 = 21,2   м3,

где  Q2 – количество культуральной жидкости в  сутки, м3

    

k -  коэффициент, учитывающий выход фильтрата на стадии.

Выбираем 1 сборник цилиндрический со сферическим днищем и рубашкой для охлаждения обьёмом 25 м3 и 1 запасной.


8. Расчет количества пеногасителя

        

             Vпен = Q2 x 0.5 л/м3 = 21,4 х 0,5 = 10,7 литра/сутки (0,0107 м3)

         

9. Расчет расхода воздуха


Воздух расходуется в количестве 1 м33 среды в минуту.

       На 21.4 м3 будет расходоваться 21,4 м3/мин (0,36 м / сек, 1284м/час или 30816 м3/сут)


Расчёт насосов

1. Насос для перекачки питательной среды из реактора-смесителя в промежуточную ёмкость

Q11= Q / t = 28 / 2 = 14 м3

Q1 – количество продукта, которое необходимо перекачать.

 t   - время работы оборудования

Такой же насос ставим для закачки питательной среды в ферментёр

2. Насос для подачи посевного материала в ферментёр

 Q12= 1.75 / 2 = 0.875 м3

3. Насос для перекачки к.ж. из ферментера в сборники

Q13 = 21,4 / 2 = 10,7 м3

4. Насос для подачи фильтрата культуральной жидкости в сборники

Q14 = 21,2 / 2 = 10,6 м3


8. Размещение оборудования на предприятии

Цех получения фильтрата культуральной жидкости лимонной кислоты представляет собой 3-х этажное здание с высотой этажей 4,8 м. Ширина здания 24 м с 1 пролетом и сеткой колонн 6х6 м. Уровень пола первого этажа принимают за отметку 0.0000 м.

Лестницы в здании размещают так, чтобы обеспечить более короткие и удобные переходы между этажами и организованную эвакуацию людей во время пожаров. Лестницы располагаются в лестничных клетках, стены которых обычно выкладываются из кирпича, который имеет предел огнестойкости 2-2,5 ч. Ширина лестницы – 1350 мм, а высота лестничных маршей 1,2 м, при высоте этажа 4,8 м укладывается 4 марша. Лестницы состоят из сборных железобетонных площадок и маршей.

Оборудование в производственном здании следует размещать по принципу технологического потока продукта. Основным ядром размещения оборудования является крупное оборудование основного процесса, в отделении ферментации таким оборудованием является ферментатор. Объекты   электроснабжения   (пристроенная   трансформаторная, распределительные устройства) размещены ближе к ферментаторам, как основному потребителю, для сокращения потерь в сетях.

Все оборудование на проектируемом предприятии (смесители для приготовления питательной среды, ферментаторы, посевные аппараты, реакторы,   фильтр) располагаются так, что есть возможность удобного и безопасного обслуживания, чистки, смазки и текущего ремонта.

       При размещении технологического оборудования соблюдены следующие  нормы:

ширина проходов между стенами производственного и оборудованием - не менее 1м, между оборудованием - не менее 1м для обслуживания и ремонта оборудования и приборов, требующих периодических проверок и осмотра - не менее 0,7м. Расстановка  технологического оборудования  произведена  вдоль 

наружных  стен  с  оконными проемами, так как для удобного обслуживания

оборудования помещения должны быть светлые и просторные.

         Для удобства и безопасности обслуживания на высоте более 1,8м следующего оборудования: смесители для приготовления питательной среды; посевные аппараты и  реакторы для приготовления пеногасителя и растворов для регулирования рН, реакторы для сбора культуральной жидкости  - предусмотрены стационарные площадки и лестницы с углом наклона не более 45° (при высоте лестницы до 1,5м) и не более 60° (при высоте лестниц более 1,5м). Площадки должны иметь ширину не менее 0,7м, перила высотой 1м и вертикальные стойки с шагом не более 1,2м. Ширина лестниц должна быть 0,8м, расстояние между ступенями лестниц по  высоте  0,15м,  а  ширина   ступеньки 0,3м,  длина маршей лестниц не превышает 3м.

Все трубы водопроводов, паропроводов, воздуховодов окрашены в соответствующие окраски по ГОСТ ССБТ «Цвета и знаки безопасности»: вода - зеленый, пар - красный, воздух - синий, газы - желтый, кислоты - оранжевый, щелочи - фиолетовый, жидкости - коричневый, прочие вещества (питательные среды, культуральная жидкость, ферментные растворы) - серый, противопожарные трубопроводы окрашиваются в красный цвет. При прокладке трубопроводов учитывается необходимость наблюдения за их исправностью, и проверки на герметичность.

Отделение приготовления и стерилизации питательных сред и ферментации, отделение сушки изолированы от других помещений вследствие  избыточных тепловыделений.

     Оборудование   (ферментеры, инокуляторы, реакторы) и трубопроводы для уменьшения тепловыделения и избежание ожогов покрыты слоем теплоизоляции, чтобы на внешней поверхности  температура не превышала 45°С.


9. Список используемой литературы

1.В.А. Смирнов

“Пищевые кислоты (Лимонная, молочная, уксусная)”

Москва “Лёгкая пищевая промышленность” 1983

УДК 661.773.2/.3 + 661.734.1

2.Г.К. Лиепиньш

М.Э. Дунце

“Сырьё и питательные субстраты для промышленной биотехнологии”

Рига “ЗИНАТНЕ” 1986

УДК 576.8.095

3.Руководство к практическим занятиям по микробиологии“ 2-е издание

под редакцией проф. Н.С,Егорова

Издательство московский университет 1983

УДК 576.8 (075.8)

4.Р.Я. Карклиньш

Г.К. Лиепиньш

“Микробиологический синтез лимонной кислоты”

Рига “ЗИНАТНЕ” 1993

УДК 573.6.579.6

5.“Промышленная микробиология”

под редакцией проф. Н.С.Егорова

Москва “Высшая школа” 1989

УДК 663.18

6. К.П.Гапонов «Процессы и аппараты микробиологических производств». Москва, «Легкая и пищевая промышленность», 1981

7. Л.А.Иванова, И.С.Иванова «Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Процессы и аппараты биотехнологии» (ч.1, ч.2).-М.: 2002.

8. И.Л.Иоффе «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов». Ленинград, «Химия», 1991

9. К.А. Калунянц, Л.И. Голгер Балашов В.Е. «Оборудование микробиологических производств» -М.: Агропромиздат, 1987. – 398с.

10. Э.А.Шишкова, Л.И.Войно «Методические рекомендации к выполнению самостоятельной работы по курсовому и дипломному проектированию предприятий биотехнологической промышленности» - ч.1, ч.2 М.: «МГУПП», 2004


Теги: Глубинная ферментация лимонной кислоты  Другое  Экономика отраслей
Просмотров: 8772
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Глубинная ферментация лимонной кислоты
Назад