производство панкреатина. Худошина ПЗ. Гбпоу нхтк курсовой проект тема курсового проекта Разработка технологического процесса производства панкреазима
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
1.3 Теоретические основы процесса Asp. аwamori – это аэробные микроорганизмы, хорошо растут на различных субстратах. Образуют плоские пушистые колонии, вначале белого цвета, а затем, в зависимости от вида, они принимают разную окраску, связанную с метаболитами гриба и спороношением. Культивирование на всех стадиях должно проводиться при оптимальной температуре, аэрации и в строго определённое время. Если возникают непредвиденные задержки в использовании, то посевной материал охлаждают до 10 °С и хранят не дольше 4 ч, иначе качество его может резко ухудшиться. Для глубинного культивирования Asp. аwamori рекомендуется следующий состав питательной среды: водный раствор, содержащий 3% кукурузной муки; 0,01 % азотнокислого натрия (по азоту 0,15 %); 0,05 % сернокислого магния; 0,05 % хлористого калия; 0,1 % однозамещённого фосфорнокислого натрия и 0,001 % сернокислого железа . После заполнения ферментатора (коэффициент заполнения 0,6) среда охлаждается до 35 °С путем подачи воды в рубашку. Засев питательной среды производят через штуцер ферментатора или специальное посевное устройство. Выращивание продуцента производят при температуре 35 °С в течение 48 час при постоянном аэрировании среды воздухом, очищенным в индивидуальном фильтре. Отработанный воздух поступает в котельную.При глубинном культивировании продуцентов ферментов Asp. аwamori в цехах при заводах отходов производства в виде биомассы не имеется, так как на осахаривание поступает культура вместе с мицелием. Отходом является только воздух, который содержит споры культивируемого микроорганизма. При выращивании глубинных культур микроорганизмов в ферментаторах количество воздуха, выходящего из ферментатора в 1 ч, колеблется от 20 до 60 м3 на 1 м3 среды. Полученная глубинная культура с регламентной активностью охлаждается в ферментаторе до 25 °С и перекачивается на фильтрацию. 1.4 Описание технологической схемы производства Продуцент и питательная среда поступают в инокулятор (И), где исходная культура выращивается при постоянной аэрации. Для засева производственной питательной среды при глубинном культивировании посевной материал готовят также глубинным способом. Посевной материал как на отдельных стадиях, так и готовый подвергают тщательному микробиологическому контролю. Посевной материал не должен быть инфицирован посторонней микрофлорой и должен содержать определённое количество спор на единицу массы, стойко сохранять генетически заложенные в нем свойства продуцировать ферменты . Воздух для аэрации поступает в инокулятор (И) через фильтр с гофрированным элементом (ФГ1), и выводится через фильтр с гофрированным элементом (ФГ2). Компоненты питательной среды смешиваются в смесителе (С), снабженном рубашкой, в которую подается пар для стерилизации питательной среды при 140 оС в течение 10 минут. Далее питательная среда охлаждается водой до температуры ферментации в теплообменнике (ТО1). Посевной материал и питательная среда подаются в ферментатор (Ф), для процесса основной ферментации. В процессе ферментации отработавший воздух с относительной влажностью 90 – 95 % и температурой 35 — 36 °С обезвреживается в фильтре (ФГ. Очистка производится до концентрации спор, определённой СН 245 – 71 («Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий»). После завершения процесса биомасса из ферментатора (Ф) подается в фильтр–сепаратор (ФС) для грубой очистки, где мицелий отделяется от культуральной жидкости. Мицелий удаляется, а культуральная жидкость поступает на ультрафильтрацию в мембранный фильтр (ФМ), где пропускается через полупроницаемую мембрану, которая проницаема для солей, растворителей и фермента, но не проницаема для макромолекул. Очищенная культуральная жидкость из мембранного фильтра (ФМ) поступает в теплообменник (ТО2), для охлаждения с 25 оС до 2 оС. Охлажденная культуральная жидкость подается в экстрактор (Э) для экстрагирования водой при рН от 5 до 7, при этом отделяется рафинат. Экстракт поступает в распылительную сушилку (РС). В процессе сушки влажность уменьшается с 70 % до 3 %. Денатурации белков не происходит, так как время пребывания фермента в сушилке очень мало (15 – 30 секунд). Высушенная масса поступает в гранулятор (Гр), где прессуется в таблетированную форму, которая является готовым продуктом. 1.5 Конструкция основного аппарата и вспомогательного оборудования Основные виды теплообменников.  Рисунок 2 – Теплообменник типа труба в трубе Теплообменник типа «труба в трубе» состоит из двух труб. Первый теплоноситель перемещается по внутренней трубе . Второй теплоноситель проходит в кольцевом пространстве, образованном трубой и соосной с ней наружной трубой. Теплообменники типа «труба в трубе» просты по конструкции и поддаются механической чистке, замена отдельных элементов несложная. Существенный недостаток аппаратов «труба в трубе» – значительные габариты, т.е. небольшая поверхность теплообмена в единице объёма аппарата.  Рисунок 3 – Спиральный теплообменник Спиральный теплообменник состоит из двух длинных свернутых по спирали металлических листов , закрытых с торцевых сторон съемными крышками. К преимуществам этой конструкции необходимо отнести компактность аппарата (в 1 м3 теплообменника можно развить до 80 м2 теплопередающей поверхности, то есть приблизительно в 2 раза больше, чем в кожухотрубчатых теплообменниках) и меньший расход металла на его изготовление по сравнению с другими типами теплообменников (здесь очень небольшие затраты металла на кожух, считая затраты на единицу теплопередающей поверхности). Змеевиковые теплообменники (погружные). Простейший погружной змеевиковый теплообменник представляет собой изогнутую в виде спирали трубу (змеевик), установленную внутри цилиндрического сосуда. Одна из сред проходит по змеевику, другая омывает его снаружи. В некоторых конструкциях в один сосуд (кожух) поставлено несколько змеевиков с общим распределительным и сборным коллекторами.  Рисунок 4 – Змеевиковый теплообменник Погружные змеевиковые теплообменники применяются, когда одна из сред является сильно загрязненной или агрессивной, так как чистка трубок змеевика снаружи не требует специальной разборки, а металлический корпус аппарата может быть легко защищен от агрессивной среды. Поэтому, несмотря на широкое применение более интенсивно работающих кожухотрубных аппаратов, змеевиковые теплообменники распространены на химических производствах. Теплообменники с U–образными трубами являются двухходовыми по трубному пространству В теплообменниках с U–образными трубами и плавающей головой межтрубное пространство легкодоступно для очистки. Трубное пространство теплообменника с U–образными трубами чистить довольно сложно. Поэтому их нежелательно использовать с загрязнёнными механическими теплоносителями, направляемыми в трубное пространство. В аппаратах типа У обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо от кожуха и соседних труб. Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей.  1 – кожух; 2 – трубная решетка; 3 – U–образные трубы; 4 – крышка; 5 и 6 – штуцера трубного пространства; 7 и 8 – штуцера межтрубного пространства; 9 – перегородка в распределительной камере Рисунок 5 – Кожухотрубчатый теплообменник с U образными трубками Кожухотрубный теплообменник состоит из пучка трубок, которые расположены в своей камере и закреплены на доске либо решетке. Кожух – собственно, название всей камеры, сваренной из листа не менее 4 мм (или больше, в зависимости от свойств рабочей среды), в которой находятся мелкие трубки и доска. В качестве материала для доски используют обыкновенно листовую сталь. Между собой трубки соединяются патрубками, имеются также вход и выход в камеру, отвод для конденсата, перегородки. В зависимости от количества труб и их диаметра, колеблется мощность теплообменника. Так, если передающая тепло поверхность составляет около 9 000 кв. м., мощность теплообменника составит 150 МВт, это пример работы паровой турбины. Устройство кожухотрубного теплообменника подразумевает соединение сварных труб с доской и крышками, которое может быть разным, равно как и изгиб кожуха (в виде буквы U или W). Ниже представлены типы устройств, наиболее часто встречающиеся на практике. Еще одной особенностью устройства является расстояние между трубами, которое в 2 – 3 раза должно превышать их сечение. Благодаря чему коэффициент отдачи тепла является небольшим, и это способствует эффективности всего теплообменника.  Рисунок 6 – Устройство кожухотрубного теплообменника Рабочей средой внутри труб является жидкость, в то время как горячий пар проходит в расстоянии между труб, образуя конденсат. Поскольку стенки труб нагреваются больше, чем доска, к которой они прикреплены, эту разность необходимо компенсировать, иначе бы устройство имело значительные потери тепла. Для этого применяются так называемые компенсаторы трех типов: линзы, сальники или сильфоны. Также, при работе с жидкостью под высоким давлением используют однокамерные теплообменники. Они имеют изгиб U, W–образного типа, необходимое чтобы избежать высоких напряжений в стали, вызываемых тепловым удлинением. Их производство достаточно дорогое, трубы в случае ремонта сложно заменить. Поэтому такие теплообменники пользуются меньшим спросом на рынке. В связи с особенностями технологического процесса наиболее подходящим теплообменником для охлаждения культуральной жидкости до оптимальной температуры экстракции является теплообменник типа «труба в трубе» так как его конструкция позволяет обеспечить быструю подачу культуральной жидкости с минимальной потерей активности фермента. Вспомогательное оборудование для производства панкреацима. Смеситель. Для приготовления среды для культивирования используется смеситель с лопастной мешалкой и паровой рубашкой. В данный аппарат загружают реактивы в нужном количестве и в заданном по рецептуре соотношении Для этого используют смеситель MH2000 объемом 2000л. Стерилизатор. Для стерилизации приготовленной среды ее подвергают термической обработке паром в теплообменнике. Инокулятор. Для культивирования маточной культуры в колбу с простерилизованной жидкой средой пересеивают штамм продуцента в асептических условиях и помещают в инокулятор с температурой 37 оС. Ферментатор для культивирования. Реактор эмалированный с лопастной мешалкой объемом 450 л. Аппарат розлива. После культивирования микроорганизмов питательную среду с лактобактериями необходимо расфасовать во флаконы по 10мл жидкой суспензии для дальнейшей сушки. Для этого используется установка розлива жидких и густых однородных продуктов Модель УД–2ПНк. Лиофильная сушилка. Для высушивания расфасованного полуфабриката используется лиофильная сушка, т.к. при этом вода, перемещающаяся в продукте в виде пара, не захватывает с собой частицы веществ криопротекторов и клетки микроорганизмов. Также в сушильное камере содержание кислорода незначительно, поэтому окислительные процессы сведены к минимуму. Влажность готового продукта около 5%, потери при сушки минимальны. Экстракторы (экстракционные аппараты) применяются для экстрагирования полезных веществ из растительного (или органического) сырья путем воздействия на него экстрагентом–растворителем. В качестве экстрагента могут быть использованы различные водные растворы, вода или другие жидкости. Гранулятор используется в технологическом процессе производства таблеток для калибрации высушенного материала; грануляции слипшихся после сушки гранул, а также для переработки некондиционного продукта (гранулы; таблетки) в порошок. Машина просеивает сухие и влажные гранулы, размер гранул определяется размерами ячейки. Особая конструкция калибратора – конструкция с вращающимся ситом исключает возможность повреждения гранул в процессе калибрации, обеспечивает однородность, равномерность формата гранул. Части, контактирующие с сырьем, из нержавеющей стали; внутренняя поверхность полирована; отсутствует механический контакт между статором и вращающимся ситом; бункер с силиконовым уплотнением, оборудование соответствует производственным стандартам фармацевтической отрасли. 2 Расчетная часть 2.1 Материальный расчет Расчётные данные производства: производственная мощность предприятия в сутки..........................................0,05 т продуктивность культуры (содержание панкреазима в культуральной жидкости (КЖ))...............................................................................................................181 кг/м3 объем ферментатора..........................................................................................0,45 м3 продолжительность ферментации........................................................................48 ч оборот ферментатора.............................................................................................60 ч коэффициент заполнения ферментатора...............................................................0,6 объем исходной питательной среды (ИПС).................................................0,275 м3 в том числе посевного материала................................................................0,0275 м3 Состав исходной питательной среды: кукурузная мука......................................................................................................3 % азотнокслый натрий...........................................................................................0,01 % сернокислый магний..........................................................................................0,05 % хлористый калий................................................................................................0,05 % фосфорнокислый натрий.....................................................................................0,1 % сернокислое железо.........................................................................................0,001 % вода................................................................................................................остальное Потери панкреазима в производстве на технологических стадиях: испарение и каплеунос при ферментации............................................................8 % фильтрация КЖ.......................................................................................................8 % ультрафильтрация...................................................................................................2 %экстракция............................................................................................................1,5 % сушки.......................................................................................................................3 % грануляции продукта..............................................................................................1 % Необходимо получить 50 кг панкреазима на стадии грануляции с учетом производстренных потерь. Значит с учетом потерь, на грануляцию должно поступить Мг = Мл · 1,01 , (1) Мг = 50 · 1,01 = 50,5 кг . где М1 – масса панкреазима, подаваемого на сушку , кг; 1,02 – коэффициент, учитывающий потери при сушке. Необходимо получить 50,5 кг панкреазима на стадии сушки с учётом производственных потерь. Значит на сушку, с учетом потерь подается экстракт, влажностью 70 %, содержащий панкреазима М1 = Мл · 1,02 , (2) М1 = 50,5 · 1,02 =51,5 кг . где М1 – масса панкреазима в смеси, подаваемой на сушку , кг; 1,02 – коэффициент, учитывающий потери при сушке. В процессе сушки влажность уменьшается от 70 % до 3 %. Масса смеси, подаваемой на сушку при этом составит  =  , (3) =  . где Мсм – масса смеси, подаваемой на сушку, кг; М1 – масса панкреазима подаваемого на сушку , кг;  1 – влажность смеси, подаваемой на сушку; 2 – влажность высушенной смеси.Масса смеси, подаваемой на сушку составляет 165 кг, масса высушенной влаги составляет Мв =  М1 , (4)Мв =  51,5 = 113,5 кг .где Мсм – масса смеси, подаваемой на сушку, кг; Мв – масса высушенной влаги, кг; М1 – масса панкреазима подаваемого на сушку , кг. Масса экстракта до розлива с учетом потерь 1 % составит Мр = Мсм · 1,01 , (5) Мр = 165 · 1,01 = 166,7 кг . где Мсм – масса смеси, подаваемой на сушку, кг; 1,01 – коэффициент, учитывающий потери при розливе. Масса смеси, подаваемой на экстракцию, с учетом потерь 1,5 % составит Мэк = Мсм · 1,015 , (6) Мэк = 165 · 1,015 = 167,5 кг . где Мэк – масса смеси, подаваемой на экстракцию, кг; 1,015 – коэффициент, учитывающий потери при экстракции; Мсм– масса смеси, подаваемой на сушку, кг. Для растворения 1 кг панкреазима нужно 1,5 кг воды, значит масса воды для растворения 52,8 кг панкреазима, содержащихся на данной стадии в смеси, составит М2 = Мэп  1,5 , (7)М2 = 52,8 1,5 = 79,2 кг .где М2 – масса воды, необходимой для экстрагирования, кг; Мэ– масса экстрагируемого панкреазима, кг; 1,5 – коэффициент,учитывающий растворимость панкреазима в воде , кг. Количество отделенного рафината составляет 20 %, значит масса смеси, подаваемой на экстракцию составит Ммф2 = Мэк 1,2 , (8)Ммф2 = 165,7 1,2 = 198,8 кггде Мэк – масса смеси, подаваемой на экстракцию, кг; Ммф2 – масса культуральной жидкости, полученной из мембранного фильтра. С учетом потерь 2 % на ультрафильтрации, масса культуральной жидкости, отделившейся при сепарации составит Мс = Ммф2 · 1,02 , (9) Мс = 198,8 · 1,02 = 202,78 кг . где Мс – масса смеси, выходящей из фильтра – сепаратора, кг; Ммф2 – масса культуральной жидкости, полученной из мембранного фильтра; 1,02 – коэффициент, учитывающий потери при ультрафильтрации. На фильтре–сепараторе отделяется 70 % массы в виде мицелия. Значит масса культуральной жидкости после ферментации составит Мs1 = Мс 1,7 , (10)Мs1 = 165,7 1,7 = 281,7 кг .где Мс – масса смеси, выходящей из фильтра – сепаратора, кг; Мs1 – масса культуральной жидкости, полученной после ферментации. При ферментации потери поставляют 8 %, значит, масса среды, подаваемой на культивирование, составит Мфс = Мкж · 1,08 , (11) Мфс = 281,7 · 1,08 = 304 кг . где Мфс – масса ферментационной среды, загружаемой в ферментатор, кг; Мs1 – масса культуральной жидкости, полученной после ферментации. 1,08 – коэффициент, учитывающий потери при ферментации. На культивирование подается 304 кг среды, из которых 10 % приходится на посевной материал, значит, масса питательной среды составит Мs = Мфс · (1 – 0,1) , (12) Мs = 281,7 · (1 – 0,1) = 253,5 где Мфс – масса ферментационной среды, загружаемой в ферментатор, кг; Мкж – масса культуральной жидкости, поступающей на центрифугирование; 0,1 – коэффициент, учитывающий количество добавляемого посевного материала. Расчет потребности производства в компонентах питательных сред производят на одну операцию по биосинтезу панкреазима (на одну загрузку ферментатора) исходя из прописи среды. Рассчитаем массу компонентов для приготовления исходной питательной среды массой 253,5 кг. Масса и объем муки кукурузной mмк = Мs · ηмк , (13) mмк = 253,5 · 0,03 = 7,6 кг . Vмк =  , (14) Vмк =  = 0,0135 м3.где mмк – масса муки кукрузной, кг; Мs – масса исходной питательной среды, кг; Vмк – объем муки кукурузной, м3; ηмк – содержание муки кукурузной в исходной питательной среде; ρмк – плотность муки кукурузной, кг/м3. Масса и объем натрия азотнокислого составит mна = Мs · ηна , (15) mна = 257,4 · 0,0001 = 0,026 кг . Vна =  , (16) Vна =  = 0,0000217 м3.где mна – масса натрия азотнокислого, кг; Мs – масса исходной питательной среды, кг; Vна – объем натрия азотнокислого, м3; ηна – содержание натрия азотнокислого в исходной питательной среде; ρна – плотность натрия азотнокислого, кг/м3. Масса и объем сернокислого магния составит mмс = Мs · ηмс , (17) mмс = 257,4 · 0,0005 = 0,13 кг . Vмс =  , (18) Vмс =  = 0,00015 м3.где mмс – масса сернокислого магния, кг; Мs – масса исходной питательной среды, кг; Vмс – объем сернокислого магния, м3; ηмс – содержание сернокислого магния в исходной питательной среде; ρмс – плотность сернокислого магния, кг/м3. Масса и объем хлористого калия mхк = Мs · ηхк , (19) mхк = 257,4 · 0,0005 = 0,13 кг . Vхк =  , (20) Vхк =  = 0,00013 м3.где mмк – масса хлористого калия, кг; Мs – масса исходной питательной среды, кг; Vмк – объем хлористого калия, м3; ηмк – содержание хлористого калия в исходной питательной среде; ρмк – плотность хлористого калия, кг/м3. Масса и объем натрия фосфорнокислого составит mнф = Мs · ηнф , (21) mнф = 257,4 · 0,001 = 0,26 кг . Vнф =  , (22) Vнф =  = 0,0003 м3.где mна – масса натрия фосфорнокислого, кг; Мs – масса исходной питательной среды, кг; Vна – объем натрия фосфорнокислого, м3; ηна – содержание натрия фосфорнокислого в исходной питательной среде; ρна – плотность натрия фосфорнокислого, кг/м3. Масса и объем сернокислого железа составит mсж = Мs · ηсж , (23) mсж = 257,4 · 0,0001 = 0,26 кг . Vсж =  , (24) Vсж =  = 0,0002 м3.где mсж – масса сернокислого железа, кг; Мs – масса исходной питательной среды, кг; Vсж – объем сернокислого железа, м3; ηсж – содержание сернокислого железа в исходной питательной среде; ρсж – плотность сернокислого железа, кг/м3. Количество воды для приготовления Мв2 = Мs –Мps , (25) Vv = 253,5 – 8,4 = 245,1 кг . где Мв2 –количество воды, необходимое для приготовления среды, кг; Мs –масса исходной питательной среды, кг; Мps – общая масса всех компонентов, кг. Масса всех компонентов составит Мps = mмк + mна + mнс + mхк + mнф + mсж , (26) Мps = 7,6 + 0,026 + 0,13 + 0,13 + 0,26 + 0,26 = 8,4 кг . где Мps – общая масса всех компонентов, кг; mмк – масса муки кукурузной, кг; mна – масса натрия азотнокислого, кг; mнс – масса сернокислого натрия, кг; mхк – масса хлористого калия, кг; mнф – масса натрия фосфорнокислого, кг; mсж – масса сернокислого железа, кг. Общий объем всех компонентов с учетом посевного материала составит Vps = Vмк + Vна + Vсн + Vхк + Vнф + Vсж , (27) Vps = 0,247 + 0,003+ 0,002 + 0,023 = 0,275 м3 . где Vps – общий объем всех компонентов с учетом посевного материала, м3; Vмк – объем муки кукрузной, кг; Vна – объем натрия азотнокислого, кг; Vнс – объем сернокислого магния, кг; Vмк – объем хлористого калия, кг; Vна – объем натрия фосфорнокислого, кг; Vсж – объем сернокислого железа, кг. Vпм – объем посевного материала, м3. Vв – объем воды, м3. Таблица 7 – Материальный баланс процесса ферментации
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||