Лимонную кислоту широко используют в пищевой, медицинской, фармацевтической, лакокрасочной промышленности и в некоторых других отраслях народного хозяйства.
Около 60 лет назад лимонную кислоту выделяли преимущественно из плодов цитрусовых растений. Теперь же основную массу ее производят с помощью определенных штаммов плесневого гриба Aspergillus niger. В настоящее время ведущими производителями лимонной кислоты являются КНР, США, Франция, Россия и некоторые другие страны. Ранее, начиная с 1917 г., производство лимонной кислоты было основано на поверхностном культивировании микроба-продуцента; в 1938-1942 гг. освоено также глубинное культивирование в герметичных ферментаторах. Благодаря этому удалось механизировать и автоматизировать процесс, эффективнее использовать производственные площади и снизить себестоимость целевого продукта, сократить общую продолжительность технологического цикла, облегчить поддержание асептичности в производственных условиях.
Ныне в производстве применяют селекционированные штаммы A. niger, дающие выход лимонной кислоты 98-99% в расчете на потребленную сахарозу и обладающие повышенной осмотолерантностью (при начальных концентрациях сахара в питательной среде порядка 12%).
Лимонная кислота, как трехосновная оксикарбоковая кислота, наряду с глюконовой, фумаровой и другими, является интермедиатом метаболизма в цикле трикарбоновых кислот, когда имеет место неполное окисление соединений углерода в аэробных условиях. Ее сверхсинтез возможен при лимитировании гриба — продуцента по железу и фосфору, при одновременном избытке в среде источника углерода и при низких значениях рН. Лимонная кислота накапливается вначале в клетках продуцента, а затем выделяется в культуральную среду.
Вышеперечисленные факторы ингибируют такие ферменты, как аконитат-гидратазу, изоцитратдегидрогеназу и, возможно, -кетоглутаратдегидрогеназу. Поэтому не происходит полного метаболизма лимонной кислоты в ЦТК и ее можно получать в достаточно больших количествах с коммерческими целями.
Поскольку основным сырьем для производства лимонной кислоты является меласса, в которой содержится много железа, то на стадии предферментации необходимо его осадить с помощью желтой кровяной соли — Kd [Fe(CN6)J. К тому же доказано, что эта соль и лимонная кислота в клетках выступают ингибиторами изоцитратдегидрогеназы.
Известны два способа ферментации Aniger — поверхностный и глубинный. Первый из них реализуют на предприятиях малой и средней мощности в виде жидкофазной ферментации на жидкой среде (например, в ряде стран Европы и Америки) и в виде твердофазной ферментации (например, в Японии) на уплотненной среде. Технологическая схема жидкофазной ферментации представлена по Р. Я. Карклиныпу и А. К. Пробоку (1972) на рис. 1.
В отдельном цехе осуществляют наработку спор (конидий) гриба в виде трехстадийной схемы. В первую стадию A.niger выращивают на скошенной агаризованной среде (например, на сусло-агаре) в пробирках, во вторую и третью стадии его размножают на плотной или жидкой среде соответственно в колбах Эрленмейера или в алюминиевых кюветах площадью 8,5-12 дм2 и с высотой бортиков от 7 до 20 см. Продолжительность каждой стадии — от 2 до 4 суток при температуре 32?С. При образовании и созревании конидий вначале бесцветный мицелий становится затем черным; конидии собирают по принципу аспирации (по лат. aspiratio — вдыхание, надувание) специальным вакуумным насосом, подсушивают в термокамере при 28-30?С, смешивают со стерильным активированным углем (1:2), фасуют в стерильные флаконы (колбы) и хранят в течение от полутора до двух лет. С 10 дм2 питательной среды в кюветах можно получить до 4-5 г сухих конидий. Подобный посевной материал может быть самостоятельным коммерческим продуктом, поставляемым на заводы лимонной кислоты.
Поверхностный, способ жидкофазной ферментации A.niger для промышленного производства лимонной кислоты реализуют в «бродильных камерах», где размещают на стеллажах названные выше кюветы (8-10 штук на один стеллаж) одну над другой. На дне каждой кюветы имеется сливной штуцер. «Бродильные камеры» оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей равномерный приток стерильного воздуха заданной температуры и влажности (3-4 м3/м2 мицелия x ч -1). Температура в камерах поддерживается на уровне 34-36?С, высота питающего слоя жидкой мелассной среды 6-12 см. Максимальное тепловыделение (500-550 кДж/м2 x ч) имеет место к 5 суткам; исходная концентрация Сахаров в питательной среде в среднем порядка 12%; начальное значение рН 6,8—7,0 снижается до 4,5 в течение первых трех суток и до 3,0 — к концу процесса (8-9 сутки). Максимальное кислото-образование в таких условиях происходит на 5-6 сутки (100-105 г/м2 пленки гриба-ч -1, а затем стабильно удерживается на уровне 50-60 г/м2x ч1.
Из трех вариантов проведения технологического процесса (периодический, или бессменный; сменный и доливной) наилучшим оценивают доливной, когда через б-7 суток от начала процесса ферментации (концентрация сахара снижается до 3-4%) подливают стерильный раствор мелассы без питательных солей — 30-35% начального объема (не забывать рационально использовать объем кювет при первоначальном заполнении питательной средой с учетом ее испарения). Таким путем добиваются продления цикла ферментации до 12 суток, а с этим на 30-35% возрастает количество перерабатываемой среды для получения целевого продукта. При сменном (одно- и многосменном) методе кулътуралъную жидкость в конце ферментации сливают из-под пленки, пленку снизу промывают стерильной водой и под нее же заливают свежую стерильную питательную среду, содержащую только углевод и лишенную минеральных солей. Ферментацию продолжают еще 4-6 суток.
В собранной культуральной жидкости содержится смесь органических кислот — лимонная, глюконовая, щавелевая и неиспользованный сахар в примерном соотношении 45-50:3:1:7, то есть лимонная кислота составляет от 80 до 90%. Ее выделяют химическим путем — добавляют к нагретой до 100?С культуральной жидкости известковое молоко — Са(ОН)2 или мел — СаСО3, доводя рН до 6,8-7,0; это количество составляет примерно 2,5-3%; трехзамещённый кальция цитрат, хуже растворимый в горячей воде, чем в холодной, выпадает в осадок вместе с кальция оксалатом (кальция глюконат остается в растворе); осадок отфильтровывают, промывают горячей водой и гидролизуют серной кислотой. Свободная лимонная кислота остается в растворе, а негидролизованный кальция оксалат и образовавшийся гипс — CaSO4 остаются в осадке. Раствор лимонной кислоты очищают, подвергают вакуум-упариванию и кристаллизуют. Кристаллы кислоты высушивают и фасуют (Рис.1).
Мицелий продуцента либо используют для выделения фермента пектиназы, либо высушивают и поставляют на корм скоту и домашней птице (желательно — в обезвреженном — убитом виде); наконец, он может быть использован, как источник флавинов.
Твердофазная ферментация на уплотненных средах для получения лимонной кислоты — наиболее простой способ из всех известных, ферментацию определенного штамма A.niger, резистентного к высоким концентрациям металлов (особенно — железа), содержащихся в семенах злаковых растений, проводят на увлажненных отрубях риса или пшеницы, находящихся в кюветах. Условия биосинтеза кислот при этом аналогичны условиям на агаризованных или в жидких питательных средах. После окончания процесса отруби экстрагируют водой, куда переходят кислоты, а затем выделяют цитрат кальция и чистую лимонную кислоту согласно схеме, изложенной выше.
Общая технологическая схема получения лимонной кислоты при глубинной ферментации A.niger приведена на рис. 2.
Согласно подсчетам глубинный метод экономически выгоден в тех случаях, когда мощность завода превышает 2,5 тыс. тонн лимонной кислоты в год, в противном случае поверхностный метод оказывается предпочтительнее из-за меньших энергозатрат и себестоимости продукции.
Лимонную кислоту можно получать из н-парафинов с помощью дрожжевых организмов рода Candida — C.lipolytica, C.tropicalis, C.parapsilosis, C.oleophila, C.guilliermondii, C.zeylanoides. Наиболее активными из них являются дрожжи C.lipolytica. К тому же другие виды (кроме C.oleophila) относят к разряду условно патогенных.
Кроме лимонной дрожжи образуют на н-алканах Tpeo-Ds-изо-лимонную, представляющую собою геометрический изомер лимонной кислоты.
При лимитировании продуцента в азоте, фосфоре, сере и магнии, но при избытке в среде парафина, можно наблюдать сверхсинтез равных количеств обоих изомеров. Методами генетики и селекции получены мутанты, синтезирующие лишь один какой-либо изомер лимонной кислоты. Накопление целевого продукта может достигать 200 г/л и выше при выходе кислоты от использованного парафина более чем 140%.
Культивирование C.lipolytica проводят в ферментаторах при интенсивных перемешивании и аэрации среды. В нашей стране отработаны методы получения лимонной и изолимонной кислот на н-алканах. Большая заслуга в этом принадлежит Т. В. финогеновой. Получаемые технические соли цитраты и изоцитраты имеют важное значение при изготовлении, например, моющих и других веществ.
Биотехнология/под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса/перевод с английского/под ред. А. А. Баева. — М.: Мир, 1988. — 479 с.
Биотехнология микробного синтеза/под ред. М. Е. Бекера — Рига: Зинатне, 1980. — 350 с.
Воробьев Л. И. Техническая микробиология. — М.: Высшая школа, 1987. — 94 с.
Д е б а б о в В. Г., Лившиц В. А. Биотехнология. — М.: Высшая школа, 1988.
Кн. 2. Современные методы создания промышленных штаммов микроорганизмов. 1988. — 208 с.
Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. Сборник: перевод с английского под ред. Г. К- Скрябина. — М.: Мир, 1984. — 172 с.
Смирнов В. А. Пищевые кислоты. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. — 240 с.
Basic biotechnology Ed. by John Bu’Lock and Bjern Kristiansen.- Acad. Press, London, Orlando San Diego, New York, Austin, Boston, Sydney Tokio, Toronto, 1987. — 561 p.
Источник
Глубинная ферментация лимонной кислоты
Появлению этого слова в различных европейских языках непосредственно предшествовало латинское cultura, происходившее от colere. Последнее имело множество значений: населять, культивировать, покровител
Орфография. орф . грамотностьэто общая часть языковой культуры языка, законченного точного выраженя мысли и взаимопонимания. Основа орф . грамотности закладывается именно в нач . шк . Орф . грамотнос
Термином «космический корабль Земля» мы обязаны футуристу Бакминстеру Филлеру, первому взглянувшему на нашу планету с этой новой точки зрения. Кто стоит у штурвала космического корабля Земля? К сожале
Однако их мачеха, царица Фив, ненавидела детей царя и хотела их погубить. При помощи колдовства она вызвала засуху и, чтобы спасти страну от неурожая, потребовала принести в жертву богам детей царя –
Всякий поступок влечет з а собой неи з бежные ре з ультаты : изменения в отношениях людей, в их сознании, он так ж е влечет последствия и для самого действующего лица. Поступок всегда связан с опреде
Важным этапом развития капиталистической экономики был промышленный переворот, наиболее широко проявившийся в первые десятилетия XIX века. Он ознаменовал небывалое на протяжении всей предыдущей истори
Знакомство с ней поможет родителям в воспитании детей от самого рождения до их зрелости, поможет изучить воз растные и индивидуальные особенности ребенка в семье, научить его самостоятельно мыслить и
Цельная консервированная донорская кровь используется при проведении обменного переливания в терапии гемолитической болезни новорожденных. Кровь доноров на станциях переливания крови (СПК) или в отдел
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-СН 2 С(ОН) -СООН-СН 2 -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/см 3 и температуру плавления 70—75 С С. 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). СН 2 СООН | 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.),
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
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 . ni ger . 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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
селекционированный для глубинного культивирования штамм Aspergillus ni ger <. 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 основной 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 0 2 /м 3 -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 м 3 среды.
Температурные режимы в ферментируемом субстрате дифференцированы: в фазе роста биомассы — 32—33 °С, в фазе кислотообразования — 30—31 °С.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
В зависимости от особенностей используемого мутанта Asper gillus 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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
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.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
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.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
3. Аппаратурная схема производства и экспликация
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
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 =3200 mm . 32 м 3 «Труба в трубе» 5м 3 ,Н=3800мм,Д=2000мм,180 об/мин 50 м 3 , Н=10900,Д=4000мм,рубашка и змеевик. ДК-1.4, 0.058м 3 /с 25м 3 , Н=3800;Д=3000мм S =3м 2 , 2420х2550х2200 25м 3 , 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 4 Cl концентрация 1% — используется для ферментации и посевной среды 3. КН 2 РО 4 конц . 1% — используется для ферментации и посевной среды 4. ZnSO 4 конц . 1% — используется для ферментации и посевной среды 5. K 4 [ Fe ( CN ) 6 ] конц . 10% — используется для ферментации и посевной среды 6. Пеногаситель – олеиновая кислота – используется для пеногашения 7. Вода.
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 220 0 С. 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 1х10 9 %, что обеспечивает требуемую стерилизацию воздуха, необходимого для развития микроорганизмов.
Стерилизуют фильтры паром.
Перебивку фильтров ведут: индивидуальных – 1 раз в месяц.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
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:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
— 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 СО 2 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 120 о С . 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 ,
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
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 85 0 С, 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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
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 125 0 С среда из колонки непрерывно поступает в выдерживатель (ВД). Время пребывания ее в колонке и в выдерживателе 15 мин.
Температура в выдерживателе 125 0 С. После стерилизации среду охлаждают в теплообменнике (ТО) до 30-32 0 С . 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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
аппарата при помощи газоанализаторов.
Концентрация СО 2 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.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
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 м 3 . Количество приготовленной питательной среды составит: G 1 = G х 1,2 = 2 5 x 1,2 = 30 м 3 2. Количество посевного материала для засева ферментационной среды (посевная доза – 5% по отношению к G 1 ) G 2 = G 1 х 0,05 = 30 х 0,05 = 1. 5 м 3 Потери при выращивании посевного материала – 10%. Количество готового посевного материала составит: G 3 = G 2 х 0,9 = 1.5 х 0,9 = 1. 35 м 3 . 2.1. Количество среды, поступившей в ферментер (среда для ферментации + посевной материал): G 4 = G 3 + G 1 = 1. 35 + 30 = 31.35 м 3 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 м 3 25%-ного раствора мелассы (через сутки) 2 подкормка : 1.94 м 3 25%-ного раствора мелассы (через 2 суток) G 5 = ( G 4 +1.79+1.94) х 0,8 = (31.35+1.79+1. 94 ) х 0,8 = 28 м 3 . 3.1. Потери к.ж. с отходящими газами (20%): G 6 = ( G 4 + 1.79+1. 94 ) х 0,2 = 35.08 х 0,2 = 7 м 3 . 3.2. Содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости: А 1 = 7 кг/м 3 3.3. Общее содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
А 2 = А 1 х G 5 = 7 х 28 = 196 кг 3.4. Количество абсолютно сухих веществ культуральной жидкости: G 7 = G 5 х 20,9 кг/м 3 = 28 х 20,9 = 585.2 кг 4.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
Фильтрация культуральной жидкости 4.1. Количество полученного фильтрата с учетом 1% потерь на фильтрации: G 8 = G 5 х 0,99 = 28 х 0,99 = 27.72 м 3 . 4.2 Общее содержание лимонной кислоты в фильтрате: А 3 = G 8 x A 1 = 27.72 х 7 = 194.04 кг Потери составят: а = А 2 -А 3 = 196 – 194.04 = 1.96 кг 4.3 Содержание абсолютно сухих веществ в фильтрате: G 9 = G 8 x 18,4= 27.72 х 18. 4 = 510 кг 4.4 Количество абсолютно сухого осадка, отделённого при фильтрации: G 10 = G 7 – G 9 = 585.2 – 510 = 7 5. 2 кг При влажности осадка 75%, его количество составит: G 11 = G 10 /0.25 = 75.2/0.25 = 300. 8 кг МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПОЛУЧЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ (расчет на 5 м 3 культуральной жидкости)
Израсходовано
Получено
Выход продукта, %
Наименование сырья и полупродуктов
Количест-во,м 3
Содрержание а.с.в ., кг
Содержание лимонной кислоты, кг/м 3
Общее содержание лимонной кислоты, кг
Наименование конечного продукта, отходов и потерь
Количество, м 3
Содержание лимонной кислоты, кг/м 3
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 ТПВыращивание 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 ТПФильтрация 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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
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. NH 4 Cl 3. ZnSO 4 4. KH 2 PO 4 5. K 4[ Fe ( CN 6)]
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. NH 4 Cl 3. ZnSO 4 4. KH 2 PO 4 5. K 4[ Fe ( CN 6)]
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
1·10 4 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 30 0 48 часа отсут . постор . микрофл . однород-ность колоний с исх.культурой
термометр часы посев на ч.Петри
±20 30±2 0 48±1ч то же
Лабораторный журнал
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
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 30 0 pH =7,0 2,8%
манометр часы термометр потенцио-метр химический кажд.операцию
±0,05 ±0,15 ч 30±2 0 ± 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 30 0 р H =7 1,0%
манометр часы термометр потенцио-метр химический кажд.операцию
Переработка и обезвреживание отходов производства.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
25
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 м 3 /ч
Среднесуточное ПДК=0,001 мг/м 3
Очищается с помощью фильтров для биологич . очистки воздуха
Отработанный воздух
Ферментер
Непрерыв
1284 м 3 /ч
Среднесуточное ПДК=0,001 мг/м 3
Очищается с помощью фильтров для биологич . очистки воздуха
Вентиляцион-ные выбросы
Цех
Непре-рывно
Среднесуточное ПДК=1мг/м 3
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 м 3 / сут
ХПК до 600 мг /л БПК П =410 мг /л pH =7,0 N аммонийный30мг/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 м 3 / кг продукта
ХПК до 600 мг /л БПК П =410 мг /л pH =7,0 N аммонийный30мг/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.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
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 м 3 культуральной жидкости – 0.007 т/м 3 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 ( Q 1 ) Q Q 1 = —- = 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 ( Q 2 ) Q 1 Q 2 = —- = 0.15 / 0.007 = 21.4 м 3 q где Q 1 – объем производства препарата в сутки q — выход препарата с 1 м 3 культуральной жидкости. 4.1.3. Количество культуральной жидкости с одной ферментации при учете потерь во время ферментации (20%) составит: Q 4 = V х 0,7 х 0,8 = 50 x 0.7 x 0.8 = 28 м 3 , где Q 4 – количество культуральной жидкости с 1-ой ферментации; V – полный объем ферментера, м 3 : 0,7 – коэффициент заполнения; 0,8 – коэффициент, учитывающий выход культуральной жидкости с учетом 20% потерь. 4.1.4. Количество ферментаций в сутки ( n ): Q 2 n = —— = 21.4 / 28 = 0.77 ферментаций (1 ферментация) , Q 4 где Q 2 – необходимое количество культуральной жидкости в сутки; Q 4 — количество к.ж. с 1-ой ферментации. 4.1.5. Количество культуральной жидкости в год ( Q 5 )
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
28
Q Q 5 = —- = 50 / 0,007 = 7142,8 м 3 q где Q – объем производства препарата, т/год q — выход препарата с 1 м 3 культуральной жидкости, т/м 3 . 4.1.6. Продолжительность оборачиваемости одного ферментера t 1= 170 часов 4.1.7. Количество рабочих часов в году ( t 2 ): t 2 = t х 24 = 330 х 24 = 7920 часов ч, где t — количество рабочих дней в году. 4.1.8. Необходимое количество ферментеров ( N ): Q 5 x t 1 N = ———— = (7142,8 х 170) / (28 х 7920) = 5,5 Q 4 x t 2 где Q 5 – количество к.ж. в год, м 3 t 1 — продолжительность оборачиваемости ферментера, ч. t 2 — количество рабочих часов в году, ч Q 4 — количество к.ж. с 1-ой ферментации.
Принимаем 6 ферментеров и 1 запасной.
Ферментёр: V =50 m 3 , 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 t 3 = 26 часов 4.2.1. Количество посевного материала на загрузку одного производственного ферментера: Q 6 = V х 0,7 х с = 50 х 0,7 х 0, 05 = 1.75 м 3 , где V – полный объем ферментера, м 3 : 0,7 – коэффициент заполнения; с – количество посевного материала в %. 4.2.2. Полный объем посевного аппарата при коэффициенте заполнения 0,7: Q 6 Q 7 = —- = 1.75 / 0,7 = 2. 5 м 3 , 0,7
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
29
где Q 6 – количество посевного материала на одну загрузку, м 3 0,7 – коэффициент заполнения посевного аппарата.
Выбираем аппарат 3 м 3 , 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 t 3 n 1 = ———- = (1 х 26) / 24 = 1,08 24 ч где n – количество ферментаций в сутки; t 3 — полный цикл работы посевного аппарата.
Принимаем к установке 1 посевных аппаратов и один запасной. Всего устанавливаем – 2 посевных аппаратоа . Посевной аппарат: V =3 m 3 ; 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 ( V 1 ) : V 1 = V x 0,7 = 50 х 0,7 = 35 м 3 , 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 ( V 2 ), должен быть уменьшен на 20% и составит: V 2 = V 1 x 0,8 = 35 х 0,8 = 28 м 3 , где V 1 – 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 ( Q 8 ): Q 8 = V 2 = 28 м 3 Время стерилизации среды не должно превышать 3 ч. В соответствии с этим, производительность ( q 1 ) УНС должна составлять: Q 8 q 1 = ——- = 28 / 3 = 9,3 м 3 / 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; общ =2 +5 = 7ч Производительность, м 3 /ч 9.3 Время нахождения среды в нагревателе, с 4,4 Расход пара, кг/ч 657
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
30
Разбавление среды конденсатом, % 20 Нагреватель : Объем, м 3 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):
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
31
Тип теплообменника для охлаждения среды труба в трубе Площадь охлаждения, м 2 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 м 3 Необходимый объем сборников при коэффициенте заполнения – 0,8. Q 2 Q 9 = —— = 21,4 / 0,8 = 26,75 м 3 , 0,8 где Q 2 – количество к.ж. в сутки, м 3 0,8 – коэффициент заполнения Выбираем сборник с необходимым полезным объемом и рассчитываем их количество.
Количество сборников: Q 9 n 2 = ———- = 26,75 / 30 = 0,89 (1 сборник) , V п где Q 9 –необходимый объем сборников к.ж. V п – полезный объем сборника.
Принимаем 1 сборник и один запасной. Всего сборников культуральной жидкости 2 штуки.
Сборник: V =25 m 3 ; H =3800 mm , D =3000 mm . 7. Отделение мицелия 7.1. На отделение поступает 21,4 м 3 /сутки.
Фильтрующее оборудование выбираем по поверхности фильтрации. Q 2 S = ———- = 21,4 / (0,5 х 20) = 2,14 м 2 g 1 х t 6 где S – необходимая поверхность фильтрации, м 2 Q 2 – количество культуральной жидкости в сутки, м 3
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
32
g 1 – скорость фильтрации; t 6 – время работы фильтра – 20 часов (может быть 22 ч). Принимаем к установке фильтр БОК-3-1.75: Поверхность фильтрования 3м 3 и один запасной. 7.2 . Сборник фильтрата культуральной жидкости.
Количество фильтрата ( Q 10 ) с учетом выхода по объему « k » %: Q 10 = Q 2 x k = 21,4 х 0,99 = 21,2 м 3 , где Q 2 – количество культуральной жидкости в сутки, м 3 k — коэффициент, учитывающий выход фильтрата на стадии.
Выбираем 1 сборник цилиндрический со сферическим днищем и рубашкой для охлаждения обьёмом 25 м 3 и 1 запасной. 8. Расчет количества пеногасителя V пен = Q 2 x 0.5 л/м 3 = 21,4 х 0,5 = 10,7 литра/сутки (0,0107 м 3 ) 9. Расчет расхода воздуха Воздух расходуется в количестве 1 м 3 /м 3 среды в минуту. На 21.4 м 3 будет расходоваться 21,4 м 3 /мин (0,36 м / сек, 1284м/час или 30816 м 3 / сут ) Расчёт насосов 1. Насос для перекачки питательной среды из реактора-смесителя в промежуточную ёмкость Q 11 = Q / t = 28 / 2 = 14 м 3 /ч Q 1 – 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 Q 12 = 1.75 / 2 = 0.875 м 3 /ч 3. Насос для перекачки к.ж. из ферментера в сборники Q 13 = 21,4 / 2 = 10,7 м 3 /ч 4. Насос для подачи фильтрата культуральной жидкости в сборники Q 14 = 21,2 / 2 = 10,6 м 3 /ч 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.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
33
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
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
33
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.
