第二章 工艺设计
2.6 工艺流程
根据工艺设计，初步确定工艺流程，见图2-1.
图2-1 工艺流程简图
2.7 发酵过程优化控制
2.7.1 发酵过程中温度的控制
青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别， 但一般认为应在25℃ 左右。温度过高将明显降低发酵产率 ， 同时增加葡萄糖的维持消耗 ， 降低葡萄糖至青霉素的转化率。对菌丝生长和青霉素合成来说 ， 最适温度不是一样的， 一般前者略高于后者， 故有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间， 到达生产阶段后便适当降低温度 ， 以利于青霉素的合成。在较低的通气条件下，由于氧的溶解度是随温度下降而升高的，因此降低发酵温度对发酵是有利的，因为低温可以提高氧的溶解度、降低菌体生长速率、减少氧的消耗，弥补通气效果差的不足。
2.7.2 发酵过程中pH的控制
菌体生长的最适pH和产物合成的最适pH可能不一样，青霉素发酵的最适pH值一般认为在 6.5 左右，有时也可以略高或略低一些，但应尽量避免pH值超过7.0，因
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为青霉素在碱性条件下不稳定，容易加速其水解。在缓冲能力较弱的培养基中， pH 值的变化是葡萄糖流加速度高低的反映。过高的流加速率造成酸性中间产物的积累使pH值降低；过低的加糖速率不足以中和蛋白质代谢产生的氨或其他生理碱性物质代谢产生的碱性化合物而引起pH值上升。将发酵培养基调节成不同的出发pH进行发酵，在发酵过程中，定时测定和调节pH。 在发酵液pH和氨氮含量都低时，补加氨水，就可以达到调节pH和补充氨氮的目的。补加消泡油的个别情况下，可以提高空气流量来加速脂肪酸的氧化，以纠正由于油脂分解产生大量脂肪酸引起的pH降低。
2.7.3 发酵过程中溶解氧的控制
(1) 罐压：
罐压直接影响发酵液中氧的分压 ，我们知道氧是一种难溶于水的气体 ，氧在发酵液中的溶解度不仅受培养基成分的影响 ，而且当各类物质浓度增加时 ，氧的溶解度也要降低。根据“亨利定律” 可用提高空气进罐压力来提高氧在发酵液中的溶解度。如果罐压太高影响空气进罐流量 ，同时二氧化碳的溶解度也大幅度上升，因此罐压不能控制太高 ，一般在(0. 2～0. 5) MPa ，相反当罐压太低时，氧在发酵液中的溶解度更低 ，不利于菌体生长。 (2) 搅拌速度：
搅拌速度大与小关系到气泡破碎是否良好 ，空气是否分散溶入液相 ，增加气液接触的有效界面传递面积 ，以利于氧的溶解和空气的利用。 (3) 通气流量：
通气流量也会影响溶解氧（Do）的溶解度大小。在发酵中后期 ，发酵液里充满了细小的流动性气泡。若通气流量过低，这些泡沫中的气体不能及时交换 ，气泡内的氧气很快被消耗 ，并充满了二氧化碳 ，使菌呼吸受到抑制，直接影响发酵产量。空气流量过高会导致发酵液的液面上升引起逃液和泡沫的增多。
2.7.4 发酵过程中菌丝浓度的控制
发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度， 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。青霉素发酵的临界菌体浓度随菌株的呼吸强度 (取决于维持因数的大小， 维持因数越大，呼吸强度越高) 、发酵通气与搅拌能力及发酵的流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的发酵罐及黏低的发酵液使发酵中的传氧速率上升，从而提高临界菌体浓度。
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第二章 工艺设计
2.7.5 发酵液质量控制
生产上按规定时间从发酵罐中取样 ， 用显微镜观察菌丝形态变化来控制发酵。生产上惯称\镜检\，根据\镜检\中菌丝形变化和代谢变化的其他指标调节发酵温度， 通过追加糖或补加前体等各种措施来延长发酵时间， 以获得最多青霉素。当菌丝中空泡扩大、增多及延伸， 并出现个别自溶细胞， 这表示菌丝趋向衰老， 青霉素分泌逐渐停止， 菌丝形态上即将进入自溶期， 在此时期由于茵丝自溶， 游离氨释放， pH 值上升， 导致青霉素产量下降， 使色素、溶解和胶状杂质增多， 并使发酵液变粘稠， 增加下一步提纯时过滤的困难。因此， 生产上根据\镜检\判断， 在自溶期即将来临之际， 迅速停止发酵， 立刻放罐， 将发酵液迅速送往提炼工段。
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第三章 工艺计算
3.1 主要基础数据:
(1) 接种量
一级种子罐至二级种子罐按15%计算； 二级种子罐至发酵罐按15%计算； (2) 培养基灭菌
一级种子罐及二级种子罐培养基采用空消灭菌； 发酵罐培养基采用实消灭菌； (3) 通气量
一级种子罐：0.2（VVM），二级种子罐：0.15 (VVM)， 发酵罐：0.09 (VVM)； (4) 无菌空气处理系统
空气处理量：按设计要求 空压机出口压力：0.25~0.30（Mpa） 进总过滤器的相对湿度：60% 空气洁净度：100级 (5) 发酵周期：
一级种子罐：64小时，二级种子罐：56小时，发酵罐：136小时 (6) 装料系数
一级种子罐：65%，二级种子罐：70%，发酵罐：80% (7) 自控要求：
发酵系统：种子罐、发酵罐温度自控，pH控制，罐压指示，溶氧指示，转速显示及变频调速，液位报警；
连消系统：温度、流量连锁控制； 空气系统：温度自动控制；
后处理系统：温度现场显示、手动调节，流量现场显示、手动调节； (8) 水系统
自来水：常温，0.3（MPa），用于配料、夏天实罐灭菌的前期冷却、清洗设备等。 循环水：20～25℃(△t=5℃)，0.3（MPa），用于发酵罐和空气冷却。
低温水：9～14℃(△t=5℃)，0.3（MPa），用于夏天空气后级冷却及发酵控温冷却。 冷盐水：-10～0℃(△t=10℃)，0.3（MPa），用于料液冷却保温。
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第四章 设备设计及选型
蒸汽： 发酵车间用汽压力 0.3（MPa）。 (9) 培养基配方及补料情况：
种子培养基（g/m）： KH2PO4 592，黄豆饼粉16500，葡萄糖 4930，碳酸钙 150，硝酸钾 150，玉米油 236，油酸甘油酯 4020，豆油 9045，硅油 21.
发酵初始培养基（g/m）： KH2PO4 1630，黄豆饼粉 45300，葡萄糖 4930，碳酸钙 150，硝酸钾 150，玉米油 790，油酸甘油酯 3420，豆油 7530，硅油 56. 发酵培养基补料（g/m）：发酵过程中氨水补量按48（L/m3）计算，补料量按320（L/m3）计算，补泡敌按20（L/m3）计算，补消沫油按20（L/m3）计算。 补前体苯乙酰胺，使发酵液中苯乙酰胺浓度为0.05%～0.08%，在发酵过程分批加入。
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3.2 发酵罐设计技术指标
拟设计发酵罐公称容积[4]：V0=200m 年产量：G=1200吨
年工作日：m=280天 发酵周期：t=7d
发酵周期=发酵培养时间+辅助时间=136hr+32hr=168hr=7d （辅助时间含清洗、进料、消毒、接种时间，不含设备检修）
发酵平均单位：Um=70000单位/毫升 成品效价：Up=1667单位/毫克
发酵液收率：?m=90% 装料系数: ?0=80% 发酵热：QF=5500kJ/m·h 提炼总系数：?P=85%
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3.3 物料衡算
(1) 发酵罐台数的确定：
由公式：
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