vb1設計說明書

1、設計說明書年產1000t維生素B1工廠工藝設計:?學號：?/院系：生物與農業(yè)工程學院日期：2013-9-19課程：系統(tǒng)設計摘要：維生素B1又稱硫胺素或抗神經炎素。由嘧啶環(huán)和噻唑環(huán)結合而成的一種B族維生素。維生素B1在種子的外皮和胚芽中，如米糠和麩皮中含量很豐富，在酵母菌中含量也極豐富。瘦肉、白菜和芹菜中含量也較豐富。而目前維生素B1的工業(yè)化生產仍采用化工方法。本設計是采用酵母菌培養(yǎng)的發(fā)酵生產。并采用有氧發(fā)酵，應用攪拌式補料分批發(fā)酵的方式。培養(yǎng)結束后首別離過濾獲得酵母濃縮液。酵母細胞的破碎應用勻漿破碎法，對破碎得到的懸液再次過濾得含有維生素B1的溶液。接著用色譜柱將維生素B1提取。最后結晶枯燥制

2、成成品。利用生物發(fā)酵方法生產的維生素與化學方法合成的相比無毒、更平安，更加適合作藥用。關鍵詞：維生素B1.設備選型.車間平面布置.物料衡算.工廠總平面設計目錄第一章緒論31.1 前言31.2 維生素b1的應用31.3 維生素B1的生產方法4第二章維生素B1的工藝設計42.1 原料的預處理42.2 主要工藝5第三章工藝計算63.1 生產指標63.2 反響方程式63.3 物料衡算6第四章設備選型與車間平面設計74.1 設備選型74.2 車間平面設計7第五章工廠總平面設計95.1 工廠選址95.2 總平面設計1.05.3 設計評估1.2第七章總結1.2參考文獻1.3第一章緒論1.1 前言維生素B1又

3、稱硫胺素或抗神經炎素。由嘧啶環(huán)和噻唑環(huán)結合而成的一種B族維生素。為白色結晶或結晶性粉末；有微弱的特臭，味苦，有引濕性，露置在空氣中，易吸收水分。在堿性溶液中容易分解變質。酸堿度在3.5時可耐100高溫，酸堿大于5時易失效。遇光和熱效價下降。故應置于遮光，涼處保存，不宜久貯。在酸性溶液中很穩(wěn)定，在堿性溶液中不穩(wěn)定，易被氧化和受熱破壞。維生素B1它廣泛存在于肉類和蔬菜中。主要存在于種子的外皮和胚芽中，如米糠和麩皮中含量很豐富，在酵母菌中含量也極豐富。瘦肉、白菜和芹菜中含量也較豐富。維生素B1含量豐富的食物有糧谷類、豆類、干果、酵母、硬殼果類，尤其在糧谷類的表皮局部含量更高，故碾磨精度不宜過度。動物

4、內臟、蛋類及綠葉菜中含量也較高，芹菜葉、萵筍葉中含量也較豐富，應當充分利用。酵母菌是一些單細胞真菌，并非系統(tǒng)演化分類的單元。在醫(yī)藥工業(yè)中，酵母及其制品用于治療某些消化不良癥，并能提高和調整人體的新陳代謝機能。因此，藥用酵母的生產在酵母工業(yè)中占有重要的地位。酵母菌能在pH值為3.0-7.5的范圍內生長，最適pH值為pH4.5-5.0。在低于水的冰點或者高于47的溫度下，酵母細胞一般不能生長，最適生長溫度一般在2030。酵母菌有氧和無氧的環(huán)境中都能生長，即酵母菌是兼性厭氧菌，在有氧的情況下，它把糖分解成二氧化碳和水，在有氧存在時，酵母菌生長較快。在缺氧的情況下，酵母菌把糖分解成酒精和二氧化碳。因此

5、在此次維生素B1的生產設計中采用有氧發(fā)酵，應用攪拌式補料分批發(fā)酵的方式。利用生物發(fā)酵方法生產的維生素與化學方法合成的相比無毒、更平安，更加適合作藥用。1.2 維生素b1的應用1.2.1 可以預防腳氣病維生素B1缺乏時，可引起多種神經炎癥，如腳氣病菌。維生素B1缺乏所引起的多發(fā)性神經炎，患者的周圍神經末梢有發(fā)炎和退化現(xiàn)象，并伴有四肢麻木、肌肉萎縮、心力衰竭、下肢水腫等病癥。1.2.2 其他作用 1促進成長 2幫助消化，特別是碳水化合物的消化 3改善精神狀況;維持神經組織、肌肉、心臟活動的正常 4減輕暈機、暈船 6可緩解有關牙科手術后的痛 7有助于對帶狀皰疹的治療1.3 維生素B1的生產方法目前維

6、生素B1的工業(yè)化生產仍采用化工方法。由于維生素B1在酵母菌中含量較高約為10.7mg/L，是故可以采用酵母菌培養(yǎng)的發(fā)酵生產。本工藝設計是以酵母發(fā)酵為根底提取別離維生素B1.酵母菌是一些單細胞真菌，并非系統(tǒng)演化分類的單元。通過選擇優(yōu)良酵母菌種、保證適宜的發(fā)酵條件并加以控制、應用適宜的提取別離純化方法即可高效、大量的生產維生素B1.酵母中含有維生素B1合成所需的酶：ThiC酶，HMPK羥甲基嘧啶激酶，噻唑合成酶，硫胺磷酸焦磷酸化酶，硫胺磷酸磷酸化酶及硫胺焦磷酸激酶。此次維生素B1的生產設計中采用酵母有氧發(fā)酵，應用攪拌式補料分批發(fā)酵的方式。維生素B1生產可分為菌種發(fā)酵和提取精制兩個步驟。菌種發(fā)酵：將

7、酵母菌接種到周體培養(yǎng)基上，在25C下培養(yǎng)57天，以活化菌種及得到純培養(yǎng)物。用無菌水將菌種制成懸浮液接種到種子罐內已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣、攪拌，在27C下培養(yǎng)2428h,然后將種子培養(yǎng)液接種到發(fā)酵罐已滅菌的含有5-氨基咪唾核糖核甘酸及L-半胱氨酸、甘氨酸前體的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣，攪拌，在25下培養(yǎng)7天。在發(fā)酵過程中需補入5-氨基咪唾核糖核甘酸及L-半胱氨酸、甘氨酸前體及適量的培養(yǎng)基。提取精制：首先采用離心過濾的方法將酵母菌從發(fā)酵液中別離出來。然后采用勻漿法將酵母細胞破碎，懸浮于微酸水溶液中。再次過濾獲得維生素B1溶液。再采用高效液相色譜將維生素B1別離提取，色譜柱條件為：色譜柱為Hy

8、persilC18柱；流動相為0.1%冰醋酸-甲醇體系(80:20)等度洗脫；流速為1.0mL/min;檢測波長為246nm;柱溫為25C；進樣量為10山(實驗條件，工廠生產適當放大)。最后枯燥制成成品。第二章維生素B1的工藝設計2.1原料的預處理2.1.1 本設計采用察氏(czapck)培養(yǎng)基做酵母菌的發(fā)酵培養(yǎng)基：培養(yǎng)基成分/1L蔗糖30gNaN033gK2HP041gKCl0.5gMgSO47H2O0.5gFeS040.01g蒸餾水1000ml自然pH2.1.2 酵母種子培養(yǎng)基采用麥芽汁培養(yǎng)基1 培養(yǎng)基成分/L麥芽汁70mLpH自然約6.42 配制方法(1)用水將大麥或小麥洗凈，用水浸泡6

9、-12h，置于15陰涼處發(fā)芽，上蓋紗布，每日早、中、晚淋水一次，待麥芽伸長至麥粒的兩倍時，讓其停止發(fā)芽，曬干或烘干，研磨成麥芽粉，貯存?zhèn)溆谩?2)取一份麥芽粉加四份水，在65水浴鍋中保溫3-4h，使其自行糖化，直至糖化完全(檢查方法是取0.5ml的糖化液，加2滴碘液，如無藍色出現(xiàn)，即表示糖化完全)。(3)糖化液用4-6層紗布過濾，濾液如仍混濁，可用雞蛋清澄清(用一個雞蛋清，加水20m1，調勻至生泡沫，倒入糖化液中，攪拌煮沸，再過濾)(4)用波美比重計檢測糖化液中糖濃度，將濾液用水稀釋到10-15°,而H至6.4。如當?shù)赜衅【茝S，可用未經發(fā)酵，未加酒花的新鮮麥芽汁，加水稀釋到10-15

10、°波林后使用。(5)如配固體麥芽汁培養(yǎng)基時，參加2%瓊脂，加熱融化，補充失水。(6)高壓蒸汽滅菌100Pa滅菌20min。2.2主要工藝無菌空氣無菌空氣無菌空氣和中間補料斜面一一級種子一二級種子一發(fā)酵一離心過濾一細胞破碎一二次過濾一色譜別離一提濾液用于提取其他制品純、結晶一枯燥一成品圖1.維生素B1生物發(fā)酵工藝流程第三章工藝計算3.1生產指標(1)生產規(guī)模：1000t/a2生產方法：中糖發(fā)酵，層析色譜提純3年生產天數(shù)：300d/a4產品日產量：3.33t/d5發(fā)酵周期：130h(6)發(fā)酵罐裝料系數(shù)：75%7提取純化總得率：80%8前提添加率：4.9%3.2反響方程式5-氨基咪唑核糖核

11、苷酸L-半胱氨酸，甘氨酸NAD+jThiC酶JTHI4曝唾合成酶2-甲基-4-氨基-5-羥甲基喀噬單磷酸HMP-P4-甲基5-伊羥乙基嚷唾磷酸HET-P以MPK羥甲基喀噬激酶2-甲基-4-氨基-5-羥甲基嘧啶焦磷酸TPP硫胺磷酸焦磷酸化酶硫胺單磷酸WMP-Pase硫胺磷酸磷酸化酶硫胺JTPK硫胺焦磷酸激酶硫胺焦磷酸維生素B13.3物料衡算3.3.1 原料用量1每天產維生素B1成品量為：1000/300=3.33t/d,維生素B1得率為80%,每天發(fā)酵液中需含維生素B1:3.33/0.80=4.16t,酵母菌對前體5-氨基咪唾核糖核甘酸及L-半胱氨酸、甘氨酸的轉化率為92%,那么發(fā)酵培養(yǎng)基中前體

12、的添加量為4.16/0.92=4.52t/d。假設發(fā)酵培養(yǎng)基的配方前體添加量為4.9%,那么發(fā)酵培:為4.52/(4.9%)=92.43m3/d<2發(fā)酵液體積分為三局部：底料：V1=92.43X75%=69.32m3種液量：V2=92.43X15%=13.86m3補料量：V3=92.43X10%=9.243m3底料的物料用量：發(fā)酵培養(yǎng)基配方XV1種液的物料用量：培養(yǎng)基配方XV2補料采用配方與發(fā)酵液相同3蔗糖用量2356.96kgNaN03235.697kgK2HP0478.57kgKCl78.57kgMgSO47H2O39.29kgFeS040.786kg(4)麥芽汁用量：970.2L/

13、d5消泡劑的用量泡敵的添加量按0.2%計算，每天用量：0.2%X92.43=0.185m3。第四章設備選型與車間平面設計4.1 設備選型4.1.1 概述生物工程工廠中的生物工程設備可以分為專業(yè)設備、通用設備、非標準設備。其中專業(yè)設備是指僅為生物工程工廠所使用的設備，如發(fā)酵罐等；通用設備是指各專業(yè)都可以使用的設備，如泵、風機等；非標準設備是指生產車間的貯藏、池子等。本次設計主要是培養(yǎng)基的滅菌設備、發(fā)酵設備、過濾提純設備的設計。設備設計的原那么主要有;(1) 工藝實施工程的平安可靠質量、耐腐蝕等(2) 經濟上的合理性、技術上的先進性(3) 運行費用低，水電消耗少。(4) 操作方便，耐用易于維修(5

14、) 機構緊湊等一、種子罐的設計：由于發(fā)酵周期為130h，且種子培養(yǎng)基體積為13.86m3所以130/24X13.86=75。于是可以選用100m3，裝料系數(shù)為75%。數(shù)量為1個。經查閱資料選用徑高比H/D=2為宜，計算得D=4m，H=8m。另外，種子罐及其中的種子培養(yǎng)基用實罐滅菌。實罐滅菌的總原那么：與培養(yǎng)基接觸的管道都要進蒸汽，不與培養(yǎng)基接觸的管道都要排氣。不帶夾套的發(fā)酵罐那么采用蛇管來預熱培養(yǎng)基。實罐滅菌包括三個階段：1升溫階段，包括間接升溫、直接升溫2保溫階段3冷卻階段。二、發(fā)酵罐的設計：與上同130/24X92.43=520.6625m3所以選用發(fā)酉罐體積為350m3,數(shù)量為2個。裝料

15、系數(shù)為72%。選用徑高比為2，計算得D=7m，H=14m。另外，發(fā)酵罐的根本培養(yǎng)基應用連消滅菌。其中配料罐：V=300m3;H/D=1;D=7.4m,H=7.4m。預熱罐：V=300m3;H/D=2.5;D=5.4m,H=13.5m。加熱器：V=100m3H/D=2;D=4m，H=8m。維持罐;V=300m3;H/D=2.5;D=6m,H=15m。三、提純設備的選型首先是別離器將固體的細胞與培養(yǎng)液別離，可選用AX系列的碟片式離心機。AX系列離心機是PX系列離心機中運用于生物工程產業(yè)中較為先進的別離設備。其別離因素可高達13000g左右，能將極微小的柔軟固形物從液體中別離出來，是目前微生物下游處

16、理工藝中非常理想的高速碟片式離心機。此類離心機大多用于液固別離。然后是過濾器，選用中空纖維式的超濾膜結構。維生素B1的進一步提純采用具有多孔支持板的離子交換罐。一般的離子交換罐為帶有橢圓形頂及底的圓筒形設備，其圓筒體的高徑比(H/D)一般為2-4。樹脂層高度約占高度的50%-70%，須有充分的空間，以備反沖時樹脂層的膨脹。在交換罐的上部有溶液分布裝置，以使含有產物的料液、解析液或再生劑能在整個罐截面上均勻地通過樹脂層。另外，由于維生素B1不能耐受高溫，其在酸堿度在3.5時可耐100高溫，酸堿大于5時易失效。遇光和熱效價下降。故應置于遮光，涼處保存，不宜久貯。應選用真空枯燥器。但凡不能經受高溫，

17、可在真空中枯燥。4.2 重點車間平面設計重點車間布置設計是根據(jù)生產工藝流程圖，物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質，設備資料、GMP等進行的。車間布置設計的任務是確定車間火災危險類別、爆炸和火災危險性場所等級、GMP等級確定車間結構構型及主要尺寸確定車間所有設備在車間建筑平面和空間的相對位置。生物工程工廠的生產車間一般由生產局部、輔助局部、生活行政局部組成。生物制藥工廠主要生產車間有發(fā)酵車間、提取車間、精制車間、制劑車間等。本次設計的是發(fā)酵車間的平面設計，主要是種子罐X1，發(fā)酵罐X2。而對于提取純化的設備那么在此次設計中不做布置設計。一、廠房的整體布置首先，廠房的地面高度高于外地面150mm，以防止雨水流入

18、車間。對于整體而言，發(fā)酵車間設計成長方形的三層廠房，每層高度為5.1m，那么總高度為3X5.1=15.3m。廠房跨度為15m，布置成6-3-6形式。柱間距設計成6X9的柱網尺寸。廠房的長寬為25X15m。廠房的建筑結構采用框架結構。框架結構是由橫梁和立柱所組成。至于按承量結構的材料那么使用鋼筋混凝土結構，此結構中全部承受構件都用鋼筋混凝土制成構件。一般主要車間都采用這類結構。另外，設備的布置與生產流程順序相一致。對于發(fā)酵車間采用盤旋線的方式。二、車間布置設計有關參數(shù) 廠房中單扇平開門選用寬度0.7m，高度2.0m。雙扇平開門那么選用寬度為1.2m，高度為2.5m。 樓梯寬度為1.5m，坡度為3

19、0°，采用雙跑樓梯。三、根據(jù)?建筑設計防火標準?和?潔凈廠房設計標準?，此次設計廠房耐火等級為二級，一般的鋼筋混凝土框架結構均滿足二級耐火等級要求。四、發(fā)酵車間的潔凈等級為100000級。另外，發(fā)酵車間二層設置有控制室，用作職工休息及配電、控制之用。三層布置有高為水箱及蒸汽發(fā)生器。第五章工廠總平面設計5.1工廠選址1 、地理位置此廠位于山東省濟南市天橋區(qū)。2 、周邊環(huán)境該廠位于繞城高速附近且有鐵路經過，交通十分便利。而且臨近河水，水源方便。濟南是山東省會，經濟開展甚好市場廣闊，產品銷售有保障。而且與濟南化工產業(yè)園區(qū)相鄰，易于形成產業(yè)鏈，可以與之共用公共設施以減小本錢。3、氣候條件濟南

20、市地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性季風氣候。其主要氣候特征是：季風明顯，四季清楚；冬冷夏熱，雨量集中。冬冷夏熱，雨量集中。冬季濟南市受蒙古冷高壓控制，盛吹寒冷的偏北風，一般68天有一次冷空氣侵入，使氣溫不斷降低。冬季最冷月平均氣溫在0c以下，極端最低溫度平均在-20以下（平陰縣為-18.9，長清縣為-19.1，濟南市北郊為-19.7，濟南市東郊為-22.5，章丘縣為-24.5），低于-10的嚴寒日數(shù)98%集中在冬季。最大凍土深度為45厘米左右，最大積雪深度為20厘米左右。冬季降水量在2025毫米，僅占全年總降水量的3.03.7%,整個冬季雨雪稀少，北風頻吹，枯燥寒冷。夏季炎熱，季平均溫度在26c

21、左右，極端最高溫度超過40C,日最高氣溫40C的酷熱日數(shù)均出現(xiàn)在更季。夏季不僅炎熱，且多降水，雨熱同季。夏季降水量全市各縣區(qū)平均都在400毫米以上，全年60%的降水量集中在夏季，7月份降水日數(shù)平均在15天左右，日降水量50毫米的暴雨日數(shù)集中在7、8兩月，占全年暴雨日數(shù)的70%。4、廠址區(qū)域圖示自畫或GOOGLE地圖圖1.山東維生素加工工廠區(qū)域圖5、濟南風玫瑰圖5.2總平面設計1.工廠總平面布置圖圖4.山東維生素B工廠總平面布置圖1:10002.主要建構筑物表1.山東維生素B工廠建構筑物明細表1廣場40X152辦公樓50X233生活區(qū)50X154車庫和娛樂場所15X105運動場40X196食堂和

22、衛(wèi)生室34X157水站15X108電站25X159冷凍站25X1510污水處理站36X2011鍋爐間20X1012機修25X1813原料倉庫40X1514制劑間一40X1515制劑間二40X1516制劑間三40X1517包裝問40X1520X1518成品倉庫30X1519T門820二號門621三號門622廢氣處理15X1823稱2X25.3設計評估該廠布置采用區(qū)帶式布置形式，保證區(qū)域功能清楚，以主要車間的定位布置，帶動輔助車間和動力車間。生產區(qū)域采用直線布置。各建筑整齊劃一，簡潔美觀。設置原料倉庫和成品倉庫，并各配置大門，以方便運輸。將食堂和衛(wèi)生所，車庫和娛樂間豎向布置即節(jié)約面積又方便實用。道

23、路采用環(huán)形布置，通達暢通、合理的將廠區(qū)分成各區(qū)。主干道12m，第二主干道8m且連接二號門與三號門；二三號門正對道路為8m；支道寬4m。中央通道暢通，可用于消防通道，運輸極其方便。原料與成品各有大門方便運輸，且與生活大門區(qū)分，即工作與生活隔離以免污染。道路兩側設置一米綠化帶，一點五米路肩。在西北方向下風向設置，污水處理廠。并用綠化帶隔離。并且各功能區(qū)域之間用綠化帶隔離。鍋爐間亦布置在西北下風向，以減少對廠區(qū)污染。并且設置廢水處理以減少對空氣污染。本次設計中突出生活區(qū)與工作區(qū)的別離，保證舒適生活環(huán)境和無污染工作環(huán)境。平面設計展現(xiàn)特有風格，山東人民熱愛體育運動，故建有眾多體育建筑及設施；廠區(qū)綠化面積

24、大，有利于工作人員的身心健康，更有利于可持續(xù)開展。第六章總結維生素B1對促進消化、改善精神狀態(tài)、抗腳氣病、抗神經炎等具有重要作用。可供人類服用的同時，亦可用作動物飼料添加劑，為人之健康、養(yǎng)殖業(yè)的開展提供重要保障。維生素B1的市場價是150元/公斤。所以維生素B1有市場，然而目前的主要方法化工合成具有種種的局限，易摻雜質、易混化工物質，從而不適宜人的口服。采用酵母菌的生物發(fā)酵所用皆為生物材料，無污染、無毒性，適宜口服。因此此法極具市場潛力。本設計主要闡述了維生素B1的作用及生產現(xiàn)狀，酵母菌的相關生長特性、生活習性。維生素B1的生物發(fā)酵采用的是產蛋白假絲酵母，所用種子培養(yǎng)基為麥芽汁培養(yǎng)基，發(fā)酵培養(yǎng)

25、基用察氏培養(yǎng)基。需要添加一定量的約為4.9%前體5-氨基咪唾核糖核甘酸及L-半胱氨酸、甘氨酸。主要采用通風攪拌式補料分批發(fā)酵。對于維生素B1的提取與純化那么應用色譜別離法。年產量為1000t的維生素B1生產日產為3.33t/d，每天所用發(fā)酵液量為92.43m3/d。對于其他的原料及消沫劑用量亦進行了衡算。廠址的選擇位于山東省濟南市天橋區(qū)。這里不管是地理環(huán)境還是社會環(huán)境都是頗為適合的。維生素B1的酵母發(fā)酵生產目前還未在實際大規(guī)模生產中應用，目前的生產依然是化學方法為主。然而，本次的設計可以作為一個設想、一個思路、一個雛形。維生素B1的生物合成方法之道路還很長。21世紀是生物的世紀，生物發(fā)酵的方法

26、定會展現(xiàn)其應用價值。今后的開展將主要集中在維生素B1合成酶的提取、純化及固定化，以提高產量和質量。當然在此次設計之中亦是可采用固定化技術的，如應用為載體懸浮的大規(guī)模培養(yǎng)技術，更易充分發(fā)揮酵母菌的生產潛能。然而，細胞的固定化需要配合外表活性劑等改變細胞膜透性，便于維生素B1的分泌，而后提取。參考文獻PierreFaouandMaximilianTropschug.NeurosporacrassaCyPBP37:ACytosolicStressProteinthatisabletoReplaceYeastThi4PFunctionintheSynthesisofVitaminB1.J.Mol.Bi

27、ol,2004,344,1147T157SanjaRoje.VitaminBbiosynthesisinplants.Phytochemistry68,2007,1904T921HulyaAyarKayali,LemanTarhan.TheimpactofVitaminsC,B1andB6supplementationonantioxidantenzymeactivities,membranetotalsialicacidandlipidperoxidationlevelsinFusariumspecies.ProcessBiochemistry41,2006,1608-1613TeijiroKamiharaandIchiroNakamura.RegulationofRespirationandItsRelatedMetabolismbyVitaminB1