Производство нистатина. Ферментация с получением мицелиальной массы

Министерство здравоохранения  и социального развития

Российской Федерации

 

Санкт-Петербургская государственная

Химико-фармацевтическая академия

Факультет промышленной технологии лекарств

 

Кафедра биотехнологии

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

на тему: Производство нистатина. Ферментация с получением мицелиальной массы

 

 

 

 

Выполнила студентка  184  группы

 

Валюкевич М.А.                                              ___________________________

                                                                                                 (подпись)

 

Руководитель:

 

Доцент кафедры биотехнологии

Топкова О.В.                                                    ___________________________

                                                              (подпись)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение
2. Характеристика готового продукта

Характеристика продуцента

3. Характеристика сырья и материалов
4. Выбор и обоснование способа производства
5. Технологическая схема производства
6. Описание технологической схемы
7. Технико-экономическое обоснование исходных данных для проектирования
8. Предварительные расчеты
9. Материальные расчеты
10. Тепловые расчеты
11. Расчет и подбор оборудования
12. Список использованной литературы

 

 

1.ВВЕДЕНИЕ

 

Темой данного курсового проекта является «Производство нистатина. Ферментация с получением мицелиальной массы». 

 Нистатин является антибиотическим веществом. Действует на патогенные грибы и особенно на дрожжеподобные грибы рода Candida, а также Aspergillus, применяется для профилактики и лечения заболеваний, вызываемыми дрожжеподобными грибами, кандидоза слизистых оболочек (рта, влагалища и др.), кожи, внутренних органов (ЖКТ, легких, почек и др).

В проекте необходимо провести материальные и тепловые расчеты, подобрать основное и вспомогательное  оборудование и скомпоновать оборудование в строительной части.

В последнее время  спрос на нистатин возрос в связи с тем, что при лечении грибковых заболеваний нистатин дает лучшие результаты по сравнению с отечественными и зарубежными аналогам. По этому существует необходимость расширения производственных мощностей производства данного антибиотика.

 

 

 

 

 

 

 

4.ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  СПОСОБА ПРОИЗОДСТВА

В основу процесса ферментации  положен принцип многостадийного  выращивания культуры микроорганизма – продуцента при постепенном  увеличении ее объема.

Процесс ферментации  может быть  условно разделен на 2 фазы.

1-я фаза  характеризуется  интенсивным ростом культуры  и быстрым потреблением всех  питательных веществ среды   с преимущественным использованием  их в конструктивном обмене, т.е. в качестве пластического материала для построения микробной массы.

В этот период антибиотик образуется в весьма ограниченном количестве.

В результате изменения  состава среды меняется характер развития культуры. Увеличение биомассы замедляется, затем прекращается и, наконец, наступает  автолиз культуры.

Потребление питательных  веществ также замедляется.

Во 2-ю фазу осуществляется преимущественно образование антибиотика.

Состав питательной  среды имеет большое значение для биосинтеза антибиотиков. Среда  должна содержать все необходимые для роста и развития культуры и образования антибиотика элементы в наиболее подходящей форме и концентрации и в таком соотношении, чтобы благоприятные для биосинтеза условия были  обеспечены на протяжении всего процессе ферментации.

В число этих условий  входит наличие или отсутствие тех  или иных веществ в определенной фазе процесса. Кроме того, среда  должна обеспечить достаточно быстрый  рост биомассы, и ее высокую концентрацию (так как при прочих равных условиях количество антибиотика пропорционально количеству биомассы), а также длительное нахождение культуры в физиологическом состоянии.

Среда, удовлетворяющая  всем этим требованиям, считается сбалансированной или оптимальной.

Биосинтез антибиотика  осуществляется в виде периодического процесса, при котором каждый цикл начинается с выращивания посевного материала и заканчивается передачей всей культуральной жидкости для дальнейшей переработки.

Характерной особенностью ферментации нистатина является то, что он находится в основном, в мицелии и мало выделяется в жидкую фазу культуральной жидкости. Эта особенность определяет процесс ферментации нистатина, поскольку существует прямая зависимость между накоплением мицелиальной массы микроорганизма и количеством  образовавшегося антибиотика.

Эта особенность определяет и процесс последующей обработки  культуральной жидкости. Культуральная  жидкость поступает  на стадию фильтрации и фильтруется на фильтр-прессе..

 

7.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ  ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

1. Число рабочих дней в году

 

ППР=7 дней

n_дн- количество рабочих дней в году; n_дн. =365-7=358 дней.

2. Активность культуральной жидкости

А_к.ж.=85000 Ед/мл.

 

3. Общий выход целевого продукта

Наименование стадии производства	Выход продукта, %		Пути повышения выхода по стадиям
	по заводу	по проекту
1.Фильтрация культуральной  жидкости	98
2. Сушка мицелиальной  массы	83
3. Экстракция нистатина  из сухого мицелия	81,2
4.Осаждение,фильтрация  пасты	86,6
5.Сушка,просев нистатина	97,6
Итого	56

 

η_общ =0,98*0,83*0,812*0,866*0,976=0,56

 

4. Время цикла работы ферментатора

Наименование стадии или операции	Время,час
	по заводу	по проекту
1. Мытье,технический осмотр,слесарная  подготовка	2	4
2. Проверка на герметичность	0,5	0,5
3.Стерилизация
- нагрев		0,75
- выдержка	0,5	1
- охлаждение		0,75
4.Заполнение ферментатора  стерильной питательной средой		1
5. Засев вегетативным  материалом		1
6.Ферментация	110	110
7.Слив		1
Итого		120

8.Предварительный расчёт количества и вместимости

ферментаторов.

1.Суточная мощность  производства.

Q_сут.= ;

Q_сут.- суточная мощность производства, Ед;

М_год- годовая мощность производства по готовому продукту, Ед; М_год=60000*10⁹Ед;

Q_сут.= Ед.

2.Суточная мощность  производства с учётом выхода.

Q_сут=

Q^/_сут- суточная мощность производства с учётом выхода. Ед;

η_общ- общий выход целевого продукта;

η_общ =0,98*0,83*0,812*0,866*0,976=0,56

Q_сут= Ед.

3. Объём культуральной  жидкости сливаемой в сутки.

V_к.ж.=

V_к.ж- объём культуральной жидкости сливаемой в сутки, м³;

А_к.ж.- активность культуральной жидкости, Ед/мл;

А_к.ж.=85000 Ед/мл;

10⁶перевод мл в м³.

V_к.ж.=

4. Рабочая вместимость  ферментатора.

V_{раб. ф.}=

V_{раб. ф.}-рабочая вместимость ферментатора, м³;

τ_ц.ф.- время цикла работы ферментатора, ч;

τ_ц.ф.=120 часа

n_ф- количество ферментаторов; n_ф =4;

24- количество часов  в сутках.

V_{раб. ф.}= м³.

5. Вместимость ферментатора.

V_ф=

V_ф- вместимость ферментатора, м³;

φ_{сл ф.}- коэффициент ферментатора при сливе;

φ_сл.ф =0,8

V_ф= м³ 10 м³

6. Объём рабочий уточненный.

V_раб.ф.=V_ф.*φ_сл.ф.

V_раб.ф- рабочий объём ферментатора уточненный, м³.

V_раб.ф.=10*0,8=8м³.

7.Уточненное количество  ферментаторов.

n_ф.=

n_ф- уточненное количество ферментаторов.

n_ф.= ферментатора

8.Число сливов в  сутки.

n_{сл. сут.=}

n_{сл. сут} – число сливов в сутки.

n_{сл. сут.=}

53 ч – через такое время производится слив одного из ферментаторов в цеху.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС  ФЕРМЕНТАЦИИ.

 

m_{ст.пит.ср.}+m_пос.+m_{кислорода} m_влаги+m_{долива.}+m_пеног=m_к.ж.+m_{уг.газа}+m_брызг

 

m_{ст.пит.ср}- масса стерильной питательной среды,кг;

m_пеног – масса пеногасителя пошедшего на процесс ферментации,кг

m_пос—масса посевного материала, загружаемая в посевной аппарат, кг;.

m_{кислорода}—масса кислорода пошедшего на процесс ферментации, кг;

m_влаги – масса влаги пришедшей или улетевшей во время выращивания, кг;

m_долив- масса долива питательной среды, кг;

m_к.ж- масса культуральной жидкости образовавшейся в процессе, кг.

m_брызг- масса брызг, кг.

m_{уг.газа}—масса углекислого газа, выделившегося в процессе выращивания, кг.

 

1.  Масса стерильной  питательной среды.

m_{ст.пит.ср}=V_{ст.пит.ср}*ρ

V_{ст.пит.ср}= V_загр.ф- V_{пос.мат}

V_{пос.мат} = V_{пос.апп}*φ_{пос.апп}=1*0,5=0,5 м³

V_{ст.пит.ср}=8-0,5=7,5 м³

m_{ст.пит.ср}= 7,5*1010=7575 кг

2. Масса посевного  материала.

m_пос.=V_пос. *ρ_пос.

ρ_пос.—плотность посевного материала, ρ_пос=1010 кг/м³

m_пос. =0,5*1010=505кг

3. Масса влаги.

m_вл=m_возд.*(x_вх-x_вых)

m_вл- масса влаги принесённой или унесённой в процессе, кг;

m_возд.- масса воздуха за весь процесс, кг;

x_вх, x_вых- влагосодержание воздуха входящего и выходящего соответственно.

m_возд=V_возд* ρ_возд

V_возд- объём воздуха, м³;

ρ_возд - плотность воздуха, кг/м³, ρ_возд=1,29 кг/м³.

 

Время процесса, ч	Расход воздуха, об/об. мин	Расход воздуха	Расход воздуха за период, м3
0-8	0,6	8*0,6=4,8	4,8*8*60=2304
9-13	0,7	8*0,7=5,6	1344
14-18	0,8	6,4	1536
19-22	0,9	7,2	1260
23-24	1,0	8	480
25-48	1,1	8,8	12144
48-63	1,05	8,4	7560
63-75	1	8	5760
75-110	0,9	7,2	15120
итого			47508

 

m_возд=47508*1,29=61427,84 кг

m_кисл=61427,84*0,2315=14220,5 кг

Завод в городе Пенза

х=0,622*

φ- влажность воздуха;

Р_нас- давление насыщенного водяного пара, МПа

П- общее давление паровоздушной смеси, МПа;

φ = (85+66)/2=75,5

Рассчитываем х_н, х_р, х_вх.

х_н=0,622* кг/кг