Розділ 6. Матеріальні розрахунки

Біологічний агент (штам-продуцент)

Streptomyces peucetius

Кількість робочих днів виробництва на рік

T_рд =

315

Склад поживного середовища:

г/л

Частка

50

5

0,232

1,13

6,4

0,164

0,004

0,02

0,001

0,001

0,001

0,001

0,05

0,005

0,000232

0,00113

0,0064

0,000164

0,00004

0,0002

0,00001

0,00001

0,00001

0,00001

Потужність підприємства, кг/рік

G_нт=

82

Концентрація цільового продукту в культуральній рідині, мг/л

Р_кр =

6,5

Стандарна активність препарату, мкг/мг

А_ст =

870

Тривалість вирощування посівного матеріалу в інокуляторі, год

Т_ін =

24

Тривалість вирощування посівного матеріалу в посівному апараті, год

T_па =

24

Тривалість циклу:

Мийка та огляд апарату – 1,5 год.;

Перевірка на герметичність – 1 год.;

Підігрів апарату – 0,5 год.;

Стерилізація апарату – 1 год.;

Охолодження апарату – 0,5 год.;

Завантаження середовища – 2 год.;

Засів культури – 0,5 год.;

Ферментація – 72 год.;

Звільнення ферментера від культуральної рідини – 1 год.

Разом – 80 год.

T_цф =

80

Концентрація посівного матеріалу для вирощування в колбах, частка (0,02-0,1)

Х_кол =

0,1

Концентрація посівного матеріалу для вирощування в інокуляторі, частка (0,02-0,1)

Х_ін =

0,1

Концентрація посівного матеріалу для вирощування в посівних апаратах, частка (0,02-0,1)

Х_па =

0,1

Концентрація посівного матеріалу для виробничого біосинтезу (культивування у виробничих ферментерах), частка (0,05-0,1)

Х_вф=

0,1

Втрати посівного матеріалу при вирощуванні в колбах, частка (0,01- 0,02)

Е_кол =

0,01

Втрати посівного матеріалу при вирощуванні в інокуляторах, частка (0,05- 0,1)

Е_ін =

0,1

Втрати посівного матеріалу при вирощуванні в посівних апаратах, частка (0,05- 0,1)

Е_па =

0,1

Втрати культуральної рідини при біосинтезі, частка (0,1- 0,2)

Е_ф =

0,1

Сумарні втрати цільового продукту при біосинтезі та на усіх стадіях виділення цільового продукту , частка (0,25 – 0, 48)

E_св =

0,32

Коефіцієнт запасу ферментера, посівного апарату, інокулятора

K₁ =

1,1

Коефіціент заповнення ферментера, частка:

K_з =

0,63

Коефіціент заповнення посівного апарата, частка (0,5 - 0,65)

K_п =

0,6

Коефіціент заповнення інокулятора, частка (0,5 - 0,65)

K_ін =

0,6

Коефіціент заповнення збірника культуральної рідини, частка (0,7-0,8)

K_зб =

0,75

7.1.1. Кількість антибіотика на добу, кг/добу

G_нтд = G_нт/Т_рд

G_нтд =

0,26

7.1.2. Кількість антибіотику на добу з урахуванням втрат за виробничий цикл (Есв), од

А_стд = G_нтд · А_ст · 10³/(1-Есв)

Астд =

0,333

7.1.3. Об'єм КР, що зливається за одну ферментацію(цикл), м³

V_кр = V_пд·V_крд / 24

V_кр =

171

7.1.4. Об'єм культуральної рідини на добу, м³/добу

Vкрд = Астд * 10^ˉ6 /Акр

Vкрд =

51,3

7.1.5. Кількість ферментацій (циклів) на рік

N_цк = G_нт/G_цк

N_цк =

60

7.1.6. Кількість антибіотика у натур. кг за цикл, кг/цикл

G_цк = G_нт * 10³ / N_цк

G_цк =

1,36

7.1.7. Вихід антибіотика у натур. кг з 1 м³ культуральної рідини

q_нат = G_цк / V_кр

q_нат =

0,007

Склад поживного середовища

%

Частка

С₁ =

С₂ =

С₃ =

С₄ =

С₅ =

С₆ =

С₇ =

С₈ =

С₉ =

С₁₀ =

С₁₁=

С₁₂ =

С_∑ =

5

0,5

0,0232

0,113

0,64

0,0164

0,0004

0,002

0,0001

0,0001

0,0001

0,0001

6,3206

0,05

0,005

0,000232

0,00113

0,0064

0,000164

0,00004

0,0002

0,00001

0,00001

0,00001

0,00001

0,063206

Об’єм готового поживного середовища та посівного матеріалу у виробничих ферментерах з врахуванням втрат при біосинтезі, м³

V_ф= V_кр/(1- Е_ф)

V_ф=

190

Витрати посівного матеріалу на засів виробничих ферментерів (Х_вф), м³

V_пмф= V_ф· Х_вф

V_пмф=

19

Об’єм готового поживного середовища для виробничих ферментерів, м³

V_псф= V_ф-V_пмф

V_псф=

171

Розрахунок вихідної сировини на приготування поживного середовища для виробничої ферментації.

G= V_псф· С_∑, т

G=

12,0091

у тому числі, кг:

G=

12009,1

G₀₁=G·( C₁/С_∑)

G₀₂=G·( C₂/С_∑)

G₀₃=G·( C₃/С_∑)

G₀₄=G·( C₄/С_∑)

G₀₅=G·( C₅/С_∑)

G₀₆=G·( C₆/С_∑)

(мг/л):

G₀₇=G·( C₇/С_∑)

G₀₈=G·( C₈/С_∑)

G₀₉=G·( C₉/С_∑)

G₁₀=G·( C₁₀/С_∑)

G₁₁=G·( C₁₁/С_∑)

G₁₂=G·( C₁₂/С_∑)

G₀₁=

G₀₂=

G₀₃=

G₀₄=

G₀₅=

G₀₆=

G₀₇=

G₀₈=

G₀₉=

G₁₀=

G₁₁=

G₁₂=

9500

950

44,08

214,7

1216

31,16

7,6

38

1,9

1,9

1,9

1,9

Загальні витрати компонентів поживного середовища, кг

G_∑=

12009,1

Розбавлення поживного середовища у виробничих ферментерах конденсатом пари при його стерилізації (10%), м³

V_фк= V_псф·0,1

V_фк=

34,2

Витрати води на приготування поживного середовища у виробничих ферментерах з врахуванням конденсату пари при стерилізації (10%), м³

V_вф= V_псф-(G/1000)-V_фк

V_вф=

124,79

Об’єм готового поживного середовища та посівного матеріалу у посівних апаратах з врахуванням втрат при культивуванні, м³

V_па= V_пмф/(1- Е_па)

V_па=

21,1

Витрати посівного матеріалу на засів посівних апаратів (Х_па), м³

V_пмп= V_па· Х_па

V_пмп=

2,11

Об’єм готового поживного середовища для посівних апаратів, м³

V_псп= V_па-V_пмп

V_псп=

18,99

Розрахунок вихідної сировини на приготування поживного середовища для посівних апаратів.

G₁= V_псп· С_∑, т

G₁=

1,33434

у тому числі, кг:

G₁=

1334,34

G'₀₁=G₁·( C₁/С_∑)

G'₀₂=G₁·( C₂/С_∑)

G'₀₃=G₁·( C₃/С_∑)

G'₀₄=G₁·( C₄/С_∑)

G'₀₅=G₁·( C₅/С_∑)

G'₀₆=G₁·( C₆/С_∑)

(мг/л):

G'₀₇=G₁·( C₇/С_∑)

G'₀₈=G₁·( C₈/С_∑)

G'₀₉=G₁·( C₉/С_∑)

G’₁₀=G·( C₁₀/С_∑)

G’₁₁=G·( C₁₁/С_∑)

G’₁₂=G·( C₁₂/С_∑)

G'₀₁=

G'₀₂=

G'₀₃=

G'₀₄=

G'₀₅=

G'₀₆=

G'₀₇=

G'₀₈=

G'₀₉=

G'₁₀=

G'₁₁=

G'₁₂=

1055,65

105,565

4,9

23,86

135,1

3,46

0,844

4,22

0.211

0.211

0.211

0.211

Загальні витрати компонентів поживного середовища, кг

G_∑1=

1334,44

Розбавлення поживного середовища у посівних апаратах конденсатом пари при його стерилізації (10%), м³

V_пак= V_псп·0,1

V_пак=

2,85

Витрати води на приготування поживного середовища у посівних апаратах з врахуванням конденсату пари при стерилізації (10%), м³

V_впа= V_псп-(G₁/1000)-V_пак

V_впа=

14,806

Об’єм готового поживного середовища та посівного матеріалу в інокуляторах з врахуванням втрат при культивуванні, м³

V_ін= V_пмп/(1- Е_ін)

V_ін=

2,34

Витрати посівного матеріалу на засів інокуляторів (Х_ін), м³

V_інм= V_ін· Х_ін

V_інм=

0,234

Об’єм готового поживного середовища для інокуляторів, м³

V_псі= V_ін-V_інм

V_псі=

2,106

Розрахунок вихідної сировини на приготування поживного середовища для інокуляторів.

G₂= V_псі· С_∑, т

G₂=

0,14827

у тому числі, кг:

G₂=

148,27

G''₀₁=G₂·( C₁/С_∑)

G''₀₂=G₂·( C₂/С_∑)

G''₀₃=G₂·( C₃/С_∑)

G''₀₄=G₂·( C₄/С_∑)

G''₀₅=G₂·( C₅/С_∑)

G''₀₆=G₂·( C₆/С_∑)

(мг/л):

G''₀₇=G₂·( C₇/С_∑)

G''₀₈=G₂·( C₈/С_∑)

G''₀₉=G₂·( C₉/С_∑)

G''₁₀=G₂·( C₁₀/С_∑)

G''₁₁=G₂·( C₁₁/С_∑)

G''₁₂=G₂·( C₁₂/С_∑)

G''₀₁=

G''₀₂=

G''₀₃=

G''₀₄=

G''₀₅=

G''₀₆=

G''₀₇=

G''₀₈=

G''₀₉=

G''₀₁₀=

G''₁₁=

G''₁₂=

117,3

11,73

0,544

2,65

15

0,385

0,094

0,47

0,023

0,023

0,023

0,023

Загальні витрати компонентів поживного середовища, кг

G_∑2=

148,265

Витрати води на приготування поживного середовища в інокуляторах, м³

V_ві= V_псі-(G₂/1000)

V_ві=

1,642

Об’єм готового поживного середовища та посівного матеріалу в ІІ інокуляторі з врахуванням втрат при культивуванні, м³

V_ін2= V_інм/(1- Е_ін2)

V_ін2=

0,26

Розрахунок вихідної сировини на приготування поживного середовища для ІІ інокулятора.

G₃= V_ін2· С_∑, т

G₃=

0,0165

у тому числі, кг:

G₃=

16,5

G'''₀₁=G₃·( C₁/С_∑)

G'''₀₂=G₃·( C₂/С_∑)

G'''₀₃=G₃·( C₃/С_∑)

G'''₀₄=G₃·( C₄/С_∑)

G'''₀₅=G₃·( C₅/С_∑)

G'''₀₆=G₃·( C₆/С_∑)

(мг/л):

G'''₀₇=G₃·( C₇/С_∑)

G'''₀₈=G₃·( C₈/С_∑)

G'''₀₉=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₁₀=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₁₁=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₁₂=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₀₁=

G'''₀₂=

G'''₀₃=

G'''₀₄=

G'''₀₅=

G'''₀₆=

G'''₀₇=

G'''₀₈=

G'''₀₉=

G'''₁₀=

G'''₁₁=

G'''₁₂=

13,055

1,3055

0,061

0,3

1,67

0,04

0,01

0,005

0,0026

0,0026

0,0026

0,0026

Загальні витрати компонентів поживного середовища, кг

G_∑3=

16,5

Об’єм готового поживного середовища та посівного матеріалу в інокуляторах з врахуванням втрат при культивуванні, м³

V_ін3= V_пмп/(1- Е_ін3)

V_ін3=

0,026

Витрати посівного матеріалу на засів інокуляторів (Х_ін), м³

V_інм= V_ін· Х_ін

V_інм3=

0,0026

Об’єм готового поживного середовища для інокуляторів, м³

V_псі= V_ін-V_інм

V_псі3=

0,0234

Розрахунок вихідної сировини на приготування поживного середовища для інокуляторів.

G₂= V_псі· С_∑, т

G₄=

0,001833

у тому числі, кг:

G₄=

1,833

G''₀₁=G₂·( C₁/С_∑)

G''₀₂=G₂·( C₂/С_∑)

G''₀₃=G₂·( C₃/С_∑)

G''₀₄=G₂·( C₄/С_∑)

G''₀₅=G₂·( C₅/С_∑)

G''₀₆=G₂·( C₆/С_∑)

(мг/л):

G''₀₇=G₂·( C₇/С_∑)

G''₀₈=G₂·( C₈/С_∑)

G''₀₉=G₂·( C₉/С_∑)

G''₁₀=G₂·( C₁₀/С_∑)

G''₁₁=G₂·( C₁₁/С_∑)

G''₁₂=G₂·( C₁₂/С_∑)

G''₀₁=

G''₀₂=

G''₀₃=

G''₀₄=

G''₀₅=

G''₀₆=

G''₀₇=

G''₀₈=

G''₀₉=

G''₀₁₀=

G''₁₁=

G''₁₂=

1,45

0,145

0,0067

0,033

0,186

0,00476

0,001

0,006

0,00029

0,00029

0,00029

0,00029

Загальні витрати компонентів поживного середовища, кг

G_∑2=

1,833

Витрати води на приготування поживного середовища в інокуляторах, м³

V_ві= V_псі-(G₄/1000)

V_ві3=

0,02175

Об’єм готового поживного середовища та посівного матеріалу в колбах з врахуванням втрат при культивуванні, м³

V_кол= V_інм/(1- Е_кол)

V_кол=

0,0026

Розрахунок вихідної сировини на приготування поживного середовища для колб.

G₅= V_кол· С_∑, т

G₅=

0,000204

у тому числі, кг:

G₅=

0,204

G'''₀₁=G₃·( C₁/С_∑)

G'''₀₂=G₃·( C₂/С_∑)

G'''₀₃=G₃·( C₃/С_∑)

G'''₀₄=G₃·( C₄/С_∑)

G'''₀₅=G₃·( C₅/С_∑)

G'''₀₆=G₃·( C₆/С_∑)

(мг/л):

G'''₀₇=G₃·( C₇/С_∑)

G'''₀₈=G₃·( C₈/С_∑)

G'''₀₉=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₁₀=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₁₁=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₁₂=G₃·( C₉/С_∑)

G'''₀₁=

G'''₀₂=

G'''₀₃=

G'''₀₄=

G'''₀₅=

G'''₀₆=

G'''₀₇=

G'''₀₈=

G'''₀₉=

G'''₁₀=

G'''₁₁=

G'''₁₂=

0,1615

0,01615

0,00075

0,0036

0,021

0,00053

0,00013

0,00065

0,000032

0,000032

0,000032

0,000032

Загальні витрати компонентів поживного середовища, кг

G_∑3=

0,204

Витрати води на приготування поживного середовища в колбах, м³

V_кол= V_псі-(G₅/1000)

V_ві3=

0,0022

Загальна кількість води на приготування поживного середовища, м³

V_∑= V_вф+V_впа+V_ві +V_ві2 +V_ві3

V_∑=

141,47

№

з/п

Використано

Отримано

Назва сировини і напівпродукту

Кількість кг,м³

Назва кінцевого продукту, відходів та втрат

Кількість, м³

1

2

3

4

5

1.

Приготування поживного середовища для ІІІ інокулятора

1.1.

Мальтоза

1,45

ПС (нестерильне)

23,58

1.2.

дріжджовий екстракт

0,145

1.3.

K₂HPO₄

0,0067

1.4

NaNO₃

0,033

1.5

MOPS

0,186

1.6

MgSO₄ • 7H₂O

0,00476

1.7

ZnCl₂

0,001

1.8.

FeCl ₃ • 6H₂O

0,006

1.9.

0,00029

1.10.

MnCl ₂ • 4H₂O

0,00029

1.11.

Na ₂B₄O ₇ • 10H₂O

0,00029

1.12

(NH₄)₆ Mo₇O₂₄ • 4H₂O

0,00029

1

2

3

4

5

1.13

21,75

Всього:

23,58

Всього:

23,58

2

Стерилізація поживного середовища для інокулятора

2.1.

Нестерильне поживне середовище

23,58

ПС стерилізоване в апараті

27,08

2.2

Конденсат

3,5

Всього:

27,08

Всього:

27,08

3

Отримання посівного матеріалу в інокуляторах

3.1.

ПС стерилізоване

27,08

Посівний матеріал

2,7

3.2.

Посівний матеріал з колб

2,6

3.3.

Втрати (частка)

0,1

Втрати

2,968

Всього

29,68

Всього

29,68

14.

Приготування поживного середовища для інокулятора

4.1.

Мальтоза

13,055

ПС (нестерильне)

212,25

4.2.

дріжджовий екстракт

1,3055

4.3.

K₂HPO₄

0,061

4.4

NaNO₃

0,3

4.5

MOPS

1,67

4.6

MgSO₄ • 7H₂O

0,04

4.7

ZnCl₂

0,01

4.8.

FeCl ₃ • 6H₂O

0,005

4.9.

0,0026

4.10.

MnCl ₂ • 4H₂O

0,0026

4.11.

Na ₂B₄O ₇ • 10H₂O

0,0026

4.12

(NH₄)₆ Mo₇O₂₄ • 4H₂O

0,0026

4.13

195,75

Всього:

212,25

Всього:

212,25

1

2

3

4

5

5

Стерилізація поживного середовища для інокулятора

5.1.

Нестерильне поживне середовище

212,25

ПС стерилізоване в апараті

247,25

5.2

Конденсат

35

Всього:

247,25

Всього:

247,25

6

Отримання посівного матеріалу в інокуляторах

6.1.

ПС стерилізоване

247,25

Посівний матеріал

224,955

6.2.

Посівний матеріал з інокулятора

2,7

6.3.

Втрати (частка)

0,1

Втрати

24,995

Всього

249,95

Всього

249,95

7.

Приготування поживного середовища для інокулятора

7.1.

Мальтоза

117,3

ПС (нестерильне)

1790,165

7.2.

дріжджовий екстракт

11,73

7.3.

K₂HPO₄

0,544

7.4

NaNO₃

2,65

7.5

MOPS

15

7.6

MgSO₄ • 7H₂O

0,385

7.7

ZnCl₂

0,094

7.8.

FeCl ₃ • 6H₂O

0,47

7.9.

0,023

7.10.

MnCl ₂ • 4H₂O

0,023

7.11.

Na ₂B₄O ₇ • 10H₂O

0,023

7.12

(NH₄)₆ Mo₇O₂₄ • 4H₂O

0,023

7.13

1642

Всього:

1790,265

Всього:

1790,265

8

Стерилізація поживного середовища для інокулятора

1

2

3

4

5

8.1.

Нестерильне поживне середовище

1790,265

ПС стерилізоване в апараті

2106,265

8.2

Конденсат

316

Всього:

2106,265

Всього:

2106,265

9

Отримання посівного матеріалу в інокуляторах

9.1.

ПС стерилізоване

2106,265

Посівний матеріал

2098,1

9.2.

Посівний матеріал з інокулятора

224,955

9.3.

Втрати (частка)

0,1

Втрати

233,122

Всього

2331,22

Всього

2331,22

10.

Приготування поживного середовища для посівного апарата

10.1.

Мальтоза

1055,65

ПС (нестерильне)

16140,44

10.2.

дріжджовий екстракт

105,565

10.3.

K₂HPO₄

4,9

10.4.

NaNO₃

23,86

10.5.

MOPS

135,1

10.6.

MgSO₄ • 7H₂O

3,46

10.7.

ZnCl₂

0,844

10.8.

FeCl ₃ • 6H₂O

4,22

10.9.

CuCl ₂ • 2H₂O

0.211

10.10.

MnCl ₂ • 4H₂O

0.211

10.11.

Na ₂B₄O ₇ • 10H₂O

0.211

10.12.

(NH₄)₆ Mo₇O₂₄ • 4H₂O

0.211

10.13.

14806

Всього

16140,44

Всього

16140,44

11

Стерилізація поживного середовища в посівному апараті

11.1.

1

Нестерильне поживне

2

16140,44

3

ПС стерилізоване 4

18990,44

5

середовище

в апараті

11.2.

Конденсат – 10% води

2850

Всього

18990,44

Всього

18990,44

12

Отримання посівного матеріалу в посівному апараті

12.1.

ПС стерилізоване в апараті

18990,44

Посівний матеріал

18979.7

12.2.

Посівний матеріал з інокулятора

2098,1

12.3.

Втрати (частка)

0,1

Втрати

2108,854

Всього

21088,54

Всього

21088,54

13.

Приготування поживного середовища для ферментера

13.1.

Мальтоза

9500

ПС (нестерильне)

136799,1

13.2.

дріжджовий екстракт

950

13.3.

K₂HPO₄

44,08

13.4.

NaNO₃

214,7

13.5.

MOPS

1216

13.6.

MgSO₄ • 7H₂O

31,16

13.7.

ZnCl₂

7,6

13.8.

FeCl ₃ • 6H₂O

38

13.9.

CuCl ₂ • 2H₂O

1,9

13.10.

MnCl ₂ • 4H₂O

1,9

13.11.

Na ₂B₄O ₇ • 10H₂O

1,9

13.12.

(NH₄)₆ Mo₇O₂₄ • 4H₂O

1,9

13.13.

Вода

124790

Всього

136799,1

Всього

136799,1

14

Стерилізація поживного середовища в ферментері

14.1.

Нестерильне поживне середовище

136799,1

ПС стерилізоване в апараті

170999,1

1

2

3

4

5

14.2.

Конденсат – 10% води

34200

Всього

170999,1

Всього

170999,1

15

Отримання посівного матеріалу в ферментері

15.1.

ПС стерилізоване в апараті

170999,1

Культуральна рідина на фільтрацію

171

15.2.

Посівний матеріал з посівного апарата

18979.7

15.3.

Втрати (частка)

0,1

Втрати

18998

Всього

189980

Всього

189980

Приблизний загальний геометричний об’єм ферментерів при заданому К_з, м³

V_фг= К₁·V_ф/К_з

V_фг=

302

Найближчий за об’ємом ферментер, м³

V_фт=

100

Приймаємо до установки кількість ферментерів N_фт + 1 запасний

N_фт=

3

Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних ферментерів, частка

К_зф= V_ф/V_фт· N_фр

К_зф=

0,63

Приблизний загальний об’єм посівних апаратів при заданому К_па, м³

V_паг= К₁·V_па/К_па

V_паг=

35,2

Найближчий за об’ємом посівний апарат, м³

V_пат=

32

Приймаємо до установки кількість посівних апаратів N_пат + 1 запасний

N_пат=

1

Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних посівних апаратів, частка

К_пат=V_па/(V_пат· N_пат)

К_пат=

0,66

Приблизний загальний об’єм інокуляторів при заданому К_ін, м³

V_інг= К₁·V_ін/К_ін

V_інг=

3,9

Найближчий за об’ємом інокулятор, м³

V_інт=

4

Приймаємо до установки кількість

інокуляторів N_інт + 1 запасний

N_інт=

1

Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних інокуляторів, частка

К_інт=V_ін/(V_інт·N_інт)

К_інт=

0,585