diff --git a/光甘草定中试项目技术规格书.md b/光甘草定中试项目技术规格书.md index e4d42d0..2ab662a 100644 --- a/光甘草定中试项目技术规格书.md +++ b/光甘草定中试项目技术规格书.md @@ -16,15 +16,10 @@ 1. [总则](#1-总则) 2. [项目概述](#2-项目概述) -3. [工艺总流程](#3-工艺总流程) -4. [种子扩培工段](#4-种子扩培工段) -5. [发酵工段](#5-发酵工段) -6. [分离纯化工段](#6-分离纯化工段) -7. [溶剂回收工段](#7-溶剂回收工段) -8. [设备与配套](#8-设备与配套) -9. [公用工程](#9-公用工程) -10. [中试车间与隔离要求](#10-中试车间与隔离要求) -11. [自控与仪表](#11-自控与仪表) +3. [设备与配套](#3-设备与配套) +4. [公用工程](#4-公用工程) +5. [中试车间与设施](#5-中试车间与设施) +6. [自控与仪表](#6-自控与仪表) --- @@ -32,7 +27,7 @@ ### 1.1 适用范围 -本规格书适用于 GGCD 中试项目(发酵工作体积 1000 L)的种子扩培、发酵、分离纯化、溶剂回收四个工段,用于工艺设计、设备选型与配套、厂房与公用工程条件确定。 +本规格书适用于 GGCD 中试项目(发酵工作体积 1000 L)的种子扩培、发酵、分离纯化、溶剂回收四个工段,用于设备选型与配套、厂房与公用工程条件确定。 ### 1.2 术语与缩略语 @@ -83,165 +78,63 @@ | 项目 | 现状 | | --- | --- | -| 建设形式 | 采用标准 40 尺海运二手集装箱改造为车间模块,整修、除锈、防腐刷漆后露天布置、双层堆叠,可整体迁移;仅需接入公用工程(详见 10.3) | +| 建设形式 | 采用标准 40 尺海运二手集装箱改造为车间模块,整修、除锈、防腐刷漆后露天布置、双层堆叠,可整体迁移;仅需接入公用工程(详见 5.2) | --- -## 3. 工艺总流程 +## 3. 设备与配套 -### 3.1 工艺流程框图 - -```mermaid -flowchart TD - A[工作种子库
甘油管 -80°C] --> B[摇瓶活化/扩培
恒温摇床 U-20S1/S2] - B --> C[50 L 种子罐
U-02] - C --> D[1000 L 发酵罐
U-01 / 工作 700 L] - D -->|补料: 葡萄糖/半乳糖| D - D --> E[固液分离
碟式离心 D-02] - E --> F[溶剂萃取
搅拌批次萃取 D-11] - F --> G[减压浓缩
刮板薄膜蒸发 D-21] - G --> H[大孔树脂层析
D-31] - H --> I[精制/结晶/干燥
待配套] - I --> J[成品] - F -.废溶剂.-> K[溶剂回收精馏撬
S-01] - H -.洗脱溶剂.-> K - K -.回收溶剂回用.-> F -``` - -## 4. 种子扩培工段 - -### 4.1 工艺流程 - -工作种子(甘油管,−80 °C)→ 摇瓶活化 → 摇瓶扩培(恒温摇床 U-20S1/S2)→ 50 L 种子罐(U-02)→ 移种至 1000 L 发酵罐(U-01)。 - -### 4.2 操作与结构要求 - -- 菌种操作在生物安全柜(U-20A)或洁净操作台(U-20B)内进行。 -- 种子罐(U-02)带夹套控温、机械搅拌、通气、在线检测与消泡,具备 SIP/CIP。 -- 移种采用无菌压缩空气/氮气压送,移种管路 SIP 灭菌。 -- 配套培养基配制、灭菌及糖单独灭菌设施。 -- 工艺参数与培养基配方待工艺确认。 - ---- - -## 5. 发酵工段 - -### 5.1 工艺流程 - -种子液(U-02)接种至 1000 L 发酵罐(U-01)→ 分批培养 → 补料分批 → 诱导 → 放罐。 - -### 5.2 操作与结构要求 - -- 发酵罐(U-01)带夹套控温、机械搅拌(变频)、通气、补料称重、在线检测与消泡,具备 SIP/CIP。 -- 配套补料罐、酸碱罐、消泡剂罐及流加管路。 -- 通气经 0.22 μm 除菌过滤器,尾气经除菌过滤后排放。 -- 移种、补料、取样、放罐设无菌管路与接口,罐体及管路具备 SIP。 -- 工艺参数待工艺确认。 - ---- - -## 6. 分离纯化工段 - -### 6.1 工艺流程 - -发酵液 → 固液分离(D-02)→ 溶剂萃取(D-11)→ 减压浓缩(D-21)→ 大孔树脂层析(D-31)→ 精制/结晶/干燥 → 粉碎包装。 - -### 6.2 操作与结构要求 - -- 固液分离、萃取、浓缩、层析、精制等单元设备及连接管路。 -- 萃取与层析区域按防爆设计,设溶剂加注/收集管路,洗脱液收集后送溶剂回收。 -- 如产物为胞内积累,增设细胞破碎工序。 -- 操作参数与收率指标待工艺确认。 - ---- - -## 7. 溶剂回收工段 - -### 7.1 工艺流程 - -含醇/酯废溶剂 → 预处理 → 精馏 → 塔顶回收溶剂回用;塔釜残液处置。 - -### 7.2 操作与结构要求 - -- 精馏撬(S-01):300 L 再沸器 + 填料塔 + 回流,蒸汽加热、冷却水冷凝。 -- 全程防爆设计,设温度/压力/液位联锁与超压泄放。 -- 回收溶剂专罐专用、标识清晰;塔釜残液作为危废委外处置。 -- 工艺参数待工艺确认。 - ---- - -## 8. 设备与配套 - -### 8.1 工程设施设备清单 +### 3.1 工程设施设备清单 设备型号、规格及配套功能间清单另行编制。 -### 8.2 配套设备选型计算 +### 3.2 配套设备选型计算 -> 本节为**初步选型计算**,用于确定配套设备规格与公用工程负荷。计算基准中的效价、收率、单耗等为工程假定值,须经小试/中试确认后修正;正式物料平衡与能量平衡另行编制。 +> 本节为初步选型计算,用于确定配套设备规格与公用工程负荷;工艺参数以工艺确认为准。 -#### 8.2.1 选型设计基准 +#### 3.2.1 选型设计基准 -| 参数 | 符号 | 取值 | 说明 | +| 参数 | 取值 | 说明 | +| --- | --- | --- | +| 发酵罐全容积 | 1000 L | U-01(内径 0.80 m,直边高 1.72 m) | +| 发酵工作体积 | 700 L | 装料系数 0.7 | +| 初始装液体积 | 450 L | 预留补料空间 | +| 补料后终体积 | 700 L | — | +| 发酵周期 | 168 h | 设计上限 | +| 通气强度 | 0.5–1.0 vvm | 按工作体积 | +| 设计通气量 | 700 L/min(1.0 vvm) | — | +| 接种量 | 10%(70 L) | 来自 U-02 | + +#### 3.2.2 发酵配套罐 + +| 设备 | 选型规格 | 数量 | 材质 | | --- | --- | --- | --- | -| 发酵罐全容积 | — | 1000 L | U-01(内径 0.80 m,直边高 1.72 m) | -| 发酵工作体积 | V | 700 L | 装料系数 0.7 | -| 初始装液体积 | V₀ | 450 L | 预留补料空间 | -| 补料后终体积 | V_f | 700 L | — | -| 发酵周期 | t | 168 h | 设计上限 | -| 通气强度 | — | 0.5–1.0 vvm | 按工作体积 | -| 设计通气量 | Q_g | 700 L/min(1.0 vvm) | = V × 1.0 | -| 接种量 | — | 10%(70 L) | 来自 U-02 | -| 最终细胞干重(假定) | DCW | 40 g/L | 待确认 | -| 发酵效价(假定) | P | 2.0 g/L | 仅用于选型,待确认 | -| 产物量(假定) | M_p | 1.4 kg | = V × P | -| 葡萄糖总量(估算) | M_glc | 100 kg | 见 8.2.2 | +| 补料罐 | 300 L,带搅拌/夹套 | 1 | 316L | +| 诱导剂罐 | 50 L | 1 | 316L | +| 碱罐 | 50 L | 1 | 316L/PP | +| 酸罐 | 30 L | 1 | 316L/PP | +| 消泡剂罐 | 30 L | 1 | 316L | -#### 8.2.2 发酵配套罐(补料/酸碱/消泡) +#### 3.2.3 溶剂储罐 -**(1)葡萄糖补料量估算** +| 储罐 | 规格 | 数量 | 材质 | 备注 | +| --- | --- | --- | --- | --- | +| 萃取溶剂储罐 | 2000 L | 2 | 316L | 新鲜/回收,专罐专用 | +| 洗脱溶剂储罐 | 2000 L | 2 | 316L | 新鲜/回收,专罐专用 | +| 石油醚储罐 | 1000 L | 1 | 316L | 如用 | -- 生物量:DCW × V = 40 g/L × 700 L = **28 kg** -- 生物量转化率 Y_x/s ≈ 0.4 g/g → 葡萄糖 = 28 / 0.4 = **70 kg** -- 维持代谢与副产物系数取 1.3 → 70 × 1.3 = **91 kg**,设计取整 **100 kg/批** +#### 3.2.4 精制配套设备 -**(2)补料罐** +| 设备 | 选型规格 | 数量 | 材质 | +| --- | --- | --- | --- | +| 硅胶柱/制备色谱 | Φ300×1200 mm(≈85 L) | 1 | 316L | +| 结晶罐 | 100 L,夹套/搅拌 | 1 | 316L | +| 真空干燥箱 | 50 L / 8–12 盘,≤50 °C,真空 ≤ −0.09 MPa | 1 | 316L | +| 粉碎/筛分/内包 | 粉碎 50–200 g/min;筛分 60–200 目 | 1 套 | 316L | -- 补料液浓度 500 g/L → 体积 = 100 kg / 0.5 kg/L = **200 L** -- 装料系数 0.8 → 公称容积 = 200 / 0.8 = **250 L** → 选 **300 L** -- 诱导剂(半乳糖)按 10 kg、500 g/L → 20 L,选 **50 L 罐** +#### 3.2.5 公用配套设备 -**(3)酸碱罐** - -- 25% 氨水:酵母含氮约 8% → 需 N = 28 × 8% = 2.24 kg → NH₃ = 2.24 × 17/14 = 2.72 kg → 25% 溶液 ≈ 10.9 L;计 pH 调节与安全系数 3× ≈ 33 L → 选 **50 L** -- 磷酸(85%):pH 回调用量较小 → 选 **30 L** - -**(4)消泡剂罐** - -- 消泡剂 0.1% × 700 L = 0.7 L,按分次流加与安全系数 → 选 **30 L** - -#### 8.2.3 溶剂储罐 - -| 溶剂 | 用量估算 | 储罐配置 | -| --- | --- | --- | -| 乙酸乙酯 | 萃取有机相:水相 ≈ 1:1,水相约 650 L,萃取 3 次 ≈ 1950 L/批 | 2×2000 L(新鲜/回收) | -| 乙醇 | 树脂洗脱 5 BV×70 L = 350 L + 硅胶洗脱 5 BV×100 L = 500 L ≈ 850 L/批 | 2×2000 L(新鲜/回收) | -| 石油醚(如用) | 硅胶洗脱按 500 L/批 | 1×1000 L | - -> 回收率按 90% 计,不足部分由新鲜溶剂补充;储罐按整批溶剂量并预留 20% 余量选型。 - -#### 8.2.4 精制配套设备 - -| 设备 | 计算依据 | 选型规格 | -| --- | --- | --- | -| 硅胶柱/制备色谱 | 树脂后粗品约 1.0 kg,上样比 1:30–1:50 → 硅胶 30–50 kg;堆密度 0.5 g/mL → 床层 60–100 L | Φ300×1200 mm(≈85 L),316L | -| 结晶罐 | 浓缩液 20–50 L,装料系数 0.6 | 100 L,带夹套/搅拌,316L | -| 真空干燥箱 | 湿品 1–2 kg | 50 L / 8–12 盘,≤50 °C,真空 ≤ −0.09 MPa | -| 粉碎/筛分 | 0.1–2 kg/批 | 粉碎 50–200 g/min;筛分 60–200 目 | - -#### 8.2.5 公用配套设备 - -> 以下为设备配套选型参考。CIP/SIP 系统自行配置(机组可自制),压缩空气等由设备自带或自行配置。 +> CIP/SIP 系统自行配置(机组可自制),压缩空气等由设备自带或自行配置。 **(1)CIP 站** @@ -265,19 +158,19 @@ flowchart TD **(4)尾气处理/VOC** - 发酵尾气:经 0.22 μm 疏水除菌过滤器(按 42 m³/h 选型)后排放 -- 溶剂区通风 + 活性炭吸附:风量按 **3000 m³/h** 估算(按房间换气与溶剂挥发量核算) +- 溶剂区通风 + 活性炭吸附:风量按 **3000 m³/h** 估算 -#### 8.2.6 配套设备规格汇总 +#### 3.2.6 配套设备规格汇总 -| 序号 | 设备名称 | 计算/选型规格 | 数量 | 材质 | 备注 | +| 序号 | 设备名称 | 选型规格 | 数量 | 材质 | 备注 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | -| 1 | 葡萄糖补料罐 | 300 L,带搅拌/夹套 | 1 | 316L | 补料 | -| 2 | 诱导剂罐 | 50 L | 1 | 316L | 半乳糖 | -| 3 | 碱罐(25% 氨水) | 50 L | 1 | 316L/PP | pH | -| 4 | 酸罐(磷酸) | 30 L | 1 | 316L/PP | pH | +| 1 | 补料罐 | 300 L,带搅拌/夹套 | 1 | 316L | 补料 | +| 2 | 诱导剂罐 | 50 L | 1 | 316L | — | +| 3 | 碱罐 | 50 L | 1 | 316L/PP | pH | +| 4 | 酸罐 | 30 L | 1 | 316L/PP | pH | | 5 | 消泡剂罐 | 30 L | 1 | 316L | 消泡 | -| 6 | 乙酸乙酯储罐 | 2000 L | 2 | 316L | 新鲜/回收 | -| 7 | 乙醇储罐 | 2000 L | 2 | 316L | 新鲜/回收 | +| 6 | 萃取溶剂储罐 | 2000 L | 2 | 316L | 新鲜/回收 | +| 7 | 洗脱溶剂储罐 | 2000 L | 2 | 316L | 新鲜/回收 | | 8 | 硅胶柱/制备色谱 | Φ300×1200 mm(≈85 L) | 1 | 316L | 精制 | | 9 | 结晶罐 | 100 L,夹套/搅拌 | 1 | 316L | 结晶 | | 10 | 真空干燥箱 | 50 L / 8–12 盘 | 1 | 316L | 干燥 | @@ -288,11 +181,11 @@ flowchart TD | 15 | 除菌过滤器 | 0.22 μm,42 m³/h | 若干 | — | 工艺气(科百特) | | 16 | 尾气/VOC 处理 | 活性炭吸附,3000 m³/h | 1 套 | — | 环保 | -> 上表规格随工艺参数(效价、收率、溶剂单耗、通气强度等)变化,须在工艺确认后复核;泵、换热器、仪表等按详细设计阶段选型。 +> 上表规格须在工艺确认后复核;泵、换热器、仪表等按详细设计阶段选型。 --- -## 9. 公用工程 +## 4. 公用工程 | 公用工程 | 参数 | 用途 | | --- | --- | --- | @@ -305,28 +198,21 @@ flowchart TD --- -## 10. 中试车间与隔离要求 +## 5. 中试车间与设施 -### 10.1 设计原则 +### 5.1 区域划分 -- 中试车间按“人流、物流、气流分开,一般区与防爆区、生物操作区分离”的原则布置。 -- 本项目**无洁净等级要求**,各功能区均为一般生产区;涉及基因工程菌操作的区域满足**生物学隔离**要求。 -- 防爆区与非防爆区之间满足**物理隔离**要求。 -- 车间具备 24 小时连续运行能力,温控、监控系统按冗余(N+1)配置。 - -### 10.2 区域划分 - -| 区域 | 主要工序 | +| 区域 | 主要内容 | | --- | --- | -| 菌种保藏/摇瓶区 | 菌种活化、摇瓶(生物安全柜内操作) | +| 菌种保藏/摇瓶区 | 生物安全柜、洁净操作台、恒温摇床 | | 种子扩培区 | 种子罐(U-02) | -| 发酵区 | 发酵、补料 | -| 提取/层析区 | 萃取、浓缩、层析(防爆) | +| 发酵区 | 发酵罐(U-01)、补料/酸碱/消泡罐 | +| 提取/层析区 | 离心、萃取、浓缩、层析(防爆) | | 精制/结晶/干燥/包装区 | 结晶、干燥、粉碎、内包 | -| 溶剂回收区 | 精馏、储罐(防爆) | +| 溶剂回收区 | 精馏撬、储罐(防爆) | | 微生物/中控实验室 | 检验、监测(BSL-1) | -### 10.3 中试车间功能分区与布局 +### 5.2 中试车间功能分区与布局 **车间组成与建筑参数(集装箱式)** @@ -366,39 +252,7 @@ flowchart TD └──────────────────────────────────────────────────────────────┘ ``` -- 功能分区:菌种区、发酵区、纯化区、精制包装区、溶剂回收区、公用工程区、仓储区、质检区。 -- 生物操作区与一般区之间设缓冲,物料设气闸/传递窗。 -- 防爆区集中布置,设置泄爆面、防爆墙及独立通风系统。 - -### 10.4 生物学隔离与物理隔离要求 - -**生物学隔离(针对基因工程菌)** - -- 生物安全等级为 **BSL-1**,封闭等级 **I 级**。 -- 生产菌为基因工程酿酒酵母,操作区域保持相对负压或密闭。 -- 发酵尾气经 **0.22 μm 疏水除菌过滤器**过滤后排放,防止重组微生物气溶胶逸散。 -- 发酵废液、废菌体、废渣经**灭活处理**(121 °C、30 min 湿热灭活或等效化学消毒)后方可进入后续处理。 -- 菌种操作、取样、接种在生物安全柜或超净工作台内进行,废弃物分类收集并高压灭菌。 -- 车间排水设独立收集与消毒单元,防止重组菌随污水外排。 - -**物理隔离** - -- 生物操作区与一般区之间设实体隔断,通过气闸/缓冲间连接,压差梯度明确(生物操作区相对负压)。 -- 防爆区与非防爆区之间设防火墙分隔,防火分区面积满足 GB 50016。 -- 车间墙面、地面、吊顶采用易清洁、耐腐蚀材料。 -- 公用工程管线、排水地漏设置防倒灌与空气阻断,防止交叉污染。 - -### 10.5 人流、物流与气流组织 - -| 流线 | 组织方式 | -| --- | --- | -| 人流 | 更衣 → 缓冲 → 一般生产区;生物操作区设独立缓冲,单向流 | -| 物流 | 物料经外清/传递窗/气闸进入;成品经专用通道出,避免交叉 | -| 气流 | 一般通风;生物操作区、产尘区独立排风 | -| 压差 | 生物操作区相对负压,防止气溶胶外逸 | -| 废弃物 | 专用密闭容器、专用通道,先灭活后外运 | - -### 10.6 暖通空调与 24 小时恒温控制 +### 5.3 暖通空调与 24 小时恒温控制 - 车间设**空调箱(AHU)**,冷热源利用现有制冷/热水机组提供的 **7 °C 冷冻水 / 45 °C 热水**,实现 24 小时恒温。 - 通风空调系统 24 小时连续运行,关键机组按 N+1 冗余配置,配备备用电源/发电机。 @@ -406,16 +260,14 @@ flowchart TD - 设置在线温湿度监测与超限报警,空调系统故障自动切换备用机组。 - 排风系统对防爆区、生物操作区、产尘区独立设置,经处理后排放。 -### 10.7 远程监控系统 +### 5.4 远程监控系统 - 采用 **PLC + 上位机(SCADA/HMI)+ 工控机 + 服务器** 架构,集成发酵、纯化、溶剂回收及公用工程数据。 - 支持**远程监控**:通过专线/VPN 加密访问,可在办公室、手机 APP 或 Web 端实时查看工艺参数、设备状态与报警。 - 关键参数(温度、pH、DO、压力、液位、电导率等)实时采集,超限自动声光报警并推送短信/APP 通知。 - 配置视频监控(CCTV),覆盖发酵区、纯化区、溶剂回收区及主要出入口。 -- 数据本地服务器 + 异地备份双存储,满足 GMP 数据完整性与审计追踪要求。 -- 网络安全满足等级保护要求,远程访问具备身份认证、权限分级与操作日志。 -### 10.8 CIP / SIP 系统 +### 5.5 CIP / SIP 系统 > CIP/SIP 系统自行配置(机组可自制);以下为技术要求。 @@ -431,26 +283,25 @@ flowchart TD | 吹干 | 洁净压缩空气 | — | - CIP 系统覆盖种子罐、发酵罐、补料罐、萃取装置、层析柱、管路及储罐。 -- 在线监测电导率、pH、温度、流量,清洗记录可追溯;按清洁验证确定残留限度。 **SIP(在线灭菌)** - 种子罐、发酵罐、补料系统及移种管路采用**纯蒸汽 SIP**,121 °C、30 min(或 F₀ ≥ 15)。 -- 罐体及管路设多点温度探头,验证冷点温度;SIP 后保压检漏。 -- 空气过滤器、取样阀、补料口等设独立灭菌接口,保证无菌边界完整。 +- 罐体及管路设多点温度探头;SIP 后保压检漏。 +- 空气过滤器、取样阀、补料口等设独立灭菌接口。 --- -## 11. 自控与仪表 +## 6. 自控与仪表 -### 11.1 控制系统 +### 6.1 控制系统 - 自控系统自行配置,负责控制方案、仪表选型、系统集成及内外部接口,交付技术文件与操作维护说明书。 - 采用 **PLC + 上位机(SCADA/HMI)+ 工控机 + 服务器** 架构,实现温度、pH、DO、补料、消泡的自动控制与数据记录。 - 关键参数具备超限报警、联锁与数据追溯(审计追踪)。 - 分离纯化及溶剂回收工段采用 PLC 控制,精馏系统具备安全联锁。 -### 11.2 在线检测仪表 +### 6.2 在线检测仪表 | 仪表 | 测点 | 精度要求 | | --- | --- | --- | @@ -460,22 +311,10 @@ flowchart TD | 质量流量计 | 通气/补料 | ± 1% | | 压力变送器 | 各罐/塔 | ± 1% | | 液位计 | 储罐/塔釜 | ± 2% | -| 在线葡萄糖分析仪 | 发酵罐 | — | | 尾气 O₂/CO₂ 分析仪 | 发酵尾气 | — | -### 11.3 数据与追溯 - -- 所有批次数据自动采集并存档,满足 GMP 数据完整性(ALCOA+)要求。 -- 电子记录具备权限管理与审计追踪。 - -### 11.4 数据采集与数字孪生系统 +### 6.3 数据采集与数字孪生系统 - 数据采集系统与数字孪生系统自行开发,基于 PLC、上位机与服务器接口(OPC UA / MQTT / Modbus TCP)实现。 - 数据采集:采集发酵、纯化、溶剂回收及公用工程的温度、pH、DO、压力、流量、液位等实时数据,存入时序数据库。 - 数字孪生:基于三维模型与实时数据构建车间数字孪生,实现状态映射、工艺仿真与故障预警,可分步实施。 - - - - - -