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GuangGanCaoDing-Project-2026/光甘草定中试项目技术规格书.md
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光甘草定(Glabridin)发酵生产中试项目技术规格书

文档类型:工艺技术规格书(Process Technical Specification) 项目代号:GGCD-project 生产规模:发酵工作体积 1000 L(中试 / Pilot Scale)

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目录

  1. 总则
  2. 项目概述
  3. 设备与配套
  4. 公用工程
  5. 中试车间与设施
  6. 自控与仪表

1. 总则

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

缩略语 英文全称 中文含义
GGCD Glabridin 光甘草定
OD600 Optical Density at 600 nm 600 nm 吸光度(菌体浓度)
DO Dissolved Oxygen 溶解氧
DCW Dry Cell Weight 细胞干重
YPD Yeast Extract Peptone Dextrose 酵母浸出粉胨葡萄糖培养基
CIP Clean In Place 在线清洗
SIP Sterilize In Place 在线灭菌
PW / WFI Purified Water / Water for Injection 纯化水 / 注射用水
PLC Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器
SCADA / HMI Supervisory Control and Data Acquisition / Human-Machine Interface 监控与数据采集系统 / 人机界面
HPLC High Performance Liquid Chromatography 高效液相色谱
VOC Volatile Organic Compounds 挥发性有机物
RSD Relative Standard Deviation 相对标准偏差

2. 项目概述

2.1 生产规模

参数 设计值 备注
种子罐全容积 50 L U-02,工作 35 L
发酵罐全容积 1000 L U-01,工作 700 L
发酵工作体积 700 L 装料系数 0.7
设计批次产量 待工艺确认 物料平衡暂不计算
成品纯度 ≥ 98%(HPLC)
设计年运行批次 待定 中试规模,按需安排
年产能 待定 中试规模

2.2 工段划分

┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌──────────────┐   ┌──────────────┐
│ 种子扩培  │──▶│   发酵    │──▶│  分离纯化     │──▶│  溶剂回收     │
│ (工段一)  │   │ (工段二)  │   │  (工段三)     │   │  (工段四)     │
└──────────┘   └──────────┘   └──────────────┘   └──────────────┘
     ▲                                                  │
     └──────────────── 回收溶剂循环利用 ◀───────────────┘

2.3 项目条件

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 5.2)

3. 设备与配套

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。

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;工艺参数以工艺确认为准。

3.2.1 选型设计基准

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
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

3.2.3 溶剂储罐

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

3.2.4 精制配套设备

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

3.2.5 公用配套设备

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

  • 按最大罐(1000 L)喷淋密度估算,清洗流量取 12 m³/h、压力 0.3 MPa
  • 清洗液罐:约 0.5×最大罐 = 500 L,带加热(80 °C)
  • 配置:CIP 泵(12 m³/h,0.3 MPa)、碱/酸罐、热水、在线电导率/pH/温度

(2)SIP 纯蒸汽

  • 以 1000 L 发酵罐装 700 L 培养基由 30 °C 升至 121 °C 计: Q = m·c_p·ΔT = 700 × 4.0 × (121 − 30) = 254,800 kJ
  • 计 20% 热损失 → 305,760 kJ;蒸汽潜热 ≈ 2100 kJ/kg → 305,760 / 2100 ≈ 146 kg
  • 计入保温、管路与备用 → 纯蒸汽发生器 200 kg/h,0.3–0.6 MPa

(3)压缩空气系统

  • 工艺通气 Q_g = 42 m³/h(=700 L/min)
  • 计入仪表气与余量 1.5× → 63 m³/h
  • 选型:国产小型活塞式空压机 2 台,配冷干机、储气罐、0.22 μm 除菌过滤器(科百特)

(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

3.2.6 配套设备规格汇总

序号 设备名称 选型规格 数量 材质 备注
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 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
11 粉碎/筛分/内包 50–200 g/min;60–200 目 1 套 316L —
12 CIP 站 12 m³/h,0.3 MPa,500 L 液罐 1 套 316L 在线清洗(自制)
13 纯蒸汽发生器 200 kg/h,0.3–0.6 MPa 1 316L SIP(自制)
14 活塞式空压机(含冷干机) 小型,国产 2 — 供气
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。


4. 公用工程

公用工程 参数 用途
蒸汽 0.3–0.6 MPa(饱和) SIP、加热、精馏
CIP/SIP 系统 自行配置(机组可自制) 在线清洗/灭菌
压缩空气 0.4–0.7 MPa,无油,工艺气 0.22 μm 除菌 通气、气动
纯化水 符合要求 配液、清洗

公用工程接口位置、管径、压力及流量由自行设计依据设备负荷表确定,最终由设计院审核敲章。


5. 中试车间与设施

5.1 区域划分

区域 主要内容
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 精馏撬、储罐(防爆)
微生物/中控实验室 检验、监测(BSL-1)

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)

车间 功能 层高
车间 1 菌种与种子准备 3.0 m
车间 2 种子扩培与发酵 4.5 m
车间 3 分离纯化 4.5 m
车间 4 溶剂回收 4.5 m

中试车间总面积数百平方米,4 个车间及配套功能间集中布置。车间 1 层高 3.0 m 满足摇床、生物安全柜及洁净操作台布置;车间 2/3/4 层高 4.5 m 满足发酵罐、层析柱、精馏塔及高位管路安装与检修净空要求。

集装箱式模块化建造

  • 采用标准 40 尺海运二手集装箱,经整修、除锈、防腐刷漆后改造为车间模块,露天布置、双层堆叠,可整体迁移与扩展;堆叠后净空满足车间 2/3/4 的 4.5 m 要求。
  • 模块内集成空调、配电与管线,现场接入供电、供水、压缩空气与蒸汽即可投用。
  • 建造理念借鉴 G-CON 模块化可堆叠方案,部署快、成本可控。
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        中试车间(示意)                        │
│                                                              │
│   ┌────────────┐        ┌──────────────────┐                 │
│   │ 车间1      │        │ 车间2            │                 │
│   │ 菌种与种子  │ ─────▶ │ 种子扩培 + 发酵  │                 │
│   │ 层高 3.0 m │        │ 层高 4.5 m       │                 │
│   └────────────┘        └────────┬─────────┘                 │
│                                  │                           │
│                                  ▼                           │
│   ┌────────────┐        ┌──────────────────┐                 │
│   │ 车间4      │ ◀───── │ 车间3            │                 │
│   │ 溶剂回收   │        │ 分离纯化         │                 │
│   │ 层高 4.5 m │        │ 层高 4.5 m       │                 │
│   └────────────┘        └──────────────────┘                 │
│                                                              │
│   公用工程区(水电气/冷热/CIP/SIP)与配套功能间随车间布置       │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

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。
  • 温度控制 20–25 °C;发酵工段由独立温控循环水系统实现 30 °C / 25 °C 恒温,控制精度 ± 0.5 °C。
  • 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。

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。

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。

CIP(在线清洗)

步骤 清洗介质 条件
预冲洗 回收水/纯化水 常温
碱洗 1–2% NaOH 80 ± 5 °C,循环 20–30 min
中间冲洗 纯化水 至中性
酸洗 0.5–1% 硝酸/磷酸 60–80 °C,循环 15–20 min
终冲洗 纯化水(PW) 在线电导率/pH 合格
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。

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;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。

6. 自控与仪表

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。

6.2 在线检测仪表

仪表 测点 精度要求
温度传感器(Pt100) 各罐/塔 ± 0.5 °C
pH 电极 种子罐/发酵罐 ± 0.05
DO 电极 发酵罐 ± 2%
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%
尾气 O₂/CO₂ 分析仪 发酵尾气 —

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。