Получение препарата РНК-азы из автолизных дрожжей. Мощность производства 80,3 кг

                                Министерство Высшего и Среднего Специального Образования

 Российской Федерации

                                                   РХТУ имени Д. И. Менделеева

                                                  Кафедра Приомышленной Биотехнологии

                                                                           Курсовая работа

по технологическому проектированию

Тема: “Получение препарата РНК-азы из автолизных дрожжей”

Мощность производства 80,3 кг/год

                   

                                                                          Выполнила: студентка группы Э-64 Гришина Д,С,

                                                                                 Руководитель работы: к. х. н. асс. Красноштанова А.А.

Москва - 2000

Содержание

    Раздел                                                                            стр.

Введение                                                                           1

                                     Раздел 1.  Характеристика

                                                       изготовляемого препарата.                           4

                                     Раздел 2.  Характеристика исходного сырья,

                                                        химикатов.                                                 5

                                        Раздел 3.  Технологическая схема получения

                                                             белковой фракции из автолизных

 дрожжей.                                                          6

                                        Раздел 4.  Аппаратурно-технологическая

                                                             схема получения препарата РНК-азы

                                                                из автолизных дрожжей,

                                                                 спецификация оборудования,

                                                                  контрольно-измерительных

   приборов.                                                     10

                                     Раздел 5.  Изложение технологического

                                                                процесса.

 Материальный баланс стадий.                  13

                                        Раздел 6.  Отходы процесса, их использование

и обезвреживание.                                        16

                                        Раздел 7.  Техника безопасности, пожарная

безопасность и санитария.                          17

                                        Список литературы.                                                              18                                                                

                                       

Введение

Раздел 1.

Характеристика изготовляемого препарата.

Раздел 2.

Характеристика исходного сырья, химикатов.

Перечень исходного сырья, химикатов, применяемых для получения РНК из биомассы нативных парафинутилизирующих дрожжей Candida maltosa ВСБ-899 промышленного штамма кормовых дрожжей. Требования к их качеству.

Таблица 1.

№

п/п

Наименование сырья, химикатов

№ ГОСТа им ОСТа

Квалифи-кация

Сорт, марка, артикул

% содержания основного вещества

Примечания

1

2

3

4

5

6

7

1.

Дрожжи

ОСТ 59.03.045

37-84

Высшая или 1-ая категория

Белка 8,18

СВ 25

Дрожжи БВК или любого завода

2.

Натрия гидроксид

ГОСТ 4328-77

чда

Не менее 98

Магазин “Химреактивы”

3.

Этанол

ТУ 6-09-4512-77

ОСЧ-20-5

ОП-2

Не менее 96

Магазин “Химреактивы”

4.

Вода дистиллиро-ванная

ГОСТ 6709-72

Местного изготовления

5.

Серная кислота

ГОСТ 3118-77

чда

Не менее 98

Местного изготовления

Раздел 3.

Технологическая схема получения белковой фракции из автолизных дрожжей.

Технологическая схема получения белковой фракции из автолизных дрожжей предусматривает проведение следующих основных стадий:

ТП-1.  Кислотная экстракция белка из биомассы дрожжей.

ТП-1.1.  Получение суспензии дрожжей.

ТП-2.  Отделение белкового экстракта центрифугированием.

ТП-3.  Осаждение белковой фракции в изоэлектрической точке.

ТП-3.1.  Получение сырого осадка белковой фракции и декантирование надосадочной жидкости.

ТП-4.  Обезвоживание сырого осадка РНК из дрожжей.

ТП-4.1.  Обезвоживание и очистка сырого осадка дрожжевой РНК этанолом.

ТП-5.  Сушка сырого осадка РНК и упаковка готового продукта.

Кроме стадий технологического процесса (ТП), схема предусматривает проведение следующих вспомогательных работ (ВР):

ВР-1.1.  Приготовление концентрированной серной кислоты. Используется 98%-ная серная кислота. Применяется для коррекции рН среды экстрагента на стадии ТП-1.

ВР-3.2.  Приготовление водного раствора гидроксида натрия. Используется 40%-ный гидроксид натрия. Применяют для коррекции рН среды осадка на стадии ТП-3.

ВР-4.3.  Приготовление 96%-ного этилового спирта.

Среди подготовительных операций (ПО) предусматривается стадия регенерации этанола из образующегося на стадиях ТП-4 и ТП-5. Её введение позволяет снизить расходный коэффициент по этанолу.

ВР-1.1. Концентрированная серная кислота

Вода дистиллированная

                       

ТП-1. Кислотная экстракция белка из биомассы дрожжей

Кислая суспензия дрожжей.

ТП-2.  Отделение белкового экстракта центрифугированием

Бесклеточный кислый экстракт белковых веществ

Сырой осадок клеточных оболочек

ВР-3.2.

Приготовление 40%-ного водного раствора гидроксида  натрия

ТП-3.

Осаждение РНК в изоэлектрической точке

Кислый супернатант

Сырой осадок дрожжевой РНК

На ТП-4.

На производство ростовых факторов в производстве

                         

Сырой осадок дрожжевой РНК

ВР-4.3.

96%-ный раствор этилового спирта

ТП-4. Обезвоживание сырого осадка белка

Обезвоженный осадок РНК

Водно-спиртовой раствор

ТП-5. Сушка сырого осадка РНК и упаковка готового продукта
                                                                                                                                На регенерацию

Готовый препарат РНК-азы

Испаренная влага, содержащая этанол

На регенерацию

Раздел 4.

Аппаратурно-технологическая схема получения препарата РНК-азы

из автолизных дрожжей, спецификация оборудования,

контрольно-измерительных приборов.

           

Таблица 2.

№

п/п

Наименование оборудования, контрольно-измерительных и регистрирующих приборов

Количество единиц оборудова-ния

Материал рабочей части оборудования, датчиков

Характеристики оборудования, КИП и регистрирующих приборов

1

2

3

4

5

1

Стадия ТП-1. Кислотная экстракция белка из биомассы дрожжей.

Химический реактор (экстрактор) для проведения горячей экстракции (90°С) компонентов белка из биомассы дрожжей кислым раствором

1

Нержавеющая сталь марки Х18Н9Т

Металлический или цельностеклянный аппарат с рубашкой, обогреваемый паром. Снабжен термометром, обратным хол-ком, перемешивающим устройством. Вместимость 0,5 л.

2

Аппарат оснащён:

Мешалкой пропеллерной.

1

Стекло или нержавеющая сталь марки Х18Н9Т

Цельная или цельнометаллическая конструкция.

3

Перемешивающим устройством.

1

-

Электродвигатель с регулируемым числом оборотов, мощность не менее 40 Вт, снабжен патроном для зажима вала мешалки

4

Термометром

1

Стекло, ртуть.

Термометр со шкалой от 0°С до 100°С, цена деления 0,5°С, имеет керн НШ14,5, вставляется в металлическую муфту, в которой крепится накидной гайкой.

5

Сборник промежуточный для хранения суспензии дрожжей.

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 5 л, ГОСТ 25336-82Е

Таблица 2(Продолжение).

1

2

3

4

5

6

Стадия ВР-1.1. Приготовление концентрированной серной кислоты.

Сборник промежуточный для приготовления 98%-ного раствора серной кислоты

1

Стекло. Может быть заменено на любое другое герметично закрываемое оборудование , изготовленное из коррозийно-стойких материалов.

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 125 мл, ГОСТ 25336-82Е

7

Сборник промежуточный для хранения дистиллированной воды

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 2,8 л, ГОСТ 25336-82Е

8

Стадия ТП-2. Отделение белкового экстракта центрифугированием.

Центрифуга

1

-

Центрифуга марки Т 52.1 пр-ва ФРГ с фактором разделения не ниже 2750

9

Сборник промежуточный для хранения бесклеточного экстракта белковых веществ

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 2,8 л, ГОСТ 25336-82Е

10

Сборник промежуточный для хранения сырого осадка клеточных оболочек

1

Стекло

Стеклотара с плотно закрывающейся крышкой вместимостью 2 л

11

Стадия ТП-3.

Осаждение дрожжевой РНК в изоэлектрической точке, отделение осадка.

Химический реактор для проведения реакции осаждения бесклеточного экстракта белковых веществ

1

Нержавеющая сталь марки Х18Н9Т

Металлический аппарат, снабженный мешалкой. Вместимость 2,8 л.

12

Аппарат снабжен:

Мешалкой пропеллерной

1

Стекло или ержавеющая сталь марки Х18Н9Т

Цельная или цельнометаллическая конструкция

13

Перемешивающим устройством

1

-

Электродвигатель с регулируемым числом оборотов, мощность не менее 40 Вт, снабжен патроном для зажима вала мешалки

Таблица 2(Продолжение).

1

2

3

4

5

14

Сборник промежуточный для хранения сырого осадка РНК

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость

500 мл, ГОСТ 25336-82Е

15

Сборник промежуточный для хранения кислого супернантанта

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость

2,8 л, ГОСТ 25336-82Е

 16

Стадия ВР-3.2. Приготовление 40%-ного водного раствора гидроксида натрия.

Сборник промежуточный для приготовления 40%-ного водного раствора гидроксида натрия

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость

2 л, ГОСТ 25336-82Е

17

Стадия ТП-4. Обезвоживание сырого осадка РНК.

Центрифуга

1

-

Центрифуга марки Т 52.1 пр-ва ФРГ с фактором разделения не ниже 2750

18

Сборник промежуточный для хранения обезвоженного осадка РНК

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 250 мл

19

Сборник промежуточный для хранения водно-спиртового раствора, содержащего этанол

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 2 л

20

Стадия ВР-4.3. Приготовление 96%-ного р-ра этанола.

Сборник промежуточный для хранения этанола

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 2 л

21

Стадия ТП-5. Сушка сырого осадка РНК.

Сушка происходит на воздухе

22

Сборник промежуточный для хранения препарата РНК-азы

1

Стекло

Колба Эрленмейера одногорловая с притёртой крышкой, вместимость 125 мл

Раздел 5.  Изложение технологического процесс.

Материальный баланс стадий.

            Стадия ТП-1. Кислотная экстракция белка из биомассы клеток.

               

                Целью проведения стадии является полное извлечение нуклеиновых кислот из биомассы дрожжей (БВК) в водный экстрагент. Обработка клеток производится при оптимальных температуре (90°С), рН среды (1,7) и времени экстракции (24 часа), обеспечивающих 90-95%-ную экстракцию. По завершении стадии получают суспензию клеток дрожжей, которую перерабатывают на последующих стадиях.

Материальный баланс стадии ТП-1.

Таблица 3.

1. Израсходовано на стадии:

Наименование исходных продуктов, промежуточных продуктов

Содержа-ние ОВ, %

Загружено (получено)

По массе, кг

По объёму, л

технической

В 100%-ном исчислении ОВ

-Осадок денуклеинезированных дрожжей

               -СВ

               -белок

-Вода технологическая

-Серная кислота, r=1,36 г/мл

25

8,18

100

98

1005

2199,208

112,56

251,25

82,21

2199,208

110,31

773,07

2199,208

82,76

Итого:

3316,76

3055,04

2. Получено на стадии:

-Суспензия депротеинезированных дрожжей

3250,42

2993,94

Всего:

3250,42

2993,94

Потери: 2%.

Время проведения стадии ТП-1 – 24 часа.

Стадия ТП-2. Отделение белкового экстракта центрифугированием.

                Целью проведения стадии является полное извлечение белковых веществ.

Материальный баланс стадии ТП-2.

Таблица 4.

1. Израсходовано на стадии:

Наименование исходных продуктов, промежуточных продуктов

Содержа-ние ОВ, %

Загружено (получено)

По массе, кг

По объёму, л

технической

В 100%-ном исчислении ОВ

-Суспензия депроитеинезированных клеток

               -белок

3,51

3250,42

114,09

2993,94

Итого:

3250,42

2993,94

Таблица 4(Продолжение).

2. Получено на стадии:

-Сырой осадок клеточных оболочек

                -СВ

                -белок

-Бесклеточный экстракт белковых веществ

                -белок

20

3,84

3,34

1103,52

2049,39

220,70

42,38

68,45

1003,20

1863,08

Всего:

3152,91

2904,12

Потери: 3%

Время проведения стадии ТП-2 – 0,3 часа.

Стадия ТП-3. Осаждение дрожжевой РНК в ИЭТ, отделение осадка.

Материальный баланс стадии ТП-3.

Таблица 5.

1. Израсходовано на стадии:

Наименование исходных продуктов, промежуточных продуктов

Содержа-ние ОВ, %

Загружено (получено)

По массе, кг

По объёму, л

технической

В 100%-ном исчислении ОВ

-Бесклеточный экстракт белковых веществ

               -белок

-Гидроксид натрия,

r=1,2 г/мл

3,34

40

2049,39

21,038

68,45

8,42

1863,08

17,53

Итого:

2070,43

1880,61

2. Получено на стадии:

-Сырой осадок РНК

               -белок

-Надосадочная жидкость

               -белок

17

1,54

299,21

1729,81

50,86

26,64

296,25

1546,74

Всего:

2029,02

1842,99

Потери: 2%.

Время проведения стадии ТП-3 – 24 часа.

Стадия ТП-4. Обезвоживание сырого осадка РНК.

Материальный баланс стадии ТП-4.

Таблица 6.

1. Израсходовано на стадии:

Наименование исходных продуктов, промежуточных продуктов

Содержа-ние ОВ, %

Загружено (получено)

По массе, кг

По объёму, л

технической

В 100%-ном исчислении ОВ

-Сырой осадок РНК

               -белок

-Спирт этиловый,

r=0,8 г/мл

17

96

299,21

366,49

50,86

351,83

296,25

458,11

Итого:

665,70

754,36

2. Получено на стадии:

-Обезвоженный осадок РНК

               -белок

-Водно-спиртовой раствор              

45

104,72

547,67

47,13

322,16

101,66

637,61

Всего:

652,39

739,27

Потери: 2%.

Время проведения стадии ТП-4 – 6 часов.

Стадия ТП-5. Сушка сырого осадка РНК.

Материальный баланс стадии ТП-5.

Таблица 7.

1. Израсходовано на стадии:

Наименование исходных продуктов, промежуточных продуктов

Содержа-ние ОВ, %

Загружено (получено)

По массе, кг

По объёму, л

технической

В 100%-ном исчислении ОВ

-Обезвоженный осадок РНК

               -белок

45

104,72

47,13

101,66

Итого:

104,72

101,66

2. Получено на стадии:

-Препарат

РНК-азы

               -белок

-испареная влага              

85

79

53,6

49,03

45,56

38,73

48,73

50,90

Всего:

102,63

99,63

Потери: 2%.

Время проведения стадии ТП-4 – 8 часов.

Раздел 6.  Отходы процесса получения препарата дрожжевой РНК, их использование и обезвреживание.

                Все жидкие и твёрдые отходы, образующиеся при получении дрожжевой РНК, подлежат утилизации либо на стадии биосинтеза дрожжей, либо на стадиях комплексной переработки.

                К числу примесей в кислотном гидролизате, требующих обязательного удаления, относятся анионы гидролизующего агента (сульфат-ионы серной кислоты), окрашенные соединения или пигменты (продукты конденсации аммиачного азота с углеводами), гемозы, свободные амины и аммиак. Для удаления аниона минеральной кислоты применяют стадии образования соли малорастворимого соединения, легко отделяемую в дальнейшем фильтрованием. В качестве осаждаемого агента  выбирают гидроксид кальция. Осадок гипса удаляется промывкой осадка дистиллированной водой.

                Значительное количество этанола, расходуемое на обезвоживание осадка РНК должно быть сокращено за счёт включения в технологический процесс стадии регенерации отработанного спирта.

Регенерация этанола.

Целью проведения стадии переработки водно-спиртового раствора является улучшение технико-экономических показателей разрабатываемой технологии и улучшение экологической обстановки в регионе будущего предприятия. Регенерированный спирт должен представлять собой прозрачную неокрашенную жидкость, иметь плотность 0,80 г/мл и содержать основного вещества не менее 95% мас. Схема процесса получения регенерированного спирта предусматривает его выделение из водно-органического раствора путём традиционной дистилляции двух взаиморастворимых жидкостей, имеющих азеотроп при 96% об. этанола в среде. При этом, как более летучая жидкость, спирт переходит в дистиллят, а менее летучая – вода – остаётся в кубе вместе с другими нелетучими примесями. Помимо отхода водно-спиртового раствора, перерабатываемого на стадиях технологического процесса получения дрожжевой РНК предусматривается переработка других отходов, в частности, на стадиях биосинтеза кормовых дрожжей. К ним относятся прежде всего нейтрализованные водно-солевые стоки, образующиеся при получении дрожжевой РНК, а также денуклеинизированная биомасса дрожжей. При этом последняя может перерабатываться по разным технологиям с получением продуктов кормового, пищевого и медицинского назначения.

Нейтрализация водно-солевого раствора.

Цель стадии – провести нейтрализацию стоков, образующихся при получении дрожжевой РНК и получить водно-солевой раствор, пригодный для использования на стадиях биосинтеза кормовых дрожжей. Нейтрализованный водно-солевой раствор содержит низкомолекулярные продукты дрожжевого экстракта, а также фосфаты, хлорид и сульфаты аммония.

Твёрдые остатки могут являться сырьём для производства кормового продукта 1-ой группы качества или перерабатываться с получением соединений белковой природы.

Раздел 7.  Техника безопасности, пожарная безопасность и санитария.

                При проведении всех технологических операций по получению белковой РНК в одном цехе, производство должно быть отнесено к IV-ой группе по санитарной классификации (токсичности) и к группе “А” по пожарной безопасности. Последнее обусловлено использованием ЛВЖ (этанола).

                Всё применяемое электрооборудование должно быть выполнено во взрыво- и искро-безопасном исполнении. Для предупреждения накопления опасных потенциалов статического электричества все металлические и токопроводящие конструкции, аппараты, вспомогательные механизмы должны быть заземлены строго в соответствии с правилами и требованиями по их эксплуатации.

Перечень наиболее опасных мест на стадиях технологического процесса получения препарата РНК-азы.

Таблица 8.

Наименование мест особой опасности

Возможная опасность

Важнейшие меры предосторожности

1. Все виды электрооборудования, используемые на отдельных стадиях и во всём прцессе в целом.

Поражение электрическим током.

Еженедельная проверка наличия заземления у каждого вида электрооборудования.

2. На стадии ТП-1. Приготовление конц. серной кислоты для подкисления.

Химический ожог при попадании конц. серной кислоты на открытые участки кожных покровов и в глаза.

Строгое соблюдение правил ТБ при работе с агрессивными веществами и жидкостями, знание мер по оказанию мед. помощи.

3. На стадии ТП-3. Приготовление водного раствора гидроксида натрия.

Химический ожог при попадании на открытые участки кожных покровов и в глаза.

Строгое соблюдение правил ТБ при работе с агрессивными веществами и жидкостями, знание мер по оказанию мед. помощи.

4. На стадии ТП-4. Обезвоживание осадка этанолом.

Химический ожог при попадании спирта в глаза, токсичность паров, возгорание этанола.

Строгое соблюдение правил ТБ при работе с ЛВЖ, знание мер по оказанию первой мед. помощи. Все виды работ проводить под тягой. Наличие средств пожаротушеняю

        

Список использованной литературы.

1.        Быков В.А. Проблемы и перспективы промышленной биотехнологии. //Биотехнология. –1987.     - №6 – С. 692-700.

2.        Быков В.А., Манаков М.И. и др. Производство белковых веществ.  //Биотехнология. –1987. - №5.

3.        Грачёва И.М. и др. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и жиров. – М. 1980.

4.        Бортников И.И., Босенко А.М. Машины и аппараты микробиологических производств. – Минск. 1982.

5.        Разработка малоотходной технологии получения и переработки микробной биомассы.  //Отчёт по научно-исследовательской работе. – Москва. 1992.

6.        Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы.  //Справочное пособие под рук. Комарского Б.Д. – Ленинград. 1976.

7.        Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты  //Пособие по проектированию. – М. 1991.