Помощь студентам в учебе
Проект производства полигидроксиалканоатов мощностью 20 тонн в год
|
Реферат 2
Содержание 3
Введение 5
1. Обзор литературы 7
1.1. Биоразрушаемые полимеры 7
1.2. Полигидроксиалконоаты 9
1.3. Производство ПГА 11
1.4. Изучения рынка ПГА 13
1.5. Производство ПГА в России 14
2. Технология синтеза полигидроксиалканоатов 16
2.1. Характеристики продукта 16
2.2. Исходные данные для проектирования промышленного производства...16
2.3. Технология производства полигидроксиалканоатов 18
2.4. Материальные затраты на синтез полигидроксиалканоатов 19
2.5. Требования к сырью и материалам 19
2.6. Подбор технологического оборудования 22
2.7. Содержание технологического процесса 23
2.7.1. Подготовка технологических сред 26
2.7.1.1. Подготовка воды 26
2.7.1.2. Подготовка сжатого воздуха 26
2.7.1.3. Подготовка пара 27
2.7.1.4. Подготовка питательных растворов 27
2.7.2. Получение инокулята 27
2.7.2.1. Получение посевного материала 27
2.7.2.2. Подготовка к работе ферментёра-инокулятора 28
2.7.2.3. Выращивание инокулята в ферментёре-инокуляторе 28
2.7.2.4. Подготовка к работе пилотного ферментёра 28
2.7.2.5. Трансферт инокулята в пилотный ферментёр 29
2.7.2.6. Выращивание инокулята в пилотном ферментёре 29
2.7.2.7. Трансферт инокулята в промышленный ферментёр 29
2.7.3. Биосинтез 30
2.7.3.1. Подготовка к работе промышленного ферментёра 30
2.7.3.2. Ферментация 30
2.7.4. Концентрирование и сушка биомассы 31
2.7.5. Экстракция 31
2.7.6. Упаковка ПГА 32
2.7.7. Затаривание и складирования готового продукта 32
2.8. Архитектурно-планировочные решения 33
3. Охрана труда 35
3.1. Микроклимат производственных помещений 35
3.1.1. Выделение вредных веществ в воздух рабочей зоны 35
3.1.2. Освещение производственных помещений 36
3.1.3. Шум 36
3.2 Общие требования к рабочим местам 37
3.3. Безопасность производственной деятельности 37
3.4. Пожарная безопасность 41
3.5. Охрана окружающей среды, переработка и обезвреживание отходов
производства 42
3.5.1. Выбросы в атмосферу 43
3.5.2. Жидкие отходы 43
3.5.3. Твёрдые отходы 43
3.6. Перечень производственных инструкций 43
4. Технико-экономическое обоснование 46
4.1. План производства 46
4.2. Производственная программа 46
4.3. Персонал 46
4.4. Затраты на сырьё 47
4.5. Основные средства 48
4.6. Себестоимость продукции 49
Заключение 51
Список литературы 52
Содержание 3
Введение 5
1. Обзор литературы 7
1.1. Биоразрушаемые полимеры 7
1.2. Полигидроксиалконоаты 9
1.3. Производство ПГА 11
1.4. Изучения рынка ПГА 13
1.5. Производство ПГА в России 14
2. Технология синтеза полигидроксиалканоатов 16
2.1. Характеристики продукта 16
2.2. Исходные данные для проектирования промышленного производства...16
2.3. Технология производства полигидроксиалканоатов 18
2.4. Материальные затраты на синтез полигидроксиалканоатов 19
2.5. Требования к сырью и материалам 19
2.6. Подбор технологического оборудования 22
2.7. Содержание технологического процесса 23
2.7.1. Подготовка технологических сред 26
2.7.1.1. Подготовка воды 26
2.7.1.2. Подготовка сжатого воздуха 26
2.7.1.3. Подготовка пара 27
2.7.1.4. Подготовка питательных растворов 27
2.7.2. Получение инокулята 27
2.7.2.1. Получение посевного материала 27
2.7.2.2. Подготовка к работе ферментёра-инокулятора 28
2.7.2.3. Выращивание инокулята в ферментёре-инокуляторе 28
2.7.2.4. Подготовка к работе пилотного ферментёра 28
2.7.2.5. Трансферт инокулята в пилотный ферментёр 29
2.7.2.6. Выращивание инокулята в пилотном ферментёре 29
2.7.2.7. Трансферт инокулята в промышленный ферментёр 29
2.7.3. Биосинтез 30
2.7.3.1. Подготовка к работе промышленного ферментёра 30
2.7.3.2. Ферментация 30
2.7.4. Концентрирование и сушка биомассы 31
2.7.5. Экстракция 31
2.7.6. Упаковка ПГА 32
2.7.7. Затаривание и складирования готового продукта 32
2.8. Архитектурно-планировочные решения 33
3. Охрана труда 35
3.1. Микроклимат производственных помещений 35
3.1.1. Выделение вредных веществ в воздух рабочей зоны 35
3.1.2. Освещение производственных помещений 36
3.1.3. Шум 36
3.2 Общие требования к рабочим местам 37
3.3. Безопасность производственной деятельности 37
3.4. Пожарная безопасность 41
3.5. Охрана окружающей среды, переработка и обезвреживание отходов
производства 42
3.5.1. Выбросы в атмосферу 43
3.5.2. Жидкие отходы 43
3.5.3. Твёрдые отходы 43
3.6. Перечень производственных инструкций 43
4. Технико-экономическое обоснование 46
4.1. План производства 46
4.2. Производственная программа 46
4.3. Персонал 46
4.4. Затраты на сырьё 47
4.5. Основные средства 48
4.6. Себестоимость продукции 49
Заключение 51
Список литературы 52
Синтетические полимеры получили широкое распространение с середины 1940-х годов и уже в скором времени заменили такие материалы, как стекло, дерево и даже металл и тем самым стали играть существенную роль в промышленности, экономике и оказывать влияние на состояние окружающей среды [1]. Столь широкое распространение пластмасс связано с их физико¬химическими свойствами, а именно с их стабильностью и прочностью. С другой стороны, пластики используются в качестве так называемых «короткоживущих» материалов и используются, например, для создания упаковок гигиенических изделий [2]. Однако из-за устойчивости пластмасс в окружающей среде увеличилось и количество твердых отходов. Также большую опасность представляет их сжигание, так как выделяются вредные вещества (как это происходит при сжигании поливенил хлорида, в результате чего выделяется ядовитое соединение диоксин).
Создание экологически чистых материалов с полезными свойствами - это одна из ключевых проблем современности. Освоение материалов, включающихся в биосферные круговоротные циклы, то есть способных к разрушению до безвредных для природы продуктов, соответствует Концепции экологически безопасного устойчивого развития. Развитие науки и техники приводит к всё более широкому внедрению в практику различных целевых продуктов, синтезируемых живыми системами. В последние годы всё более актуальными становятся работы по биополимерам (полимерам биологического происхождения). Главной целью данного направления является поиск и изучения новых биополимеров и получение фундаментальной основы для конструирования биологических систем, синтезирующих полимеры с заданными свойствами. Создание и изучение новых биосовместимых полимерных материалов, необходимых для современных реконструктивных медико-биологических технологий, - актуальная проблема биотехнологии.
Наиболее интенсивно изучаемыми среди биоразрушаемых пластиков являются алифатические полиэфиры, особенно бактериально синтезированные, так называемые полигидроксиалканоаты (ПГА) [3].
Для реализации производства полигидроксиалканоатов в промышленных масштабах необходима развитая техническая и научная опытно-промышленная база. Испытания технологий в условиях опытно-промышленного производства позволяют уточнить физико-химические параметры ферментации, разработать Технологический регламент и синтезировать партии биомассы, необходимые для получения опытных партий продукта (полигидроксиалканоата) и проведения их исследования в полном объеме.
В Лаборатории биотехнологии новых биоматериалов Сибирского федерального университета комплексные исследования закономерностей микробного синтеза полигидроксиалканоатов реализуются в течение ряда лет. Исследованы закономерности аккумуляции полигидроксиалканоатов в условиях периодического культивирования бактерий; выявлена связь между скоростью накопления и внутриклеточным содержанием биополимера, физиологической активностью и размерами особей в популяции, находящейся в стадии аккумуляции, а также эндогенной деградацией полимера, составлена, описана и, в данный момент времени, модифицируется технология по получению полигидроксиалканоатов. Помимо гомогенного полигидроксибутирата, активно получают и исследуют семейства полимеров различного состава. Опытно-промышленная технология реализована в Сибирском федеральном университете на 30- и 150-литровых аппаратах. Это позволило определить материальные затраты сырья на синтез биополимеров, разработать технологическую документацию, регламент производства.
Полученные результаты составляют научную и технологическую основу для перехода к следующему этапу-масштабированию технологии, проектированию и созданию промышленного производства.
Целью данной работы является разработка проекта предприятия по производству ПГА мощностью 20 тонн в год.
Задачи, поставленные в данной работе:
1) Изучить технологическую схему производства ПГА, на основе опытно-промышленного предприятия для получения исходных данных по масштабированию;
2) Провести расчёт затрат сырья и мощностей оборудования для предприятия, выполнить подбор оборудование для создания производственного комплекса;
3) Провести технико-экономическое обоснование для определения целесообразности реализации данного проекта на территории России.
Создание экологически чистых материалов с полезными свойствами - это одна из ключевых проблем современности. Освоение материалов, включающихся в биосферные круговоротные циклы, то есть способных к разрушению до безвредных для природы продуктов, соответствует Концепции экологически безопасного устойчивого развития. Развитие науки и техники приводит к всё более широкому внедрению в практику различных целевых продуктов, синтезируемых живыми системами. В последние годы всё более актуальными становятся работы по биополимерам (полимерам биологического происхождения). Главной целью данного направления является поиск и изучения новых биополимеров и получение фундаментальной основы для конструирования биологических систем, синтезирующих полимеры с заданными свойствами. Создание и изучение новых биосовместимых полимерных материалов, необходимых для современных реконструктивных медико-биологических технологий, - актуальная проблема биотехнологии.
Наиболее интенсивно изучаемыми среди биоразрушаемых пластиков являются алифатические полиэфиры, особенно бактериально синтезированные, так называемые полигидроксиалканоаты (ПГА) [3].
Для реализации производства полигидроксиалканоатов в промышленных масштабах необходима развитая техническая и научная опытно-промышленная база. Испытания технологий в условиях опытно-промышленного производства позволяют уточнить физико-химические параметры ферментации, разработать Технологический регламент и синтезировать партии биомассы, необходимые для получения опытных партий продукта (полигидроксиалканоата) и проведения их исследования в полном объеме.
В Лаборатории биотехнологии новых биоматериалов Сибирского федерального университета комплексные исследования закономерностей микробного синтеза полигидроксиалканоатов реализуются в течение ряда лет. Исследованы закономерности аккумуляции полигидроксиалканоатов в условиях периодического культивирования бактерий; выявлена связь между скоростью накопления и внутриклеточным содержанием биополимера, физиологической активностью и размерами особей в популяции, находящейся в стадии аккумуляции, а также эндогенной деградацией полимера, составлена, описана и, в данный момент времени, модифицируется технология по получению полигидроксиалканоатов. Помимо гомогенного полигидроксибутирата, активно получают и исследуют семейства полимеров различного состава. Опытно-промышленная технология реализована в Сибирском федеральном университете на 30- и 150-литровых аппаратах. Это позволило определить материальные затраты сырья на синтез биополимеров, разработать технологическую документацию, регламент производства.
Полученные результаты составляют научную и технологическую основу для перехода к следующему этапу-масштабированию технологии, проектированию и созданию промышленного производства.
Целью данной работы является разработка проекта предприятия по производству ПГА мощностью 20 тонн в год.
Задачи, поставленные в данной работе:
1) Изучить технологическую схему производства ПГА, на основе опытно-промышленного предприятия для получения исходных данных по масштабированию;
2) Провести расчёт затрат сырья и мощностей оборудования для предприятия, выполнить подбор оборудование для создания производственного комплекса;
3) Провести технико-экономическое обоснование для определения целесообразности реализации данного проекта на территории России.
На базе Лаборатории биотехнологии новых биоматериалов и данных о культивировании C.eutrophusпроведён расчёт потребления сырья и отходов, а также расчёт необходимых мощностей оборудования для предприятия.
На базе Лаборатории биотехнологии новых биоматериалов изучена технологическая схема производства ПГА, на её основе осуществлялся подбор необходимого оборудования.
Подобрано необходимое оборудование, следуя правилам GMP, спроектирована планировка комплекса по производству ПГА. Площадь производства составила 0.75 Га, а площадь зданий 1880 м2.
Проведён расчёт себестоимости производства полимера мощностью 20 тонн в год. Выявлено, что себестоимость товара 1,08 т. руб. за кг.
Учитывая стоимость ПГА на мировом рынке, была подобрана цена реализации ПГА в 2.8 т. руб. за кг. При этом рентабельность производства будет равна 40%, а срок окупаемости, при максимальном производстве, будет равен 7 годам. Таким образом, развитие производства ПГА в России имеет отличный потенциал и перспективы.
На базе Лаборатории биотехнологии новых биоматериалов изучена технологическая схема производства ПГА, на её основе осуществлялся подбор необходимого оборудования.
Подобрано необходимое оборудование, следуя правилам GMP, спроектирована планировка комплекса по производству ПГА. Площадь производства составила 0.75 Га, а площадь зданий 1880 м2.
Проведён расчёт себестоимости производства полимера мощностью 20 тонн в год. Выявлено, что себестоимость товара 1,08 т. руб. за кг.
Учитывая стоимость ПГА на мировом рынке, была подобрана цена реализации ПГА в 2.8 т. руб. за кг. При этом рентабельность производства будет равна 40%, а срок окупаемости, при максимальном производстве, будет равен 7 годам. Таким образом, развитие производства ПГА в России имеет отличный потенциал и перспективы.