抗生素发酵生产自动化控制(DCS)工程
抗生素的发酵生产
抗生素的发酵生产抗生素的发酵法生产摘要:对马杜霉素，螺旋霉素，农用抗真菌素的发酵生产，确定其最佳的发酵条件，并且对其各自发酵工艺进行比较，深入的了解用发酵法产抗生素的原理及方法。
关键词:马杜霉素螺旋霉素农用抗真菌素发酵生产引言采用发酵工程技术生产医药产品是制药工程的重要部分，其中抗牛素是我国医药生产的大宗产品，随着基因工程技术的进展，基因工程药的比例逐渐增大。
但抗生素在国计民生中所起的作用是能完全替代的。
特别是西方同家出于能源和环保的考虑，转产生产高附加值的药物，留出厂抗生素的市场空间，为我国的抗生素生产发展提供了机遇，作为一个发展中的国家，可以说在相当长时间内，我国抗生素生产在整个医药产品巾仍占很大的比例，因此抗生素类发酵过程优化技术研究对医药行业的生产具有重要的经济和社会意义。
抗生素发酵过程优化研究中主要存在的问题长期以来为提高抗生素发酵水平，把注意力主要放在菌种筛选与改造，或从国外引进菌株。
近年来，随着现代牛物技术的日益发展，尤其是基因工程和代谢1:程技术的发展，已经取得了引入注目的效果，主要有:(1)将生物合成途径中关键酶基因克隆来改良现有抗生素生产菌种;(2)将抗生素生物合成产生副产物的酶基因敲除，以提高产生抗生素的能力;(3)克隆外源基因以改良原菌种的发酵生理特性;(4)克隆外源抗生素合成基因簇来合成新的抗牛素等，但是在通过各种方法得到一个高产菌株后，在实际发酵操作时，往往忽视厂生物反应器中上程问题所必须加以考虑的工艺变化和过程优化。
随后的逐级放大与优化基本上是以最佳工艺控制点为依据，采用人工经验为主的静态操作，在方法上基本以正交试验为基础。
因此，发酵过程优化与放大始终是生化上程中一个复杂问题的两个侧面，人们从不同的角度进行研究。
此外，随着计赞机技术的迅速发展，各抗生素发酵工厂已普遍采用计算机在线控制，主要在补料操作上采用杯式流加技术，基本上满足了抗生素工业发酵生产上所需要的高精度控制补料速率问题，对提高发酵效价起了重要作用。
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
严格控制环境卫生、定期灭菌、使用一次性塑料薄膜和胶管、种子 培养物严格筛选等。
控制方法
定期取样检查，一旦发现污染，立即采取措施，如加入抗菌素或重 新灭菌。
发酵异常现象及其处理
1 2
异常现象
菌体生长缓慢、产物形成少、发酵液泡沫多、 pH 值异常等。
处理方法
根据具体情况调整培养条件，如温度、湿度、通 风、pH 值、培养基组成和浓度等。
提取
发酵结束后，通过离心、过滤等方法将菌体与发酵液分离， 得到粗制抗生素。
精制
通过重结晶、萃取、吸附等方法进一步纯化抗生素，提高其 纯度和结晶收率。
03
发酵工程中抗生素发酵的工艺 优化
菌种选育与改良
菌种选育
通过自然突变、诱变、基因重组等技 术，筛选具有高产抗生素特性的菌株 ，提高抗生素产量。
菌种改良
特性
具有高度选择性，对不同微生物的作 用效果不同；对细胞的生长和分化具 有调节作用；通常对敏感菌具有杀菌 作用，对耐药菌无效。
抗生素的种类与用途
种类
β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、四环素类、氯霉素类、林可胺类、糖 肽类、噁唑烷酮类、磺胺类等。
用途
治疗各种由细菌引起的感染性疾病，如肺炎、肠道感染、尿路感染等；预防细 菌感染；用于食品和农业中的防腐和保鲜。
THANKS
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抗生素发酵生产的历史与现状
历史
自20世纪40年代青霉素的发现以来，抗生素的研发和应用经历了60多年的发展历程。目前，抗生素已成为医疗 、食品和农业领域中不可或缺的重要物质。
现状
随着抗生素的广泛应用，耐药菌株的出现和传播已成为全球性的问题。因此，新型抗生素的研发和生产技术不断 改进，以应对日益严重的耐药性问题。同时，各国政府和国际组织也在加强抗生素使用的监管和管理，以减少不 必要的抗生素使用和防止耐药性的传播。
发酵工程-第九章-抗生素
PG
Pka 2.7
RCONH
6
4
5S
CH3
HH
7
O
N1
3 CH3
2
COOH
H
2S，5R，6R
临床用其钠盐、钾盐或普鲁卡因盐，增强水溶性。 粉针剂，有效期2年 临床用粉针剂，现用现配
不稳定性
β –内酰胺环是青霉素中最 不稳定的部分，原因是
1、四元环和五元环稠合， 环的张力大
2、两个环不在同一平面， 青霉素结构中β-内酰胺环 中羰基和氮原子的孤对电 子不能共轭， 易受到亲核 性或亲电性试剂的进攻， 使β-内酰胺环破裂。
(二）一般生产流程
抗生素发酵阶段一般主要包括：孢子制备、种子 制备和发酵，这是进行微生物逐步扩大培养过 程。
1、孢子制备 目的是将沙土管保存的菌种进行 培养，以制备大量孢子供下一步种子制备之用， 一般于试管、扁瓶或摇瓶内进行。
2、种子制备 目的是使有限数量的孢子发芽繁 殖，获得足够菌丝体以供发酵之用。在种子罐 内进行。通过种子制备，可以缩短发酵罐内菌 丝体繁殖生长的时间，增加抗生素合成的时间。 一般通过种子罐1-3次，再移种到发酵罐中－内酰胺类抗生素 （二）四环类抗生素
（三）氨基糖苷类抗生素 （四）大环内酯类抗生素 （五）多烯大环类抗生素 （六）多肽类抗生素 （七）蒽环类抗生素 （八）其他类
四、根据作用机制
（一）抑制细胞壁合成 （二）影响细胞膜功能 （三）抑制和干扰蛋白质合成 （四）抑制核酸合成 （五）抑制细菌生物能作用
OH
H+ or HgCl2
-CO2
NH O
Penilloaldehyde
CHO
O
NH S H
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
通过结晶、离子交换、色谱分离等手段，对提取液进行进一步纯化 ，提高抗生素的纯度和质量。
干燥与包装
将抗生素粉末或结晶进行干燥处理，并进行包装，以便于运输和使 用。
发酵过程控制技术
发酵过程监控
01
通过实时监测发酵过程中的关键指标（如菌体生长、代谢产物
浓度等），确保发酵过程的顺利进行。
自动化控制
02
严格管理抗生素使用
加强抗生素使用的管理和监管，减少不必要的抗生素使用和防止耐药 菌株的传播。
06
典型抗生素发酵生产案例 分析
链霉素的发酵生产技术
01
02
03
04
链霉素是一种由链霉菌产生的 抗生素，通过发酵工程进行生
产。
链霉菌的菌种选育是链霉素发 酵生产的关键步骤，通常采用
诱变育种等方法。
发酵条件对链霉素的生产有重 要影响，包括温度、pH值、
。
03
抗生素发酵生产关键技术
菌种选育与改良技术
自然选育
利用自然环境中的微生物资源， 通过自发突变和筛选获得具有优
良性状的菌株。
诱变育种
利用物理、化学等方法诱发微生 物发生突变，再通过筛选和繁殖
获得所需菌株。
基因工程育种
通过基因重组和转基因技术，对 微生物进行遗传改良，提高其产
量和抗菌活性。
发酵条件优化技术
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抗生素定义
抗生素是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌等）或高等动植物在生活过程中 所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞 发育功能的化学物质。
抗生素分类
抗生素按化学结构可分为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、肽类抗生素 。
DCS在生物发酵工程中的应用
可消 除调 节 阀等 非线 性特 性 的影 响 ：由于 调节 阀和 一部 分
对 象 （ 控 制对 象 ）被 包 含于 副 回路 之 内 ，调节 阀 的非 线性 影 响 副
性 的选取 有关 测量仪 表来 实现 自动 测量 。
将 Ｔ 、Ｔ测 量 出来 的 信 号 组成 一 个 控制 系统 ，将 Ｔ 。 Ｃ 的输 出
作为 Ｔ 制 器的 给 定值 ，便 组成 一 个 串级 控 制 系统 。与 单 回路 Ｃ控 控制 相比 ，串级控制 有 以下 特点 ：
２ 发酵 过程 中的 工艺及 其特 点
一
般的 耗 氧 型发 酵 罐 系统 如 图 １ 示 ，测量 的 参数 可 以分 为 所
自 勋化搏 览
２ １年ｏ ，刊 ００ ８ ９
物理参 数 、化学 参数 以及 生物 参数 … 。
滞后 作用 ，可 以 采用 串级调 节 。
（ ）串级控 制 ２
程的 要求 。
・
２３ 发 酵过程生物参数 ．
生物 参数 通 常包 括生 物 质呼 吸 代谢 参数 、生 物 质浓 度 、代 谢 产 物浓 度 、底 物浓 度 以 及生 物 比生 长速 率 、底 物 消耗 速 率和 产物 形 成速 率 等 。关于 生 物参 数 ，无论 在 国 内还 是 国 外 ，在 工业 生产 中实时 在 线的 测量 仪表 都 还 很少 。 正是 由于 这 些原 因 ，使得 微生 物发 酵过 程的 控制 比一般 的 工业 生产过 程难 度更 大 。
・
当由于 一 些外 界 的原 因 ，夹 套 温 度发 生波 动 时 ，Ｔ 作 Ｃ的
用将 使这 种波 动 在还 未 影 响到Ｔ１ 就被 提 前克 服 ，故 有利 于保 证 时 Ｔ１ 控制 品质 。并 可显 著 改善 发酵 罐 的控 制特 性 ，使 等效 对象 滞 的
现代生物技术在抗生素生产中的具体应用
现代生物技术在抗生素生产中的具体应用作者：黄国霞来源：《科学与财富》2016年第13期摘要：现代生物技术应用在抗生素生产环节中，能够提升产生效率，在成本控制方面也更方便进行。
文章从不同角度对现代生物技术技术应用展开探讨，总结了发酵工程技术、细胞工程技术、基因工程与系统生物学技术的具体应用方法，为抗生素生产技术研究打下基础。
关键词：现代生物技术；抗生素生产；技术应用一、发酵工程在抗生素生产中的应用1、菌种筛选与改造是提高抗生素产量的主要途径现代生物技术中，对药物生产流程质量控制更严谨。
抗生素在形成过程中，也会出现一些其他的霉菌类物质，通过筛选才能够完成生产任务，保障最终得到的产品纯度。
生产工艺是通过将产生菌在放射环境下来实现的，初期生产中筛选是重要环节，通过筛选能够提升质量，后期的定向培育也能更精准的进行，并不会出现影响使用安全的其他物质。
通过培育霉菌能够自然的衍生，营造有利的培育环境后，变化也在掌控范围内。
2、优化发酵过程控制是提高抗生素产量的重要途径发酵是生产环节中需要特别控制的，在培养过程中，为提升发酵速率，可以向其中添加一些催化物质。
其中以糖类最为常见，在繁殖过程中糖可以起到提供能源的作用，促进生产发酵过程连续进行。
糖添加的浓度是需要计算的，如果添加过量，反应任务完成后，会生成其他物质，影响到抗生素的纯度，添加量不足也会阻碍催化作用的发挥，不能提供充足的能源，发酵反应也十分缓慢。
并且不同类型的抗生素原料对能源需求量也存在很大差异，要掌握好这一特征，生产环节质量才能够得到保障。
二、酶工程在抗生素生产中的应用现代生物技术中，酶工程在各类物质生产中都起到了很明显的作用，能够节省生产所用时间，并且不会产生对环境带有污染的物质。
与传统生产技术相比较，酶工程应用后，抗生素制作成本投入更小，并且方便调节控制。
整个生产流程可以通过自动化手段来控制，系统将检验得到的结果传递到总控制中心中，根据结果反馈能够准确判断物质类型，并且不容易发生质量问题。
抗生素的发酵生产—四环素的发酵生产
金霉菌的培养特征
金霉菌在马铃薯葡萄糖等固体斜面培养基中生长 时，营养菌丝能分泌金黄色色素，但其气生菌丝 却没有颜色。孢子在初形成时是白色的，在28℃ 培养5-7d，孢子从棕灰色转变为灰黑色。 金霉菌形态
孢子形状一般呈圆形或椭圆形，也有方形或长方 形，孢子在气生菌丝上排列成链状。
金色链霉菌沉没培养的生长时期 A 第一期（原生菌丝期）孢子吸水膨胀，发芽，长出分枝，
分枝旺盛而生长成一个菌丝团 B 第二期（次生菌丝期）菌丝团散开，主体菌丝两侧的次生
菌丝延长、交织成网状，菌丝分枝明显 C 第三期（分泌期）菌丝趋短或中长状，菌丝侧枝中有中短
分枝，菌丝中出现空泡，中后期菌丝更短，分枝减少，成 短枝芽状。 D 第四期（自溶期电点析出游离碱。 • 发酵液先用酸酸化，然后加黄血盐、硫酸锌，过滤得滤液。滤
渣以草酸溶液洗涤，滤液和洗涤液合并，控制滤液单位在 7000U/ml左右，送去结晶。 • 从四环素精碱制造盐酸盐，系利用其盐酸盐在有机溶剂中、在 不同温度下有不同的结晶速度的性质。将四环素精碱悬浮在丁 醇中，加入化学纯浓盐酸，温度不超过18℃，迅速过滤掉不溶 解杂质，然后加热，即有盐酸盐析出。析出的盐酸盐用无水丙 酮洗涤，干燥，得四环素盐酸盐成品。
等），抑制四环素的生物合成; 培养基中的CaCO3能与菌体合成的四环素结合成四环素钙
盐（水中溶解度很低），从而降低了水中可溶性四环素的 浓度，促进菌丝体进一步分泌四环素。 消沫剂:植物油、动物油
抑氯剂
抑氯剂的作用是抑制氯原子进入四环素分子结构 ，抑制金霉素的合成，增加四环素的产量。
生产中加入的溴化钠主要是让溴和氯竞争，来抑 制氯的活性。但抑氯效果不高，通常还要加入促 进剂M（2-巯基苯并噻唑），溴化钠一起作用，抑 制氯进入四环素分子，使金霉素的产量低于5%。 此外，还有2，5-巯基-1，3，4-噻二唑等有效抑 氯剂。
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
发酵工程抗生素发酵生产技术概述汇报人：2023-12-20•引言•发酵工程抗生素发酵生产技术原理目录•发酵工程抗生素发酵生产技术流程•发酵工程抗生素发酵生产技术影响因素•发酵工程抗生素发酵生产技术优化策略•发酵工程抗生素发酵生产技术发展趋势与展望目录01引言目的和背景了解抗生素发酵生产技术的原理、过程及影响因素，以提高抗生素生产的效率和品质。
背景抗生素是治疗细菌感染性疾病的重要药物，而发酵工程是抗生素生产的主要技术之一。
因此，对发酵工程抗生素发酵生产技术进行概述具有重要的现实意义。
0102抗生素的重要性抗生素在医疗、畜牧业和农业等领域应用广泛，对于保障全球公共卫生和促进经济发展具有不可替代的作用。
抗生素是治疗细菌感染性疾病的重要药物，对于保障人类健康和预防和治疗动物疾病具有重要作用。
02发酵工程抗生素发酵生产技术原理利用微生物在特定条件下进行代谢和繁殖，产生所需的产品或中间体。
微生物发酵选择适合微生物生长和代谢的培养基，包括碳源、氮源、无机盐等。
培养基选择控制温度、pH值、溶氧量等发酵条件，以优化微生物的生长和代谢。
发酵条件控制发酵工程原理从自然界中筛选具有产生抗生素能力的菌株。
抗生素产生菌筛选发酵条件优化抗生素提取与纯化通过实验方法优化发酵条件，提高抗生素产量。
通过提取和纯化技术，从发酵液中获得高纯度的抗生素。
030201抗生素发酵生产技术原理用于生产抗生素药物，治疗各种细菌感染。
医药领域用于生产农用抗生素，防治植物病害。
农业领域用于生产工业用抗生素，如防腐剂、生物农药等。
工业领域发酵工程抗生素发酵生产技术应用03发酵工程抗生素发酵生产技术流程通过选择具有强抗性、高产量和稳定性的菌株，进行分离、诱变等手段获得所需菌种。
采用不同的培养基和条件，为菌种的生长繁殖提供最佳环境，提高菌体数量和抗生素产量。
菌种选育与培养菌种培养菌种选育发酵过程控制发酵参数监测实时监测发酵液的pH值、温度、压力、溶氧量等参数，确保发酵过程处于最佳状态。
青霉素发酵
目录
前言
第一章：青霉素生产
微生物发酵 青霉素生产 工业发酵过程中的自动控制 DCS 控制系统
第二章：青霉素发酵动力学
研究目的 青霉素发酵过程 青霉素发酵过程的参数 无抑制的细胞生长动力学模型 有抑制的细胞生长动力学模型 青霉素发酵过程的模型结构 青霉素发酵过程的动力学模型建立 青霉素发酵动力学模型的求解
发酵罐是现代微生物发酵技术的象征，它是微生物在发酵过程中生长、繁殖和形成产品的外 部环境装置，它取代了传统的发酵容器：培养瓶、酱缸和酒窖，它能实现大规模的生产，最大限 度地利用原料和设备，获得高产量和高效率。
发酵罐的优点在于，它能进行严格的灭菌，通入空气，提供良好的发酵环境，能实施搅拌、 震荡等促进微生物生长的措施；能对温度、压力、空气流量实行自动控制，能通过各种生物传感 器了解发酵罐内的菌体浓度、营养成份等，并用电脑随时调节发酵进程。人类在几千年前就掌握 了制造酱油的技术，世界上一些不发达地区至今仍用传统的酿造技术进行生产。从发酵，晒酱、 泡酱，直到取得成品酱油，需要耗费半年到一年的时间。在 80 年代日本的一家公司用现代的发 酵工程取而代之，他们将一种耐乳酸的细菌和一种酵母菌一起固定在海藻酸钙凝胶上，再装入制 造酱油的发酵罐，各种营养物和水慢慢地从罐顶注入，产出的酱油不停地从罐底流出来，形成一 个连续生产的过程，从原料到成品的生产周期还不到 72 小时。
青霉素在第二次世界大战中由于其能够防止受伤伤口产生败血症而需求量大增，进而促使其 被批量生产。那时青霉素的生产还只是通过在小奶瓶中进行表面发酵而获得，因此产量很小。后
5`
青霉素发酵仿真实习
来美国和英国科学家和工程师进行了大量的联合研发，使青霉素发酵在两个方面产生了突破。首 先是采用了新的，产量更高的产黄青霉 (penicillium chrysogenum)作为发酵菌种，取代了原来的 点青霉(penicillium notatum)，第二，是引入了深层浸没式的发酵工艺(submerged fermentation process)，使发酵过程能够在整个发酵液中进行，因此，只要有持续稳定以及有效的供氧和溶氧， 青霉素的产量就可以比原来只在发酵液表面进行的发酵有了巨大的飞跃。这一生产工艺上的突破 也使青霉素的生产可以被放大到现代发酵工业所使用的大型不锈钢发酵罐的规模。
发酵工艺控制-生化工程(2024版)
温度改变菌体代谢产物的合成方向。如利用金霉 素链霉菌NRRLB-1287进行四环素发酵过程中，发 酵温度愈高，愈有利于四环素的合成。30℃以下 时合成的金霉素增多，在35℃时就只产四环素， 而金霉素合成几乎停止。
黄曲霉产生的多组分黄曲霉毒素，在20℃、25℃ 和30℃下发酵所产生的黄曲霉毒素(aflatoxin)G1与 B1的比例分别为3:1、1:2、1:1。又如赭曲霉在10～ 20℃发酵时，有利于合成青霉素，在28℃时则有 利于合成赭曲霉毒素A。
量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作 用，提高产物产量。
溶解氧对发酵的影响与控制
厌氧发酵与好氧发酵 需氧微生物只有在氧分子存在的情况下
才能完成生物氧化作用，从而使菌体生长 繁殖和积累所需要的代谢产物。
底物氧化需要大量的氧。
在菌体生长期，供氧必须满足菌体呼吸的 需氧量，若菌体的需氧量得不到满足，则 菌体呼吸受到抑制，从而抑制菌体生长， 菌体收率降低。
培养基的影响
基质浓度对培养基物理性质的影响
基质对菌体生长的影响 代谢物分解阻遏 多重底物的菌体生长
温度的影响
•不同的微生物有不同的适宜生长温度
大多数的工业发酵微生物是中温菌，如霉
菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长 温度一般在20～40℃。
菌体生长的最高温度，最低生长温度，最 适宜生长温度。
影响发酵温度的因素
生物热：微生物生长繁殖过程中的产热 搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热 蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量 辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量 显 热：空气流动过程夹带着的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发 Q通气-Q辐射
生物热(Q生物) 产生菌在生长繁殖过程中产生的热能，叫
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生 的热多。
生物发酵工程技术在医疗领域中的应用
生物发酵工程技术在医疗领域中的应用随着科技的不断进步，医学技术也不断发展，生物发酵工程技术在医疗领域中的应用也日益广泛。
利用生物发酵工程技术可以大大提高药品的产量和纯度，同时能够降低药品的成本，并且生产出的产品更符合人体生理学要求。
本文将从药品生产、医学用品、疾病治疗等方面来介绍生物发酵工程技术在医疗领域中的应用。
一、药品生产1.抗癌药物抗癌药物的生产是生物发酵工程技术在医疗领域中应用最为广泛的领域之一。
利用生物发酵工程技术，可以使得生产抗癌药物的细胞在严格的控制条件下进行不断培养，从而获得大量高质量的药物制剂。
例如，利用生物发酵工程技术，替尼泊苷（Imatinib）制造商GLEEVEC成功将其生产成了高质量的药物。
2.抗生素抗生素是医学上最普遍的药物之一，其广泛的应用领域包括治疗感染、预防感染等等。
利用生物发酵工程技术可以快速生产大量的抗生素，从而大大提高抗生素的产量和纯度。
例如，利用生物发酵工程技术，盘尼西林（Penicillin）等抗生素制剂的产量得到了大大提高。
二、医学用品1.血液制品血液制品是医学上广泛使用的血液衍生物，包括血浆、白蛋白、凝血因子等。
生物发酵工程技术在血液制品的生产上发挥着举足轻重的作用。
例如，目前全球市场占有率最高的血因子系列药物Humatrope和Hemofil-A均是通过生物发酵工程技术获得的。
2.医用胶医用胶被广泛应用于手术止血、外科缝合和修复、组织黏合等方面。
利用生物发酵工程技术，可以生产出含有天然水凝胶的生物医用胶，比如凝血因子胶、骨胶原胶等。
三、疾病治疗1.基因工程药物基因工程药物是一类新型生物制品，其研制具有广泛的应用前景。
利用生物发酵工程技术可以快速生产大量的基因工程药物，从而实现对疾病的有效治疗。
例如，利用生物发酵工程技术，制造出的拓扑蛋白（Topotecan）被广泛应用于肺癌、卵巢癌、颈癌等疾病的治疗上。
2.细胞疗法细胞疗法是一种新型的医学疗法，其核心在于将治疗的细胞项体内输入，通过治愈或改善细胞的状态来进行治疗。
生物发酵工艺DCS控制系统设计
生物发酵工艺的DCS（分散控制系统）控制设计是为了实现对发酵过程中各种参数的监测、调节和控制，以提高生产效率、保证产品质量。
下面是一个简要的生物发酵工艺DCS控制系统设计的步骤和要点：
1. 系统架构设计：
-系统整体架构：设计DCS系统的整体架构，包括控制层、执行层和监视层，确保各个层面的功能协调一致。
-网络拓扑结构：设计网络拓扑结构，确保各个设备之间的通信畅通。
2. 控制逻辑设计：
-控制策略：制定针对生物发酵过程的控制策略，包括温度、pH值、溶氧量等参数的控制要求和方法。
- PID控制器设计：设计PID控制器来实现对关键参数的精确控制。
3. 监测与数据采集：
-传感器选择：选择适合生物发酵工艺的传感器，如温度传感器、pH 传感器、溶氧传感器等。
-数据采集：确保DCS系统能够准确采集各种传感器数据，并及时传输到监控中心。
4. 报警与安全设计：
-报警系统：设计报警系统，及时发现异常情况并采取相应的措施。
-安全措施：设计安全控制措施，确保生产过程安全可靠。
5. 用户界面设计：
-操作界面：设计直观友好的用户界面，便于操作人员监控和调整生物发酵过程。
6. 数据存储与分析：
-数据存储：确保DCS系统能够有效地存储历史数据，便于后续分析和回顾。
-数据分析：设计数据分析模块，帮助优化生物发酵工艺，提高生产效率。
7. 联网与远程控制：
-远程监控：考虑实现DCS系统的远程监控功能，方便远程管理和故障排查。
以上是生物发酵工艺DCS控制系统设计的一般步骤和要点，具体设计还需根据具体生产工艺和设备情况进行详细规划和实施。
FK-2000发酵过程控制系统操作手册(word95)
FK-2000发酵过程控制系统操作和维护手册北京康拓科技开发总公司国家医药管理局控制工程中心目录1．系统构成P32．传感器P93．仪器仪表P134．IO模板P155．执行机构P166．系统维护汇总表P18说明本手册为FK-2000控制系统说明，具体各个车间可根据各自测控点（对象）的不同选择使用。
FK-2000发酵过程控制系统操作和维护一、系统构成FK-2000发酵过程控制系统是以HONEY WELL公司scan3000集散系统为核心，专门为抗生素发酵生产而设计的小型DCS系统。
根据抗生素发酵的特点和工艺要求，系统包括温度控制、连续补料控制、自动消沫控制、PH控制等多种参数控制和温度、压力、流量、称重、PH、DO、尾气等多种参数测量。
其系统结构如下：图一根据系统IO点的多少可采用一个或多个SE9119控制器（可下挂通道扩展机箱SE9025）来控制或监测现场的变送器、执行机构、仪表等外部设备。
所有控制器通过以太网由一个上位机总管理。
上位机提供用户多种操作界面，打印机用于生产报表打印。
系统软件的使用和功能见《FK-2000发酵过程控制系统计算机操作手册》。
其他各部分功能分述如下。
1.1 温度控制分为种子罐温控、大罐温控和公用工程温控三种。
1.1.1 小罐温控其安装示意图如下： 蒸气/热水进1井水冷冻水循环水冷水2热水回图二如果发酵过程为纯产热过程，不需热水升温的，可省去虚线框内的部分，即采用单入阀降温控制。
阀1、2为电磁开关阀。
阀1控制升温，阀2控制降温。
降温水根据季节的不同则选择不同的降温水。
控制算法为时间比例控制。
1.1.2 中罐和料罐温控(其安装示意图如下)：蒸气/热水进1井水冷冻水循环水冷水2热水回图三如果发酵过程为纯产热过程，不需热水升温的，可省去虚线框内的部分，即采用单入阀降温控制。
阀1为电磁开关阀,阀2为气动开关阀。
阀1控制升温，阀2控制降温。
降温水根据季节的不同则选择不同的降温水。
控制算法为时间比例控制。
生物发酵工艺DCS控制系统设计
生物发酵工艺DCS控制系统设计本文将介绍生物发酵工艺和DCS控制系统设计的重要性，并概述本文将探讨的内容。
生物发酵工艺是一种利用微生物、细菌或酵母等生物体进行化学反应的工艺。
它在食品、药品、能源等领域具有广泛的应用。
控制系统在生物发酵工艺中的设计和应用对于提高生产效率和产品质量至关重要。
DCS（分散控制系统）是一种集中式控制系统，通过计算机和网络技术，对生物发酵过程进行监控和控制。
它能够实时采集和分析传感器数据，并根据预设的控制策略进行自动调节，以保证生物发酵过程的稳定性和可控性。
本文将探讨生物发酵工艺DCS控制系统设计中的关键要素，包括传感器选择、控制策略设计和系统优化等方面。
我们将介绍不同类型的传感器及其在生物发酵过程中的应用，讨论常用的控制策略，并提供系统设计中的注意事项和优化方法。
通过深入了解生物发酵工艺和DCS控制系统设计，读者能够更好地理解和应用这些技术，从而提升生产效率、降低成本，并确保产品质量的稳定性。
本文旨在为研究生物发酵工艺和DCS控制系统设计的人员提供有益的信息和指导，帮助他们在实际应用中取得成功。
请继续阅读下文，了解更多关于生物发酵工艺DCS控制系统设计的内容。
生物发酵工艺是一种利用微生物、酶或细胞等生物体制造化学产品的过程。
它在制药、食品和化工等众多领域中得到广泛应用。
生物发酵工艺利用微生物的生长、代谢和分泌能力，通过一系列的酶催化反应，将原生物质转化为所需的产物。
生物发酵工艺在制药领域中可以用于生产抗生素、激素、疫苗等药物。
在食品行业中，生物发酵可以制造酸奶、乳酸菌饮料、酱油等食品。
在化工领域中，生物发酵可以生产乙醇、乳酸、柠檬酸等有机化合物。
生物发酵工艺具有许多优势。
首先，它是一种相对环保的生产方式，减少了对化石能源的依赖。
其次，生物发酵工艺可以生产高纯度的产物，因为微生物和酶能够选择性地催化反应，降低了杂质的产生。
此外，生物发酵工艺还具有较高的产量和效率。
然而，生物发酵工艺也面临一些挑战。
dcs工程项目方案设计
dcs工程项目方案设计一、项目概况本项目是一座新建的数字化控制系统（DCS）工程项目，旨在实现对工厂生产线的自动化控制和监控。
该项目将覆盖工厂的工艺生产线，并通过DCS系统对生产过程进行监控、调控和管理，以提高生产效率、降低成本、提高产品质量，并达到智能化生产的目标。
项目位置：工厂生产车间项目范围：涵盖生产车间的工艺设备控制和监测项目预算：预计投资5000万元项目周期：预计工期12个月二、项目目标1. 实现工厂生产设备的自动化控制和监测，提高生产效率和质量。
2. 构建集中化的生产监控平台，实现对生产过程的实时监测和远程控制。
3. 实现生产数据的采集和分析，为生产过程的优化提供支持。
三、系统架构设计1. DCS系统硬件设计DCS系统将采用先进的控制器和I/O模块，以及可靠的通信网络设备，确保系统的稳定性和可靠性。
控制器：选用知名的PLC品牌，以保证系统的稳定性和可靠性。
I/O模块：选择适配工厂设备的数字量、模拟量输入输出模块。
通信网络设备：选择高速、可靠的以太网设备，以及现场总线设备，确保设备间的通讯畅通。
2. DCS系统软件设计DCS系统将采用先进的集成控制软件，实现对工艺设备的自动化控制以及生产过程的监测和管理。
控制软件：选择功能强大的DCS软件，支持多种工艺控制策略，满足不同工艺要求。
监控软件：配置实时监控界面，支持多种图形化展示方式，便于操作和管理人员查看生产情况。
数据采集与分析软件：配置数据采集和分析软件，从生产过程中采集数据，并进行分析，为生产过程的优化提供支持。
四、系统集成方案本项目将采用分散型DCS系统，将生产线上的各种设备通过现场总线与控制器连接，实现对设备的控制和监测。
同时，将配置集中化的监控系统，通过网络连接各个生产线，实现远程监控和管理。
1. 设备控制集成根据生产线的实际情况，对各种设备进行功能分解，并设计相应的控制策略，实现设备的智能化控制。
同时，配置相应的I/O模块，将设备的输入输出信号连接到控制器，实现对设备的远程控制。
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抗生素发酵生产自动化控制（DCS）工程可行性研究报告一、概述1．项目概况1．1 项目名称：抗生素发酵生产自动化控制（DCS）工程1．2 项目承担单位：岳阳中湘XX药业集团有限公司1．3 项目负责人：xx1．4 项目起止时间：2001年元月—2002年6月1．5 项目主管部门：湖南省信息产业厅1．6 项目简要内容及实施目标：利用计算机集散控制技术实现公司主要抗生素生产车间（包括六、九、十车间共计1495T红霉素发酵体积）的发酵自动化控制。
2．企业概况2．1 企业简介2．1．1 企业名称：岳阳中湘XX药业集团有限公司2．1．2 法定代表人：xx2．1．3 所有制性质：国有独资2．1．4 隶属关系：中国医药集团总公司下属中国医药工业公司的全资子公司2．1．5 企业地址：湖南省岳阳市xx山一号2．1．6 电话：0730—8XX04112．1．7 邮政编码：4140002．2 人员情况2．2．1 职工总数：2053人2．2．2 工程技术人员：605人其中高级职称：11人中级职称：175 人初级职称：419 人2．2．3 计算机、自控及相关专业人数：28人2．3 企业资产信用状况2．3．1 资产总额：42386 万元2．3．2 固定资产原值：29248 万元2．3．3 固定资产净值：22368 万元2．3．4 流动资产：17405 万元2．3．5 负债总额：31726 万元2．3．6 流动负债：12584 万元2．3．7 所有者权益总额：10659 万元2．3．8 收入总额：25628 万元2．3．9 主要营业收入：25628 万元2．3．10 税后利润总额：1605 万元2．3．11 银行借款总额：19628 万元2．3．12 银行信用等级：A级2．3．13 税务局情况记录：纳税先进单位2．4 企业生产经营情况岳阳中湘XX药业集团是以生产抗生素原料药为主，同时生产制剂、中成药的大型医药企业，现有六条抗生素原料生产线（其发酵规模名列全国同行业厂家第四位）、三条合成药生产线、一个制剂分厂、一个药物研究所，下辖五个子公司和一个合资公司。
1999年完成工业总产值43557 万元，销售收入22794 万元，上交利税1463 万元，实现利润1129 万元；2000年完成工业总产值49821 万元，销售收入24848 万元，上交利税1554 万元，实现利润1325万元。
公司有自营进出口权，产品畅销全国各地，远销东南亚、意大利、西班牙、东欧等国家，国家级新药阿瑞被列为国家高新技术产业化规划。
二、项目开发的必要性1．项目提出的背景中湘XX的前身为岳阳市制药一厂，多年来一直主要生产红霉素、螺旋霉素等抗生素原料系列产品。
由于产品结构单一、融资渠道不畅、设备装备水平较低、营销网络不够健全、信息收集手段落后等多方面因素的影响，中湘XX的整体竞争能力比较差，特别是在90年代末期表现得尤为突出。
1996至1998年，企业连续三年亏损，生产经营举步维艰。
1999年，公司决策层实施战略结构调整，提出原料药、制剂药和中成药三分天下、齐头并进的发展思路，并通过实施兼并重组、技术创新、设备改造、健全营销网络等诸多强有力措施，一举扭转了生产经营的被动局面，当年实现了扭亏为盈的目标。
但日趋激烈的市场竞争态势迫使我们必须更加冷静地面对现实，中国加入世界贸易组织既给我们带来了发展的机遇，又使我们面临着更大的挑战。
2000年，国内市场上随着系列红霉素衍生物的不断开发问世，红霉素原料药的市场需求量相应地得到了增长，但红霉素原料药的生产厂家也在不断地增多，红霉素原料市场总的趋势是供大于求，一场没有硝烟的价格大战已经打响；国际市场方面则表现为欧洲发达国家有大量进口中国红霉素原料药的迹象，但进口的门槛较高，对产品的质量提出了更高的要求。
作为红霉素老牌生产厂家，我们惟有进一步加快技术创新的步伐，努力降低产品制造成本，全面增强企业的竞争能力，才能在如此激烈的市场竞争环境下站稳脚跟，并据此获得出口的先机。
众所周知，利用信息技术改造传统产业已在我国开展了十几年的科学实践，自动化控制技术在医药、化工等领域的研究与应用出现了大量成功的范例。
虽然红霉素具有生产周期长、生产过程复杂、控制难度大等特点，但我们仍然对应用和研究“红霉素发酵生产自动化控制”抱有信心。
在反复考察论证的基础上，我们提出了“应用计算机自动化技术控制发酵生产，改造传统生产工艺过程，提高红霉素发酵生产水平”的技术创新思路。
2000年，湖南省电子信息系统推广应用工作小组办公室下达了《关于申报2001年电子信息应用贷款项目的通知》，我们决定将“抗生素发酵自动化控制（DCS）工程”作为国家倍增计划贷款贴息项目进行申报，以借助国家资金扶助将企业信息化工作推上一个新的台阶。
2．国内外同类项目的应用情况2．1项目的工作原理抗生素发酵工艺生产过程是生物、化学和工程等学科的理论和技术的综合利用，其机理十分复杂，控制过程非常困难。
抗生素发酵计算机控制就是通过对菌种的环境条件要求和代谢变化规律各参数的变化进行测量，结合代谢调控的基础理论来有效地控制发酵，使菌种的代谢变化沿着最佳的方向进行，以较低的能量和物料消耗生产更多的发酵产品。
2．2 国内外应用情况国外的工业控制起步较早，特别是美国、日本和德国等西方资本主义国家，在医药生产领域有着很高的计算机控制水平，但为了追求巨额利润，发达国家一般将主要精力放在成品药的制作、研究和控制上。
我国是抗生素原料药的生产大国，但生产技术水平落后，以手工操作方式为主，生产效益低。
直到八十年代中期，原国家医药局和国务院电振办才把用先进的电子信息技术、控制技术改造传统医药产业列为“八五”、“九五”期间的工作重点。
目前，计算机控制技术在青霉素、土霉素、金霉素等产品的发酵生产过程中取得了较大的突破，技术水平已接近国外先进水平。
但红霉素发酵具有周期长、中间补料多、控制复杂等特点，对红霉素发酵进行自动化控制的研究和应用工作一直没有重大进展。
3．该项目开发前与投入使用后，企业在生产、经营、质量、技术与管理等方面的变化及成效红霉素发酵自动化控制项目投入正常使用后，企业可望取得非常显著的生产经营成效，具体可表现为以下几个方面：3．1生产方面◆适时的参数检测和控制将使发酵生产更加稳定，生产产量由此可得到大幅度的提高。
3．2管理方面◆数据记录：真实可靠，实时记录，避免了过去人工记录数据的随意性和错误；◆工作监督：从记录的数据可以随时检查生产的正常与否，可增强工人的责任心，协助车间管理人员开展生产的督察工作；◆职工培训：自动化控制系统是一个复杂的辅助生产系统，对操作和维护管理人员素质要求较高，围绕自控系统开展的各项培训工作可提高职工的技能水平；◆决策调度：公司领导和生产调度等各级管理人员通过网络可实时查询生产信息，增强了生产决策和生产调度的科学性和合理性。
3．3技术方面◆补料自控：补料自控改变了传统的补料方式。
传统补料方式是每隔较长一段时间一次性大批量的补加料液，这对微生物的生长环境产生巨大冲击，影响发酵水平；自控补料则是根据设定好的补料速度，连续均匀少量地补加营养物质，由于连续补料对微生物生产环境冲击减少，从而达到提高发酵水平的目的。
◆消沫自控：在发酵期间，有时微生物生长旺盛，产生大量泡沫，抬高了发酵液液位，可能会出现逃液现象。
传统手工控制时，常常不能及时发现泡沫的产生，即便发现泡沫也难以加入适量的消沫剂控制逃液。
而消沫自控则能马上检测到泡沫的产生，并自动连续补加消沫剂，直到消除泡沫为止。
◆优化工艺：对发酵生产进行自动化控制，可由此得到大量实时准确的生产数据，这为优化生产工艺的研究和工艺改变提供了极大的帮助。
发酵过程中以往传统的控制方法，均是以动力学为基础，采用最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，这种控制忽略了发酵过程中的动态变化及其与其他发酵过程参数的关系，在生产控制过程中有较大的局限性。
以动态生产实时数据为基础，我们可进行发酵新理论的研究和探索，即以细胞代谢流量分析与控制为核心的发酵工程学的观点，来控制发酵过程。
自动化控制技术和发酵分析计算机软件的引入，使得研究细胞与工程水平问题并实现过程数据优化成为现实，通过不断的工艺优化，可使红霉素发酵水平发生巨大的变化，发酵生产得到质的飞跃。
3．4质量方面◆发酵液的组分与提炼收率和产品质量有着极为密切的联系，通过自控技术的引用，可大大改善发酵液的组分，使得主要组分（如A组分）比例增大，而B组分（含毒性）和C组分（含杂质）相应降低，从而使提炼出来的产品质量得到大幅提升。
3．5经营方面◆红霉素产品产量和质量的提高，为生产经营创造了良好的内部环境，有利于营销战线掌握市场营销工作的主动，我们可通过优异的产品质量和相对较低的市场价格赢得市场的优势，从而可望带来崭新的营销工作新局面。
三、协作单位的选定理由1．协作单位的概况及其优势分析比较1．1 协作单位概况协作单位北京康拓生化控制工程公司（即国家医药管理局控制工程中心）成立于1993年7月，隶属国家医药管理局，是一家依托航天工业部502研究所，实行企业化管理的研究开发事业单位。
公司凭借502所雄厚的技术力量和灵活的市场机制，建立了一支人员素质高、新技术开发和工程能力强的技术队伍，主要从事制药行业自动化控制技术的研究与开发应用。
现有员工30多名，其中研究员一名，具有中高级以上职称的18人，其余均为从事自控或相关专业的科技骨干。
几年来，康拓公司的系统和产品已经成功地推广应用到几十家制药行业的十多个品种，经济效益显著，带动了整个行业生产水平的提高。
1．2 协作单位优势分析与其他从事自控技术研究的单位相比，康拓公司具有以下优势：◆技术力量雄厚，有国家医药管理局和航天部502研究所作坚强的后盾；2专业性强，专门从事医药抗生素发酵领域的研究与开发；◆工控产品质量过硬，康拓先后研制开发成功KT型智能补料控制器、系列防污染控制装置、生产过程控制系统及抗腐蚀、耐高温控制阀门等一系列优秀的工控产品；◆实施能力强，多年来在抗生素发酵领域积累了大量的实施经验，并有许多成功的范例。
2．与国内外同类系统或产品在性能、价格、服务等方面的比较XX发酵生产自动化控制（DCS）工程主要采用美国Honeywell公司最新生产PlantScape集散控制系统，现场执行机构大多选用性能优越的国外产品或康拓公司自制产品，系统平均无故障时间不小于30000小时，可用率达到99.99%，与国内外其他系统（如横河XLDCS控制系统，西门子控制系统，欧陆控制系统）相比具有很高的性能价格比，成熟性和可靠性都能够得到保证且技术水平位居世界领先行列。
此外，在系统维护方面，康拓公司能够保证提供24小时的电话支持服务和48小时的现场服务，并能够及时供应各种系统维修配件。