Giải pháp cho dây chuyền sản xuất lên men sinh học
Giải pháp một cửa cho dây chuyền sản xuất lên men sinh học quy mô lớn (phần thiết bị)
——Danh mục thiết bị hoàn chỉnh từ bồn giống 50 L đến bồn sản xuất 200 m³

1、 Kiến trúc tổng thể
Dây chuyền sản xuất được bố trí theo mô hình ba giai đoạn “thượng nguồn - trung nguồn - hạ nguồn”, hỗ trợ mở rộng ba cấp 50 L → 5 m³ → 200 m³, bao phủ hơn 20 loại sản phẩm lên men như kháng sinh, chế phẩm enzyme, vắc xin, nguyên liệu thực phẩm và hóa chất sinh học. Năng lực sản xuất mỗi mẻ là 1-200 tấn, sản lượng hằng năm có thể đạt 50.000 tấn.

2、 Công trình thượng nguồn (chuẩn bị giống)
1. Ngân hàng vi khuẩn/tế bào
Bồn nitơ lỏng -196 ℃ + truy xuất nguồn gốc bằng mã QR, đảm bảo chủng vi khuẩn duy trì hoạt tính trong 10 năm.
2. Nuôi cấy trong bình lắc
Máy lắc nhiệt độ không đổi 250 mL-3 L, biên độ 25 mm, tốc độ 50-400 vòng/phút, tùy chọn CO₂.
3. Bồn giống
Bồn khuấy từ 50 L/300 L/1000 L, 316L, Ra ≤ 0,4 μm, SIP 125 ℃/30 phút; pH, DO, nhiệt độ online, ±0,2 ℃, ±0,02 pH.

3、 Công trình trung nguồn (lên men chính)
1. Bồn lên men
• Quy cách: 10 m³, 50 m³, 200 m³ (có thể ghép song song thành 4 × 200 m³)
Kết cấu: tỷ lệ chiều cao/đường kính 2,5-3:1, áo làm mát kiểu tổ ong + ống nửa ngoài kép, phớt cơ khí (hai mặt), đầu trên có màng lọc tiệt trùng PTFE 0,22 μm.
Khuấy trộn: Rushton sáu cánh hai tầng + biến tần 50-250 vòng/phút, công suất 3-5 kW/m³; thông khí bằng ống vòng vi lỗ đáy, độ bão hòa oxy hòa tan >30%.
• Điều khiển: DCS+BioPAT ® MFCS, thu thập thời gian thực DO, pH, nhiệt độ, bọt, áp suất và khối lượng; có thể chuyển đổi giữa chế độ mẻ, bổ sung và liên tục chỉ với một cú nhấp chuột.
CIP/SIP: hơi nước tinh khiết 135 ℃ + chu trình kiềm/axit, tỷ lệ bao phủ làm sạch 100%, chu kỳ thẩm định ≤ 2 giờ.

2. Hệ thống cấp liệu
Cân và cấp liệu 6 đường: nguồn carbon, nguồn nitơ, nguyên tố vi lượng, chất điều chỉnh pH, chất khử bọt, chất cảm ứng; độ chính xác đo lường ±0,2%, van màng vô trùng, lấy mẫu không góc chết.

3. Xử lý khí cấp/khí thải
Máy nén khí → máy sấy lạnh → bộ lọc tiệt trùng 0,01 μm → bồn lên men;
Khí thải đi qua bộ ngưng tụ và bộ lọc 0,2 μm, đồng thời VOC của khí thải được giám sát online để đáp ứng yêu cầu môi trường VOC ≤ 50 mg/m³.

4、 Công trình hạ nguồn (tách và tinh chế)
1. Tách rắn-lỏng
Máy ly tâm đĩa 10000 g, xả bã liên tục, phù hợp với hàm lượng chất rắn cao 30%.
Bộ lọc trống quay chân không diện tích 20 m², vận hành liên tục và tự động làm sạch vải lọc.

2. Phá vỡ tế bào
Máy đồng hóa áp lực cao 1500-2000 bar, lưu lượng 1-20 t/h, kiểm soát nhiệt độ nước đá trong suốt quá trình <15 ℃.
Bể siêu âm hoặc thủy phân bằng enzyme tùy chọn để xử lý vi khuẩn Gram dương.

3. Tinh sạch sơ bộ
Bể keo tụ lắng 5 m³, có điều chỉnh pH và kiểm soát độ đục trực tuyến;
Hệ thống siêu lọc TFF, diện tích màng 50-400 m², dòng chảy tiếp tuyến <3 bar, cô đặc 5-20 lần;
Cột hấp phụ: sắc ký trao đổi ion/kỵ nước, tiêu chuẩn vệ sinh 316L, có thể CIP/SIP trực tuyến.

4. Tinh sạch và sản phẩm hoàn thiện
Lọc nanofiltration/thẩm thấu ngược: khử muối, cô đặc đến 50% hàm lượng chất rắn;
Máy sấy băng tải chân không: sấy liên tục ở 60 ℃, độ ẩm ≤ 3%;
• Sấy đông khô: máy đông khô 20 m², bẫy lạnh -55 ℃, tỷ lệ giữ bột của vi khuẩn sống ≥ 80%;
Máy tạo hạt khô: nén bột thành hạt 0,5-2 mm để dễ vận chuyển và hòa tan nhanh.

5. Tiện ích công cộng và tự động hóa
• Hơi nước: 6 t/h @ 8 bar, máy phát hơi nước tinh khiết;
Nước đá: ethylene glycol -5 ℃ 400 m³/h, trao đổi nhiệt hai tấm tiết kiệm năng lượng;
Khí nén: không dầu 0,8 MPa, lọc tiệt trùng qua 0,01 μm;
• Nước thải: tái sử dụng MBR+RO, COD <80 mg/L;
Tự động hóa: DCS+MES+SCADA, ký điện tử theo mẻ, tuân thủ 21 CFR Part 11; van quan trọng cấp nguồn kép, UPS bảo đảm 30 phút.

6. Trường hợp điển hình (200 m³ × 4 song song)
• Sản phẩm: glucose oxidase cấp thực phẩm
Lên men một mẻ trong 30 giờ, sản lượng enzyme 60000 U/mL
Năng lực sản xuất hàng năm 35000 tấn dịch lên men → 6000 tấn dịch enzyme cô đặc → 1500 tấn bột khô
• Thời gian hoàn vốn đầu tư: 3,2 năm (bao gồm xây dựng dân dụng, tiện ích công cộng và thẩm định)

7. Tổng kết
Dây chuyền sản xuất lên men sinh học quy mô lớn này dựa trên "mô-đun tiêu chuẩn + quy trình linh hoạt", có thể chuyển đổi giữa mẻ giống 50 L, sản xuất 200 m³, cấp liệu liên tục và tinh sạch đa tuyến hạ nguồn chỉ bằng một nút bấm. Hệ thống tương thích với đầy đủ sản phẩm từ kháng sinh đến enzyme thực vật, vắc xin đến hóa chất sinh học, thực sự đạt được "một nhà máy, nhiều sản phẩm, ra thị trường nhanh".