如標(biāo)題所示，這是一個(gè)介紹SuperPro Designer?工藝模擬軟件的文章，所涉及的主題正好也是今年化工設(shè)計(jì)大賽中所要求的課題，有需要的同學(xué)正好可以參考一用。為什么要介紹SuperPro Designer，因?yàn)閭€(gè)人喜歡研究各種流程模擬相關(guān)的軟件和技術(shù)，而SuperPro Designer與我們通常使用的模擬軟件相比又有些獨(dú)特點(diǎn)，直接引用官方的介紹是：

SuperPro Designer有助于在廣泛的行業(yè)(生物技術(shù)、制藥、精細(xì)化工、食品加工、消費(fèi)品、冶金、水凈化、廢水處理、空氣污染控制等)中集成批量和連續(xù)制造過程的建模、評(píng)估和優(yōu)化。在同一工具中結(jié)合制造和環(huán)境保護(hù)的操作模式，使用戶可以在設(shè)計(jì)和優(yōu)化制造處理工藝的同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制。

其中我很關(guān)心的便是生物技術(shù)、精細(xì)化工等方面的技術(shù)進(jìn)展，外加它可以很方便的出一些生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和評(píng)估等主題的報(bào)告，所以空余時(shí)間學(xué)習(xí)和了解了一番，也在此分享給大家。

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1,3-丙二醇通常縮寫為 PDO，是一種無色、粘稠的有機(jī)化合物。直到最近，所有商用 PDO 都是通過從石油衍生物進(jìn)行化學(xué)合成生產(chǎn)的，采用以下兩種工藝之一：基于丙烯醛水合作用的 Degussa 工藝（已出售給杜邦公司）或基于環(huán)氧乙烷加氫甲?；饔玫?Shell 工藝。這些工藝存在產(chǎn)量低、溫度和壓力條件危險(xiǎn)、能耗高、消耗不可再生的有毒原料、使用昂貴的催化劑以及產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物等問題。然而，2000 年，杜邦公司和 Genencor 公司開發(fā)出了一種利用葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn) PDO 的微生物工藝。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們通過引入將葡萄糖轉(zhuǎn)化為甘油的釀酒酵母酶和將甘油轉(zhuǎn)化為 PDO 的肺炎克雷伯氏菌酶，設(shè)計(jì)出一種將葡萄糖轉(zhuǎn)化為 PDO 的大腸桿菌菌株。2006 年，杜邦公司與食品加工公司泰萊（Tate & Lyle）成立了一家合資企業(yè)，開始生產(chǎn)這種生物基PDO。該公司還開始利用生物基 PDO 生產(chǎn) PTT，目前在 PDO 市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。盡管如此，殼牌仍是 PDO 市場(chǎng)的重要競(jìng)爭(zhēng)者；此外，殼牌還生產(chǎn) PTT。PDO 領(lǐng)域還包括一些規(guī)模較小的企業(yè)，如采用油基工藝的中國公司鄒平銘興化工有限公司和通過甘油發(fā)酵生產(chǎn) PDO 的中國公司 張家港華美生物材料有限公司 [8]。法國 Metabolic Explorer 公司也于 2020 年開始通過甘油發(fā)酵生產(chǎn) PDO。其它的市場(chǎng)參與者主要還有濟(jì)南海航化工有限公司， Merck KGgA (德國)， Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (日本)， 以及盛虹集團(tuán)控股有限公司等。

在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中，目前正在研究通過發(fā)酵或催化（化學(xué)）途徑可持續(xù)生產(chǎn) PDO 的各種途徑。甘油是一種與 PDO 關(guān)系密切的三醇，也是生物柴油生產(chǎn)的副產(chǎn)品。生物柴油生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的甘油最終來自植物生物質(zhì)（植物油），因此用這種材料生產(chǎn)的 PDO 在很大程度上是可再生的。此外，過去幾年生物柴油產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)大大降低了甘油的商業(yè)價(jià)值，使其成為一種非常廉價(jià)的 PDO 生產(chǎn)原料。值得注意的是，迄今為止，在自然界中發(fā)現(xiàn)的所有合成 PDO 的代謝途徑都涉及甘油的還原。

本案例模型中，PDO 的生物合成依賴于重組大腸桿菌菌株的發(fā)酵，該菌株可將葡萄糖轉(zhuǎn)化為 PDO，就像杜邦工藝一樣。本案例所示方案可視為杜邦工藝的簡(jiǎn)化版。該模型的生產(chǎn)目標(biāo)是每年生產(chǎn) 23,000 噸 PDO。這相當(dāng)于大約 3 噸/小時(shí)。

微生物將甘油轉(zhuǎn)化為 PDO

許多細(xì)菌菌株都能通過甘油的厭氧或微氧發(fā)酵生產(chǎn) PDO。它們大多屬于腸桿菌科，包括克雷伯氏菌（肺炎克雷伯氏菌、氧托卡氏克雷伯氏菌）、枸櫞酸桿菌（弗氏枸櫞酸桿菌、阿馬洛那枸櫞酸桿菌、韋克曼枸櫞酸桿菌）和腸桿菌（E. agglomerans、E. aerogenes），或者屬于梭狀芽孢桿菌屬（C. butyricum、C. pasteurianum、C. bifermentans、C. saccharobutylicum、C. diolis）。其他 PDO 生產(chǎn)者包括乳酸菌（L. reuteri、L. brevis、L. buchneri）、Hafnia alvei 和 Halanaerobium saccharolyticum 。值得注意的是，許多產(chǎn)生 PDO 的腸桿菌科菌株都具有致病性，這不利于它們的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

如下圖所示，當(dāng)以甘油為唯一碳源進(jìn)行厭氧生長(zhǎng)時(shí)，這些細(xì)菌大多通過兩條途徑進(jìn)行新陳代謝：一條是氧化途徑，另一條是還原途徑。在氧化途徑中，甘油首先轉(zhuǎn)化為二羥基丙酮（DHA），然后轉(zhuǎn)化為丙酮酸，最后轉(zhuǎn)化為醋酸、乙醇或其他發(fā)酵產(chǎn)物；在此過程中會(huì)產(chǎn)生還原當(dāng)量（NADH）。  另一方面，在還原分支中，甘油首先轉(zhuǎn)化為 3-羥基丙醛（HPA），然后轉(zhuǎn)化為 1,3-丙二醇。最后一步是還原反應(yīng)，需要 NADH；因此，氧化分支產(chǎn)生的還原當(dāng)量為還原途徑提供能量。換句話說，甘油代謝可被視為一種歧化反應(yīng) 。另外，也可以使用含有甘油和第二碳源（輔助底物）（如葡萄糖）的培養(yǎng)基，這樣微生物就會(huì)優(yōu)先使用輔助底物來獲得能量和還原力，而將甘油轉(zhuǎn)化為 PDO。

在還原分支中，甘油轉(zhuǎn)化為 HPA 是由甘油脫水酶催化的限速步驟，在肺炎克雷伯氏菌和自由檸檬桿菌等幾種菌株中，這種酶需要輔酶 B12（丁酸梭菌的酶是一個(gè)明顯的例外，因?yàn)樗恍枰o酶 B12）。因此，在培養(yǎng)基中添加維生素 B12 可能會(huì)對(duì)生產(chǎn) PDO 的經(jīng)濟(jì)可行性產(chǎn)生負(fù)面影響。

PDO 生物合成的產(chǎn)量、滴定度和生產(chǎn)率

實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)品產(chǎn)量、滴定度和生產(chǎn)率對(duì)微生物生產(chǎn) PDO 的經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，事實(shí)上，對(duì)任何發(fā)酵工藝的經(jīng)濟(jì)性也至關(guān)重要。下表列出了微生物生產(chǎn) PDO 的這些參數(shù)的大量文獻(xiàn)匯編，包括每項(xiàng)工作中采用的微生物類型、碳源和發(fā)酵模式（間歇式、間歇進(jìn)料式或連續(xù)式）。最佳結(jié)果包括野生菌株，如在粗甘油上生長(zhǎng)的丁酸梭菌 AKR 102a（93.7 g/L，3.3 g/L/h，0.63 mol/mol）和在純甘油上生長(zhǎng)的肺炎克雷伯菌 KG1（98.7 g/L，3.3 g/L/h，0.51 mol/mol），以及在純甘油（104.4 g/L，2.6 g/L/h，0.90 mol/mol）上生長(zhǎng)的大腸桿菌重組菌株和在粗甘油（82.7 g/L，3.1 g/L/h，0.66 mol/mol）上生長(zhǎng)的微生物聯(lián)合體（C2-2M，來自厭氧活性污泥）。除了大腸桿菌的研究采用了兩步間歇式培養(yǎng)策略外，所有這些研究都采用了進(jìn)料間歇式培養(yǎng)。值得一提的是，據(jù)報(bào)道，杜邦公司開發(fā)的商業(yè) PDO 工藝使用其在葡萄糖上生長(zhǎng)的改良重組大腸桿菌菌株，滴度達(dá)到 135 克/升，生產(chǎn)率為 3.5 克/升/小時(shí)，產(chǎn)率為 0.6 摩爾/摩爾。

鑒于粗甘油比純（USP）甘油甚至葡萄糖便宜得多，上述粗甘油的結(jié)果尤其令人鼓舞?？紤]到粗甘油可能含有大量有毒和/或抑制性分子，特別是甲醇、鹽類和重金屬，這些結(jié)果也令人印象深刻[13,16]。無論如何，粗甘油的成分在很大程度上取決于產(chǎn)生粗甘油的生物柴油生產(chǎn)工藝，尤其是用作原料的植物油。這種多變的質(zhì)量可能會(huì)影響發(fā)酵型 PDO 的生產(chǎn)。

純化微生物生產(chǎn)的 PDO

PDO 的回收和純化對(duì)這種化合物的微生物生產(chǎn)是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。發(fā)酵液中不僅含有大量雜質(zhì)，特別是細(xì)胞釋放的醇和有機(jī)酸、培養(yǎng)基成分和裂解細(xì)胞的成分，而且 PDO 與水完全混溶，沸點(diǎn)相當(dāng)高（>200 °C），這使得產(chǎn)品與水的分離相當(dāng)困難。常用的分離方法包括蒸發(fā)、蒸餾、膜過濾和離子交換系統(tǒng)。然而，蒸發(fā)和蒸餾等傳統(tǒng)熱技術(shù)需要事先去除大分子，否則隨著水分的去除，液體會(huì)變得非常粘稠。例如，在杜邦公司的專利工藝中，發(fā)酵液首先經(jīng)過微過濾，將細(xì)胞外培養(yǎng)基（含有產(chǎn)品）與細(xì)胞分離，然后采用超濾和納濾去除滲透液中的細(xì)胞碎片和大分子。接下來，溶液經(jīng)過蒸發(fā)、離子交換和蒸餾等多個(gè)步驟，最終得到有機(jī)雜質(zhì)含量低于 400 ppm 的產(chǎn)品。Saxena 及其同事提出了一種更簡(jiǎn)單的方法，只需 4 個(gè)步驟：微過濾、活性炭、離子交換和真空蒸餾。

也有人考慮過簡(jiǎn)單的液-液萃取，但 PDO 對(duì)水的高親和力使得這種技術(shù)不切實(shí)際。反應(yīng)液萃取法也取得了一定的成功，這種方法是先將 PDO 轉(zhuǎn)化為疏水性更強(qiáng)的分子，然后用有機(jī)溶劑萃取，最后再還原為 PDO。不過，更有前途的技術(shù)似乎是鹽析萃取，即在 PDO 溶液中加入鹽，然后加入親水性溶劑（如甲醇或乙醇）來萃取 PDO。一種相關(guān)的技術(shù)是加入糖而不是鹽（或與鹽一起加入），被命名為 "糖化萃取"，也產(chǎn)生了有趣的結(jié)果。

無論如何，重要的是要記住，所追求的純度完全取決于產(chǎn)品的預(yù)期用途（如防凍劑與化妝品配方）。

過程描述

整個(gè)過程的流程圖較大，細(xì)節(jié)請(qǐng)打開案例文件后查看。本示例的模型大致基于杜邦泰萊生物制品公司的工藝，該工藝在兩項(xiàng)專利中有所描述：一項(xiàng)涉及 PDO 的生物合成，另一項(xiàng)涉及其純化。在這種模式中，PDO 的生物合成依賴于重組大腸桿菌菌株的發(fā)酵，這種菌株可以將葡萄糖轉(zhuǎn)化為 PDO，就像杜邦公司的工藝一樣。這種細(xì)菌發(fā)酵以進(jìn)料批處理模式進(jìn)行。這里提出的純化策略包括微濾、超濾、混合床離子交換層析、蒸發(fā)步驟和兩個(gè)蒸餾裝置。這一下游方案可視為杜邦工藝的簡(jiǎn)化版，杜邦工藝建議增加一個(gè)過濾步驟（超濾后進(jìn)行納濾）；五個(gè)離子交換層析；四個(gè)蒸餾步驟；以及蒸餾步驟之間的一個(gè)氫化步驟。此外，該模型的生產(chǎn)目標(biāo)是每年生產(chǎn) 23,000 噸 PDO。這相當(dāng)于大約 3 公噸/小時(shí)。

為便于報(bào)告和分析，該過程分為四個(gè)部分： 物料準(zhǔn)備，發(fā)酵，澄清，凈化。

物料準(zhǔn)備

該工藝需要三種主要的培養(yǎng)基化合物：葡萄糖（主要碳源）；氨（作為氮源和調(diào)節(jié) pH 值）；以及 "鹽"，即微生物生長(zhǎng)和培養(yǎng)基緩沖所需的礦物質(zhì)和其他培養(yǎng)基成分的混合物。需要強(qiáng)調(diào)的是，鑒于 PDO 是一種商品化學(xué)品，用于生產(chǎn) PDO 的培養(yǎng)基應(yīng)簡(jiǎn)單而廉價(jià)。

葡萄糖、氨和鹽這三種主要培養(yǎng)基化合物分別在混合罐（BT-101 用于氨，BT-102 用于葡萄糖和鹽）中與水混合，以獲得適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備溶液：葡萄糖 50%（重量比）、NH3 30%（重量比）和鹽溶液（19.8 克/升）。此外，葡萄糖溶液和鹽溶液在使用前都必須進(jìn)行滅菌；為此，兩種溶液都使用了熱力滅菌器（ST-101）。然后，這三種溶液分別儲(chǔ)存在一個(gè)單獨(dú)的儲(chǔ)罐（HT-101、HT-102 和 HT-103）中，并通過分流程序（大流量，4 路分流）與發(fā)酵部的四個(gè)發(fā)酵程序相連接：FSP-101 用于 NH3；FSP-102 用于葡萄糖；FSP-103 用于鹽溶液。

發(fā)酵部分

發(fā)酵部分包括微生物生長(zhǎng)和 PDO 合成。假定大腸桿菌在 37 °C、40 小時(shí)的進(jìn)料批處理（FR-201）中進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，以生產(chǎn) PDO。假設(shè)每小時(shí)生產(chǎn) 3噸 PDO。這相當(dāng)于年產(chǎn)量約 23,000 噸，考慮到全球 PDO 市場(chǎng)目前已超過 140,000 噸，且年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為 10%，這是一個(gè)合理的目標(biāo)。生產(chǎn) PDO 使用的是一個(gè) 919 立方米的發(fā)酵罐。之所以能使用這么大的發(fā)酵罐，完全是因?yàn)?PDO 的微生物生產(chǎn)是厭氧的；否則，氧氣的輸送就會(huì)成為問題。不過，為了為如此大型的發(fā)酵罐生產(chǎn)足夠數(shù)量的接種物，需要所謂的 "種子列車"。它由一系列體積不斷增大的小型發(fā)酵罐組成。在本工藝中，采用了由三個(gè)種子發(fā)酵罐（SFR-201（734 升）、SFR-202（7.64 立方米）和 SFR-203（76.7 立方米））組成的種子發(fā)酵罐組。種子發(fā)酵罐中的微生物生長(zhǎng)為好氧生長(zhǎng)，在 37 °C、30 小時(shí)的批量模式下進(jìn)行。給發(fā)酵罐供料的培養(yǎng)基制備分流器的規(guī)格見表 2。

請(qǐng)注意，給鹽溶液供料的 FSP-101 的分料規(guī)格遵循 10 倍膨脹系數(shù)，而給葡萄糖和氨水供料的 FSP-102 和 FSP-103 的規(guī)格則不同。事實(shí)上，F(xiàn)SP-102 和 FSP-103 向主發(fā)酵罐提供了更大的份額，這是因?yàn)樵摪l(fā)酵罐是以進(jìn)料批次模式運(yùn)行的，因此葡萄糖和氨水被持續(xù)引入反應(yīng)器。

本節(jié)還包括種子發(fā)酵罐通氣所需的單元程序。首先，環(huán)境空氣通過空氣過濾器（AF-205）進(jìn)行消毒；其次，消毒空氣通過壓縮機(jī)將壓力提高 2 巴（G-201）；最后，通過三向流量分配程序（FSP-201）以 1 VVM（每分鐘容器體積）的速度將氣流送入三個(gè)種子發(fā)酵罐。

還需注意的是，曝氣程序被設(shè)置為連續(xù)模式。

發(fā)酵罐中發(fā)生的基本生物轉(zhuǎn)化是通過簡(jiǎn)單的批量化學(xué)反應(yīng)模擬的。其中，種子發(fā)酵罐中微生物的生長(zhǎng)是通過以下反應(yīng)來描述的：

100 葡萄糖 + 5.5 NH3 + 66.9 O2 + 2 鹽 → 42 生物質(zhì) + 71.7 CO2 +60.6 H2O

其中化學(xué)計(jì)量系數(shù)以質(zhì)量為基礎(chǔ)。另一方面，主發(fā)酵罐中的分批進(jìn)料過程用以下反應(yīng)描述：

100 葡萄糖 + 3.8 NH3 + 1 鹽 → 27.5 生物質(zhì) + 7.5 CO2 + 19.8 H2O + 50 PDO

其中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)也是基于質(zhì)量的。請(qǐng)注意，由于 PDO 的合成是在厭氧條件下進(jìn)行的，因此主發(fā)酵反應(yīng)不包括氧氣。此外，發(fā)酵反應(yīng)的程度設(shè)定為反應(yīng)限制組成（本例中為葡萄糖）的 99%。所有這些假設(shè)導(dǎo)致在主要發(fā)酵程序結(jié)束時(shí)，PDO 滴定度為 139 克/升的發(fā)酵液約為 735 立方米，即每批約 102 噸PDO。發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液被轉(zhuǎn)移到一個(gè)緩沖罐 (HT-201)，該罐將上游分支（由培養(yǎng)基制備和發(fā)酵組成）與下游分支（由澄清和純化組成）分開。

澄清部分

首先，必須將微生物細(xì)胞從含有 PDO 的細(xì)胞外培養(yǎng)基中分離出來；這種分離可以通過離心或微過濾完成。在本例中，我們選擇了橫流微過濾（P-25/ MF-301）。在該程序的主要操作（名為 "濃縮"）中，生物質(zhì)的截留系數(shù) (RC) 為 0.99，濃縮因子（進(jìn)料/回流）為 2。此外，還規(guī)定了 7 小時(shí)的過濾時(shí)間和 25 L?m-2?h-1 的濾液通量。在 "濃縮 "操作之后，微濾程序中還增加了一個(gè) CIP 操作，持續(xù)時(shí)間為 1 小時(shí)。此外，微濾程序被設(shè)置為每批次執(zhí)行 3 次；在 SuperPro Designer 中，這相當(dāng)于為該程序指定了每批次 3 個(gè)周期。

這種微過濾程序會(huì)產(chǎn)生兩股物流：濾液（含有大部分 PDO）和回流液（含有大部分生物質(zhì)）。不過，回流液中仍有相當(dāng)高濃度的 PDO。為了盡量減少產(chǎn)品損失，回流液用水稀釋（至干細(xì)胞重量的 85 克/升），然后進(jìn)行第二次微過濾（P-28/MF-302），與第一次微過濾非常相似（包括每批次進(jìn)行 3 次）。

然后將第一和第二道微過濾工序的濾液流合并到一個(gè)罐中 (P-29/HT-302)，并通過一個(gè)橫流超濾步驟 (P-30/UF-301)進(jìn)一步凈化。該步驟可去除殘留的生物質(zhì)以及液體中可能存在的蛋白質(zhì)和細(xì)胞碎片。在名為 "濃縮 "的主要操作中，生物質(zhì)的 RC 值為 1.0，混合物的濃縮因子為 5。該操作的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為 11 小時(shí)，濾液通量設(shè)定為 30 L?m-2?h-1 。與微濾程序一樣，在濃縮操作之后，超濾程序中還包括一個(gè)持續(xù)時(shí)間為 1 小時(shí)的 CIP 操作。此外，超濾程序還設(shè)置為每批次多次循環(huán)（本例中為兩次）。

凈化部分

澄清后的溶液被收集到儲(chǔ)罐 (P-31/HT-401) 中，然后轉(zhuǎn)入混合床離子交換程序 (P-32/INX-401)，以去除溶液中的離子種類。該過程與兩個(gè)設(shè)備單元（塔）的工作不同步；這種調(diào)度安排在 SuperPro Designer 中被稱為 "交錯(cuò)模式"。此外，還為離子交換過程分配了四個(gè)操作：一個(gè) "加載 "操作、兩個(gè) "再生 "操作和一個(gè) "清洗 "操作。在模擬 "加載 "操作時(shí)，指定樹脂的結(jié)合能力為 100 克/升（以離子質(zhì)量計(jì)），氨（以銨離子形式）和鹽的結(jié)合率分別估計(jì)為 98% 和 95%。每個(gè)塔的負(fù)載時(shí)間為 2 小時(shí)，然后用燒堿（NaOH 4%）和硫酸（H2SO4 4%）再生，再用水沖洗，這樣每個(gè)塔的循環(huán)時(shí)間為 3.5 小時(shí)。最后，將該程序設(shè)置為獨(dú)立于主流程循環(huán)，循環(huán)時(shí)間為 2 小時(shí)。

離開離子交換層析的去離子溶液主要含有水、PDO 和葡萄糖，被收集到一個(gè)儲(chǔ)罐（P-33/HT-402）中，然后進(jìn)入多效蒸發(fā)器，去除大部分（99%）水分。該程序被設(shè)置為連續(xù)模式。然后，濃縮（富含 PDO）液流被儲(chǔ)存在一個(gè)儲(chǔ)罐（P-37/HT-403）中，之后，溶液被蒸餾兩次，以獲得所需的產(chǎn)品純度。第一次蒸餾過程（P-38/C-401）在 PDO 的沸點(diǎn)（189° C）下進(jìn)行，以將 PDO 和水與葡萄糖及其他重溶質(zhì)分離；98% 的 PDO 和 99.5% 的水被分離出來。

水最終進(jìn)入蒸餾物。這種蒸餾物儲(chǔ)存在另一個(gè)儲(chǔ)罐（P-39/HT-404）中，然后進(jìn)行新的蒸餾程序（P-40/C-402），蒸餾溫度低于 PDO 的沸點(diǎn)，但高于水的沸點(diǎn)，這樣 99.5% 的水會(huì)進(jìn)入蒸餾物，而 99% 的 PDO 會(huì)留在底部。兩種蒸餾都以連續(xù)模式進(jìn)行。因此，第二次蒸餾的底流含有純度為 99.97% 的 PDO 產(chǎn)品。

流程調(diào)度和消除瓶頸

該工藝的總批次時(shí)間約為 190.3 小時(shí)（約 8 天）。這是從特定批次的開始（即發(fā)酵培養(yǎng)基的制備）到特定批次的結(jié)束（純產(chǎn)品的生成）所耗費(fèi)的時(shí)間。然而，批次周期時(shí)間僅為 24 小時(shí)，因?yàn)樵撨^程中的單個(gè)程序比整個(gè)批次時(shí)間短得多，而且在該過程的某些部分使用了多個(gè)（交錯(cuò)的）設(shè)備。

可視化流程計(jì)劃的最佳方法是設(shè)備占用圖 (EOC)，這在軟件中非常容易獲得——一鍵生成。

下圖顯示了該流程的 20 個(gè)連續(xù)批次。EOC 是一種寶貴的工具，可用于識(shí)別調(diào)度瓶頸（占用時(shí)間最長(zhǎng)的設(shè)備項(xiàng)目），并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以縮短工藝批次部分的周期時(shí)間，從而提高產(chǎn)量。例如，圖中顯示，在該流程的發(fā)酵部分，生產(chǎn)發(fā)酵罐（FR-201 和 FR-201b）的流程時(shí)間最長(zhǎng)，約為 2 天，且連續(xù)批次之間的間隔最小。因此，它們是發(fā)酵工段目前的瓶頸。從圖表中還可以清楚地看出，以錯(cuò)開的方式操作兩個(gè)主發(fā)酵罐（在 SuperPro 中被稱為錯(cuò)開模式）可以使工廠每天啟動(dòng)一個(gè)批次。還需注意的是，EOC 中發(fā)酵罐下方所示的這一流程的下游部分很少有空閑時(shí)間，或根本沒有空閑時(shí)間；換句話說，下游設(shè)備是連續(xù)運(yùn)行的。

軟件還提供業(yè)務(wù)甘特圖（MS Project 風(fēng)格），這為我們提供了流程時(shí)間表的另一種視圖。它與基于資源的 EOC 不同，它是基于任務(wù)的。該圖顯示一個(gè)或多個(gè)批次的詳細(xì)調(diào)度信息——單批 PDO 生產(chǎn)的運(yùn)營甘特圖。

當(dāng)然，軟件還提供了基于項(xiàng)目評(píng)估與分析的各種內(nèi)置報(bào)告，均可一鍵導(dǎo)出，如下圖所示：

為大家導(dǎo)出幾個(gè)報(bào)告作為預(yù)覽，可以大概看到其內(nèi)容還是很詳實(shí)的。

物料平衡報(bào)告：

經(jīng)濟(jì)評(píng)估報(bào)告：

現(xiàn)金流分析報(bào)告：

分項(xiàng)成本報(bào)告：

限于篇幅不再一一列舉。

總結(jié)

利用基因工程細(xì)菌通過葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn) 1,3-丙二醇，是以生物為基礎(chǔ)制造商品有機(jī)化學(xué)品的一個(gè)成功實(shí)例。這一工藝在很大程度上取代了傳統(tǒng)的石油化工工藝，同時(shí)大大減少了產(chǎn)品的碳足跡。此外，目前的 SuperPro Designer 模型證實(shí)了發(fā)酵法生產(chǎn) PDO 的經(jīng)濟(jì)可行性，表明年產(chǎn)量約為 23,000 噸、產(chǎn)品售價(jià)為 2.0 美元/公斤的工廠的毛利率為 6.9%，投資回報(bào)率為 13.3%，投資回收期為 7.5 年。這樣的工廠需要約 5,500 萬美元的資本投資，每年的運(yùn)營成本約為 4,300 萬美元。鑒于 55% 的運(yùn)營成本來自原材料，尤其是葡萄糖，未來可以通過用木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)生的糖類替代葡萄糖，甚至將碳源改為生物柴油生產(chǎn)產(chǎn)生的甘油，從而節(jié)省成本。

長(zhǎng)

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