畢業(yè)設計-年產(chǎn)480噸工業(yè)用纖維素酶制劑廠設計1

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc11983950 1.緒論 PAGEREF _Toc11983950 h - 1 - HYPERLINK l _Toc11983951 1.1.工程建設的背景 PAGEREF _Toc11983951 h - 1 - HYPERLINK l _Toc11983952 1.1.1.工程提出的依據(jù) PAGEREF _Toc11983952 h - 1 - HYPERLINK l _Toc11983953 1.1.2.投資的必要性和經(jīng)濟意義 PAGEREF _Toc11983953 h - 2 - HYPERLINK l _To

2、c11983954 1.2.廠址選擇 PAGEREF _Toc11983954 h - 2 - HYPERLINK l _Toc11983955 1.2.1.投資環(huán)境評價 PAGEREF _Toc11983955 h - 2 - HYPERLINK l _Toc11983957 1.2.2.開發(fā)區(qū)財政支持及土地政策 PAGEREF _Toc11983957 h - 2 - HYPERLINK l _Toc11983958 1.3.工程建設的意義 PAGEREF _Toc11983958 h - 2 - HYPERLINK l _Toc11983960 2.廠區(qū)平面設計 PAGEREF _Toc

3、11983960 h - 3 - HYPERLINK l _Toc11983961 2.1.總平面設計 PAGEREF _Toc11983961 h - 3 - HYPERLINK l _Toc11983964 2.2.設計說明書 PAGEREF _Toc11983964 h - 3 - HYPERLINK l _Toc11983965 2.2.1.設計依據(jù) PAGEREF _Toc11983965 h - 3 - HYPERLINK l _Toc11983967 2.2.2.總平面設計說明 PAGEREF _Toc11983967 h - 3 - HYPERLINK l _Toc119839

4、68 2.3.主要設計指標 PAGEREF _Toc11983968 h - 4 - HYPERLINK l _Toc11983970 3.產(chǎn)品方案及工藝流程 PAGEREF _Toc11983970 h - 4 - HYPERLINK l _Toc11983971 3.1.產(chǎn)品與產(chǎn)量確實定 PAGEREF _Toc11983971 h - 4 - HYPERLINK l _Toc11983974 3.2.工藝流程 PAGEREF _Toc11983974 h - 4 - HYPERLINK l _Toc11983975 3.2.1.原輔料及菌種 PAGEREF _Toc11983975 h

5、- 4 - HYPERLINK l _Toc11983978 3.2.2.工藝流程圖 PAGEREF _Toc11983978 h - 4 - HYPERLINK l _Toc11983979 3.2.3.操作要點 PAGEREF _Toc11983979 h - 5 - HYPERLINK l _Toc11983980 3.3.物料衡算 PAGEREF _Toc11983980 h - 8 - HYPERLINK l _Toc11983986 3.3.1.原料計算 PAGEREF _Toc11983986 h - 8 - HYPERLINK l _Toc11983987 3.3.2.輔料計算

6、 PAGEREF _Toc11983987 h - 9 - HYPERLINK l _Toc11983988 3.3.3.計算結(jié)果 PAGEREF _Toc11983988 h - 10 - HYPERLINK l _Toc11983989 3.4.生產(chǎn)設備選型 PAGEREF _Toc11983989 h - 11 - HYPERLINK l _Toc11983990 3.4.1.主要生產(chǎn)設備生產(chǎn)能力計算 PAGEREF _Toc11983990 h - 11 - HYPERLINK l _Toc11983991 3.4.2.主要生產(chǎn)設備選型表 PAGEREF _Toc11983991 h

7、- 16 - HYPERLINK l _Toc11983992 3.5.勞動力平衡 PAGEREF _Toc11983992 h - 17 - HYPERLINK l _Toc11983995 3.6.水電汽平衡 PAGEREF _Toc11983995 h - 17 - HYPERLINK l _Toc11983996 3.6.1.全年用水量計算 PAGEREF _Toc11983996 h - 17 - HYPERLINK l _Toc11983997 3.6.2.全年用電量計算 PAGEREF _Toc11983997 h - 19 - HYPERLINK l _Toc11983998

8、生產(chǎn)用電 PAGEREF _Toc11983998 h - 19 - HYPERLINK l _Toc11983999 3.6.3.蒸汽用量計算 PAGEREF _Toc11983999 h - 20 - HYPERLINK l _Toc11984000 4.工廠衛(wèi)生和平安生產(chǎn) PAGEREF _Toc11984000 h - 20 - HYPERLINK l _Toc11984001 4.1.廠內(nèi)部總平面布局的衛(wèi)生 PAGEREF _Toc11984001 h - 20 - HYPERLINK l _Toc11984002 4.2.廠房內(nèi)部環(huán)境衛(wèi)生 PAGEREF _Toc11984002

9、h - 20 - HYPERLINK l _Toc11984003 4.3.生產(chǎn)設備衛(wèi)生 PAGEREF _Toc11984003 h - 21 - HYPERLINK l _Toc11984004 4.4.酶制劑生產(chǎn)的考前須知 PAGEREF _Toc11984004 h - 21 - HYPERLINK l _Toc11984005 4.4.1.固體酶生產(chǎn)考前須知 PAGEREF _Toc11984005 h - 21 - HYPERLINK l _Toc11984006 4.4.2.液體酶生產(chǎn)考前須知 PAGEREF _Toc11984006 h - 21 - HYPERLINK l _

10、Toc11984007 4.4.3.酶生產(chǎn)過程中的個人防護裝備 PAGEREF _Toc11984007 h - 21 - HYPERLINK l _Toc11984008 5.公共工程和輔助工程 PAGEREF _Toc11984008 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984009 5.1.公共工程 PAGEREF _Toc11984009 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984010 .1.給排水工程 PAGEREF _Toc11984010 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984011 5.1.2.供汽工程 PAGEREF

11、 _Toc11984011 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984012 5.1.3.供電工程 PAGEREF _Toc11984012 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984013 5.1.4.壓縮空氣系統(tǒng) PAGEREF _Toc11984013 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984014 5.1.5.采暖通氣系統(tǒng) PAGEREF _Toc11984014 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984015 5.1.6.冷卻水系統(tǒng) PAGEREF _Toc11984015 h - 22 - HYPERLIN

12、K l _Toc11984017 5.1.7.環(huán)保系統(tǒng) PAGEREF _Toc11984017 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984018 5.1.8.制冷工程 PAGEREF _Toc11984018 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984019 5.2.輔助工程 PAGEREF _Toc11984019 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984020 5.2.1.工程需土建的輔助系統(tǒng) PAGEREF _Toc11984020 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984021 5.2.2.運輸設備 PAGE

13、REF _Toc11984021 h - 22 - HYPERLINK l _Toc11984022 6.企業(yè)組織和勞動定員 PAGEREF _Toc11984022 h - 23 - HYPERLINK l _Toc11984023 6.1.企業(yè)組織 PAGEREF _Toc11984023 h - 23 - HYPERLINK l _Toc11984024 6.2.工作制度 PAGEREF _Toc11984024 h - 23 - HYPERLINK l _Toc11984026 6.3.勞動定員 PAGEREF _Toc11984026 h - 23 - HYPERLINK l _To

14、c11984028 7.環(huán)境保護 PAGEREF _Toc11984028 h - 24 - HYPERLINK l _Toc11984029 8.設計概算 PAGEREF _Toc11984029 h - 24 - HYPERLINK l _Toc11984030 9.經(jīng)濟技術(shù)分析 PAGEREF _Toc11984030 h - 26 - HYPERLINK l _Toc11984031 9.1.工廠本錢 PAGEREF _Toc11984031 h - 26 - HYPERLINK l _Toc11984032 9.1.1.原輔料總本錢 PAGEREF _Toc11984032 h -

15、26 - HYPERLINK l _Toc11984033 9.1.2.包裝材料本錢 PAGEREF _Toc11984033 h - 27 - HYPERLINK l _Toc11984034 9.1.3.水費耗用 PAGEREF _Toc11984034 h - 27 - HYPERLINK l _Toc11984035 9.1.4.工人工資、動力費、設備折舊費 PAGEREF _Toc11984035 h - 27 - HYPERLINK l _Toc11984036 9.2.利潤 PAGEREF _Toc11984036 h - 27 - HYPERLINK l _Toc1198403

16、7 9.3.稅金 PAGEREF _Toc11984037 h - 27 - HYPERLINK l _Toc11984038 9.4.出廠價格 PAGEREF _Toc11984038 h - 28 - HYPERLINK l _Toc11984039 參考文獻 PAGEREF _Toc11984039 h - 29 - HYPERLINK l _Toc11984040 致謝 PAGEREF _Toc11984040 h - 29 - HYPERLINK l _Toc11984041 圖表說明： PAGEREF _Toc11984041 h - 29 -年產(chǎn)480噸工業(yè)用纖維素酶制劑廠設計摘

17、要：本設計主要是對年產(chǎn)480噸工業(yè)用纖維素酶制劑廠進行了設計。本設計從產(chǎn)品需求、地理環(huán)境、政策環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)等各項條件出發(fā)，針對480噸工業(yè)用纖維素酶制劑工程的需要，進行了車間平面設計，并對產(chǎn)品方案、生產(chǎn)工藝、設備選型、物料衡算、全廠衛(wèi)生平安、企業(yè)組織等方面進行了研究與設計。最后對本方案進行了技術(shù)經(jīng)濟分析，研究說明：該工程固定資產(chǎn)投資2610萬元，工程完成之后可年產(chǎn)固體纖維素酶240t，液體纖維素酶240t，年利潤1692萬元，投資回收期為3年。關(guān)鍵詞：工業(yè)用纖維素酶；工廠設計；物料衡算；技術(shù)經(jīng)濟分析The Plant Design of a 480t/a Production Capacit

18、y of Industrial Used CellulaseXia Fei(College of Life Science, Bioengineering, Grade 2004, Class 2, 042510105)Abstract This study was aimed to design a industrial used cellulase production plant with a 480-ton production annual capacity.Workshop horizontal design, the product plan and the craft proo

19、f, selection of processing technology and equipment, materials balancing, hygiene and safety, and organization were studied and designed for the industrial used cellulase production, based on the demand of product, geographical environment, governmental policies and the production technology. At las

20、t the analysis of technical economy of this project was done. It showed that the fixed assets was 26.1 million RMB, after the completion of the project, the plant may yearly produce solid cellulase 240t, liquid cellulase 240t, the annual profit was 16.92 million RMB, and the return time of investmen

21、t was 3 years.Key Words Industrial used cellulase; Plant design; Materials balancing; Technical economy analysis緒論工程建設的背景工程提出的依據(jù)纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱。它不是單種酶，而是起協(xié)同作用的多組酶系。大多微生物產(chǎn)生的纖維素酶，最主要的有三個局部：內(nèi)切葡聚糖酶；纖維二糖水解酶；葡萄糖苷酶。一般纖維素酶的相對分子質(zhì)量在4500075000之間，最適合溫度50左右，最適pH=45。纖維素酶的用途極其廣泛，近年來被廣泛應用于酒精、飼料、食品等行業(yè)1。纖維素是目前

22、地球上唯一產(chǎn)量巨大而未得到充分利用的可再生資源，廣泛而大量存在于自然界。隨著能源危機的日漸加劇，對于纖維素的利用吸引了許多研究者的眼光。利用纖維素的關(guān)鍵是把不溶于水的纖維素分解為可發(fā)酵性糖，而纖維素酶那么是此關(guān)鍵中的關(guān)鍵。利用纖維素酶可將纖維素質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，再利用微生物將糖轉(zhuǎn)化為乙醇。用此方法生產(chǎn)的燃料乙醇可局部取代汽油。這是目前生物能源研究的重點，也是纖維素酶的主要應用方向。隨著酶制劑工業(yè)的開展，纖維素酶的應用范圍也進一步的擴大。纖維素酶是畜牧業(yè)中的一種新型飼料添加劑。利用纖維素酶能將飼料中一局部難于消化的纖維素轉(zhuǎn)化為糖和菌體蛋白，改善動物飼料利用性，能使畜禽最大限度的利用飼料，提

23、高飼料利用價值，減少畜禽消化道疾病發(fā)生，同時可減少飼料用量，降低養(yǎng)殖本錢3。投資的必要性和經(jīng)濟意義隨著生物工程的迅猛開展，纖維素酶制劑的生產(chǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實。美國、丹麥和日本于20世紀70年代就開始了纖維素酶的生產(chǎn)，國際市場根本上為它們所壟斷，我國七五方案才把纖維素酶的生產(chǎn)列為攻關(guān)方案，國內(nèi)現(xiàn)已有些廠投產(chǎn)，年產(chǎn)量約5000多噸，國內(nèi)生產(chǎn)量遠遠不能滿足市場需求。隨著經(jīng)濟的開展和石油價格的爆漲，國內(nèi)外纖維素酶的需求市場前景十分樂觀。纖維素酶生產(chǎn)行業(yè)是一個新興行業(yè)，21世紀將是它的生命全盛期。由于纖維素酶的廣泛應用，估計我國市場需求量將以每年2535的速度上升，預見用纖維素酶產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)生物乙醇的關(guān)鍵技術(shù)將在

24、未來年內(nèi)得到解決，那時我國的纖維素酶年需求量將增加到2540萬噸。纖維素酶的年利率可能到達50億元以上。目前國內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)纖維素酶的公司只有天津諾維信公司、北京索萊寶科技、上海戴迪實業(yè)開展等少數(shù)幾家。因此，利用液體深層發(fā)酵法生產(chǎn)的纖維素酶將會有廣泛的市場前景。廠址選擇投資環(huán)境評價臨沂市位于山東省東南部，地近黃海，東連日照,西接棗莊、濟寧、泰安，北靠淄博、濰坊，南鄰江蘇。根據(jù)國家統(tǒng)計局城市社會經(jīng)濟調(diào)查司對全國287個地級以上城市根據(jù)2005年城市根本情況統(tǒng)計年報資料，從“區(qū)位及自然環(huán)境、“經(jīng)濟環(huán)境、“市場環(huán)境、“人力資源環(huán)境、“根底設施環(huán)境、“社會效勞環(huán)境、“綜合平安環(huán)境等進行綜合測評，發(fā)布了“

25、2006投資環(huán)境百佳城市名單，臨沂市榜上有名。同時，在中國社會科學院工業(yè)經(jīng)濟研究所、中國經(jīng)營報社主辦的中國城市競爭力論壇，臨沂市榮獲“2006跨國公司眼中最有投資潛力的城市。臨沂經(jīng)濟開發(fā)區(qū)是2003年6月份，經(jīng)山東省人民政府批準建立的省級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，位于臨沂市城區(qū)東南部，是臨沂市的現(xiàn)代化工業(yè)新城區(qū)。經(jīng)濟開發(fā)區(qū)城市功能健全，根底設施完善，交通運輸便利，自然資源豐富，靠近國內(nèi)第三大批發(fā)市場臨沂批發(fā)市場，具有巨大的商貿(mào)優(yōu)勢。開發(fā)區(qū)對投資企業(yè)實行優(yōu)惠的扶持政策，按照“政策最優(yōu)、體制最順、效勞最好的要求，對園區(qū)企業(yè)實行封閉式管理，提供最優(yōu)的效勞。從區(qū)位上看，臨沂經(jīng)濟開發(fā)區(qū)處于南北經(jīng)濟的結(jié)合部，坐落在北京

26、至上海中間地帶，扼交通要沖，形成了海、陸、空三通的立體格局。該工業(yè)園在交通、原料、資源方面都具有非常大的優(yōu)勢。開發(fā)區(qū)財政支持及土地政策對臨沂市外投資的工業(yè)性生產(chǎn)工程企業(yè)所得稅市級地方留成局部前三年政府全額扶持，后兩年扶持50%。投資工程建設用地，通過協(xié)議、招標、拍賣、掛牌、劃撥、出讓或租賃等形式依法獲得。生產(chǎn)性工業(yè)工程目前土地出讓價格為每畝萬元左右，在此根底上，根據(jù)工程投資規(guī)模、投資強度、建設期限、科技含量、稅收奉獻等再給予不同程度的優(yōu)惠扶持。對于酶制劑廠廠址的選擇，其根本要求是原料、燃料供給充分，產(chǎn)品流通迅速，交通便利。而新開發(fā)的開發(fā)區(qū)為招商引資，往往會出臺一系列的優(yōu)惠政策，有利于企業(yè)的成長

27、。因此本著經(jīng)濟、合理、優(yōu)勢的原那么，根據(jù)本工程的性質(zhì)和對建廠地區(qū)及地址的相關(guān)條件進行考察和論證分析，最后廠址選擇臨沂市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。綜合看來，在臨沂市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)工業(yè)園區(qū)建設纖維素酶制劑廠，無論是從地理位置、交通運輸、原材料和燃料供給，還是從當?shù)卣?、投資環(huán)境來看，都是十分理想的。工程建設的意義工程建成后一方面可以吸納當?shù)厥Ｓ鄤趧恿?，增加當?shù)鼐用袷杖耄涣硪环矫?，該工程還可以解決當?shù)剞r(nóng)作物秸稈浪費的問題，增加當?shù)剞r(nóng)民的農(nóng)業(yè)收入，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣還可以作為農(nóng)業(yè)用有機肥。本工程投產(chǎn)結(jié)構(gòu)合理，投資少，見效快，效益高，投資回收期短，開展前景廣闊，并符合國家可持續(xù)開展戰(zhàn)略和三農(nóng)政策，能積極的帶動當?shù)剞r(nóng)業(yè)的開展

28、，從而到達農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、企業(yè)增值、國家增稅，促進地方經(jīng)濟開展，為社會帶來經(jīng)濟效益和社會效益。因此該工程切實可行。廠區(qū)平面設計總平面設計表1 廠區(qū)建筑面積一覽表Table 1 Plant construction area list序號建筑物建筑面積m2占地面積m21應急發(fā)電室910 = 90902配電室 910 = 90903原料庫1912 = 1081084空壓機房810 = 80805水處理中心810 = 80806粉碎配料車間812 = 96967生產(chǎn)車間19283 = 7562528生產(chǎn)車間2 9283 = 756 2529鍋爐房1012 = 120 12010原料庫2 810

29、= 808011成品車間814= 112 11212污水處理站246+245 = 26426413職工公寓10452 = 90045014機修車間58 = 404015職工餐廳20152 = 60030016成品庫89 = 727217科研中心20153 = 90030018辦公樓10254 = 100025019警衛(wèi)室158 = 404020警衛(wèi)室258 = 4040設計說明書設計依據(jù)1以方便生產(chǎn)為前提，符合車間生產(chǎn)程序，防止原料、半成品、人流的交叉污染；2全廠建筑物采取南北朝向，利于通風、采光；3發(fā)酵附屬設施安排在發(fā)酵車間的周圍，為發(fā)酵提供高壓蒸汽、原輔料、冷卻水、壓縮空氣；4粉碎車間和鍋

30、爐房安排在發(fā)酵車間旁邊，遠離生活區(qū)和公路，防止污染生活區(qū)的空氣；5配電房、鍋爐靠近生產(chǎn)車間，減少能源消耗，鍋爐房處于廠西北角，使生產(chǎn)車間處在其上風位置；6通盤考慮全廠布置，填平補齊，力求合理、經(jīng)濟，并充分考慮全廠擴大生產(chǎn)4。總平面設計說明1廠區(qū)主要建筑物：原料庫、成品庫、辦公樓、科研樓兼菌種保藏中心、餐廳兼工人活動中心、車庫、工人公寓、廣場、傳達室、展廳、鍋爐房、機修車間、生產(chǎn)車間、成品車間、粉碎配料車間空氣壓縮站、水處理中心、污水處理池等。按照生產(chǎn)流程布置，并盡量縮短距離，防止物料的往返運輸。對廠房的布置符合生產(chǎn)工藝的要求，既保證了生產(chǎn)過程的連續(xù)性，又使得整個廠區(qū)緊湊合理。2辦公樓在人流出口

31、附近，距離車間較近，方便管理，又與物流防止交叉。3綠化情況：廠區(qū)綠化以普通綠化與重點綠化相結(jié)合，沿廠區(qū)主入口的主要道路進行重點綠化，種植有欣賞價值的喬、灌木與草皮結(jié)合，并且綠化局部遍植草皮，以創(chuàng)造出一個美麗、怡人的廠區(qū)環(huán)境。4廠區(qū)道路：廠區(qū)主干道為10m寬，非主要道路為8m寬，兩旁種植懸鈴木、榆葉梅等。5廠區(qū)考慮到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均設有消防水龍頭和滅火器。主要設計指標表2 主要設計指標一覽表Table 2 List of design indicators工程數(shù)據(jù)1全長占地面積13872m32全廠建筑物占地面積2744 m33建筑系數(shù)19.78%4綠化面積1950 m35綠化

32、率14.06%6土地利用系數(shù)32.88%產(chǎn)品方案及工藝流程產(chǎn)品與產(chǎn)量確實定表3 產(chǎn)品方案明細表Table 3 List of detailed product plan 產(chǎn)品名稱 年產(chǎn)量 / t日產(chǎn)量 / t班產(chǎn)量 / t全年生產(chǎn)天數(shù) / d酒精工業(yè)用酶240328飼料添加酶240328工藝流程原輔料及菌種1原料：玉米秸稈、麥麩2輔料：酵母膏、木質(zhì)纖維、蛋白胨、MgSO47H2O、泡敵、CaCl22H2O、Tween-80、KH2 PO43菌種：里氏木霉Rut C-30工藝流程圖原料粉碎過篩高溫高壓殺菌 保藏菌種斜面種子培養(yǎng)搖瓶液體種子擴大培養(yǎng)液體深層發(fā)酵過濾濃縮硫酸銨沉淀 飼料添加用酶為乙醇

33、沉淀過濾溶解酶泥過單寧瓊脂糖層析柱濃縮枯燥造粒固體酶制劑 液體酶制劑圖1 生產(chǎn)工藝流程圖5Figure 1 Chart of production process操作要點一菌種培養(yǎng)1菌種及菌種保存一般選用的菌種為里氏木霉，發(fā)酵周期為70h左右，纖維素酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的纖維素酶為胞外產(chǎn)物，容易別離純化。一般里氏木霉菌種用馬鈴薯瓊脂PDA培養(yǎng)基保藏。2菌種活化5馬鈴薯瓊脂PDA培養(yǎng)基滅菌冷卻至30左右時，在無菌條件下將保藏的原菌接種到培養(yǎng)基中，在2830的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72h，取出后于04保存?zhèn)溆谩?種子培養(yǎng)基及種子罐培養(yǎng)玉米秸稈粉(20目篩) 1%、酵母膏 0.05%、木質(zhì)纖維1%、蛋

34、白胨0.3%、MgSO47H2O 0.03%、 KH2 PO4 0.4%、CaCl22H2O 0.03% 、(NH4) 2 SO4 0.2% 、Tween-80 0.02%體積比,121下滅菌30min后使用。菌種活化后按7%的接種量接種到一級種子罐中通氣培養(yǎng)，培養(yǎng)48h后再接種至二級種子罐中，培養(yǎng)48h后按7%的接種量接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā)酵6。二發(fā)酵過程1發(fā)酵培養(yǎng)基的配制 = 1 * GB3 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成5玉米秸稈粉19.5%、麥麩5%、酵母膏 0.05%、蛋白胨0.3%、MgSO47H2O 0.03%、KH2 PO4 0.4%、CaCl22H2O 0.03% 、(NH4) 2 SO

35、4 1.5% 、Tween-80 0.8%體積比,121下滅菌30min后使用。 = 2 * GB3 配制培養(yǎng)基的考前須知1I碳源 纖維素酶發(fā)酵大多采用含有纖維素的原料作為碳源。一般是將玉米秸稈粉碎至20目以下后與麥麩等其他輔料混合。麥麩對菌種產(chǎn)酶的影響是雙面的：它一方面為產(chǎn)酶提供必要的生長因子；另一方面，其含量增加又會降低培養(yǎng)基的蓬松程度，使通氣量降低，從而影響產(chǎn)酶。對于里氏木霉，當玉米秸稈與麥麩之比為4:1時纖維素酶的產(chǎn)量最高7。II氮源 可用無機氮，也可用有機氮，二者差異不大。里氏木霉的最適氮源為硫酸銨和谷氨酸鈉，硫酸銨價格較廉價，因此選用硫酸銨，用1.5%濃度效果較佳。 = 3 * R

36、OMAN III. 細胞通透性 增加細胞通透性對提高纖維素酶活性有一定的作用。一般認為Tween-80可以提高里氏木霉的纖維素酶的產(chǎn)量，添加量為0.8%。培養(yǎng)基的配制是在拌料罐中進行的。預先在拌料罐中添加所需質(zhì)量的各種成分，然后參加培養(yǎng)基中所有用水量的60%左右，使最終兩個發(fā)酵罐中的裝料量為 m3。用攪拌槳攪勻后用往復泵泵入兩個發(fā)酵罐中。2發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌8由于發(fā)酵罐的體積較小，因此可采用實罐滅菌的方式進行滅菌。滅菌過程采用蒸汽壓為196kPa表壓的蒸汽通入發(fā)酵罐中，利用蒸汽冷凝釋放的熱量加熱培養(yǎng)基，以到達滅菌的目的。實罐滅菌過程共分為三個階段： = 1 * GB3 升溫階段采用直接將活蒸汽通

37、入發(fā)酵罐中的方式把培養(yǎng)基由室溫加熱到滅菌溫度。此過程中通入的蒸汽冷凝形成的水可直接補充配制培養(yǎng)基時未加足的水。 = 2 * GB3 保溫階段蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)進入，從不與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)排出。維持一定的滅菌時間，以到達滅菌的目的。 = 3 * GB3 冷卻階段完成保溫時間后，關(guān)一路排汽，再關(guān)一路進汽次序不能顛倒，最后排汽與進汽全部關(guān)閉。然后引入無菌空氣，再翻開蛇管的冷卻水，使培養(yǎng)基的溫度降低到適宜的溫度，以進行接種。3發(fā)酵過程中的條件控制 = 1 * GB3 溫度 發(fā)酵前期，培養(yǎng)溫度應稍高些，以有利于菌體的生長，里氏木霉一般控制前期培養(yǎng)溫度為30即最適生長溫度，大約保持12h

38、；進入產(chǎn)酶期后，應適當降低培養(yǎng)溫度，里氏木霉產(chǎn)酶期培養(yǎng)溫度一般為28，較低的溫度有利于提高酶的穩(wěn)定性，延長細胞產(chǎn)酶時間9。 = 2 * GB3 pH 里氏木霉發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的最適pH為4.65。在實際的發(fā)酵過程中，隨著微生物的代謝活動，發(fā)酵液的pH值在不斷變化，要根據(jù)其變化嚴格控制pH值1。 = 3 * GB3 通風量 發(fā)酵早期，菌體剛剛萌發(fā)，數(shù)量較少，呼吸強度較弱，耗氧速度較低，應控制通氣量為1:0.20.3；進入對數(shù)生長期以后，菌體代謝旺盛，呼吸強度提高，細胞大量分裂，細胞濃度迅速增加，因此耗氧速度較快，應控制通氣量為1:1；產(chǎn)酶時期，細胞分裂完全，細胞濃度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗

39、大量的氧氣，應控制通氣量為1:11。 = 4 * GB3 攪拌 纖維素酶液體深層發(fā)酵中還需要攪拌，以利于熱交換、營養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，降低細胞周圍的代謝產(chǎn)物，從而有利于酶的合成。所以，應控制整個生產(chǎn)過程的攪拌速度為100150rpm。 = 5 * GB3 泡沫控制發(fā)酵中往往產(chǎn)生較多的泡沫，其存在阻礙CO2排出，影響溶解氧量。生產(chǎn)上一般采用聚氧丙烯甘油醚或泡敵聚環(huán)氧丙環(huán)氧乙烷甘油醚消泡。 = 6 * GB3 產(chǎn)酶量的測定發(fā)酵過程中要定時取樣測定產(chǎn)酶量，一旦發(fā)現(xiàn)到達最大酶活產(chǎn)量時要及時停止發(fā)酵。4發(fā)酵終點的判斷一般利用里氏木霉進行纖維素酶發(fā)酵的周期為70h左右。當發(fā)酵液的pH上升至5左右，鏡檢觀

40、察到菌絲自溶、斷裂，80%以上的菌絲染色著色淺或染不上色時，可以放罐6。一般發(fā)酵的產(chǎn)酶率為6.5%。二纖維素酶的別離與提取1發(fā)酵液的預處理發(fā)酵結(jié)束后要向冷卻蛇管內(nèi)通入蒸汽，使發(fā)酵液溫度升高至90維持10min，滅活菌體并有利于后續(xù)的過濾過程。加熱結(jié)束后將發(fā)酵液轉(zhuǎn)移至發(fā)酵液儲罐中。同時準備使用板框過濾機對發(fā)酵液進行過濾，以除去菌體和未發(fā)酵的培養(yǎng)基原料。2發(fā)酵液過濾 在里氏木霉生產(chǎn)纖維素酶的過程中，在常壓下濾餅形成后，一般采用加壓至0.30.4MPa來過濾。濾液儲存于儲罐中，分四批進行后續(xù)的提取過程。生產(chǎn)中常采用以壓力泵或壓縮空氣為過濾推動力的壓濾機來進行過濾。經(jīng)過濾后濾液中的纖維素酶的收率為95

41、%。3濃縮，在40、kPa的條件下利用三效真空蒸發(fā)儀將濾液濃縮至原體積的3040%1，此過程的酶的收率約為95%。4沉淀與酶泥的重新溶解在酶制劑的生產(chǎn)過程中，一般采取鹽析法進行纖維素酶的別離。首先向濃縮酶液中加0.2飽和度的硫酸銨，靜置1小時后利用板框過濾機進行過濾，棄去沉淀。然后向收集的清液中參加0.6飽和度的硫酸銨，再靜置1小時后過濾棄去清液，得到纖維素酶的粗品。對于應用于飼料工業(yè)中的酶制劑，由于硫酸銨沉淀法析出的酶沉淀，含有大量的無機鹽，不適合用于食品行業(yè)。因此在其生產(chǎn)過程中，應該采用有機溶劑法進行纖維素酶的別離。常用纖維素酶沉淀別離的有機溶劑為乙醇。乙醇的最適濃度為70%。提取酶制劑過

42、程中容易引起酶的變性失活，所以必須在4左右的低溫下進行操作，沉淀析出后要立即別離。有機溶劑用量一般為酶液體積的2倍左右，而且，要將酶液的pH值調(diào)至纖維素酶的等電點附近，再用0.020.05mol/L的磷酸緩沖液溶液溶解后進行進一步的純化。沉淀過程的酶的收率為94%，過濾過程的收率為95%1。5纖維素酶的純化 單寧是纖維素酶的天然抑制劑，用單寧結(jié)合活化的瓊脂糖做成親和層析柱，用蒸餾水平衡，再將上一步得到的酶液過柱，使單寧專一性結(jié)合纖維素酶，蒸餾水平衡后，用0.020.05mol/L的磷酸緩沖液洗脫出來，就可得到純化的液態(tài)纖維素酶1。酶的親和層析一般控制在較低的溫度下進行，以防止由于溫度的升高而使

43、酶在純化過程中變性失活。經(jīng)過該過程后酶的損失率為7%。6洗脫液的濃縮 由于里氏木霉生產(chǎn)的纖維素酶在60以上活性迅速下降，所以在真空蒸發(fā)濃縮時，應控制濃縮系統(tǒng)的真空度，使蒸發(fā)溫度在60以下。在纖維素酶的生產(chǎn)中一般采用真空蒸發(fā)器，在50進行真空濃縮，除去約2/3的水分。濃縮后的收率為90%。三酶的成品與包裝101液體酶的混合與包裝向經(jīng)濃縮后的液體酶參加1,2-丙二醇，以維持酶制劑的活性。最終產(chǎn)品的顏色為棕色，密度為1.051.1g/cm3，粘度為50 Pas，裝于有環(huán)氧樹脂涂覆的容量為200kg的鐵桶中以及容量為25g的手提桶中。2固體酶的造粒與包裝將濃縮后的酶液用噴霧枯燥法枯燥，形成粉狀的酶。固

44、體酶制劑的包裝外要刷明標記，包括成品名稱、生產(chǎn)廠家名稱、廠址、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期、使用方法、成品標準編號等。四成品的儲存包裝后的成品經(jīng)過水平皮帶輸送機運到成品庫中，再由叉車搬運到存放的位置。成品庫要求低溫枯燥通風，庫內(nèi)溫度在025范圍內(nèi)，保質(zhì)期為半年。防止在30以上長期儲存，防止日光暴曬和雨淋。五成品質(zhì)量檢測11酶制劑的成品各項指標要符合?工業(yè)酶制劑通用檢測規(guī)定和標志、包裝、運輸、貯存?QB/T 1804-93的要求。并按照下述的測定纖維素酶活力的方法測定其CMC酶、FPA濾紙?zhí)敲负虰G酶活性，并用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法來測定該酶制劑的純度與分子量。ICMC酶活的測定，適當稀釋后的酶液1.

45、0mL，40恒溫水浴60min，用3,5-二硝基水楊酸法測定復原糖；IIFPA酶活的測定，再參加0.2mL磷酸緩沖液pH6.0和0.50.5濾紙條1張，其余同CMC測定。IIIBG-1,3-葡萄糖苷酶酶活的測定取適當稀釋酶液0.5mL，參加0.5ml1%水楊酸溶液溶于pH4.8、0.1mol/LHAc和NaAc緩沖液，50反響30min，參加3mLDNS試劑測糖。物料衡算里氏木霉的發(fā)酵時間為70h左右，考慮到裝料、實消、放料、清洗需要一局部時間，因此確定整個發(fā)酵周期為4d，在330d的工作日內(nèi)，共有82個生產(chǎn)周期。由設備計算可得，生產(chǎn)中共需要23 m3的發(fā)酵罐8個。發(fā)酵罐的裝料系數(shù)為70%，發(fā)

46、酵產(chǎn)率為6.5%，提取率為70%，種子罐的裝料系數(shù)為75%，發(fā)酵液密度約為1020 kg/m3。主要技術(shù)參數(shù)：發(fā)酵時間：70h 生產(chǎn)周期：4d 生產(chǎn)天數(shù)：328d 年產(chǎn)量：480t 預設發(fā)酵罐個數(shù)：8個 發(fā)酵罐裝料系數(shù)：70% 發(fā)酵產(chǎn)率：6.5% 酶提取率：70%FPA酶活：46264781 單位/ g原料計算1玉米秸稈 玉米秸稈需經(jīng)過粉碎后才能用于發(fā)酵。在粉碎過程中隨著運輸、粉塵等會有原料損失，按10%的損失率及3t/t(原酶)的投料比計算，可得每次發(fā)酵周期需要的原料玉米秸稈量為：m1 = 發(fā)酵液總質(zhì)量產(chǎn)酶率玉米秸稈投料比1損失率= 82370%4375%10206.5%3110%年用量:M

47、1 = 30.25822麥麩碳源中玉米秸稈與麥麩的比例為4:1時纖維素酶的產(chǎn)量最高。由此麥麩的用量為：m2 = 玉米秸稈投料量4 = 30.254 年用量:M2 = 7.5782 3酵母膏一個發(fā)酵周期中的培養(yǎng)基的總質(zhì)量為：82370%4375%1020 酵母膏的用量為0.05%，那么一個發(fā)酵周期中酵母膏的用量為：m3 = 140.5560.05% = 年用量：M3 = 70.27882 4木質(zhì)纖維木質(zhì)纖維在種子培養(yǎng)基中充當碳源，在發(fā)酵培養(yǎng)基中作為產(chǎn)酶誘導劑。其用量為1%。一個發(fā)酵周期中木質(zhì)纖維的用量為：m4 = 140.5561% 年用量：M4 = 1.40682 5蛋白胨蛋白胨在培養(yǎng)基中的用

48、量為0.3%，一個發(fā)酵周期中蛋白胨的用量為：m5 = 140.5560.3%年用量：M5 = 0.42282 6MgSO47H2O MgSO47H2O 的用量為0.03%，一個發(fā)酵周期中MgSO47H2O的用量為：m6 = 140.5560.03% 年用量：M6 = 0.04282 7KH2 PO4KH2 PO4 的用量為0.4%，一個發(fā)酵周期中KH2 PO4的用量為：m7 = 140.5560.4%年用量：M7 = 0.56282 8CaCl22H2OCaCl22H2O的用量為 0.03% ，一個發(fā)酵周期中CaCl22H2O的用量為：m8 = 140.5560.03% 年用量：M8 = 0.

49、04282 = 3.460t 9Tween-80發(fā)酵培養(yǎng)基中添加量為0.8%體積比，種子培養(yǎng)基中添加量為0.02%。一個發(fā)酵周期中的使用量為m9 = 82370%0.8%4375%0.02%= 1.0322 m3年用量：M9 = 1.032282 = 84.64 m3輔料計算1硫酸銨 在整個生產(chǎn)工藝中硫酸銨有兩種用途：一種是作為氮源；另一用途是在纖維素酶的沉淀粗提中作為沉淀劑。作為氮源的添加量為1.5%，作為沉淀劑的用量為20%的飽和度和60%的飽和度。由此進行計算： = 1 * GB3 氮源用量：(NH4) 2 SO4在發(fā)酵培養(yǎng)基中的用量為1.5% ，在種子培養(yǎng)基中的用量為0.2%。一個發(fā)酵

50、周期中 (NH4) 2 SO4的用量為：M10 = 82370%10201.5%4375%10200.2%= 1.989t = 2t 年用量：M10 = 282 = 164t = 2 * GB3 沉淀劑用量：在燃料乙醇工業(yè)用酶制劑的生產(chǎn)過程中使用的沉淀劑為硫酸銨，一個發(fā)酵周期中共有4個發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)。在提取過程中，發(fā)酵液經(jīng)過過濾后會有局部體積損失，且過濾后的濾液經(jīng)過真空濃縮。因此可估計過濾后的濾液體積為2370%480%40%= m3。在用鹽析法別離纖維素酶的過程中，處理液的(NH4) 2 SO4初始飽和度為0，欲到達20%的飽和度，在25條件下，需向1m3溶液中參加114kg的(NH4

51、) 2 SO4(查63頁表4-1)。經(jīng)靜置、過濾處理后，再向濾液中參加(NH4) 2 SO4，使(NH4) 2 SO4的飽和度由20%上升至60%，此過程應向濾液中參加262kg的 (NH4) 2 SO412。那么提取過程中(NH4) 2 SO4的用量為：m11 = 20.6111420.6190%262 = 7210kg 年用量：M11 = 7.2182 (NH4) 2 SO4的總用量為164 2乙醇乙醇作為飼料添加用酶的沉淀劑，一個發(fā)酵周期中共有4個發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)。可估計過濾后的濾液體積也為 m3。沉淀過程中用的為70%的乙醇，用量為處理液體積的兩倍。因此乙醇用量為：m12 = 20

52、.61270%789年用量：M12 = 22.882 = 1870t3泡敵發(fā)酵培養(yǎng)基中泡敵的添加量為0.03%，一個發(fā)酵周期中的使用量為：m13 = 82370%0.03%= 0.039 m3年用量：M13 = 0.03982 = 3計算結(jié)果表4 生產(chǎn)物料衡算表Table 4 Balance sheet ofproduction material工程名稱指標每次發(fā)酵周期實際量年用量原料玉米秸稈3t/t(原酶)麥麩0.75 t/t(原酶)酵母膏0.05%木質(zhì)纖維1%蛋白胨0.3%MgSO47H2O0.03%KH2 PO40.4%CaCl22H2O0.03%3.460t Tween-800.02%

53、/0.8%1.0322 m384.64 m3輔料硫酸銨114/262 kg/ m3乙醇1.4 m3/ m31870t泡敵0.03%33.2 m3包裝材料纖維板圓筒40Kg/桶70個6127個環(huán)氧樹脂涂覆的圓桶25Kg/桶120個9840個生產(chǎn)設備選型主要生產(chǎn)設備生產(chǎn)能力計算由物料衡算表可知：為提高后處理過程中使用的設備的利用率，四組發(fā)酵罐每兩臺發(fā)酵罐為一組，生產(chǎn)同一種酶采用循環(huán)式投料生產(chǎn)。1玉米秸稈粉碎機及20目振動篩分器年用量處理時間 = 250010003308 = 950kg/h2拌料槽拌料槽的結(jié)構(gòu)由圓柱形槽身和圓錐形底部組成，設計體積應為：發(fā)酵培養(yǎng)基體積/裝料率 = 14.62285%

54、 = 34.4 m3 取35 m3設圓柱形槽身的高為h1，圓錐形底部的高為h2，且h1 = 3h2，直徑d為3m。那么由V = 1/43.14d 2h1+(1/3)(1/4)3.14d 2h2 = 35m3得：h1 = ；h2 = 拌料罐的實際體積為：V = 5/183.143 24.46 = 33發(fā)酵罐設發(fā)酵罐的體積為V，那么由年產(chǎn)酶量 = 發(fā)酵罐體積發(fā)酵液密度發(fā)酵罐個數(shù)發(fā)酵周期數(shù)發(fā)酵罐裝液量產(chǎn)酶率酶提取率可得：發(fā)酵罐的體積 = 4800001020820.70.06580.7 = 22.53 m3由此可確定發(fā)酵罐的有效體積為23 m3。發(fā)酵罐主體結(jié)構(gòu)計算13：封頭采用標準橢圓封頭 K =

55、1 H/Di = 2.5 Di/hi = 4橢圓容積 Va = /6Dihi =Di3V Di2hiVa = Di2hiDi3 = 2/3Di3Di = 2.22 m 處理后內(nèi)徑為2.3 m即2300 mmi = 2.32.5 = 5.75 m = 57500mmh i = i = 0.575 mH 4m 所以ha = 50 mm 查?化工設備設計根底?附表5罐體總高H總 2hi2ha= = 7000mm罐體壁厚S = PD/(2 P)+C其中： = 0.8 ，P = 0.5, C = 3 mm, = 130MPa, Di = 2300解之得：S = 8.5 mm 取整封頭按標準橢圓計算7hi

56、 = ha = 封頭壁厚： S = PD/(2 P)+C其中： = 0.8 P = 0.5 Di 解之得：S = 9.74 mm 取整10.00 mm(4) 種子罐 = 1 * GB3 二級種子罐二級種子罐體積 = 發(fā)酵罐體積裝料系數(shù)接種量種子罐裝料系數(shù) = 23 0.70.070.752 = 3 m3 = 2 * GB3 一級種子罐一級種子罐體積 = 二級種子罐體積裝料系數(shù)接種量一級種子罐裝料系數(shù)= 30.7510%0.75 = 0.3 m35空氣壓縮系統(tǒng)無菌空氣制備流程14如下：吸風塔粗濾器空氣壓縮機空氣冷卻器除水設備空氣總過濾器發(fā)酵車間空氣總管分過濾器發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的最大通氣量為1:1

57、，因此發(fā)酵車間需要最大壓縮空氣的用量可按以下公式計算：V = 單個發(fā)酵罐的體積發(fā)酵罐的個數(shù)通氣比+單個種子罐的體積種子罐的個數(shù)通氣比= 2381+341= 196 m3/min 按200 m3/min進行后續(xù)計算 = 1 * GB3 吸風塔14吸風塔設計高度應在1012m左右。進管至空氣壓縮機一段的管路，要求直管連接，防止彎管或多彎管。本次設計中將吸風塔的高度定為11m，空氣在吸風塔內(nèi)的截面流速設計為6m/s。那么吸風塔的截面半徑為：R =V/1/2 = (2006063.14) 1/2 = 空氣的實際流速 = V/R223.14 = 6.02m/s = 2 * GB3 前置預過濾器8選擇高效

58、前置過濾器，其外形像一只大型的集裝箱。內(nèi)部設計有兩道過濾介質(zhì)層：前層稱粗過濾層，采用絨布作為過濾介質(zhì)；后道稱亞高效過濾層，采用滌晴-無紡布作為過濾介質(zhì)。設計流速為0.5 m/s。設備外型半徑為：R =V/1/2 = (200600.53.14) 1/2 = 取實際流速： = V/R223.14 = /s = 3 * GB3 空壓機由計算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為200 m3/min。因此選擇日本壽力公司生產(chǎn)的TRX系列離心式空壓機。其輸出功率為900kW到1800kW ，容量范圍為175360 m3/min，排氣壓力為216Pa。20的空氣經(jīng)空氣壓縮機的壓縮，其出口壓強表壓為0.2MPa

59、.那么壓縮后的空氣溫度為：T2= T1P2/ P1K-1/K = (273+20) (0.2+0.101)/0.101 = 2933 = 377.5K = 104.5 其中：P1 = 0.101 MPa，K = 1.3。 = 4 * GB3 冷卻器壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機出口的溫度?？諝饫鋮s器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。要求壓縮空氣由104被冷卻至25，冷卻介質(zhì)為20的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為28.由條件可得：空氣的定性溫度：(104+25)/2 = 64.5水的定型溫度：20+28)/

60、2 = 24計算過程15為：查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： = 1.0445 kg/m3 ； Cp = 1.007 kJ/(kg) ；W/( m2)； = 2.03510-3 Pas查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： = 995.7 kg/m3kJ/(kg) ；W/( m2)； = 0.8010-3 Pas = 1 * ROMAN I熱負荷計算 Q = WhCph(T2T1) = 200601.04451.007103(10425) = 2.77105 W冷卻水耗量Wc= Q/Cpc(t2t1) = 2.771054.174103(2820) = 8.3 kg/s = 30t/h = 2 * R