生物工程設(shè)備課程設(shè)計-8萬噸α-淀粉酶生產(chǎn)車間的設(shè)計(常用版)

生物工程設(shè)備課程設(shè)計-8萬噸α-淀粉酶生產(chǎn)車間的設(shè)計（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）

生物工程設(shè)備課程設(shè)計-8萬噸α-淀粉酶生產(chǎn)車間的設(shè)計（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）目錄摘要……………31前言…………………………42工藝流程設(shè)計原則、范圍和依據(jù)…………43車間布置設(shè)計………………74工藝流程、相關(guān)特性及其工藝路線的選擇………………125主要構(gòu)筑物的設(shè)計計算……………………22結(jié)論附錄主要設(shè)備一覽表…………………45致謝……………46主要參考文獻…………………46摘要本設(shè)計為年產(chǎn)20,000tα-淀粉酶的工廠設(shè)計，其通過枯草桿菌液體深層發(fā)酵、沉淀法提取達到分離純化出菌體中α-淀粉酶的目的。本設(shè)計分別對α-淀粉酶的性質(zhì)、用途、工藝流程及生產(chǎn)原理都做了相關(guān)的闡述，并對有關(guān)的物料和熱量也作了相應(yīng)的衡算，以及對標準設(shè)備的選型和計算，還對工藝指標、安全問題和環(huán)境保護都做了詳細的闡述。通過設(shè)計得出結(jié)論：年產(chǎn)2萬噸α-淀粉酶發(fā)酵工廠，共有12個150m3發(fā)酵罐，發(fā)酵周期為84小時，總提取率為85%。關(guān)鍵詞：α-淀粉酶；工廠設(shè)計；發(fā)酵；發(fā)酵罐PlantDesignofTwentythousandt/aα-AmylaseAbstractThisprojectisdesignedbyafactorywhichproduces20,000tα-Amylaseayear.Itachievestheaimoffiltrationandpurificationoftheα-Amylasebyusingthedeepfermentofhaybacillusandsettlingmethod.Thedesignnotonlyrespectivelyillustratethequality、using、technologicalprocessandproductionprinciplebutalsomakeamaterialsandheatbalance,thetypeselectionandcalculationofthestandardequipment,furthermore,illustratethetechnicindex,theproblemofsecurityandtheenvironmentalprotectiondetailedly.conclusionmadethroughthedesign:fermentationfactoryof20,000tα-Amylaseayear,itcontains12fermentorof150m3,Thefermentationtimeis84hours,Therecoveryofliquidenzymeis85%.Keywords:α-Amylase;Plantdesign;Ferment;Fermentor1前言淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶類的統(tǒng)稱，廣泛存在于動植物和微生物中。淀粉酶(amylase)一般作用于可溶性淀粉、直鏈淀粉、糖元等，根據(jù)作用方式可分為α-淀粉酶與β-淀粉酶。α-淀粉酶(α-amylase)又稱為液化型淀粉酶，它作用于淀粉時，隨機地從淀粉分子內(nèi)部切開α-1，4糖苷鍵，使淀粉水解生成糊精和一些還原糖，所生成的產(chǎn)物均為α-型，故稱為α-淀粉酶。α-淀粉酶廣泛分布于動物（唾液、胰臟等）、植物（麥芽、山萮菜）及微生物。此酶既作用于直鏈淀粉，亦作用于支鏈淀粉，無差別地切斷α-1，4鏈。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急劇下降和碘反應(yīng)的消失。最終產(chǎn)物在分解直鏈淀粉時以麥芽糖為主，此外，還有麥芽三糖及少量葡萄糖。另一方面在分解支鏈淀粉時，除麥芽糖、葡萄糖外，還生成分支部分具有α-1，6鍵的α-極限糊精。一般分解限度以葡萄糖為準是35-50％，但在細菌的淀粉酶中，亦有呈現(xiàn)高達70％分解限度的（最終游離出葡萄糖）。淀粉酶最早實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)并且迄今為止是用途最廣、產(chǎn)量最大的一個酶制劑品種。特別是六十年代以來，由于酶法生產(chǎn)葡萄糖，以及用葡萄糖生產(chǎn)異構(gòu)糖漿的大規(guī)模工業(yè)化，淀粉酶的需要量越來越大，幾乎占整個酶制劑總產(chǎn)量的50%以上。在淀粉類食品的加工中a-淀粉酶得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在國內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)絕大多數(shù)是采用淀粉酶水解的方法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。淀粉酶也在生活中廣泛應(yīng)用，用于餐廳洗碗機的洗滌劑，去除難溶的淀粉殘跡等。此外還廣泛應(yīng)用于紡織品的褪漿，其中細菌淀粉酶能忍受100～110℃的高溫操作條件。由于α-淀粉酶應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量日益增加，本設(shè)計主要是進行年產(chǎn)20,000tα-淀粉酶的工廠設(shè)計。本設(shè)計分別對α-淀粉酶的性質(zhì)、應(yīng)用、工藝流程及生產(chǎn)原理都做了相關(guān)的闡述，并對有關(guān)的物料和熱量也作了相應(yīng)的衡算，以及對標準設(shè)備的選型和計算，還對工藝指標、安全問題、環(huán)境保護及經(jīng)濟效益都做了詳細的闡述。本設(shè)計以理論設(shè)計為依據(jù)，以實際生產(chǎn)為參考，在設(shè)計過程中綜合了相關(guān)領(lǐng)域人員的意見，篩選出最佳設(shè)計方案，力求接近實際，切合實際。由于本次課程設(shè)計的復(fù)雜性，加上本人水平所限，不當之處，誠請導(dǎo)師批評指正。2工藝流程設(shè)計原則、范圍和依據(jù)2.1概述工藝流程設(shè)計和車間布置設(shè)計是工藝設(shè)計的兩個主要內(nèi)容，是決定工廠的工藝計算、車間組成、生產(chǎn)設(shè)備及其布置的關(guān)鍵步驟。生產(chǎn)工藝流程設(shè)計的主要任務(wù)包括兩個方面：其一是確定由原料到成品的各個生產(chǎn)過程及順序，即說明生產(chǎn)過程中物料和能量發(fā)生的變化及流向，應(yīng)用了哪些生物反應(yīng)或化工過程及設(shè)備。其二是繪制工藝流程圖。在發(fā)酵生產(chǎn)過程中，原料往往不是直接變成產(chǎn)品，而是通過一系列的半成品或中間產(chǎn)品再變成成品，同時還有副產(chǎn)品和廢液、廢渣等生成，“三廢”必須嚴格治理。因為工藝流程設(shè)計最關(guān)鍵的是設(shè)計，與其他專業(yè)設(shè)計息息相關(guān)，所以需要由淺入深，分階段進行。同時必須經(jīng)過反復(fù)推敲，精心安排和計算，不斷修改和完善，才能完成設(shè)計任務(wù)。生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計往往經(jīng)歷三個階段，即：生產(chǎn)工藝流程示意圖→生產(chǎn)工藝流程草圖→生產(chǎn)工藝流程圖。具體地說，生產(chǎn)方法和生產(chǎn)規(guī)模確定后就可以開展設(shè)計生產(chǎn)工藝流程示意圖。工藝流程示意圖作出后，就可以進行物料衡算和能量衡算以及部分設(shè)備計算和選型。待設(shè)備設(shè)計全部完成后，再修改、充實工藝流程草圖，根據(jù)流程草圖和設(shè)備設(shè)計進行車間布置設(shè)計。根據(jù)車間布置圖再來修改工藝流程草圖，最后得出生產(chǎn)工藝流程圖。當然上面介紹的示意圖→草圖→流程圖的設(shè)計程序并非一成不變，還需要根據(jù)設(shè)計項目的難度、技術(shù)的成熟程度、設(shè)計人員水平及實踐經(jīng)驗等多方面因素決定[5]。2.2工藝流程的設(shè)計原則進行工藝流程設(shè)計，必須考慮以下幾項原則：⑴保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標準，外銷產(chǎn)品還必須滿足銷售地區(qū)的質(zhì)量需求。⑵盡量采用成熟的、先進的技術(shù)和設(shè)備。努力提高原料利用率，提高勞動生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產(chǎn)成本，使工廠建成后能迅速投產(chǎn)，在短期內(nèi)達到設(shè)計生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并做到生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。⑶盡量減少三廢的排放量，有完善的三廢治理措施，以減少或消除對環(huán)境的污染，并做好三廢的回收和綜合利用。⑷確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全。⑸生產(chǎn)過程盡量采用機械化和自動化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。2.3工藝流程的設(shè)計范圍2萬t/aα-淀粉酶發(fā)酵車間。2.4工藝流程的設(shè)計依據(jù)⑴設(shè)計任務(wù)書（可行性研究報告）；⑵項目工程師或項目總負責人下達的設(shè)計工作提綱和總工程師作出的技術(shù)決定；⑶若引進新原料品種，新技術(shù)和新設(shè)備時，必須在技術(shù)上有切實把握并且依據(jù)了正式的試驗研究報告和設(shè)計鑒定書，經(jīng)設(shè)計院領(lǐng)導(dǎo)核準后方可作為設(shè)計依據(jù)[6]。3車間布置設(shè)計3.1車間布置設(shè)計的目的和重要性車間布置設(shè)計的目的是對廠房的配置和設(shè)備的排列作出合理的安排，并決定車間、工段的長度、寬度、高度和建筑構(gòu)型式，以及各車間之間與工段之間的相互聯(lián)系。車間布置設(shè)計是工藝設(shè)計中的重要組成部分，它關(guān)系著整個車間的命運。即使有了先進的生產(chǎn)工藝流程及正確的設(shè)備選型和設(shè)計，而沒有合理的車間布置相配合，生產(chǎn)也難以正常、順利地進行，將會影響整個生產(chǎn)管理。諸如：對設(shè)備的操作和維修帶來的困難；造成人流、貨流的紊亂；使車間動力介質(zhì)造成不正當?shù)膿p失；增加輸送物料的能耗；增加建筑和安裝費用；對于發(fā)酵工廠，還容易引起成品、半成品的污染損失等。它的牽涉面大，影響到整個車間甚至于幾個車間。因此，車間布置設(shè)計是一項涉及面廣，復(fù)雜而細致、重要的設(shè)計內(nèi)容。它不僅要求工藝設(shè)計人員要了解生產(chǎn)操作、設(shè)備維修和具有一定的安裝知識，而且要具備一定的土建、電力、自控儀表、安全、衛(wèi)生等其他專業(yè)的基本知識。在布置時要做到深思熟慮、仔細推敲，提出不同方案進行比較，以取得一個最佳方案。車間布置設(shè)計是以工藝為主導(dǎo)，并在其他專業(yè)，如總圖、土建、設(shè)備、安裝、電力、暖風、外管等密切配合下完成的。因此在進行車間布置設(shè)計時，要集中各個方面的意見，最后由工藝人員匯總完成[7]。3.2車間布置設(shè)計的依據(jù)車間布置設(shè)計必須在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，掌握必要的資料作為設(shè)計的依據(jù)或供參考。這些資料包括：（1）生產(chǎn)工藝流程圖。（2）物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)，包括原料、半成品、成品、副產(chǎn)品的數(shù)量及性質(zhì)；三廢的數(shù)量及處理方法。（3）設(shè)備資料，包括設(shè)備外形尺寸、重量、支撐形式、保溫情況及其操作條件，設(shè)備一覽表等。（4）公用系統(tǒng)耗用量，供排水、供電、供熱、冷凍、壓縮空氣、外管資料等。（5）土建資料和勞動安全、防火、防爆資料。（6）車間組織及定員資料。（7）廠區(qū)總平面布置，包括本車間與其他生產(chǎn)車間、輔助車間、生活設(shè)施的相互聯(lián)系，廠內(nèi)人流物流的情況與數(shù)量。（8）有關(guān)布置方面的一些規(guī)范資料。3.3發(fā)酵工廠主要車間組成根據(jù)α-淀粉酶生產(chǎn)的工藝要求，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，需要以下建筑或構(gòu)建物。（1）發(fā)酵車間發(fā)酵車間是枯草桿菌的發(fā)酵場地和α-淀粉酶的生產(chǎn)區(qū)。原料經(jīng)殺毒滅菌等初步加工以后，配制成培養(yǎng)基，為優(yōu)良菌種提供營養(yǎng)和能量，菌種經(jīng)種子罐，發(fā)酵罐，產(chǎn)出α-淀粉酶，過濾，沉淀，干燥，最終得成品。發(fā)酵產(chǎn)酶是生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)，占地面積13255.2m2。（2）提煉車間

緊鄰發(fā)酵車間，對α-淀粉酶進行精加工、提純。占地面積5342.4m2。（3）原料倉庫建于發(fā)酵車間內(nèi)，儲存各種原、輔材料，并提供必要的儲存條件。收購的原料如不能及時進行加工生產(chǎn)，就放置于此，且可保證生產(chǎn)持續(xù)進行，面積1221.4m2。根據(jù)實際生產(chǎn)情況和原料銷售市場的情況，決定原、輔材料購進量的多寡，這樣可以隨材料市場價格和生產(chǎn)需要，隨時調(diào)整儲量，節(jié)約了原料費用和運輸成本，節(jié)省開支。（4）種子擴大培養(yǎng)區(qū)位于發(fā)酵車間內(nèi)，便于管道輸送。為枯草桿菌的大量繁殖提供條件，有利于下一步發(fā)酵的良好進行，面積1309.0m2。（5）動力設(shè)施圍繞生產(chǎn)車間，包括鍋爐房、空壓站、蓄水池、動力室、變配電室等，為生產(chǎn)車間的發(fā)酵生產(chǎn)提供蒸汽、壓力、水、電力等，通過管路，線路等直通車間，總占地面積3662m2。包裝車間

緊鄰提煉車間，設(shè)有包裝材料庫、成品倉庫、檢驗室等，包裝完畢后直接入庫。面積約3915.3m2。

（7）化驗室

位于生產(chǎn)辦公區(qū)內(nèi)的第二、三層，用于進行原料和產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗，總面積709.3m2（8）更衣室、衛(wèi)生間

位于進入各個車間的必經(jīng)之地，分左右男女更衣室，不同工段的工人可以分別從不同更衣室進入不同的車間，避免交叉污染，更衣室、衛(wèi)生間總面積依各車間實際情況而定。

（9）機修車間緊鄰生產(chǎn)區(qū)，用于對現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備維修及定期維護，占地面積1047.9m2。（10）污水站

建于廠區(qū)西北角，用于對工業(yè)污水及生活污水的集中凈化處理，占地面積1067.5m2。3.4車間布置設(shè)計的原則一個優(yōu)良的車間布置設(shè)計應(yīng)該是，技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、節(jié)省投資、操作維修方便、設(shè)備排列簡潔、緊湊、整齊、美觀。要達到這樣的要求，在進行具體的車間布置設(shè)計時，必須從工藝、操作、安全、維修、施工、經(jīng)濟、美觀及擴建上考慮。為使車間布置設(shè)計能符合上述提出的基本要求，設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：a.車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)工藝的要求車間設(shè)備布置必須按流程的流向順序依次進行設(shè)備的排列，以保持物料順暢地向前輸送，按順序進行加工處理，保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。不使物料和產(chǎn)品有交叉和往復(fù)的運動。盡可能利用工藝位差，對于有壓差的設(shè)備，應(yīng)充分利用高位差布置，以節(jié)省動力設(shè)備及費用。一般來說，凡計量設(shè)備、高位槽等布置在最高層，主要設(shè)備如啤酒廠糖化鍋、煮沸鍋，布置在中層，貯槽、發(fā)酵罐等布置在底層。這樣既可利用位差進出物料，又可減少樓面的荷重，降低造價。b.車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)操作的要求（1）每一個設(shè)備都要考慮一定地位，包括設(shè)備本身所占地位，設(shè)備附屬裝置所占地位，操作地位，設(shè)備檢修拆卸地位以及設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與建筑物間的安全距離等。（2）設(shè)備布置應(yīng)考慮為操作工人能管理多臺設(shè)備或多種設(shè)備創(chuàng)造條件。凡屬相同的幾套設(shè)備或同類型的設(shè)備或操作性質(zhì)相似的有關(guān)設(shè)備，應(yīng)盡可能集中布置，使之彼此靠近，以便統(tǒng)一管理，集中操作，方便維修及部件的互換。（3）設(shè)備布置不宜過擠或過松，應(yīng)盡量對稱緊湊，排列整齊，充分利用空間。設(shè)備間距離充分考慮工廠操作的要求和交通的便利。車間內(nèi)要留有堆放原料、成品及排出物和包裝材料的空地（能堆放一批或一天的量）以及必要的運輸通道。具有運動機械的設(shè)備，還要考慮設(shè)備安全防護裝置的地位。（4）要考慮相同設(shè)備或相似設(shè)備互換使用的可能性和方便性。這樣可充分發(fā)揮設(shè)備的潛在力量。（5）設(shè)備的自動測量儀表要集中控制，閥們控制盡量集中，便于工人操作。c.車間布置應(yīng)符合設(shè)備安裝、檢修的要求（1）根據(jù)設(shè)備大小及結(jié)構(gòu)，考慮設(shè)備安裝、檢修及拆卸所需要的空間和面積。（2）滿足設(shè)備能順利進出車間的要求。經(jīng)常搬動的設(shè)備應(yīng)在設(shè)備附近設(shè)置大門或安裝孔，大門寬度比最大設(shè)備寬0.5m，當設(shè)備運入廠房后，很少再需整體搬出時，則可設(shè)置安裝洞，即在外墻留頂留洞口，待設(shè)備運入后，再行砌封。（3）通過樓層的設(shè)備，樓面上要設(shè)置吊裝孔。吊裝孔可設(shè)計為有蓋板或無蓋板兩種。如無蓋板，在孔周圍應(yīng)設(shè)可拆的欄桿。一般比較固定的設(shè)備，也可在樓層外墻上設(shè)置安裝洞，設(shè)備可在室外吊上，由安裝洞口運入。另外，發(fā)酵工廠設(shè)備通過樓層安裝者為數(shù)較多。例如酒精廠蒸餾塔，味精廠、檸檬酸廠、酶制劑廠、酒精廠的發(fā)酵罐，酒精廠糖化設(shè)備，酒母設(shè)備等，都是一半在樓下，一半在樓上。凡屬此種類型設(shè)備安裝時，也可直接從設(shè)備本身在樓層上的安裝孔中吊上，這樣安裝是比較方便的。（4）必須考慮設(shè)備的檢修和拆卸以及運送物料所需要的起重運輸設(shè)備。起重運輸設(shè)備的形式可根據(jù)使用要求決定。如果不涉及永久起重運輸裝置時，也應(yīng)該考慮有安裝臨時起重運輸設(shè)備的場地及預(yù)埋吊鉤，以便懸掛起重葫蘆。當廠房內(nèi)設(shè)有永久性起重運輸設(shè)備時，要考慮物料的起吊和運輸設(shè)備本身的高度，設(shè)備的起吊運輸高度，應(yīng)大于運輸途中最高設(shè)備的高度。d.車間布置應(yīng)符合廠房建筑的要求（1）凡是笨重設(shè)備或運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大振動的設(shè)備，如壓縮機、粉碎機、大型通風機、離心機等，應(yīng)該盡可能布置在廠房的底層，以減少廠房樓面的荷載和振動。（2）有劇烈振動的設(shè)備，其操作臺和基礎(chǔ)不得與建筑物的柱、墻連在一起，以免影響到建筑物的安全。（3）設(shè)備布置時，要避開建筑的柱子及主梁。如設(shè)備吊裝在柱子或梁上，其荷重及吊裝方式需事先告知土建專業(yè)人員，并與其協(xié)商。（4）廠房內(nèi)所有操作臺須統(tǒng)一考慮，避免平臺支柱零亂重復(fù)，影響車間美觀、生產(chǎn)操作及檢修。（5）設(shè)備不應(yīng)該布置在建筑物的沉降縫或伸縮縫處。（6）在廠房的大門或樓梯旁布置設(shè)備時，要求不影響開門和行人出入。（7）在不嚴重影響工藝流程順序的原則下，將較高設(shè)備盡量集中布置，這樣可以簡化廠房體形，節(jié)約廠房體積，另外還可利用建筑上的有利條件，如利用天窗的空間安裝較高設(shè)備。e．車間布置應(yīng)符合節(jié)約建筑投資的要求（1）凡是可以露天或半露布置的設(shè)備，例如發(fā)酵廠、啤酒廠的發(fā)酵罐，無菌空氣設(shè)備，貯槽等?？筛鶕?jù)使用和操作的特點，與設(shè)備設(shè)計配合采取露天或半露天布置，減少建筑面積，節(jié)約廠房建筑費。（2）廠房非高層化是近代工廠的設(shè)計特點。啤酒廠現(xiàn)代糖化樓設(shè)計采用低層建筑，具有設(shè)計容易，施工和安裝設(shè)備簡單，建筑費用較低，動力消耗少，操作維修方便等優(yōu)點。除非在場地特別緊張的地方，不得已才用高層建筑。一般以采用低層建筑為好。（3）工藝管道應(yīng)集中布置，要盡可能地縮短設(shè)備間管線，供汽、供無菌空氣、供電的設(shè)備位置應(yīng)盡量靠近負荷中心，使管線最短，熱損量少，減少管線投資和節(jié)約能耗。（4）盡量采用一般的土建結(jié)構(gòu)，非必要時，盡可能少用或不用特殊的土建結(jié)構(gòu)。（5）設(shè)備的操作面盡可能與通道安排在同一側(cè)。f．車間布置應(yīng)符合安全、衛(wèi)生和防腐蝕的要求（1）發(fā)酵工廠車間衛(wèi)生是正常生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)。因此，在車間布置設(shè)計時，必須考慮到車間衛(wèi)生條件，特別是種子培養(yǎng)，發(fā)酵車間要建在上風區(qū)，遠離污染源。車間內(nèi)通風、排廢水、廢氣要安排布置，防止雜菌污染和交叉污染。（2）要為工人操作創(chuàng)造良好的安全衛(wèi)生條件。設(shè)備布置時盡可能做到工人背光操作，高大設(shè)備避免靠窗布置，以免影響采光。對運轉(zhuǎn)時噪聲大或粉塵多、有毒氣、腐蝕氣體的設(shè)備，應(yīng)考慮采取隔斷（離）、加強通風除塵等措施，以保證操作人員健康。（3）易燃易爆車間要考慮方便工人疏散和防火滅火措施。（4）凡產(chǎn)生腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備，其基礎(chǔ)、設(shè)備周圍地面、墻、柱都要采取防護措施。g.車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)發(fā)展的要求根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要與可能，考慮留有增加產(chǎn)量、增添設(shè)備的余地，在設(shè)計中應(yīng)盡可能采用使原有建筑物變動量少，不妨礙生產(chǎn)正常進行，且施工的工作量少的方案。3.5車間布置設(shè)計的內(nèi)容車間布置設(shè)計的內(nèi)容一般為：a.廠房的整體布置和輪廓設(shè)計（1）廠房邊墻的輪廓、車間建筑的輪廓、跨度、柱距、樓層層高。（2）門、窗、樓梯位置。（3）吊裝孔、預(yù)留孔、地坑等位置尺寸。（4）標高。b.設(shè)備的排列和布置（1）設(shè)備外形的幾何輪廓。（2）設(shè)備的定位尺寸，設(shè)備離墻縱橫間距，定出設(shè)備中心位置。一般定位標準是以建筑物中心作為定位基準線的。（3）操作臺位置及標高。c.車間附屬工程設(shè)計車間附屬工程設(shè)計是指分布在車間總體建筑內(nèi)的非生產(chǎn)性或非直接工藝生產(chǎn)性用房。包括：（1）輔助生產(chǎn)房間的配置。如變配電室、空壓站、鍋爐房、機修車間等。（2）工藝輔助房間的配置。如檢驗室、化驗室等。（3）生活用房配置。如設(shè)在車間內(nèi)的辦公室、會議室、更衣室、衛(wèi)生間（廁所、浴室）等。d.車間布置設(shè)計說明說明車間設(shè)備布置的特點和優(yōu)點。e.車間布置設(shè)計的圖紙（1）發(fā)酵車間平面布置圖（2）帶控制點的工藝流程圖3.6車間布置設(shè)計的步驟和方法車間布置設(shè)計一般先從平面布置著手。車間布置圖的設(shè)計可分為兩個階段進行：布置草圖和布置圖。在布置之前，工藝設(shè)計人員需對工藝流程，所有設(shè)備的尺寸，結(jié)構(gòu)及其要求，廠房內(nèi)各個組成和其他有關(guān)資料透徹了解，并要有清晰的立體概念。同時，必須對建筑知識有一定程度的熟悉，要多與建筑設(shè)計人員和其他非工藝設(shè)計人員取得密切聯(lián)系，完善布置設(shè)計的構(gòu)思，然后再開始布置草圖設(shè)計。1.車間布置草圖（1）工藝人員根據(jù)生產(chǎn)流程，生產(chǎn)性質(zhì)，各專業(yè)的要求，車間在總平面圖上的位置，初步劃分生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)和生活設(shè)施的分隔及位置，初步選定廠房柱距、跨度及車間面積。（2）用坐標紙按廠房建筑設(shè)計的要求，繪制廠房建筑平面輪廓草圖。注意做到廠房建筑尺寸既經(jīng)濟又實惠。（3）把所有車間設(shè)備按圖紙比例用硬紙（或方格紙、塑料片）剪成設(shè)備外形輪廓的俯視圖模型，然后將其放在畫有建筑平面輪廓草圖的坐標紙上，按工藝流程順序和布置原則，進行合理的安排和調(diào)整。要特別注意先布置和布置好流程中的主體設(shè)備，再逐一計算每個設(shè)備必須的輔助場地和空間，以及其他設(shè)備所需的場地和空間。并要用立體概念試排幾個可行方案。然后征求協(xié)同配套專業(yè)的意見，從各方面比較優(yōu)缺點，經(jīng)集思廣益后，確定一個較理想的方案。根據(jù)討論意見作必要的調(diào)整、修改后，提交建筑人員設(shè)計建筑圖。對于技改項目、簡單工程和實踐經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員，也可不用坐標紙和設(shè)備紙樣，而直接將廠房平面初估尺寸按一定比例繪于草圖上，然后將所有設(shè)備按同樣比例，根據(jù)設(shè)備布置的原則和注意點繪在圖紙上。并至少要考慮二、三個布置方案供分析討論優(yōu)選。2.車間布置圖工藝設(shè)計人員在取得建筑設(shè)計圖后，即可在布置草圖的基礎(chǔ)上繪制正式的車間平面布置圖。正式的車間布置圖，按照設(shè)計階段的不同，可分為初步設(shè)計階段的車間布置圖和施工圖階段的車間布置圖。它們在表達的內(nèi)容及深度上有所不同。從工作程序上講，一般為：車間布置草圖→車間布置圖（初步設(shè)計階段）→車間布置圖（施工圖階段）[8]。4工藝流程、相關(guān)特性及其工藝路線的選擇4.1菌種有實用價值的α-淀粉酶生產(chǎn)菌列于下表4.1。芽孢桿菌所產(chǎn)α-淀粉酶分為液化型與糖化型二種。目前只有液化型酶有用，由于活性高，發(fā)酵周期短，酶的耐熱性高，尤其是枯草桿菌為大多數(shù)工廠所采用。地衣芽孢桿菌的酶耐熱性比枯草桿菌高，但產(chǎn)量較低。芽孢桿菌易于退化和遭受噬菌體感染而降低產(chǎn)酶能力。表4.1有實用價值的α-淀粉酶生產(chǎn)菌菌種枯草桿菌（B.subtilis）地衣形芽孢桿菌（B.licheniformis）嗜熱脂肪芽孢桿菌（B.stearothermophilus）淀粉液化芽孢桿菌（B.amyloliquefaciens）凝聚芽孢桿菌（B.coagulans）馬鈴薯桿菌（B.mesentericus）淀粉糖化芽孢桿菌（B.amylosaccharogenicus）嗜堿芽孢桿菌（B.Alkalophilicspp.）B.caldlyticusB.ohbensis米曲霉（A.oryzae）黑曲霉（A.niger）金黃曲霉（A.aureus）鏈霉菌（Streptomycesgriseus,St.diastiticus）丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌（Clostridiumacetobutylicum）擬內(nèi)孢霉（Endomycopsisfibuliger）由于不斷的選育改良，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上用的菌種產(chǎn)生α-淀粉酶的能力已是原始菌株的數(shù)倍乃至數(shù)十倍，例如淀粉液化芽孢桿菌ATCC23844的α-淀粉酶活性，每毫升已達456，000單位。地衣芽孢桿菌ATCC9789，用γ射線，NTG，紫外線單獨或交叉處理7次后，其耐熱性α-淀粉酶活性增加25倍，結(jié)合培養(yǎng)條件的改進而用于工業(yè)生產(chǎn)。紫外線處理肉桂色曲霉，耐酸性α-淀粉酶活性提高了6倍。我國生產(chǎn)菌株枯草桿菌BF7658-209，是由野生型菌株，經(jīng)物理和化學方法交叉處理得到的變異株，其產(chǎn)酶活性比母株高5.0%。此外用X射線也曾得到高產(chǎn)突變株。連續(xù)使用同一誘變劑時，由于發(fā)生平頂效應(yīng)（plateaueffect），誘變效果會隨著處理次數(shù)而降低。此時必須更換誘變手段。在使用紫外線、γ射線、快中子等為誘變劑處理米曲霉時，高劑量不一定有利于高產(chǎn)變株的生成。近年來，利用轉(zhuǎn)化法改良菌株，在枯草桿菌α-淀粉酶的生產(chǎn)菌上已取得可喜進展，例如將α-淀粉酶活性高而耐熱性差的枯草桿菌納豆株（B.subtilisNatto）的DNA轉(zhuǎn)入耐熱性強而酶活性低的枯草桿菌Marburg株中，結(jié)果引起了后者遺傳性狀的改變，其α-淀粉酶活性提高了14倍，蛋白酶活性提高了5倍，這個雜交種所產(chǎn)酶也具有親株性能。但由于酶活性還不及生產(chǎn)菌株而尚未實用。又將生產(chǎn)菌的DNA轉(zhuǎn)入枯草桿菌Marburg株，得到酶活性較高的轉(zhuǎn)化株SP-38，又將SP-38DNA轉(zhuǎn)入Marburg使酶活性有了進一步提高。Kazumasa報道枯草桿菌6160經(jīng)NTG誘變，得到抗D-絲氨酸高產(chǎn)突變株C100和抗芐青霉素突變株A2，它們的α-淀粉酶產(chǎn)量分別是母株的5倍與6倍，將這些菌株的DNA轉(zhuǎn)化到含有各種調(diào)節(jié)基因的同一菌株所衍生的受體菌株中，在各種基因的協(xié)同作用下，就可得到高產(chǎn)轉(zhuǎn)化體，其中由C108DNA轉(zhuǎn)入TM23得到的轉(zhuǎn)化體630T2，再用NTG處理，得到超產(chǎn)株T2N26，其α-淀粉酶產(chǎn)量是母株的1500-2000倍。不同生態(tài)環(huán)境下分離的微生物，它的α-淀粉酶性質(zhì)與其生長環(huán)境相適應(yīng)，從溫泉分離的一株耐熱解淀粉假單孢桿菌（Pseud.thermoamylolyticus），它的α-淀粉酶最適作用溫度65-80℃。在55℃培養(yǎng)的嗜熱脂肪芽孢桿菌和凝結(jié)芽孢桿菌，所產(chǎn)的α-淀粉酶在90℃下幾乎不失活。分別在35℃與55℃下培養(yǎng)凝結(jié)芽孢桿菌，所產(chǎn)α-淀粉酶的熱穩(wěn)定性不同，在90℃處理一小時，35℃培養(yǎng)的失活92%而55℃培養(yǎng)者失活只6%。但是在55℃與43℃下培養(yǎng)嗜熱脂肪芽孢桿菌，其α-淀粉酶的各種理化性質(zhì)幾乎無明顯區(qū)別。此外，地衣芽孢桿菌雖在30℃培養(yǎng)，它的α-淀粉酶最適溫度80-85℃，耐熱性很強。耐鹽性的α-淀粉酶生產(chǎn)菌嗜鹽微球菌（Micrococcushalophilus）需在加有6-18%NaCl或1-3M食鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。在低溫（25℃）、低pH下培養(yǎng)黑曲霉，可以生產(chǎn)耐酸性α-淀粉酶。而嗜堿性假單孢桿菌，Pseud.alcalophilaAJ3300與枯草桿菌No.135在其培養(yǎng)基中需添加1%Na2CO3（pH10），所產(chǎn)α-淀粉酶最適pH為10[9]。4.2生產(chǎn)概要霉菌的α-淀粉酶大多采用固體曲法生產(chǎn)；細菌α-淀粉酶則以液體深層發(fā)酵為主。固體培養(yǎng)法以麩皮為主要原料，酌量添加米糠或豆餅的堿水浸出液，以補充氮源。在相對濕度90%以上，芽孢桿菌用37℃，曲霉用32-35℃培養(yǎng)36-48小時后，立即在40℃下烘干或風干，即成工業(yè)生產(chǎn)用的粗酶。液體培養(yǎng)常以麩皮、玉米粉、豆餅粉、米糠、玉米漿等為原料，并適當補充硫酸銨，氯化銨、磷酸銨等無機氮源，此外還需添加少量鎂鹽、磷酸鹽、鈣鹽等。固形物濃度一般為5-6%，高者達15%。為了降低培養(yǎng)液粘度，淀粉原料可用α-淀粉酶液化，氮源可用豆餅堿水浸出液代替。以霉菌為生產(chǎn)菌時，宜采用微酸性，而細菌宜在中性至微堿性培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度霉菌32℃，細菌37℃，通氣攪拌培養(yǎng)時間24-48小時。當酶活達到高峰時結(jié)束發(fā)酵，離心或以硅藻土作助濾劑去菌體及不溶物。在Ca2+存在下低溫真空濃縮后，加入防腐劑（松油、麝香草酚、苯甲酸鈉等）、穩(wěn)定劑（5-15%食鹽和鈣鹽、鋅鹽或山梨醇等）以及緩沖劑后就成為成品。為了提高它的耐熱性，也可在成品中添加少量硼酸鹽。這種液體的細菌α-淀粉酶呈暗褐色、帶有臭味，在室溫下可放置數(shù)月而不失活。為了制備高活性的α-淀粉酶，并使貯運方便，可用硫酸銨鹽析或溶劑沉淀制成粉狀酶制劑。在有Ca2+存在下將濃縮發(fā)酵液調(diào)節(jié)pH到6左右，加入40%左右硫酸銨靜置沉淀，傾去大部上清夜后，加入硅藻土為助濾劑，收集沉淀于40℃以下風干，為了加速干燥、減少失活，酶泥中可拌入大量硫酸鈉，磨粉后加入淀粉、乳糖、CaCl2等作穩(wěn)定填充劑后即成為成品。麩曲可以用水抽提后進行鹽析。為了減少色素的溶出，麩曲必須先行風干。抽提液中如色素較多，可用CaCl2和Na2HPO4形成不溶性沉淀而吸附除去。溶劑（酒精、丙酮等）沉淀時，為減少酶的變性，宜在低溫下（15℃左右）操作，在有CaCl2、乳糖、糊精等存在下，加入冷卻的溶劑至最終濃度70%，收集沉淀用無水酒精脫水，40℃以下烘干。有些菌株產(chǎn)生一定比例的蛋白酶，這樣不但妨礙使用效果，還會引起α-淀粉酶在貯藏過程中失活。培養(yǎng)基中添加檸檬酸鹽可抑制某些菌株產(chǎn)生蛋白酶，枯草桿菌發(fā)酵液中伴生的蛋白酶也可借助加熱50-65℃處理而清除。此外細菌α-淀粉酶尚可利用底物淀粉吸附，而同蛋白酶分開。為了提高淀粉的吸附效果，淀粉可經(jīng)膨脹處理。淀粉吸附法的主要步驟如下：調(diào)節(jié)酶液的pH到6.0，加18%（W/V）硫酸銨攪勻，并以玉米淀粉與硅藻土5：1的混合物分散在18%硫酸銨溶液中，倒于漏斗上形成底層，再將上述酶液通過濾層，α-淀粉酶就被淀粉吸附，而蛋白酶則留于液內(nèi)。吸附α-淀粉酶的淀粉層用15%硫酸銨液洗滌后，用含0.001MCaCl2的0.04M磷酸緩沖液洗脫，經(jīng)DuoliteA-2樹脂脫色，再用40%硫酸銨鹽析或60%丙酮沉淀，這樣可以制備純度極高的產(chǎn)品。4.3影響α-淀粉酶生產(chǎn)的因素1.固體培養(yǎng)以麩皮為主要原料產(chǎn)酶時，添加少量豆餅或豆餅的堿水浸出液等有機氮源對產(chǎn)酶有益。原料灑水以1：1.2為宜?？莶輻U菌要求灑水率比霉菌稍高。固體培養(yǎng)時，培養(yǎng)基的碳氮比對產(chǎn)酶的影響不如液體培養(yǎng)時明顯，培養(yǎng)枯草桿菌時，培養(yǎng)基的初pH以殺菌后6.3-6.4為宜。如果適當添加米糠，保持初pH6.0-6.5可使產(chǎn)酶穩(wěn)定。生產(chǎn)α-淀粉酶的最適溫度范圍比較小，在整個培養(yǎng)過程中，品溫不能有7-8℃之差。最適溫度為37℃枯草桿菌，品溫達45℃時，產(chǎn)酶就降低。2.液體深層培養(yǎng)①碳源的誘導(dǎo)及阻遏：微生物生產(chǎn)的α-淀粉酶可以說是半組成酶，因為大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的淀粉酶菌種，例如淀粉液化芽孢桿菌、枯草桿菌168、地衣形芽孢桿菌以及米曲霉等，即使培養(yǎng)基中不含淀粉或不具有α-1，4鍵的多糖或低聚糖，仍然可以生成α-淀粉酶，但是它們的產(chǎn)量也可受到淀粉或其他α-1，4麥芽寡糖的誘導(dǎo)而增加。福本指出，在液體靜止培養(yǎng)下各種碳源對淀粉液化芽孢桿菌的效果依次是：可溶性淀粉﹥麥芽糖﹥甘露醇﹥阿拉伯糖﹥葡萄糖﹥蔗糖﹥?nèi)樘签儼肴樘签兡咎?。對枯草桿菌BF7658研究，得到類似結(jié)果（表4.2）。豆餅浸出液為氮源時，淀粉液化芽孢桿菌的最佳碳源依次是乳糖、半乳糖、淀粉、麥芽糖。用在葡萄糖與氨構(gòu)成的合成培養(yǎng)基中，乳糖仍最適合于α-淀粉酶的生成，而葡萄糖只適合于細胞的呼吸，麥芽糖與淀粉則適合于菌體生長，糊精則完全無效，但琥珀酸、延胡索酸幾乎與可溶性淀粉一樣有效；葡萄糖、果糖、蔗糖等在高濃度時抑制α-淀粉酶的生成。表4.2枯草桿菌BF7658對各種碳源的利用碳源終pH酶活性（單位/毫升）初糖濃（%）殘?zhí)牵?）糖利用率（%）可溶性淀粉（C.P.7.5413.881.5659.8糊精（實驗試劑）7.5384.162.3144.5蔗糖（C.P.）7.0113.821.2667.0麥芽糖（C.P.）7.5443.750.9175.7乳糖（C.P.）7.0213.651.3762.4半乳糖（C.P.）7.0193.521.1467.6葡萄糖（C.P.）7.0143.560.9772.8木糖（C.P.）7.0124.134.03.2注：培養(yǎng)基組成：檸檬酸鈉0.04M、（NH4）2HPO40.12M、CaCl20.001M、KCl0.15M、MgSO40.02M、酵母膏0.3%，加入各種糖類，pH6.5,121℃滅菌后接種。在35℃搖瓶培養(yǎng)24小時。Sekiguchi就枯草桿菌168所作的試驗，指出各種碳源對α-淀粉酶合成的速度的影響依次為：乳酸鹽﹥谷氨酸鹽﹥麥芽糖﹥甘油﹥葡萄糖。容易利用的碳源，例如葡萄糖、果糖、蔗糖等只能促進細胞的呼吸與生長，而不利于α-淀粉酶生產(chǎn)，代謝愈快的糖對α-淀粉酶生產(chǎn)的抑制愈嚴重，但是一些作為能源利用性很差的糖類，像糖原、乳糖、半乳糖、棉子糖等卻能促進α-淀粉酶的合成，乳糖對芽孢桿菌NRRLB3881生產(chǎn)堿性淀粉酶卻不適合。麥芽糖與淀粉、糖原一樣對米曲霉生產(chǎn)α-淀粉酶有促進作用。麥芽四糖對嗜熱脂肪芽孢桿菌、地衣形芽孢桿菌，異麥芽糖對米曲霉，麥芽糖對嗜堿芽孢桿菌堿性α-淀粉酶生產(chǎn)的誘導(dǎo)作用最強。碳源種類與α-淀粉酶及胞內(nèi)核糖核酸的形成有著密切關(guān)系。當核糖與淀粉共存時，α-淀粉酶的產(chǎn)量比單獨用淀粉時高1倍。葡萄糖等易利用碳源，在濃度高時，妨礙α-淀粉酶的生成，這是一種分解代謝物阻遏。它在α-淀粉酶的生物合成上起著一種調(diào)節(jié)作用。Schaeffer（1969）認為枯草桿菌的α-淀粉酶生產(chǎn)受到分解代謝物阻遏的控制。Mers等（1972）報道地衣芽孢桿菌α-淀粉酶的生產(chǎn)可受到葡萄糖或其它低分子量可代謝糖的抑制，但是Coleman報道，淀粉液化芽孢桿菌生長培養(yǎng)物中添加葡萄糖，并不引起對淀粉酶合成的分解代謝物阻遏。Meyrath等報道，葡萄糖等易利用的糖，在濃度高時，對米曲霉α-淀粉酶的阻遏作用只發(fā)生在生長的早期，糖濃度高時。為了提高α-淀粉酶的產(chǎn)量，避免分解代謝物的阻遏，除選育抗分解代謝的變異菌株外，就是采用代謝緩慢的碳源，例如乳糖、乳清。但大多數(shù)工廠使用淀粉為碳源，這不僅可避免分解代謝物阻遏，還具有誘導(dǎo)作用。為了降低培養(yǎng)基的粘度，殺菌時往往添加α-淀粉酶液化，在液化過程中生成的葡萄糖，仍有造成阻遏的可能，因此將碳源采取流加法加入，是促進產(chǎn)酶的好辦法。②氮源：福本以淀粉為碳源，培養(yǎng)液化淀粉芽孢桿菌時，白蛋白、酪蛋白、大豆餅堿水抽提液、聚蛋白胨為較優(yōu)氮源。玉米漿與其他蛋白質(zhì)并用時也是良好氮源。以酪蛋白的酸或堿水解物作氮源時，產(chǎn)酶不及酪蛋白本身。各種氨基酸與酪蛋白的酶水解物有利于α-淀粉酶的生成，谷氨酸促進黑曲霉α-淀粉酶的生成。Walter用乳糖為碳源，看出菌體生長與產(chǎn)酶活性無一致關(guān)系。氮源是細胞合成α-淀粉酶的原料，向淀粉液化芽孢桿菌洗滌細胞同時添加碳源與氨基酸時，一些氨基酸比氨的效果好，一些氨基酸則遜于氨，另一些氨基酸則起抑制作用，混合氨基酸的效果比單一氨基酸好，天冬酰氨對生產(chǎn)α-淀粉酶有效，而甘氨酸有抑制。甘氨酸的抑制作用能用丙氨酸、蛋氨酸與谷氨酸解除。酪蛋白、豆餅的熱、堿水抽出物是工業(yè)上最優(yōu)良的氮源。酒糟廢液是黑曲霉NRRL330α-淀粉酶生產(chǎn)的一種最好氮源，以5%玉米粉加7oBrix酒糟水，α-淀粉酶產(chǎn)量最高。硝酸鈉、硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、醋酸銨及尿素等無機氮均可在不同程度上增加α-淀粉酶的產(chǎn)量，但大多喜用硝酸鈉。黑曲霉NRRL330以8%的甘薯為碳源，并添加0.3%NaNO3時，α-淀粉酶活性可增加10倍。用Minoda培養(yǎng)基（淀粉2%、麩皮4%、（NH4）2SO40.2%、KH2PO40.1%、CaCO32.0%）培養(yǎng)黑曲霉時，其耐酸性α-淀粉酶較用其他培養(yǎng)基時高2倍。若再添加NaNO3，則酶活性可增加3倍。NH4NO3與NH4Cl對黃曲霉生產(chǎn)α-淀粉酶的效果比有機氮好，NH4NO3亦是米曲霉的最佳氮源。培養(yǎng)液pH應(yīng)保持在最適pH范圍。用米曲霉生產(chǎn)淀粉酶時，以硫酸銨為氮源，若同時添加醋酸鈉，則其濃度雖高達1.6%，發(fā)酵液的pH仍能維持在最適狀態(tài)。③碳氮比：黑曲霉NRRL330生物合成α-淀粉酶與糖化酶時，碳氮比與產(chǎn)酶量之間并無一定規(guī)律。且培養(yǎng)液的終pH也同碳氮比無關(guān)。以玉米與豆餅為碳氮源時，兩者比例改變，對于枯草桿菌BF7658與TUD127生物合成α-淀粉酶有明顯影響，總固形物13-14%以上，玉米與豆餅之比以8：5-9：5為宜。④無機鹽：α-淀粉酶活性的表現(xiàn)需要Ca2+，但在工業(yè)原料本身所含有的Ca2+已能夠滿足生長與產(chǎn)酶的需要，一般不需另外補加。發(fā)酵中途補加CaCl2稍稍有利于枯草桿菌TUD產(chǎn)酶及殘?zhí)欠值慕档?。添加檸檬酸鹽可抑制枯草桿菌BS1968產(chǎn)生蛋白酶而不妨礙α-淀粉酶的生產(chǎn)。磷酸鹽無論對細菌和霉菌的α-淀粉酶的生產(chǎn)都很重要。在以甘薯粉8%，硝酸鈉0.3%構(gòu)成的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)黑曲霉NRRL330，添加K2HPO4，α-淀粉酶活性比對照高3倍表4.3磷酸鹽對α-淀粉酶生產(chǎn)的影響磷酸鹽（%）最終pHα-淀粉酶活性a對照4.2530K2HPO40.25.4590KH2PO40.24.6075注：碘反應(yīng)消失所需時間以（分）表示。福本指出，添加超過菌體生長需要的磷酸鹽，能顯著增加枯草桿菌和地衣形芽孢桿菌α-淀粉酶的產(chǎn)量。磷酸鹽的濃度與細胞內(nèi)α-淀粉酶濃度有關(guān)，在低磷培養(yǎng)基中生長的米曲霉，α-淀粉酶幾乎全存于細胞內(nèi)，增加培養(yǎng)基中磷酸鹽含量，可延長菌體生長期而促進α-淀粉酶的生產(chǎn)。Meyrath用米曲霉生產(chǎn)α-淀粉酶時，培養(yǎng)基中磷鹽濃度高達M/2。山田培養(yǎng)黑曲霉ATCC15475，生產(chǎn)α-淀粉酶，磷酸鹽濃度達4.6-4.7%。高濃度的磷酸鹽，其作用是造成一個高滲壓的環(huán)境，這與添加1%NaCl或2%Na2SO4（或K2SO4）之所以能提高霉菌α-淀粉酶的產(chǎn)量，道理相同。金屬微量元素例如Mn2+、Zn2+、Fe2+、Na+有刺激產(chǎn)酶的作用，但工業(yè)原料中這些元素并不缺乏。米曲霉的合成培養(yǎng)基中，加入混合微量元素，可促進菌絲體生長，而降低α-淀粉酶的產(chǎn)量，培養(yǎng)基中缺少Cu2+時有利于α-淀粉酶的生成。⑤生長期與α-淀粉酶的生產(chǎn)：α-淀粉酶的產(chǎn)生與芽孢的形成無直接關(guān)系。發(fā)酵過程中一些菌株的α-淀粉酶活性在菌體生長達最大值時最高，而另一些菌種（枯草桿菌與嗜熱脂肪芽孢桿菌）在對數(shù)生長期最高。有一些菌株，對分解代謝物阻遏很敏感，在可利用糖未耗盡和達到生長靜止期之前，不會大量形成α-淀粉酶。在工業(yè)上，用粗原料生產(chǎn)時，α-淀粉酶在靜止期內(nèi)大量形成，酶的活性隨菌體自溶而增加?？莶輻U菌BF-7658α-淀粉酶的活性，在對數(shù)死亡期最高。⑥溫度對產(chǎn)酶的影響：枯草桿菌一般在35-37℃下培養(yǎng)為合適。芽孢桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶的最適溫度范圍很小，在35℃與37.5℃下靜止培養(yǎng)淀粉液化芽孢桿菌時，α-淀粉酶的產(chǎn)量有明顯的差別，35℃下培養(yǎng)的遠比37.5℃為好。但是在搖瓶培養(yǎng)下，兩種培養(yǎng)溫度對最終產(chǎn)酶活性無明顯區(qū)別。液體深層培養(yǎng)與固體培養(yǎng)對溫度的敏感性不同。液體培養(yǎng)時，一旦溫度升到40℃以上，對產(chǎn)酶就不利。BF7658靜止培養(yǎng)時，37℃的α-淀粉酶到達高峰時間比35℃的要短24小時，而用30℃培養(yǎng)則酶活性僅為前者的一半。霉菌液體深層培養(yǎng)生產(chǎn)α-淀粉酶的最適溫度較低，一般在30℃左右。降低后期培養(yǎng)溫度，有利于黑曲霉耐酸性α-淀粉酶的生產(chǎn)。⑦pH對產(chǎn)酶的影響：福本報道，用淀粉、乳酸銨、磷酸鹽培養(yǎng)基培養(yǎng)淀粉液化芽孢桿菌時，最適pH范圍在6.8-7.2，而用洗滌細胞作試驗時，其最適

pH在6.2-6.5，pH超過7.0時，α-淀粉酶生產(chǎn)量明顯降低。枯草桿菌BF7658以豆餅麩皮培養(yǎng)基發(fā)酵時，最適pH5.5-6.5，超出此范圍，酶活甚低?？莶輻U菌TUD127以玉米豆餅粉為原料，最適pH范圍很寬，為5.5-8.0，以6-7.5最佳。(一般是在酸性的環(huán)境下)用米曲霉生產(chǎn)α-淀粉酶時，培養(yǎng)基原始pH以中性為佳。但最適pH也因培養(yǎng)基組成與濃度而異，碳源濃度高時，采用微堿性更佳。培養(yǎng)基pH愈低，黑曲霉生產(chǎn)的α-淀粉酶抗酸性愈強。山田等指出黑曲霉生產(chǎn)耐酸性α-淀粉酶的最適pH為4.0，若使培養(yǎng)初期pH為4.0，后期將pH升至5.5，并將溫度由28℃降到20℃，可得到最高產(chǎn)量。黑曲霉NRRL337固體培養(yǎng)時，耐酸性α-淀粉酶在較低的溫度（25℃）和酸性環(huán)境下形成，搖瓶培養(yǎng)時，最適pH4.0。耐酸性α-淀粉酶的出現(xiàn)遲于非耐酸性α-淀粉酶和糖化酶。當培養(yǎng)基中添加CaCO3時，則大量生成非耐酸性α-淀粉酶，但降低培養(yǎng)基pH并不是黑曲霉NRRL330生產(chǎn)耐酸性α-淀粉酶所必需的（表4.4）。培養(yǎng)過程的pH也可借培養(yǎng)基成分來調(diào)節(jié)。Meyrath認為用米曲霉生產(chǎn)α-淀粉酶時，如以醋酸銨作氮源，可使培養(yǎng)過程中的pH升高或保持中性，硝酸鹽與蛋白質(zhì)也有類似作用。醋酸鹽、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽等有機酸的鹽類，具有調(diào)節(jié)pH的功用，其用量視所用的碳氮源而異，在5-15克/升范圍表4.4初pH對黑曲霉NRRL330生產(chǎn)耐酸性α-淀粉酶的影響pHα-淀粉酶活性[對碘反應(yīng)消失所需時間（分）]總活性耐酸性（pH2.5，40℃10分鐘處理）2.032352.512.7143.589.54.07.594.58.59.55.09.510.55.57.596.09.510.57.09.511注：培養(yǎng)基：玉米粉6%、NaNO30.3%、MgSO40.05%。內(nèi)。例如初pH為6.8，氮源是1.6%硫酸銨，由于同時添加了醋酸鈉（或鉀），在培養(yǎng)過程中隨著菌體生長，pH逐漸上升，到靜止期、自溶期以后能將pH保持8.3。培養(yǎng)基的pH也可以通過補充養(yǎng)料來調(diào)節(jié)，枯草桿菌BF7658在產(chǎn)酶期間，多次補加培養(yǎng)基能將pH保持在6.3-6.6，而促進產(chǎn)酶。⑧其他因素：影響α-淀粉酶產(chǎn)量的其它因素還很多，例如深層培養(yǎng)中的通風量、攪拌強度、接種量、種齡等。工業(yè)上生產(chǎn)α-淀粉酶的微生物都是好氣性菌。用深層培養(yǎng)時，在一定培養(yǎng)基中，酶的生成量主要被通風攪拌所左右。很早就發(fā)現(xiàn)，用500毫升三角瓶裝不同量培養(yǎng)基，搖瓶培養(yǎng)淀粉液化芽孢桿菌，當裝液量為200毫升時，它的α-淀粉酶生成量只為40毫升時的五分之一。使用玉米、豆餅培養(yǎng)基（總固形物11-12%），搖瓶培養(yǎng)BF7658和TUD127的結(jié)果同樣表明，通風量能夠影響α-淀粉酶的合成。用500升發(fā)酵罐試驗，在攪拌185轉(zhuǎn)/分下培養(yǎng)枯草桿菌BF7658，當通風量由1：0.53降到1：0.34時，α-淀粉酶活性降低1/2。培養(yǎng)時降低前期通風量，則促進米曲霉生長而減少產(chǎn)酶。枯草桿菌在對數(shù)期末，降低通風量，卻可促進α-淀粉酶生產(chǎn)。CO2對細胞增殖與產(chǎn)酶有影響，當通入的空氣含CO28%時，枯草桿菌α-淀粉酶活性可增加3倍。在固體培養(yǎng)時，氣體的交換情況是差的，但α-淀粉酶的產(chǎn)量并不低。芽孢桿菌以使用對數(shù)生長期的種子最合適，接種量為發(fā)酵液量0.2-1%，對產(chǎn)酶物有影響。培養(yǎng)基的滅菌對產(chǎn)酶有影響。Meyrath的發(fā)現(xiàn)，糖與其他成分合并滅菌，由于生成焦糖，有利于霉菌α-淀粉酶生產(chǎn)。焦糖具有螯合微量重金屬元素的作用，能除去有礙于產(chǎn)酶的微量金屬,特別是銅離子。向培養(yǎng)基添加焦糖（0.2%）可使α-淀粉酶增產(chǎn)6-10%。培養(yǎng)基中添加植酸鈣、赤霉素、單寧酸、乙醇、聚丙烯酸Carbopol以及Tween80、TritonX-100和SDS等等表面活性劑對產(chǎn)酶具有促進作用。用乳糖為碳源時，酶的產(chǎn)量比用淀粉的高1倍，而擬內(nèi)孢霉的培養(yǎng)基中添加麻油等油脂，可提高產(chǎn)酶活性。4.4固體培養(yǎng)法固體培養(yǎng)法的培養(yǎng)基以麩皮、米糠等為主要原料，加入其他必要的營養(yǎng)成分，制成固體或半固體的麩曲，經(jīng)過滅菌冷卻后，接種產(chǎn)酶微生物菌株，在一定條件下進行發(fā)酵，以獲得所需的酶。固體培養(yǎng)法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便，麩曲中酶的濃度較高，特別適用于各種霉菌中的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶。其缺點是勞動強度較大，原料利用率較低，生產(chǎn)周期較長。（1）固體培養(yǎng)枯草桿菌JD32生產(chǎn)α-淀粉酶菌種移植在豆餅3%、麩皮5%、蛋白胨0.25%、瓊脂2%（pH7.1）斜面，35℃培養(yǎng)48小時，再接種入種子培養(yǎng)基（豆餅粉1%、酵母膏、蛋白胨各0.4%、NaCl0.05%，pH7.1-7.2），35℃搖瓶培養(yǎng)一定時間后，用發(fā)酵罐擴大培養(yǎng)，然后按接種量0.5%接種入固體培養(yǎng)基（麩皮70、小米糠20、木薯粉10，燒堿0.5克混合物，加水使含水量60%左右，常壓汽蒸1小時，冷卻到38-40℃），在厚層通風制曲箱內(nèi)通風保持品溫38-41℃下，培養(yǎng)20小時左右出曲風干。麩曲用1%食鹽水3-4倍浸泡3小時后過濾，調(diào)節(jié)濾液pH5.5-6，加10℃酒精使終濃度為70%沉淀酶，沉淀經(jīng)離心，濃酒精洗滌脫水后，25℃下風干粉碎即為成品。（2）固體培養(yǎng)米曲霉生產(chǎn)他卡淀粉酶我國現(xiàn)用的菌種屬于米曲霉群的曲霉602與2120，經(jīng)鑒定認為不產(chǎn)生黃曲霉素，制法如下：500毫升三角瓶，裝麩皮5、玉米粉1混合物30克，加水1：1及鹽酸三滴，拌均后，120℃滅菌30分鐘，冷卻后接種斜面菌種（菌種培養(yǎng)于麥芽汁或曲汁斜面）置32-34℃下培養(yǎng)三天，每24小時扣瓶一次以防結(jié)塊，待菌絲體大量生長及孢子轉(zhuǎn)為黃綠色，即可作為種子用于制備種曲。種曲培養(yǎng)基配料同上，原料蒸熱后冷卻到30℃，接種種子0.5-1%，拌均后盛于曲盤，攤厚1厘米左右，盤上蓋以濕布，置30℃曲房培養(yǎng)。蓋布應(yīng)每隔8-12小時用水浸濕，以防培養(yǎng)基干結(jié)而影響菌體繁殖，每隔24小時扣盤一次，經(jīng)三天后，種曲成熟，布滿黃綠色孢子。厚層通風制曲：原料是麩皮、谷殼100：5，混合，加75-80%稀鹽酸（濃度0.1%），拌均后，常壓汽蒸1小時，揚涼后接入種曲0.5%，置曲箱中保持前期品溫30℃左右，每2小時通風20分鐘，當品溫升到36℃以上，則連續(xù)通風，保持品溫在36-40℃間，約28小時左右，品溫開始下降，乃通冷風使品溫降至20℃左右后出箱，麩曲用水或稀食鹽水浸出后，用酒精或C.P硫酸銨鹽析，酶泥濾出后低溫烘干，粉碎后加乳糖為填料作為成品。4.5液體深層培養(yǎng)法液體深層培養(yǎng)法是采用液體培養(yǎng)基，置于生物反應(yīng)器中，經(jīng)過滅菌、冷卻后，接種產(chǎn)酶細胞，在一定條件下，進行發(fā)酵，生產(chǎn)得到所需的酶。液體深層培養(yǎng)法不僅適合于微生物細胞發(fā)酵生產(chǎn)也可用于植物細胞和動物細胞的培養(yǎng)。液體深層培養(yǎng)法的機械化程度較高，技術(shù)管理較嚴格，酶的產(chǎn)率較高，質(zhì)量較穩(wěn)定，產(chǎn)品回收率較高，是目前酶發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式。（1）液體深層培養(yǎng)枯草桿菌BF7658生產(chǎn)α-淀粉酶，具體工藝流程祥見6.1.1枯草桿菌發(fā)酵工藝流程示意圖。5主要構(gòu)筑物的設(shè)計計算5.1α-淀粉酶工廠生產(chǎn)車間的物料衡算5.1.1枯草桿菌發(fā)酵工藝流程示意圖枯草桿菌發(fā)酵采用液體深層發(fā)酵、沉淀法提取的工藝，其工藝流程如下圖5.1所示：熱處理孢子懸浮液BF7658孢子斜面無菌空氣熱處理孢子懸浮液BF7658孢子斜面無菌空氣種子罐發(fā)酵罐補料罐噴霧干燥鹽析壓濾填充劑包裝干燥混粉粉碎粗濾5.1.2工藝技術(shù)指標及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)⑴主要技術(shù)指標如下所示：表5.1α-淀粉酶發(fā)酵工藝技術(shù)指標指標名稱單位指標數(shù)指標名稱單位指標數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a20000（α-淀粉酶）發(fā)酵初糖Kg/m3150生產(chǎn)方法深層發(fā)酵，沉淀法提取產(chǎn)品規(guī)格u/ml25000年生產(chǎn)天數(shù)d/a300提取總收率%85發(fā)酵周期h84倒罐率%1.0產(chǎn)品日產(chǎn)量t/d66.67麥芽糖化轉(zhuǎn)化率%95罐發(fā)酵單位u/ml5000淀粉糖化轉(zhuǎn)化率%95發(fā)酵罐裝料系數(shù)%85接種量%10⑵二級種子培養(yǎng)基（%）：麥芽糊精4.0（含麥芽80%，水解糖25g/l）；玉米漿1.0；(NH4)SO40.3；Na2HPO4：0.2；消泡劑0.2。⑶發(fā)酵培養(yǎng)基（%）：玉米淀粉20(含淀粉80%，水解糖150g/l)；豆餅粉6.5；玉米漿1.0；(NH4)SO40.5；Na2HPO40.3；消泡劑0.4。（4）補料液：（%）玉米淀粉25；豆餅粉7.0；消泡劑0.35.1.3α-淀粉酶發(fā)酵車間的物料衡算首先計算生產(chǎn)1000kg規(guī)格為25000u/ml的α-淀粉酶需耗用的原輔材料及其他物料量。⑴放罐成熟發(fā)酵液量V0=1000kg×25000u/g÷(5000u/ml×85%×99%)=5.94（m3）式中85%——提取總收率99%——除去倒罐率1%后的發(fā)酵成功率⑵放罐發(fā)酵成熟液V0分為以下三部分：底料：V1=5.94×80%=4.752（m3）種液量：V2=5.94×8%=0.4752（m3）補料量：V3=5.94×12%=0.7128（m3）（3）發(fā)酵液底料配置需水解糖量：G1=150×V1=150×4.752=712.8(kg)種子培養(yǎng)液配置需水解糖量：G2=25×V2=25×0.4752=11.88(kg)補料液配置需水解糖量：G3=150×V3=150×0.7128=106.92(kg)（4）耗用玉米淀粉原料量理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用玉米淀粉量為：G底料淀粉=712.8÷(80%×95%×111%)=844.95(kg)G補料淀粉=106.92÷(80%×95%×111%)=126.74(kg)G淀粉=844.95+126.74=971.69式中80%——玉米淀粉原料含純淀粉量95%——淀粉糖化轉(zhuǎn)化率（5）豆餅粉耗用量G豆餅粉=844.95÷20%×6.5%+126.74÷25%×7%=310.096(kg)（6）麥芽糊精耗用量理論上，100㎏麥芽轉(zhuǎn)化為140㎏葡萄糖，故理論上耗用淀粉量為：G麥芽=11.88÷(80%×95%×140%)=11.17(kg)式中80%——麥芽糊精原料含純麥芽量95%——麥芽糖化轉(zhuǎn)化率（7）玉米漿耗用量G玉米漿=844.95÷20%×1.0%+11.17÷4.0%×1.0%=46.105(kg)（8）耗用量844.95÷20%×0.5%+11.17÷4.0%×0.3%=21.96（kg）（9）耗用量844.95÷20%×0.3%+11.17÷4.0%×0.2%=13.23（kg）（10）CaCO3耗用量844.95÷20%×1.6%=67.596（kg）（11）消泡劑耗用量844.95÷20%×0.4%+11.17÷4.0%×0.2%+126.74÷25%×0.3%=18.98(kg)5.1.2萬t/aα-淀粉酶工廠發(fā)酵車間的物料衡算表由上述生產(chǎn)1000kgα-淀粉酶（規(guī)格為25000u/g）的物料衡算結(jié)果，可求得2萬t/aα-淀粉酶工廠發(fā)酵車間的物料平衡計算。具體計算結(jié)果如下表所示。表5.26萬t/aα-淀粉酶工廠發(fā)酵車間的物料衡算表物料名稱生產(chǎn)1tα-淀粉酶（5000u/ml）物料量6萬t/aα-淀粉酶生產(chǎn)的物料量每日物料量發(fā)酵液m35.941.19×105397種液量m30.47529.504×10331.68玉米淀粉kg971.691.94×1076.47×104豆餅粉kg310.0966.20×1062.07×104玉米漿kg46.1059.221×1053073.6麥芽糊精kg11.172.234×105745(NH4)2SO4kg21.964.392×1051464Na2HPO4kg13.232.646×105882CaCO?kg67.5961.35×10645004消泡劑kg18.983.796×1051265.35.2生產(chǎn)車間的熱量衡算5.2.1糊化用水耗熱量根據(jù)物料衡算的結(jié)果，糊化鍋加水量為：=（971.69+310.096）×4=5127.144（kg）式中，971.69為生產(chǎn)1000kgα-淀粉酶所需要的玉米淀粉量，310.096為糊化鍋加入的豆餅粉量。自來水平均溫度取=20℃，而糖化配料用水溫度=50℃，故耗熱量為Q1=G1CW(t2－t1)=5127.144×4.18×（50-20）=6.43×105（kJ）5.2.2米醪煮沸耗熱量1.糊化鍋內(nèi)米醪由初溫加熱至100℃耗熱⑴計算米醪的比熱容根據(jù)經(jīng)驗公式進行計算。式中W為含水百分率，豆餅粉為6，玉米淀粉為13；為絕對谷物比熱容，=1.55kJ/(kg·k)C豆餅粉=0.01[(100-6)×1.55+4.18×6]=1.71[kg/(kg·k)]C玉米淀粉=0.01[(100-13)×1.55+4.18×13]=1.89[kg/(kg·k)]⑵米醪的初溫,G米醪為6625.85，設(shè)原料的初溫為20℃，而熱水為50℃，則（℃）⑶把上述結(jié)果代入式中，得：2.煮沸過程蒸汽帶出的熱量設(shè)該過程用時為30min，蒸發(fā)量為每小時5%，則蒸發(fā)水分量為：G蒸發(fā)=G米醪×5%×30/60=165.65（kJ）故=G蒸發(fā)I=165.65×2257.2=3.74×105(kJ)式中，I為100℃下水的汽化潛熱（kJ/kg）。3.熱損失米醪升溫和煮沸過程的熱損失約為前兩次的耗熱量的15%，即：4.由上述結(jié)果得：（已知）5.3生產(chǎn)車間的水平衡計算用水量的估算

以一個發(fā)酵車間為例進行計算（每班實際滿負荷運轉(zhuǎn)按120h計算）（1）清洗發(fā)酵罐用水量W1假若清洗一個發(fā)酵罐要用水0.1t，一個發(fā)酵車間有12個發(fā)酵罐。故用水量W1＝1.2t/班（2）發(fā)酵培養(yǎng)液用水量W2設(shè)發(fā)酵罐用水量為發(fā)酵罐的總裝系數(shù)，故用水量W2=85%×150m3×1Kg/m3×12=1.53t/班（3）制冷系統(tǒng)用水量W3用水量W3＝5.47t/h（參照設(shè)備廠家提供的數(shù)據(jù)）。故用水量W3=5.47×84=459.48t（4）清洗地坪用水量W4每日清洗兩次生產(chǎn)區(qū)，用水量約為810t/班（5）鍋爐用水量W5鍋爐生產(chǎn)能力為1.0t/h，再加上鍋爐自用水和蒸汽損失的20%，所以用水量W5＝1.0×（1+20%）×84=100.8t/班（6）生活用水量W6最大班人數(shù)為60人(30人白天，30人晚上)。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每人平均生活用水70kg/h。生活最大用水量60×70kg/h=4200kg/h每班按84h計算W6＝35.28t/班（7）消防用水量W7因為此項用水較少，可忽略不計，若發(fā)生火警時，可將生產(chǎn)用水或生活用水調(diào)節(jié)使用。設(shè)值為3.25t/班故：生產(chǎn)期間總用水量WW=W1＋W2＋W3＋W4＋W5＋W6＋W7=1.2+1.53+459.48+810＋100.8＋35.28＋3.25=1411.54t/班單位時間發(fā)酵車間的總用水量：W全=1411.54t/（3×24）=19.60t/h?？紤]到在一天生產(chǎn)過程中用水的峰期需求，在此基礎(chǔ)上以增加20%計，則這個發(fā)酵車間的單位時間的供水能力應(yīng)達到：19.60×1.2＝23.52t/h。全年用水量：23.52×24×300＝1.693×105t5.4無菌空氣用量的計算5.4.1枯草桿菌發(fā)酵中無菌空氣平衡示意圖5.2空氣→壓縮→過濾除菌————————————————————↙∣↓∣↓↙∣滅菌培養(yǎng)基∣滅菌消泡劑↙↓↙↘↓↙種子罐→發(fā)酵罐→送提取圖5.2無菌空氣平衡示意圖5.4.2發(fā)酵工藝技術(shù)指標及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2萬t/aα-淀粉酶工廠發(fā)酵工藝技術(shù)指標及物料平衡計算結(jié)果詳見本章第一節(jié)。根據(jù)第一節(jié)兩表給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及物料衡算結(jié)果，列出與空氣消耗有關(guān)的基本數(shù)據(jù)有：生產(chǎn)1tα-淀粉酶的發(fā)酵液量為：5.94m3；種液量為：0.4752m3；發(fā)酵時間為：48h；發(fā)酵周期（含清洗、滅菌等）：84h；發(fā)酵罐公稱容積：150m3（12個）；發(fā)酵罐裝料系數(shù)：85%。5.4.3發(fā)酵過程無菌空氣用量計算發(fā)酵車間無菌空氣消耗量主要用于枯草桿菌發(fā)酵過程通風供氣，其次為種子培養(yǎng)的通氣以及培養(yǎng)基壓料輸送也需要壓縮空氣。此外，因設(shè)備和管件等的消毒吹干以及其他損耗構(gòu)成無菌空氣的耗用量。1.單罐發(fā)酵無菌空氣耗用量表5.3枯草桿菌發(fā)酵常用的攪拌轉(zhuǎn)速與通氣量指標名稱指標數(shù)發(fā)酵罐容量（m3）2050100150200250500攪拌轉(zhuǎn)速r/min13011010095908580通氣速率（vvm）根據(jù)表可知，150m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速率為0.12-0.15vvm,取最高值0.15vvm進行計算[11]。⑴單罐發(fā)酵過程用氣量（常壓空氣）V=150×85%×0.15×60=1147.5(m3/h)⑵單罐年用氣量Va=V×48×100=5.08×106（m3）式中60—每年單罐發(fā)酵批次48—發(fā)酵時間2.種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量二級種培養(yǎng)是在種子罐中進行的，可根據(jù)接種量、通氣速率、培養(yǎng)時間等進行計算。但通常的設(shè)計習慣，是把種子培養(yǎng)用氣、培養(yǎng)基壓送及管路損失等算作一次，一般取這些無菌空氣消耗量之和約等于發(fā)酵過程空氣耗量的25%。故這項無菌空氣耗量為：V′=25%V=25%×1147.5=286.875（m3/h）每罐每年用氣量為：Va′=V′×12×100=286.875×12×100=3.44×105(m3/a)3.發(fā)酵車間高峰無菌空氣消耗量Vmax=12(V+V′)=12×(1147.5+286.875)=17212.5(m3/h)4.發(fā)酵車間無菌空氣年耗量Vt=12（Va+Va′）=12×(5.508×106+3.44×105)=7.022×107（m3/a）5.4.4發(fā)酵車間無菌空氣單耗根據(jù)設(shè)計，實際α-淀粉酶年產(chǎn)量為：G=59400（t/a）故發(fā)酵車間無菌空氣單耗為：Vo=Vt/G=7.022×107/59400=1182.15(m3/t)5.4.52萬t/aα-淀粉酶工廠無菌空氣用量衡算表根據(jù)上述計算結(jié)果，可得出2萬t/aα-淀粉酶工廠無菌空氣用量衡算表，如下所示：表5.4發(fā)酵車間無菌空氣衡算表發(fā)酵罐公稱容積（m3）單罐通氣量（m3/h）種子培養(yǎng)耗氣量（m3/h）高峰空氣耗量（m3/h）年空氣耗量（m3）空氣單耗（m3/t）5001147.5286.87517212.57.022×1071182.15注：發(fā)酵罐裝料系數(shù)85%，發(fā)酵周期84,年生產(chǎn)天數(shù)300d,實際生產(chǎn)能力59400t/a，公稱容積150m3，全容積為170m3。5.5α-淀粉酶生產(chǎn)設(shè)備的選型計算（設(shè)備的容量、數(shù)量、主要的外形尺寸）5.5.1設(shè)備選型的依據(jù)物料計算是設(shè)備選型的依據(jù)，選擇設(shè)備時要注意四點：（1）根據(jù)每一品種單位時間(h或min)產(chǎn)量的物料平衡情況和設(shè)備生產(chǎn)能力來確定所需設(shè)備的臺數(shù)。（2）幾個生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，除按實際生產(chǎn)能力所需臺數(shù)的設(shè)備外，還應(yīng)考慮備用設(shè)備。（3）后道工序的生產(chǎn)能力要略大于前道，不至于生產(chǎn)能力不夠，導(dǎo)致物料積壓。（4）選擇設(shè)備應(yīng)考慮下列原則：a.滿足工藝要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。b.應(yīng)選用較先進，機械化程度較高的設(shè)備。c.充分利用原料，能耗少，效率高，體積小，能一機多用。d.應(yīng)符合衛(wèi)生要求，故而多應(yīng)用不銹鋼材料。e.有合理的自動控制系統(tǒng),控制溫度、壓力和真空度，時間、速度、流量等工藝參數(shù)。5.5.2設(shè)備選型的計算1.發(fā)酵罐⑴發(fā)酵罐的選型評價發(fā)酵罐技術(shù)性能的主要尺寸是體積溶氧系數(shù)Kla;評價經(jīng)濟性能的依據(jù)是溶氧效率g。當然實踐性要考慮，該種發(fā)酵罐已實踐過的最大容積，放大性能，是否適合某種發(fā)酵液的液體特性等。當前，我國α-淀粉酶發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐，即大家常說的通用罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要是：歷史悠久，資料齊全，在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗，成功率高?，F(xiàn)以此類發(fā)酵灌為例進行設(shè)計選型。⑵生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定①發(fā)酵罐容積的確定：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)發(fā)酵罐的專業(yè)廠家越來越多，現(xiàn)有發(fā)酵罐容量系列如5，10，20，50，60，75，100，120，150m3等等。究竟選擇多大容量的好呢？一般來說單罐容量越大，經(jīng)濟性能越好，但風險也越大，要求技術(shù)管理水平也越高?，F(xiàn)以150m3罐為例。②生產(chǎn)能力的計算：現(xiàn)每天產(chǎn)1t規(guī)格為25000u/g的α-淀粉酶，枯草桿菌發(fā)酵周期為84h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間)，生產(chǎn)1tα-淀粉酶需糖液5.94m3；生產(chǎn)20000則需糖液體積為5.94×20000=1.188×105（m3）每天工作300天，每天需糖液體積為V糖：V糖=1.188×105/300=396（m3）設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)==85\*Arabic85%；則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為V0。V0=V糖/=396/0.85=465.88（m3）現(xiàn)選用公稱容積為1500m3六彎葉機械攪拌通風發(fā)酵罐，其全容積為170m3。③發(fā)酵罐個數(shù)的確定：已知公稱容積為150m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為170m3，N0=465.88/150=3.105;取N0=4（個）共需要的發(fā)酵罐數(shù)N1=（465.88×84）/(150×24)=10.87，取N1=12（個）,其中一個留做備用。每天應(yīng)有4個發(fā)酵罐出料。每年工作300天，實際產(chǎn)量驗算：170×0.85×4×300/5.94=29191.92（t/a）；富裕量（29191.92-20000）/20000=45.9%，能滿足產(chǎn)量要求。⑶主要尺寸的計算(現(xiàn)按公稱容積150m3的發(fā)酵罐舉例計算)V全＝V筒+2V封封頭折邊忽略不計，以方便計算。則有V全＝0.785D2×1.9D+(πD3×2)/24=170H=1.9D；解方程得：1.49D3+0.26D36m1.75D取D＝4.6m,H=8.74m圓柱部分容積V1＝0.785×4.62×8.74＝145（m3）上、下封頭體積V2＝V3＝πD3/24＝π×4.63/24＝12.5（m3）總體積：V全＝V1+V2+V3＝145+12.5+12.5＝550（m3）取發(fā)酵罐的填充系數(shù)==85\*Arabic75%，實際裝液量為：170×=85\*Arabic75%＝144.5（m3）⑷冷卻面積的計算：本設(shè)計采用經(jīng)驗值計算法查資料知α-淀粉酶發(fā)酵罐的冷卻面積取1m2/m3；由上知填充系數(shù)==85\*Arabic85%，則每一個150m3的發(fā)酵罐換熱面積：A=170×=85\*Arabic85%×1=144.5（m2）⑸攪拌器設(shè)計該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系，現(xiàn)將主要尺寸列出：攪拌器葉徑Di＝D/3＝4.6/3＝1.53（m）葉寬B＝0.2d＝0.2×1.53=0.306（m）弧長l＝0.375d＝0.375×1.53=0.574（m）底距C＝D/3＝4.6/3＝1.53（m）盤徑di＝0.75Di＝0.75×1.53=1.148（m）葉弦長L＝0.25Di＝0.25×1.53=0.383（m）葉距Y＝D＝4.6（m）彎葉板厚δ＝14（mm）采用兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速110r/min。⑹攪拌軸功率的計算本設(shè)計采用經(jīng)驗值計算法查資料知通常α-淀粉酶發(fā)酵按1kw/m3發(fā)酵液；對于公稱容積為150m3的發(fā)酵罐，裝液量為144.5m3則應(yīng)選取功率大于或等于144.5kw的電機。⑺設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計，將設(shè)備的主要輔助裝置的工藝要求交代清楚，供制造加工和采購時取得資料依據(jù)。①空氣分布器：本罐使用單管通風，風管直徑計算見⑽接管設(shè)計。②擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板。③密封方式：本罐擬采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。④冷卻管布置：隨著發(fā)酵罐容量的增加，比表面積變小，夾套形成的冷卻面積已無法滿足生產(chǎn)要求，于是使用管式冷卻裝置。蛇管因易沉淀污垢且不易清洗而不采用；列管式冷卻裝置雖然冷卻效果好，但耗水量過多；因此廣泛使用的是豎直蛇管冷卻裝置。ⅰ.求最高熱負荷下的耗水量W式中——每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積：Q總＝4.18×25000×144.5＝1.51×107kJ/h——冷卻水的比熱容，4.18KJ/(kg·K)——冷卻水終溫，=27℃W＝W＝143kg/s4.182720將各值代入上式冷卻水體積流量為0.143m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s，根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總S總為截面積為：S總=W/v=0.143/1=0.143(m2)式中——冷卻水體積流量，=0.143m3/s——冷卻水流速，=1m/s進水總管直徑取Dg300×8；ⅱ.冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為S總，管徑d0，組數(shù)為n，則：S總＝n?0.785d02取n=12，查表：選φ159×3.5無縫管，d內(nèi)＝151mm，d內(nèi)>d0，認為可滿足要求，d平均＝155mm?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為250mm