年产600吨薯渣固态发酵生产单细胞蛋白饲料工厂设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸摘要马铃薯渣污染问题一直困扰着马铃薯淀粉行业广大厂家，以马铃薯渣固态通风培养单细胞蛋白的技术在解决此问题上有良好的应用前景。本方案设计了年产600吨以马铃薯渣为原料固态通风培养生产单细胞蛋白工厂，方案对工艺及主要设备进行了设计论证，并绘制了全厂工艺、主要设备及厂区平面布置图等图纸。abstractthe potato residue pollution problem has been perplex the potato starch factorys. the technique of fermenting potato residue into single cell protein(scp) was considered a good way to solve the prblem.this project designed a factory to produce 600t scp per year ,using potato residue as the raw material well ventilated to produce scp. the project carried on the design argument to the craft and the main equipments, and draw diagram papers such as whole factory craft,main equipments and the factory area flat surface diagram etc.第1章 绪论我国马铃薯种植面积达7000万亩，居世界第一位，有数据显示，2005年全国总产量为7086.5万吨。目前，马铃薯生产淀粉及利用淀粉进一步深加工是马铃薯增值的主要途径，但是马铃薯淀粉生产在产生巨大经济效益的同时，也带来了马铃薯渣污染这个不可忽视的环境问题，如何妥善解决此问题，达到马铃薯产业经济效益环境效益双丰收，是行业内一个重大课题。统计显示，我国马铃薯淀粉企业每年产生的薯渣大约有800万吨。由于马铃薯渣蛋白质含量低，粗纤维含量较高，营养价值不高，适口性不好，饲喂效果差，将薯渣作为饲料应用并不是解决问题的方法，即使应用，也只能消化部分薯渣，不能完全解决问题。菌体蛋白是一种营养价值很高的饲料，某些特殊菌种生产的蛋白饲料由于菌种原因，还具有特殊香味。实验表明，菌体蛋白饲料的饲喂效果比玉米、豆粕要好，与鱼粉饲喂效果相当。在多种禽畜及水产养殖动物的饲喂实验中均有优良的表现。近年来，随着世界各国对环境问题的关注，工业产品中的废渣综合利用越来越受到研究者的重视。在这个方面的研究以欧美、日本等国家和地区为代表。我国的研究起步较晚，但是进展很快。东南沿海地区关于发酵工业废渣和木薯渣综合利用的研究较多，但是对马铃薯渣的研究成果仅限于实验室研究，用于实际应用的成果极少。目前尚未有关于薯渣综合利用中试规模应用的报道1。以薯渣为原料生产菌体蛋白是解决马铃薯渣问题的一个出路。经过多菌种混合培养，将马铃薯渣中的糖类转化为菌体。微生物菌体含有丰富的蛋白质、脂类、核酸和其他营养成分，通过底物菌体的转化，将低营养价值的底物转化为高营养价值的菌体，同时由于某些菌体能产生具有特殊香味的物质，如酯类等，在培养的同时还可以改善饲料的适口性2。有数据表明，薯渣经过多菌种混合培养，粗蛋白含量可增加1215%（以干物质计），同时其风味也可以明显改善，同时由于营养成分的增加和风味的改善，也能够使马铃薯渣饲料的价值比原料高。综上所述，以马铃薯渣为原料生产单细胞蛋白是有着良好的经济效益和环境效益的。经过培养、干燥等工艺过程，可以将低营养价值高含水量的鲜薯渣转化为高营养价值、低含水量的高蛋白饲料，应用面更加广泛，更易保存。菌体蛋白是以适当的培养基在合适的条件下培养微生物，以获得高蛋白微生物菌体为目标的一个生物工程过程。菌体蛋白作为饲料与传统饲料相比，其优势主要表现为：1、生长速度快、蛋白含量高；2、原料来源广泛，成本低；3、生产过程不易受气候等影响，容易控制。菌体蛋白除能提供蛋白质外，还能提供丰富的维生素、核酸以及脂类等营养成分。由于菌体蛋白生产基本上不依赖于外部环境，因此其生产受气候、自然灾害等因素影响比较小，甚至可用于特殊环境下的应急使用。二战时期，德国就有生产啤酒酵母蛋白补充食品紧缺的先例3。菌体蛋白多以工农业生产废渣、下脚料等为原料，开发此项目不仅可综合利用废渣等，还可以获得优质蛋白。由于人民生活水平的提高，广大居民的饮食结构发生了巨大变化，肉、蛋、奶等动物性食品需求大幅增加，带动了养殖业的发展，在养殖业发展的同时，也带来了人畜争粮的问题。生产菌体蛋白饲料可有效缓解这一问题。我国每年产生45亿吨农作物秸秆，如将其中的20%转化为菌体蛋白饲料，仅此一项，就可获得相当于400亿千克的饲料粮，相当于目前全国饲料用粮的一半4。受到欧盟马铃薯淀粉反倾销案调查裁定胜利的影响，我国国内马铃薯淀粉价格一路上扬，部分地区已经达到5300元/吨的价格。国内马铃薯淀粉企业产销两旺。在可预见的情况下，我国马铃薯及马铃薯淀粉产量将进一步走高，随之产生的副产品薯渣也将大量增加，解决此问题已迫在眉睫。利用薯渣生产菌体蛋白饲料，一方面可解决薯渣污染问题，另一方面可以缓解饲料用粮紧张，还可以大幅提高薯渣附加值，为提高淀粉厂经济效益作贡献，使得马铃薯产业链上的各个环节均可不同程度受益。1.1 设计任务，意义与指导思想通过四年的大学学习，学到许多发酵理论，原理及相应产品的具体工艺，通过这次设计，使我将所学到的知识条理化，系统化；使得基础知识和专业知识充分结合，联系生产实习和实践，对自己的专业水平进行一次测试和提高；同时也为了获得一些经验去组织生产，管理生产，为走向社会时在自己的工作岗位上做出应有的贡献。通过这次的设计，可以使我们在大学期间所学的发酵理论、原理及相应产品的具体工艺条理化、系统化；使基础的专业知识与生产实践相结合，以提高自己的知识和专业水平，为今后的工作与学习奠定基础。1.2 课题研究的内容及拟采用的方法主要内容：包括工艺设计、物料衡算、热衡算、主要设备选型、制图。生产工艺采用多菌种混合固态培养，菌种采用啤酒酵母:白地霉:黑曲霉:热带假丝酵母:产朊假丝酵母 1:4:2:4:2混合菌种。培养基采用马铃薯渣：麸皮：氮素：磷酸二氢钠：硫酸镁12.5：10.6：4.5：0.4：0.1（折干物质）配比方案。技术路线：（1）斜面种子培养基单菌、混菌接种（28180r/min，24 h）培养种子（2）原料（马铃薯渣、麸皮、氮素等）配料高压灭菌（0.1mpa）糖化酶糖化（63,4h）接种静置培养（28,3d）产品。1.3 课题研究中的主要难点以及解决的方法主要难点1、国内外直接资料很少可供参考；2、没有多菌种固态培养生产菌体蛋白的成熟经验可供借鉴； 3、多菌种固态发酵中菌种配比以及由此引起的饲料适口性问题尚未完全解决。 解决方法：大量查阅整理相关资料，尽可能应用往届同学关于薯渣固态生产单细胞蛋白方面的实验成果，广泛借鉴同为固态发酵的酱油制曲工艺流程，在设备选型中多选用已有成熟设备，以保证设计方案的可操作性、经济性。1.4 厂址选择正确选择厂址是保障企业生产安全的重要前提。在进行区域规划、选择厂址时，经常涉及的内容有工程地质条件的优劣，厂区范围能否适应和满足总平面和安全距离的要求、自然灾害的威胁程度与抵御能力，可能出现的次生灾害，“三废”的处理，与外部的联系及协作等。为此，在选择工厂厂址时，必须统筹兼顾，正确处理局部与整体、生产与安全、重点与一般、近期与远期、原则性与灵活性的关系. 所以要选出投资省、建设快、运营费低、具有最佳经济效益、环境效益和社会效益的厂址。在此设计中我选择的饲料厂厂址选在齐齐哈尔市依安县，因为它足以满足以下几个方面：1 近原料厂地及产品销售地区，运输方便。2 燃料质量符合要求，能够保证供应。3 地形便于车间布置、运输安排及工厂给排水。4 场地地基承载力一般应不低于0.1mpa 。5 根据工厂运货量、物料性质、外部运输条件、运输距离等因素合理确定采用的运输方式（铁路、公路）。6 运输路线应最短，方便，工程量小，经济合理。7 靠近水源，保证供水的可靠性，并符合生产对水质、水量、水温的要求。8 污水便于排入附近江河或城市下水系统。9 电力来源于东北电网，电力供应稳定充足。临近齐齐哈尔市，燃料运输方便10工厂与工厂之间，工厂与居住区之间有足够的距离，满足了现行安全、卫生、环保各项有关规定。第2章 生产工艺的确定及论证2.1 原料及产品标准 2.1.1 产品成分由于菌体蛋白饲料尚处于起步阶段，国内外均没有成熟的标准，为保证产品质量，我分别参照鱼粉、玉米蛋白、玉米胚芽粕、玉米胚芽饼等类似产品的标准以及实验结果，草拟出菌体蛋白饲料的工厂标准。因为数据不完全，尚不能对饲料中其他成分进行详细规定。此标准仅对成品含水量和粗蛋白含量进行规定。具体标准有待同行业以及国家相关部门规定。 标准内容如下： 含水量：10% 粗蛋白含量：20%参考 2.1.2 产品卫生标准重金属含量参照国家相关标准执行。序号项目最高允许含量（无特别说明为mg/kg）测定方法1砷（以总砷计）2.0gb/t130792铅（以pb计）5.0gb/t130803氟（以f计）50gb/t130834霉菌，x103个35gb/t130925黄曲霉毒素b1，g10gb/t17480或 gb/t83816铬（以cr计）10gb/t130887汞（以hg计）01gb/t130818镉（以cd计）05gb/t130829氰化物（以计）50gb/t1308410亚硝酸盐（以nano2）计15gb/t1308511游离棉酚20gb/t1308612异硫氰酸酯(以丙烯基异硫氰酸酯计)500gb/t1308713六六六0.05gb/t1309014滴滴涕0.02gb/t1308615沙门氏杆菌不得检出gb/t1309116细菌总数x106个2gb/t13093其中由于在生产过程中采用霉菌菌种，故对霉菌数不做要求。其他标准均参照该项目所允许的最低值。2.1.2 原料1.马铃薯渣马铃薯渣为主要原料，含水量80%。马铃薯渣是一种粗饲料，经过实际测定，薯渣成分为粗蛋白含量4.6%5.5，粗脂肪含量0.16%，粗纤维9.46%，糖类1.05%（以上各数据均为测定平均值）。薯渣中各个成分还受到马铃薯产地、栽培管理、以及当年气候等多种因素影响。但是总体来说，薯渣的营养价值是非常低的。同时由于其较高的粗纤维含量，导致其适口性比较差，禽畜不爱吃，消化率低，显然薯渣直接作为饲料是不合适的。2.麸皮麸皮为辅助原料，含水13%。麸皮是小麦加工面粉时产生的副产品，麸皮的含水量不一，但是一般麸皮含水量都在13%左右。麸皮含纤维和磷的有机化合物比较多，质地蓬松，可直接作为饲料，同时麸皮也是发酵工业中常用的疏松料。麸皮中粗蛋白含量可达12%17%，赖氨酸0.67%，蛋氨酸0.11%，维生素b族含量较高，但是麸皮中钙含量较低，有轻泄性，牲畜长期以麸皮为单一饲料有发生元素缺乏症的危险。3.尿素、磷酸二氢钠、硫酸镁尿素、磷酸二氢钠、硫酸镁为营养添加剂。氮是构成生物体内蛋白质的及核酸的主要元素之一，众所周知，蛋白质和核酸是生物生命活动的基础物质。氮素缺乏会引起生物生长不良等一系列问题。氮源主要有无机氮化合物和有机氮化合物两大类。有机氮中的尿素，由于其来源广泛，成本低廉，易于被微生物利用等特性，本设计方案中使用尿素作为氮补充剂。磷元素是细胞核酸以及细胞膜磷脂的重要组成元素，对于微生物生命活动和代谢调节有着重要的意义。镁元素在生命体中经常以镁离子(mg2+)的形式出现，镁离子是许多酶及辅酶的激活剂以辅基，对微生物生命活动调节有重要意义。本方案中磷添加剂采用磷酸二氢钠，镁添加剂采用硫酸镁。2.1.3 菌种5 1. 白地霉白地酶（geotrichumcandidum）属丛梗孢科，地霉属。白地霉在2830的麦芽汁中培养24h，会产生白色的、呈毛绒状或粉状的膜。具有真菌丝，有的分枝，横隔或多或少。繁殖方式为裂殖，形成的节孢子单个或连接成链，孢子呈长筒形、方形，也有椭圆或圆形，末端钝圆。节孢子绝大多数为（4.97.6）m（5.416.6）m。白地霉能水解蛋白，其中多数能液化明胶、胨化牛奶，少数只能胨化牛奶，不能液化明胶。此菌最高生长温度3337。白地霉对营养要求不严，在多种基质上均可生长，其细胞富含蛋白质、脂类、维生素以及核酸，同时白地霉菌体基本无毒，具有良好的生物安全性，是单细胞蛋白生产的一个主要菌种。2. 啤酒酵母 啤酒酵母（saccharomyces cerevisiae hansen）属酵母菌属。细胞呈圆形、卵形或椭圆形。繁殖方式以出芽繁殖为主，能形成子囊孢子。发酵工业上用来生产酒精、啤酒或药用酵母等，也可用来提取凝血质、麦角固醇、卵磷脂、辅酶a、细胞色素c等相关产品。 酵母菌在生长过程中能产生多种酯类等特殊风味物质，当在单细胞蛋白饲料培养菌种时利用啤酒酵母这一特性可改善饲料产品的风味，使之具有更佳的适口性。啤酒酵母在麦芽汁培养基中25培养3天，细胞由圆形、卵形、椭圆形到腊肠形。啤酒酵母在麦芽汁琼脂培养基上的菌落为乳白色，有光泽，平坦、边缘整齐。在加盖的玉米粉琼脂培养基上不产生假菌丝或有不典型假菌丝。 3. 黑曲霉黑曲霉（aspergillus niger）属黑曲霉群。菌落生长稍局限，1014天直径可达2.53厘米，菌丝初为白色，常出现鲜黄色区域，厚绒状，黑色，反面无色或中央部分略带褐色。分省孢子头幼时球形，渐变为放射形或裂成及个放射的柱状物，一般700800微米，褐黑色。黑曲霉在自然界分布极为广泛，各种基质上普遍存在。黑曲霉具有多种活性强大的酶系，可用于工业生产。如淀粉酶系用于淀粉液化、糖化。黑曲霉具有国际公认的可食用安全性。在以淀粉质为原料生产单细胞蛋白饲料的工艺中，可采用黑曲霉作为糖化菌种以减少糖化也液化的成本。3. 产朊假丝酵母 产朊假丝酵母（candida utilis）属丛梗孢目，隐球酵母科。在葡萄糖-酵母汁-蛋白胨培养基中25培养3天，细胞呈圆形、椭圆形或圆柱形（腊肠形），大小3.54.5713微米，无菌膜，有菌体沉淀，能发酵。麦汁-琼脂平板上菌落为乳白色，平滑，有光泽或无光泽，边缘整齐或菌丝状。加盖片的玉米粉-琼脂培养基上仅生原始假菌丝或不发达假菌丝或无假菌丝，不生真菌丝。 产朊假丝酵母细胞蛋白质和维生素b族含量高于啤酒酵母，能利用尿素、硝酸盐为氮源，更重要的是它能利用五碳糖和六碳糖。 4. 热带假丝酵母 热带假丝酵母（candida tropocalis）在含230290石油馏分培养基上经22h培养可得相当于烃类重量92%的菌体，是石油蛋白生产中的重要菌种。热带假丝酵母菌体有不同于其他菌株的特殊香气，可显著改善饲料风味。2.2 全厂工艺流程1. 饲料工艺流程 混合菌种 鲜薯渣压榨蒸煮冷却糖化接种静置通风培养 糖化酶出料干燥包装成品 2. 菌种培养流程 菌种斜面活化三角瓶单菌、混菌培养混合菌种 3. 主要设备流程 板框压滤机斗式提升机nk罐恒温、恒湿水浴池（糖化）发酵池“直流涡旋加交流往复式方块多回路”烘干机 包装机2.3 主要工艺及设备的确定和论证2.3.1 压滤6鲜薯渣以板框压滤机直接压滤，压滤机日处理量不小于4吨。板框压滤机属于间歇式加压过滤机，它具有单位过滤面积占地少，对物料的适应性强，过滤面积的选择范围宽，过滤压力高，滤饼含湿率低，固相回收率高，结构简单，操作维修方便，故障少寿命长等特点，是所有加压过滤机中结构最简单、应用最广泛的一种机型。2.3.2 蒸煮蒸煮的目的是为了使原料中的淀粉质糊化，同时借助蒸煮时的高温同时达到灭菌的目的。蒸煮主要有常压及高压蒸煮两种方式，常压蒸煮，加热时间长，物料容易受热不均，耗汽量大，灭菌效果差，操作条件也差，故通常采用高压蒸煮方式。蒸煮过程中借助蒸汽释放的热能使微生物细胞中的蛋白质、酶、核酸分子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性使微生物死亡。由于蒸汽有很强的穿透能力，蒸汽灭菌对耐热芽孢杆菌来说，温度每升高10，灭菌速度可增加810倍，对营养细胞则更高。同时，蒸汽来源方便，价格低廉，灭菌效果可靠，是目前最为常用的灭菌方法。旋转蒸料器（nk罐）是一种机械化程度较高的蒸料设备，其锥形器体可以绕水平轴旋转，上下锥口是进出料口，它配有蒸汽、进水和抽真空管道，所以如水搅拌、加热蒸料、真空冷却都可以在容器内依次完成。此类设备翻料彻底，可以加压操作，加热快、熟料快、蒸料均匀、无死角、熟料的物理性状好、操作简便。2.3.3 糖化由于马铃薯渣中所含淀粉质不易被微生物直接分解利用，故在原料中加入糖化酶在63时进行糖化4h，以分解原料中的淀粉质，提高可发酵性糖的含量，有利于微生物的生长繁殖。基于经济考量，糖化过程在恒温水浴糖化池中完成，熟料从蒸煮罐中放出后冷却到63加入糖化酶混匀后投入糖化池，水浴保温4小时即可启池接种投入培养池。2.3.4 培养7由于原料经过一系列预处理，最终成为固态熟料，因此培养过程需要采用固态通风好氧培养法。在长期的实验和生产实践中，人们不断地发现很多重要生化过程是单株微生物不能完成或只能微弱地进行的，必须依靠两种或多种微生物共同培养来完成，即混合培养，或称为混合发酵。由于培养是以获得微生物细胞为目的，所选用的菌株均为好氧或兼氧菌，在培养过程中应当进行通风以保证各菌株生长良好。2.3.5 干燥马铃薯渣具有粘度高、含水率高、性状多变且附加值低等特点。目前国内生产的烘干机30多年来一直延用传统的顺流烘干工艺（包括滚筒式直热烘干机、气流烘干机、管束烘干机），物料在烘干腔内的流动只能顺其自然不能人工控制，其纵向运动和横向运动距离太短，物料在干燥器内停留时间仅有几十分钟甚至几分钟。从而使干燥腔内的物料存储量极低，烘干效率非常低下。而最新研制出的“直流涡旋加交流往复式方块多回路”节能干燥新工艺，设计合理、生产性能稳定、实用性强，技术工艺居国内外领先地位。培养完的产品有着和马铃薯渣相类似的特性，故在选择干燥工艺时采用此工艺。2.4 主要设备的确定和论证2.4.1 蒸煮设备 旋转蒸料器（nk罐）是一种机械化程度较高的蒸料设备，其锥形器体可以绕水平轴旋转，上下锥口是进出料口，它配有蒸汽、进水和抽真空管道，所以如水搅拌、加热蒸料、真空冷却都可以在容器内依次完成。此类设备翻料彻底，可以加压操作，加热快、熟料快、蒸料均匀、无死角、熟料的物理性状好、操作简便。2.4.2 培养设备固态培养形式很多，例如白酒厌氧发酵池、曲盘法、曲池法等多种方法4。由于单细胞蛋白饲料的生产过程属于通风好氧培养过程，故培养工艺需要在众多好氧培养方案中选择合适的方案，下列图表即几种主要方法的比较。生产方式适应范围特点曲盘法1. 专业户2. 一般饲养场3. 年产200吨规模手工操作；自产自用；投资少、上马快；劳动强度大；产量低。发酵池法1. 乡镇企业2. 大型饲养场3. 资金少，劳力充足的县4. 年产15003000吨半机械法，手工操作占相当分量；投资较少；产量较多；建设周期较短。劳动强度依然较大，难以连续生产。发酵机法适于年产5000吨以上规模及沿海经济发达地区机械化程度高，可连续生产，产量较大，劳动强度小，但投资较大，建设周期较长。不同方案的投资规模见下表：生产方式曲盘法发酵池发酵机起点规模（吨/年）设备投资（万元）投资（万元/年）人工（元/吨）估计年利润（万元）2004.00. 02451.02.01500500. 0342.7152550001600. 0321. 65080由表格中数据不难发现，发酵池与发酵机法投入产出比相近，但发酵机法投资规模要比其他两种方法高出很多，曲盘法以及发酵池法最大优势是对厂房要求不高，新建厂房成本低，如原有旧厂房经简单改造即可利用。鉴于产量（600吨/年）和减少综合投资的考虑，培养方案采用发酵池法。2.4.2 干燥设备干燥设备直接影响产品成品质量，选择合适的干燥设备对于产品的品质有直接而关键的影响，同时也在一定程度上影响产品出厂价格。“直流涡旋加交流往复式方块多回路”烘干机其物料从进入干燥机到出成品纵向经过了无数次的往复式运动，同时横向又在进行着长距离的高速涡旋式运动。物料在干燥机内大量的储存起来、运动起来。其物料在干燥机内的总行程最长可达8000米左右；物料在干燥机内的运行时间最长可达2个小时左右；物料在干燥机内的储存量最大可达到十几吨。此烘干机跟传统烘干机相比，此烘干机在进入正常生产后，其被烘干物料与热风的静态接触面积是传统烘干机的2.6倍；其被烘干物料与热风的动态接触面积是传统烘干机的68倍；且烘干机内热风的流动速度由3.5米/秒增加到了4.8米/秒，从而大大提高了干燥机的干燥效率，降低了生产成本。2.5 辅助设备的确定和论证2.5.1 混合设备按混合容器的运动方式不同，混合机可分为固定容器式和旋转容器式。按混合操作型式，可分为间歇式和连续操作式。间歇式混合机易控制混合质量，可适应粉粒物料配比经常改变的情况，因此用得较多。固定容器式混合机的结构特点是：容器固定，旋转搅拌器装于容器内部。它以对流混合为主，搅拌器把粉料从器底移送到容器上部，下面形成的空间被因重力作用而运动的粉料所填补，并产生侧向运动，如此循环混合。适用于被混合的各物料物理性质差别及配比较大的散料混合操作。旋转容器式混合机的操作是以扩散混合为主。它的工作过程是通过混合容器的旋转形式垂直方向运动，使被混粉料在器壁或容器内的固定抄板上引起折流，造成上下翻滚及侧向运动，不断进行扩散，以达到混合的目的。综上所述，选用旋转容器式混合机（间歇式）中的双锥形混合机。双锥形混合机的容器是由两个锥筒焊接而成，其锥角有90和60两种。双锥形混合机操作时，粉料在容器内翻滚强烈，由于流动断面的不断变化，能够产生良好的横流效应。它的主要特点是：对流动性好的粉料混合较快，功率消耗低。这种混合机转速较低，一般约520r/min，混合时间约为520min，混合量约占容器体积的50%60%。在本例设计中，由于蒸煮设备采用nk罐，在蒸煮的同时可以进行混合，故可用nk罐代替混合设备。2.5.2 粉碎设备产品在干燥后需要进行粉碎使产品粒度均匀便于包装。由于产品是干燥后粉碎而且只需粉碎到一定粒度即可，粉碎工艺采用干法粉碎。干法粉碎形式很多，但是考虑到需粉碎的物料粒度较大，故本设计采用锤式粉碎机。锤式粉碎机的工作原理：利用高速旋转锤头产生的强大冲击力，以及受锤头离心力作用冲向内壁产生的冲击、摩擦和剪切力以及颗粒间相互强烈地冲击、摩擦和剪切等作用力，将物料粉碎成微细粒子。经锤击式粉碎的物料平均粒度可达40以下，属于细粉碎或微粉碎。锤式粉碎机的优点是：生产效率高，粉碎比大，构造简单，结构极紧凑，轻巧，维护简便，修理和更换易损零件较容易，功率消耗较少，产品粒度均匀。同时只要调节筛孔大小或篦条缝隙大小即可改变粉碎粒度，因此使粉碎粒度可以在很大范围内变动。第3章 工艺衡算单细胞蛋白饲料生产工艺流程示意图：薯渣（含水量为80%） 压滤 （至含水量为62.6%） 配料 蒸煮（0.1mpa,30min） 冷却（至63） 糖化酶糖化（4h） 接种 发酵（28，3d） 干燥（至含水10%） 粉碎 包装单细胞蛋白饲料生产基础数据：. 麸皮含水量：13%；. 原料配比：马铃薯渣：66.1%，麸皮：24.1%，尿素：8.9%，磷酸二氢钠：0.7%，硫酸镁：0.2%；. 5种菌株的最佳配比为啤酒酵母：白地霉：黑曲霉：热带假丝酵母：产朊假丝酵母 1：4：2：4：2；. 成品饲料的含水量：10%.3.1 原料消耗的计算3.1.1 日投料量的计算年产600吨单细胞蛋白饲料工厂，每年按300个生产日计算日产量为： 6003002t/d2000kg/d产品含水量为10%，则每天产品中所含干物质： 2000（1-10%） 1800kg生料含水量为44.5%日投生料总重： 1800（1-44.5）% 3243.2kg分为2批投料，每批投料 3243.22 1621.6kg蒸煮、糖化、培养、接种等工艺物料损失按2%计，包装损失按3%计，则投料量为: 1621.6（1+2%+3%）1702.7kg为计算简便并方便操作，投料量按1700kg计。3.1.2 各工段衡算1.投料薯渣在投料前需要压滤，只需使用压滤机压滤至含水62.6%即可。原料部分每批投料量：薯渣 170066.1%1123.7kg；麸皮 170024.1%409.7kg；尿素 17008.9% 151.8kg磷酸二氢钠 17000.7% 12.0kg硫酸镁 17000.2% 3.4kg2.蒸煮段 蒸煮段引起物料质量和含水量变化的主要因素是蒸汽进入物料导致物料质量增加。物料升温所需要热量由饱和水蒸汽液化提供，物料初始温度按18计算。物料比热容由经验公式c 1.25b+4.18（1b）计算。其中b为物料中干物质含量，对于本设计中的物料： b1-44.5%55.5% c 1.25b+4.18（1b） 1.2555.5%+4.18（1-55.5%） 2.55kj/(kgk)物料升温所需热量为： q21 gc(t2-t1) 17002.55(121-18)446505kj水在此温度下汽化热2198.9kj/kg，进入物料的水蒸汽重量为 g21q/ 4465052198.9 203kg由于蒸煮过程中要进行排假压操作排出部分蒸汽且有部分热损失，此部分蒸汽加热蒸汽量的3%计算。 g22g213% 2033% 6.1kg蒸煮后，生料重变为 g2g+g21-g22 1700+203-6.1 1896.9kg含水量为 （170044.5%+203-6.1）1896.9100%50.2%3. 糖化工段物料蒸煮出锅后要降温到63进行糖化，降温过程中由于是敞开式自然降温，会蒸发一定量的水分。此时比热容c为c1.25b+4.18（1b） 1.25(1-50.3%)+4.1850.3% 2.72kj/(kgk)有经验公式 w63时，饱和水蒸汽热含量i为2350.9kj/kg w 143.4kg料重变为 1896.9-143.41753.5kg含水量变为 （1896.950.3%-143.4）1753.546.2%4. 培养工段培养工段引起物料质量和含水量变化的因素主要是接种，其中接种带入物料的主要是水分，干物质含量可认为没有改变。蒸煮过程中进入物料的蒸汽量按总重的3%计算，培养过程中干物质重量变化不计。接种量为5%其中白地霉、黑曲霉以曲种方式接种，带入物料水分不计，啤酒酵母、热带假丝酵母、产朊假丝酵母以种液方式接入，此三菌种占总接种量的： （1+4+2）（1+4+2+4+2）100% 53.8%由此带入物料水分为： 5%53.8% 2.7%接种后物料质量变为： 1753.5(1+2.7%)1800.8kg含水量为： 1753.5（46.2%+2.7%）1800.847.6%此含水量即为物料入池含水量，实际生产中由于操作等多种因素作用可使物料入池含水量有一定波动，实际生产经验表明生料入池含水量为47.5%2.5%是符合实际生产要求的，含水量一旦超出此范围将可能导致目标菌株生长不良。物料接种后经3天培养，含水量下降至30%。此时培养成熟物料重为： 1800.8（1-47.6%）（1-30%）1348.0kg考虑到各个操作环节所造成的损失，出池料重为 1348.0（1-2%）1321.1kg5.干燥工段干燥工段物料干物质除损失外质量变化全部由物料干燥失水引起。按照产品质量要求成品含水量应为10%干燥失水量： 1321.1（30%-10%） 264.2kg产品重： 1321.1-264.21056.9kg6.包装包装损失按总重的3%计，包装后产品净重 1056.9（1-3%）1025.2kg第4章 设备计算及选型4.1 压滤设备选型4.1.1 压滤设备的计算4压滤是主要原料在投料前最主要的预处理步骤。虽然压滤对于保持工艺准确性有重要地位，但是本设计方案对于压滤机要求并不严格。原因是只要压滤机处理能力能保证日投料量的需要并且能处理多于薯渣即可。每个生产批次投薯渣1124kg,薯渣体积为 v 11241.3103 0.865m3为保证生产顺利进行，本例设计选取滤室容积大于865l的压滤机以实现一个过滤周期即可处理一批投料所需薯渣。4.1.2压滤设备选型 压滤机主要技术参数如下：型号： bamj60/800-30u过滤面积： 60m2框内尺寸：800800mm滤饼厚度：30mm滤板数量：46 片滤框数量：47 片 滤室容积：902l外形尺寸：515712601350 mm (长宽高)过滤压力：0.6mpa电机功率：3kw整机质量：3650 kg生产厂家：上海钧鼎机械（压滤机）制造有限公司4.2蒸煮设备选型4.2.1 蒸煮设备计算8选择nk罐作为蒸煮设备，每批次投料1700，每天2罐。1 nk罐容量计算：计算此nk罐的容量是否合乎要求： 每罐投料1700kg,生料比重1.3，则其体积为 17001.3=1.31 m3 现假定罐体直径为1.8m,高1m，则罐容积为 3.14（0.9）（1+20.05）+20.65（0.9+0.90.2+0.2）4.2 m按公式：gkdv，k应当不大于0.7，此罐k值为0.31，若考虑物料蒸煮后体积增加约30%计算，蒸煮完物料体积约为1.7 m3，蒸煮完成后的k值为0.40，均小于0.7，且蒸煮罐同时作为混合罐使用，故此罐合乎工艺要求。罐体壁厚计算每锅熟料重1852kg，根据工艺要求:正常工作压力为0.1mpa，设其安全装置使用爆破膜,则设计压力p11.31.3 / cm；当t 121时，查表得：1270/圆筒内径dn200cm焊缝系数查表,双面焊的对接焊缝不做无损伤探伤壁厚附加量c c1 + c2 + c3由于内压不高，查表估算钢板厚为6-7mm查表知：c10.6mm要求使用寿命10年以上，双面腐蚀2mm采用冷卷，故加工减薄量c30根据公式 0.392 cm 3.92 mm考虑有较好的钢度和强度，取筒体壁厚度s6mm 。封头壁厚计算：2 110所以55当30时，采用带折边的锥形封头标准锥形封头：过渡区的壁厚：按公式查表k取1.00，其余数同前 0.392cm 3.92 mm为了有较好的钢度和强度，可取s6mm，即锥形封头的壁厚为6mm 。锥体壁厚：查表，f0.760锥形封头的壁厚与圆筒壁厚相比要厚些，查表估算壁厚8-25mm查表得：c10.8mm0.08cm c22.0mm0.2cm双面腐蚀，其他数据同上 0.480cm 4.8 mm为了考虑有较好的钢度和强度，壁厚取8mm 。整个带折边锥形封头以采用同一厚度为好，按上述两式计算出来的结果应取其中较大值,故此锥形封头的壁厚应取8mm。4.3糖化设备糖化采用圆柱形不锈钢焊接池，池顶加盖，水浴加热，外层设有发泡保温材料，保温材料外使用砖砌保护。入池物料体积为 v411732.81.3 1.33 m3考虑到蒸煮后物料体积约增加30% v421.33（1+30%） 1.73 m3池内径1.6m,高1.1m,单个池容积为 v4r2h 3.140.821 2.01m3装料量为总体积的86.1%，可以使用。每两个池为一组，每组设置保温水浴。材料使用1cr18ni9ti耐酸不锈钢，常压工作。查表选择壁厚为4mm,双面对接焊，局部探伤。外层水浴箱采用相同材料，矩形，壁厚4mm 池间距50厘米，池壁与保温水浴箱体间距20厘米，安装于距箱底20高处。水浴箱容积v43 abh 4.0162.0081.204 9.71 m3糖化池采用支撑安装于箱底，蒸汽直接加热，水浴加水量按照总容积95%计算。 v44 （v43- 2v4）95% (9.71-22.01) 95%5.41 m34.4培养设备接种采用接种机，液体种子和曲种同时加入物料并借助接种机同物料混合均匀后投入培养池内培养3d,培养温度28。培养池每平方米培养面积投料100kg，每批所需要培养面积为： s1779.6100 17.8若每批物料投入一个发酵池，17.8的培养面积偏大，故此设计为每批物料投入两个培养池，每池长4.5m,宽2m，培养面积9，投入物料900kg。每池料层厚度 h1.73189.6cm 依据此高度，培养池筛板上方高度设计为25cm。 培养池筛板下方浅端深度设计为20cm,培养池底倾斜度取7,深段为20+450tan774cm进风口设计为方形，位于深段短池壁中央。通风口为正方形，靠近风机一端30cm30cm，远离风机一端45cm45cm，两端中心正对。每个培养池上方设有两个8080cm排风口，设置在培养池上方3等分点处。每两池为一组，可对一批物料进行培养，设计建造7组培养池，6组正常生产使用，1组设备检修作为备用池使用。培养池详细结构见设备图。4.5 干燥设备由物料衡算知每批物料干燥时失水量为265.1kg。为了提高饲料成品质量，改善产品风味，要求干燥在半小时内完成，每批物料的干燥的蒸发速率为 265.10.5530.2kg/h依此选择干燥机主要参数如下：型号：fms500 粘渣型电机功率：25 w外形尺寸：1150116360 cm厂房要求cm总重：46 蒸发量（环境温度20）：500600 kg/h煤耗：70 kg/h第五章 辅助设备的选型5.1 斗式提升机斗式提升机是为了将物料提升至nk罐中。对斗式提升机要求为耐腐蚀、提升能力满足要求即可。斗式提升机将物料输送进蒸煮锅，它必须靠近旋转锅旁，距离不能太远，其设备简单，结构紧凑，占地面积小，工作平稳可靠，投资少，动力消耗小。本设计采用离心式卸料的斗式提升机，运用广泛，设计简便，价格低廉。1.选型所要运送的物料重1700kg,设计在10min内完成输送。选用d250型斗式提升机结构特征：以橡胶带作为牵引构件；物料温度：60(普通带）；机壳尺寸：侧面586，端面1106；驱动部位尺寸（最大）：侧面1361365，端面1281936；其输送量：21.6t/h； 填充系数：0.6；容量3.2l；斗距：400mm；运行速度：1.25m/s；传动轮转速：47.5r/min；输送物料最大块度：35 mm；运行部分（料斗、链条）重量：10.2公斤/米2.斗式提升机所需电动机的功率 p电机=1.2p轴（1.2 起动时，克服惯性力的阻力系数）式中 p轴电动机轴功率，kw;q斗式提升机输送能力，t/h;传动效率，=0.50.8；h物料提升高度，m故p电机=1.2p轴=1.20.39=0.47kw5.2 带式输送机1.介绍带式输送机是一种连续而具有挠性输送带连续地来输送物料的输送机，其通用性强、成本低、输送量大、距离长（几米至几公里），输送速度范围（0.024m/s）维修方便，适用范围广，使用寿命长，基本带式输送机又分为平形和槽形两种，平形主要用来搬运箱装、袋装、盒装等物品，在散装固体物料输送中运用较少，因其输送量不大且不宜用于输送流动性的物料。槽型具有很多优点，广泛用来输送散状固体物料。此处用来输送散装固体物料，适用于槽形。它工作速度范围广(0.024.00m/s),输送距离长，所需动力不大，结构简单可靠，使用方便，适应性广，维修检修容易，无噪音，能够在全机身中任何地方进行卸料和装料。2.工作原理 利用输送带（作为牵引构件与驱动滚筒之间的f对输送带及其承载的物料进行牵引，带动输送带绕驱动滚筒，转向滚筒及支撑托辊回转，将物料从装料端输送至卸料端，达到输送的目的）3.设备选型与计算 (1)输送机生产率的计算 ：q=3600fvr式中q生产率，t/h； f物料在输送带上的截面积（m2） v输送带的速度，用作输送时为0.82.5m/s r物料容重（t/m3）对于槽型带，其断面面积f=0.08b2=0.08(50010-3)=0.016其中b为带宽； q=36000.60.0161.3=34.8t/h(2)功率计算：n=k1a(0.000545klv0.000147ql)0.00274qhk式中n输送机的功率（kw） h物料提升的高度（m），上升为正，下降为负 l输送机的长度（m） q生产率（t/h）v输送带的速度（m/s）k系数，根据输送带和轴承种类而定,见下表。k1 启动附加系数，k1 =1.3-1.8 a 输送距离附加系数，见下表2：表5-2 系数k值带宽mm40050060075090011001300滚动轴承21262938506274滑动轴承313843567592110表5-3 系数a值输送机长度（m）151530304545a1.21.11.051故n=1.81.1（0.00054538151.50.00014751.815）0=1.15kw选用td500固定带式输送机。型号：y;速度：1.5 m/s；输送长度：15m;电动机功率：