年产6万吨糖化酶工厂设计（马世杰6[1].8）

1、 目 录目录1摘要4关键字41总论51.1概述51.2设计任务的依据51.3设计规模51.4原料与产品规格5菌种566662.工厂总平面设计62.1总平面设计的内容6667772.2总平面设计的原则和要求 72.3总平面设计方法72.4厂内运输设计82.5总平面布置图的绘制93工艺设计与计算93.1工艺原理9999103.2工艺路线的选择1010113.3工艺流程简述1111113.4工艺参数13133.5工艺计算1414161819204主要设备的工艺计算和设备选型214.1选型原则214.2关键设备的选择22发酵罐的选型22222728泵的选型305车间布置设计305.1概述30车间布置设

2、计的依据3030315.2车间布置设计原则31满足生产工艺的要求313131313232325.3车间布置设计的有关技术32厂房的整体布置和轮廓设计32336安全与环境保护346.1三废产生情况34生物工程工厂污染的特点34346.2三废处理情况34废气处理技术3435376.3噪音防治377技术经济与概算387.1糖化酶工厂生产成本测算387.2主要设备及固定资产投资397.3效益分析39附录40参考文献41致谢42年产6万吨糖化酶工厂设计 专业：生物工程 马世杰 指导老师：刘志强摘 要：本设计为年产6万吨的糖化酶的工厂设计，利用黑曲霉，结合液体深层发酵法、板框压滤提取得到糖化酶。本设计对糖

3、化酶工艺流程及生产原理做了相关的阐述，并对有关的物料和热量作了相应的衡算，以及对标准设备的选型和计算，还对工艺指标、技术经济核算、安全问题和环境保护做了详细的阐述。利用黑曲霉发酵生产糖化酶的工艺流程包括原材料的处理、种子的培养、发酵、絮凝、过滤、成品加工等工艺。设计的主要成果是设计说明书、工厂总平面图、带控制点的工艺流程图、主要设备构筑图、车间设备布置图。通过设计得出结论：年产6万吨糖化酶发酵工厂，共有14个500m3发酵罐，发酵周期为120小时，液体酶收率为80%，每月应投入生产总成本为31313.6万元，根据目前市场价格，年利润为24726.05万元。关键字：；黑曲霉；液体深层发酵法；工厂

4、设计Plant Design of Sixty thousand t/a diastatic enzymeSpecialty:Biology Engineering Writer:Ma Shijie Instructor:Liu ZhiqiangAbstract: This project is designed by a factory which produces 60,000t thermostable diastatic enzyme a year. It achieves the aim of extract of the diastatic enzyme e by using th

5、e deep ferment of aspergillus niger and filter press by elisa plate frame.The design illustrate the technological process and production principle and make a materials and heat balance,the type selection and calculation of the standard equipment,further more,illustrate the technic index,the problem

6、of security and the environmental protection detailedly.The process which is utilize aspergillus niger to materials for fermentation diastatic enzyme include my cabinerpworld，seed bring up，fermentation，flocculation，filter，process finished product，and so on. The main accomplishments of this project i

7、s description of design, please attach general layout of the facility, With the curve of a flow chart, Construct the main equipment, arrange plan of shop equipments. Conclusion made through the design: fermentation factory of 60,000t diastatic enzyme a year,it contains 14 fermentor of 500m3, The fer

8、mentation time is 120 hours, The recovery of liquid enzyme is 80%, It should monthly take the total product cost as 31.31 million yuan,the annual return is 247.26 million yuan, according to the current market price.Keywords: diastatic enzyme, aspergillus niger, Liquid deep ferment , plant design1 总论

9、1.1 概述糖化酶广泛用于生产白酒、黄酒、酒精、啤酒；用于以葡萄糖作发酵培养基的各种抗生素、有机酸、氨基酸、维生素的发酵；它还大量用于生产各种规格的葡萄糖。总之，凡对淀粉、糊精必需进行酶水解的工业上，都可适用。使用糖化酶的优点有：一是糖化酶对设备没有腐蚀性，使用安全。二是使用糖化酶工艺简单、性能稳定、有利于各厂的稳定生产。使用糖化酶对淀粉水解比较安全，可提高出酒率，麸曲法能减少杂菌感染，节约粮食可降低劳动强度，改善劳动条件。 三是使用糖化酶有利于生产机械化，有利于实现文明生产。在我国，糖化酶主要应用在制醋和酿酒等方面，随着我国糖化酶市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企

10、业关注的焦点。国内外糖化酶生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。从2003年以来，糖化酶产品的供应量呈上升趋势。预计2010年到2014年，糖化酶的供求量呈直线上升的趋势，其价格虽有波动，但总体也呈上升趋势。所以说糖化酶的应用前景广阔，值得我们深入的研究，以提高其生产量以及质量。该产品属于蛋白质类产品，生产方法主要是发酵，综合絮凝、过滤等生物工程下游技术而获得。 1.2 设计任务的依据1工艺专业设计人人员在进行工业设计时，必须以批准的可行性研究报告中规定大的生产纲领和任务为依据。根据原材料的特性和产品的质量要求，以及厂址的现场条件，并

11、结合国内设备制造供应条件和引进国外技术与装备的可能性，尽量采用先进的工艺技术和装备。其设备的主要依据是：（1） 可行性研究报告（2） 项目工程师或项目总负责人下达的设计工作纲领和总工程师做出的技术决定。（3） 如采用新原料品种、新技术和新设备时，必须在技术上有切实把握并且依据了正式的实验研究报告和技术鉴定书，经设计院领导核准后方可作为设计依据。1.3 设计规模设计的该工厂的生产规模是年产6万吨糖化酶。设计的内容是初步设计的内容。1.4 原料与产品规格 菌种：黑曲霉机理：糖化酶又称葡萄糖淀粉酶Glucoamylase,(EC.3.)，它的底物专一性较低，它除了能从淀粉链的非还原性未端切开a-1.

12、4键处，也能缓慢切开a-1.6。因此，它能很快的把直链淀粉从非还原性未端依次切下葡萄单位，在遇到1.6键分割，先将a-1.6键分割，再将a-1.4键分割，从而使支链淀粉水解成葡萄糖。糖化酶随作用的温度升高活力增大，超过65又随温度升高而活力急剧下降，最适作用温度是60-62。最适作用PH值在4.0-4.5左右。 酶活力定义1克酶粉或1毫升酶液在40，PH4.6条件下，1小时水解可溶性淀粉产生1毫克葡萄糖的酶 量为1个酶活力单位（U）. 原料和辅料2玉米粉,豆饼粉, 麸皮（抗氧化作用），麦芽糊精, 玉米浆，(NH4)2SO4，无机盐CaCl2(可提高淀粉酶的稳定性，利于淀粉的水解),液氨（消泡剂

13、PPE），生长因子：玉米浆。 产品规格本产品固体糖化酶为米黄色粉末，液体糖化酶为棕红色液体。固体型50000u/g;100000u/g；液体型50000u/ml;100000u/ml;86000u/ml;-液体型化酶86000u/ml相当于NOVOAMG300L 。 使用方法和参考用量：（1）酒精工业：原料经蒸煮冷却到60，调PH值至4.0-4.5左右，加糖化酶，参考用量为80-200单位/克原料，保温30-60分钟，冷却后进入发酵。（2）淀粉糖工业：原料经液化后，调PH值到4.0-4.5左右，冷却到60，加糖化酶，参考用量为100-300单位/克原料，保温糖化。（3）啤酒工业：在生产“干啤酒

14、”时在糖化或发酵前加入糖化酶，可以提高发酵度。（4）酿造工业：在白酒、黄酒、曲酒等酒类生产中，以酶代曲，可以提高出酒，并应用于食醋工业。（5）其他工业：在味精、抗菌素、柠檬酸等其他工业应用时，淀粉液化冷却到60，调PH4.0-4.5，加糖化酶，参考用量100-300单位/克原料。2 工厂总平面设计12.1 总平面设计的内容工厂总平面设计一般包括平面布置设计，竖向设计，运输设计，管线综合布置，绿化布置五项内容。 平面布置设计根据工厂的生产流程及各组成部分的生产特点，结合地形风向等条件，吧性质相同、功能相近、联系密切、对安全环境要求相似的建筑群体，分区进行集中布置，使其满足工艺生产流程和方便生产管

15、理的要求。 竖向设计确定厂内个建筑物、道路、堆场、各种管线的设计标高，使之相互协调、并充分利用自然地形，以使在工厂建设时土方量减少、并保证厂区内运输方便、雨水能顺利排除。 运输设计 主要包括厂内外运输方式的确定、厂内道路的设计，并根据运输量确定运输工具的数量。 管线综合布置 绿化美化布置工厂绿化美化是城镇绿化美化的重要组成部分。现代化生物工程生产厂家由于卫生条件高标准要求，绿化设计更为重要。工厂绿化设计包括绿化方式、绿化美化区布置等。2.2 总平面设计的原则和要求 （1） 总平面设计必须符合生产流程的要求。（2） 总平面设计应当将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门为其提

16、供配合服务。在地形地质受限制的条件下，应采取施工措施加以解决，既不能勉强追求方正，又不能迁就施工简便，以免留下后患，长期影响生产经营。工厂大门及生活区应与生产主厂房相适应，便于工人上下班。（3）总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，以此合理布置建、构筑物厂房及厂区位置，主风向由各地风玫瑰图决定。生物工程工厂菌种各异，应防止环境染菌。厂内生产区总有废水废气排除。为保证生活区、行政区的环境卫生，生产区应处在生活区下风向，而卫生要求高的生产区应在上风向。（4） 总平面设计应将人流货流通道分开，避免交叉。（5）总平面设计应遵从城市规划的要求。（6）厂区布置要能较好的适应工厂的近、远期规划，留有一定的发

17、展余地。（7） 结净厂房区域应布置成独立区域，区内应尽量减少露土面积，且不宜布置在主干道两侧。（8）总平面设计应符合国家级行业的有关规范和规定，满足卫生、安全、GMP要求。2.3 总平面设计方法 工厂一般包括：生产车间、辅助车间、动力车间、行管部门、绿化区域、三废治理、道路等运输设施和各类地上地下工程管网。（1）厂区划分就是根据生产管理和生活的的需要，结合安全卫生管线运输和绿化的特点，吧全场建构筑物群划分为若干联系紧密、性质相近的单元。通常划分为厂前区、厂后去、生产区和左右两侧区。（2）厂前区的建筑，基本上属于行政管理和后勤职能部门等有关设施（食堂、医务所、车库、俱乐部、大门传达室、商店等）。

18、（3）生产区包括主要车间厂房及其相毗连紧密的辅助车间厂房和少量动力车间厂房（水泵房、水塔或冷冻站等）。生产区应处在厂址场地的中部，也是地势地质最好的的地带。（4）厂后去时原料仓库、露天堆场、污水处理站等。（5）根据厂区的地形和生产车间的特殊要求，可将机修、给排水系统、冷冻站、变电所及其仓库等分布在左右两侧区。 总平面设计的常用布置式（1）建筑物的布置位置:主要生产车间建筑物的布置位置应首先考虑布置在生产区的中心地带，且地势平坦，地耐力大于150200KN/m2，以满足生产设备大的布置。其朝向应便于采光与通风。厂房外形应充分体现生物工程工厂卫生洁净的特点和现代化厂房的风格。还应考虑生产、管理，以

19、及城市规划和美化环境等各方面的要求。辅助车间建筑物的位置应靠近其服务的主车间或其服务对象。车库、仓库、堆场这类辅助区域应布置在邻近生产区的货运出入口及主干道附近，应避免人流、物流交叉，保证厂区内外运输流畅。危险品库应设在厂区的安全位置，并由防冻降温消防等保障措施，麻醉产品、剧毒药品应设专用仓库，并有防盗措施。动力车间尽量靠近其服务的具体部门，可以大部分集中布置在厂区的左右侧。少数也可以布置在生产区内。此外，动力车间还应布置在厂区的下风向，以免烟尘污染厂区和易引起火灾。行政管理和后勤部门建筑设施的总体布置应是集中布置在厂前区。行政大楼内包括行政技术管理部门及中心试验室，通风采光充分。其他公共设施

20、可布置在办公大楼的两侧。（2）总平面布置的形式分类厂区总平面图是一个结合厂址自然条件和技术经济要求，进行规划布置的图纸。布置形式大致分为总平面水平布置形式和总平面竖直布置形式。水平布置形式又可分为区带式与周边式。区带式布置形式：在厂区划分的前提下，保证区域功能分明的特点，以主要生产车间的定位布置，带起辅助车间和动力车间的逐一布置。特点是突出了主要生产车间的中心地带位置，全厂各区布置得比较协调合理，道路网布置井然有序，绿化区面积得以保证，是生物工程工厂目前最常用的布置形式。周边式布置形式：由于厂址四周情况与城市规划的需要，将生产车间环绕厂区周边，首先从大门处开始布置，逐一带起辅助部门与动力车间，

21、想随着布置，此称为周边式布置。其特点是厂房建筑沿周边，厂区无严格划分，生产集中，有利于车间管理联系；厂大门临大街处，厂房顺街道直线布置，比较整齐美观；但厂房方位很难与主方向成6090的合适角度，因而通风不利，环境卫生须注意改善。竖直布置形式又可分为分离式和连续式。分离式布置形式：主要生产车间和辅助车间的厂房或一个生产车间的各个工序的厂房，分散布置在划分好的区片里，并且厂房建筑多是单层或二层式的布置形式。优点是各车间建筑彼此独立，无竖向拼合布置。建筑物间距较大，结构简单。防火安全，有良好的通风和采光条件。可减免粉尘烟气噪音及地震等对其他车间的影响。留有一定的发展余地。缺点是占地面积大，延长生产流

22、程线及管道线路，使车间联系不方便，增加常年的运输费用。连续式布置形式：将主要车间与辅助车间或一个车间的若干工序的厂房进行竖向布置，予以合理并接。优点是相对减少用地面积，提高产量；缩短生产工艺流程线及减少车间之间的运输费用和车间管理费用，车间联系方便。缺点是建筑密度大，使通风采光或高温作业条件差；防火卫生要求高等。组合式布置形式：结合了以上两种布置形式的优点的符合型布置形式。2.4 厂内运输设计道路布置形式有两种，一种是循环式布置，即道路为环绕厂房建、构筑物的闭合系统的道路网，并保证物流、人流的运输方便、安全和高效以及消防的要求。另一种是道路不兜环、各有分散终点的终端式布置。它的特点是在终点端设

23、置回车场，以便车辆掉头。回车场的布置形式有圆形、三角形、T形等。2.5 总平面布置图的绘制因为是初步设计，所以绘制的图形是初步设计的图形。依据工艺专业提供的主要生产车间的外轮廓，及与非工艺专业商定的各车间厂房建筑物设想外轮廓尺寸，结合厂区地形等自然条件绘制。按先总图计划后分区安排，先主要生产车间后辅助车间，并把交通运输、给排水、管线等有机联系在一起，先近期考虑后远景规划发展的原则来进行。初步设计阶段的工厂总平面布置图比例通常按1:1000绘制。3 工艺设计与计算13.1 工艺原理 生化分离工程3对于自然界产生或由微生物菌体发酵的、动植物组织培养的酶反应等各种生物生产过程获得的生物原料，经提取分

24、离，加工并精制目的成分，最终成为产品的技术。 发酵原理3指用黑曲霉等微生物，利用碳源（例如麦芽糊精,玉米淀粉,豆饼粉）、氮源（例如(NH4)2SO4,豆饼粉,液氨,玉米浆）、生长因子等物质，为黑曲霉提供生长代谢所需的原材料，在一定的温度、密度、压力之下，分解出蛋白质等所需产物的过程。 絮凝原理3预处理加入絮凝剂（天然或合成大分子聚电质），降低排斥电位，同时吸附周围微粒，形成桥架，使其成为絮凝团分离。发酵液在过滤之前常加入絮凝剂。常见的絮凝剂有：明矾、六水氯化铝、氯化铁、硫酸锌、碳酸镁等在水溶液中可生成各种氢氧化物凝胶，具有很大的表面积。目前常用的絮凝剂是人工合成的高分子聚物，例如有机合成的聚丙

25、烯酰胺类和聚乙烯亚胺衍生物。其优点是：用量少，絮凝体粗大，分离效果好，絮凝速度快以及种类多等优点。 过滤原理3（1）表层过滤（滤饼或饼层过滤）：架桥现象-过滤介质（织物、多孔物体或多孔膜）随过滤的进行，滤渣在滤介一侧形成滤饼。初时，小于滤介微孔的颗粒穿过过滤介质进入滤液使之混浊，但颗粒经过微孔时互相架桥使流道更为狭窄。（2）深床过滤（深层过滤）：过滤介质砂子、砂子砾石混合而成或其他堆积介质。介质层较厚，里面形成长而曲折的流道，通常处理颗粒的直径小于流道直径的悬浮液。（3）过滤时加热可抑菌，但对于热稳定性低的糖化酶不适用，所以过滤须在无菌环境中进行。（4）过滤时添加助滤剂的好处：解决了两个问题:

26、一是滤饼的可压缩问题；二是菌丝碎片和细菌细胞等小粒子会逐渐聚集在滤膜表面或者渗入滤布内部，使得过滤介质的部分孔被阻塞，过滤效率急剧下降(5) 最有效的两类预处理助滤剂是硅藻土和珍珠岩。 硅藻土：古代水生物残骸。 珍珠岩：膨化火山岩。3.2 工艺路线的选择4 液体深层通气发酵法的选择：（1）酶制剂发酵生产技术有固体发酵法和液体发酵法。其中，固体发酵法有浅盘法、转桶法和厚层通气法;液体发酵法分为液体表面发酵法和液体深层通气发酵法。（2）固体发酵定义： 广义：微生物生长于不溶于水的基质，且基质上含有不同量的自由水(free water)。 狭义：微生物生长在潮湿不溶于水的基质进行发酵，在固体发酵过程

27、中不含任何自由水，随著微生物产出的自由水的增加，固体发酵范围延伸至黏稠发酵(slurry fermentation)以及固体颗粒悬浮发酵。 固体发酵有其优点，如：培养基单纯，例如谷物类、小麦麸、小麦草、大宗谷物或农产品等均可被使用，发酵原料成本较经济； 基质前处理较液体发酵少，例如简单加水使基质潮湿，或简单磨破基质增加接触面积即可，不需特殊机具，一般家庭即可进行步骤； 因获得水分可减少杂菌污染，此种低灭菌步骤即可施行的发酵，适合低技术地区使用； 能产生特殊产物，如红麴产生的红色色素是液体发酵的十倍，又曲霉菌在固体发酵所产生的葡(萄)糖苷酶较液体发酵产生的酵素更具耐热性；固体发酵相当于使用相当高

28、的培养基，且能用较小的反应器进行发酵，单位体积的产量较液体为高。； 下游的回收纯化过程及废弃物处理通常较简化或单纯，常是整个基质都被使用，如做为饲料添加物则不需要回收及纯化，无废弃物的问题； 固体发酵可食品产生特殊风味，并提高营养价值，如天培可作为肉类的代用品，其胺基酸及脂肪酸易被人体消化吸收。 但其缺点也很明显，如： 限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较受限，一般较适合于真菌；在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问题，尤其是大量生产时，常限制其大规模的产能；固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针不适用于固体发酵，pH值、湿度、基质浓度不易调控，(单位面积或体积内)

29、生物的数量不易量测，每批次发酵条件不易一致，再现性差；不易以搅拌方式进行质量传递(大量迁移)，因此发酵期间，物质的添加无法达到均匀； 由于不易侦测，从发酵工程的观点来看，许多工作都只是在定性或观察性质，故不易设计反应器，难以量化生产或设计合理化的发酵流程；固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵；萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。 （3）液体表面发酵法又称液体浅盘发酵或液体静置培养法。此法无需搅拌，动力消耗少；缺点是培养基的灭菌须在单独的设备中进行。整个过程控制杂菌污染较难，而且发酵所需场地也比较大。（4）液体深层通气发酵法是目前酶制剂生产中应用最广泛的方法 ，所用主要生物反应器（发

30、酵罐）是一个具有搅拌桨叶和通风系统的密闭容器。该发酵罐又称通用式发酵罐，从培养基灭菌、冷切到接种后的发酵都在同一罐内进行。 总之，液体发酵法与固体发酵法相比而言，液体的流动性大，工艺条件容易控制，有利于自动化操作。由于采用纯种发酵，发酵过程不易染杂，所得产品纯度提高、质量稳定。该方法机械化强度高，劳动强度小，设备利用率高。 间歇式操作的选择：间歇式反应器是一种间歇的按批量进行反应的化学反应器，液体物料在反应器内完全混合而无流量进出。采用间歇操作的的反应器叫做间歇反应器，其特点是进行反应所需的原料一次装入反应器，然后在其中进行反应，经一定的时间后，达到所要求的反应程度便卸除全部反应物料，其中主要

31、是反应产物以及少量未被转化的原料。间歇式操作发酵彻底、工艺技术要求低、不易染菌，而且染菌后的损失相对较小。目前酶制剂工业的液体发酵主要是采用间歇发酵法，国内外正在尝试连续发酵法和其他方法，一旦成功，将会推动酶制剂工业上一个新台阶。选用此生产工艺，机械化和自动化程度高，生产过程安全，有完善的三废处理措施。3.3工艺流程简述 流程简述先将原材料粉碎，然后糊化备用。将备好的碳源和氮源加入发酵罐中，利用黑曲霉发酵，将发酵好的发酵液放入储罐中，加入絮凝剂絮凝。因为所需产物为胞外产物，所以，选用半框压滤机过滤，取滤液。再将滤液经过超滤膜，进一步过滤。加入防腐剂后，所得液体便可装罐，制成成品。流程主要包括：

32、原材料的预处理、菌种的培养、发酵、过滤、成品加工。 流程示意图（1）原材料的预处理:原 料粉 碎 机糊 化 锅冷 却 槽蒸 汽冷 却 水粉 碎糊 化冷 却（2）液体发酵流程菌种斜面絮凝剂储罐发酵罐板框压滤机硅藻土补料消泡剂种子罐超滤膜摇瓶 菌种成品加工（3）无菌空气的制备采集塔空气压缩机夹套加热器分过滤器除水除油过滤器旋风分离器冷却罐除菌过滤器备注：储罐应用厚的材料制成。发酵罐、种子罐要严格清洗，通入的空气应严格灭菌，以免感染杂菌。应加入适量的消泡剂，过滤时要在低温无菌的环境中进行。3.4 工艺参数 工艺技术指标及基础数据5（1）主要技术指标表1 糖化酶发酵工艺技术指标指 标 名 称单 位指

33、标 数生产规模t/a60000生产方法中糖发酵，等电点-离子交换提取年生产天数d/a300产品日产量t/d200产品规格u/g10000倒灌率%2.0发酵周期h120发酵辅助时间h12菌种培养时间h40菌种培养辅助时间h10接种量%15发酵罐装罐系数%75放罐发酵单位u/ml40000提取总收率%45(2) 种子培养基（g/L）:(玉米淀粉: 豆饼粉:麸皮=5:2:1,转速265r/min。) 磷酸二氢钾0.592，玉米粉 16.50，豆饼粉 6.6，麸皮 1.65，玉米浆 5，硫酸亚铁2mg/L,硝酸钾 0.15，硫酸镁 0.6。（3）发酵培养基（g/L）:(玉米淀粉: 豆饼粉:麸皮=14:

34、5:1,转速280r/min，总浓度20%。) 磷酸二氢钾 1.63，玉米粉45.30，豆饼粉 16.18，麸皮 2.83，硫酸亚铁2mg/L,硝酸钾 0.15，硫酸镁 0.6，玉米浆 5，泡敌 1.0。（4）发酵培养基补料（g/L）：玉米浆 20，氨水 12.264。3.5 工艺计算 物料衡算物料衡算的意义：通过物料衡算，可以求出引入和离开设备的物料（包括原料、中间体和成品等）各组分的成分、质量和体积，进而计算成品的原料消耗定额、每日或每年消耗量以及成品、副产物、废物等排出物料量。根据其计算结果，可完成生产设备的容量、个数和主要尺寸的确定，工艺流程草图的设计，水、蒸汽、热量、冷量等平衡计算。

35、在工厂建成投产后，同样可利用物料衡算，针对所用的生产工艺流程、车间或设备，利用可观测的数据去计算某些难以直接计算的参变量，从而实现对现行生产状况进行分析，找出薄弱环节，进行革新改造，挖掘生产潜力，制定改进措施，提高生产效率，提高正品率，减少副产品、杂质和三废排放量，降低投入和消耗，从而提高企业的经济效益。物料衡算的方法步骤：弄清题意和计算的目的要求；绘出物料衡算流程图；写出生物反应方程式；收集设计基础数据和有关物化常数；确定工艺指标及消耗定额等；选定计算基准；计算；校核与整理计算结果，列出物料衡算表；绘出物料流程图。发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg活度为10000u/g的糖化酶产品需

36、消耗的原材料及其物料量。（1）放罐成熟发酵液量：成熟发酵液放罐单位为40000u/ml，生产1000kg产品须发酵液量为： 式中45抗生素产品总提取率 98除去倒灌率2的发酵成功率（2）放罐成熟发酵液量V0分为三部分：底料： 种液量：补料量： 底料的物料用量：发酵培养基配方种液的物料用量：培养基配方补料中的玉米浆、氨水，各按用量计算，分别流加。（3）磷酸二氢钾耗用量： （4）玉米粉耗用量： （5）豆饼粉耗用量： （6）麸皮耗用量： （7）玉米浆耗用量： （8）硫酸亚铁耗用量： （9）硝酸钾耗用量： （10）硫酸镁耗用量： （11）泡敌耗用量： （12）氨水耗用量： （13）60000t/a糖化

37、酶车间物料衡算表：表2 60000t/a糖化酶车间物料衡算表物料名称生产1t糖化酶（ 活度10000u/mg）所需的物料量60000t/a糖化酶所需的物料量每日耗物料量成品糖化酶量发酵液量 /5.669种液量0.857.4338玉米粉耗用量206.635豆饼粉耗用量74.4056麸皮耗用量13.4356玉米浆耗用量36.85硫酸亚铁耗用量0.0102硝酸钾耗用量0.77硫酸镁耗用量3.0647泡敌耗用量4.252氨水耗用量52.1435 热量衡算（1）热量衡算的意义与作用： 通过热量衡算，计算生产过程能耗定额指标；热量衡算的数据时设备选型及确定其尺寸、台数的依据；热量衡算是组织和管理、生产、经

38、济核算和优化的基础。（2）方法步骤：画出单元设备的物料流向及变化的示意图；分析物料流向及变化，写出热量衡算式；搜集数据；确定合适的计算标准；进行具体的热量计算；（3）玉米粉、豆饼粉、麸皮等糊化灭菌，以下计算耗热量： 以生产1t糖化酶为基准计算： 玉米粉 20663.5kg豆饼粉 7440.56 kg麸皮1343.56kg热水，50度自来水，18度料水比1:4.5100C，40min(4) 糊化用水消耗热量： 根据工艺，加水量为： 自来水平均温度取18C，而配料用水温度50C 。 故耗热量为： （5）米醪煮沸耗热量：由工艺流程可知：米醪由初温加热到的耗热： 由经验公式知： 米醪初温： 所以： 煮

39、沸过程中蒸汽带出的热量:设煮沸时间为40min，蒸发量为每小时5，则蒸发水分量为： 故 式中-煮沸温度（约为100摄氏度）下水的汽化潜热（）热损失：为前两次耗热的，则： 由上所述： （6）所以：（7）蒸汽耗量：使用表压为的饱和蒸汽，h=2725.3KJ/kg,则：式中-相应冷凝水的焓。 -蒸汽的热效率，取。（8）60000t/a糖化酶糊化车间总热量衡算表（耗蒸汽量）:表3 60000t/a糖化酶糊化车间总热量衡算表（耗蒸汽量）名称压力每吨产品消耗量年消耗量日消耗量蒸汽 水平衡计算（1）意义：发酵生产中，水是必不可少的物料，微生物和酶的催化作用必须有水的存在，所以在发酵生产中，原料处理、培养基制

40、备、加热和冷却、设备清洗等都需用大量的水。其次，无论是原料的蒸煮、糖化或发酵等过程，都有最佳的原料、基质浓度范围，故加水量必须严格控制。（2）方法和步骤：与物料衡算类似。（3）生产1t 糖化酶的用水量：糊化过程用水量： 发酵过程用水量： 总用水量： （4）水衡算表：表4 水衡算表名称每吨耗量每年耗量每日耗量 耗冷计算（1）意义：现代生物工程工厂通常都有制冷系统，无论是菌种培养、发酵、产品提取精制等过程，都可能要求在室温一下的温度进行。（2）方法和步骤：通常分为工艺耗冷和非公艺耗冷。（3）工艺耗冷量：发酵醪冷却好冷量：使用冷却介质为2C的冷冻水，出口温度为85C，糊化车间送来的醪夜温度为94C

41、，冷却至发酵起始温度6C 。工艺要求在1h内完成冷却过程。 发酵耗冷量：设发酵放热为，设发酵浓度为60，则：发酵车间生产1t 糖化酶耗冷量: 年耗冷量为：（4）非公艺耗冷量:根据经验可知，冷量散失为。所以 式中-糖化酶产量。清洗罐、过滤机及管道等散失的冷量：通常 =12 =所以 （5）60000t/a糖化酶厂发酵车间冷量衡算表 表5 发酵车间冷量衡算表耗冷分类年耗冷量/kg日耗冷量/kg工艺耗冷量非工艺耗冷量 无菌压缩空气消耗计算（1）无菌空气计算的意义：耗氧生物的生存需要氧，黑曲霉为耗氧生物，而不同类型的发酵生产，适宜的溶氧浓度和耗氧速度不一样。溶氧量与反应器类型、通风速率、搅拌条件等有关。

42、对同一类型的发酵反应，由于使用的发酵罐形式不同，耗氧量也不同。此外，还常用无菌压缩空气押送培养基和其他料液，压缩空气消耗量也不一样。故压缩空气消耗量的计算是非常重要的设计任务。（2）计算的方法和步骤：通风发酵罐通风量计算。通风搅拌用的压缩空气的压强计算。（3）单罐发酵无菌空气耗用量：设规模的通风搅拌发酵罐的通风速率为，取进行计算。单罐发酵过程用气量（常压空气）：种子罐无菌空气耗用量：因种子罐无菌空气耗用量之和约等于发酵罐的，则无菌空气耗用量为：发酵车间高峰无菌空气消耗量：（4）无菌空气衡算表表6 无菌空气衡算表发酵罐工称容积单罐通气量种子培养基耗气量高峰空气耗量年空气耗量4 主要设备的工艺计算

43、和设备选型14.1 选型原则（1） 保证工艺过程实施的安全可靠。（2） 经济上合理，技术上先进。（3）投资省，耗材料少，加工方便，采购容易。（4） 运行费用低，水电气消耗少。（5） 操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化方便。（6）结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备。（7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定余量。（8） 考虑设备故障与检修的备用。4.2 关键设备的选择 发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐。 生产能力、数量和容积的确定（1）发酵罐容积的确定：一般来说单罐容积越大，经济性能越好，但风险越大，要求技术管理水平也越高。应在技

44、术管理水平允许的范围内，尽量取较大的发酵罐。所以选取的发酵罐。（2）生产能力的计算：每吨糖化酶需要醪液量，生产60000t/a糖化酶所需醪液量。已知每年工作300天，则每天需糖液体积：若取发酵罐的填充系数，则每天需发酵罐总容量为：现选工称直径为的机械搅拌通风发酵罐，其全容积为。（3）发酵罐个数的确定：每天需要的发酵罐个数：，取3个。共需发酵罐个数:,取14个。每天应有3个发酵罐出料，每年工作300天。实际产量验算：设备富裕量为：，能满足生产要求。（4）主要尺寸的计算6：封头折边忽略不计，以方便计算，则： 解方程：。圆柱部分体积：。上下封头体积：。总体积：。取，实际装罐量为：。（5）冷却面积的确定（经验值计算法）：表7 不同容量发酵罐的冷却面积发酵产品装料体积冷却面积(冷却面积）/(装料体积)酵母50400.8谷氨酸40601.5柠檬酸4016-200.4-0.5酶制剂2010-200.5-1抗生素4040-601-1.5 糖化酶发酵罐冷却面积取。由上知填充系数，则每个发酵罐换热面积为：。（6）搅拌器的设计：由于糖化酶的生产过程中有补料过程，对混合要求高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各尺寸与罐径D有一定的比例关系，现将主要尺寸列出：搅拌器叶径：。 叶宽： 。弧长： 。底距： 。盘径： 。 叶弦长： 。 叶