纤维素酶制剂厂工厂设计

1、工厂设计设计题目：年产480吨工业用纤维素酶制剂厂设计2008年6月1日1. 绪论-1-1.1. 项目建设的背景-1-1.1.1. 项目提出的依据-1-1.1.2. 投资的必要性和经济意义-2 -1.2. 厂址选择-2-1.2.1. 投资环境评价-2-1.2.2. 开发区财政支持及土地政策-2 -1.3. 项目建设的意义-3-2. 厂区平面设计-3-2.1. 总平面设计-3-2.2. 设计说明书-3-2.2.1. 设计依据-3-2.2.2. 总平面设计说明-4-2.3. 主要设计指标-4-3. 产品方案及工艺流程-4-1, 1,产品与产量的确定-4-3, 2.工艺流程-4-3.1.1. 原辅料

2、及菌种-4-3.1.2. 工艺流程图-5-3.1.3. 2. 3. 操作要点-5-3. 3. 物料衡算-8-3. 3.1,原料计算-8-3. 3. 2.辅料计算-9-3. 3. 3. 计算结果-10-3. 4. 生产设备选型-11-3. 4.1.主要生产设备生产能力计算-11-3. 4. 2.主要生产设备选型表-16 -3. 5. 劳动力平衡-17-3. 6. 水电汽平衡-17-1. 6.1.全年用水量计算-17-3. 6. 2,全年用电量计算-19 -4. 6. 3,蒸汽用量计算-20 -4. 工厂卫生和安全生产-20-4. 1.厂内部总平面布局的卫生-20 -4.2. 厂房内部环境卫生-2

3、0-4. 3.生产设备卫生-21-4. 4.酶制剂生产的注意事项-21-4. 4.1,固体酶生产注意事项-21-4. 4. 2.液体酶生产注意事项-21-4. 4. 3.酶生产过程中的个人防护装备-21-5.公共工程和辅助工程-22-5. 1. 公共工程-22-5.1.1. 给排水工程-22-5.1.2. 供汽工程-22-5.1.3. 供电工程-22-5.1.4. 压缩空气系统-22-5.1.5. 采暖通气系统-22-5.1.6. 冷却水系统-22-5.1.7. 环保系统-22 -5.1.8. 制冷工程-22-5. 2.辅助工程-22-5.1.1. 项目需土建的辅助系统-22 -5.1.2.

4、运输设备-23-6. 企业组织和劳动定员-23-6. 1.企业组织-23-6.2.工作制度-23-6. 3.劳动定员-23-7. 环境保护-24-8. 设计概算-25-9. 经济技术分析-27-9. 1.工厂成本-27-9.1.1,原辅料总成本-27-9.1.2.包装材料成本-27-9. 1. 3.水费耗用-28-9.1.4,工人工资、动力费、设备折旧费-28-9. 2.禾lj润-28 -9. 3.税金-28-10. .出厂价格-28-参考文献-30-致谢-30-图表说明：-30-鲁东大学工厂设计年产480吨工业用纤维素酶制剂厂设计夏菲(生命科学学院、生物工程、2004级2班、04251010

5、5)摘要：本设计主要是对年产480吨工业用纤维素酶制剂厂进行了设计。本设计从产品需求、地理环境、政策环境、生产技术等各项条件出发，针对480吨工业用纤维素 酶制剂项目的需要，进行了车间平面设计，并对产品方案、生产工艺、设备选型、物料衡算、全厂卫生 安全、企业组织等方面进行了研究与设计。最后对本方案进行了技术经济分析，研究表明：该项目固定 资产投资2610万元，项目完成之后可年产固体纤维素酶240t,液体纤维素酶240t,年利润1692万 元，投资回收期为3年。关键词：工业用纤维素酶；工厂设计；物料衡算；技术经济分析The Plant Design of a 480t/a Production

6、Capacity of Industrial Used CellulaseXia Fei(College of Life Science, Bioengineeiing, Grade 2004. Class 2, 042510105)Abstract Tliis study was aimed to design a iiidustiial used cellulase production plant with a 480-ton production annual capacity.Wdikshop horizontal design, the product plan and the c

7、raft proof, selection of processing teclinology and equipment, materials balancing, hygiene and safety, and organization were studied and designed for the industrial used cellulase production, based on die demand of product, geographical enviioiinient, govermnental policies and the production teclmo

8、logy. At last 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 yeaily produce solid cellulase 240t, liquid cellulase 240t, tlie annual profit was 16.92 million RMB, and the retuin time

9、 of investment was 3 yeais.Key Words Iiidustiial used cellulase; Plant design; Materials balancing; Tecluiical economy analysis1 .绪论1.1. 项目建设的背景1.1.1. 项目提出的依据纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。它不是单种酶，而是起协同作用的多组酶系。 大多微生物产生的纤维素酶，最主要的有三个部分：内切葡聚糖酶；纤维二糖水解酶：P-葡萄糖甘酶。 一般纤维素酶的相对分子质量在4500075000之间，最适合温度50左右，最适pH=45。纤维素酶 的

10、用途极其广泛，近年来被广泛应用于酒精、饲料、食品等行业口】。纤维素是目前地球上唯一产量巨大而未得到充分利用的可再生资源，广泛而大量存在于自然界。随 着能源危机的口渐加剧，对于纤维素的利用吸引了许多研究者的眼光。利用纤维素的关键是把不溶于水 鲁东大学工厂设计的纤维素分解为可发酵性糖，而纤维素酶则是此关键中的关键。利用纤维素酶可将纤维素质原料转化为 可发酵性糖，再利用微生物将糖转化为乙醇。用此方法生产的燃料乙醇可部分取代汽油。这是目前生物 能源研究的重点，也是纤维素酶的主要应用方向。随着酶制剂工业的发展，纤维素酶的应用范围也进一步的扩大。纤维素酶是畜牧业中的一种新型饲 料添加剂。利用纤维素酶能将饲

11、料中一部分难于消化的纤维素转化为糖和菌体蛋白，改善动物饲料利用 性，能使畜禽最大限度的利用饲料，提高饲料利用价值，减少畜禽消化道疾病发生，同时可减少饲料用 量，降低养殖成本口】。1.1.2. 投资的必要性和经济意义随着生物工程的迅猛发展，纤维素酶制剂的生产变为现实。美国、丹麦和口本于20世纪70年代就 开始了纤维素酶的生产，国际市场基本上为它们所垄断，我国七五计划才把纤维素酶的生产列为攻关计 划，国内现已有些厂投产，年产量约5000多吨，国内生产量远远不能满足市场需求。随着经济的发展 和石油价格的爆涨，国内外纤维素酶的需求市场前景十分乐观。纤维素酶生产行业是一个新兴行业，21世纪将是它的生命全

12、盛期。由于纤维素酶的广泛应用，估 计我国市场需求量将以每年25%35%的速度上升，预见用纤维素酶产业化生产生物乙醵的关键技术将 在未来5年内得到解决，那时我国的纤维素醒年需求量将增加到2540万吨。纤维素醉的年利率可能 达到50亿元以上。目前国内大规模生产纤维素酶的公司只有天津诺维信公司、北京索莱宝科技有限公 司、上海戴迪实业发展有限公司等少数几家。因此，利用液体深层发酵法生产的纤维素酶将会有广泛的 市场前景。1.2. 厂址选择1.2.1. 投资环境评价临沂市位于山东省东南部，地近黄海，东连日照，西接枣庄、济宁、泰安，北靠淄博、潍坊，南邻 江苏。根据国家统计局城市社会经济调查司对全国287个地

13、级以上城市根据2005年城市基本情况统计 年报资料，从“区位及自然环境”、“经济环境”、“市场环境”、“人力资源环境”、“基础设施环境”、“社会 服务环境”、“综合安全环境”等进行综合测评，发布了“2006投资环境百佳城市”名单，临沂市榜上有名。 同时，在中国社会科学院工业经济研究所、中国经营报社主办的中国城市竞争力论坛，临沂市荣获“2006 跨国公司眼中最有投资潜力的城市”。临沂经济开发区是2003年6月份，经山东省人民政府批准建立的 省级经济开发区，位于临沂市城区东南部，是临沂市的现代化工业新城区。经济开发区城市功能健全, 基础设施完善，交通运输便利，自然资源丰富，靠近国内第三大批发市场一

14、I临沂批发市场，具有巨大的 商贸优势。开发区对投资企业实行优惠的扶持政策，按照“政策最优、体制最顺、服务最好”的要求，对 园区企业实行封闭式管理，提供最优的服务。从区位上看，临沂经济开发区处于南北经济的结合部，坐 落在北京至上海中间地带，扼交通要冲，形成了海、陆、空三通的立体格局。该工业园在交通、原料、 资源方面都具有非常大的优势。1.2. 2.开发区财政支持及土地政策对临沂市外投资的工业性生产项目企业所得税市级地方留成部分前三年政府全额扶持，后两年扶持 50%。投资项目建设用地，通过协议、招标、拍卖、挂牌、划拨、出让或租赁等形式依法获得。生产性 工业项目目前土地出让价格为每亩5.8万元左右，

15、在此基础上，根据项目投资规模、投资强度、建设期 限、科技含量、税收贡献等再给予不同程度的优惠扶持。对于酶制剂厂厂址的选择，其基本要求是原料、燃料供应充分，产品流通迅速，交通便利。而新开 发的开发区为招商引资，往往会出台一系列的优惠政策，有利于企业的成长。因此本着经济、合理、优 势的原则，根据本项目的性质和对建厂地区及地址的相关条件进行考察和论证分析，最后厂址选择临沂 市经济开发区。综合看来，在临沂市经济开发区工业园区建设纤维素酶制剂厂，无论是从地理位置、交 -3 -鲁东大学工厂设计通运输、原材料和燃料供应，还是从当地政策、投资环境来看，都是十分理想的。1.3. 项目建设的意义项目建成后一方面可

16、以吸纳当地剩余劳动力，增加当地居民收入；另一方面，该项目还可以解决当 地农作物秸秆浪费的问题，增加当地农民的农业收入，生产中产生的废渣还可以作为农业用有机肥。本 项目投产结构合理，投资少，见效快，效益高，投资回收期短，发展前景广阔，并符合国家可持续发展 战略和三农政策，能积极的带动当地农业的发展，从而达到农业增效、农民增收、企业增值、国家增税, 促进地方经济发展，为社会带来经济效益和社会效益。因此该项目切实可行。2.厂区平面设计2.1. 总平面设计表1厂区建筑面积一览表Table 1 Plant construction area list序号建筑物建筑面积（nF）占地面积（nF）1应急发电室

17、9X10 = 90902配电室9X10 = 90903原料库19X12= 1081084空压机房8X10 = 80805水处理中心8X10 = 80806粉碎配料车间8X12 = 96967生产车间19X28X3 = 7562528生产车间29X28X3 = 7562529锅炉房10X12= 12012010原料库28X10 = 808011成品车间8X14= 11211212污水处理站24X6+24X5 = 26426413职工公寓10X45X2 = 90045014机修车间5X8 = 404015职工餐厅20X15X2 = 60030016成品库8X9 = 727217科研中心20X15X

18、3 = 90030018办公楼10X25X4= 100025019警卫室15X8 = 404020警卫室25X8 = 40402. 2.设计说明书2. 2. 1.设计依据(1)以方便生产为前提，符合车间生产程序，避免原料、半成品、人流的交叉污染；（2）全厂建筑物采取南北朝向，利于通风、采光；（3）发酵附属设施安排在发酵车间的周围，为发酹提供高压蒸汽、原辅料、冷却水、压缩空气;（4）粉碎车间和锅炉房安排在发酵车间旁边，远离生活区和公路，避免污染生活区的空气；鲁东大学工厂设计（5）配电房、锅炉靠近生产车间，减少能源消耗，锅炉房处于厂西北角，使生产车间处在其上风位 置；（6）通盘考虑全厂布置，填平补

19、齐，力求合理、经济，并充分考虑全厂扩大生产网。2. 2. 2. 总平面设计说明（1）厂区主要建筑物：原料库、成品库、办公楼、科研楼（兼菌种保藏中心）、餐厅（兼工人活动 中心）、车库、工人公寓、广场、传达室、展厅、锅炉房、机修车间、生产车间、成品车间、粉碎配料 车间空气压缩站、水处理中心、污水处理池等。按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返 运输。对厂房的布置符合生产工艺的要求，既保证了生产过程的连续性，又使得整个厂区紧凑合理。（2）办公楼在人流出口附近，距离车间较近，方便管理，又与物流避免交叉。（3）绿化情况：厂区绿化以普通绿化与重点绿化相结合，沿厂区主入口的主要道路进行重点绿化,

20、种植有观赏价值的乔、灌木与草皮结合，并且绿化部分遍植草皮，并适当点缀冬青灌木，绿地率达到 50%以上，以创造出一个美丽、怡人的厂区环境。（4）厂区道路：厂区主干道为10m宽，非主要道路为8m宽，两旁种植悬铃木、揄叶梅等。（5）厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火器。2. 3.主要设计指标表2主要设计指标一览表Table 2 List of design indicators项目数据1全长占地面积13872m32全厂建筑物占地面积2744 m33建筑系数19.78%4绿化面积1950 m35绿化率14.06%6土地利用系数32.88%3.产品方案及工艺流程3.1.产

21、品与产量的确定表3产品方案明细表Table 3 List of detailed product plan产品名称年产量/t日产量it班产量/t全年生产天数/d酒精工业用酶2400.7320.244328饲料添加酶2400.7320.2443283. 2.工艺流程3. 2.1,原辅料及菌种（1）原料：玉米秸秆、麦城（2）辅料：酵母膏、木质纤维、蛋白陈、MgSO4 7H2O> 泡敌、CaCl2-2H2O. Tween-80. KH2 Po4-# -鲁东大学工厂设计（3）菌种：里氏木霉RutC-303. 2. 2. 工艺流程图原料一粉碎一过筛一高温高压杀菌I保藏菌种一斜面种子培养一摇瓶一液体

22、种子扩大培养一液体深层发酵一过滤一浓缩一硫酸钱沉淀一（饲料添加用酶为乙醇沉淀） 过滤一溶解酶泥一过单宁琼脂糖层析柱一浓缩一干燥造粒一固体酶制剂I液体酶制剂图1生产工艺流程图习Figure 1 Chart of production process3. 2. 3. 操作要点（一）菌种培养（1）菌种及菌种保存一般选用的菌种为里氏木霉，发醛周期为70h左右，纤维素酶产量高且稳定性好，产生的纤维素酶 为胞外产物，容易分离纯化。一般里氏木霉菌种用马铃薯琼脂（PDA）培养基保藏。（2）菌种活化习马铃薯琼脂（PDA）培养基灭菌冷却至30左右时，在无菌条件下将保藏的原菌接种到培养基中， 在2830的恒温培养箱

23、中培养72h,取出后于04保存备用。（3）种子培养基及种子罐培养玉米秸秆粉（20目筛）1%、酵母膏0.05%、木质纤维1%、蛋白陈0.3%、MgSO4-7H2O 0.03%、 KHz PO4 0.4%> CaC12*2H2O 0.03%、（NH02 SO40.2%、Tween-80 0.02% （体积比），121 下灭菌 30mm 后使用。菌种活化后按7%的接种量接种到一级种子罐中通气培养，培养48h后再接种至二级种子罐中，培 养48h后按7%的接种量接种至发酵培养基中进行发酵纥（二）发酵过程（1）发酵培养基的配制发酵培养基的组成玉米秸秆粉 19.5%、麦熟 5%、酵母膏 0.05%、蛋

24、白陈 0.3%、MgSO4-7H2O 0.03%> KH2 PO4 0.4%, CaCl2-2H2O 0.03%、（NH4）2 SO4 1.5%、Tween-80 0.8% （体积比）,121下灭菌 30min 后使用。配制培养基的注意事项编I .碳源 纤维素酶发酵大多采用含有纤维素的原料作为碳源。一般是将玉米秸秆粉碎至20目以 下后与麦奴等其他辅料混合。麦蚊对菌种产酶的影响是双面的：它一方面为产酶提供必要的生长因子； 另一方面，其含量增加又会降低培养基的蓬松程度，使通气量降低，从而影响产酶。对于里氏木霉，当 玉米秸秆与麦蛾之比为4： 1时纤维素酶的产量最高。II .氮源 可用无机氮，也

25、可用有机氮，二者差别不大。里氏木霉的最适氮源为硫酸钱和谷氨酸 钠，硫酸铁价格较便宜，因此选用硫酸铁，用1.5%浓度效果较佳。III .细胞通透性 增加细胞通透性对提高纤维素酶活性有一定的作用。一般认为Tween-80可以提 高里氏木霉的纤维素酶的产量，添加量为0.8%。培养基的配制是在拌料罐中进行的。预先在拌料罐中添加所需质量的各种成分，然后加入培养基中 所有用水量的60%左右，使最终两个发酵罐中的装料量为14.26m3。用搅拌桨搅匀后用往复泵泵入两个 发酵罐中。（2）发酵培养基的灭菌凶鲁东大学工厂设计由于发酵罐的体积较小，因此可采用实罐灭菌的方式进行灭菌。灭菌过程采用蒸汽压为196kPa （

26、表 压）的蒸汽通入发酵罐中，利用蒸汽冷凝释放的热量加热培养基，以达到灭菌的目的。实罐灭菌过程共 分为三个阶段：升温阶段采用直接将活蒸汽通入发酵罐中的方式把培养基由室温加热到灭菌温度。此过程中通入的蒸汽冷凝 形成的水可直接补充配制培养基时未加足的水。保温阶段蒸汽从与培养基相接触的管道连续进入，从不与培养基相接触的管道连续排出。维持一定的灭菌时 间，以到达灭菌的目的。冷却阶段完成保温时间后，关一路排汽，再关一路进汽（次序不能颠倒），最后排汽与进汽全部关闭。然后 引入无菌空气，再打开蛇管的冷却水，使培养基的温度降低到合适的温度，以进行接种。（3）发酹过程中的条件控制温度发酵前期，培养温度应稍高些，以

27、有利于菌体的生长，里氏木霉一般控制前期培养温度为30 （即 最适生长温度），大约保持12h：进入产酶期后，应适当降低培养温度，里氏木霉产醒期培养温度一般 为28。较低的温度有利于提高酶的稳定性，延长细胞产醵时间。pH里氏木霉发酵生产纤维素酶的最适pH为4.65。在实际的发酵过程中，随着微生物的代谢活动， 发酵液的pH值在不断变化，要根据其变化严格控制pH值国。通风量发酵早期，菌体刚刚萌发，数量较少，呼吸强度较弱，耗氧速度较低，应控制通气量为1：0.20.3； 进入对数生长期以后，菌体代谢旺盛，呼吸强度提高，细胞大量分裂，细胞浓度迅速增加，因此耗氧速 度较快，应控制通气量为1：1:产酶时期，细胞

28、分裂完全，细胞浓度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗 大量的氧气，应控制通气量为1：1囚。搅拌纤维素酶液体深层发酹中还需要搅拌，以利于热交换、营养物质与菌体均匀接触，降低细胞周围的 代谢产物，从而有利于酶的合成。所以，应控制整个生产过程的搅拌速度为100150rpm。泡沫控制发酵中往往产生较多的泡沫，其存在阻碍CO?排出，影响溶解氧量。生产上一般采用聚氧丙烯甘 油酷或泡敌（聚环氧丙环氧乙烷甘油酸）消泡。产酶量的测定发酵过程中要定时取样测定产酶量，一旦发现到达最大酶活产量时要及时停止发酵。（4）发酹终点的判断一般利用里氏木霉进行纤维素酶发酵的周期为70h左右。当发醉液的pH上升至5左右，镜检观察 到

29、菌丝自溶、断裂，80%以上的菌丝染色着色浅或染不上色时，可以放罐【叽一般发醛的产酶率为6.5%。（-）纤维素醉的分离与提取（1）发醛液的预处理发酵结束后要向冷却蛇管内通入蒸汽，使发酵液温度升高至90维持10mm,灭活菌体并有利于 后续的过滤过程。加热结束后将发酹液转移至发酵液储罐中。同时准备使用板框过滤机对发酵液进行过 滤，以除去菌体和未发酹的培养基原料。（2）发醛液过滤在里氏木霉生产纤维素酶的过程中，在常压下滤饼形成后，一般采用加压至0.30.4MPa来过滤。 滤液储存于储罐中，分四批进行后续的提取过程。生产中常采用以压力泵或压缩空气为过滤推动力的压 滤机来进行过滤。经过滤后滤液中的纤维素酶

30、的收率为95%o-# -鲁东大学工厂设计（3）浓缩将板框过滤后的滤液调到PH4.5,在40、2.0kPa的条件下利用三效真空蒸发仪将滤液浓缩至原体 积的3040%囚，此过程的酶的收率约为95%。（4）沉淀与酶泥的重新溶解在醒制剂的生产过程中，一般采取盐析法进行纤维素酶的分离。首先向浓缩酶液中加0.2饱和度的 硫酸锈，静置1小时后利用板框过滤机进行过滤，弃去沉淀。然后向收集的清液中加入0.6饱和度的硫酸 钱，再静置1小时后过滤弃去清液，得到纤维素酶的粗品。对于应用于饲料工业中的酶制剂，由于硫酸 钱沉淀法析出的酶沉淀，含有大量的无机盐，不适合用于食品行业。因此在其生产过程中，应该采用有 机溶剂法进

31、行纤维素酶的分离。常用纤维素酶沉淀分离的有机溶剂为乙醇。乙醇的最适浓度为70%。提 取酶制剂过程中容易引起酶的变性失活，所以必须在4左右的低温下进行操作，沉淀析出后要立即分 离。有机溶剂用量一般为酶液体积的2倍左右，而且，要将酶液的pH值调至纤维素酶的等电点附近，再 用0.020.05mol/L的磷酸缓冲液溶液溶解后进行进一步的纯化。沉淀过程的酶的收率为94%,过滤过程 的收率为95%口】。（5）纤维素酶的纯化单宁是纤维素酶的天然抑制剂，用单宁结合活化的琼脂糖做成亲和层析柱，用蒸馅水平衡，再将上 一步得到的酶液过柱，使单宁专一性结合纤维素酶，蒸储水平衡后，用0.020.05mol/L的磷酸缓冲

32、液 洗脱出来，就可得到纯化的液态纤维素能川。酶的亲和层析一般控制在较低的温度下进行，以防止由于 温度的升高而使酶在纯化过程中变性失活。经过该过程后酶的损失率为7%o（6）洗脱液的浓缩由于里氏木霉生产的纤维素酶在60以上活性迅速下降，所以在真空蒸发浓缩时，应控制浓缩系 统的真空度，使蒸发温度在60以下。在纤维素酶的生产中一般采用真空蒸发器，在50进行真空浓 缩，除去约2/3的水分。浓缩后的收率为90%。（三）酶的成品与包装（1）液体酶的混合与包装向经浓缩后的液体酶加入12丙二醇，以维持酶制剂的活性。最终产品的颜色为棕色，密度为 1.05-1.lg/cm粘度为50 Pa s,装于有环氧树脂涂覆的容

33、量为200kg的铁桶中以及容量为25g的手提 桶中。（2）固体酶的造粒与包装将浓缩后的酶液用喷雾干燥法干燥，形成粉状的酶。固体酶制剂的包装外要刷明标记，包括成品名 称、生产厂家名称、厂址、生产日期、保质期、使用方法、成品标准编号等。（四）成品的储存包装后的成品经过水平皮带输送机运到成品库中，再由叉车搬运到存放的位置。成品库要求低温干 燥通风，库内温度在025范围内，保质期为半年。避免在30以上长期储存，避免口光暴晒和雨淋。（五）成品质量检测口4酶制剂的成品各项指标要符合工业酶制剂通用检测规定和标志、包装、运输、贮存QB/T 1804-93 的要求。并按照下述的测定纤维素酶活力的方法测定其CMC

34、酶、FPA （滤纸糖）酶和BG酶活性，并 用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法来测定该醒制剂的纯度与分子量。I. CMC酶活的测定5%CMC溶液（pH4.5、0.025mol/L柠檬酸，0.05moL,L磷酸氢二钠）1.0mL,适当稀释后的酶液1.0mL, 40恒温水浴60min,用3,5-二硝基水杨酸法测定还原糖；II. FPA酶活的测定取适当稀释后的酶液0.1mL，再加入0.2mL磷酸缓冲液（pH6.0）和0.5x0.5滤纸条1张，其余同 CMC测定。III. BG （p-1,3-葡萄糖昔酶）酶活的测定取适当稀释酶液0.5mL,加入0.5mll%水杨酸溶液（溶于pH4.8、O.lmol/LHAc

35、和NaAc缓冲液），鲁东大学工厂设计50反应30mli1,加入3mLDNS试剂测糖。3. 3.物料衡算里氏木霉的发酵时间为70h左右，考虑到装料、实消、放料、清洗需要一部分时间，因此确定整个 发酵周期为4d,在330d的工作口内，共有82个生产周期。由设备计算(3.4.1)可得，生产中共需要 23 m3的发酵罐8个。发酵罐的装料系数为70%,发酵产率为6.5%,提取率为70%,种子罐的装料系数 为75%,发酵液密度约为1020 kg/m3o主要技术参数：发醉时间：7011生产周期：4d 生产天数：328d年产量：480t预设发醛罐个数：8个发酵罐装料系数：70% 发酵产率：6.5%酶提取率：7

36、0%FPA酶活：46264781单位/ g4. 3.1. 原料计算(1)玉米秸秆玉米秸秆需经过粉碎后才能用于发酵。在粉碎过程中随着运输、粉尘等会有原料损失，按10%的 损失率及3轨(原酶)的投料比计算，可得每次发酵周期需要的原料玉米秸秆量为：mi=发酵液总质量x产酶率x玉米秸秆投料比(1-损失率)=8x23x70% + 4x3x75%xl020x6.5%x3- (1 - 10%)=30.25t年用量：Mi = 30.25x82=2480.5t(2)麦妖碳源中玉米秸秆与麦熟的比例为4:1时纤维素醒的产量最高。由此麦数的用量为：1112 =玉米秸秆投料量-4=30.25X=7.57t年用量：M2

37、= 7.57x82=620.74t(3)酵母膏一个发酵周期中的培养基的总质量为：8x23x70% + 4x3x75%xl020=140.556t酵母膏的用量为0.05%,则一个发酵周期中酵母膏的用量为：m3 = 140.556x0.05%=70.278Kg年用量：Mj = 70.278x82=5.77t(4)木质纤维木质纤维在种子培养基中充当碳源，在发酵培养基中作为产酶诱导剂。其用量为1%。一个发酵周期中木质纤维的用量为：lilt = 140.556x1%=1.406t年用量：M4= 1.406x82 =115.3t (5)蛋白陈 蛋白陈在培养基中的用量为0.3%, 一个发酵周期中蛋白陈的用量

38、为： m5 = 140.556x0.3%=0.422t 年用量： Ms = 0.422x82=34.604t(6) MgSO4-7H2OMgSO4 7H2O的用量为0.03%, 一个发酵周期中MgSCUDH?。的用量为： 皿=140.556x0.03% =0.042t 年用量：M6 = 0.042x82 =3.460t(7) KH2Po4KH2 PO4的用量为0.4%, 一个发酵周期中KHjCU的用量为： m7 = 140.556x0.4%=0.562t 年用量： M7 = 0.562x82= 46.10t(8) CaCl2-2H2OCaCb2Hq的用量为0.03% , 一个发酵周期中CaCb

39、2H£的用量为： ms = 140.556x0.03%=0.042t 年用量： Ms = 0.042x82=3.460t(9) Tween-80发酵培养基中添加量为0.8% (体积比)，种子培养基中添加量为0.02%。一个发酵周期中的使用量 为 mg = 8x23x70%x0.8% + 4x3x75%x0.02%=1.0322 m3 年用量：M9= 1.0322x82 =84.64 m33. 3. 2.辅料计算(1)硫酸钱在整个生产工艺中硫酸钱有两种用途：一种是作为氮源；另一用途是在纤维素酶的沉淀粗提中作为 沉淀剂。作为氮源的添加量为1.5%,作为沉淀剂的用量为20%的饱和度和60%

40、的饱和度。由此进行计 算：氮源用量：-9鲁东大学工厂设计(NH4)?SO4在发酵培养基中的用量为1.5%，在种子培养基中的用量为0.2%。一个发酵周期中(NH4) 2 so4的用量为：Mio= 8x23x70%x 1020x1.5% + 4x3x75%xl020x0.2%=1.989t=2t年用量：Mio = 2x82=164t沉淀剂用量：在燃料乙醵工业用酶制剂的生产过程中使用的沉淀剂为硫酸锈，一个发酵周期中共有4个发醛罐用 于该酶的生产。在提取过程中，发酵液经过过滤后会有部分体积损失，且过滤后的滤液经过真空浓缩。 因此可估计过滤后的滤液体积为23x70%x4x80%x40%= 20.61 m

41、3o在用盐析法分离纤维素酶的过程中，处理液的(NH4)?SC)4初始饱和度为0,欲达到20%的饱和度， 在25条件下，需向lop溶液中加入114kg的(NHSOH查63页表4-1)。经静置、过滤处理后，再向 滤液中加入(NHM SO4，使(NH4)? SO4的饱和度由20%上升至60%,此过程应向滤液中加入262kg的 (NH4)2 SO4tl2o则提取过程中(NH4)2 SO4的用量为：mu = 20.6ixll4 + 20.61x90%x262=7210kg = 7.21t年用量：Mu =7.21x82= 591.22t(NH4)z SO4 的总用量为 164 + 591.22 = 755

42、.22t(2)乙醇乙醇作为饲料添加用酶的沉淀剂，一个发酵周期中共有4个发酵罐用于该醉的生产。可估计过滤后 的滤液体积也为20.61沉淀过程中用的为70%的乙醇，用量为处理液体积的两倍。因此乙醇用量为：mlz=20.61x2x70%x789= 22.8t年用量：Mi? = 22.8x82=1870t(3)泡敌发酵培养基中泡敌的添加量为0.03%, 一个发酵周期中的使用量为：mi3= 8x23x7O%xO.O3%=0.039 m3年用量：M13 = 0.039x82=3.2m33. 3. 3.计算结果表4生产物料衡算表Table 4 Balance sheet of production mate

43、rial项目名称指标每次发酵周期实际量年用量玉米秸秆3t/t(原酶)30.25t2480.5t麦默0.75 t/t（原酶）7.57t620.74t醉母膏0.05%70.278Kg5.77t木质纤维1%1.406t115.3t原料蛋白陈0.3%0.422t34.604tMgSO47H2O0.03%0.042t3.460tkh2 po40.4%0.562t46.10tCaCl2-2H2O0.03%0.042t3.460tTween-800.02%/0.8%1.0322 m384.64 m3硫酸钱114/262 kg/m39.21t755.22辅料乙醇1.4m3/m322.8t1870t泡敌0.03

44、%0.039m33.2 m3包装材纤维板圆筒40Kg/ffi70个6127 个料环氧树脂涂覆的圆桶25Kg/桶120个9840 个3. 4.生产设备选型3.4.1.主要生产设备生产能力计算由物料衡算表可知：为提高后处理过程中使用的设备的利用率，四组发酵罐（每两台发酵罐为一组, 生产同一种酶）采用循环式投料生产。（1）玉米秸秆粉碎机及20目振动筛分器年用量-处理时间=2500x1000-330-8 = 950kg/h（2）拌料槽拌料槽的结构由圆柱形槽身和圆锥形底部组成，设计体积应为：发酵培养基体积/装料率=14.62x2-85% = 34.4 m3 （取35 m3）设圆柱形槽身的高为山,圆锥形底

45、部的高为足，且 = 3足，直径d为3m。则由V= l/4x3.14xd2xhi+（l/3）x（l/4）x3.14xd2xli2=35m3得：hi = 4.46m ： 112 = 1.48m拌料罐的实际体积为：V = 5/18x3.14x3 2x4.46=35.011m3（3）发酵罐设发酵罐的体积为V,则由年产醒量=发酵罐体积x发酵液密度x发酵罐个数x发酵周期数x发酵罐装液量x产酶率x酶提取率 可得：发酵罐的体积=480000-1020-820.7-0.065-80.7=22.53 m3由此可确定发酵罐的有效体积为23 m3。发酵罐主体结构计算口习：封头采用标准椭圆封头K=1H/D12.5 D，

46、hi=4椭圆容积 Vu = Ji/6xD1xhi =蚩 xDx3公与 xDi2xhi+Va=千xDxh+金xD=2/3xjixD 丁D12.22 m 处理后内径为2.3 m即2300 mniH = 2.5Di= 23x2.5=5.75 m= 57500111111hi=0.25D=0.575 mH > 4m 所以h= 50 mm查化工设备设计基础附表5罐体总高 H 总=5.75 + 2xhi+2xha=7.00m= 7000nini罐体壁厚 S = PD/(26 0 -P)+C其中：0 = 0.8 , P = 0.5, C = 3 min, 6 = 130MPa, Di= 2300解之得

47、：S = 8.5 nim取整9.Omni封头按标准椭圆计算111= 0.575m lia= 0.05m封头壁厚：S = PD/(26 0 - P)+C其中：0 = 0.8 P = 0.5 D.2300 6 = 130MPa C=4.2解之得：S = 9.74 mm 取整 10.00 mni(4)种子罐二级种子罐二级种子罐体积=发酵罐体积x装料系数x接种量-种子罐装料系数=23 xO.7xO.O7-O.75x2=3 m3一级种子罐一级种子罐体积=二级种子罐体积x装料系数x接种量.一级种子罐装料系数= 3x0.75xl0%0.75=0.3 m3(5)空气压缩系统无菌空气制备流程网如下：吸风塔T粗滤

48、器T空气压缩机T空气冷却器T除水设备T空气总过滤器T发酵车间空气总管一分 过滤器T发酵罐发酵过程中的最大通气量为13因此发酵车间需要最大压缩空气的用量可按下列公式计算：v=单个发酵罐的体积X发酵罐的个数x通气比+单个种子罐的体积x种子罐的个数x通气比= 23x8x1+3x4x1=196 m3/min (按 200 进行后续计算)吸风塔回吸风塔设计高度应在1012m左右。进管至空气压缩机一段的管路，要求直管连接，避免弯管或多 弯管。本次设计中将吸风塔的高度定为Um,空气在吸风塔内的截面流速设计为6m/so则吸风塔的截 面半径为：R= (V/vtt) 1/2 = (200606-3.14)1/2

49、= 0.42m空气的实际流速v = V/ttR2 = 20060-0.423.14 = 6.02m/s-11 -鲁东大学工厂设计前置预过滤器选择高效前置过滤器，其外形像一只大型的集装箱。内部设计有两道过滤介质层：前层称粗过滤 层,采用绒布作为过滤介质；后道称亚高效过滤层，采用涤晴-无纺布作为过滤介质。设计流速为0.5 in/so 设备外型半径为：R= (V/vtt) 1/2 = (200600.5-3.14)1/2 = 1.46m (取 1.5m)实际流速：v = V/tt-R2 = 20(H6(R1.52-3.14 = 0.472m/s空压机由计算可得发酵工艺所需的最大空气流量为200 m3

50、/niHio因此选择口本寿力公司生产的TRX系列 离心式空压机。其输出功率为900kW到1800kW ,容量范围为175360 m3/min,排气压力为216Pa.20的空气经空气压缩机的压缩，其出口压强表压为0.2MPa.则压缩后的空气温度为：Tz= Ti (P2/Pi)kuk=(273+20) x(0.2+0.101)/0.10113-1/13=293x3° 二3 = 377.5K= 104.5其中：Pi = 0.101 MPa, K=1.3o冷却器压缩空气由管道经沿程冷却输送到空气冷却器，此时空气的温度已大大低于空气压缩机出口的温 度。空气冷却器的作用是使压缩空气除水减湿。冷却

51、器选用列管式换热器，冷却水走管程，压缩空气走 壳程。要求压缩空气由104c被冷却至25,冷却介质为20的循环水，冷却水的出口温度为28.由条件可得：空气的定性温度：(104+25)/2 = 64SC水的定型温度：(2828)/2 = 24计算过程“习为：查得空气在定性温度下的物性数据：p = 1.0445 kg/m3 ； Cp= 1.007 kJ/(kg- )；k = 2.931W/(m2- )； p, = 2.035x 10 3 Pa s查得水在定性温度下的物性数据：p = 995.7 kg/m3 ； Cp = 4.174kJ/(kg )；k = 0.618W/(m:- r)：隰=0.80x

52、10-3 Pa sI.热负荷计算Q = WhCph(T2-Ti)= 20(H60xl.0445xl.007xl03x(104 - 25)= 2.77xlO5W冷却水耗量Wc=Q/Cp c(t2 - ti)=2.77xl05-4.174-103-(28 - 20)=8.3 kg/s=30t/hII .计算平均温差暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差空气：104 25冷却水：28 20At ： 765Atm = (76 - 5)111(76/5) = 19.524C计算R和P：R = (T2- TiHfc - ti) = (104 - 25X28 - 20) = 9.875P = (t2

53、- ti)-(Tz - ti) = (28 - 20X104 - 20) = 0.095由R、P值,查表可得：丸=0.98,因.8,选用三壳程。stm=0.98x19.52 = 19.13III .选k值，估计传热面积由资料，可取k=100w/(*)S= (Q/k-.U) xl,15= (2.77xl05-100-19.13) xl.15 = 166.52m2IV .初选换热器型号由于两流体温差大于5(rc,可选用浮头式换热器Fb500。由计算结果确定换热器为三壳程，因此选 用3台相同的换热器串联使用。换热器的主要数据如下：外壳直径：500111111 公称压力：4.0 MPa公称面积：65

54、nr管长：6m管子尺寸：025x2.5管子总数：124管程数：2管子排列方法：正方形斜转45。排列So =n7id-(L-0.1) N= 124x3.14x0.025x (6- 0.1) x3 = 172.3 m2采用此换热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为：ko =Qxl.l5- (So -Atm) =2.77xl05xl,15- (172.3x19.13) = 96.64W/(m2-*C)除水设备空气经冷却后即有水分析出，为此，冷却的空气需要除水并安装必要的除水设备。丝网除滤器是一 种立式圆筒型设备，它具有压降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的优点。一般丝网除滤器的设计流 速取设计时取流速为2m/s,则除滤器的直径为D = (4V/ttf) 1/2=(4x20060-3.14-2) 1/2=1.457m (取 1.5m)除滤器的填料为不锈钢丝网，不锈钢丝的直径为0.25mm,多层重叠，丝网层厚度为100mm,丝网 型号：140K00型口同。©总空气过滤器总空气过滤器是圆筒状设备，空气在过滤器内底筛板一下切线方向进入，在器身下方设置人孔。 YUD型空气总过滤器，过滤介质采用涂层式过滤材料组装的滤芯，常采用的滤芯是DMF (聚四氟乙烯 聚合膜)。根据发酵车间的空气用量，可选用YUD-Z-4型号的总过滤器血200x3035mm