发酵工程第11讲课件

第十三章发酵工厂工艺设计

第一节发酵工厂厂址的选择一、发酵生产的特点1、工程技术要求高发酵是一门多学科的交叉科学，它涉及到微生物学、生物化学、化学工程、机械、电子、仪表自动化、电气、环保等专业知识，整个生产过程围绕着活体微生物的扩大培养、代谢产物产生积累。发酵生产如控制不当，会引起杂菌或噬菌体污染，危害极大。这与化工、电子、机械行业有很大的不同。

2、发酵工厂动力消耗大发酵工厂对动力供应要求高，一个发酵工厂的水、电、汽、气等公共工程的投资约占全厂总投资的三分之一。在供电方面，发酵工厂要求不间断供电，属二类负荷用电单位，宜采用两路电缆进线，保证发酵生产正常进行。发酵工厂的配料、水循环保温、制冷、设备及管路的清洗等都需大量的水，水的消耗量也很大。3、发酵工厂原料投入多在发酵工厂的原料中，特别是粮食、燃料及一些化工原料用量大。如柠檬酸生产每吨产品要消耗原料和燃料达9.5吨，而抗生素产品这个比例更大。因此，在选址时必须考虑运输的方便。

4、工厂周边环境要求严发酵工厂离不开微生物，其产品中不少是医药产品或食品，所以对工厂周围的环境有严格的要求。要选地势干燥、空气优良、通风良好，至少300m之内无禽畜舍，无垃圾场，无粉尘及有毒、有害气体污染源，水源状况良好，无污染。且符合药品或食品生产要求。5、环保工作量大包括对发酵废液、菌丝、废醪、废水等的处理等。如生产一吨味精，需处理高浓度废水25吨左右，其废水的COD值达到8万～10万mg/L,且处理难度相当高。二、厂址的选择1、自然条件1.1环境卫生条件按照我国标准（GB3095—82），空气中含尘量低于0.15mg/m3的区域为一级区域，属于高度洁净区。含尘量低于0.30mg/m3的区域为二级区域，属于一般标准，含尘量低于0.50mg/m3的区域为污染区域。发酵工厂应建在一级或二级区域内。尽量远离散发大量有害气体的化工厂或产生大量灰尘的炼钢厂、热电厂、水泥厂等。同时也应与铁路及公路主干线保持适当距离。此外厂应建在居民区的下风侧，并适当远离居民区。1.2地理条件对于厂区坡度的要求，大型厂应不大于4%，中型厂不大于6%，小型厂不大于10%。厂区内主要地段的坡度以不大于2%为宜。考虑到排除积水，坡度一般不能小于0.5%。此外，厂区地理位置还要考虑到洪水、塌方、滑坡和泥石流等问题。1.3地质条件应当避免熔洞、沼泽、断裂带和流沙。如地下有流沙，流沙层应距地面大于100m深为好。地耐力对于一般厂房的要求在10t/m2以上，工业建筑要求15t/m2以上。高层建筑或大型设备房等建筑应按相关的规定执行。如在寒冷地区建厂还要注意冻土层情况。1.4抗震条件我国规定在地震6度烈度或以下不设防、7度的地区需要适当加固结构措施，将增加造价15%左右，对8度地区，要求采取更严格的措施，包括采用框架结构，将梁加大等，需增加造价30%左右。所以，应尽可能不在7度或7度以上地区建厂。1.5气象条件气象条件包括风向、风量、雨量和气温等，要求积累十年以上的历史资料。对雨量和气温还应有最高、最低和平均的历史资料。2、动力供应条件发酵工厂是耗能大户，属二类负荷用电户，所以能否充分保证电力供应对厂址的选择十分重要。此外，建厂地区水源是否丰富，能否保证用水需要，排水畅通、还特别要注意枯水季节保证用水的情况。3、原料、辅料等供应条件发酵工厂要考虑原料、燃料、辅料的配套供应，很多发酵厂都是淀粉为主要原料，因而，把厂建在玉米产区附件，就方便得多，可减少运输成本。也可考虑与淀粉厂就近建发酵厂，或在发酵厂内建一淀粉分厂，则更有利。此外，还要考虑到各种辅料的供应问题。4、交通运输条件在建厂选址时，要考虑物料的运输方式，是陆路还是水路，陆路涉及到铁路、公路运输，对于大型发酵厂，如其年运输量在10万吨以上时，可考虑申请铁路专线，亦可与邻厂合用铁路专线。公路运输可组建车队或承包给专业的汽车运输公司，目前，后者更被认同。除铁路、公路运输外，有条件的地区应优先考虑水运，水运可降低成本。5、其他条件在选址建厂时还要考虑周围的协作条件。如大型设备零部件的加工和检修，可能需要有关机械厂的协作。开发新产品与科研院所的协作，开发新药在进行药理和临床试验方面与医院的合作等。此外，厂址的选择还注意到厂区生活设施的配套条件，一般工厂不宜建在远离城镇的地方，否则影响职工的正常生活，也影响人才的引进，给工厂的生产带来不利。第二节发酵工厂总图布置发酵工厂的总平面设计包括5项内容：平面布置设计、竖向布置设计、运输设计、管线综合设计、绿化设计。一、平面布置设计根据工厂建筑群的组成内容及使用功能要求,结合厂址条件及有关技术要求,协调研究建筑物及各项设施之间的相互空间和平面关系，正确处理建筑物、交通运输、管路管线、绿化区域等布置问题，充分利用地形，节约场地，使所建工厂形成布局合理、协调一致、功能分区明确、运输管理方便，生产协调有序，人流、物流分流明确。并与四周建筑群相互协调的有机群体。一般来说，发酵工厂厂区包括下列项目。

1、生产车间包括从种子制备和发酵配料开始到成品分装、出厂全过程的生产车间，整个生产车间集中在一个厂房内较为合理。其中应特别注意洁净生产区与一般生产区的区别与划分。如果是药品的生产厂房，则应按洁净区的要求，尽量形成独立单元，远离烟、尘、污染区域。2、动力保障车间2.1锅炉房锅炉房应设置在全年主导风向的下风口，防止煤粉与烟尘污染厂区。锅炉房附件的堆煤场和灰渣场宜建在厂区边缘。这样在运输车辆无需穿过厂区而可从边门进出。锅炉房附近不得建有易燃、易爆的化学品仓库。2.2空压机站设在较洁净区域，要与锅炉房等污染区保持一定的间距，以利空气的净化处理。同时空压站应靠近发酵车间，以减少压缩空气的压力降。2.3冷冻站应尽可能靠近耗冷量大的车间，以减少冷量的损失。2.4配电房可布置在空压机站、冷冻站、生产车间附件，以减少线路的损耗。3、生产辅助车间包括机修车间、仪表车间等。机修车间一般在工厂的边缘。由于车间切割、电焊等操作，应远离防爆岗位。4、生产辅助机构包括科研机构、检验部门、药理室、动物房、三废处理场所等。科研机构、检验部门、药理室往往都有精密仪器，环境要求洁净、防震、防噪，宜与厂区的主干道保持一定距离。动物房要求安静，宜在偏僻处，并有专用的排污和空调设施。三废处理场所常散发气味，应布置在厂区边缘或与厂区保持适当间距，并位于全年主风向的下风侧。与生活区也应保持适当的间距。5、仓库仓库包括原料库、成品库、五金库、设备仪表库、化工原料库、建材库、劳保库等，要特别安排好有毒、易燃易爆物品的库的位置和安全设施，6、全厂服务设施包括行政办公楼和生活服务的设施如食堂、宿舍、幼儿园、学校、医务室、浴室、职工活动中心、车棚、车库等。行政办公楼应安排在厂前区，生活区应布置在厂区的上风侧，食堂等生活设施要方便职工，又不能影响环境卫生。7、绿化设施发酵工厂应尽可能绿化而不露土。绿化面积应达到总面积的30%以上。厂区周围与道路两侧应种树铺草。要防止树木花粉的污染。8、运输设施和各类地上、地下管网包括上下水道、电缆或架空电气线路、热力管道、冷冻管道、空气管道、煤气管道、通讯电缆等室外管线。二、总图设计的厂区竖向布置设计厂区竖向布置设计是确定厂内各建筑物、道路、堆场、各种管线的标高关系。竖向布置的目的是为了充分利用自然地形，使工厂建设时土方量减少，满足使用功能和建筑、道路等的布置要求，使场地内外能够相互衔接。并使厂区内的雨水能顺利排除。在进行竖向布置设计时要考虑到厂区内外标高的衔接。厂区竖向布置分平坡式、台阶式及混合式。在平原地区，一般自然形成的坡度小于3%时，采用平坡式布置较合理。而在山区坡地，一般采用台阶式布置，人工地合理确定各部分的标高，力求减少土方量。厂区竖向布置设计时，要同时考虑室外管线的布置，发酵工厂的动力管线一般都用集中管架敷设，以减少占地和便于施工维修。对于有些埋地管线，一般情况下，由厂房外缘建筑开始向道路中心由浅入深，依次布置。它们的顺序一般是：通讯电缆、电力电缆、供水管道、污水管道、雨水管道。如在管线布置交叉时，一般的原则是小管让大管，软管让硬管，临时管让永久管线。三、厂区运输系统设计目前，国内多数工厂采用汽车为主要的运输工具，厂内运输的任务是通过各种运输机械工具，完成厂内仓库与车间、堆场与车间、车间与车间之间的货物分流，也就是通过运输组织以保证生产中原材料、燃料等陆续供应，生产的产品和副产品源源不断地运出。厂区道路设计应短捷通畅，并保证物流、人流的运输方便、安全。应考虑消防要求，一般采用循环布置，即道路为环绕厂房建、构筑物的闭合系统。厂区道路应采用起尘少而坚固的材料制作。常用水泥混凝土路面或沥青混凝土路面。厂区主干线一般宽7～9m，次干道6～7m，单驶道4m左右。为了保持厂区环境整洁，厂区的大门宜设置两个或以上。煤、滤渣等物料从边们出入，而正门一般是通行生活用车。三、车间布置设计车间布置设计是对厂房内的布局及设备的排列作出合理的安排。车间布置设计的最终结果是车间布置图。发酵生产车间，一般有下列部分组成：生产、辅助、生活三部分。生产部分包括：发酵工段、提炼工段；辅助部分包括:通风空调室、变电配电室、车间化验室、控制室；生活部分包括：车间办公室、会议室、车间资料室、更衣室、休息室、浴室及厕所等。发酵生产车间厂房大部分采用多层厂房，而一些动力车间的厂房如空压机站、冷冻站、锅炉房则可以采用单层厂房。生产车间厂房通常为长方形，其优点是便于总图布置、节省占地面积，且厂房内的采光及通风条件也较好。也有个别工厂因地制宜，选用“L”形、“T”形的厂房。在长方形的生产车间里，发酵工段与提炼工段一般位于车间的两端，分别有独立的楼梯上下，也可由车间中间的公共楼梯上下。有的工厂发酵工段与提炼工段，分布在相邻的两栋楼里，各自相对独立。在车间布置设计时，要注意以下问题1、注意本车间与其他车间的协调统一。2、对人流与物流作出合理的安排，避免原料、中间体、成品的往返、交叉运输。3、设备是生产车间重要的硬件设施，设备的布置应按工艺流程顺序，做到上下纵横呼应，设备排列要整齐，设备之间应保持必要的间距。这间距除了考虑到合理的操作与检修外，还要考虑到物料的输送通道及设备周围临时放置原料及半成品的可能性。4、车间布置要考虑到检修的要求，厂房应有足够高度，以便吊装设备。对于多层车间，应设置必要的吊装孔或吊装门。5、车间布置时，要充分考虑劳动保护、安全防火和防腐等特殊要求。要符合各项设计规范。6、车间布置要考虑到车间今后的发展，在车间内外适当留有余地。7、车间布置要考虑到其他非工艺专业的设计要求，做到相互协作，有机统一。生产车间主要由以下岗位构成，各岗位的布置设计如下：1、配料一般在发酵工段一楼靠近路边，便于原料的运输。面积根据生产规模确定，配料室有安装搅拌系统的配料罐（池），有小型物料临时存放库。水源、电路、蒸汽均需接入配料室，且排水通畅。2、菌种制备室菌种制备室是发酵生产的一个关键岗位。包括无菌操作间、摇瓶间、菌种培养室、消毒灭菌间及操作准备间，是车间最重要的洁净生产区。种子制备室应包括无菌操作间、摇瓶间、菌种培养间、菌种储存间、消毒灭菌间及操作准备间等。种子制备室面积一般不宜过大，层高约2.5m左右为宜。为了减少外界空气的侵入，要有1—3个套间(缓冲过道)，室内的墙壁、天花板要涂白漆或采用磨光石子，要求无裂缝，墙角最好做成圆弧形。无菌操作间室内要求1万级洁净度的要求。无菌操作间室内的超净工作台要达到100级洁净度要求以满足无菌操作要求。选人流量小，环境整洁，适当远离发酵罐区，减少噪音和震动。3、化验水电方便，空间充足，有坚固、稳定的操作台，利于安装、放置检验设备和仪器。化验室可安排在车间中间位置，方便各岗位送检及查看结果。适当远离发酵罐区，减少噪音和震动。4、设备维修发酵生产所用到的设备、管道、阀门非常多，这些设施在高温、高压的环境中易出现垫圈损坏等诸多问题，需及时维修排除故障。设备维修室需配备齐全的工具及生产上常用的设备配件。一般安排在一楼发酵工段旁。5、发酵划分一级种子罐区、二级种子罐区、发酵罐区，罐子的大小数量由生产规模的大小来确定。为了操作方便，种子罐、发酵罐及附属的补料罐、消泡剂罐等罐口都布置在同一层楼面上，一般与发酵罐在同一操作楼面上。大部分工厂都设有仪表控制室集中控制操作，仪表控制室一般也在发酵罐的操作楼面上。种子罐和补料罐等体积较小设备常采用耳式支座，搁在楼面的梁上。发酵罐操作楼面的层高应根据通风的要求和搅拌轴、电机、减速器的装卸、检修的要求而定。一般50m3的发酵罐，其操作的层高为6m左右。在发酵车间厂房的顶部中间，宜设置气窗，便于自然通风降温。6、提炼提炼可按发酵液的预处理、过滤、滤液