【滁菊多糖制备工艺探究及生产线设计13000字（论文）】

因素水平-101A提取时间（h）1.522.5B液料比253035C醇沉浓度（%）7080902结果分析2.1单因素实验2.1.1提取时间对滁菊多糖得率的影响在料液比1:30（g/mL）、醇沉浓度为80%的条件下研究不同提取时间对滁菊多糖提取率的的影响，经过实验测定和计算，得到结果如图2-1所示：提取时间从1h增加到2h时，滁菊多糖的得率随时间的增加逐渐上升；当提取时间为2h时，多糖的提取率达到最大值，为5.56%；当提取时间继续增加时，多糖提取率略有下降而后呈平缓趋势，不再增加，可能是由于提取时间过长，导致部分多糖水解，。所以最佳提取时间为2h。图2-12.1.2醇沉浓度对滁菊多糖得率的影响在提取时间为2h、料液比为1:25（g/mL）的条件下研究不同醇沉浓度对滁菊多糖提取得率的影响,结果如图2-1所示,随着醇沉浓度的增加,多糖的提取得率不断上升,当醇沉浓度达到80%时,多糖的提取得率最高,当醇沉浓度继续增加时,多糖的提取得率基本略有下降,下降原因可能是由于有些多糖的分子与醇蛋白相结合，从而使部分多糖也溶于乙醇溶液，没有沉淀;同时一些醇溶性杂质、亲脂性强的成分溶出量有所增加，共同导致多糖得率的降低。所以醇沉浓度选用80%为佳。2.1.3料液比对滁菊多糖得率的影响在提取时间为2h、醇沉浓度为80%的条件下研究不同料液比对滁菊多糖提取得率的影响，结果如图2-3所示：随着料液比的逐渐增加，多糖的提取得率呈上升趋势，当料液比达到1:30（g/mL）时滁菊多糖的提取率基本达到饱和，根据扩散定律可知，随着提取液的增多，溶剂中多糖总量增加，而随着原料中多糖总量减少，导致浓度差变小，扩散速度会降低，逐渐达到平衡状态。所以确定最佳的料液比为1:30（g/mL）。2.2响应面优化提取工艺2.2.1响应面设计与结果根据响应面法的设计原理，利用三因素三水平试验设计得到17组试验结果，见表。利用DesignExpert8.0.6软件对试验结果进行回归分析，得到滁菊多糖提取率与提取时间（A）、液料比（B）及醇沉浓度（C）的回归方程：Y=6.15+0.14A-0.037B+0.046C+0.13AB+5.000E-003AC+0.29BC-0.78A2-0.19B2-0.59C2，回归方程中各项系数的绝对值代表相应因素对玄参多糖含量的影响程度，各项系数的正负分别代表正影响和负影响。表2-4Box-Behnken实验值及响应值序号水平加权评分ABC1-1104.9820-1-15.5630006.1441015.055-1-105.2960006.21701-14.968-10-14.5090006.15101-105.1111100-14.98120115.67130005.87140-115.1915-1014.55160006.07171105.332.2.4响应面3D图和等高线分析利用响应面软件对表2-4中的结果进行数据分析，得到A、B、C之间交互作用的等高线图和响应面曲图，详见图2-4、图2-5、图2-6。图2-4液料比和提取时间对玄参多糖含量交互影响的响应曲面和等高线图图2-5醇沉浓度和提取时间对玄参多糖含量交互影响的响应曲面和等高线图图2-6液料比和醇沉浓度对玄参多糖含量交互影响的响应曲面和等高线图提取时间、液料比、醇沉浓度三个因素之间两两交互作用的响应面图和等高线分别如上图所示。双曲面坡度平缓表示2个因素交互作用不显著，坡度陡峭表示2个因素交互作用显著；等高线的密集程度和形状可反映出交互效应的强弱大小，等高线越密集，说明二者交互作用越显著；椭圆形表示2个因素交互作用显著，而圆形表示2个因素的交互作用不显著。由图2-4可得，随着液料比与提取时间的不断增加，等高线比较接近于椭圆，双曲面变化也较为陡峭，从而说明液料比和提取时间交互作用显著。由图2-5可得，随着醇沉浓度与提取时间的不断变化，等高线接近于圆，双曲面变化较为陡峭，说明这两个因素的交互作用还是显著的。由图2-6可得，随着液料比与醇沉浓度的变化，双曲面很陡峭，等高线也非常接近于椭圆，说明交互作用非常显著。2.3滁菊多糖最佳工艺的确定根据该模型，通过单因素实验和响应面软件分析得出滁菊多糖最佳提取工艺为：提取时间为2h、醇沉浓度为80%、料液比为1:30（g/mL）。为了满足合理的生产范围，将提取时间为2h、醇沉浓度为80%、料液比为1:30（g/mL）为因素进行三次水平实验，并取平均值。从而得到滁菊多糖提取得率为6.27%，与最高预测值6.18%之间误差极小，表明通过响应面分析法优化滁菊多糖的制备工艺是可行的[18]。3滁菊多糖工厂设计3.1设计说明3.1.1产量确定通过对滁菊多糖的制备工艺研究，确定了滁菊多糖的大致产率，又通过对滁菊年产量的调查，确定了本工厂设计滁菊的多糖年产量为5000kg。对滁菊多糖生产进行工厂设计，进行了全厂总平面设计、车间平面设计、产品方案及工艺论证、设备选型、物料衡算、辅助部门、水电汽走向设计。利用AutoCAD软件绘制板鸭工厂相关图纸。最后对本方案进行了技术经济分析与后期利润报表。3.1.1废料的处理及回收在滁菊多糖的工艺生产过程中会用到氯仿试剂和正丁醇试剂，这两个对水有一定的污染，所以需要采取对氯仿-正丁醇的回收利用。在这个工艺中，基本上没有废气污染。拟建工厂在整个生产工艺中，采用水提醇沉提取法提取滁菊多糖，生产中所用的水、乙醇等都能回收利用；对于所用的乙醇采用精馏对其提取，并再次用于多糖的滁菊提取中，这样就能很好的反复利用资源。因此，本生产工艺无“三废”排放，可实现清洁生产。3.2工厂选择3.2.1厂址选择原则与要求（1）厂址选择应符合国家的方针政策，厂址应设在当地发展规划区域内，并符合工业布局及食品生产要求，节约用地，尤其尽量不占用或少占用耕地。（2）厂址选择应靠有利于交通、供电、供排水、通风等条件，有利于节约投资，降低工程造价，提高经济效益。（3）必须充分考虑环境保护和生态平衡。厂内的生产废弃物，应就近处理，废水经处理后排放，并尽可能对废水、废渣等进行综合利用。（4）所选厂址附近应有良好的卫生环境、没有有害气体，放射性源，粉尘和其它扩散性的污染源。厂址不应选在受污染河流的下游。（5）所选厂址，要有可靠的地质条件，应避免将工厂设在流沙、淤泥、土崩断裂层上。3.2.2选址范围本厂的厂址选择在安徽省滁州市全椒县经济开发区根据选址的要求，本厂的厂址选择在安徽省滁州市全椒县经济技术开发区。开发区位于全椒县城北郊，开发区紧邻城区，交通便利，地理位置优越。且全椒县适合滁菊的种植，其滁菊产量也是全国最多的，所以是滁菊多糖工厂的最佳选址。3.3工厂总平面设计全厂总平面设计为本设计的一项重要任务，总平面设计合理与否，直接影响新建厂能否节约而有效的的顺利进行，影响到新建厂后的生产、管理、成本、能耗等各个方面，同时还影响到全厂的美观和今后的发展3.3.1总平面设计基本原则（1）满足生产工艺条件：建筑物的设置与分布应满足生产工艺的需要，有利于生产过程的连续性，并使生产作业线最短、最方便；车间应按照生产工艺流程及洁净等级的要求进行合理布局。同车间和邻近车间进行的各项操作不得相互妨碍，做到车间内人流、物流分开；原料及成品、半成品分开；原料的接收、验收、保管、预处理、加工过程和成品入库全生产过程，尽量在一条生产流水线上，避免交叉和返回，防止被污染。（2）满足卫生要求：车间必须具有通风设备，吸入的空气必须保持清洁新鲜；为便于刷洗，车间地坪、墙裙及其它内部装修有一定的要求；车间应备有为设备、管道、工具进行消毒的必要设备和器具。（3）交通方便：原料库、成品库应设置在与它直接联系的主要车间邻近，以缩短货物运输线路，并要有方便与厂外的交通运输。（4）厂区建筑物间距合理：从防火、卫生，防震、防尘、噪声，日照、通风等方面来考虑。在符合有关规范的情况下，使建筑物间的距离最小。（5）布置符合规划要求：生产区、生活区和厂前区的布局要合理。生活区应位于生产区的上风向。厂前区(包括传达室、化验室、医务室、车库等)要与生产区分开；动力供应设施应靠近负荷中心；占地而积较大的生产主车间布置在厂区中心，以便其它部门的配套服务。3.3.2总平面布置的主要技术指标根据以上原则及多糖生产的工艺要求，结合实际生产情况，对冷板鸭工厂进行如下设计，总平面布置的主要技术指标见表2-1。表3-1总平面布置的主要技术指标技术指标项目面积（m2）及利用系数（%）全厂总面积1600建筑面积750公用设施350绿化面积200道路、人行道、围墙占地面积400厂区建筑系数45.48厂区土地利用系数89.24绿化系数12.8注：工厂总平面设计图见附图1。3.4车间布置与设计3.4.1车间布置原则（1）满足生产工艺要求，设备布置有一定的空间，便于操作，维修。（2）合理利用车间的面积和空间。（3）了解其他专业布置的要求。（4）为车间发展留余地。（5）考虑车间环境。（6）考虑车间在总平面上的位置，使输送线路最短。（7）人流、货流不交叉。（8）合理布置生活设备，使其有利于为生产服务。3.4.2车间布置的主要技术指标根据以上原则及多糖生产的工艺要求，结合实际生产情况，对多糖加工车间进行如下设计，车间平面布置的主要技术指标见表3-1。表3-2车间平面布置的主要技术指标技术指标项目面积（m2）洁净度划分车间总面积500原料仓库30成品仓库30包装车间20生产加工区200包材存放、消毒间112备用房间开水间5车间办公室、化验室男女更衣室20鞋履池、风淋室5非食品处理区储物室20配电室5卫生间10注：车间平面布置图见附图2。3.5工艺论证与设计3.5.1产量设计表3-3产品的产量设计Table4-1outputdesignofproducts产品名称年产量月产量日产量班次滁菊多糖50t5000kg166kg23.5.2生产工艺流程干燥滁菊粉末水浴浸提过滤蒸发浓缩Sevag试剂除蛋白醇沉沉淀烘干成品装罐贴标喷码金检装箱入库注：带控制点的工艺流程图详见附图33.5.2物料衡算（1）原料及试剂根据滁菊多糖提取的最佳工艺：提取时间为2h、醇沉浓度为80%、料液比为1:30（g/mL）本工厂日产量约为166kg，故生产中所需的原料辅料如下所示：干燥滁菊：以提取率为6%计算，需粉末2700kg,则需干燥滁菊5400kgSevea试剂：根据料液比1：30，可得加水81000kg，按一定浓缩比经过蒸发浓缩为10000kg，Sevea试剂：提取液=2：1，则需试剂为20000kg左右，其中正丁醇6000kg,氯仿16000kg。乙醇：根据醇沉浓度80%，可得乙醇用量为1000kg左右，浓硫酸与苯酚约10kg（2）产品包装材料的衡算滁菊包装采用罐装，本车间的罐装规格为每罐500g，每天产166kg，则需要包装罐约350个，包装罐的利用率约为99%，则每天需消耗包装罐351个；每箱装5罐，瓦楞纸箱的利用率为99%，一天需要71个。3.5.2设备选型依据车间布局以及物料衡算，选择适宜功率、生产能力、价格、规格的仪器设备。表3-2设备选型总表设备名称型号尺寸/mm单价/万元数量总价功率厂家信息提取罐TQ50-60001200*45001.511.50.7kw温州市天诚轻工机械有限公司过滤器CB-Z101300*510*10502.012.00.5kw上海从步工业设备有限公司热风干燥箱HX079000*2830*28001.611.68kw诸城市瑞恒食品机械厂蒸发器40YR800*900*16000.910.95kw江阴市中恒元机械制造有限公司超微粉碎机60型7500*2300*45303.513.56kw江阴市中恒元机械制造有限公司自动封箱机FXJ-501850*835*13000.310.30.24kw佛山伟海智能设备有限公司自动包装机SL-5211400*1216*17962.612.62.5kw佛山伟海智能设备有限公司金属探测仪FH-961700*800*6401.611.62kw上海晶默电子科技有限公司全自动输送带DK-36800*680*4200.610.60.8kw江阴市中恒元机械制造有限公司醇沉罐TQG-5001200*25001.511.50.5KW江西深几机械科技有限公司脱蛋白罐TQ50-60001200*45001.511.50.7kw温州市天诚轻工机械有限公司3.6水电汽估算3.6.1水衡算（1）原料料用水W1通过之前物料衡算，可知：W1=200kg（2）漂洗用水W2通过之前物料衡算，可知：W2=200kg（3）清洗地面用水W4根据实际测定，1t水约可冲地面40m2,板鸭厂每班冲洗一次，整个生产加工区面积约为300m2，则W4=7t（5）锅炉用水量W5锅炉生产能力为100kg/h，主要用来提供蒸汽，所用水量W5=100x8=800kg（6）生活用水W6根据实际估算，一个班生活用水W6大概为50kg(7)消防用水W7此项用水较少，可忽略不计。若发生火警时，可将生产用水或生活用水调节使用。故：每班全厂总用水量约W=8000kgW=W1+W2+W3+W4+W5+W6+W7=8t3.6.1电衡算（1）生产设备用电量计算：将各设备数量×功率×工作时间，相加求和即得用电量。表3-5各设备动力用电表设备名称电机功率（KW）数量合计（KW）提取罐0.710.7过滤器0.510.5热风干燥箱815蒸发器512.6超微粉碎机616.5自动封箱机0.2410.24自动包装机2.512.5金属探测仪212全自动输送带0.810.8醇沉罐0.710.7故求得每班生产设备用电总量为：20.5kw×1×8h=164kw·h（2）车间照明用电量计算对室内照明器布置的要求：查《工业电器自动化》第66、72页得以下数据:名称最低照度（Lx）单位容量W/m2耗电（KW）生产车间400207.680办公室15080.192男女更衣室、卫生间及消毒通道5030.5334储藏室、控制室、变电配电室、车间化验室、机修仪表电修室60100.1760共计8.5814故求得每班车间照明用电量为8.5814kw×8h=68.6512kw·h综上所述，每班车间总耗电量约为：P=69kw·h3.7工厂人员安排按照生产流程以及车间设计严格制定工作岗位人员。主要分为车间操作人员，后勤工作人员、销售人员、机电检修人员以及管理人员等。（1）车间人员：4人负责原料预处理、4人负责提取岗位、2人负责过滤岗位、4人负责蒸发浓缩岗位、2人负责醇沉岗位、4人负责脱蛋白岗位、2人负责干燥岗位、2人负责内包装、2人负责外包装，4人车间负责调配，共计30人。（2）销售人员：1人负责宣传工作、2人负责运输工作、2人负责销售，共计5人。（3）管理人员：加工生产管理人员3人，工厂管理人员3人，共计6人。（4）后勤服务人员：负责卫生以及清洗工作4人、食堂工作6人，共计10人。（5）机电检修人员：负责全厂各类机器检测与维修共计2人。3.8卫生、环境保护及综合利用3.8.1工厂环境卫生（1）厂区周围不得有能污染食品的不良环境。（2）工厂生产区和生活区要分开。生产区建筑布局要合理。（3）厂区要有合理的绿化面积，道路要平坦、无积水，主要通道应用水泥、沥青或石块铺砌，防止尘土飞扬。（4）工厂污水应处理后才能排放，排放水质应符合国家环保要求。（5）厂区厕所应有冲水、洗手设备和防蝇、防虫设施。其墙裙应砌白色瓷砖、地面要易于清洗消毒，并保持清洁。3.8.2车间设备、环境卫生（1）车间光线充足，通风良好，地面平整、清洁、无积水、无污垢，墙面、门窗应经常清洗。（2）车间入口处设有感应式吸收清洗设备及消毒措施。（3）车间设有防蚊蝇、防虫和防鼠设施，车间门窗严禁随便乱开，以防鼠、蚊蝇、飞鸟及昆虫等侵入。（4）生产产生的废弃物每天都需要及时清除，并清洗干净。（5）公共场所，如更衣室、厕所，需要每天由专人清扫、消毒。（6）在生产前后，操作人员应对所使用的设备和物料管道及时进行清洗，对于清洗不到的设备、部件及设备外部也要及时清洗、消毒，保证设备及工艺管道的卫生。6.3个人卫生（1）车间生产人员每年至少进行一次健康体检，新进厂地人员必须进行健康检查，取得健康证后方可参加工作。（2）生产人员必须经过车间入口处地消毒池，经洗手消毒以后方可进入车间，上岗以前必须穿戴整洁、统一的工作服、帽，工作服应盖住外衣，头发不得露出帽子外。（3）生产人员应保持良好地卫生习惯，做到“四勤”，即:勤洗澡、勤洗工作服、勤剪指甲、勤理发。（4）进入车间生产人员不准戴耳环、戒指、手镯、项链，不准浓艳化妆、涂染指甲、喷洒香水、不准吃零食、吸烟、随地吐痰或其它有碍食品卫生地活动。（5）生产人员穿着工作服、工作帽和工作鞋时,不准进厕所或离开生产加工车间。（6）生产人员遇到下列情况必须洗手：开始工作前、上厕所后、处理被污染地原料以后、从事与生产活动无关的其它活动以后，操作期间也应该常洗手。3.8.3水源与废水处理本工厂直接使用城市自来水作为水源，设有蓄水塔。将按照公司的实际情况设计给排水网络，并对各用水管道进行编号，绘制相应的管路图，以便日后对生产用水的安全、卫生进行检测监控。废水处理达标后才能排放。3.9综合经济指标分析3.9.1建筑工程概算工厂建筑的面积为办公大楼、仓库、生产车间、锅炉房、配电房、水泵房、生活区（饭堂、宿舍、休闲区等）、水处理区、绿化区等。总费用为310万元，具体项目费用见表3-6。表3-6主要厂房建设投资概算序号名称面积（m2）金额（万元）备注1办公室8040自建2研发室8050自建3生产车间50080自建4职工宿舍20080自建5成品库5010自建6原料库5010自建7食堂5015自建8停车场505自建9围墙、道路5010自建10绿化302自建11其他（浴室、保卫室、卫生间等）3010自建12工程筹备费513不可预见投资5合计3103.9.2设备购置概算用于购置各种设备、工具和器具的费用为20万元。3.9.2其他费用如土地预购及征购费、管理人员及工人培训费、厂址检查费[21]等。土地预购及征购费为：200万元。管理人员及工人培训费、厂址检测费设为厂房投资的3%，即为：6.9万元。设运输及相邻部门投资：10万元。共计：I4=116.9万元。故厂区车间总投资I总约为546.9万元。详见附表1。3.10经济核算3.10.1原辅料成本（M1）干燥滁菊年需求量约为1600t,单价为每公斤20元，则全年共计3200万元各种试剂经计算全年约需2000万3.10.2包装费用(M2)每500g装成为一罐，再用纸盒包装，每5罐装为一纸箱。每个包装罐元2元/个，瓦楞纸箱1元/个。每天需要包装罐340罐，纸箱80个，即每天总费用为720元，全年共计约20万元。3.10.3水电耗费(M3)（1）每天总用水量为8t，水的价格是2.5元/t，即20元/d，全年约0.6万元。（2）全年总用电量为20700kwh，工业用电平均时段每千瓦时为0.725元，即全年电量费用约为1.5万元。详见附表23.10.4职工工资费用(M4)（1）车间人员共计30人，每人平均工资为3万/年。（2）销售人员共计5人，每人平均工资3万/年。（3）管理人员共计6人，每人平均工资5万/年。（4）后勤服务人员共计10人，每人平均工资2万/年。（5）机电检修人员共计2人，每人平均工资2万/年。全年工资总费用为159万元。3.10.5设备和土建折旧费用(M5)普遍折旧年限都是10年，设备折旧残值率[22]为10%，土地建设等投资的折旧残值率忽略不计，则设备年折旧费为17×0.95÷10=1.62万元。土建等年折旧为80÷10=8万元。则年总折旧费用为9.62万元。详见附表3综上，年生产总成本为M总=M1+M2+M3+M4+M5≈5390万元。详见附表43.10.6产品利润计算多糖价格为600元/罐，每天生产340罐，则每天销售总额为20.4万元，年销售额6120万元。销售费用为销售额的2%，则年毛利润＝年销售总收入-年生产总成本-年销售费用＝6120－5390－122.4=607.6万元年净利润＝年毛利润-（企业所得税×年毛利润）＝607.6－（607.6×20%）＝486.08万元3.10.7经济指标计算①投资回收期[23]=总投资÷年净利润+1=546.9÷486.08×100%+1=2.12年。详见附表5②净现值计算：利用Excel的NPV函数，当折现率为10%时，NPV的值为：万元③内部收益率计算利用Excel的IRR函数，当折现率为10%时，IRR的值为：%年收入－年总成本固定投资+流动投资年利润率年收入－年总成本固定投资+流动投资年利润率总投资投资利润率=×100%=×100%=81%固定成本单位产品价格固定成本单位产品价格－单位产品变动成本盈亏平衡点==工人工资+折旧费+修理费单位产品价格－（生产材料价格+水电价格）÷1000=46.2t总结本文以干燥滁菊为原料，通过单因素实验和响应面实验，研究以水提醇沉法提取滁菊多糖，得出滁菊多糖提取的最佳工艺为提取时间2h，醇沉浓度80%，液料比30：1，此条件下的滁菊多糖提取得率为6.89%。以实验结果为基础进行年产50t的工厂设计，在符合生产条件下，进行工厂总平面设计、车间平面设计、物料衡算等。利用AutoCAD软件绘制滁菊多糖工厂相关图纸，最后对本方案进行了技术经济分析与后期利润报表，得出本项目投资回收期为2.12年，投资回收期短，经济评价结果显示，本项目投资利润率为81%，每年可实现净利润486.08万元，经济效益良好。由此可以看出本设计设计上规范、经济上合理、工艺上成熟、生产上可行，具有较强的实际应用性，能够板鸭新工厂的建设起到较好的指导作用。参考文献[1]贾雨朦,陈芹芹,毕金峰,等.滁菊的功能成分及其体外抗氧化活性[J].食品科学,2019,40(23):66-72.[2]郝亚成,陈云,李文治,等.菊花多糖的抗氧化及抗肿瘤活性研究[J].粮食与油脂,2017,30(5):75-80.[3]MATKOWSKIA,JAMIOLKOWSKA-KOZLOWSKAW,NAWROTI.Chinesemedicinalherbsassourceofantioxidantcompounds:wheretraditionmeetsthefuture[J].CurrentMedicinalChemistry,2013,20(8):984-1004.[4]章苇虹,于士军,张春艳,等.滁菊水果酵素制作工艺研究[J].现代农业科技,2018(3):256-258.[5]戴缘缘,吴学凤,孟飞,等.复合酶辅助提取滁菊多糖工艺条件优化[J].玉溪师范学院学报,2017,33(12):25-29.[6]葛永斌,燕傲蕾,徐娟,等.不同产地的4种药用菊花成分差异与其影响因素[J].黄山学院学报,2015,17(3):65-67.[7]ZHENGCP,DONGQ,DUZY,etal.StructuralelucidationofapolysaccharidefromChrysanthemummorifoliumflowerswithanti-angiogenicactivity[J].IntJBiolMacromol,2015,79:674-680.[8]于士军,王睿,祁婉玲,等.响应面法优化超声波提取滁菊水溶性多糖工艺及其红外光谱分析[J].安徽农业大学学报,2019,46(04):595-602.[9]戴缘缘,吴学凤,孟飞,等.复合酶辅助提取滁菊多糖工艺条件优化[J].玉溪师范学院学报,2017,33(12):25-29.[10]刘汉珍,宋飞,俞浩.酶法提取滁菊多糖的工艺优化[J].中药材,2010,33(10):1632-1636.[11]熊磊,年四辉,朱玉.纤维素酶解滁菊提取多糖工艺及滁菊多糖抗氧化性研究[J].皖南医学院学报,2014,33(1):23-26.[12]WANGZY,WANGCY,QUANY.ExtractionofpolysaccharidesfromPhellinusnigricansmyceliaandtheirantioxidantactivitiesinvitro[J].CarbohydrPol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