【年产5000吨发酵豆粕饲料工厂设计7900字（论文）】

年产5000吨发酵豆粕饲料工厂设计目录TOC\o"1-2"\h\u27349年产5000吨发酵豆粕饲料工厂设计 11413摘要 167781.引言 2241921.1发酵豆粕的简介 2132961.2发酵豆粕的发展前景 242351.3项目的背景及意义 3244882.厂址的选择 342132.1厂址选择的依据 3319532.2厂址选择的条件 3286453.豆粕饲料厂总平面设计 443183.1总平面设计原理 459563.2总平面设计 4803.3总平面设计 4265914.生产工艺设计 4170984.1菌种及发酵模式的选择 5205304.2工艺流程 552964.3基本步骤 6275195.豆粕饲料指标评定 6314655.1感官指标评定 7202495.2理化指标评定 7208535.4微生物指标评定 731499微生物指标评定符合表3的规定。 79209表3微生物指标评定 7207466.废水无水处理 8182937.物料衡算及设备选型 8194037.1物料衡算 899067.2设备选型 9169508.劳动组织定员 1232562Table11Staff

schedule 1274409.水、电计算 13314099.1耗水量计算 13233119.2耗电量计算 141264710.企业经济分析 142418210.1成本估算 141733310.2盈利估算 15631410.3投资回收年限 1628129结论 16摘要我国是世界大豆主产国之一，也是豆粕生产大国，有十分丰富的豆粕资源，但是豆粕内存在胰蛋白酶抑制素等多种抑制剂及抗营养因子，适口性低，对动物生产性能产生不利影响。经益生菌发酵的豆粕几乎能完全消除大豆蛋白中的各类抗营养因子，有效地将粗蛋白降解为无抗原的小分子蛋白和小肽的优质蛋白质。目前，豆粕的高温发酵工艺并不多见，因此本设计采用高温菌酶协同发酵工艺发酵豆粕，采用高温发酵工艺可以缩短发酵时间，提高发酵豆粕的效率，发酵豆粕饲料作为优质蛋白饲料可解决我国蛋白饲料资源短缺的问题。本设计为年产5000吨发酵豆粕饲料工厂设计，按本设计的产量进行厂址选择、工艺流程、设备选型、废水处理，物料衡算等方面进行设计和计算，并利用CAD制图工具绘出生产工艺流程图和厂区总平面布置图，为发酵豆粕饲料的工业化应用提供参考。关键词:工厂设计；发酵豆粕；高温发酵1.引言1.1发酵豆粕的简介豆粕作为大豆提取大豆油后的副产物，其粗蛋白含量达43%～48%，氨基酸组成相对均衡，相比较于其他植物蛋白赖氨酸水平高，是植物蛋白中最接近氨基酸比例理想模式的蛋白质[1]。豆粕成本低且蛋白质含量高的优势，已被作为畜禽饲料的重要原料，大量的豆粕被用于家禽和猪的饲养[2]。然而，豆粕中含有水苏糖、棉籽糖、脲酶和胰蛋白酶等不消化的低聚糖和抑制因子，如饲喂动物前不进行处理，在饲喂动物过程中动物容易产生消化不良或过敏反应[3]。发酵豆粕饲料可以分解转化饲料原料中的粗纤维、粗蛋白等大分子，降低饲料原料中的各种有害成份，增加饲料的酸性物质和蛋白物质。经微生物发酵的豆粕饲料含有大量的微生物活菌和消化类酶，更加合理的营养组成，不仅能使动物的肠道的微生态平衡得到调节，减轻肠道负担，提高饲料的消化吸收率，提高动物的免疫力[3]，控制动物疾病，减少抗生素的使用[5]。还可以改善豆粕饲料的风味和品质，提高饲料的适口性[4]，更利于动物进食。1.2发酵豆粕的发展前景我国人口不断增长，人们生活水平日益提高，人们对高蛋白食物的需求量增加，畜禽和水产养殖业也随之扩大,用于养殖业的蛋白饲料需求变大，但是国内蛋白饲料紧缺，目前市面上的优质蛋白饲价格居高不下。发酵豆粕采用微生物发酵技术，微生物发酵能消除豆粕中的抗营养因子，增加豆粕的有益成分和小肽，发酵后的豆粕是优质蛋白源[6]。发酵豆粕作为饲用价值高的优质蛋白源不仅可以代替价格高昂的鱼粉[7]，在饲养业中发酵豆粕还可作为添加剂添加到多酶蛋白饲料和高档蛋白饲料中[8]。从发酵豆粕的各个优势及发展趋势来看，发酵豆粕养殖业具有巨大的应用潜力[9]。发酵豆粕饲料的推广应用，可推动我国饲料工业的技术进步,减少鱼粉的进口，同时减少对环境的污染，我国将获得较大的经济效益。1.3项目的背景及意义我国是世界大豆主产国之一，也是豆粕生产大国，但我国对大豆肽的制备及研究主要还是停留在利用纯酶制剂对豆粕进行直接酶解水平上，而微生物发酵法发酵豆粕制备豆粕饲料的研究才刚刚起步，豆粕的利用率比较低。中国优质蛋白饲料消耗量大,优质蛋白饲料资源严重短缺[10]。本设计为年5000吨发酵豆粕饲料工厂设计，经微生物发酵可将豆粕中的大豆蛋白降解为小分子大豆肽，也可将苦味肽进行脱苦，使制取的大豆肽更适口，同时缩短了制备豆粕饲料的生产周期，提升豆粕饲料的口感及品质。既可以解决优质蛋白饲料资源短缺问题提高豆粕的利用率，又可增大豆粕饲料的生产效率。2.厂址的选择2.1厂址选择的依据厂址选择地地形平坦，坡度小；靠近原料产地和包装材料供应地；交通便利，利于产品和原料运输；无洪水、泥石流等自然灾害的影响；符合所在地区、城市、乡镇总体规划。2.2厂址选择的条件本课题设计的工厂厂址选择吉林省长春市农安县。东北三省是我国大豆的主产区及豆粕主要生产基地，吉林省为东北三省之一，农安县靠近原料产地。农安县具有较大的发展基础和潜力，区位优势明显，产业体系完善，发展基础良好。2019年农安县农安镇前唐家村1300亩大豆平均亩产为253.9公斤。丰富的大豆资源为本课题设计的发酵工厂提供了先决条件。选择吉林省长春市农安县作为厂址，不仅靠近原料产地，原料丰富，还有以下优点：2.2.1交通运输农安县交通便利，处于长春一小时经济圈内，公铁运输网络发达，长白铁路纵贯南北，物流便捷。2.2.2气候环境农安县地势平坦，四季分明，属中温带大陆性气候,光照充足，气候适宜，适合生产。2.2.3政治经济2016年，农安县实现地区生产总值430.7亿元，同比增长8.5%。被确定为国家三产融合试点县，其中种植业为其第一产业。2017年，农安县粮食产量301万吨，同比上涨4.5%，全年粮食播种面积35.16万公顷，全年油料总产量4.2万吨。农安县的种植业作为其三产中的第一产业受到国家和县政府的大力扶持并迅速发展，种植业的迅速发展，为发酵豆粕饲料工厂提供了大量的原料。3.豆粕饲料厂总平面设计3.1总平面设计原理（1）符合方针政策，行业布局。地方规划等。（2）厂区的布局必须符合发酵豆粕饲料的工艺流程设计准则。（3）厂区内各个部门车间应便于联系。（4）厂区内有一定绿化。（5）厂区内建筑物合理分布，避免土地浪费。3.2总平面设计工厂内设有办公室、员工宿舍、食堂、预处理车间、菌种室、化验室、发酵车间、包装车间、成品车间、原辅料仓库、配电房、消毒室、水处理车间、卫生间等。厂区交通方便，有足够的绿化。建筑物朝向都有利于通风采光。3.3总平面设计（附图）4.生产工艺设计4.1菌种及发酵模式的选择微生物发酵分为好氧和厌氧两种发酵方式，而生产工艺中除了好氧和厌氧发酵还有好氧和厌氧结合的发酵方式。发酵剂多种类型，其中包括单一菌种、复合菌种和菌酶结合[11]。常用的发酵豆粕菌种中，芽孢杆菌有较强的产酶能力，不仅能生产大量的小肽和氨基酸，还能提高抗氧化能力[12]。凝结芽孢杆菌属于芽孢杆菌类中的一种菌，能将原料中的纤维素和大分子蛋白等抗营养因子及有毒物质降解，利于动物消化吸收和肠道健康[13,14,15]。霉菌和枯草芽孢杆菌能使大分子蛋白质水解成伴有苦味疏水性小肽，发酵过头会都会产生氨臭味，适口性差不利于动物进食。乳酸菌自身就是优良的菌体蛋白，产生有机酸，保有一定的酸香味，易于吸收，还能提供丰富的营养素，产生的芳香味能改善饲料的适口性，有利于动物的生长和进食[16]。凝结芽孢杆菌是一种比较安全的杆菌类乳酸菌。本设计选用的菌种为凝结芽孢杆菌，并采用外加α-半乳糖苷酶的高温菌酶协同发酵工艺[17]。凝结芽孢杆菌是一种比较安全的杆菌类乳酸菌，能产芽孢，利于工业生产和保存，用凝结芽孢杆菌发酵豆粕可产生乳酸，促进大量益生菌的生长和积累，同时促使动物肠道pH降低，使有害菌的生长繁殖受到抑制，恢复动物肠道微生物平衡。大部分菌种在高温条件下无法正常生长繁殖，高温发酵能使杂菌污染风险降低。凝结芽孢杆菌最适温度达到50℃，采用高温发酵能减少其发酵时间。4.2工艺流程加酶、接菌加酶、接菌翻料、混合料水混合固态发酵豆粕预处理翻料、混合料水混合固态发酵豆粕预处理打包粉碎烘干再发酵打包粉碎烘干再发酵成品检验成品检验图1发酵豆粕饲料工艺流程图Figure1.Process

flow

chart

of

fermented

soybean

meal

feed4.3基本步骤4.3.1豆粕预处豆粕过80目筛，在蒸煮锅中以121℃高温灭菌30min。豆粕中存在多种抗营养因子，大部分抗营养因子耐热性差，经过高温灭菌可以除去大部分抗营养因子，高温灭菌同时可以去除豆粕原料中的杂菌，避免后续发酵发生污染造成不必要的损失。将经过121℃高温灭菌30min的豆粕和水按1:1.2的料水比混合均匀。菌体生长及产蛋白含受水分含量的影响，料水比过大容易造成菌体缺氧，不利于菌体生长，产物中的酸性蛋白也会降低，料水比为1:1.2时，菌体能正常生长繁殖，且酸溶性蛋白含量高[18]。4.3.2加酶接菌棉子糖和水苏糖是有害的肠道“胀气因子”，单胃动物不能吸收[19]。α-半乳糖苷酶能有效降解豆粕中棉子糖、水苏糖的含量。外加低于0.25%α-半乳糖苷酶，能将豆粕发酵过程中难以降解的棉子糖和水苏糖降解掉。凝结芽孢杆菌的接种量在一定范围内会影响发酵产物中酸溶性蛋白含量，接种量接近0时酸溶性蛋白含量极低。随着接种量的持续增加，菌体间营养的互相竞争也随之增大、菌体生长受影响，分解产生的酸溶性蛋白和酶也随之减少。5%的凝结芽孢杆菌接种量发酵豆粕效果较优。4.3.3发酵粉碎后的豆粕按料水比为1:1.2比例加入水混合，混合后的豆粕加入低于0.25%的α-半乳糖苷酶在pH为6.5的条件下酶解24h，后接入5%的凝结芽孢杆菌，在发酵罐中温度保持50℃发酵，发酵一段时间后翻料混合继续发酵，一共发酵36h。4.3.4打包发酵完成的豆粕饲料经烘干粉碎检验合格后可包装运送至成品库等待出售。5.豆粕饲料指标评定5.1感官指标评定感官指标评定符合表1的规定。表1感官指标评定Table1Sensory

index

evaluation项目指标色泽棕黄色，均匀形态结块，无发霉变质香味有发酵后的酸香味，无异味5.2理化指标评定理化指标评定符合表2的规定。表2理化指标评定Table2Physical

and

chemical

index

assessment项目指标粗蛋白质≥50.0%粗灰分5.5%～7.0%有机酸≥3.0%水分≤11.9%水苏糖接近0棉子糖接近05.4微生物指标评定微生物指标评定符合表3的规定。表3微生物指标评定项目指标黄曲霉毒素B1≤30.0μg/kg大肠杆菌≤3000个/100g沙门氏菌不得检出Table3Evaluation

of

microbial

indicators废水无水处理豆粕发酵过程中产生的废水偏酸性，不可直接排放，否则会对环境造成污染。对发酵豆粕废水进行综合处理达到排放标准后排放。7.物料衡算及设备选型7.1物料衡算7.1.1物料衡算的意义为确定原料的需求量，水电消耗量、包装材料耗以及过程中的损失量等，在此依据上述和相关数据，对年产5000吨发酵豆粕饲料工厂进行物料衡算。同时，对设备、人员等进行合理的安排。7.1.2物料衡算基础数据据本课题设计方案，发酵豆粕饲料厂每年工作天数月为为250天，年产5000吨发酵豆粕饲料，日产量需为20t发酵豆粕饲料，设每日工作时长为24h，年产量需要满足250×20=5000t。饲料生产过程中，豆粕预处理大约需要10h，加入α-半乳糖苷酶降解需要8h,接入凝结芽孢杆菌发酵36h，后期烘干、粉碎、检验和打包需要16h。整个生产流程共需要70h,但在实际操作中，经过合理的生产分配，完成整个生产周期只需要48h。假设每袋发酵豆粕饲料净含量为20kg，则一天产量为1000袋，该工厂年产产量为5000多发酵豆粕饲料，则一年需要生产1000×250=250000袋发酵豆粕饲料。7.1.3物料衡算由于微生物生长过程中需要消耗物质，所以豆粕在发酵过程中会有一定的物料损失[20]。根据相关资料可知发酵过程中的原料损耗率约为28%，现确定本设计的原料配比为豆粕70%，秸秆30%，料水比为1：1.2。则年产5000吨发酵豆粕饲料原料消耗量为：原料年消耗量：5000÷（1-28%）=6944.45t豆粕年消耗量：5000÷（1-28%）×70%=4861.12t秸秆年消耗量：5000÷（1-28%）×30%=2083.34t生产用水年消耗量：5000÷（1-28%）×1.2=8333.34t日产20吨发酵豆粕饲料原料消耗量为：原料日消耗量：20÷（1-28%）=27.78t豆粕日消耗量：20÷（1-28%）×70%=19.45t秸秆日消耗量：20÷（1-28%）×30%=8.34t生产用水日消耗量：20÷（1-28%）×1.2=33.34t表4全厂物料衡算物料名称数量（吨/年）豆粕4861.12秸秆2083.34总计6944.45Table4materialbalanceofthefactory7.2设备选型7.2.1釜式蒸汽杀菌锅豆粕发酵之前进行高温杀菌可以有效的去除原料中的杂菌和大部分不耐热的抗营养因子。此设备主要用于对发酵前的原料和发酵用水进行杀菌。由物料衡算的数据可知，每日消耗原料27.78t,耗水33.34t。所选杀菌锅为山东中联普惠公司的产品，生产能力为19.2t/h,，购入2台。表5杀菌锅的特性杀菌锅型号ZLPH/XZ1800-6产能（t/h）19.2功率（kw）24单价（万元）9.8Table5The

characteristics

of

the

germicidal

pot7.2.2种子罐年产5000吨发酵豆粕饲料工厂采用高温菌酶协同发酵工艺，所用的凝结芽孢杆菌在实验室选育训化培养后接入种子罐进行扩大培养。本设计所选种子罐北京瑞纳旭邦科技有限公司生产的固体发酵罐，容积为：20m³，购入2个。表6种子罐的特性Table6Characteristics

of

seed

jars种子罐型号RNXB容积（m³）20搅拌轴功率（kw）10单价（万元）烘干机豆粕发酵有一定的料水比，发酵后的豆粕饲料需经过烘干机烘干才长时储存。滚筒烘干机广泛用于化工、饲料、农业等行业，本课题设计选用河南科威重工滚筒烘干机，生产能力为：5t/h，购入2台。表7烘干机的特性Table7The

characteristics

of

the

dryer烘干机型号KE120产能（t/h）5功率（kw）5.5容积（m³）7.85操作方式连续单价（万元）27.2.4粉碎机本设计发酵豆粕饲料日产量为20t,采用山东华诚机械有限公司的锤片式粉碎机，锤片式粉碎机结构简单、适应性强、生产率高且使用安全。根据本工厂日产量20t,需够入1台粉碎机。表8粉碎机的特性Table8Characteristics

of

crusher粉碎机型号800产能（t/h）6功率（kw）110锤片（片）100单价（万元）发酵设备本设计年产5000吨发酵豆粕饲料中豆粕的发酵方式为固态发酵，为了提高生产效率和工厂的长期发展，此固态发酵采用机械化程度高，可连续生产，劳动强度低发酵罐。工厂每年工作时间为250天，年产5000吨发酵豆粕饲料的日产量为20t,原料损耗率约为28%，则每日需投产原料27.78t，按比例为1：1.2的料水比添加27.78×1.2=33.34t的水和原料混合均匀，此时物料的总体积为61.12m³。按70%计算固体发酵罐的填料系数，实际所需发酵罐的总体积为：61.12÷0.7=87.32m³。按此体积选用淄博友胜化工设备有限公司的体积为10m³的发酵罐，每一批次9个，一个周期为2天，为了确保作业的连续生产，需要2个批次的发酵罐，则一共需要购入18个发酵罐。表9发酵罐的特性Table9Characteristics

of

fermenter发酵罐型号YSF-10000容积（m³）10功率（kw）7.5单价（万元）8.89表10设备选型清单Table10Equipment

selection

list设备类型型号规格电机功率(kw)数量总费用（万元）杀菌锅ZLPH/XZ1800-624219.6种子罐RNXB1029烘干机KE1205.524粉碎机80010011.7发酵罐YSF-100007.518160.02皮带输送机DY40101.513.3包装机DCS-60B3S311.43喷码机LS-D07L0.111.18缝口机sh-k500.9212码垛机器人MG3212叉车CPD2012.018.劳动组织定员发酵豆粕饲料工厂全厂共雇佣28人，每12h为1班，1天安排2班，实行轮班制，一周工作五天休息两天，具体人员安排如下表。表11员工安排表Table11Staff

schedule岗位人数/人年费用/万总人数/人总费用/万厂长112 28 199车间经理210财务39采购27销售411实验员28发酵工25包装工35搬运工55门卫449.水、电计算9.1耗水量计算生产用水，生活用水和消防用水的消耗是发酵豆粕饲料工厂生产过程中的主要消耗量，以年为单位计算耗水量。其中生产用水包括清洗用水和发酵用水。9.1.1生产用水其中生产用水包括清洗用水和发酵用水。清洗用水：2天为一个生产周期，工厂全年工作250天，设每两个生产周期清洗一次生产设备即每五天清洗一次设备，设备清洗用水量为30t,则清洗用水年消耗量为：S1=250÷5×30=1500t。发酵用水：豆粕发酵的料水比为原料：水=1：1.2，发酵豆粕全年需要消耗原料6944.45t，则年发酵耗水量为：S2=6944.45×1.2=8333.34t9.1.2生活用水全厂一共有28名员工，平均每位员工每年用水8t,则年用水量为：S3=8×28=224t。消防用水可忽略不计。9.1.3全厂总耗水量全厂年耗水总量：S总=S1+S2+S3=1500+8333.34+224=10057.34t9.2耗电量计算发酵豆粕饲料生产过程中耗电量主要由厂内各个生产设备用电及照明用电组成。以年为单位计算耗水量。杀菌锅2台，电机功率为24kw，生产能力为19.2t/h，每年需要粉碎发酵原料6944.45t，因此每台杀菌锅每年需要工作6944.45÷2÷19.2=180.85h。则杀菌锅年耗电量为：W1=180.85×2×24=8680.8度。种子罐共2个，电机功率为10kw，容量为20m³，每天工作8h，2个轮班工作，种子罐每年的耗电量为：W2=10×8×250=20000度。烘干机2台，电机功率为5.5kw，生产能力为5t/h，工厂发酵豆粕饲料日产量为20t,因此每台烘干机每日需要工作20÷2÷5.5=1.82h。则烘干机年耗电量为：W3=5.5×1.82×2×250=5005度粉碎机1台，电机功率为100kw,生产能力为6t/h年产发酵豆粕饲料5000t粉碎机每年工作时间为：5000÷6=833.34h。则粉碎机年耗电量为：W4=100×833.34=83334度。发酵罐共18个，分2批，每批9个，电机功率为7.5kw，每天工作24h，则发酵罐年耗电量为W5=7.5×24×9×250=405000度。皮带输送机、包装机、喷码机和缝口机各1台，码垛机器人2台，每天工作8h,其总功率为：1.5+3+0.1+0.92+3×2=11.52kw,每年工作250天，则年总耗电量为：W6=11.52×8×250=23040度。全厂大约40个日光灯，日光灯功率为40w，每天工作8h，则工厂年照明耗电为：W7=0.04×8×40×250=3200度。全厂年耗电总量W总=W1+W2+W3+W4+W5+W6+W7=548259.8度10.企业经济分析10.1成本估算10.1.1原料成本年产5000吨发酵豆粕饲料，每年需消耗原料6944.45t。其中豆粕原料4861.12t，豆粕原料市场价约900元/吨，则每年需要的豆粕原料的成本为437.5万元；秸秆原料2083.34t，秸秆原料的市场价约为120元/吨，则每年需要的秸秆原料的成本为25万元；α-半乳糖苷酶的添加量低于0.25%，每年消耗6944.45t原料，则每年大约需要16tα-半乳糖苷酶，每25kgα-半乳糖苷酶的市场价约为72元，则每年需要的α-半乳糖苷酶的成本为4.61万元。所以原料的成本价约为：437.5+25+4.61=467.11万元。10.1.2人工成本根据表11可知，工厂共有28名员工，每年工人成本为199万元。10.1.3包装成本年产5000吨发酵豆粕饲料工厂采用净含量为20kg的环保防水pp塑料编织袋，每个袋子市场单价为0.6元，年产5000吨饲料，则每年需要250000个袋子，每年包装成本为15万元。10.1.4耗水成本年产5000吨发酵豆粕饲料工厂全厂年耗水总量约为10057.34t。吉林省长春市农安县工业用水3.9元/吨，则工厂每年耗水成本约为3.93万元。10.1.5耗电成本年产5000吨发酵豆粕饲料工厂全厂年耗电总量约为548259.8度。吉林省长春市农安县工业用电0.5416元/度，则工厂每年用电量成本约为29.7万元。10.1.6废水处理及维修保养成本每年废水处理成本约10万元，每年工厂设备维修保养成本约20万元。10.1.7厂区建设成本吉林省长春市农安县工业用地最低价为120元/平方米，年产5000吨发酵豆粕饲料工厂占地70×90=6300平方米，则工厂场地预算约为75.6万元。年