目錄第一章項(xiàng)目總論 11.1乳糖酶的來源及其特性 11.2乳糖酶的基礎(chǔ)研究 11.3乳糖酶的應(yīng)用 21.3.1在乳產(chǎn)品中的應(yīng)用 21.3.2在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 21.3.3乳糖酶基因在基因工程中的應(yīng)用 31.4中國乳糖酶市場分析 41.4.1β-半乳糖苷酶的市場情況 41.4.2酶制劑生產(chǎn)廠家的產(chǎn)銷情況 41.4.3國內(nèi)市場需求預(yù)測 51.4.4本產(chǎn)品更新的特點(diǎn) 51.5生產(chǎn)乳糖酶的一般方法 51.5.1利用胞外酶 51.5.2利用胞內(nèi)酶 61.6乳糖酶生產(chǎn)的局限性和該項(xiàng)目乳糖酶的優(yōu)點(diǎn) 61.6.1生產(chǎn)局限性 61.6.2該項(xiàng)目乳糖酶的優(yōu)點(diǎn) 61.6.3項(xiàng)目綜合評價(jià)結(jié)論 71.7β-半乳糖苷酶的生產(chǎn)工藝 71.7.1生產(chǎn)工藝流程圖 71.7.2項(xiàng)目技術(shù)路線圖 81.8工廠組成 81.8.1生產(chǎn)車間 81.8.2輔助車間 81.8.3動(dòng)力車間 81.8.4行管部門 81.9廠址選擇與建設(shè)條件 81.9.1廠址選擇 81.9.2建設(shè)條件 9第二章生產(chǎn)工藝 112.1乳糖酶生產(chǎn)工藝 112.1.1原料 122.1.2蒸汽噴射液化 122.1.3過濾 122.1.4連續(xù)滅菌 122.2發(fā)酵車間 122.2.1菌種處理工段 122.2.2發(fā)酵罐發(fā)酵 132.3分離車間 142.3.1過濾 142.3.2陶瓷膜微濾 152.3.3超濾濃縮 152.3.4噴霧干燥 152.3.5脫色 152.4包裝車間 152.4.1包裝及保藏 15第三章乳糖酶發(fā)酵工段工藝核算 163.1概況 163.2原料粉碎工段 163.3調(diào)漿工段 163.4液化工段 173.5過濾工段 173.6液化糖貯罐 173.7連消工段 173.8發(fā)酵工段 183.8.1種子罐 183.8.2發(fā)酵罐 183.8.3發(fā)酵液離心過濾 183.8.4空氣系統(tǒng) 193.9水平衡計(jì)算 203.9.1工藝用水（河水） 203.9.2滅菌冷卻用水 213.9.3發(fā)酵過程中冷卻用水 213.9.4空壓機(jī)耗水量 213.9.5空氣冷卻用水量 223.10蒸汽消耗量 223.10.130m3單罐發(fā)酵原料配料消耗蒸汽量 223.10.2噴射液化消耗蒸汽量(7h完成) 233.10.3種子罐消毒 233.10.4連消階段消耗蒸汽量 233.10.5發(fā)酵罐空消蒸汽消耗量 23第四章生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 244.1反應(yīng)器的論證 244.2反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 254.2.1發(fā)酵罐 254.2.2種子罐 304.3主要設(shè)備選型 34第五章核算 365.1概述 365.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 365.2.1生產(chǎn)規(guī)模和方案 365.2.2實(shí)施進(jìn)度 365.2.3費(fèi)用統(tǒng)計(jì) 36第六章財(cái)務(wù)評價(jià) 396.1內(nèi)部收益率（IRR）的計(jì)算 396.2主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 396.3不確定性分析 396.3.1盈虧平衡分析 39附表：項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)協(xié)作時(shí)間表 41第一章項(xiàng)目總論1.1乳糖酶的來源及其特性乳糖酶是一種酶，它是酵母Kluyveromyceslactis的lac4基因作為一種乳糖酶的代號，這個(gè)基因是由3078bp核苷酸組成并編碼一種1025氨基酸形成的一種以特殊空間排列和物理形狀的長鏈氨基酸組成的復(fù)合蛋白，和其它的酶相差不大。它是一種白色粉末，無味道，無氣味，溶解時(shí)是一種淺棕色的液體。該酶是通過一種從酵母菌菌種發(fā)酵制備。乳糖酶特定水解半乳糖苷的鍵將乳糖轉(zhuǎn)變成葡萄糖和半乳糖。乳糖酶又稱β–半乳糖苷酶，是哺乳動(dòng)物乳汁中一種重要的營養(yǎng)成分?？纱呋樘撬鉃榘肴樘呛推咸烟?，多用于乳品工業(yè)。哺乳動(dòng)物的乳糖酶活性隨年齡增長具有典型的生理性降低，所以乳糖酶缺乏是廣泛存在的世界性問題。1889年，荷蘭生物學(xué)家Beijerincek首次報(bào)道了乳糖酶可水解乳糖以來，人們對于乳糖酶的研究日趨完整。目前，解決乳糖不耐受的最佳方法是用乳糖酶水解乳糖來生產(chǎn)低乳糖或無乳糖乳制品。而現(xiàn)在商業(yè)乳糖酶中乳糖酶的最適溫度在37℃左右或者更高，但是對于乳品加工工業(yè)，許多長時(shí)間的操作工藝以及貯存和運(yùn)輸均在低溫下進(jìn)行，低溫乳糖酶具有中溫乳糖酶無法達(dá)到的優(yōu)越性，所以近年來成為研究的熱點(diǎn)。乳糖酶存在于植物、細(xì)菌、真菌、放線菌以及哺乳動(dòng)物(特別是嬰兒)的腸道中。目前只有來源于微生物的乳糖酶有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，利用微生物發(fā)酵法制取乳糖酶，具有酶源豐富、產(chǎn)量高、生產(chǎn)成本低、周期短的特點(diǎn)，而且不受季節(jié)、地理位置等因素的影響，但不同微生物來源的乳糖酶的性質(zhì)差別較大。1.2乳糖酶的基礎(chǔ)研究乳糖酶的基本結(jié)構(gòu)及其生物合成對乳糖起水解作用的酶是乳糖酶根皮苷水解酶(lactasephlorizinhydrolase，LPH)。LPH是一種腸上皮細(xì)胞微絨毛膜上的糖蛋白，具有乳糖酶和根皮苷水解酶活性，最適pH為5.5~6.0。LPH為一條多肽鏈，有乳糖酶和根皮苷水解酶的作用位點(diǎn)，并通過COOH末端的一段疏水氨基酸序列連接在腸牯膜微絨毛膜表面。前乳糖酶原由位于氨基末端的信號肽域、前導(dǎo)肽域、胞外域、疏水的跨膜錨定區(qū)、羧基末段的胞內(nèi)段組成，在信號肽引導(dǎo)下進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)經(jīng)過一系列修飾，乳糖酶原進(jìn)入高爾基體后被糖基化，然后經(jīng)歷細(xì)胞內(nèi)和腸腔的2次裂解后形成成熟的乳糖酶。1.3乳糖酶的應(yīng)用1.3.1在乳產(chǎn)品中的應(yīng)用1.3.1.1解決結(jié)晶問題由于乳糖結(jié)晶在濃縮乳制品或者冷凍制品中往往造成產(chǎn)品的(砂狀組織)缺陷，若在加工中添加20%~30%的乳糖水解酶，不但可以防止結(jié)晶現(xiàn)象發(fā)生，還可以增加產(chǎn)品的甜度，減少蔗糖用量。1.3.1.2發(fā)酵乳制品中的應(yīng)用用乳糖水解乳制造酸乳，可以縮短乳凝固時(shí)間約15%~20%，且由于乳酸菌生長快，菌數(shù)多，能延長酸乳的貨架期，產(chǎn)品黏度也較大，若水解程度較大時(shí)，甜度也增加。因此，在制作水果酸乳時(shí)不僅可減少糖的用量，而且水果的風(fēng)味也會增強(qiáng)；用乳糖水解乳加工干酪時(shí)，可縮短凝乳時(shí)間，并使凝塊堅(jiān)實(shí)，還可減少排除乳清時(shí)造成的損失，產(chǎn)量可增加10%。1.3.1.3作為替代添加劑乳清和超濾乳清中的乳糖部分水解可增加產(chǎn)品的甜味，提高糖的溶解度。不同比例的葡萄糖和半乳糖混合物的甜度相當(dāng)于蔗糖甜度的65%~80%，溶解度增加3~4倍，這種糖漿的總固形物含量達(dá)75%，可代替卵蛋白和蔗糖制作面包、餅干和蛋糕等，還可代替加糖濃縮牛乳制作牛乳軟糖等，且不會出現(xiàn)紋理、沙包、乳糖結(jié)晶和焦糖等現(xiàn)象。乳糖溶液經(jīng)乳糖酶水解形成半乳糖和葡萄糖的混合液，稱為半乳糖葡萄糖糖漿。其甜度與等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蔗糖相近?？纱嬲崽怯糜诟鞣N點(diǎn)心、飲料、罐頭食品及冰淇淋和雪糕的加工，效果很好。1.3.1.4低聚半乳糖的生產(chǎn)低聚半乳糖是以牛乳中的乳糖為原料，經(jīng)β-半乳糖苷酶催化水解半乳糖苷鍵，生成半乳糖和葡萄糖，并通過轉(zhuǎn)半乳糖苷的作用，將水解下來的半乳糖苷轉(zhuǎn)移到乳糖分子生成的。低聚半乳糖具有較強(qiáng)的耐酸性、耐熱性，不會因?yàn)樵诩庸み^程中的高溫殺菌及人體胃酸所分解而失去其本來應(yīng)有的特性，而且能有效地被雙歧桿B菌和乳酸桿A菌同時(shí)利用，因此低聚半乳糖的生產(chǎn)和應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，特別是在日本，隨著人們越來越注重健康，低聚半乳糖將會有很大市場。1.3.2在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用乳糖酶可作為助消化類藥物，適用于嬰兒各種消化不良癥，如原發(fā)性乳糖酶缺乏，因胃障礙及缺鐵所致的幼兒慢性腹瀉、幼兒及新生兒腹瀉等，且對新生兒無毒害作用。用于治療乳糖不耐受的乳糖酶藥物還可與其他抗生素聯(lián)用，與杜迪和思密達(dá)治療輪狀病毒腸炎能明顯有效地縮短病程，療效確切，治愈率高。此類藥物可調(diào)整腸道正常菌群，拮抗輪狀病毒，對腸黏膜上皮細(xì)胞損傷有一定治療效果。很多藥物中都含有乳糖酶，如乳糖酶凍干酵母制劑、酵母乳糖酶腸溶微囊制劑等。醫(yī)學(xué)上乳糖氫呼吸檢查被廣泛用于診斷乳糖酶缺陷，最常見的是乳糖不耐受癥狀的診斷，OberacherM等通過3個(gè)呼吸實(shí)驗(yàn)說明這個(gè)呼吸測試對乳糖酶缺陷具有良好的敏感性和特異性，呼吸實(shí)驗(yàn)可以簡化但時(shí)間無法縮短。研究發(fā)現(xiàn)對乳糖的分解能力也可作為一些疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)志，實(shí)驗(yàn)測試者對乳制品食物消化后，雙歧桿菌和大便乳酸菌的檢測表明某些疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和乳制品食物的攝入有關(guān)。對于乳糖不耐受的治療，用乳酸桿菌和半乳糖苷酶治療乳糖不耐癥的病人，通過氫呼吸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，乳酸桿菌和半乳糖苷酶都強(qiáng)烈提高胃腸道對乳糖的攝入吸收。由此可知益生菌對于乳糖不耐受治療持續(xù)性較好1.3.3乳糖酶基因在基因工程中的應(yīng)用1.3.3.1在載體構(gòu)建中的應(yīng)用乳糖酶基因編碼的產(chǎn)物水解底物X-gal，可呈現(xiàn)藍(lán)色，易于檢測和觀察，在構(gòu)建表達(dá)載體LacZ基因置于啟動(dòng)子下游，通過藍(lán)白斑來篩選陽性重組載體。1.3.3.2作為報(bào)告基因的應(yīng)用乳糖酶是一種常用的報(bào)告基因分子，經(jīng)常與熒光素酶報(bào)告基因一起轉(zhuǎn)染細(xì)胞，被用作熒光素酶報(bào)告基因檢測的內(nèi)參照，從而消除因?yàn)橘|(zhì)粒的轉(zhuǎn)染效率不同而帶來的誤差。汪國忠等以β-galactosidase質(zhì)粒為報(bào)告基因，將其與自制氟碳?xì)怏w微泡黏附，制備載基因微泡。利用診斷性超聲破裂微泡進(jìn)行體外心肌細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染，采用原位染色及酶學(xué)定量檢測β-galactosidase表達(dá)水平，同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞活性檢測。其作為報(bào)告基因還用于研究啟動(dòng)子的效能和啟動(dòng)子不同位點(diǎn)突變對表達(dá)效能的影響。陳曉月等為檢測構(gòu)建的枯草芽胞桿菌分泌表達(dá)載體pGPST中啟動(dòng)子和信號肽的活性，將β-半乳糖苷酶基因插入表達(dá)載體的多克隆位點(diǎn)，構(gòu)建含有β-半乳糖苷酶基因的重組質(zhì)粒pGPST-lacZ。1.3.3.3構(gòu)建產(chǎn)乳糖酶基因工程菌利用基因工程技術(shù)，可以將活性高的乳糖酶基因?qū)胍子谂囵B(yǎng)、生產(chǎn)繁殖迅速的微生物體內(nèi)，從而降低乳糖酶生產(chǎn)成本。1.4中國乳糖酶市場分析1.4.1β-半乳糖苷酶的市場情況隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對乳糖酶的進(jìn)一步研究，乳糖酶的應(yīng)用范圍越來越廣，將來乳糖酶的應(yīng)用就不僅僅局限于解決乳糖不耐受問題，還將在食品、醫(yī)藥、環(huán)保、基因治療等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，具有廣闊的市場前景。由于近年來低溫乳糖酶的研究成為熱點(diǎn)，乳糖酶的生產(chǎn)成本也將大幅降低，乳糖酶的適應(yīng)性也將提高。目前，研究人員也正在從我國寒冷地區(qū)的土樣中對低溫乳糖酶產(chǎn)生菌株進(jìn)行篩選并且將克隆其基因到大腸埃希菌中表達(dá)，隨著研究的深入，低溫乳糖酶的工業(yè)化生產(chǎn)及其在各個(gè)方面的應(yīng)用將會逐步實(shí)現(xiàn)。乳糖酶在乳品加工中的潛力遠(yuǎn)在上世紀(jì)初即為人們所知，但到50年代，人們對乳糖不耐受癥的進(jìn)一步認(rèn)識才逐漸被重視。60年代，由微生物中制取的乳糖酶商品化生產(chǎn)后，乳糖酶的應(yīng)用才得以推廣，對于乳糖酶的使用也得到了深入廣泛的開展。1.4.1.1解決乳糖酶缺乏者食用乳制品的問題 乳制品中的乳糖需經(jīng)位于小腸嚴(yán)密上皮細(xì)胞的乳糖酶水解為半乳糖和葡萄糖后才能被集體吸收利用。集體乳糖酶缺乏可分為3類：（1）先天性乳糖酶缺乏，指出生時(shí)乳糖酶活性即低下或缺乏，這是一種罕見的常染色體隱性遺傳??；（2）繼發(fā)性乳糖酶缺乏，指由于各種原因致小腸上皮損傷而導(dǎo)致的暫時(shí)性的乳糖酶活性低下，常見病因如感染性腹瀉、局限性回腸炎、免疫球蛋白缺乏癥、營養(yǎng)不良等，多于機(jī)體疾病康復(fù)后恢復(fù)正常；（3）原發(fā)性乳糖酶缺乏，是由于乳糖酶活性隨年齡逐漸降低而引起的，無其他影響，是最常見的一種乳糖酶缺乏，發(fā)生時(shí)間因種族和地區(qū)不同而不同，有的在嬰兒斷乳后開始發(fā)生，有的20歲左右才開始出現(xiàn)，我國多發(fā)于7-8歲時(shí)發(fā)生。乳糖酶缺乏隨不同國家，不同種族人群的變化而變化，亞洲60~90%，澳大利亞白人0~6%，歐洲30%以上，非洲90~100%，美國白人12%，黑人70%，日本人100%。3-13歲中國兒童乳糖酶缺乏發(fā)生率為87%。食物中的乳糖進(jìn)入小腸后，由于乳糖酶的缺乏，乳糖不能被分解為單糖而吸收進(jìn)入血液，稱為乳糖消化不良或乳糖吸收不良。1.4.2酶制劑生產(chǎn)廠家的產(chǎn)銷情況本項(xiàng)目通過對世界生化制劑公司的先驅(qū)Gist-brocadeB.V，在食品營養(yǎng)價(jià)值、保健因子、食品風(fēng)味、安全性、組織結(jié)構(gòu)，延長保質(zhì)期以及環(huán)保等方面的研究和生產(chǎn)情況的進(jìn)行調(diào)查；另外，荷蘭Gist-brocadeB.V下三大公司（FIS）食品原輔料公司的乳制品原輔料部（FSD）和DIG，尤其是DIG的產(chǎn)品基本上已經(jīng)成為世界性的所有乳制品原料的提供商。另外哈爾冰美華生物技術(shù)股份有限公司的乳糖酶項(xiàng)目，自2002年來的運(yùn)作概況，也做了跟蹤和調(diào)查，在本土生產(chǎn)此項(xiàng)目具有很高的工業(yè)前景，效益很高。1.4.3國內(nèi)市場需求預(yù)測我國是世界上牛奶產(chǎn)量增長最快的國家，今后幾年的產(chǎn)量仍持續(xù)快速增長。據(jù)國家農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2001年全國奶牛存欄達(dá)687萬頭牛，牛奶宗長亮增加到1229萬噸，液態(tài)奶產(chǎn)量355.14萬噸。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2005年2-12月，全國乳制品產(chǎn)量為1310萬噸，較上年同比增長27.97百分點(diǎn)。世界人均牛乳年消費(fèi)量94公斤，亞洲人均40公斤，我國人均24.89公斤，相差甚遠(yuǎn)，除了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平外，還有一個(gè)重要原因，就是我國人群中存在著乳糖消化不良、乳糖不耐癥等，但是乳糖奶消費(fèi)，在我國基本上還屬于空白。按照國際市場的消費(fèi)情況，低乳糖的開發(fā)提高了奶制品的消費(fèi)量。從2005年2到12月，國內(nèi)消費(fèi)結(jié)構(gòu)，酸奶消費(fèi)增長，可能與新的消費(fèi)增加有關(guān)。目前，2006年全國總奶產(chǎn)量在1500萬噸，按生產(chǎn)百分之10到百分之20的低乳糖制品計(jì)算，每年的產(chǎn)量可達(dá)150到300萬噸，以一公斤乳糖酶產(chǎn)品處理加工1噸乳制品估算，乳糖酶的年產(chǎn)量可達(dá)1500到3000噸。2015年需求量可達(dá)2000到4000噸。1.4.4本產(chǎn)品更新的特點(diǎn)從理論上來說，針對乳糖不耐癥有多種方式，例如，添加乳酸桿菌發(fā)酵、工業(yè)再加工等，能在一定程度上解決該問題，但從節(jié)約和降低成本，以及工藝配套簡便等角度來看，乳糖酶還是最簡便易行，從調(diào)查情況來看，該項(xiàng)目在短時(shí)間內(nèi)還不存在非常有競爭力的替代產(chǎn)品。1.5生產(chǎn)乳糖酶的一般方法1.5.1利用胞外酶利用絮狀釀酒酵母和黑曲霉中含有編碼分泌胞外乳糖酶的LacA基因構(gòu)建重組菌株，使重組釀酒酵母菌株能夠分泌可高效利用乳糖的乳糖酶。Ibrahim等使用化學(xué)誘變劑對兩株雙歧桿菌、乳植桿菌和嗜熱鏈球菌進(jìn)行誘變，篩選高產(chǎn)菌株，長雙歧的誘變菌株產(chǎn)酶量比野生型增加2倍多。為了獲得高產(chǎn)菌株，新基因工程菌不斷出現(xiàn)。生產(chǎn)酶的工程菌以大腸埃希菌、酵母菌為主，還有嗜熱鏈球菌、乳桿菌等。1.5.2利用胞內(nèi)酶酶水解法，即利用外源性乳糖酶將乳糖降解為易被人體吸收利用的單糖。該法水解條件溫和、產(chǎn)物簡單、口感不會破壞牛乳中其他營養(yǎng)成分，是目前乳制品加工中所采用的好方法。EC3.2.1.23通常被稱為乳糖酶。該酶能將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖。1.6乳糖酶生產(chǎn)的局限性和該項(xiàng)目乳糖酶的優(yōu)點(diǎn)1.6.1生產(chǎn)局限性1）乳糖酶的單位產(chǎn)量低；2）市場銷售的乳糖酶多源于酵母，酶的耐熱性差，適用范圍窄；3）且酵母來源的乳糖酶為胞內(nèi)酶，需要破碎細(xì)胞才能得到，成本昂貴適用范圍窄，不能滿足食品和乳制品工業(yè)多方面的需要。1.6.2該項(xiàng)目乳糖酶的優(yōu)點(diǎn)1）該項(xiàng)目的乳糖酶為胞外酶，不需要細(xì)胞破碎就能得到，提取純化工藝簡單，加工成本低。在水解牛奶的應(yīng)用試驗(yàn)中，在不同的溫度下，（6到60攝氏度中）不同時(shí)間內(nèi)均有較好的乳糖水解效果，水解率達(dá)百分之80到百分之92。國外酵母來源具有較高質(zhì)量的乳糖酶，在37～40攝氏度，pH6.6的條件下對牛乳中的乳糖水解率高。2）具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，可以攪拌或裝柱的方式下進(jìn)行作用；3）可用于工業(yè)化生產(chǎn)，適應(yīng)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)4）產(chǎn)物純度高、副反應(yīng)少、因此產(chǎn)率高；5）可反復(fù)使用，提高酶利用率，降低了生產(chǎn)成本；6）安全性好，避免了想天然牛奶中添加外援物質(zhì)，食品安全性高7）該乳糖酶與商業(yè)化的乳糖酶相比，在比活，pH穩(wěn)定性，pH范圍、熱穩(wěn)定性、金屬離子及化學(xué)試劑穩(wěn)定性、Km上均具有優(yōu)越性；8）與商業(yè)化酵母來源的乳糖酶相比，具pH適用范圍，熱穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目的酶具有優(yōu)越的酶性質(zhì)，使其應(yīng)用在不同的乳制品加工中生產(chǎn)多種類型的產(chǎn)品。生產(chǎn)過程具有良好的安全性，無抗藥性標(biāo)記，培養(yǎng)過程中不分泌有毒物質(zhì)和熱源。發(fā)酵工藝簡單，培養(yǎng)基均為工業(yè)所適用的。1.6.3項(xiàng)目綜合評價(jià)結(jié)論本項(xiàng)目經(jīng)過充分論證和市場調(diào)研，項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)含量高，知識產(chǎn)權(quán)明晰、生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)、符合國家和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)政策，項(xiàng)目產(chǎn)品有較廣闊的市場前景和豐厚的投資回報(bào)。項(xiàng)目投資估算合理，資金來源明確、資金預(yù)算科滿足項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營的要求。擬建方案、建設(shè)條件、產(chǎn)品方案、工藝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益、社會效應(yīng)、等基本完備，具有相當(dāng)?shù)目尚行浴?.7β-半乳糖苷酶的生產(chǎn)工藝1.7.1生產(chǎn)工藝流程圖圖1-1生產(chǎn)工藝流程圖1.7.2項(xiàng)目技術(shù)路線圖圖1-2項(xiàng)目技術(shù)路線圖1.8工廠組成企業(yè)采用有限責(zé)任公司形式，下設(shè)生產(chǎn)部、質(zhì)量管理部、研發(fā)部、維修部、化驗(yàn)部、化驗(yàn)室、以及各個(gè)車間1.8.1生產(chǎn)車間由上游原料選擇和處理（原料選擇、上游處理、搖床培養(yǎng)、HPLC、補(bǔ)料發(fā)酵）、提取（過濾、脫色、干燥）、精制（蒸發(fā)濃縮、模擬移動(dòng)床（SMB）色譜分離系統(tǒng)、儲存）等組成。1.8.2輔助車間廢水處理、渣處理（副產(chǎn)品加工）、產(chǎn)品倉庫、原料倉庫、材料倉庫、機(jī)修等。1.8.3動(dòng)力車間由鍋爐房、變電所、空氣處理系統(tǒng)。1.8.4行管部門主要辦公室、中心實(shí)驗(yàn)室、汽車庫、傳達(dá)室等。1.9廠址選擇與建設(shè)條件1.9.1廠址選擇項(xiàng)目建設(shè)的具體地點(diǎn)為南京浦口高新技術(shù)開發(fā)區(qū)。根據(jù)投資方與南京市政府以及浦口區(qū)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會協(xié)商，并經(jīng)過南京市設(shè)計(jì)院的初步勘查和測量，南京浦口區(qū)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)將在該區(qū)內(nèi)提供能夠買足該項(xiàng)目的建設(shè)及后續(xù)生產(chǎn)經(jīng)營的需要的土地。具體設(shè)計(jì)方案及圖紙由***另行出具。1.9.2建設(shè)條件1.9.2.1自然條件南京市位于118°46'北緯:32°03'，屬于亞熱帶溫潤季風(fēng)區(qū)，年平均溫度15.4°C，年平均降水量1106毫米，氣候宜人，景色秀麗。高新區(qū)地處長江三角洲，地勢平坦，地質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，地耐力達(dá)18-30噸/平方米，海拔高度50米左右。該區(qū)地層發(fā)育完整，保存較好。由古—中元古代之淺變質(zhì)巖系（張八嶺巖群、埤城巖群）組成基底。新元古生代之南華紀(jì)至中生代三疊紀(jì)，由海相碳酸鹽巖和碎屑巖相間組成蓋層，構(gòu)成寧鎮(zhèn)、茅山、宜興等山脈，厚達(dá)萬米以上，不整合于中元古代地層之上。其內(nèi)部，各層間多為整合、或少數(shù)呈平行不整合接觸。中生代中三疊世至中侏羅世由內(nèi)陸河、湖相碎屑巖組成，厚度變化較大（0—5000米），平行不整合—不整合于老地層之上。中生代晚侏羅世至白堊紀(jì)，則為陸相火山噴發(fā)重要階段，由紅色碎屑巖間大量中、酸性火山巖組成，分布局限，厚度變化極大，厚者可達(dá)萬米。與下伏地層為平行不整合接觸、整合接觸或不整合接觸。新生代之古近紀(jì)—新近紀(jì)，該區(qū)仍處陸相環(huán)境，形成雜色碎屑巖，夾基性火山巖堆積，以蘇北盆地為發(fā)育，厚可達(dá)數(shù)千米。不整合于前第三紀(jì)地層之上。該區(qū)，前第四紀(jì)巖石地層，自下至上共分61個(gè)單位，包括4個(gè)群、51個(gè)組、2個(gè)段、相當(dāng)段級4個(gè)。廠址所在區(qū)域，地勢平坦，地質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，無不適合項(xiàng)目建設(shè)之缺陷。1.9.2.2基礎(chǔ)設(shè)施條件廠址地處南京市區(qū)北部，在京滬高鐵和京滬高速途經(jīng)之處，南京東依上海，本身又是江蘇省會，全國排名前十的城市，位置優(yōu)越，交通便利。1.9.2.3所處地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)情況南京的工業(yè)以電子信息、石油化工、汽車機(jī)械、生物制藥、食品飲料、儀器儀表等產(chǎn)業(yè)占有重要地位。2008年規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值6472.23億元。

最新評定，制造業(yè)“十大強(qiáng)市”南京列第一。排行榜中，南京的城市制造業(yè)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造能力排名為第六，科技創(chuàng)新能力排名為第一，環(huán)境資源保護(hù)能力排名為第五。1.9.2.4社會經(jīng)濟(jì)條件2008年，南京市實(shí)現(xiàn)消費(fèi)品零售總額1651.82億元。南京的主要商業(yè)區(qū)有新街口、湖南路、夫子廟、珠江路等。新街口位于南京市中心，在民國時(shí)期發(fā)展為商業(yè)區(qū)，目前集中了大批大型店鋪。湖南路位于鼓樓區(qū)，主要是1990年代以后興起的新商業(yè)區(qū)。夫子廟位于秦淮區(qū)，是南京最古老的傳統(tǒng)商業(yè)區(qū)之一，自1985年起陸續(xù)改建為仿古街市，以餐飲娛樂為特色。珠江路位于玄武區(qū)并為區(qū)政府所在地，是華東地區(qū)規(guī)模最大的IT產(chǎn)品集散地之一。2008年度，全市實(shí)現(xiàn)旅游總收入714.3億元人民幣。2004年末，全市擁有4A級旅游景點(diǎn)5個(gè)，旅游星級賓館飯店113家，其中五星級賓館8家，各類旅行社三百余家，其中從事國際旅游業(yè)務(wù)的旅行社27家。南京市也是中國評出的第一批優(yōu)秀旅游城市之一。1.9.2.5原材料及主要輔助材料供應(yīng)本產(chǎn)品的原材料、主要輔助材料，主要是農(nóng)副產(chǎn)品和無機(jī)化學(xué)原料等。所有這些消耗品的市場供應(yīng)均十分便利，在當(dāng)?shù)乜商峁?.9.2.6燃料動(dòng)力及其他公共設(shè)施的供應(yīng)本項(xiàng)目在浦口高新技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)施，交通便利，開發(fā)區(qū)配套企業(yè)提供包括水、點(diǎn)、熱、燃?xì)獾认嚓P(guān)的生產(chǎn)所需，保證滿足項(xiàng)目建設(shè)和投產(chǎn)后的生產(chǎn)經(jīng)營和生活的需求。

第二章生產(chǎn)工藝2.1乳糖酶生產(chǎn)工藝?yán)卯叧嘟湍赶到y(tǒng)表達(dá)有生物活性的乳糖酶，使得乳糖酶高效分泌到細(xì)胞外，而無需破碎細(xì)胞來提取，降低了乳糖酶的生產(chǎn)成本，簡化了生產(chǎn)工藝，具體如下：采用30m3容積的發(fā)酵罐進(jìn)行生產(chǎn)，需要三級發(fā)酵，將搖瓶培養(yǎng)的種子按1：10的比例接入一級種子罐，由一級種子罐再接入二級種子罐，再接入30m3容積的發(fā)酵罐中好氧發(fā)酵，發(fā)酵過程中適時(shí)補(bǔ)料，監(jiān)控菌體生長、產(chǎn)酶情況，防止污染。待發(fā)酵結(jié)束后，放罐，將菌體與發(fā)酵液分離，通過分離純化獲得酶制劑產(chǎn)品。流程圖如圖1所示：30m3發(fā)酵罐培養(yǎng)流加氨水30m3發(fā)酵罐培養(yǎng)流加氨水流加麥芽汁、甲醇離心分離清液微濾除菌、脫色、脫鹽超濾濃縮噴霧干燥固體成品包裝畢赤酵母活化種子罐卡式罐三角瓶麥芽粉碎調(diào)節(jié)pH過濾麥芽糖化2.1.1原料取大麥和小麥若干，用水洗凈，浸泡6~12小時(shí)，置于15℃陰暗處發(fā)芽，上面蓋紗布一塊，每晚早、中、晚淋水一次，麥根延長至麥粒的兩倍時(shí)，即停止發(fā)芽，攤開曬干或烘干，貯存?zhèn)溆谩＞唧w工藝流程：麥芽谷物粉碎——蒸煮糖化——靜置冷卻——麥芽液過濾——調(diào)節(jié)pH粉碎：麥芽的粉碎方法：采用干法粉碎法，將麥芽投進(jìn)輥式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎2.1.2蒸汽噴射液化噴射液化法液化均勻，完全且連續(xù)化生產(chǎn)。此液化法主要受到蒸汽方面的影響,，蒸汽的高低直接影響液化進(jìn)料的速度,從而影響質(zhì)量及產(chǎn)量。將粉碎的麥芽粉加進(jìn)噴射液化器，通過高溫噴射液化成糖。2.1.3過濾 板框式壓濾機(jī)是由容鈉糖化醪的框和分離麥汁的濾布及收集麥汁的濾板各若干組組成過濾元件，再配以頂板、支架、壓緊螺桿或液壓系統(tǒng)組成。2.1.4連續(xù)滅菌將配制好的培養(yǎng)基用泵連續(xù)輸入由直接蒸汽加熱的加熱器，使其在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到滅菌溫度130℃。然后進(jìn)入維持罐，使在滅菌溫度下維持5～7分鐘后再進(jìn)入冷卻罐，使其冷卻至接種溫度30℃并直接進(jìn)入已事先滅菌（空罐滅菌）過的種子罐和發(fā)酵罐內(nèi)。主要設(shè)備：加熱器、維持罐、冷卻罐2.2發(fā)酵車間2.2.1菌種處理工段2.2.1.1培養(yǎng)基的制備畢赤酵母在試驗(yàn)室培養(yǎng)階段一般多采用米曲汁或麥芽汁來做培養(yǎng)基。由于其中含有豐富的碳、氮及其它營養(yǎng)物質(zhì)，很適宜于酵母菌繁殖。將市售麥芽磨碎后，加水，于55~60℃糖化4小時(shí)，再過濾，將濾液濃度調(diào)整為l0~12Bx。如果要制作固體培養(yǎng)基時(shí)，可加入2％的瓊脂，溶化后分裝試管，滅菌后取出斜放，待冷凝后，于30℃培養(yǎng)兩天，觀察有無雜茵生長，如無，就可以做接種用。采用平板劃線法接種。麥芽汁的pH值一般可控制在4~4.5左右，如果太高，可用H2SO4或磷酸調(diào)整。2.2.1.2實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大培養(yǎng)流程畢赤酵母活化——斜面試管——一級種子培養(yǎng)——二級種子培養(yǎng)2.2.1.2.1畢赤酵母活化應(yīng)先將菌體接入新鮮斜面試管進(jìn)行活化，以便酵母菌處于旺盛的生活狀態(tài)。在無菌條件將原菌下接人新鮮斜面試管，于28-30℃保溫培養(yǎng)3-4天，待斜面上長出白色菌苔，即培養(yǎng)成熟，培養(yǎng)基為：葡萄糖、酵母粉、瓊脂糖。2.2.1.2.2三角瓶培養(yǎng)采用三角瓶培養(yǎng)，可視其容量選用不同的培養(yǎng)基。如用250毫升小三角瓶，可裝入l00ml米曲汁，如3000ml大三角瓶，則可裝入米曲汁和經(jīng)過過濾的酒母糖化醪各500ml，經(jīng)滅菌后備用。2.2.1.2.3一級種子培養(yǎng)采用卡氏罐培養(yǎng)，卡氏罐培養(yǎng)基可使用酵母糖化醪，以使畢赤酵母逐漸適應(yīng)大生產(chǎn)培養(yǎng)條件?？ㄊ瞎抻玫奶腔矐?yīng)單獨(dú)殺菌后備用，如果工廠衛(wèi)生管理?xiàng)l件較好，也可不殺菌。2.2.1.2.4二級種子培養(yǎng)將一級種子罐的種子轉(zhuǎn)移的二級種子罐培養(yǎng)。2.2.2發(fā)酵罐發(fā)酵2.2.2.1發(fā)酵工藝流程發(fā)酵過程采用流加操作（補(bǔ)料分批式操作），是指在分批發(fā)酵過程中，間歇或連續(xù)地補(bǔ)加一種或多種成分的新鮮培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，是分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種過渡培養(yǎng)方式，是一種控制發(fā)酵的好方法，現(xiàn)已廣泛用于發(fā)酵工業(yè)。在培養(yǎng)過程中不斷補(bǔ)加濃麥芽汁,使得在整個(gè)培養(yǎng)過程中培養(yǎng)液保持較低的糖的質(zhì)量濃度。采用此方法,既可獲得較高的酵母得率,又可獲得高的酵母濃度。甲醇也是碳源，流加甲醇時(shí)，菌體以甲醇為碳源誘導(dǎo)表達(dá)外源蛋白。由于過高濃度的甲醇抑制細(xì)胞的生長和產(chǎn)物的表達(dá)，因此通過合適的策略控制甲醇的流加是提高外源蛋白表達(dá)量的關(guān)鍵。流加氨水可以調(diào)節(jié)pH，同時(shí)提供氮源。2.2.2.2培養(yǎng)溫度的控制酵母菌在適宜生長溫度范圍內(nèi)，高溫比低溫繁殖稍快。但高溫培養(yǎng)酵母易于衰老。酒精生產(chǎn)中酒母培養(yǎng)溫度為28~30℃。由于酵母菌在生長代謝過程中還要產(chǎn)生一定熱量，故應(yīng)注意加強(qiáng)冷卻，以保證酵母菌健壯生長。2.2.2.3pH控制糖化完成后可適當(dāng)加大風(fēng)量使發(fā)酵進(jìn)入旺盛產(chǎn)酸期。在產(chǎn)酸期內(nèi)控制風(fēng)量使產(chǎn)酸速率維持在2-3g/h·L，不得過快，以進(jìn)一步利用糖化作用和防止菌體過早衰老。2.2.2.4選擇通風(fēng)培養(yǎng)畢赤酵母在生長繁殖過程中需要消耗大量能量，這種能量來源主要是靠葡萄糖的有氧分解來獲得。所以，在有氧條件下培養(yǎng)酵母菌，利用能量高，糖分消耗少，在酵母培養(yǎng)過程中通入適量的無菌空氣，對酵母繁殖是有利的。在實(shí)際流加培養(yǎng)過程中，前期應(yīng)控制較低的攪拌轉(zhuǎn)速（600r/min）以提供較低的kLa值，這樣遲滯期可相對縮短；在對數(shù)生長期后期應(yīng)迅速增大攪拌轉(zhuǎn)速（提高到1200r/min），4kLa值達(dá)到800（1/h）以上，以滿足細(xì)胞快速生長對溶氧的要求，提高產(chǎn)率；在培養(yǎng)末期應(yīng)調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至800r/min左右。2.3分離車間2.3.1過濾過濾采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行過濾，將發(fā)酵好的發(fā)酵液加進(jìn)板框壓濾機(jī)，通過壓濾，將大物質(zhì)的雜質(zhì)去掉，得到濾液。將濾液收集到貯存罐板框壓濾機(jī)由交替排列的濾板和濾框構(gòu)成一組濾室。濾板的表面有溝槽，其凸出部位用以支撐濾布。濾框和濾板的邊角上有通孔，組裝后構(gòu)成完整的通道，能通入懸浮液、洗滌水和引出濾液。板、框兩側(cè)各有把手支托在橫梁上，由壓緊裝置壓緊板、框。板、框之間的濾布起密封墊片的作用。由供料泵將懸浮液壓入濾室，在濾布上形成濾渣，直至充滿濾室。濾液穿過濾布并沿濾板溝槽流至板框邊角通道，集中排出。過濾完畢，可通入清洗滌水洗滌濾渣。洗滌后，有時(shí)還通入壓縮空氣，除去剩余的洗滌液。隨后打開壓濾機(jī)卸除濾渣，清洗濾布，重新壓緊板、框，開始下一工作循環(huán)。 2.3.2陶瓷膜微濾酵母菌適用孔徑0.65μm、親水性濾膜，過濾無須任何預(yù)處理，節(jié)約成本。菌渣可直接做飼料，完全消除廢液污染。濾液不含蛋白質(zhì)量高，保證連續(xù)離交進(jìn)料要求。將發(fā)酵液通過陶瓷膜，濾掉雜質(zhì)。收集上清液2.3.3超濾濃縮采用中空纖維式膜分離器，將上清液進(jìn)料，進(jìn)料液在管內(nèi)流動(dòng)，在壓力的作用下透過液由管內(nèi)側(cè)流向管外側(cè)，乳糖酶等小分子顆粒通過濾膜，細(xì)菌的大分子被截留。由于乳糖酶的分子量是120KD，所以選擇截留分子量為20kD的超濾膜進(jìn)行濃縮，既不損失過多的蛋白，又會除去多余的雜質(zhì)。2.3.4噴霧干燥上層清液經(jīng)處理后進(jìn)行噴霧干燥獲得半成品干物料。噴霧式干燥機(jī)的主要工作過程是：外界新鮮空氣通過空氣過濾器、鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)入空氣加熱器，使空氣溫度提高到280℃左右，送進(jìn)干燥室(塔)。在進(jìn)入干燥室(塔)前，熱空氣先通過勻風(fēng)板，使熱空氣均勻分布，防止旋渦，避免焦粉發(fā)生，以保證干燥效果。需干燥處理的物料液，經(jīng)殺菌處理后進(jìn)入料罐，再由壓力泵送至霧化器，料液以霧狀噴出并與熱空氣混合，物料微粒吸取熱量，瞬間水分蒸發(fā)，形成粉末向下降落，干燥室內(nèi)一般保持120℃以下，經(jīng)過一段恒速干燥，進(jìn)一步蒸發(fā)水分，粗顆粒落人干燥室(塔)的錐形底部并排出機(jī)外。干燥后的物料細(xì)粉粒和低溫濕空氣經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，廢空氣由排風(fēng)機(jī)排放，干燥細(xì)粉末產(chǎn)品落下由卸料器連續(xù)排出。2.3.5脫色采用活性炭脫色。溫度75~80℃為好，pH3~6，在極性溶劑中效果較好，加入量為千分之一至三（或5），脫色時(shí)間為30~60min。2.4包裝車間2.4.1包裝及保藏經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格的活性干酵母、乳糖酶先加入AADY保護(hù)劑（海藻糖5%+司班-602%+吐溫-802%的組合），后采用鋁塑薄膜真空包裝成500克/包、100克/包、30克/包、10克/包等規(guī)格，在室溫下保質(zhì)期為6-12個(gè)月。并將包裝好的活性干酵母、乳糖酶置于10℃的條件下保藏。第四章生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)4.1反應(yīng)器的論證本設(shè)計(jì)擬采用自吸式發(fā)酵罐。自吸式發(fā)酵罐是一種用于好氣發(fā)酵的發(fā)酵罐，它裝有一種特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械攪拌裝置，當(dāng)這種攪拌槳滾動(dòng)時(shí)，緊密貼在槳底的導(dǎo)氣管可借槳葉排出液體時(shí)所產(chǎn)生的局部真空把大氣中空氣經(jīng)由濾后吸入罐內(nèi)。鎮(zhèn)江格瑞生物生產(chǎn)的這種發(fā)酵罐已在醋廠，酵母廠，制藥廠等投入使用。由于其獨(dú)特的流體力學(xué)特性，自吸式發(fā)酵罐有以下突出優(yōu)點(diǎn)：（1）氣液接觸十分良好，氣泡分散較細(xì)，氧在發(fā)酵液中的溶解速率快。（2）設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化降低勞動(dòng)強(qiáng)度。（3）結(jié)構(gòu)簡單，溶氧效率高，操作方便。（4）節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣儲罐、總過濾器設(shè)備，減少廠房占地面積。（5）減少工廠發(fā)酵設(shè)備投資約30%左右。4.2反應(yīng)器的設(shè)計(jì)4.2.1發(fā)酵罐設(shè)計(jì)內(nèi)容：30m3的自吸式發(fā)酵罐表4-1技術(shù)特性要求設(shè)備內(nèi)外夾套內(nèi)襯設(shè)計(jì)壓力MPa0.350.30.3設(shè)計(jì)溫度℃80120120主要物料發(fā)酵液蒸餾水發(fā)酵液腐蝕裕度mm1.01.01.0焊縫系數(shù)0.9操作容積m330換熱面積m221主要受壓元件材料1Cr18Ni9Ti，Q235-A（1）公稱容積V=30m3（2）自吸式發(fā)酵罐高徑比?。篐/D=2/1（3）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算：4.2.1.1計(jì)算確定壁厚：設(shè)計(jì)壓力：0.35MPa設(shè)計(jì)溫度：80℃采用不銹鋼[σ]t=133MPaDg>800mm，采用雙面對接焊，局部探傷=0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3C1鋼板負(fù)偏差，其范圍為0.13~1.3，現(xiàn)取0.8C2腐蝕裕量，單面取1，雙面取2，C2=2C3加工減薄量，對冷加工，C=0，C3=0V公稱=0.485D22D=30D=3.14m取D=3200mmH=6400mm壁厚：S=PD/（2[σ]-P）+C=7.48mm選S=8mm4.2.1.2強(qiáng)度校正：取K=1，[P]=2δe[σ]t/(KDi)=0.352MP﹥Pw=0.35MP，所以設(shè)計(jì)壁厚符合要求。4.2.1.3兩端封頭4.2.1.3.1頂部封頭：在發(fā)酵過程中，發(fā)酵過程中，發(fā)酵液活動(dòng)劇烈，易產(chǎn)生大量的泡沫，故在設(shè)計(jì)過程中，可局部放大頂部封頭，增大可容空間，以作緩沖作用，減少逃液量。采用橢圓形封頭，材料為1Cr18Ni9Ti。選型：Dg=3200mmh=Di/4=800mmh0=25mm封頭上有四個(gè)開孔：a、人孔：Φ400，選用不銹鋼，水平吊蓋（J04-0099-0114）公稱壓力為0.6MPa。b、排氣管：采用不銹鋼管，以焊接方式與封頭連接，為緩解發(fā)酵過程中氣液夾帶現(xiàn)象，減少泡沫隨氣體溢出的可能性，排氣口直徑可考慮取大些，公稱直徑Dg=200mmc、視孔：HGJ501-86-14，Pg10Dg300組合件 d、備用孔：取Dg=80mm4.2.1.3.2底部封頭：采用橢圓封頭，材料為1Cr18Ni9Ti。其上開孔：1個(gè)排料孔，1個(gè)冷凝進(jìn)水口，若干個(gè)空氣分布器孔。封頭選型：Dg=3200mmh=800mmh0=25mmF=11.351m2V=1.541m34.2.1.4空氣噴嘴：條件：反應(yīng)液體積V=21m3空氣以250~300m/s高速噴入反應(yīng)液循環(huán)周期：當(dāng)菌體的濃度微7%時(shí)要求周期在2.5~3.5min，不可超過4min，現(xiàn)取t=3.5min。環(huán)流速w=1.2~1.4m/s，現(xiàn)取w=1.2m/sVL/QCVL—有效反應(yīng)液體積QC—反應(yīng)液循環(huán)量QC=（D2-D2）W/4D=3047mm噴嘴直徑的計(jì)算：提高溶氧系數(shù)，需選用良好結(jié)構(gòu)及適當(dāng)直徑的噴嘴，當(dāng)Re空氣>Re液+250時(shí)，氣泡分裂細(xì)碎較好，以此為依據(jù)：Re空氣=V/d1v空氣Re液=V/dv液式中：d1—噴嘴直徑v空氣—空氣的運(yùn)動(dòng)黏度m2/sV液—反應(yīng)液的循環(huán)量m3/sd—上升管的直徑，采用套筒，故需轉(zhuǎn)換面積比v液—反應(yīng)液的運(yùn)動(dòng)黏度，可取0.803×10-6（m2/s）空氣提升力：A=V液/V空氣由上述條件知：V液=6m3/min循環(huán)上升線速w=1.2m/s，由《生物工藝學(xué)》P119表6-3，知A=2.2，故V空氣=2.73m2/min。噴嘴前空氣壓力P=2.9大氣壓（表壓）罐壓0.35大氣壓（表壓），P2=1+0.35=1.35大氣壓（表壓）噴嘴前后壓力差：P=3.9-（1.35+12.610）=1.29根據(jù)近似公式：V空氣=1.8105d12..5P0..6P20..3根據(jù)高孔榮《反應(yīng)設(shè)備》d1=11mm 噴嘴個(gè)數(shù)的確定： 由反應(yīng)通風(fēng)量要求：最大通風(fēng)量達(dá)V=1.62m3/h V=3000.785nd12 n=57 57個(gè)噴嘴，可以確定空氣分布器管Dg=300mm4.2.1.5筒體壁個(gè)接管:4.2.1.5.1進(jìn)料口：采用連續(xù)滅菌，設(shè)進(jìn)料流速1m/s，每小時(shí)滅8m3，計(jì)算得：A=8/(36001)=2.2210-3m2，又A=0.785d2，計(jì)算得進(jìn)料口直徑d=0.053m。故選用Dg=650mm的水煤氣輸送鋼管GB3092—82，材料1Cr18Ni9Ti。4.2.1.5.2出料口：發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵液從此處快速排出，擬在20分鐘內(nèi)完成，設(shè)排出速為2m/s，計(jì)算得A=21/(20602)=0.00875m2又A=0.785d2，d=105.6mm，故選用Dg=125mm的水煤氣輸送鋼管GB3092-82，材料1Cr18Ni9Ti。4.2.1.6冷卻面積的計(jì)算：影響發(fā)酵罐冷卻面積的因素很多，諸如：不同的菌種系統(tǒng)、基質(zhì)濃度、材質(zhì)、冷卻水溫、水質(zhì)、冷卻水流速等。采用經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算法：查吳思方主編《設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型》P111，因生產(chǎn)乳糖酶，故Ψ取1.0，Φ取70％，則每一個(gè)30m3的發(fā)酵罐換熱面積：A=V全ΦΨ=300.71=21m2。4.2.1.6.1冷卻管的布置：為了保證發(fā)酵罐的冷卻，單是計(jì)算出冷卻面積是不夠的，還要有足夠的管道截面積，以供足夠的冷卻水通過。最高熱負(fù)荷下的耗水量：W=Q總/Cp（t1-t2）Q總—每1m3料液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1h的發(fā)熱量與料液總體積的乘積Cp—冷卻水的比容，4.18/KJ(Kg·K)t2—冷卻水的終溫t2=24℃t1—冷卻水的初溫t1=20℃Q總=4.18600021=5.27105KJ/h故：W=5.2710^5/﹛4.18(24-20)﹜=31500Kg/h=8.75Kg/s冷卻水體積流量為110-2m3/s，取冷卻水在豎直列管中流速1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程可得：冷卻管總截面積S總=W/v=110-2m2進(jìn)水總管直徑：d總=(S總/0.785)?=113mm故進(jìn)出冷卻水管選Dg=125mm4.2.1.6.2冷卻管組數(shù)與管徑：冷卻管總截面積S總、管徑d0、組數(shù)n=2（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)）S總=0.785nd02d0=0.080m查金屬材料表選?。篋g=100mm水煤氣輸送鋼管。冷卻管總長：L=F/F0F—總冷卻面積F0—每米長冷卻管面積L=71m占有的體積：V=0.7850.1271=0.557m34.2.1.6.3每組管長L0和管組高度：L0=L/2=71/2=35.5m另需連接管2m：L實(shí)=L0+2=73m可排豎直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可深入封頭150mm，設(shè)反應(yīng)罐內(nèi)附件總占有體積0.8m3?？傉加蠽總=V液+V管+V附=21+0.628+0.8=22.428m3筒體液面為：(V總-V橢圓)/S總=(21.9705-1.541)/(0.7853.22)=2.54m豎蛇管總高度：H總=2.54+0.5=3.04m現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型管曲徑250mm，則兩管距為500mm，兩端彎管總長度l0=3.14D=1570mm。直徑高度：h=12.5m每一圈管長：l=2h+l0=26.57m4.2.1.6.4每組管子圈數(shù)n0n0=L0/l=64.2.1.6.5校核：F實(shí)際=3.14×0.1×73=22.9>21，故滿足要求。4.2.1.7連消泵的選型(1)連消泵輸送的是密度為0.14t/m3的水解糖液，其黏度范圍在(1.3~0.5)×10-3Pa.s，溫度在100℃以下。(2)介質(zhì)中無固體顆粒，澄清，透明。(3)介質(zhì)中基本上無氣體。(4)操作條件：溫度為30~40℃；壓力：進(jìn)口側(cè)靠調(diào)漿罐液位壓送，出口側(cè)設(shè)備壓力為0.4~0.5MPa；流量：最大流量qmax=9m3/h，最小流量qmin=7m3/h，正常流量=8m3/h.(5)連消泵一般設(shè)在車間或泵房中，進(jìn)口側(cè)泵在液面之下。(6)據(jù)上，查有關(guān)圖表，可確定選擇離心泵即可滿足生產(chǎn)要求?，F(xiàn)選IS50-32-125型離心泵，該型泵流量12.5m3/h，揚(yáng)程20m，轉(zhuǎn)速2900r/min，電機(jī)功率2.2kw。4.2.2種子罐表4-2技術(shù)特性要求設(shè)備內(nèi)外夾套內(nèi)襯設(shè)計(jì)壓力MPa0.350.30.3設(shè)計(jì)溫度℃80120120主要物料發(fā)酵液蒸餾水發(fā)酵液腐蝕裕度mm1.01.01.0焊縫系數(shù)0.9操作容積m33換熱面積m22.4主要受壓元件材料1Cr18Ni9Ti，Q235-A（1）公稱容積V=3m3（2）攪拌式發(fā)酵罐高徑比?。篐/D=2.0/1（3）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算：4.2.2.1計(jì)算確定壁厚：設(shè)計(jì)壓力：0.35MPa設(shè)計(jì)溫度：34℃采用不銹鋼[σ]t=133MPaDg>800mm，采用雙面對接焊，局部探傷=0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3 C1鋼板負(fù)偏差，其范圍為0.13~1.3，現(xiàn)取0.8C2腐蝕裕量，單面取1，雙面取2，C2=2C3加工減薄量，對冷加工，C=0，C3=0V公稱=0.485D22D=3D=1.458m取D=1500mm，H=3000mm壁厚：S=PD/(2[σ]-P)+C=4.99選S=6mm強(qiáng)度校正：取K=1，[P]=2δe[σ]t/(KDi)=0.511MP﹥Pw=0.35MP，所以設(shè)計(jì)壁厚符合要求。4.2.2.2兩端封頭4.2.2.2.1頂部封頭：在發(fā)酵過程中，發(fā)酵過程中，發(fā)酵液活動(dòng)劇烈，易產(chǎn)生大量的泡沫，故在設(shè)計(jì)過程中，可局部放大頂部封頭，增大可容空間，以作緩沖作用，減少逃液量。橢圓形封頭，材料為1Cr18Ni9Ti選型：Dg=1500mmhi=375mmh0=25mmF=2.557m2V=0.486m3封頭上有四個(gè)開孔：a、人孔：選用不銹鋼，水平吊蓋（J04—0099—0114）公稱壓力為0.6MPa，公稱直徑Dg=700mmb、排氣管：采用不銹鋼管，以焊接方式與封頭連接，為緩解發(fā)酵過程中氣液夾帶現(xiàn)象，減少泡沫隨氣體溢出的可能性，排氣口直徑可考慮取大些，公稱直徑Dg=400mmc、視孔：HGJ501—86—14，Pg10Dg300組合件d、備用孔：取Dg=80mm4.2.2.2.2底部封頭：采用橢圓封頭，材料為1Cr18Ni9Ti。其上開孔：1個(gè)排料孔，1個(gè)冷凝進(jìn)水口，若干個(gè)空氣分布器孔。封頭選型：Dg=1500mmhi=375mmh0=25mmF=2.557m2V=0.486m34.2.2.3空氣噴嘴：條件：反應(yīng)液體積V=2.1m3空氣以250~300m/s高速噴入反應(yīng)液循環(huán)周期：當(dāng)菌體的濃度微7%時(shí)要求周期在2.5~3.5min，不可超過4min，現(xiàn)取t=3.5min。環(huán)流速w=1.2~1.4m/s，現(xiàn)取w=1.2m/sVL/QCVL—有效反應(yīng)液體積QC—反應(yīng)液循環(huán)量QC=（D2-D2）W/4D=1496mm噴嘴直徑的計(jì)算：提高溶氧系數(shù)，需選用良好結(jié)構(gòu)及適當(dāng)直徑的噴嘴，當(dāng)Re空氣>Re液+250時(shí)，氣泡分裂細(xì)碎較好，以此為依據(jù)：Re空氣=V/d1v空氣Re液=V/dv液式中：d1—噴嘴直徑v空氣—空氣的運(yùn)動(dòng)黏度m2/sV液—反應(yīng)液的循環(huán)量m3/sd—上升管的直徑，采用套筒，故需轉(zhuǎn)換面積比v液—反應(yīng)液的運(yùn)動(dòng)黏度，可取0.803×10-6（m2/s）空氣提升力：A=V液/V空氣由上述條件知：V液=0.6m3/min循環(huán)上升線速w=1.2m/s，由《生物工藝學(xué)》P119表6-3，知A=2.2，故V空氣=0.27m3/min。噴嘴前空氣壓力P=2.9大氣壓（表壓）罐壓0.35大氣壓（表壓），P2=1+0.35=1.35大氣壓（表壓）噴嘴前后壓力差：P=3.9-（1.35+12.610）=1.29根據(jù)近似公式：V空氣=1.8105d12.5P0.6P20.3根據(jù)高孔榮《反應(yīng)設(shè)備》d1=4.2mm，取d1=5mm噴嘴個(gè)數(shù)的確定：由反應(yīng)通風(fēng)量要求：最大通風(fēng)量達(dá)V=0.061m3/hV=3000.785nd12n=1111個(gè)噴嘴，可以確定空氣分布器管Dg=300mm4.3主要設(shè)備選型表4-3設(shè)備選型一覽表設(shè)備名稱數(shù)量型號尺寸容積（立米）供貨商發(fā)酵罐3KF200韓國高百特發(fā)酵機(jī)(上海)有限公司種子罐350北京靜鑫通茂機(jī)械設(shè)備有限公司螺桿壓縮機(jī)1LGHS-13/72600*1350*1620開山產(chǎn)品銷售公司空氣貯罐1PE耐腐貯罐（立式）3335(D)6620(H)50無錫新龍科技有限公司冷卻器1A2.5F1125(H)304(D)江蘇省姜堰市立新液壓設(shè)備廠絲網(wǎng)除沫器1HG/T21618-1998400(D)蘇州恒通金屬絲網(wǎng)廠加熱器2A2.5F1125(H)304(D)江蘇省姜堰市立新液壓設(shè)備廠總過濾器1YUD-Z-31000(D)1897(H)上海一鳴過濾技術(shù)有限公司分過濾器6JPF-15230(D)1178(H)上海一鳴過濾技術(shù)有限公司氣動(dòng)隔膜泵1QBY-10180*170*225上海上城泵閥制造有限公司臥式貯罐1PE耐腐貯罐4430*225015無錫新龍科技有限公司稀釋罐1錐底聚乙烯貯罐2870(D)5700(H)30無錫新龍科技有限公司澄清罐1PE耐腐貯罐5700(L)2870(D)30無錫新龍科技有限公司連消泵1IS50-32-125308*100*88上海連工泵閥制造有限公司維持罐12000*8000噴淋冷卻器1西安換熱器網(wǎng)高位水槽1方形不銹鋼水箱常州市雙健不銹鋼制品有限公司噴嘴式碟片分離機(jī)2DPF500型遼陽華聯(lián)制藥機(jī)械有限公司轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)1JTY系列諸城金昊三揚(yáng)環(huán)保機(jī)械有限公司單螺桿擠出造粒機(jī)1DLG-60廣州楷誠干燥設(shè)備有限公司流化床1WBF-1重慶英格制藥機(jī)械有限公司CIP清洗系統(tǒng)1HF溫州華豐閥門機(jī)械有限公司車間51360*27840*15300

第五章核算5.1概述項(xiàng)目生產(chǎn)為國內(nèi)外較緊俏的乳糖酶產(chǎn)品。主要設(shè)備為自行設(shè)計(jì)的200m3發(fā)酵罐。主要技術(shù)為成熟工藝。廠址地處南京市區(qū)北部，在京滬高鐵和京滬高速途經(jīng)之處，南京東依上海，本身又是江蘇省會，全國排名前十的城市，位置優(yōu)越，交通便利。5.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)5.2.1生產(chǎn)規(guī)模和方案規(guī)模：年產(chǎn)乳糖酶200噸5.2.2實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃3年建成，4年投產(chǎn)，當(dāng)年的生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)能力的50%，經(jīng)2-3年逐步轉(zhuǎn)換為100％，再逐年增加。5.2.3費(fèi)用統(tǒng)計(jì)（1）工藝設(shè)備及安裝費(fèi)用根據(jù)設(shè)備選型及各廠的報(bào)價(jià)，可知需800萬元。（2）公用工程供用電氣及安裝工程：供電局供電，需200萬元，增容費(fèi)用80萬元（3）輔助車間總費(fèi)用800萬元（4）廢處理總費(fèi)用100萬元（5）生活福利工程費(fèi)用200萬元（6）用房與土地征用：產(chǎn)品倉庫、原料倉庫、材料倉庫，各廠房配置溫度記錄。共50畝表5-1建設(shè)投資金額簡表項(xiàng)目期間建設(shè)期試產(chǎn)期實(shí)施年份20132017序號完成任務(wù)6—12月1季度2季度3季度4季度1廠房設(shè)計(jì)10萬執(zhí)行2編制可研報(bào)告3項(xiàng)目立項(xiàng)報(bào)批20萬4廠房建設(shè)200萬試產(chǎn)期建設(shè)增加資金50萬5設(shè)備談判簽約100萬6設(shè)備制造800萬7人員培訓(xùn)50萬一期試用補(bǔ)貼10萬二期試用補(bǔ)貼10萬8設(shè)備安裝調(diào)試由供應(yīng)商負(fù)責(zé)9設(shè)備驗(yàn)收由供應(yīng)商負(fù)責(zé)10項(xiàng)目試產(chǎn)驗(yàn)收40萬50萬60萬70萬說明：1、建設(shè)投資總額1420萬元。2、固定資產(chǎn)投資方向調(diào)節(jié)稅，根據(jù)國家規(guī)定,本項(xiàng)目投資方向調(diào)節(jié)稅稅率為5%。3、全廠定額為150人，工資及福利費(fèi)按每人每年20000元，總300萬元。表5-2產(chǎn)品成本估算單位：元/噸序號項(xiàng)目消耗定額t/t單價(jià)（元/t）金額（元）1原料、輔料麥芽4150060002燃料及動(dòng)力水104.541.5156.8蒸汽407.220382661.6小計(jì)2082818.43工資及福利費(fèi)211.2211.24制造費(fèi)用2002005副產(chǎn)品回收-400單位產(chǎn)品成本88829.6附：制造費(fèi)用：折舊費(fèi)、修理費(fèi)、其它制造費(fèi)用。表5-3利潤合算項(xiàng)目金額（萬元）制造成本合計(jì)2620銷售收入5200增值稅312凈銷售收入4888銷售收入消費(fèi)稅488.8教育附加稅2.0城建費(fèi)9.36銷售費(fèi)用10銷售利潤4387.84管理費(fèi)用800財(cái)務(wù)費(fèi)用1776.6利潤181