1000噸年產(chǎn)量的鼠李糖脂生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u12804摘要 摘要鼠李糖脂是由鼠李糖基和飽和或不飽和脂肪酸組成的糖脂類(lèi)生物表面活性劑。是目前研究時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用較成熟的一種陰離子表面活性劑。鼠李糖脂在農(nóng)業(yè)、石油業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。鼠李糖脂可以很大程度的降低界面表面張力，具有優(yōu)異的乳化作用。同時(shí)，由于鼠李糖脂具有抗菌性，高純度的鼠李糖脂在治療燒傷患者有顯著療效。傳統(tǒng)鼠李糖脂生產(chǎn)是化學(xué)合成法，效率低、能耗大、產(chǎn)出率少、純度低，因此圍繞微生物發(fā)酵法生產(chǎn)鼠李糖脂開(kāi)展設(shè)計(jì)。即以食用油和無(wú)機(jī)鹽為原料，經(jīng)銅綠假單胞菌發(fā)酵產(chǎn)生鼠李糖脂，再經(jīng)酸沉、萃取、濃縮、干燥等流程，以得到高純度鼠李糖脂產(chǎn)物。通過(guò)工藝計(jì)算，選擇發(fā)酵罐、三效蒸發(fā)器、逆流離心萃取機(jī)等合適的生產(chǎn)設(shè)備，以達(dá)到年產(chǎn)1000噸鼠李糖脂的生產(chǎn)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：鼠李糖脂工藝發(fā)酵法工廠設(shè)計(jì)第一章概論1.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介及應(yīng)用前景1.1.1簡(jiǎn)介鼠李糖脂是一種主要用銅綠假單胞菌從次級(jí)代謝途徑產(chǎn)生的糖脂類(lèi)生物表面活性劑。鼠李糖脂是由1或兩分子的鼠李糖脂環(huán)為主的親水基和1或2分子以飽和或不飽和脂肪酸為主的疏水劑構(gòu)成的兩親分子。鼠李糖脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如圖1-1所示。圖1-1鼠李糖脂化學(xué)結(jié)構(gòu)通式現(xiàn)有的生產(chǎn)鼠李糖脂工藝以銅綠假單胞菌P.aeruginosa為主要生產(chǎn)菌株，同時(shí)伯克氏菌類(lèi)也可以產(chǎn)鼠李糖脂。銅綠假單胞菌以烷烴類(lèi)、糖類(lèi)、油脂類(lèi)等有機(jī)物為主要碳源，但由于葡萄糖影響銅綠假單胞菌關(guān)鍵酶的合成與表達(dá)，從而降低鼠李糖脂產(chǎn)量，因此現(xiàn)有工藝大多不適用葡萄糖作為碳源。在30～37℃、pH6.0～7.5條件下進(jìn)行有氧培養(yǎng)，可得到4種主要的鼠李糖脂，結(jié)構(gòu)式如圖1-2所示。RL-1(RhC10C10)RL-2(Rh2C10C10)RL-3(RhC10)RL-4(RhC10)圖1-2常見(jiàn)的4種鼠李糖脂結(jié)構(gòu)表1-1鼠李糖脂的理化性質(zhì)形態(tài)無(wú)色或淺黃色半固體狀密度1.06g/cm3可溶性水、大部分醇揮發(fā)性不揮發(fā)穩(wěn)定性室溫穩(wěn)定，121℃穩(wěn)定至少lh，極限pH不穩(wěn)定1.1.2應(yīng)用及前景(1)海水石油污染修復(fù)領(lǐng)域20世紀(jì)60年代以來(lái)，海上石油勘探和開(kāi)采技術(shù)在迅速發(fā)展的同時(shí)，因頻繁的原油泄漏等事故給海洋環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的破壞。針對(duì)海上原油泄露造成的污染，常使用表面活性劑SDS進(jìn)行清理。后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鼠李糖脂的乳化性能比SDS更優(yōu)越，1.5g/L的SDS可以將其水溶液的表面張力降到29mN/m，而0.12g/L的鼠李糖脂便可將發(fā)酵液的表面張力降到26.5mN/m，并且鼠李糖脂在高pH、高鹽濃度、高溫等極端條件下，均可保持良好的乳化性能，適用于不同海域的石油污染修復(fù)工作。(2)醫(yī)療領(lǐng)域鼠李糖脂具有一定的抗菌性，研究表明，鼠李糖脂可以處理皮膚灼傷和治療部分皮膚病。20世紀(jì)90年代，南斯拉夫?qū)W院的研究人員發(fā)現(xiàn)鼠李糖脂對(duì)燒傷的皮膚具有一定的治療作用。1995年10月3日，美國(guó)的Piljac等人申請(qǐng)了《以鼠李糖脂為基礎(chǔ)的醫(yī)藥制劑》的專(zhuān)利(US5455232)，推進(jìn)了鼠李糖脂在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究。觀其前景，鼠李糖脂相較化學(xué)表面活性劑，具有環(huán)境友好性、低毒性、易降解、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，適用于采油、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等廣大領(lǐng)域。但目前成本高、高純度提取難、生產(chǎn)菌株有致病性等問(wèn)題還急需解決。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1.2.1設(shè)計(jì)概況本次設(shè)計(jì)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，采用微生物發(fā)酵的方法獲得鼠李糖脂。投資小，回報(bào)高，低能耗，污染少，工藝先進(jìn)。1.2.2設(shè)計(jì)任務(wù)年產(chǎn)1000噸鼠李糖脂的發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)1.2.3產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目Q/RJ008-6-2018項(xiàng)目Q/RJ008-6-2018外觀淡黃至白色粉狀水溶解性與水任意比例互溶鼠李糖脂含量/純度≥99%pH值5.0-8.0生物將解度(%)≥90含水量/CMC(mg/L)80-120砷（以As計(jì)mg/kg）＜10汞(mg/Kg)＜1重金屬（以Pb計(jì)mg/Kg）＜40甲醇(mg/kg)＜2000菌落總數(shù)(cfu/g)≤500糞大腸菌群不得檢出銅綠假單胞菌不得檢出金黃色葡萄球菌不得檢出霉菌(cfu/g)≤1001.2.4產(chǎn)品用途應(yīng)用于石油開(kāi)采、醫(yī)藥開(kāi)發(fā)等行業(yè)。1.3設(shè)計(jì)方案1.3.1產(chǎn)品規(guī)模年產(chǎn)鼠李糖脂1000t產(chǎn)品，包裝規(guī)格1kg/袋。1.3.2產(chǎn)品工藝?yán)梦⑸锇l(fā)酵法進(jìn)行鼠李糖脂生產(chǎn)。發(fā)酵液經(jīng)高溫瞬時(shí)滅菌、過(guò)濾分離除去菌體，將得到的發(fā)酵液經(jīng)脫色、濃縮、酸沉、萃取獲得鼠李糖脂溶液，鼠李糖脂溶液經(jīng)濃縮、脫色、復(fù)溶、噴霧干燥等處理工藝后，獲得符合標(biāo)準(zhǔn)要求的鼠李糖脂。1.4設(shè)計(jì)原則1.4.1工廠設(shè)計(jì)工作原則(1)設(shè)計(jì)需符合社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的原則，多快好省得生產(chǎn)鼠李糖脂，在高效生產(chǎn)的同時(shí)也需要減少污染。(2)利用現(xiàn)如今最先進(jìn)的技術(shù)，達(dá)到同類(lèi)型工廠的平均水平。(3)依據(jù)“更新涉及觀念”、“更新設(shè)計(jì)方法”、“更新科技知識(shí)”的“三更新”原則，進(jìn)行工藝優(yōu)化，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的應(yīng)用，使用先進(jìn)技術(shù)。在提高生產(chǎn)率的同時(shí)降低能耗。(4)結(jié)合市場(chǎng)需求，因地制宜,體現(xiàn)工藝的通用性和獨(dú)特性。工廠位置、建設(shè)時(shí)間等條件要適應(yīng)當(dāng)?shù)卣摺?5)考慮到微生物發(fā)酵的工廠的特殊性，既要注意對(duì)周邊環(huán)境的衛(wèi)生，同時(shí)也要注意工廠內(nèi)各個(gè)車(chē)間對(duì)衛(wèi)生、無(wú)菌、防火等條件。1.4.2廠址選擇的原則廠址選擇作為設(shè)計(jì)的主要任務(wù)內(nèi)容之一，包括建廠地區(qū)的選擇和工廠場(chǎng)地位置的選擇。(1)符合當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃的要求，依照國(guó)家法律法規(guī)進(jìn)行建設(shè)。(2)利用當(dāng)?shù)氐恼邇?yōu)勢(shì)，以及低廉的人力物力土地價(jià)格。遠(yuǎn)離容易造成污染的大自然，盡量選擇在工業(yè)園區(qū)。(3)接近原料產(chǎn)地，臨近主干道，減少運(yùn)輸帶來(lái)的費(fèi)用。但因?yàn)樵蠟橛衩子?，同時(shí)也具有污染，需遠(yuǎn)離農(nóng)田。1.5設(shè)計(jì)意義課題研究的是年產(chǎn)1000噸鼠李糖脂的發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)，是建立在生物表面活性劑發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，查找國(guó)內(nèi)外鼠李糖脂的研究現(xiàn)狀，在響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策的同時(shí)，制訂出的一套合理的生產(chǎn)工藝。微生物發(fā)酵具有高產(chǎn)率、高濃度、低能耗、污染少等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)符合國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策。隨著鼠李糖脂的不斷研究，促進(jìn)糖脂類(lèi)生物表面活性劑行業(yè)的發(fā)展，提高生物表面活性劑的總體研究水平。第二章生產(chǎn)工藝2.1發(fā)酵法制備鼠李糖脂的生產(chǎn)工藝2.1.1生產(chǎn)工藝（1）將產(chǎn)鼠李糖脂的銅綠假單胞菌從甘油管中接種至小錐形瓶，錐形瓶中含有無(wú)菌的MSM培養(yǎng)基(0.6g/LNa2HPO4、0.2g/LKH2PO4、4.0g/LNaNO3、0.3g/LMgSO4、0.01g/LCaCl2、0.01g/LFeSO4)，2%酵母浸粉(w/v)，30℃，200r/min活化8h。進(jìn)行涂布，挑取單菌落接種至一級(jí)種子瓶中。（2）以初始發(fā)酵培養(yǎng)基為標(biāo)準(zhǔn)配制體積為60mL的發(fā)酵培養(yǎng)基，裝入250mL標(biāo)準(zhǔn)口徑錐形瓶中，滅菌處理。按比例接種到一級(jí)種子瓶，將置于30℃,200r/min恒溫震蕩搖床中培養(yǎng)12h。鏡檢合格后，接種至二級(jí)種子瓶中。二級(jí)種子瓶培養(yǎng)基成分：MSM培養(yǎng)基，2%葡萄糖(w/v)。（3）將二級(jí)種子液按照3%的接種量接種至一級(jí)種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)酵時(shí)間12h，通入無(wú)菌空氣，并進(jìn)行攪拌。發(fā)酵完成后測(cè)定種子液OD值(600)，待細(xì)菌繁殖進(jìn)入對(duì)數(shù)中后期，準(zhǔn)備接種至二級(jí)種子罐。（4）將一級(jí)種子罐中按照3%的接種量接種至二級(jí)種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)酵時(shí)間18h，通入無(wú)菌空氣，并進(jìn)行攪拌。發(fā)酵完成后測(cè)定種子液OD值(600)，待細(xì)菌繁殖進(jìn)入對(duì)數(shù)中后期，準(zhǔn)備接種至發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。種子罐及發(fā)酵罐培養(yǎng)基成分：50.0g/L玉米油、7.15g/LNaNO3、4.99g/LNa2HPO4、3.32g/LKH2PO4、0.4g/LMgSO4·7H2O、0.01g/L無(wú)水CaCl2、4mL/L微量元素、初始pH7.0。表2-1微量元素溶液成分g/L成分含量FeSO4·7H2O18.0ZnSO4·7H2O3.0MgSO4·2H2O3.0（5）以3%的接種量從二級(jí)種子罐接種至發(fā)酵罐中。因年產(chǎn)鼠李糖脂1000噸，生產(chǎn)時(shí)間300天，則每天需要出鼠李糖脂產(chǎn)品為：3.34噸。發(fā)酵罐產(chǎn)量為38g/L，總提取率為85%，則每天需要發(fā)酵液量：即得到每天的發(fā)酵液量為：每批發(fā)酵周期為96h，填料系數(shù)為50%，需要發(fā)酵罐的體積為100m3。根據(jù)公式：個(gè)發(fā)酵罐，則需要100m3發(fā)酵罐9個(gè)。依照種量體積比為3%進(jìn)行放大，二級(jí)種子罐為3m3，一級(jí)種子罐0.09m3，為方便選型，選取0.1m3種子罐。發(fā)酵過(guò)程中控制通風(fēng)速度，攪拌速率及玉米油的流加速度，發(fā)酵過(guò)程中不斷流加HCl調(diào)節(jié)pH在7.0左右，總發(fā)酵時(shí)間約96h。表2-2發(fā)酵培養(yǎng)基成分(g/L)成分含量玉米油50.00gNaNO37.15gNa2HPO44.99gKH2PO43.32gMgSO4·7H2O0.40g無(wú)水CaCl20.01g微量元素4.00ml混合后一起滅菌。滅菌前pH約5.8，滅菌后pH約為6，用氫氧化鈉調(diào)pH至6.8-7.0；玉米油，高溫滅菌。培養(yǎng)基初始裝液量：50%。經(jīng)過(guò)計(jì)算，每天至少需要放罐2罐，24h內(nèi)完成，兩個(gè)發(fā)酵罐間的放罐間隔時(shí)間為12h，料液在1h內(nèi)完成放罐。物料泵單個(gè)大小需要大于65m3/h，考慮到一備一用，選用40m3/h的物料泵兩個(gè)。在發(fā)酵過(guò)程中需要有補(bǔ)料罐（25m3），確保玉米油完全消耗；過(guò)程需要消泡，且由于產(chǎn)物為表面活性劑，產(chǎn)泡性能強(qiáng)，消泡劑用量較大，約為發(fā)酵液的2%，每天則需要消泡劑2.0m3，選用消泡劑罐5m3。2.1.2主要設(shè)備菌種培養(yǎng)儀器設(shè)備：錐形瓶、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)箱、顯微鏡、搖床、恒溫培養(yǎng)箱、超凈工作臺(tái)、接種環(huán)、酒精燈、冰箱等。表2-3發(fā)酵主要設(shè)備設(shè)備規(guī)格玉米油儲(chǔ)罐100.0m3鹽酸儲(chǔ)罐50.0m3消泡劑儲(chǔ)罐5.0m3一級(jí)種子罐0.1m3二級(jí)種子罐3.0m3配料罐25.0m3發(fā)酵罐100.0m3熱水罐50.0m3物料泵40.0m3/h輔助設(shè)備：空壓機(jī)系統(tǒng)；冷卻循環(huán)水系統(tǒng)；CIP清洗系統(tǒng)。2.2發(fā)酵液過(guò)濾、脫色、濃縮工藝2.2.1流程將發(fā)酵結(jié)束的發(fā)酵液通入板式換熱器中，瞬殺滅菌，保證銅綠假單胞菌死亡，進(jìn)入發(fā)酵液暫儲(chǔ)罐備用。將經(jīng)過(guò)滅菌后的發(fā)酵液通過(guò)臥式離心機(jī)，離心使菌體沉淀，將經(jīng)過(guò)離心后的發(fā)酵液通過(guò)物料泵陶瓷膜過(guò)濾器中，過(guò)濾去除菌體。除菌后的發(fā)酵液升溫至60℃，進(jìn)入活性炭脫色罐脫色30min，活性炭用量約為發(fā)酵液體積的2%，脫色結(jié)束后進(jìn)行過(guò)濾，去除活性炭。將發(fā)酵液預(yù)熱至50℃然后進(jìn)入三效蒸發(fā)器設(shè)備進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，發(fā)酵液濃度從38g/L濃縮至400g/L。每罐蒸發(fā)掉約45m3水，大約消耗蒸汽。濃縮后的發(fā)酵液約5m3。主要廢渣：活性炭廢渣、過(guò)濾后的菌體廢渣（含硅藻土等）、酸沉析出的蛋白質(zhì)及其他副產(chǎn)物。2.2.2主要設(shè)備表2-4過(guò)濾脫色濃縮主要設(shè)備設(shè)備規(guī)格陶瓷膜過(guò)濾器20m3/h濾液儲(chǔ)罐100m3熱水泵40m3/h，H:70m活性炭配置罐5m3脫色罐75m3進(jìn)料泵40m3/h，H:70m板框壓濾機(jī)200降溫?fù)Q熱器150m2.3酸沉萃取、精餾、干燥工藝2.3.1流程（1）濃縮后的發(fā)酵液泵入混酸沉罐中，脫色液透光率>95%，加入鹽酸調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH到2.0-2.5，然后在酸沉中加入氯仿/甲醇（2:1）進(jìn)行重懸萃取。（2）將萃取液離心分離，氯仿相泵入氯仿暫儲(chǔ)罐中，進(jìn)行精餾，回收氯仿。含鼠李糖脂的甲醇相泵入精餾塔中，回收甲醇。（3）精餾后鼠李糖脂加水復(fù)溶，復(fù)溶液經(jīng)噴霧干燥器干燥，制成粉狀鼠李糖脂。2.3.2主要設(shè)備表2-5萃取干燥工段主要設(shè)備設(shè)備規(guī)格混合罐20m3逆流離心萃取機(jī)10m3甲醇儲(chǔ)罐10m3氯仿存罐10m3精餾塔10m甲醇回收罐10m3氯仿回收罐10m3復(fù)溶暫儲(chǔ)罐5m3噴霧干燥器5m3/h2.4工藝流程圖圖2-1鼠李糖脂生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖圖2-2鼠李糖脂生產(chǎn)流程第三章工藝計(jì)算3.1物料衡算9臺(tái)100m3發(fā)酵罐，裝液量為50%。全年330天，發(fā)酵時(shí)間96h，產(chǎn)物處理時(shí)間為12h，產(chǎn)量38g/L,收率為85%的條件下,由上述求得可知年產(chǎn)量為：每批鼠李糖脂產(chǎn)量：玉米油的每次消耗量比kg/kg為1.32，則每玉米油的消耗量為：表3-1單批次其他發(fā)酵培養(yǎng)基成分需求量名稱(chēng)消耗量kg硝酸鈉3217.5磷酸氫二鈉2245.5磷酸二氫鉀1494.0七水合硫酸鎂180.0無(wú)水氯化鈣4.5七水合硫酸亞鐵32.4七水合硫酸鋅5.4二水合硫酸錳5.4酸沉鹽酸鼠李糖脂的每批的消耗量比kg/kg為0.000197，則每批次酸沉使用6mol/L鹽酸的為：活性炭每次消耗量比kg/kg0.27，則單批次活性炭的消耗量為：3.2熱量衡算3.2.1發(fā)酵產(chǎn)熱階段發(fā)酵熱又被稱(chēng)為呼吸熱。發(fā)酵熱為：計(jì)算發(fā)酵液升溫到發(fā)酵溫度的耗熱量，按照公式單批次m=14535kgc=4.2kJ/kgt=30℃t0=15℃則Q=14535kg×4.2kJ/kg×（30℃?15℃）=9.16×103.2.2滅菌離心超濾后升溫超濾后的發(fā)酵液50℃以下，取45℃，經(jīng)過(guò)板式換熱器升溫至60℃，此時(shí)發(fā)酵液經(jīng)過(guò)板框過(guò)濾及超濾流程，單批次發(fā)酵液質(zhì)量為：14535kg。c=4.2kJ/kg蒸汽溫度:120℃蒸汽比熱:1kJ/kg℃r熱量損失:3%T=60℃T進(jìn)=45℃發(fā)酵完成的發(fā)酵液經(jīng)板式換熱器升溫到60℃，所消耗的熱量為：消耗的蒸汽量為：3.3水量衡算3.4.1發(fā)酵冷卻用水發(fā)酵罐放出熱量發(fā)酵罐放出的熱量為：發(fā)酵產(chǎn)熱：蒸熱量：射散熱量：冷卻水用量其中冷卻水的進(jìn)、出溫度分別為18℃，25℃?？紤]到冷卻水可循環(huán)利用，因此可按3%的耗用率計(jì)算，則冷卻水用量:3.4設(shè)備選型3.4.1發(fā)酵罐選型采用公稱(chēng)容積為100m3的發(fā)酵罐。查相關(guān)文獻(xiàn)可得，公稱(chēng)容積為100m3發(fā)酵罐，總?cè)莘e為118m3取高徑比：合并方程：解得：查閱文獻(xiàn)《鋼制壓力容器用封頭》(JB/T4746-2002)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)公稱(chēng)直徑D=3800mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲面高度h=950mm，直邊高度為hb=50mm，總深度為ha=1000mm，內(nèi)表面積罐筒身高：四舍五入取整為9m此時(shí)：，與假設(shè)符合，所以D=3800mm，H=9000mm為符合要求的高徑比。實(shí)際發(fā)酵罐體積:。根據(jù)《鋼制壓力容器用封頭》(JB/T

4746‐2002)標(biāo)準(zhǔn)，由發(fā)酵罐內(nèi)徑D=3800mm可知得封頭規(guī)格：表3-2封頭規(guī)格公稱(chēng)直徑(D)直邊高度(hb)曲面高度(h)內(nèi)表面積(Af)容積(Vf)3.8m0.05m0.95m16.2m27.75m33.4.2發(fā)酵罐數(shù)量鼠李糖脂年產(chǎn)1000t，生產(chǎn)時(shí)間300天，計(jì)算可得每天產(chǎn)出鼠李糖脂為：3.34t。鼠李糖脂主要過(guò)程參數(shù)如下：發(fā)酵罐放罐產(chǎn)量為38g/L，總提取率為85%，則每天需要發(fā)酵液量為：發(fā)酵液。發(fā)酵周期為96h，填料系數(shù)為50%，需要100m3發(fā)酵罐個(gè)發(fā)酵罐，若選8個(gè)發(fā)酵罐則年產(chǎn)量不足。則需要100m3發(fā)酵罐9個(gè)發(fā)酵罐，同時(shí)留有1個(gè)備用發(fā)酵罐?？偣残枰?0臺(tái)100m3發(fā)酵罐可滿足年產(chǎn)1000t鼠李糖脂的要求。3.4.3發(fā)酵系統(tǒng)配置（1）無(wú)菌空氣系統(tǒng)流程：空壓機(jī)→冷卻器→析水機(jī)→總過(guò)濾器→分過(guò)濾器→發(fā)酵罐（2）溫度控制系統(tǒng)：獨(dú)立控制，互不干擾。（3）pH控制系統(tǒng)：獨(dú)立控制，互不干擾。（4）空氣流量及壓力控制系統(tǒng)：進(jìn)口傳感器，自動(dòng)控制。（5）電氣及控制系統(tǒng)：采用S型生物反應(yīng)控制器；專(zhuān)用模塊，數(shù)據(jù)采集分析、獨(dú)立控制，互不干擾。表3-3發(fā)酵設(shè)備配置設(shè)備性能要求3m3種子罐1.內(nèi)筒Ф1200×3000×8mm，上下封頭，內(nèi)盤(pán)管Ф57×3mm，全部304材質(zhì)SEW減速機(jī)。2.pH、DO、溫度及各種工藝要求標(biāo)準(zhǔn)接口，接口處夾套扳邊手工或機(jī)械滾邊。2.攪拌系統(tǒng)頂攪拌，約翰克蘭機(jī)械密封，德國(guó)SEW電機(jī)，電機(jī)功率22KW；變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，日本富士變頻器；數(shù)據(jù)有相應(yīng)信號(hào)輸出，供數(shù)據(jù)采集；三檔發(fā)酵攪拌器，四檔板，材質(zhì)為SS304，輕觸式安全視鏡燈。100m3發(fā)酵罐1.內(nèi)筒Ф3800×9000×11mm，上下封頭，內(nèi)盤(pán)管Ф80×3mm，全部304材質(zhì)SEW減速機(jī)，約翰克蘭機(jī)械密封。2.攪拌系統(tǒng)頂攪拌，約翰克蘭機(jī)械密封，德國(guó)SEW電機(jī)，電機(jī)功率125KW；攪拌轉(zhuǎn)速130rpm，變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，日本富士變頻器；發(fā)酵攪拌器，四檔板，材質(zhì)為SS304，輕觸式安全視鏡燈。100m3儲(chǔ)罐內(nèi)筒Ф4000×8000×11mm，304不銹鋼，帶定速攪拌。3m3酸罐內(nèi)筒Ф1200×2500×10mm，316材質(zhì);夾套Ф1300×1050×5mm，304材質(zhì)，SEW減速攪拌。5m3消泡罐內(nèi)筒Ф1500×2000×8mm,上下封頭；304材質(zhì)，定速攪拌。50m3配料罐內(nèi)筒Ф3100×6200×6mm,平蓋下封頭，304材質(zhì)?？諝馓幚硐到y(tǒng)1.空氣減壓閥。2.0.01μm除菌精過(guò)濾器5m3/min3只，不銹鋼拋光外殼；快速裝夾結(jié)構(gòu)，裝拆方便，便于清理（用于100L一級(jí)種子罐的進(jìn)風(fēng)）。3.0.01μm除菌精過(guò)濾器20m3/min6只，不銹鋼拋光外殼；快速裝夾結(jié)構(gòu)，裝拆方便，便于清理。4.聚四氟乙烯空氣過(guò)濾器，過(guò)濾效率為99.99%以上。空氣加熱器1.油水分離器1只，碳鋼材質(zhì)，處理量60m3/min；立式安裝。2.空氣加熱器1只，材質(zhì)為304不銹鋼，傳熱面積3m2；空氣溫度與空氣加熱器關(guān)聯(lián)控制。第四章廠址選擇及排布廠址選擇是企業(yè)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，包括了建廠地區(qū)的選擇和工廠場(chǎng)地位置的選擇。4.1廠址選擇4.1.1地理位置本項(xiàng)目初步建廠位置在山東省鄒平市韓店工業(yè)園區(qū)，距離玉米油原材料生產(chǎn)廠家——西王集團(tuán)僅有2公里。且位于市郊地區(qū)，土地價(jià)格低廉，建廠成本較低。該地距離東營(yíng)港僅200公里，擁有巨大的市場(chǎng)。4.1.2地形、面積該地地形基本平坦，無(wú)過(guò)高的起伏，有利于總平面設(shè)計(jì)。同時(shí)該工業(yè)園區(qū)面積廣闊，滿足建廠需求和未來(lái)工廠增加產(chǎn)量時(shí)擴(kuò)大廠區(qū)面積。而且該地遠(yuǎn)離山區(qū)，幾乎沒(méi)有暴雨天氣，沒(méi)有塌方、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害。4.1.3水文工藝用水是不可或缺的，在廠區(qū)北邊有一條河流，擁有充足的水資源。由于生產(chǎn)的耗水量高，工廠需要建設(shè)一整套水處理系統(tǒng)，包括水循環(huán)、水凈化。但由于工廠在生產(chǎn)中使用氯仿、甲醇等有毒有機(jī)溶劑，不能直接向海湖河等水源地排放，本工業(yè)園附近有污水處理廠，污水可以通過(guò)地下排污管道與污水處理廠連接，經(jīng)由污水處理廠進(jìn)行處理后排放。4.1.4能源工廠選址附近就有2家電廠，保證電能供應(yīng)。同時(shí)還要對(duì)工廠的配電室、鍋爐房等相關(guān)配套設(shè)施作出具體的執(zhí)行方案。同時(shí)附近人口眾多，人力資源豐富，勞動(dòng)力價(jià)格低廉。4.1.5運(yùn)輸工廠緊鄰235省道，距離鄒平收費(fèi)站僅10公里，距離東營(yíng)港200公里，距離濟(jì)南遙墻國(guó)際機(jī)場(chǎng)60公里。海陸空運(yùn)發(fā)達(dá)，有效節(jié)約運(yùn)輸成本。附近也有物流園，批發(fā)零售都極其方便。4.1.6環(huán)境工廠周邊環(huán)境干凈清潔，衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到相應(yīng)的生產(chǎn)需要。廠區(qū)的位置遠(yuǎn)離人口聚居地區(qū)，處在河流的上游段，廠區(qū)附近也沒(méi)有其他的高污染高毒性生產(chǎn)廠家，環(huán)境條件優(yōu)越。4.2車(chē)間平面布置車(chē)間布置設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，關(guān)系著整個(gè)車(chē)間的發(fā)展前景。有序的車(chē)間布置，對(duì)于先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程有著如虎添翼的作用。對(duì)于該車(chē)間平面布置，要遵循的原則如下：依照流程的方向進(jìn)行對(duì)生產(chǎn)設(shè)備依次排列，保證按順序進(jìn)行生產(chǎn)加工。保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。各設(shè)備布置間距要合適，為操作人員留出足夠的操作空間。同時(shí)車(chē)間內(nèi)要留出至少堆放一批發(fā)酵原料的空地。還要考慮相似設(shè)備間的互相替代，減少投資成本。各種工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)置于車(chē)間一樓，同時(shí)也不得與車(chē)間的墻面或柱子靠近，以免影響建筑物安全。較高的設(shè)備集中起來(lái)，減少樓層間打孔量，節(jié)約每層的空間。車(chē)間通風(fēng)設(shè)備布置合理，發(fā)酵車(chē)間建在上風(fēng)處。由于銅綠假單胞菌是種條件致病菌，操作人員在進(jìn)行投料等可能接觸菌體時(shí)一定要做好防護(hù)措施，佩戴好口罩、防護(hù)鏡和手套。生產(chǎn)過(guò)程中盡量采取電腦操控設(shè)備和監(jiān)控發(fā)酵情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，以較少的人力換取更多的產(chǎn)量。4.3生產(chǎn)建筑布局根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況以及文獻(xiàn)所查的要求，生產(chǎn)建筑要求如下：一個(gè)完整的工廠，包括生產(chǎn)部門(mén)、輔助動(dòng)力部門(mén)、原料及成品倉(cāng)庫(kù)部門(mén)、行政部門(mén)、生活部門(mén)等幾項(xiàng)。表4-1廠區(qū)建筑生產(chǎn)部門(mén)輔助動(dòng)力部門(mén)原料成品倉(cāng)庫(kù)行政部門(mén)生活部門(mén)生產(chǎn)車(chē)間水處理車(chē)間玉米油倉(cāng)庫(kù)辦公室食堂提純車(chē)間鍋爐房輔料倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控室宿舍打包車(chē)間空氣凈化車(chē)間包裝材料倉(cāng)庫(kù)后勤更衣室、廁所化驗(yàn)室配電室成品倉(cāng)庫(kù)科研中心閱覽室、健身房第五章工廠衛(wèi)生及三廢治理5.1清潔生產(chǎn)5.1.2工廠地址選擇的衛(wèi)生該選址位于鄒平市近郊，附近無(wú)高污染的化工企業(yè)，僅有一家污染較大的發(fā)電廠，但距離較遠(yuǎn)。而且周?chē)G化程度高，空氣質(zhì)量較好，浮塵和空氣含菌濃度較低，適宜在該地建廠。5.1.2車(chē)間內(nèi)部布局的衛(wèi)生由于本工廠為生物工程工廠，且所用生產(chǎn)菌株——銅綠假單胞菌是類(lèi)條件致病菌，車(chē)間衛(wèi)生尤為重要。車(chē)間內(nèi)部的通風(fēng)排水系統(tǒng)布局合理，防止雜菌污染和銅綠假單胞菌污染。控制好其他車(chē)間與發(fā)酵車(chē)間間距，其他車(chē)間盡量在發(fā)酵車(chē)間上風(fēng)區(qū)，避免發(fā)酵車(chē)間菌株泄露影響其他車(chē)間安全。5.1.3車(chē)間內(nèi)部建筑的衛(wèi)生廠區(qū)墻壁最好砌白色瓷磚，最好2米以上，頂角、墻角最好應(yīng)是弧形，避免出現(xiàn)死角，地面必須保持清潔并易于清洗消毒。生產(chǎn)垃圾如菌渣等應(yīng)集中處理，遠(yuǎn)離發(fā)酵區(qū)，保證每天清理出廠區(qū)。與物料直接接觸的機(jī)器、輸送帶、工作臺(tái)面等均應(yīng)采用不銹鋼的材料，并配有對(duì)其設(shè)備工具進(jìn)行消毒的相關(guān)設(shè)施。5.1.4成品倉(cāng)庫(kù)的衛(wèi)生保持倉(cāng)庫(kù)整潔衛(wèi)生，每天有專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行清潔消毒。由于鼠李糖脂是糖脂類(lèi)，易吸水變粘稠，成品倉(cāng)庫(kù)需要安裝有溫度濕度表以及吸濕裝置并，保證倉(cāng)庫(kù)的干燥。同時(shí)也需要每日進(jìn)行通風(fēng)，保證低倉(cāng)庫(kù)空氣中菌濃。5.1.5生產(chǎn)人員個(gè)人衛(wèi)生生產(chǎn)人員的個(gè)人衛(wèi)在生產(chǎn)中生至關(guān)重要。生產(chǎn)人員在進(jìn)入車(chē)間前，務(wù)必洗手和全身消毒，并且穿戴工作服、工作帽、口罩、手套以及鞋套，并在離開(kāi)車(chē)間前再次消毒，以免將有毒菌帶出車(chē)間。在車(chē)間內(nèi)不得使用手機(jī)，在廠區(qū)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁抽煙，尤其是在易燃易爆品附近。5.2三廢治理5.2.1廢水處理圖5-1廢水處理基本流程圖5.2.2廢氣處理本設(shè)計(jì)主要的廢氣為鍋爐房燒煤產(chǎn)生的二氧化碳、二氧化硫等廢氣以及在精餾過(guò)程中少量的氣態(tài)氯仿和氣態(tài)甲醇。在鍋爐房煙囪安裝吸硫裝置，精餾產(chǎn)生的氣態(tài)氯仿可以通入稀氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生甲酸鈉，甲醇直接點(diǎn)燃即可。5.2.3廢渣處理在過(guò)濾出的菌體廢渣中含有少的鼠李糖脂，如果加以回收，也可以增加一定的產(chǎn)量，提高利用率。并且剩余的滅活的菌體和酸沉后的蛋白質(zhì)也可以作為飼料添加劑，為工廠未來(lái)發(fā)展提供方向。向菌體廢渣中添加3倍體積的無(wú)菌水進(jìn)行溶解，過(guò)濾，廢渣烘干后可做飼料添加劑。溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后酸沉，用1倍體積的氯仿/甲醇（2:1）對(duì)沉淀物進(jìn)行萃取，再將甲醇相進(jìn)行蒸發(fā)干燥，獲得鼠李糖脂粗品。加適量無(wú)菌水后，可以做鼠李糖脂溶液進(jìn)行銷(xiāo)售活性炭經(jīng)洗脫后可以循環(huán)利用?？偨Y(jié)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，對(duì)一家合格的工廠所需要的工藝及布局進(jìn)行設(shè)想設(shè)計(jì)，閱讀查找大量相關(guān)文獻(xiàn)及過(guò)往的工廠設(shè)計(jì)案例。針對(duì)年產(chǎn)1000噸鼠李糖脂的發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)，包括工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、物料衡算、廠址選擇、安全生產(chǎn)、車(chē)間平面設(shè)計(jì)等多個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際工廠參觀以及實(shí)驗(yàn)室中嘗試發(fā)酵，利用多方面的知識(shí)，合理去安排工廠內(nèi)各個(gè)車(chē)間的生產(chǎn)流程。通過(guò)這次工廠設(shè)計(jì)，了解到工廠設(shè)計(jì)的重要性，同時(shí)也為自己未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作打下牢固基礎(chǔ)。由于能力有限，本次設(shè)計(jì)會(huì)有些考慮不當(dāng)?shù)牡胤?，還望可以多加指點(diǎn)，使之更加完美。參考文獻(xiàn)[1]蔡京榮,呂佳佳.生物表面活性劑鼠李糖脂研究概況[J].中國(guó)洗滌用品工業(yè),2019(04):60-67.[2]王江,鞠酒,曹海龍等.一株產(chǎn)鼠李糖脂菌株的篩選、鑒定及其產(chǎn)物特性分析[J].生物技術(shù)通報(bào),2017,33(04):191-197.[3]段海榮,魏賽金,黎循航.銅綠假單胞菌中鼠李糖脂生物合成的研究進(jìn)展[J].中國(guó)生物工程雜志,2020,40(09):43-51.[4]龍旭偉.鼠李糖脂的高效發(fā)酵工藝及應(yīng)用研究[D].浙江大學(xué),2013.[5]趙晨.產(chǎn)鼠李糖脂菌株的選育及其發(fā)酵條件的優(yōu)化[D].齊魯工業(yè)大學(xué),2013.[6]孟令一.一株產(chǎn)糖脂類(lèi)表面活性劑菌株的篩選、純化及其產(chǎn)物分析[D].東北師范大學(xué),2015.[7]梁生康.鼠李糖脂生物表面活性劑對(duì)石油烴污染物生物降解影響的研究[D].中國(guó)海洋大學(xué),2005.[8]張澄.銅綠假單胞菌產(chǎn)鼠李糖脂發(fā)酵