年產(chǎn)3000t木聚糖酶發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u11253第一章緒論 4318201.1木聚糖酶相關(guān)簡(jiǎn)介 47411.1.1木聚糖和木聚糖酶 434351.1.2木聚糖酶的生產(chǎn)簡(jiǎn)史 5172381.1.3木聚糖酶的工業(yè)應(yīng)用 5204321.2太空誘變育種簡(jiǎn)介 6214061.3前景與展望 728849第二章發(fā)酵車間的工藝流程 8295512.1高產(chǎn)木聚糖酶的黑曲霉工程菌株的選取 889662.2黑曲霉工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶 8234912.2.1菌種活化 8200172.2.2一級(jí)種子培養(yǎng) 818922.2.3二級(jí)種子培養(yǎng) 8140872.2.4發(fā)酵罐發(fā)酵 8123752.3發(fā)酵液后處理獲得木聚糖酶 976662.3.1板框壓濾 9127832.3.2噴霧干燥 9254072.3.3篩分分級(jí)和包裝 9154612.4工藝流程 102785第三章生產(chǎn)工藝計(jì)算 11281843.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 118023.1.1工藝技術(shù)分析和指標(biāo) 11184063.1.2培養(yǎng)基基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 11281953.2工藝計(jì)算 12238723.2.1發(fā)酵車間物料衡算 12276753.2.2發(fā)酵車間熱量衡算 14260843.2.3發(fā)酵車間水量估算 1652903.2.4發(fā)酵車間電量估算 1718020第四章設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 20327094.1發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算 2035524.1.1發(fā)酵罐生產(chǎn)能力計(jì)算 207744.1.2發(fā)酵罐主要尺寸計(jì)算 2068164.1.3攪拌器尺寸和功率計(jì)算 21118704.1.4換熱器冷卻面積的計(jì)算 22257144.1.5冷卻管布置計(jì)算 23111344.1.6種子罐的設(shè)計(jì) 2589464.2發(fā)酵車間主要設(shè)備選型 2532121第五章車間編制和管道設(shè)計(jì) 33305115.1車間人員設(shè)置 33190405.1.1生產(chǎn)車間人員編制 33151695.1.2輔助生產(chǎn)人員編制 33263545.2發(fā)酵車間管道設(shè)計(jì) 3528623第六章發(fā)酵車間的布置設(shè)計(jì) 37237016.1概述 37160306.2車間布置的依據(jù)與原則 3792556.3發(fā)酵車間的設(shè)計(jì) 39656第七章廠址選擇及總平面布置 41257207.1廠區(qū)設(shè)計(jì)依據(jù) 4122497.2廠址的地理位置和基本條件 41146937.2.1廠址的地理位置 4171257.2.2廠區(qū)基本條件 41289057.3總廠平面設(shè)計(jì) 41125357.3.1平面設(shè)計(jì)原則 41219217.3.2平面的總體布置設(shè)計(jì)方案 4243717.3.4廠區(qū)設(shè)計(jì) 43摘要木聚糖酶是能夠降解木聚糖的一組酶系的總稱，其降解的產(chǎn)物對(duì)生物資源轉(zhuǎn)化具有重要作用，在造紙、飼料、食品等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)以經(jīng)過太空誘變選育的高產(chǎn)木聚糖酶黑曲霉作為工程菌株，采用液體深層天然發(fā)酵，優(yōu)化車間工藝生產(chǎn)流程，對(duì)年產(chǎn)3000t木聚糖酶發(fā)酵車間進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定發(fā)酵工藝為低濃度補(bǔ)料發(fā)酵，連續(xù)補(bǔ)料培養(yǎng)，通過物料衡算對(duì)發(fā)酵罐及種子罐進(jìn)行計(jì)算和選型，最終選用2個(gè)140m3發(fā)酵罐，發(fā)酵罐直徑4.3m，采用2個(gè)1.4m3一級(jí)種子罐，2個(gè)14m3二級(jí)種子罐和一個(gè)15m3補(bǔ)料罐。本設(shè)計(jì)對(duì)車間具體設(shè)備進(jìn)行選型，并用AutoCad軟件繪制發(fā)酵罐的裝配圖和發(fā)酵車間布置圖。關(guān)鍵詞：木聚糖酶低濃度補(bǔ)料發(fā)酵發(fā)酵罐太空誘變選育第一章緒論1.1木聚糖酶相關(guān)簡(jiǎn)介1.1.1木聚糖和木聚糖酶木聚糖是植物半纖維素的重要組分之一，為存在于植物細(xì)胞壁中的一種結(jié)構(gòu)性非淀粉多糖，在生物結(jié)構(gòu)上由β-1，4或β-1，3糖苷鍵連接而成。由于主鏈上取代基的不同，木聚糖可被劃分為線性均質(zhì)木聚糖、葡萄糖酸木聚糖、葡萄糖酸阿拉伯木聚糖等幾類。其所具有很多理化性質(zhì)和生化特性被廣泛應(yīng)用于食品加工、醫(yī)療保健和化工生產(chǎn)中。例如，木聚糖以其親水性較強(qiáng)，封氧性高和較高的透光度，可適用于食品包裝和藥物遞送中；其次，木聚糖作為一種可循環(huán)降解和再生的綠色資源，被廣泛應(yīng)用于木糖醇、糖醛或其他化學(xué)增殖品的生產(chǎn)中；此外，木聚糖還可以作為膳食添加劑應(yīng)用于保健食品的原料加工領(lǐng)域。木聚糖酶在廣義上是可以將木聚糖水解為單糖木糖（xylose）和低聚木糖（XOs）的一系列酶的總稱，包括內(nèi)切β-1，4-D-木聚糖酶（EC3.2.1.8）、外切β-1、4-D-木聚糖酶（EC3.3.1.7）、β-D-木糖苷酶（EC3.2.1.37）和α-D-葡糖苷酸酶（3.2.1.139）等。狹義上的木聚糖酶單指β-1，4-D-木聚糖酶（EC3.2.1.8），其主要作用于低聚木糖非末端的β-1-4-木糖苷鍵，將其水解成木糖。木聚糖酶的生物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其在理化性質(zhì)、催化區(qū)域、蛋白序列和連接序列方面也具有多樣性，僅憑底物特異性反應(yīng)堆木聚糖酶分類局限性較大。隨著生物分類科學(xué)的發(fā)展，對(duì)木聚糖酶的分類趨近完善，目前主要依據(jù)木聚糖酶催化結(jié)構(gòu)中氨基酸的同源性，可將其分為多個(gè)家族(包括GH5、GH7、GH8、GH10、GH11、GH23、GH30等)。目前，國內(nèi)外絕大多數(shù)關(guān)于木聚糖酶的研究報(bào)道都是屬于G10和G11家族。G10家族的木聚糖酶是由多個(gè)α螺旋和β折疊所構(gòu)成的桶狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合位點(diǎn)較多，因此生物多樣性豐富，而G11家族的木聚糖酶則是由少數(shù)α螺旋和β螺旋組成的三級(jí)結(jié)構(gòu)，生物多樣性較低。據(jù)大量研究報(bào)道，來源于微生物的木聚糖酶大多為單亞基蛋白，分子量在7~145KDa左右，少部分來源于真菌的木聚糖酶為多亞基蛋白，分子量在8~145KDa左右。木聚糖酶的酶學(xué)性質(zhì)雖然存在部分差異，但大部分比較集中，最適反應(yīng)溫度與一般在35℃~65℃左右，反應(yīng)溫度適中。最適PH在4~7左右，在堿性環(huán)境下酶活降低但較為穩(wěn)定。等電點(diǎn)一般在3~10左右。1.1.2木聚糖酶的生產(chǎn)簡(jiǎn)史國內(nèi)關(guān)于木聚糖酶的報(bào)道起步較晚，國外早在19世紀(jì)60年代就開展對(duì)木聚糖酶研究，并在19世紀(jì)末就將木聚糖酶生產(chǎn)工業(yè)化。經(jīng)過大半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前國內(nèi)外關(guān)于木聚糖酶的研究主要集中于酶組分的高效鑒定和利用、基因的克隆與表達(dá)條件優(yōu)化、高效分泌木聚糖酶工程菌株的馴化與篩選和酶的分離提純方法。由于基因克隆表達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，大量高產(chǎn)菌株被篩選和構(gòu)建用于工業(yè)生產(chǎn)上。在工業(yè)上，主要通過細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶，發(fā)酵工藝可被劃分為液體發(fā)酵方式和固體發(fā)酵方式。兩者各有優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)展已久的固體發(fā)酵方式，其可以利用較經(jīng)濟(jì)的廉價(jià)農(nóng)業(yè)廢棄物（如秸稈，麩皮）等作為原料進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，對(duì)操作設(shè)備要求較低，并且具有良好的生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)過程中不易產(chǎn)生廢液，基本不會(huì)加重環(huán)境污染。但其同樣存在發(fā)酵過程不易控制且易污染、發(fā)酵產(chǎn)品收率較低、纖維素等酶難以精酶化等缺點(diǎn)，不適用于大批量生產(chǎn)。相比較而言，液體發(fā)酵方式可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與控制的實(shí)時(shí)化和自動(dòng)化，并且可保證生產(chǎn)規(guī)模，發(fā)酵過程不易感染，生產(chǎn)效率高。其培養(yǎng)基成分和酶系組分并不像固體發(fā)酵復(fù)雜，可較為輕易通過各種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定最佳培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件。其缺點(diǎn)就是技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差，所需的生產(chǎn)成本、設(shè)備要求、操作要求較高。但隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，液體發(fā)酵技術(shù)是目前木聚糖酶工業(yè)生產(chǎn)的主流方向。1.1.3木聚糖酶的工業(yè)應(yīng)用自上世紀(jì)末，大量有關(guān)木聚糖酶的研究被報(bào)道，到目前為止，木聚糖酶已被廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)等領(lǐng)域，發(fā)揮出巨大的工業(yè)潛力。在食品工業(yè)領(lǐng)域中，木聚糖酶可作為面粉和饅頭等面制品的改良劑，縮短面團(tuán)形成體積，改善面團(tuán)的加工和穩(wěn)定性能，延緩老化和延長貨架壽命；在啤酒釀造過程中木聚糖酶可用作添加劑使用,提高麥芽汁的過濾速度，降低發(fā)酵液的濃度；另外，木聚糖酶還可應(yīng)用于速溶咖啡、蔬果、農(nóng)產(chǎn)品的加工和提取，利用果膠酶和木聚糖酶水解細(xì)胞壁，可降低粘度，使生產(chǎn)效率得到極大提高；研究表明，在果汁飲料的生產(chǎn)中，添加木聚糖酶能增加還原糖的含量和過濾性，成倍提高濃縮和干燥效率，以此提高壓榨效率和產(chǎn)品質(zhì)量；此外，利用木聚糖酶制備功能性低聚木糖產(chǎn)品已經(jīng)成為工業(yè)上的主流生產(chǎn)方式，低聚木糖是糖尿病患者和肥胖癥病人的理想產(chǎn)品。在畜牧工業(yè)領(lǐng)域，木聚糖酶可作為酶制劑添加到飼料中，降解飼料中的抗氧化因子木聚糖，顯著提高飼料性能和養(yǎng)分利用率。同時(shí)木聚糖酶可水解非淀粉多糖，降低動(dòng)物消化道的粘度，提高動(dòng)物的成活率，提高畜禽的生產(chǎn)性能。在造紙工業(yè)領(lǐng)域,木聚糖酶由于具有較好的抗高溫性能和降解復(fù)合物能力，可應(yīng)用于紙漿漂白、植物纖維原料的生物轉(zhuǎn)化、生物制漿、廢紙脫墨等方面。木聚糖酶在造紙工業(yè)中可取代有毒物質(zhì)，不會(huì)造成大量環(huán)境污染，有利于保護(hù)環(huán)境。同時(shí)利用木聚糖酶對(duì)紙漿進(jìn)行預(yù)處理，可顯著其他化學(xué)漂白處理工序，不僅節(jié)省生產(chǎn)成本而且提高生產(chǎn)效率。在其他領(lǐng)域，木聚糖酶仍具有廣闊的發(fā)展前景，對(duì)能源和社會(huì)環(huán)境等問題的解決提供了全新的發(fā)展方向。據(jù)報(bào)道，在棉針織物連續(xù)精煉加工的復(fù)合酶系中加入木聚糖酶，能顯著改變織物潤濕性，與傳統(tǒng)精煉工業(yè)相比，能大大增強(qiáng)毛效；此外，最新研究表明，木聚糖酶可用作竹粉/聚乳酸復(fù)合材料的改性劑，增強(qiáng)生物降解復(fù)合材料的熱解和力學(xué)性能，有效提高生物轉(zhuǎn)化率；相關(guān)研究表明，木聚糖酶可改善傳統(tǒng)皂類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展工序，在皂類產(chǎn)業(yè)中具有很大發(fā)展前景。1.2太空誘變育種簡(jiǎn)介21世紀(jì)以來，隨著世界航天產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，為快速培育優(yōu)良品種開展研究開辟了新航路。宇宙空間提供的特殊環(huán)境（微重力、地球磁場(chǎng)、高能強(qiáng)輻射、高真空）會(huì)對(duì)地球生物體生長發(fā)育、形態(tài)特征、細(xì)胞學(xué)效應(yīng)、生理生化性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，而太空誘變育種就是將生物種質(zhì)材料搭乘返回式近地衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器送入太空空間站，在太空特殊環(huán)境的誘導(dǎo)作用下，產(chǎn)生基因突變和重組，以期獲得高產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)生物體種質(zhì)材料，選育高產(chǎn)菌種。我國關(guān)于太空誘變選育的研究始于20世紀(jì)60年代，目前已經(jīng)走在世界前列。1986年，中科院遺傳研究所所長蔣興村教授首次提出航天誘變育種項(xiàng)目，并在1987年首次通過高空氣球成功搭載一種甜椒（龍椒2號(hào)），獲得了增產(chǎn)20%的新品種。自此30余年來，我國利用神舟飛船和返回式近地衛(wèi)星完成了400余次搭載，有水稻、高粱、馬鈴薯、番茄、芝麻等1000多個(gè)作物品種和真菌、細(xì)菌、放線菌等40多個(gè)菌種被送入太空，從中選擇培育出了一些許多能提高發(fā)酵酶產(chǎn)量的新菌種和農(nóng)作物新品種，其中有一部分已經(jīng)投入工業(yè)生產(chǎn)。1.3前景與展望當(dāng)前，木聚糖酶在高產(chǎn)工業(yè)菌種選育和發(fā)酵工藝優(yōu)化的應(yīng)用前景得到廣泛關(guān)注。但目前現(xiàn)有的有關(guān)木聚糖酶的研究都停留在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模的搖瓶實(shí)驗(yàn)水平，且木聚糖酶高產(chǎn)菌種的選育相對(duì)滯后，所以工業(yè)上利用液體深層發(fā)酵方式大規(guī)模生產(chǎn)木聚糖酶的研究相對(duì)較少。因此在本設(shè)計(jì)中，查閱相關(guān)目前有關(guān)高產(chǎn)木聚糖酶工程菌種的報(bào)道，選用河南天冠集團(tuán)所提供的經(jīng)過空間誘變的工程菌種，并根據(jù)楊付偉等人的研究，利用太空誘變技術(shù)選育的高產(chǎn)木聚糖酶的黑曲霉菌種，采用天然液體發(fā)酵的方式，調(diào)整培養(yǎng)基的組分和配料，優(yōu)化發(fā)酵的工藝參數(shù)和發(fā)酵過程，對(duì)年產(chǎn)3000t木聚糖酶發(fā)酵車間進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期為中小企業(yè)生產(chǎn)木聚糖酶提供工藝和技術(shù)參考。第二章發(fā)酵車間的工藝流程2.1高產(chǎn)木聚糖酶的黑曲霉工程菌株的選取根據(jù)楊付偉等人的對(duì)于空間誘變選育高產(chǎn)木聚糖酶工程菌種的研究，原始菌株黑曲霉TG-Y經(jīng)過空間誘變，黑曲霉菌株菌落形態(tài)和產(chǎn)酶能力發(fā)生了不同程度的變化，通過多次首篩、復(fù)篩篩選出優(yōu)勢(shì)菌株SP1-523,和SP2-801，其可以相對(duì)高效分泌木聚糖酶，與原始菌株酶活力相比提高20.22%和21.76%，遺傳性質(zhì)平穩(wěn)，在該項(xiàng)設(shè)計(jì)中，選取其作為工程菌株使用。2.2黑曲霉工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶2.2.1菌種活化采用平板劃線法將菌種接種于PDA培養(yǎng)基(馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基)中，事先在平板底部做好記號(hào)，于30℃、220r/min的條件下培養(yǎng)24h，等到看到培養(yǎng)液渾濁時(shí)，說明成功長出微生物單菌落，此時(shí)通過電子顯微鏡觀察有無雜菌污染，若并未出現(xiàn)異常情況，則種子活化效果較好，可以進(jìn)行下一步操作。2.2.2一級(jí)種子培養(yǎng)將上述經(jīng)過活化的種液通過滅菌鋼瓶轉(zhuǎn)移接入一級(jí)種子罐中。培養(yǎng)基采用高壓蒸汽滅菌40min，表壓為100Kpa，于30℃培養(yǎng)18h。種子培養(yǎng)液的構(gòu)成如下：玉米粉60g/L；玉米漿20g/L；麩皮40g/L；MgSO41g/L;（NH4）2SO45g/L;KH2PO43g/L;聚乙二醇20000.5g/LPH5.20；2.2.3二級(jí)種子培養(yǎng)將上述一級(jí)種子罐培養(yǎng)出來的種子液接入裝有更多培養(yǎng)液的二級(jí)種子罐中，同樣采用高壓蒸汽滅菌法于100Kpa表壓下滅菌2min,之后將種液立即冷卻至30℃左右，在此溫度下培養(yǎng)6h。當(dāng)觀察到整個(gè)表面孢子著色均勻，表現(xiàn)出成熟特征的顏色時(shí)，進(jìn)行若干步擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)量為10-15倍，仍舊在30℃下進(jìn)行培養(yǎng)。2.2.4發(fā)酵罐發(fā)酵擴(kuò)大培養(yǎng)后，為了在發(fā)酵罐上連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，采用低濃度補(bǔ)料發(fā)酵工藝，發(fā)酵罐發(fā)酵周期內(nèi)的控制工藝參數(shù)如下：eq\o\ac(○,1).，溶氧以上，通風(fēng)比,轉(zhuǎn)速,30h開始補(bǔ)料，初始補(bǔ)料比；eq\o\ac(○,2).h，菌絲量以上，還原糖，溶氧，通風(fēng)，轉(zhuǎn)速,、料比；eq\o\ac(○,3).h，菌絲量，還原糖,溶氧以上，通風(fēng)比左右，轉(zhuǎn)速,補(bǔ)料比；eq\o\ac(○,4).，菌絲量左右，還原糖，溶氧，通風(fēng)比左右，轉(zhuǎn)速，補(bǔ)料比；2.3發(fā)酵液后處理獲得木聚糖酶2.3.1板框壓濾因?yàn)槟揪厶敲赋墒彀l(fā)酵醪殘?zhí)堑?，發(fā)酵醪溫度升高有限，故采用隔膜壓濾機(jī)能夠很好地實(shí)現(xiàn)固液分離效率較好，且具有耐壓高、耐腐蝕好、維修方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，冶金、燃?xì)?、造紙、焦化、制藥、食品、釀造、精?xì)化工等行業(yè)客戶的首選。2.3.2噴霧干燥工廠車間干燥方法有很多種，例如自然干燥、烘房干燥、氣流干燥等，噴霧干燥就是氣流干燥方法的一種，是流態(tài)化技術(shù)用于浸出液干燥的一種較好的方法，而經(jīng)過板框壓濾得到的粗酶液，是浸出液的一種，效果較好，故可采用這種方式對(duì)粗酶液進(jìn)行干燥。在噴霧干燥塔中，直接將粗酶液噴霧于干燥器內(nèi)使之與熱空氣發(fā)生冷熱交換，將水分快速汽化，從而獲得固體顆粒狀和粉狀產(chǎn)品。2.3.3篩分分級(jí)和包裝本發(fā)酵車間生產(chǎn)的木聚糖酶產(chǎn)品主要是以酶制劑形式，售賣給飼料工業(yè)工廠，經(jīng)過噴霧干燥后得到的粗產(chǎn)品，經(jīng)過篩分設(shè)備（振動(dòng)篩）篩分分級(jí)后，隨機(jī)選取產(chǎn)品送入質(zhì)檢科檢驗(yàn)，將合格產(chǎn)品送入包裝車間包裝。根據(jù)GB7300·401-2019，所生產(chǎn)的木聚糖酶固體產(chǎn)品要保證粒度均勻，流散性好，無發(fā)霉變質(zhì)，無異味，有特殊發(fā)酵氣味。而對(duì)于液體劑型，保證無異味，有特殊發(fā)酵氣味即可。2.4工藝流程空氣氣空氣氣空氣壓縮機(jī)空氣過濾系統(tǒng)分過濾器種子瓶斜面孢子搖瓶培養(yǎng)一級(jí)種罐罐二級(jí)種罐罐發(fā)酵罐無菌空氣發(fā)酵液板框壓濾噴霧干燥回收液30℃，24h30℃料水=1：7粉碎30℃，18h30℃，6h30-34℃120h篩分分級(jí)補(bǔ)料罐連消塔固體產(chǎn)品配料圖2-1木聚糖酶簡(jiǎn)易生產(chǎn)工藝流程圖第三章生產(chǎn)工藝計(jì)算3.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.1.1工藝技術(shù)分析和指標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)3000t木聚糖酶發(fā)酵工廠的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)參考大量相關(guān)文獻(xiàn)確定的工藝參數(shù)為：菌種培養(yǎng)的時(shí)間為24h，輔助培養(yǎng)時(shí)間為24h，其中一級(jí)種子種齡為培養(yǎng)18h，接種到二級(jí)種子罐后培養(yǎng)6h，種子培養(yǎng)溫度均為30℃，再向發(fā)酵罐接種，發(fā)酵時(shí)間120h，操作周期為96h，發(fā)酵周期為240h，發(fā)酵溫度30℃。根據(jù)楊付偉等人的研究，接種量取10%，最終木聚糖酶的收率取85%，生產(chǎn)所得的木聚糖酶酶活為20000u/ml，確定年生產(chǎn)天數(shù)300天。相關(guān)工廠技術(shù)指標(biāo)見下表：表3—1黑曲霉產(chǎn)木聚糖酶發(fā)酵工廠技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)系數(shù)單位指標(biāo)數(shù)指標(biāo)系數(shù)單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a3000發(fā)酵輔助時(shí)間h24生產(chǎn)方法液體深層發(fā)酵菌種培養(yǎng)時(shí)間h24年生產(chǎn)天數(shù)d/a300菌種培養(yǎng)輔助時(shí)間h15產(chǎn)品日產(chǎn)量Kg/d10000接種量%10產(chǎn)品酶活u/ml20000發(fā)酵罐裝料系數(shù)%60倒灌率%2放罐發(fā)酵單位u/ml15000發(fā)酵周期補(bǔ)料周期hh24030提取總收率補(bǔ)料率%%8513.1.2培養(yǎng)基基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.種子培養(yǎng)基：麩皮40g/L；蔗糖10g/L；PH5.002.基礎(chǔ)培養(yǎng)基：玉米粉60g/L；玉米漿20g/L；MgSO41g/L；（NH4）2SO45g/L；KH2PO43g/L；聚乙二醇20000.5g/LPH5.20；3.補(bǔ)料培養(yǎng)基：B淀粉漿酸解液(以葡萄糖含量計(jì))50g/L；玉米漿30g/L；（NH4）2SO415g/L；KH2P0410g/L；MgS045g/L；碳酸鈣0.75g/L；PH4.50；3.2工藝計(jì)算3.2.1發(fā)酵車間物料衡算以生產(chǎn)1t酶活為20000U/ml的木聚糖酶為例，計(jì)算工廠車間所需耗用的原材料及其他物料量。eq\o\ac(○,1).生產(chǎn)1t產(chǎn)品發(fā)酵液量式中——所需生產(chǎn)木聚糖酶的酶活，為20000u/ml;——成熟發(fā)酵液放罐單位,為15000u/ml;——木聚糖酶總提取率，為85%；——發(fā)酵成功率，也即除去倒灌率，為98%;eq\o\ac(○,2).放罐成熟發(fā)酵液?jiǎn)挝唤M成，主要包括三部分底料種液量補(bǔ)料量式中，——補(bǔ)料率，為1%；eq\o\ac(○,3).配置發(fā)酵液底液所需玉米漿量eq\o\ac(○,4).配置發(fā)酵液補(bǔ)料液所需玉米漿量eq\o\ac(○,5).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的玉米漿量據(jù)此類推，可計(jì)算出工廠生產(chǎn)1t木聚糖所需的各類物料量：eq\o\ac(○,6).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的玉米粉量eq\o\ac(○,7).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的麩皮量eq\o\ac(○,8).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的蔗糖量eq\o\ac(○,9).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的B淀粉漿酸解液量eq\o\ac(○,10).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的（NH4）2SO4量eq\o\ac(○,11).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的MgSO4量eq\o\ac(○,12).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的KH2P04量eq\o\ac(○,13).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的聚乙二醇2000量eq\o\ac(○,14).生產(chǎn)1t木聚糖酶所需的碳酸鈣量綜上，由上述計(jì)算所得生產(chǎn)1t酶活為20000U/ml的木聚糖酶的所需原材料和物理的計(jì)算結(jié)果，可計(jì)算獲得本設(shè)計(jì)中年產(chǎn)3000t木聚糖酶發(fā)酵車間所需的各物料量，具體結(jié)果見下表：表3—23000t/a木聚糖酶發(fā)酵車間的物料衡算表物料名稱生產(chǎn)1t木聚糖酶的物料量生產(chǎn)3000t/a木聚糖酶實(shí)際每日物料量木聚糖酶/kg1000300000011764.72底料量/m31.36408016種液量/m3補(bǔ)液量/m30.160.016480481.880.32玉米漿/kg27.783100325.88玉米粉/kg81.6244800960麩皮/kg6.41920075.29蔗糖/kg1.6480018.82B淀粉漿液/kg0.824009.41（NH4）2SO4/kg7.042112082.82MgSO4/kg1.44432016.94KH2P04/kg4.241272049.88聚乙二醇2000/kg0.6820408碳酸鈣/kg0.012360.143.2.2發(fā)酵車間熱量衡算根據(jù)上述物料衡算的結(jié)果，來計(jì)算車間所耗熱量,車間采用蒸汽加熱，故實(shí)際為蒸汽耗量。eq\o\ac(○,1)預(yù)處理工段所耗熱量根據(jù)1：7的料液比，需水，由常溫20℃加熱到30℃進(jìn)連消塔，加熱階段維持2h。eq\o\ac(○,2).種子培養(yǎng)工段所耗熱量因無論是一級(jí)培養(yǎng)階段還是二級(jí)培養(yǎng)階段，種子培養(yǎng)液溫度較穩(wěn)定，熱損失較少，故可揮發(fā)的熱損失可按10%計(jì)算，維持時(shí)間為24h。eq\o\ac(○,3).發(fā)酵工段所耗熱量發(fā)酵工段溫度同樣較為穩(wěn)定，變化不大，但時(shí)間更長，考慮到各類因素，熱損失取為15%，維持時(shí)間為240h。eq\o\ac(○,4).洗糟水所耗熱量一般洗糟水的平均溫度為85℃左右，設(shè)原料和水用量比為1:4.5，則用水量為eq\o\ac(○,5).總耗熱量eq\o\ac(○,6).蒸汽總耗量使用0.5Mpa的飽和蒸汽，I=2748.9kJ/kg，，蒸汽總耗量為：綜上，車間熱量衡算表如下：表3—33000t/a木聚糖酶車間總熱量衡算表名稱壓力/MPa每噸產(chǎn)品消耗定額/t每小時(shí)最大用量/(t/h)每天消耗量/（t/h）年消耗量/（t/a）蒸汽0.510.984.5109.8329493.2.3發(fā)酵車間水量估算eq\o\ac(○,1).預(yù)處理用水在配料預(yù)處理工段所需水量已經(jīng)在熱量衡算中給出，為eq\o\ac(○,2).清洗用水發(fā)酵結(jié)束后,清洗發(fā)酵罐和種子罐，按原料和水1：4.5的比例清洗，已在熱量衡算中給出，eq\o\ac(○,3).板框壓濾機(jī)清洗用水過濾后獲得粗酶液后的濾布需要清洗，設(shè)每噸產(chǎn)品濾布清洗用水需要6噸。eq\o\ac(○,4).鍋爐蒸汽用水根據(jù)熱量衡算，每噸產(chǎn)品所需蒸汽為10.98t，蒸汽效率為，則鍋爐耗水量為eq\o\ac(○,5).生活用水生活用水包括食堂用水、飲用水、廁所用水、洗衣用水、更衣間、洗手間衛(wèi)生用水、洗車用水等。其用水量不能精確統(tǒng)計(jì)，估算每h用水量約為3t，工廠一年以來生活用水量如下：eq\o\ac(○,6).總耗水量在常溫常壓下，1立方水可換算成1噸水，故理論用水量如下：生產(chǎn)過程中用水量巨大，考慮到理論與實(shí)際的誤差，同時(shí)考慮到地面廠倉和突發(fā)情況的清洗用水，因此實(shí)際用水量用水量以理論的1.2倍

計(jì)。綜上，車間水量衡算表如下：表3—43000t/a木聚糖酶車間水量衡算表名稱每噸產(chǎn)品消耗量/t每小時(shí)最大用量/(t/h)每天消耗量/t年消耗量/（t/a）自來水4719.57469.81409373.2.4發(fā)酵車間電量估算發(fā)酵車間所需電量由車間設(shè)備的生產(chǎn)能力決定，將車間設(shè)備的能耗相加，可初步估算出車間的用電總量，車間的各部分用電情況匯總?cè)缦卤硭荆罕?-5發(fā)酵車間用電詳細(xì)表用電項(xiàng)數(shù)量(臺(tái))總功率(kw)YSL-450-2-4異步電動(dòng)機(jī)2260Y355-3三相異步電機(jī)260Y2-160L-4三相異步電機(jī)24.4Y2-160L-3三相異步電機(jī)270ZL201920052956型減速機(jī)2240PLF220-125型減速器222ZWBPD006006小型減速機(jī)24.4NMRV30-130渦輪減速機(jī)2100LS200螺旋輸送機(jī)3630型板框壓濾機(jī)360QFN-BL-3型噴霧干燥器250W-1.5/20式活塞式壓縮機(jī)115HMU610/10-50空氣過濾器120空氣壓縮機(jī)3100制冷機(jī)組2320燃?xì)忮仩t12.2車間照明用電50其他40總計(jì)1418下計(jì)算車間負(fù)荷總量St，車間裝機(jī)總量如上表所示為1418kw。首先計(jì)算有功最大負(fù)荷Pt：Pt=Kt×Pi=0.6×1418=850.8kw式中：Kt——為設(shè)備用電的需要系數(shù)，為0.6；Pi——車間的裝機(jī)總?cè)萘?，?418kw；下計(jì)算無功最大負(fù)荷Qt:Qt=Pt×tanα=850×0.75=638.1kw式中：tanα——用電電荷的平均自然功率的正切值，為0.75；最后計(jì)算車間負(fù)荷總量St:St=一般變壓系統(tǒng)的總值是車間負(fù)荷總量的1.1倍，則工廠所選變壓系統(tǒng)的功率為1.1×1063.5=1169.85kw，故通過查閱工廠手冊(cè)，可選用730KVA的變壓系統(tǒng)2臺(tái)，車間的日用電量估算為1418kw·h。第四章設(shè)備設(shè)計(jì)與選型4.1發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1發(fā)酵罐生產(chǎn)能力計(jì)算由物料衡算的結(jié)果可知，生產(chǎn)1t木聚糖酶產(chǎn)品所需要的發(fā)酵液量為，故本設(shè)計(jì)中年產(chǎn)3000t木聚糖酶工廠需，工廠年生產(chǎn)天數(shù)為300天，每個(gè)發(fā)酵周期為10天，則一年需要30個(gè)生產(chǎn)周期，則每個(gè)周期的發(fā)酵體積為,發(fā)酵罐的填充系數(shù)取60%，則每次發(fā)酵罐容積，取公稱容量為機(jī)械攪拌渦輪通風(fēng)發(fā)酵罐，總體積為，則所需相同的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)。實(shí)際年產(chǎn)量驗(yàn)算如下：富裕量：故能滿足本車間生產(chǎn)需求。4.1.2發(fā)酵罐主要尺寸計(jì)算發(fā)酵罐取高徑比則有：將②式代入①可得：取=4.3m,則=2=8.6m，取11m；封頭短半軸長度封頭直邊高度封頭高：封頭容積：圓柱部分容積：驗(yàn)算全容積V全：符合設(shè)計(jì)要求，可行,查閱相關(guān)關(guān)于罐體材料的資料，選取022Cr22Ni5Mo3N鋼板材料。4.1.3攪拌器尺寸和功率計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，發(fā)酵罐的發(fā)酵周期內(nèi)需進(jìn)行若干次補(bǔ)料操作，因?yàn)樗枧淞陷^多，且混合過程必須保證充分均勻，故采用兩檔攪拌，相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)如下：攪拌槳直徑，取=1.5m。尺寸設(shè)計(jì)：葉寬;弧長底距；盤踞葉弦長；葉距取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速R2可根據(jù)50m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=110r/min為基準(zhǔn)放大求得：

因采用低濃度補(bǔ)料發(fā)酵工藝，故醪液可視為理想狀態(tài)的牛頓流體，下進(jìn)行攪拌軸功率的計(jì)算。先計(jì)算雷諾數(shù)Re:式中——所選攪拌器的直徑，為1.5m；——為攪拌器轉(zhuǎn)速，單位r/s，取87r/min換算后的值；——為醪液密度，取1050kg/m2 ——為醪液液體粘度，取1.3×10-3N·s/m結(jié)果比對(duì)工程計(jì)算雷諾數(shù)，視作湍流，則在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)，準(zhǔn)數(shù)功率Np=4.7.下計(jì)算不通風(fēng)時(shí)的軸功率P1：因采用兩擋攪拌，故P0=2P1=176.2kW.下計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Ps：式中Q——為通風(fēng)量，在前面計(jì)算已給出，為（ml/min）；4.1.4換熱器冷卻面積的計(jì)算根據(jù)上述計(jì)算和查閱相關(guān)資料，發(fā)酵高峰期發(fā)熱總量可取4.2×6000KJ/（m3·h），發(fā)酵底液濃度為1075.64kg/m3，換熱器采用立式蛇管換熱器，換熱器系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值K＝4.186×400Kg/(m3·h·℃)，發(fā)酵罐溫度保持30℃，，。平均溫度差：故換熱器的冷卻面積計(jì)算如下：式中Q——發(fā)酵旺盛時(shí)，每小時(shí)醪液總體積與發(fā)熱量的乘積；4.1.5冷卻管布置計(jì)算①冷卻水主管徑首先計(jì)算發(fā)酵罐發(fā)酵最旺盛時(shí)的極限耗水量F式中cp——冷卻水的比熱容，為4.18kJ/（kg·K）；——冷卻水出溫，=19℃；——冷卻水入溫，=8℃；由上可得冷卻水體積流量為1.27×10-2m3/s，因?yàn)樨Q直蛇管兼具冷卻效果好且易于清洗的優(yōu)點(diǎn)，故采用豎直蛇管冷卻裝置。取冷卻水在豎直蛇管中的流速為=0.8m/s，由流體力學(xué)公式可知，該冷卻管總截面積為：故冷卻水主管徑為：②冷卻管組數(shù)N和管徑ds：設(shè)冷卻管總表面積為，管徑ds，組數(shù)為N，則：取N=4，求管徑。由上式得：查化工材料手冊(cè)選取冷無縫管，，，，故可滿足本車間設(shè)計(jì)需求?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為，則兩直管距離為，蛇管兩端彎管總長度為：③冷卻管實(shí)際全長L由前面計(jì)算可知冷卻管總面積故冷無縫剛管，每米長冷卻面積為則冷卻管實(shí)際全長L計(jì)算如下:冷卻管體積：④每組管長L0和管組高度：需設(shè)置連接管，取13m，故假設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)其他一些輔助部件占用，則所占用總體積為則筒體深度為：豎直蛇管總高度由上述計(jì)算可知，兩端彎管總長度，兩端彎管總高為，則直管部分高度：故可得一圈管長：⑤.校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：而上述計(jì)算中有，，故可滿足本車間設(shè)計(jì)要求。4.1.6種子罐的設(shè)計(jì)根據(jù)楊付偉等人的研究，發(fā)酵罐中的比重取1.045，則單罐批料量為：又接種量為10%，故投料量取為：一級(jí)種子罐，二級(jí)種子罐，設(shè)計(jì)2個(gè)種子罐即可滿足需求。補(bǔ)料罐與二級(jí)種子罐大小差不多即可，故補(bǔ)料罐取15m3,分消罐取10m3即可,具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程與發(fā)酵罐類似，這里不再計(jì)算。4.2發(fā)酵車間主要設(shè)備選型發(fā)酵車間設(shè)備選型的一般原則如下：設(shè)備需滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求和工藝性，根據(jù)工藝流程中所需具體的生產(chǎn)規(guī)格，工作效率，額定功率等工藝參數(shù)確定，設(shè)備操作應(yīng)控制靈活、操作方便。設(shè)備要保證生產(chǎn)和服務(wù)的平衡性，即生產(chǎn)力和效率相匹配，不能盲目選擇生產(chǎn)率高、能耗高、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，要與車間運(yùn)輸能力、技術(shù)高度、勞工數(shù)量等實(shí)際條件相適應(yīng)。設(shè)備盡量選擇可靠性較強(qiáng)、安全系數(shù)較高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、維修性和保養(yǎng)性較好的設(shè)備，來盡量預(yù)防可能發(fā)生的安全隱患和車間故障。應(yīng)充分考慮發(fā)酵車間的各類投資占比以及能耗和水耗等生產(chǎn)成本，選擇經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，符合車間規(guī)劃的性價(jià)比較高的設(shè)備。應(yīng)充分考慮環(huán)境保護(hù)性，選擇有害物質(zhì)排放較少，噪聲較弱和清理排污能力較強(qiáng)的設(shè)備，防止對(duì)其他車間和工廠附近居民造成叨擾。根據(jù)上述原則。車間主要設(shè)備選型如下：（1）發(fā)酵罐根據(jù)上述發(fā)酵罐設(shè)計(jì)計(jì)算可知，需容積為140m32臺(tái)，因發(fā)酵過程中醪液表現(xiàn)為向酸性靠近，所以罐體材料需選擇耐酸材料，考慮到所設(shè)計(jì)發(fā)酵罐的換熱面積和攪拌軸轉(zhuǎn)速及功率，選擇向上海保興生物設(shè)備工程有限公司購買，其主要參數(shù)如下：表4-1發(fā)酵罐的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)內(nèi)膽尺寸（mm）電機(jī)功率（kW）攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）140m32400×4800220150（2）發(fā)酵罐電機(jī)采用三角帶傳動(dòng)，型號(hào)為A500-1041,其，，的值分別為0.93、0.99、0.97，由端面密封所帶來增加功率的比例為5%，故發(fā)酵罐電機(jī)功率計(jì)算如下：79.69kw根據(jù)上述計(jì)算所得功率79.69kw即可滿足要求，實(shí)際生產(chǎn)中選擇具有更大電機(jī)功率電機(jī)較為安全，選擇YSL-450-2-4中型異步電動(dòng)機(jī)，購于上海楓信傳動(dòng)機(jī)械有限公司，2臺(tái)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-2發(fā)酵罐電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)電源電壓（V）電機(jī)額定功率（kW）轉(zhuǎn)速（r/min）YSL-450-2-4380130550（3）大型皮帶減速機(jī)（適用于發(fā)酵罐）皮帶減速機(jī)同發(fā)酵罐電機(jī)額定功率相當(dāng)即可，故選用購買常州市云凌節(jié)能科技有限公司制造生產(chǎn)的ZL201920052956.4型大型皮帶減速機(jī)2臺(tái)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-3皮帶減速機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)傳動(dòng)比輸出轉(zhuǎn)速（rpm）功率（kw）ZL201920052956.44200-320200kw（4）一級(jí)種子罐由上述計(jì)算可得，一級(jí)種子罐容積1.4m3，需要2臺(tái)，購于上海保興生物設(shè)備工程有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-4一級(jí)種子罐的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)內(nèi)膽尺寸（mm）電機(jī)功率（kW）攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）1.4m370×1202.2400（5）一級(jí)種子罐電機(jī)功率較小，選擇小型電機(jī)設(shè)備即可，故選擇Y355系列籠型三相異步電機(jī)，需要2臺(tái)，選擇購買于威海勁霸廠，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-5一級(jí)種子罐電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)電源電壓（V）電機(jī)額定功率（kW）轉(zhuǎn)速（r/min）Y355-338030300（6）一級(jí)種子罐減速機(jī)與發(fā)酵罐所用大型減速機(jī)不同，選用小型減速機(jī)即可，大部分減速機(jī)都滿足工廠需求，故選擇ZWBPD006006型小型減速機(jī)，需要2臺(tái)，購于兆威機(jī)電股份有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-6一級(jí)種子罐減速機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率（kw）傳動(dòng)比轉(zhuǎn)速（r/min）ZWBPD0060062.25400（7）二級(jí)種子罐由上述計(jì)算可得，二級(jí)種子罐容積為8.8m3，需2臺(tái)，同樣購于上海保興生物設(shè)備工程有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-7二級(jí)種子罐的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)內(nèi)膽尺寸（mm）電機(jī)功率（kW）攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）14m31800×360022350（8）二級(jí)種子罐電機(jī)適用于二級(jí)種子罐的電機(jī)功率屬于中等，因此選擇Y2-160L-4三相異步電機(jī)，需2臺(tái)，購于天津市凱昆泵閥有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-8二級(jí)種子罐電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率（kw）傳動(dòng)比轉(zhuǎn)速（r/min）Y2-160L-42.25400（9）二級(jí)種子罐電機(jī)減速器二級(jí)種子罐電機(jī)減速器功率中等，需2臺(tái)，故選擇PLF220-125，購于上海爵順傳動(dòng)機(jī)械有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-9二級(jí)種子罐電機(jī)減速器的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率（kw）輸入轉(zhuǎn)速（r/min輸出轉(zhuǎn)速（r/min）PLF220-125112000300（10）配料罐根據(jù)物料衡算，每日所消耗配料量16m3，考慮到裝料系數(shù)取60%，因此理論上配料罐容積為16/0.6=26.7m3，考慮到一些物料損失，配料罐容積選為28m3,需要1臺(tái)，購于上海保興生物設(shè)備工程有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-10配料罐的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)內(nèi)膽尺寸（mm）電機(jī)功率（kW）攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）282400×360035300（11）配料罐電機(jī)預(yù)處理階段因要保持物料充分混合，攪拌速率要適當(dāng)加大，所以應(yīng)采用功率較高的電機(jī)，選擇Y2-160L-3三相異步電機(jī)，需1臺(tái)，購于天津市凱昆泵閥有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-11配料罐電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率（kW）傳動(dòng)比轉(zhuǎn)速（r/min）Y2-160L-34.55350（12）配料罐電機(jī)減速器配料罐需保證即使進(jìn)料、給料、停料，故減速器應(yīng)該相對(duì)較為靈敏，選取功率較大的減速器，需1臺(tái)，故選擇NMRV30-130渦輪減速機(jī)，購于東莞市新速源機(jī)電有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-12配料罐電機(jī)減速器的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率（kw）輸入轉(zhuǎn)速（r/min輸出轉(zhuǎn)速（r/min）NMRV30-1302-1004650100（13）補(bǔ)料罐根據(jù)發(fā)酵罐生產(chǎn)能力計(jì)算結(jié)果，配料罐容積選為15m3,需要1臺(tái)，購于上海保興生物設(shè)備工程有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-13補(bǔ)料罐的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)內(nèi)膽尺寸（mm）電機(jī)功率（kW）攪拌轉(zhuǎn)速（r/min）151800×360022350（14）輸送設(shè)備因本設(shè)計(jì)中發(fā)酵工藝采用低密度連續(xù)發(fā)酵，且發(fā)酵罐體積較大，應(yīng)選用中大型輸送設(shè)備，故選擇LS200螺旋輸送機(jī)，需要2臺(tái)，購于泊頭市雙祥環(huán)保機(jī)械有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-14螺旋輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)材質(zhì)外型有效輸送長度（m）LS200Q235管式2-25（15）壓濾設(shè)備發(fā)酵得到的發(fā)酵醪需快速進(jìn)行壓濾，應(yīng)選擇功率較大的壓濾設(shè)備，故選擇630型板框壓濾機(jī)，需要2臺(tái)，購于上海大張過濾設(shè)備有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-15板框壓濾機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)過濾壓力（MPa）液壓工作壓力（MPa）濾餅厚度（mm）630≤0.61625（16）干燥設(shè)備壓濾得到的粗酶液進(jìn)行噴霧干燥，故選擇QFN-BL-3型閉式噴霧干燥器，2臺(tái)，購于上海喬楓實(shí)業(yè)有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-16噴霧干燥器的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)機(jī)器總功率（kw）乙醇蒸發(fā)量（ml/H）密封件材質(zhì)QFN-BL-32550-3000含硅橡膠（17）空氣壓縮機(jī)由于黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)酶需要提供有氧環(huán)境，因此需要空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)高壓空氣，根據(jù)本發(fā)酵車間的生產(chǎn)規(guī)模，可選擇W-1.5/20式三級(jí)活塞式壓縮機(jī)，1臺(tái)，購于上海國廈壓縮機(jī)有限公司，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-17空氣壓縮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)機(jī)器總功率（kw）壓力（Mpa）排氣量（L/r·min-1）W-1.5/2015215000（17）空氣過濾機(jī)由于發(fā)酵罐發(fā)酵罐中需定時(shí)通風(fēng)，為防止污染，需通入無菌空氣，因此需空氣凈化設(shè)備，選擇HMU610/10-50型有隔板高效空氣過濾器，1臺(tái)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：表4-17空氣過濾機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)外形尺寸（mm）總功率（kw）過濾面積（m2）HMU610/10-50610×610×50206.7第五章車間編制和管道設(shè)計(jì)5.1車間人員設(shè)置5.1.1生產(chǎn)車間人員編制生產(chǎn)車間人員編制見表5-1表5-1各部門基本生產(chǎn)工人工種班制男工女工總?cè)藬?shù)最大班人數(shù)原料入庫3205258預(yù)處理3155208原料加工31510259粉碎3103134滅菌35273種罐31021225發(fā)酵罐3208289壓濾31531815噴霧干燥310102018篩分分級(jí)320103020包裝320103020化驗(yàn)室35166總計(jì)3165692341455.1.2輔助生產(chǎn)人員編制車間輔助生產(chǎn)人員編制見表5-2表5-2全廠人員定額表崗位人員崗位人員技術(shù)科20總經(jīng)理3生產(chǎn)科234總經(jīng)辦15環(huán)衛(wèi)科6工藝科5保衛(wèi)科5食堂30原輔料庫20成品庫25設(shè)備科5研發(fā)科30國內(nèi)銷售科20國外銷售科10總計(jì)428人

5.2發(fā)酵車間管道設(shè)計(jì)因配料罐，補(bǔ)料罐，發(fā)酵罐以及種罐各需配置不同的進(jìn)料管和輸料管，計(jì)算較多，下進(jìn)行部分計(jì)算舉例：(1)配料罐進(jìn)料管和輸料管配料經(jīng)過調(diào)和，粉碎等處理后進(jìn)入配料罐，配料罐實(shí)裝容積為28m3,假設(shè)要在0.5h內(nèi)完成進(jìn)料，則進(jìn)料時(shí)的體積流量Vi=M/t=28/（0.5×3600）=0.015（m3/s）,而由前面計(jì)算可知液體流速V取0.8/s，則進(jìn)料管的截面積As=qVi/V=0.015m2，又As=0.785d2,可求得管d=0.0150.785=0.16m，查化工手冊(cè)，取Ф250×6mm無縫鋼管，排料管可取Ф250×7mm無縫鋼管。（2）發(fā)酵罐進(jìn)料管和輸料管發(fā)酵罐實(shí)裝容積140m3,設(shè)在1h內(nèi)由二級(jí)種子罐向發(fā)酵罐完成進(jìn)料操作，則根據(jù)配料罐的相關(guān)計(jì)算同樣可求得管徑d=0.25m。查化工手冊(cè)，取Ф320×8mm無縫鋼管，排料管同樣取Ф320×8無縫鋼管。又本設(shè)計(jì)中發(fā)酵罐裝有無菌空氣通入系統(tǒng)，故通風(fēng)管其實(shí)也即排料管，故需進(jìn)行比較選擇，通風(fēng)管風(fēng)量Q由工藝計(jì)算中可得為17m3/min,風(fēng)速V0取30m/s，則通風(fēng)管的截面積At=Q/V0=17/（30×60）=0.0094m2，則通風(fēng)管的直徑同理可求得為0.124m。故應(yīng)取兩者的最大值，則發(fā)酵罐的排料管，通風(fēng)管，及進(jìn)料管都取Ф320×8mm無縫鋼管。（3）取樣管因在發(fā)酵、種罐培養(yǎng)的過程中，需要間隔一段時(shí)間獲取發(fā)酵罐，種子罐中的發(fā)酵情況，故需設(shè)計(jì)一個(gè)取樣管從罐中取得發(fā)酵醪液送往車間質(zhì)檢中心檢測(cè)，以便確定罐中發(fā)酵具體情況。取樣管設(shè)計(jì)不必過大，管徑一般在50mm左右，故可選擇Ф76×8mm無縫鋼管。綜上，本工廠所需鋼管參數(shù)及選型如下表所示：表5-3年產(chǎn)3000t木聚糖酶發(fā)酵車間管道參數(shù)管道類別管徑（m）選型參數(shù)（mm）類別發(fā)酵罐進(jìn)料管0.250Ф320×8無縫鋼管發(fā)酵罐排料管0.250Ф320×8無縫鋼管一級(jí)種子罐進(jìn)料管0.036Ф64×6無縫鋼管二級(jí)種子罐排料管0.036Ф64×8無縫鋼管一級(jí)種子進(jìn)料管0.113Ф150×8無縫鋼管二級(jí)種子排料管0.113Ф150×6無縫鋼管配料罐進(jìn)料管0.116Ф20×8無縫鋼管配料罐排料管0.116Ф20×8無縫鋼管補(bǔ)料罐進(jìn)料管1.440Ф250×7無縫鋼管補(bǔ)料罐排料管1.440Ф250×8無縫鋼管發(fā)酵罐通風(fēng)管0.124Ф320×8無縫鋼管取樣管0.050Ф76×8無縫鋼管第六章發(fā)酵車間的布置設(shè)計(jì)6.1概述此次設(shè)計(jì)的目的是對(duì)廠房配置和設(shè)備布置進(jìn)行合理的安排，確定車間的長、寬、高和建筑結(jié)構(gòu)類型，和生產(chǎn)車間與車間區(qū)段的關(guān)系。酶生產(chǎn)車間的布局是工藝設(shè)計(jì)的重要組成部分，它不僅對(duì)生產(chǎn)完成后的生產(chǎn)實(shí)踐有著較大的影響，同時(shí)影響著工廠的整體布局。車間布局一旦構(gòu)造好，就不容易改變，所以在設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮。車間的布置設(shè)計(jì)，主要是工藝設(shè)計(jì)，一定要做到和土建、給排水、供電、供汽、通風(fēng)采暖、制冷、設(shè)備、安裝、安全衛(wèi)生統(tǒng)一協(xié)調(diào)。發(fā)酵車間的平面設(shè)計(jì)主要是在一定的建筑區(qū)域內(nèi)合理布置所有設(shè)備(包括工作臺(tái)等)。平面布置圖是抬起屋頂(或地板)向下看，畫出設(shè)備的輪廓。在規(guī)劃中必須明確各車間各種設(shè)備的安裝位置、下水道、門窗、工序、生活設(shè)施的位置、進(jìn)出口、防蠅、防蟲措施。除了平面圖之外，有時(shí)還需要畫出生產(chǎn)車間的剖面圖，也稱為“縱剖面”。是解決重要設(shè)備與平面上不能體現(xiàn)的建筑立面之間的關(guān)系，畫出平面上不能體現(xiàn)的尺寸，如設(shè)備高度、門窗高度等。6.2車間布置的依據(jù)與原則車間的工藝布置應(yīng)遵循以下原則:1.對(duì)整體設(shè)計(jì)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。第一，要滿足生產(chǎn)要求，還要從車間的位置在總平面布置上，考慮到和其他車間或部門的關(guān)系和發(fā)展前景，達(dá)到總體設(shè)計(jì)的要求；2.設(shè)備布局應(yīng)根據(jù)工藝流程的順序安排盡可能,但一些特殊的設(shè)備可適當(dāng)集中根據(jù)相同類型的設(shè)備,使生產(chǎn)過程占用最少的土地,最短的生產(chǎn)周期和最方便的操作。如果廠房是多層建筑，應(yīng)配備垂直運(yùn)輸裝置。一般情況下，一樓宜有重型設(shè)備，在原料收發(fā)室應(yīng)設(shè)地磅；3.在生產(chǎn)車間布置設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮多品種生產(chǎn)的可能性，靈活調(diào)動(dòng)設(shè)備，為設(shè)備更換留有較大空間。同時(shí)要注意設(shè)備之間的距離以及設(shè)備和建筑物之間的安全維護(hù)距離，確保操作、維護(hù)、拆裝、清洗方便；4.生產(chǎn)車間各工序與其他車間應(yīng)相互配合，確保物料運(yùn)輸順暢，避免重復(fù)往返這類情況的發(fā)生。要注意生產(chǎn)車間的空間運(yùn)輸應(yīng)盡量利用;合理安排生產(chǎn)車間各類廢棄物的排放，將進(jìn)出人員與進(jìn)出物料分開。人流、物流以及包裝材料的通道要暢通，避免交叉、往復(fù)或污染；5.一定要考慮到生產(chǎn)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)。如消毒、防蠅防蟲、車間排水、電氣防潮、防火等安全措施；6、注意車間的采光、通風(fēng)、采暖、制冷等設(shè)施。散發(fā)熱量、氣味和腐蝕性的介質(zhì)應(yīng)分開集中布置。空壓機(jī)房、空調(diào)機(jī)房以及真空泵房應(yīng)分開，盡量靠近使用場(chǎng)所，來減少輸送管道的長度和管道中的能量損失；7.可設(shè)置在室外的設(shè)備應(yīng)盡量設(shè)置在室外，并在其上加蓋簡(jiǎn)易棚；8.依據(jù)生產(chǎn)制作技術(shù)對(duì)于品質(zhì)把控的需求，對(duì)生產(chǎn)廠房或者流水線工藝的衛(wèi)生管控級(jí)別需要展開明晰的區(qū)域分類與區(qū)間隔斷，差異化衛(wèi)生等級(jí)的生產(chǎn)品不可以混合流動(dòng)、混合擺放，也不可以倒流，這樣會(huì)致使多次加工與污染現(xiàn)象的出現(xiàn)。9.務(wù)必遵守ISO14000、GMP、HACCP等規(guī)范性文件的要求。

6.3發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)發(fā)酵車間的器具大致包括發(fā)酵罐、種子罐。根據(jù)上述工藝計(jì)算和設(shè)備選型，基于比例設(shè)計(jì)發(fā)酵車間表面的平面布置圖。依此詳細(xì)闡述發(fā)酵車間的配置設(shè)計(jì)流程的具體內(nèi)容：1.統(tǒng)計(jì)清楚生活室、設(shè)備清單等地方的面積需要，依據(jù)工藝過程對(duì)制造區(qū)間、輔助區(qū)間、生活辦公區(qū)間的面積展開原始的分割處理。2.全面分析設(shè)備表單，劃分清楚哪些產(chǎn)品屬于生產(chǎn)時(shí)共用的、哪些是某類產(chǎn)品專有的、哪些屬于比較輕便的、哪些屬于可以挪動(dòng)的等。屬于笨重一類、固定一類以及專用一類的車間設(shè)備，需要盡可能擺放在車間周圍；屬于輕便一類的，可移動(dòng)一類的器具，需要擺放在車間的中心處，基于此，在替換產(chǎn)品的時(shí)候更改設(shè)備就相對(duì)便捷一些。3.依據(jù)此生產(chǎn)車間相對(duì)于所有廠房平面的位置，認(rèn)定車間擺放設(shè)備的結(jié)構(gòu)成樣式、方位與跨度；坐標(biāo)紙需要按照廠房構(gòu)建規(guī)劃的需要，設(shè)計(jì)廠房建筑基于圖紙的輪廓簡(jiǎn)略圖（其比例可以依照1∶100，有需要時(shí)也可以使用1∶200或1∶50的比例），繪制出廠房車間的柱子、長度、寬度還有總體上的所處位置。4.依據(jù)總體平面圖的設(shè)計(jì)構(gòu)思，認(rèn)定生產(chǎn)流水線的方位。5.依據(jù)比例要求把設(shè)備尺寸裁制成方塊形狀（或者是設(shè)備外表樣式的俯視圖），基于草圖展開排布，可以得到一些差異化的方案，便于對(duì)比分析。如果利用AutoCAD繪圖，會(huì)提高便利性，這也屬于當(dāng)代的工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人員需要把握的基礎(chǔ)技術(shù)。6.基于差異化方案的不同層次維度展開對(duì)比①工藝過程的適宜性，人流、物流的順暢，還有同總平面的一致性（也涵蓋廢棄用品和包裝物品的去向）；②建筑設(shè)施的費(fèi)用、建筑樣式的可使用性與美觀；③管道裝置（涵蓋上下水、電、冷、汽、工藝等內(nèi)容）的便利、隱秘、合規(guī)與美感，同公共設(shè)施間的差距還有施項(xiàng)目實(shí)施的便捷性；④車間內(nèi)部與外部傳輸?shù)捻槙常êw原材料入場(chǎng)還有產(chǎn)成品流出的去向）；⑤生產(chǎn)衛(wèi)生環(huán)境的適宜性、合規(guī)性；⑥操作環(huán)境的合適、消防安全設(shè)施的整體一致性；⑦透氣性采光適宜性等。根據(jù)以上7部分內(nèi)容來探析對(duì)比每一種方案的優(yōu)勢(shì)與不足之處，進(jìn)行整體評(píng)