毕业设计-年产480吨工业用纤维素酶制剂厂设计

目录1绪论111项目建设的背景1111项目提出的依据1112投资的必要性和经济意义212厂址选择2121投资环境评价2122开发区财政支持及土地政策213项目建设的意义22厂区平面设计321总平面设计322设计说明书3221设计依据3222总平面设计说明323主要设计指标43产品方案及工艺流程431产品与产量的确定432工艺流程4321原辅料及菌种4322工艺流程图4323操作要点533物料衡算8331原料计算8332辅料计算9333计算结果1034生产设备选型11341主要生产设备生产能力计算11342主要生产设备选型表1635劳动力平衡1736水电汽平衡17361全年用水量计算17362全年用电量计算19生产用电19363蒸汽用量计算204工厂卫生和安全生产2041厂内部总平面布局的卫生2042厂房内部环境卫生2043生产设备卫生2144酶制剂生产的注意事项21441固体酶生产注意事项21442液体酶生产注意事项21443酶生产过程中的个人防护装备215公共工程和辅助工程2251公共工程22511给排水工程22512供汽工程22513供电工程22514压缩空气系统22515采暖通气系统22516冷却水系统22517环保系统22518制冷工程2252辅助工程22521项目需土建的辅助系统22522运输设备226企业组织和劳动定员2361企业组织2362工作制度2363劳动定员237环境保护248设计概算249经济技术分析2691工厂成本26911原辅料总成本26912包装材料成本27913水费耗用27914工人工资、动力费、设备折旧费2792利润2793税金2794出厂价格28参考文献29致谢29图表说明29年产480吨工业用纤维素酶制剂厂设计摘要本设计主要是对年产480吨工业用纤维素酶制剂厂进行了设计。本设计从产品需求、地理环境、政策环境、生产技术等各项条件出发，针对480吨工业用纤维素酶制剂项目的需要，进行了车间平面设计，并对产品方案、生产工艺、设备选型、物料衡算、全厂卫生安全、企业组织等方面进行了研究与设计。最后对本方案进行了技术经济分析，研究表明该项目固定资产投资2610万元，项目完成之后可年产固体纤维素酶240T，液体纤维素酶240T，年利润1692万元，投资回收期为3年。关键词工业用纤维素酶；工厂设计；物料衡算；技术经济分析THEPLANTDESIGNOFA480T/APRODUCTIONCAPACITYOFINDUSTRIALUSEDCELLULASEXIAFEICOLLEGEOFLIFESCIENCE,BIOENGINEERING,GRADE2004,CLASS2,042510105ABSTRACTTHISSTUDYWASAIMEDTODESIGNAINDUSTRIALUSEDCELLULASEPRODUCTIONPLANTWITHA480TONPRODUCTIONANNUALCAPACITYWORKSHOPHORIZONTALDESIGN,THEPRODUCTPLANANDTHECRAFTPROOF,SELECTIONOFPROCESSINGTECHNOLOGYANDEQUIPMENT,MATERIALSBALANCING,HYGIENEANDSAFETY,ANDORGANIZATIONWERESTUDIEDANDDESIGNEDFORTHEINDUSTRIALUSEDCELLULASEPRODUCTION,BASEDONTHEDEMANDOFPRODUCT,GEOGRAPHICALENVIRONMENT,GOVERNMENTALPOLICIESANDTHEPRODUCTIONTECHNOLOGYATLASTTHEANALYSISOFTECHNICALECONOMYOFTHISPROJECTWASDONEITSHOWEDTHATTHEFIXEDASSETSWAS261MILLIONRMB,AFTERTHECOMPLETIONOFTHEPROJECT,THEPLANTMAYYEARLYPRODUCESOLIDCELLULASE240T,LIQUIDCELLULASE240T,THEANNUALPROFITWAS1692MILLIONRMB,ANDTHERETURNTIMEOFINVESTMENTWAS3YEARSKEYWORDSINDUSTRIALUSEDCELLULASEPLANTDESIGNMATERIALSBALANCINGTECHNICALECONOMYANALYSIS1绪论11项目建设的背景111项目提出的依据纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。它不是单种酶，而是起协同作用的多组酶系。大多微生物产生的纤维素酶，最主要的有三个部分内切葡聚糖酶；纤维二糖水解酶；葡萄糖苷酶。一般纤维素酶的相对分子质量在4500075000之间，最适合温度50左右，最适PH45。纤维素酶的用途极其广泛，近年来被广泛应用于酒精、饲料、食品等行业1。纤维素是目前地球上唯一产量巨大而未得到充分利用的可再生资源，广泛而大量存在于自然界。随着能源危机的日渐加剧，对于纤维素的利用吸引了许多研究者的眼光。利用纤维素的关键是把不溶于水的纤维素分解为可发酵性糖，而纤维素酶则是此关键中的关键。利用纤维素酶可将纤维素质原料转化为可发酵性糖，再利用微生物将糖转化为乙醇。用此方法生产的燃料乙醇可部分取代汽油。这是目前生物能源研究的重点，也是纤维素酶的主要应用方向。随着酶制剂工业的发展，纤维素酶的应用范围也进一步的扩大。纤维素酶是畜牧业中的一种新型饲料添加剂。利用纤维素酶能将饲料中一部分难于消化的纤维素转化为糖和菌体蛋白，改善动物饲料利用性，能使畜禽最大限度的利用饲料，提高饲料利用价值，减少畜禽消化道疾病发生，同时可减少饲料用量，降低养殖成本3。112投资的必要性和经济意义随着生物工程的迅猛发展，纤维素酶制剂的生产变为现实。美国、丹麦和日本于20世纪70年代就开始了纤维素酶的生产，国际市场基本上为它们所垄断，我国七五计划才把纤维素酶的生产列为攻关计划，国内现已有些厂投产，年产量约5000多吨，国内生产量远远不能满足市场需求。随着经济的发展和石油价格的爆涨，国内外纤维素酶的需求市场前景十分乐观。纤维素酶生产行业是一个新兴行业，21世纪将是它的生命全盛期。由于纤维素酶的广泛应用，估计我国市场需求量将以每年2535的速度上升，预见用纤维素酶产业化生产生物乙醇的关键技术将在未来年内得到解决，那时我国的纤维素酶年需求量将增加到2540万吨。纤维素酶的年利率可能达到50亿元以上。目前国内大规模生产纤维素酶的公司只有天津诺维信公司、北京索莱宝科技有限公司、上海戴迪实业发展有限公司等少数几家。因此，利用液体深层发酵法生产的纤维素酶将会有广泛的市场前景。12厂址选择121投资环境评价临沂市位于山东省东南部，地近黄海，东连日照,西接枣庄、济宁、泰安，北靠淄博、潍坊，南邻江苏。根据国家统计局城市社会经济调查司对全国287个地级以上城市根据2005年城市基本情况统计年报资料，从“区位及自然环境”、“经济环境”、“市场环境”、“人力资源环境”、“基础设施环境”、“社会服务环境”、“综合安全环境”等进行综合测评，发布了“2006投资环境百佳城市”名单，临沂市榜上有名。同时，在中国社会科学院工业经济研究所、中国经营报社主办的中国城市竞争力论坛，临沂市荣获“2006跨国公司眼中最有投资潜力的城市”。临沂经济开发区是2003年6月份，经山东省人民政府批准建立的省级经济开发区，位于临沂市城区东南部，是临沂市的现代化工业新城区。经济开发区城市功能健全，基础设施完善，交通运输便利，自然资源丰富，靠近国内第三大批发市场临沂批发市场，具有巨大的商贸优势。开发区对投资企业实行优惠的扶持政策，按照“政策最优、体制最顺、服务最好”的要求，对园区企业实行封闭式管理，提供最优的服务。从区位上看，临沂经济开发区处于南北经济的结合部，坐落在北京至上海中间地带，扼交通要冲，形成了海、陆、空三通的立体格局。该工业园在交通、原料、资源方面都具有非常大的优势。122开发区财政支持及土地政策对临沂市外投资的工业性生产项目企业所得税市级地方留成部分前三年政府全额扶持，后两年扶持50。投资项目建设用地，通过协议、招标、拍卖、挂牌、划拨、出让或租赁等形式依法获得。生产性工业项目目前土地出让价格为每亩58万元左右，在此基础上，根据项目投资规模、投资强度、建设期限、科技含量、税收贡献等再给予不同程度的优惠扶持。对于酶制剂厂厂址的选择，其基本要求是原料、燃料供应充分，产品流通迅速，交通便利。而新开发的开发区为招商引资，往往会出台一系列的优惠政策，有利于企业的成长。因此本着经济、合理、优势的原则，根据本项目的性质和对建厂地区及地址的相关条件进行考察和论证分析，最后厂址选择临沂市经济开发区。综合看来，在临沂市经济开发区工业园区建设纤维素酶制剂厂，无论是从地理位置、交通运输、原材料和燃料供应，还是从当地政策、投资环境来看，都是十分理想的。13项目建设的意义项目建成后一方面可以吸纳当地剩余劳动力，增加当地居民收入；另一方面，该项目还可以解决当地农作物秸秆浪费的问题，增加当地农民的农业收入，生产中产生的废渣还可以作为农业用有机肥。本项目投产结构合理，投资少，见效快，效益高，投资回收期短，发展前景广阔，并符合国家可持续发展战略和三农政策，能积极的带动当地农业的发展，从而达到农业增效、农民增收、企业增值、国家增税，促进地方经济发展，为社会带来经济效益和社会效益。因此该项目切实可行。2厂区平面设计21总平面设计表1厂区建筑面积一览表TABLE1PLANTCONSTRUCTIONAREALIST序号建筑物建筑面积（M2）占地面积（M2）1应急发电室91090902配电室91090903原料库19121081084空压机房81080805水处理中心81080806粉碎配料车间81296967生产车间192837562528生产车间292837562529锅炉房101212012010原料库2810808011成品车间81411211212污水处理站24624526426413职工公寓1045290045014机修车间58404015职工餐厅2015260030016成品库89727217科研中心2015390030018办公楼10254100025019警卫室158404020警卫室258404022设计说明书221设计依据（1）以方便生产为前提，符合车间生产程序，避免原料、半成品、人流的交叉污染；（2）全厂建筑物采取南北朝向，利于通风、采光；（3）发酵附属设施安排在发酵车间的周围，为发酵提供高压蒸汽、原辅料、冷却水、压缩空气；（4）粉碎车间和锅炉房安排在发酵车间旁边，远离生活区和公路，避免污染生活区的空气；（5）配电房、锅炉靠近生产车间，减少能源消耗，锅炉房处于厂西北角，使生产车间处在其上风位置；（6）通盘考虑全厂布置，填平补齐，力求合理、经济，并充分考虑全厂扩大生产4。222总平面设计说明（1）厂区主要建筑物原料库、成品库、办公楼、科研楼（兼菌种保藏中心）、餐厅（兼工人活动中心）、车库、工人公寓、广场、传达室、展厅、锅炉房、机修车间、生产车间、成品车间、粉碎配料车间空气压缩站、水处理中心、污水处理池等。按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料的往返运输。对厂房的布置符合生产工艺的要求，既保证了生产过程的连续性，又使得整个厂区紧凑合理。（2）办公楼在人流出口附近，距离车间较近，方便管理，又与物流避免交叉。（3）绿化情况厂区绿化以普通绿化与重点绿化相结合，沿厂区主入口的主要道路进行重点绿化，种植有观赏价值的乔、灌木与草皮结合，并且绿化部分遍植草皮，以创造出一个美丽、怡人的厂区环境。（4）厂区道路厂区主干道为10M宽，非主要道路为8M宽，两旁种植悬铃木、榆叶梅等。（5）厂区考虑到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均设有消防水龙头和灭火器。23主要设计指标表2主要设计指标一览表TABLE2LISTOFDESIGNINDICATORS项目数据1全长占地面积13872M32全厂建筑物占地面积2744M33建筑系数19784绿化面积1950M35绿化率14066土地利用系数32883产品方案及工艺流程31产品与产量的确定表3产品方案明细表TABLE3LISTOFDETAILEDPRODUCTPLAN产品名称年产量/T日产量/T班产量/T全年生产天数/D酒精工业用酶24007320244328饲料添加酶2400732024432832工艺流程321原辅料及菌种（1）原料玉米秸秆、麦麸（2）辅料酵母膏、木质纤维、蛋白胨、MGSO47H2O、泡敌、CACL22H2O、TWEEN80、KH2PO4（3）菌种里氏木霉RUTC30322工艺流程图原料粉碎过筛高温高压杀菌保藏菌种斜面种子培养摇瓶液体种子扩大培养液体深层发酵过滤浓缩硫酸铵沉淀（饲料添加用酶为乙醇沉淀）过滤溶解酶泥过单宁琼脂糖层析柱浓缩干燥造粒固体酶制剂液体酶制剂图1生产工艺流程图5FIGURE1CHARTOFPRODUCTIONPROCESS323操作要点（一）菌种培养（1）菌种及菌种保存一般选用的菌种为里氏木霉，发酵周期为70H左右，纤维素酶产量高且稳定性好，产生的纤维素酶为胞外产物，容易分离纯化。一般里氏木霉菌种用马铃薯琼脂（PDA）培养基保藏。（2）菌种活化5马铃薯琼脂（PDA）培养基灭菌冷却至30左右时，在无菌条件下将保藏的原菌接种到培养基中，在2830的恒温培养箱中培养72H，取出后于04保存备用。（3）种子培养基及种子罐培养玉米秸秆粉20目筛1、酵母膏005、木质纤维1、蛋白胨03、MGSO47H2O003、KH2PO404、CACL22H2O003、NH42SO402、TWEEN80002（体积比）,121下灭菌30MIN后使用。菌种活化后按7的接种量接种到一级种子罐中通气培养，培养48H后再接种至二级种子罐中，培养48H后按7的接种量接种至发酵培养基中进行发酵6。（二）发酵过程（1）发酵培养基的配制发酵培养基的组成5玉米秸秆粉195、麦麸5、酵母膏005、蛋白胨03、MGSO47H2O003、KH2PO404、CACL22H2O003、NH42SO415、TWEEN8008（体积比）,121下灭菌30MIN后使用。配制培养基的注意事项1I碳源纤维素酶发酵大多采用含有纤维素的原料作为碳源。一般是将玉米秸秆粉碎至20目以下后与麦麸等其他辅料混合。麦麸对菌种产酶的影响是双面的它一方面为产酶提供必要的生长因子；另一方面，其含量增加又会降低培养基的蓬松程度，使通气量降低，从而影响产酶。对于里氏木霉，当玉米秸秆与麦麸之比为41时纤维素酶的产量最高7。II氮源可用无机氮，也可用有机氮，二者差别不大。里氏木霉的最适氮源为硫酸铵和谷氨酸钠，硫酸铵价格较便宜，因此选用硫酸铵，用15浓度效果较佳。III细胞通透性增加细胞通透性对提高纤维素酶活性有一定的作用。一般认为TWEEN80可以提高里氏木霉的纤维素酶的产量，添加量为08。培养基的配制是在拌料罐中进行的。预先在拌料罐中添加所需质量的各种成分，然后加入培养基中所有用水量的60左右，使最终两个发酵罐中的装料量为1426M3。用搅拌桨搅匀后用往复泵泵入两个发酵罐中。（2）发酵培养基的灭菌8由于发酵罐的体积较小，因此可采用实罐灭菌的方式进行灭菌。灭菌过程采用蒸汽压为196KPA（表压）的蒸汽通入发酵罐中，利用蒸汽冷凝释放的热量加热培养基，以达到灭菌的目的。实罐灭菌过程共分为三个阶段升温阶段采用直接将活蒸汽通入发酵罐中的方式把培养基由室温加热到灭菌温度。此过程中通入的蒸汽冷凝形成的水可直接补充配制培养基时未加足的水。保温阶段蒸汽从与培养基相接触的管道连续进入，从不与培养基相接触的管道连续排出。维持一定的灭菌时间，以到达灭菌的目的。冷却阶段完成保温时间后，关一路排汽，再关一路进汽（次序不能颠倒），最后排汽与进汽全部关闭。然后引入无菌空气，再打开蛇管的冷却水，使培养基的温度降低到合适的温度，以进行接种。（3）发酵过程中的条件控制温度发酵前期，培养温度应稍高些，以有利于菌体的生长，里氏木霉一般控制前期培养温度为30（即最适生长温度），大约保持12H；进入产酶期后，应适当降低培养温度，里氏木霉产酶期培养温度一般为28，较低的温度有利于提高酶的稳定性，延长细胞产酶时间9。PH里氏木霉发酵生产纤维素酶的最适PH为465。在实际的发酵过程中，随着微生物的代谢活动，发酵液的PH值在不断变化，要根据其变化严格控制PH值1。通风量发酵早期，菌体刚刚萌发，数量较少，呼吸强度较弱，耗氧速度较低，应控制通气量为10203；进入对数生长期以后，菌体代谢旺盛，呼吸强度提高，细胞大量分裂，细胞浓度迅速增加，因此耗氧速度较快，应控制通气量为11；产酶时期，细胞分裂完全，细胞浓度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗大量的氧气，应控制通气量为111。搅拌纤维素酶液体深层发酵中还需要搅拌，以利于热交换、营养物质与菌体均匀接触，降低细胞周围的代谢产物，从而有利于酶的合成。所以，应控制整个生产过程的搅拌速度为100150RPM。泡沫控制发酵中往往产生较多的泡沫，其存在阻碍CO2排出，影响溶解氧量。生产上一般采用聚氧丙烯甘油醚或泡敌（聚环氧丙环氧乙烷甘油醚）消泡。产酶量的测定发酵过程中要定时取样测定产酶量，一旦发现到达最大酶活产量时要及时停止发酵。（4）发酵终点的判断一般利用里氏木霉进行纤维素酶发酵的周期为70H左右。当发酵液的PH上升至5左右，镜检观察到菌丝自溶、断裂，80以上的菌丝染色着色浅或染不上色时，可以放罐6。一般发酵的产酶率为65。（二）纤维素酶的分离与提取（1）发酵液的预处理发酵结束后要向冷却蛇管内通入蒸汽，使发酵液温度升高至90维持10MIN，灭活菌体并有利于后续的过滤过程。加热结束后将发酵液转移至发酵液储罐中。同时准备使用板框过滤机对发酵液进行过滤，以除去菌体和未发酵的培养基原料。（2）发酵液过滤在里氏木霉生产纤维素酶的过程中，在常压下滤饼形成后，一般采用加压至0304MPA来过滤。滤液储存于储罐中，分四批进行后续的提取过程。生产中常采用以压力泵或压缩空气为过滤推动力的压滤机来进行过滤。经过滤后滤液中的纤维素酶的收率为95。（3）浓缩将板框过滤后的滤液调到PH45，在40、20KPA的条件下利用三效真空蒸发仪将滤液浓缩至原体积的30401，此过程的酶的收率约为95。（4）沉淀与酶泥的重新溶解在酶制剂的生产过程中，一般采取盐析法进行纤维素酶的分离。首先向浓缩酶液中加02饱和度的硫酸铵，静置1小时后利用板框过滤机进行过滤，弃去沉淀。然后向收集的清液中加入06饱和度的硫酸铵，再静置1小时后过滤弃去清液，得到纤维素酶的粗品。对于应用于饲料工业中的酶制剂，由于硫酸铵沉淀法析出的酶沉淀，含有大量的无机盐，不适合用于食品行业。因此在其生产过程中，应该采用有机溶剂法进行纤维素酶的分离。常用纤维素酶沉淀分离的有机溶剂为乙醇。乙醇的最适浓度为70。提取酶制剂过程中容易引起酶的变性失活，所以必须在4左右的低温下进行操作，沉淀析出后要立即分离。有机溶剂用量一般为酶液体积的2倍左右，而且，要将酶液的PH值调至纤维素酶的等电点附近，再用002005MOL/L的磷酸缓冲液溶液溶解后进行进一步的纯化。沉淀过程的酶的收率为94，过滤过程的收率为951。（5）纤维素酶的纯化单宁是纤维素酶的天然抑制剂，用单宁结合活化的琼脂糖做成亲和层析柱，用蒸馏水平衡，再将上一步得到的酶液过柱，使单宁专一性结合纤维素酶，蒸馏水平衡后，用002005MOL/L的磷酸缓冲液洗脱出来，就可得到纯化的液态纤维素酶1。酶的亲和层析一般控制在较低的温度下进行，以防止由于温度的升高而使酶在纯化过程中变性失活。经过该过程后酶的损失率为7。（6）洗脱液的浓缩由于里氏木霉生产的纤维素酶在60以上活性迅速下降，所以在真空蒸发浓缩时，应控制浓缩系统的真空度，使蒸发温度在60以下。在纤维素酶的生产中一般采用真空蒸发器，在50进行真空浓缩，除去约2/3的水分。浓缩后的收率为90。（三）酶的成品与包装10（1）液体酶的混合与包装向经浓缩后的液体酶加入1,2丙二醇，以维持酶制剂的活性。最终产品的颜色为棕色，密度为10511G/CM3，粘度为50PAS，装于有环氧树脂涂覆的容量为200KG的铁桶中以及容量为25G的手提桶中。（2）固体酶的造粒与包装将浓缩后的酶液用喷雾干燥法干燥，形成粉状的酶。固体酶制剂的包装外要刷明标记，包括成品名称、生产厂家名称、厂址、生产日期、保质期、使用方法、成品标准编号等。（四）成品的储存包装后的成品经过水平皮带输送机运到成品库中，再由叉车搬运到存放的位置。成品库要求低温干燥通风，库内温度在025范围内，保质期为半年。避免在30以上长期储存，避免日光暴晒和雨淋。（五）成品质量检测11酶制剂的成品各项指标要符合工业酶制剂通用检测规定和标志、包装、运输、贮存QB/T180493的要求。并按照下述的测定纤维素酶活力的方法测定其CMC酶、FPA（滤纸糖）酶和BG酶活性，并用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法来测定该酶制剂的纯度与分子量。ICMC酶活的测定5CMC溶液（PH45、0025MOL/L柠檬酸，005MOL/L磷酸氢二钠）10ML，适当稀释后的酶液10ML，40恒温水浴60MIN，用3,5二硝基水杨酸法测定还原糖；IIFPA酶活的测定取适当稀释后的酶液01ML，再加入02ML磷酸缓冲液（PH60）和0505滤纸条1张，其余同CMC测定。IIIBG（1,3葡萄糖苷酶）酶活的测定取适当稀释酶液05ML，加入05ML1水杨酸溶液（溶于PH48、01MOL/LHAC和NAAC缓冲液），50反应30MIN，加入3MLDNS试剂测糖。33物料衡算里氏木霉的发酵时间为70H左右，考虑到装料、实消、放料、清洗需要一部分时间，因此确定整个发酵周期为4D，在330D的工作日内，共有82个生产周期。由设备计算（341）可得，生产中共需要23M3的发酵罐8个。发酵罐的装料系数为70，发酵产率为65，提取率为70，种子罐的装料系数为75，发酵液密度约为1020KG/M3。主要技术参数发酵时间70H生产周期4D生产天数328D年产量480T预设发酵罐个数8个发酵罐装料系数70发酵产率65酶提取率70FPA酶活46264781单位/G331原料计算（1）玉米秸秆玉米秸秆需经过粉碎后才能用于发酵。在粉碎过程中随着运输、粉尘等会有原料损失，按10的损失率及3T/T原酶的投料比计算，可得每次发酵周期需要的原料玉米秸秆量为M1发酵液总质量产酶率玉米秸秆投料比（1损失率）8237043751020653（110）3025T年用量M130258224805T（2）麦麸碳源中玉米秸秆与麦麸的比例为41时纤维素酶的产量最高。由此麦麸的用量为M2玉米秸秆投料量430254757T年用量M27578262074T（3）酵母膏一个发酵周期中的培养基的总质量为8237043751020140556T酵母膏的用量为005，则一个发酵周期中酵母膏的用量为M314055600570278KG年用量M37027882577T（4）木质纤维木质纤维在种子培养基中充当碳源，在发酵培养基中作为产酶诱导剂。其用量为1。一个发酵周期中木质纤维的用量为M414055611406T年用量M41406821153T（5）蛋白胨蛋白胨在培养基中的用量为03，一个发酵周期中蛋白胨的用量为M5140556030422T年用量M504228234604T（6）MGSO47H2OMGSO47H2O的用量为003，一个发酵周期中MGSO47H2O的用量为M61405560030042T年用量M60042823460T（7）KH2PO4KH2PO4的用量为04，一个发酵周期中KH2PO4的用量为M7140556040562T年用量M70562824610T（8）CACL22H2OCACL22H2O的用量为003，一个发酵周期中CACL22H2O的用量为M81405560030042T年用量M80042823460T（9）TWEEN80发酵培养基中添加量为08（体积比），种子培养基中添加量为002。一个发酵周期中的使用量为M98237008437500210322M3年用量M910322828464M3332辅料计算（1）硫酸铵在整个生产工艺中硫酸铵有两种用途一种是作为氮源；另一用途是在纤维素酶的沉淀粗提中作为沉淀剂。作为氮源的添加量为15，作为沉淀剂的用量为20的饱和度和60的饱和度。由此进行计算氮源用量NH42SO4在发酵培养基中的用量为15，在种子培养基中的用量为02。一个发酵周期中NH42SO4的用量为M108237010201543751020021989T2T年用量M10282164T沉淀剂用量在燃料乙醇工业用酶制剂的生产过程中使用的沉淀剂为硫酸铵，一个发酵周期中共有4个发酵罐用于该酶的生产。在提取过程中，发酵液经过过滤后会有部分体积损失，且过滤后的滤液经过真空浓缩。因此可估计过滤后的滤液体积为2370480402061M3。在用盐析法分离纤维素酶的过程中，处理液的NH42SO4初始饱和度为0，欲达到20的饱和度，在25条件下，需向1M3溶液中加入114KG的NH42SO4查63页表41。经静置、过滤处理后，再向滤液中加入NH42SO4，使NH42SO4的饱和度由20上升至60，此过程应向滤液中加入262KG的NH42SO412。则提取过程中NH42SO4的用量为M1120611142061902627210KG721T年用量M117218259122TNH42SO4的总用量为1645912275522T（2）乙醇乙醇作为饲料添加用酶的沉淀剂，一个发酵周期中共有4个发酵罐用于该酶的生产。可估计过滤后的滤液体积也为2061M3。沉淀过程中用的为70的乙醇，用量为处理液体积的两倍。因此乙醇用量为M122061270789228T年用量M12228821870T（3）泡敌发酵培养基中泡敌的添加量为003，一个发酵周期中的使用量为M13823700030039M3年用量M1300398232M3333计算结果表4生产物料衡算表TABLE4BALANCESHEETOFPRODUCTIONMATERIAL项目名称指标每次发酵周期实际量年用量玉米秸秆3T/T原酶3025T24805T麦麸075T/T原酶757T62074T酵母膏00570278KG577T木质纤维11406T1153T蛋白胨030422T34604TMGSO47H2O0030042T3460TKH2PO4040562T4610TCACL22H2O0030042T3460T原料TWEEN80002/0810322M38464M3硫酸铵114/262KG/M3921T75522乙醇14M3/M3228T1870T辅料泡敌0030039M332M3纤维板圆筒40KG/桶70个6127个包装材料环氧树脂涂覆的圆桶25KG/桶120个9840个34生产设备选型341主要生产设备生产能力计算由物料衡算表可知为提高后处理过程中使用的设备的利用率，四组发酵罐（每两台发酵罐为一组，生产同一种酶）采用循环式投料生产。（1）玉米秸秆粉碎机及20目振动筛分器年用量处理时间250010003308950KG/H（2）拌料槽拌料槽的结构由圆柱形槽身和圆锥形底部组成，设计体积应为发酵培养基体积/装料率1462285344M3（取35M3）设圆柱形槽身的高为H1，圆锥形底部的高为H2，且H13H2，直径D为3M。则由V1/4314D2H11/31/4314D2H235M3得H1446M；H2148M拌料罐的实际体积为V5/183143244635011M3（3）发酵罐设发酵罐的体积为V，则由年产酶量发酵罐体积发酵液密度发酵罐个数发酵周期数发酵罐装液量产酶率酶提取率可得发酵罐的体积4800001020820700658072253M3由此可确定发酵罐的有效体积为23M3。发酵罐主体结构计算13封头采用标准椭圆封头K1H/DI25DI/HI4椭圆容积VA/6DIHIDI32VDI2HIVA4DI2HIDI342/3DI3DI222M处理后内径为23M即2300MMH25DI2325575M57500MMHI025DI0575MH4M所以HA50MM查化工设备设计基础附表5罐体总高H总5752HI2HA700M7000MM罐体壁厚SPD/2PC其中08，P05,C3MM,130MPA,DI2300解之得S85MM取整90MM封头按标准椭圆计算7HI0575MHA005M封头壁厚SPD/2PC其中08P05DI2300130MPAC42解之得S974MM取整1000MM4种子罐二级种子罐二级种子罐体积发酵罐体积装料系数接种量种子罐装料系数230700707523M3一级种子罐一级种子罐体积二级种子罐体积装料系数接种量一级种子罐装料系数30751007503M3（5）空气压缩系统无菌空气制备流程14如下吸风塔粗滤器空气压缩机空气冷却器除水设备空气总过滤器发酵车间空气总管分过滤器发酵罐发酵过程中的最大通气量为11，因此发酵车间需要最大压缩空气的用量可按下列公式计算V单个发酵罐的体积发酵罐的个数通气比单个种子罐的体积种子罐的个数通气比2381341196M3/MIN（按200M3/MIN进行后续计算）吸风塔14吸风塔设计高度应在1012M左右。进管至空气压缩机一段的管路，要求直管连接，避免弯管或多弯管。本次设计中将吸风塔的高度定为11M，空气在吸风塔内的截面流速设计为6M/S。则吸风塔的截面半径为R（V/）1/22006063141/2042M空气的实际流速V/R2200600422314602M/S前置预过滤器8选择高效前置过滤器，其外形像一只大型的集装箱。内部设计有两道过滤介质层前层称粗过滤层，采用绒布作为过滤介质；后道称亚高效过滤层，采用涤晴无纺布作为过滤介质。设计流速为05M/S。设备外型半径为R（V/）1/220060053141/2146M（取15M）实际流速V/R2200601523140472M/S空压机由计算可得发酵工艺所需的最大空气流量为200M3/MIN。因此选择日本寿力公司生产的TRX系列离心式空压机。其输出功率为900KW到1800KW，容量范围为175360M3/MIN，排气压力为216PA。20的空气经空气压缩机的压缩，其出口压强表压为02MPA则压缩后的空气温度为T2T1（P2/P1）K1/K27320020101/0101131/1329330233775K1045其中P10101MPA，K13。冷却器压缩空气由管道经沿程冷却输送到空气冷却器，此时空气的温度已大大低于空气压缩机出口的温度。空气冷却器的作用是使压缩空气除水减湿。冷却器选用列管式换热器，冷却水走管程，压缩空气走壳程。要求压缩空气由104被冷却至25，冷却介质为20的循环水，冷却水的出口温度为28由条件可得空气的定性温度10425/2645水的定型温度（2028/224计算过程15为查得空气在定性温度下的物性数据10445KG/M3；CP1007KJ/KG；K2931W/M2；2035103PAS查得水在定性温度下的物性数据9957KG/M3；CP4174KJ/KG；K0618W/M2；080103PASI热负荷计算QWHCPHT2T12006010445100710310425277105W冷却水耗量WCQ/CPCT2T12771054174103282083KG/S30T/HII计算平均温差暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差空气10425冷却水2820T765TM765LN76/51952计算R和PRT2T1T2T11042528209875PT2T1T2T12820104200095由R、P值，查表可得T098，因T08，选用三壳程。TMTTM09819521913III选K值，估计传热面积由资料，可取K100W/M2S（Q/KTM）115（2771051001913）11516652M2IV初选换热器型号由于两流体温差大于50，可选用浮头式换热器FB500。由计算结果确定换热器为三壳程，因此选用3台相同的换热器串联使用。换热器的主要数据如下外壳直径500MM公称压力40MPA公称面积65M2管长6M管子尺寸2525管子总数124管程数2管子排列方法正方形斜转45排列S。NDL01N1243140025（601）31723M2采用此换热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为K。Q115（S。TM）277105115（17231913）9664W/M2除水设备空气经冷却后即有水分析出，为此，冷却的空气需要除水并安装必要的除水设备。丝网除滤器是一种立式圆筒型设备，它具有压降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的优点。一般丝网除滤器的设计流速取13M/S。设计时取流速为2M/S，则除滤器的直径为D（4V/）1/2（4200603142）1/21457M（取15M）除滤器的填料为不锈钢丝网，不锈钢丝的直径为025MM，多层重叠，丝网层厚度为100MM，丝网型号140400型14。总空气过滤器总空气过滤器是圆筒状设备，空气在过滤器内底筛板一下切线方向进入，在器身下方设置人孔。YUD型空气总过滤器，过滤介质采用涂层式过滤材料组装的滤芯，常采用的滤芯是DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。根据发酵车间的空气用量，可选用YUDZ4型号的总过滤器12003035MM，配滤芯DMF，总过滤器内有DMF滤芯3501000，4个8。分过滤器分过滤器是单台发酵罐的单独空气过滤器。23M3发酵罐的空气过滤系统设备的计算及设计如下根据发酵工艺，每个23M3发酵罐最大空气用量为VF23123M3/MIN由于23M3发酵罐的工作容积在70左右，因此空气的用量已经含有安全系数。查资料后选择JPF20型空气膜过滤器，2301196MM，配滤芯JPFC聚四氟乙烯微孔膜，滤芯长20英尺，共5个8。蒸汽过滤器根据已选JPF20型空气膜过滤器，查阅JLSF蒸汽过滤器的规格型号，可选JLSF080蒸汽过滤器，114530MM一台，配置滤芯JLSF，22260，共7个8。（6）发酵液储罐发酵液储罐体积两个发酵罐中的发酵液体积装液系数2307208538M3发酵液储罐主体结构为圆柱体，高度与直径的比例为25。则由V314D/22H38M3可得D27M；H675M（7）板框过滤机发酵结束后需过滤的发酵液的体积VF为322M3，含固量I约为25。若选用BMY70/800300型号的板框过滤机，则其过滤面积A70M3,滤框容量VP1056L1056M3，板框装填系数K为075，过滤速度为V0018M3/M2H8。则需要的板框过滤机的台数为NVFI/KVP322025075105610台过滤时间为TVF1I/VNA3221025001810702H考虑到设备的循环利用，一个生产车间中选用5台板框过滤机进行发酵液的过滤。共用4H将发酵液过滤完毕。（8）滤液储罐过滤完毕后获得的滤液要储存在储罐中。滤液储罐的主体结构为圆柱型，其体积要求为322080750852273M3（取23M3）设储罐的高度与直径的比例为3。则由V314D/22H23M3可得D214M；H642M（9）真空蒸发器生产工艺中要求在低于60的条件下将滤液中2/3的水分蒸发掉。处理液量为322080751932M3，加热方式采用并流加料8的方式。要求经过真空蒸发浓缩后目的产物的浓度由0065上升至01625，处理时间为12H。则真空蒸发器生的蒸发能力要求为WF10065/01625193212（1006501625）0966M3/H966KG/H（10）沉淀罐和粗酶溶解槽经过真空蒸发浓缩的处理液分四批进行后续的提取过程，则每次处理液的体积为（1932096612）121932M3沉淀罐的装液率为08，则要求沉淀罐的体积为1932082415M3，设沉淀罐的高度与直径的比例为2。则由V314D/22H2415M3可得D12M；H24M经过盐析或乙醇沉淀法沉淀出的粗酶经过过滤后要用磷酸重新溶解后过丹宁亲和层析柱进行纯化。考虑到过滤前后处理液的体积较为相似，因此可将粗酶溶解罐和沉淀罐设计成相同的样式。（11）板框过滤机二沉淀析出的酶要用板框过滤机分离出来，以进行纯化。此时处理液的含固量I0065各单元操作中酶的提取率体积浓缩比006509509509404138处理液的体积为1932M3。选用BMY30/800300型号的板框过滤机，则其过滤面积A30M3，滤框容量VP460L0460M3，板框装填系数K为07，过滤速度为V0018M3/M2H8。则需要的板框过滤机的台数为NVFI/KVP19320138070460083台（取1台）过滤时间为TVF1I/VNA1932101380018130308H（12）真空蒸发器二经过层析后的酶液需进行进一步的浓缩以进行下一步的干燥。在生产工艺中，要求在4H内在低于50的条件下将滤液中产物的浓度由0025上升至040。处理液量为4M3，加热方式同样采用并流加料的方式，处理时间为3H。则真空蒸发器的蒸发能力要求为WF10025/04043（10025040）125M3/H1250KG/H（13）真空干燥器对于固体酶制剂来说，要求含水率很低。要求真空干燥机在2H内将蒸发后剩余的水分蒸发掉。则真空蒸发的处理量为41253025M3。则真空干燥器的生产能力计算为WF/T0252125KG/H342主要生产设备选型表表5主要设备选型表TABLE5MAJOREQUIPMENTSELECTION序号设备名称规格/型号数量生产能力1秸秆粉碎机1950KG/H2配料槽1V35011M33一级种子罐4V03M34二级种子罐4V3M35发酵罐8V23M36前置预过滤器1R15M7离心式空压机TRX2001额定供气量175360M3/MIN8空气冷却器浮头式FB5003换热面积1723M39丝网除滤器1D15M,设计流速2M/S10总空气过滤器YUDZ4112003035MM11分过滤器JPF2082301196MM12蒸汽过滤器JLSF0808114530MM13发酵液储罐2V38M314板框压滤机1BMY70/80030010过滤面积A70M315滤液储罐2V23M316真空蒸发器1WZI10002蒸发量966KG/H17沉淀罐/混合罐4V2415M318板框过滤机2BMY30/8003002过滤面积A30M319真空干燥器1蒸发量125KG/H20燃煤蒸汽锅炉DZH2121T184V2T/H21真空蒸发器2WZI15001蒸发量15001700KG/H水35劳动力平衡表6劳动力分配表TABLE6TABLEOFLABORALLOCATION发酵监控补料控制取样理化检测过滤清洗1人2人1人1人2人2人沉淀过滤层析浓缩干燥包装其他2人4人2人2人4人4人36水电汽平衡361全年用水量计算生产用水空气预处理冷却用水设备计算中获得的数据中冷却水的耗量为30T/H，考虑到冷却水可循环利用，因此可按2的耗用率计算G1302432824723T培养基用水每个发酵罐装液量为23/M3，共8个发酵罐，每年共有82个发酵周期，则用水量为G22370837040380410230251025007140604220042056200422828082T发酵罐灭菌冷却用水发酵罐实罐灭菌过程中，在完成保温时间后，关一路排汽，再关一路进汽（次序不能颠倒），最后排汽与进汽全部关闭。然后引入无菌空气，再打开蛇管的冷却水。冷却过程中所需的冷却水的量计算过程8如下AEKFWCT1T2S/T2管换热面积FQ发V发/KTM16000161167453078M2由此可得冷却水用量WKF/LNAC216743078LN144184291478KG/H2914T/H冷却时间T3GC1/WC2A/A1LNT1ST2ST1FT2S16410214291478141LN120103010336H其中T1S为培养基开始冷却时的温度，120；T1F为培养基冷却结束时的温度，30；T2S为冷却水进口温度，10；T1为培养基冷却过程中某时刻的温度，80；T2为对应T1时冷却水出口温度，30。考虑到冷却水可循环利用，因此可按2的耗用率计算，则冷却水的总用量为G3291433688221285T发酵罐冷却用水发酵罐放出的热量为QQ1Q2Q314其中发酵产热Q1每罐发酵醪液量酶制剂发酵液的发酵热22370188104302700KJ/H代谢气体带走的蒸发热量Q225Q1，射散热量Q33Q1。则QQ1Q2Q3302700（1253）218000KJ/H冷却水用量WQ/CPT2T121800041742520104T/H其中冷却水的进、出温度为20、25。考虑到冷却水可循环利用，因此可按2的耗用率计算，则全年冷却水用量G4104发酵时间发酵周期数发酵罐数21047082829600T发酵罐清洗用水每次清洗用水为4T，发酵罐的清洗一般是在放料结束后进行，清洗用水量为G5每次清洗用水量发酵罐数发酵周期数48822624T过滤机清洗用水过滤机为16台，每台每天冲刷一次，每次用水1T，总用水量为G6每次清洗用水量163285284T其他用水包括冲洗地面、管道冲刷、洗滤布及其他设备的定期清洗。按每天用水20T算，则总用水量为G7每天用水量328203286560T生产总用水量GG1G2G3G4G5G6G74723808212859600262452846560382104T2锅炉用水培养基灭菌升温阶段发酵罐实罐灭菌时升温阶段选用直接加热方式，预先在发酵罐中加入1426M3的发酵培养基，培养基原始温度为25，最后加热至90。蒸汽用量计算公式8为S1GCST2T1ICST211020142641890252728418951011865KG其中C为培养基比热容，可取418KJ/（KG）；I为蒸汽的热焓，为2728KJ/KG；CS为冷凝水的蒸汽比热容，取418KJ/（KG）；为加热过程中散失的热量，一般取10。培养基灭菌保温阶段蒸汽从与培养基相接触的管道连续进入，从不与培养基相接触的管道连续排出。保温阶段持续30MIN,该过程中蒸汽的消耗量为8S2119FT2P/V1/21193925103010510110306131/2812105KG蒸汽总用水量为S18658120008821000534105T锅炉总用水为S11512553410576810