年产400吨碱性果胶酶的发酵车间设计课件

1、年产400吨碱性果胶酶的发酵车间设计,主要内容,选题背景以及设计目的和意义 果胶酶和碱性果胶酶的性质 生产工艺选择 物料衡算与能量衡算 设备选择 车间平面布置和区域布置 经济核算,一、选题背景以及设计目的和意义,碱性果胶酶是指在碱性环境下具有高活性的果胶酶，广泛应用于苎麻脱胶、纸浆漂白、医药原料提取等方面。 近年来，随着纺织工业污染由“末端治理”转向“源头治理”，碱性果胶酶以其低能耗、环境友好、产品品质高等优点广泛应用于棉织物的预处理中。 中国从1990年初也开始研究碱性果胶酶，一般停留在菌种筛选及对酶学特性研究阶段，而对发酵和基因工程改造研究不多。国内厂家多采用原始菌株进行碱性果胶酶粗酶制品

2、的发酵生产，一方面存在酶产量低的问题，另一方面存在碱性耐受谱不完整，酶活不稳定等性能缺陷。且现有碱性果胶酶产品较少，种类单一，需求量大,二、果胶酶与碱性果胶酶的定义,果胶酶最初是由MacDonnell 从桔子里提取得到的，是指一类能够分解果胶类物质的酶的总称，是含有多种组分的复合酶。根据果胶质结构化学的研究表明，果胶质的化学结构比较复杂，能够催化其分解的果胶酶也种类繁多,碱性果胶酶是指在碱性范围内具有较高活性的果胶酶，一般多指聚半乳糖醛酸裂解酶，属于果胶裂解酶的一种。碱性果胶酶可来源于植物果实和微生物，霉菌、酵母等真菌、细菌和放线菌都可以产生碱性果胶酶,果胶酶和碱性果胶酶的酶学性质,1）果胶酶

3、的热稳定性比较差，若以果胶为底物，60保温15min，酶活力剩余23%。酶作用的最适温度为4550，如低于此温度，作用时间要相应延长。 （2）酶稳定的PH范围3.06.0，故此酶在偏酸性条件下促进澄清效果最佳，酶最适PH为3.55.5。 （3）Fe、Ca、Zn、Sn等离子对酶有抑制作用，因此在果汁澄清时应注意容器的选择,1） 采用硫酸铵分级沉淀法进行分离纯化，先用60%的硫酸铵去除杂蛋白， 再用90%的硫酸铵最大程度的收集较纯碱性果胶酶。 （2）本实验中，Bacillus subtilis WSH03-06 所产碱性果胶酶的最适作用温度为55 ， 但是在50 条件下温度稳定性要好；最适pH 为

4、9.4，且pH 在9.29.6 范围内稳定性较好。酶液中添加适量的可大幅度的提高酶活力。 （3）采用自制的碱性果胶酶在酶的稳定性最好的pH 值、温度、30 min 沸水条件下添加适量的Ca2+处理棉织物，并与碱精练织物的效果进行了实验对比。酶精练后的果胶去除率、织物润湿性，基本可达到行业标准要求，与碱精练相比，织物手感更柔软，对织物纤维的损失小， 并且酶精练工业条件温和，具有良好的工业化前景,三、设计任务,年产碱性果胶酶：400t 年工作日：300 d 产品收率：85% 接种量：4% 发酵周期：3d（发酵1天，种子1天） 发酵罐装料系数：70,四、生产工艺选择及流程设计,工艺流程说明,1）锥形

5、瓶培养：吉氏芽孢杆菌S-2菌株在锥形瓶发酵罐中进行培养 （2）种子制备：以320L发酵罐为例，与2830，通风（1012h为0.3VVm，12h后为1.0VVm），搅拌培养菌体镜检粗壮呈网络状，即可转入发酵。 （3）发酵培养：以夹套型不锈钢发酵罐进行培养基杀菌，冷却到2830，接入320L罐种子，在罐压0.080.12MPa，通风（024为0.8VVm，24到结束为1.2VVm），搅拌（270r/min）培养24h，果胶酶活力达1000U/ml。 （4）后处理。将发酵液用压滤机压滤除渣，由发酵液得滤液后。经超滤浓缩到酶活力为1000U/ml，加入硫酸铵进行酶的盐析，干燥，粉碎，得到活力4000

6、U/ml的酶粉,五、物料衡算和能量衡算,5.1 计算基础数据 （1）生产规模：年产400吨碱性果胶酶 （3）生产天数：300天/年 （4）碱性果胶酶日产量：1.34吨 （5）碱性果胶酶年产量：400吨 （6）产品质量：果胶酶活力 4000U/mg （7）发酵液的酶活力：1000U/mL,5.2 设备选型,一、发酵罐的个数 发酵罐体积为200m3，装料系数为70% ，酶的比活力为4000U/mg，发酵液的酶活力为1000U/mL ，收率为85% 。则，每立方米发酵液产酶量约为4.7 kg。 每个发酵罐产酶量（以产品计）20070%4.785%=559.3kg 每天产酶量为1340，则每天需要发酵

7、罐个数为1340/559.33（个） 产品生产周期约为1天，则所需的发酵罐个数为 13=3（个），总共需要3个发酵罐,V全=V筒+2V封=230m3；封头折边忽略不计，以方便计算。则有V全=0.785D22D+0.131D32=230，且H=2D,解方程得：D=5m，则H=10m。 由图可知：封头高H封=ha+hb=1250+50=1300（mm）验算全容积 V全=V筒+2V封=0.785D22D+0.131D32+0.785D20.05 =0.7855225+0.131532+0.785520.05 =230(m3)=V全,二、发酵罐的大小的确定,三、一级种子罐以及二级种子罐的个数及大小的确

8、定,二级种子罐体积为10m3，接种量均：4%，装料系数为70%，则每天需 （320070%4%)/(870%)=3个二级种子罐，发酵周期为1天，则需二级种子罐数为13=3个，共需要3个二级种子罐。一级种子罐体积为0.32m3，接种量均：4%，装料系数为70%，则每天需（3870%4%）（0.3270%）=3个一级种子罐,二级种子罐装料体积为8m3，但，装料体积为总体积的70%，所以二级种子罐的体积约为10m3。同理，与发酵罐的选型过程相同，则筒体直径为1800（mm）,筒体高为3600（mm），封头高为475（mm）,总高为4500（mm）。 一级种子罐装料体积为0.32m3。但，装料体积为总

9、体积的70%，所以一级种子罐的体积约为500L。同理，与发酵罐的选型过程相同，则筒体直径约为700（mm），筒体高为1400（mm），封头高为200（mm）,总高为1800（mm,发酵大罐及种子罐示意图,5.3 原料消耗的计算,年理论消耗麸皮量 32007033003780（吨） 年理论消耗豆饼粉量 3200703.53004410（吨） 年理论消耗氯化钠量 3200700.43300541.8（吨） 年理论消耗硝酸盐量 320070%0.00455%300=3.822（吨） 年理论消耗氯化钙量 320070%0.111%300=139.86（吨） 1 - 每天放罐数 200 - 发酵罐体积/

10、m3 70 - 装料系数 0.03 - 麸皮的质量体积分数/kg/L 0.035 - 豆饼粉的质量体积分数/ kg/L 0.0043 氯化钠的质量体积分数/ kg/L 0.00455%-硝酸盐的质量体积分数/kg/L 0.111% - 氯化钙的质量体积分数/kg/L 300 - 一年生产天数 副产品产量计算 粗酶制剂年产量：320.153001440 （吨） 32 - 滤渣体积m3/d 0.15 - 每立方米滤渣经烘干所得产品质量 300 - 一年生产天数,5.4 热量衡算,一、发酵罐灭菌用蒸汽 每个200 m3的发酵罐灭一次菌大约需6吨，种子罐灭一次菌大约需1.6吨，每天有3个发酵罐和6种子

11、罐用于生产，则一年中用于发酵罐灭菌需用蒸汽量为：(63+1.66)300=8280（吨） 二、干燥用蒸汽 干燥器（喷雾干燥器、气流干燥器）每小时耗气量大约为：1620Kg/h，每天工作2小时；则一年耗气量为：162032300/1000=1458（吨） 三、取暖及其它用蒸汽为：3800（吨） 蒸汽的价格为：100元/t，则一年蒸汽花费为(1458+3800+8280)100 =135万元,5.5 水的衡算,一、发酵耗水 32009570399 t/d 3 - 每天放罐数 200 - 发酵罐体积/m3 70 - 装料系数 95 - 水的质量体积分数 二、 洗罐用水 每个发酵罐（包括种子罐）洗涤用

12、水按5吨算： 51050 t/d 三、冷却用水 每罐每发酵一次用水10吨，时间为55小时 10/55241043.6 t/d,四、过滤机用水量 每台每次4吨每天工作4小时共2台 424=32 t/d 五、其他用水量 4 t/d 六、总用水量 399+50+43.6+32+4=528.6 t/d 平均每吨果胶酶用水量 528.6/1.04 =500.3 t/d 天津市工业用水价格为6.5元/t，所以一年用水花费为500.36.5300=975585元,5.6 耗电量的计算,一、发酵罐 发酵罐搅拌过程中总功率为110Kw，每天有3个罐工作： 110324=7920 Kwh 二、种子罐 种子罐搅拌过

13、程中总功率为90Kw，每天有6个罐工作： 90624=12960 Kwh 三、提取耗电量 （1）板框过滤机 功率4kw 每天工作时间6h 共3台 耗电量463=72 Kwh （2）超滤装置 功率3kw每天工作时间15h 共1台 耗电量1531=45 Kwh,3）喷雾干燥塔 功率5kw每天工作时间时间2.5h 共1台 耗电量52.51=12.5 Kwh （4）气流干燥装置 功率7kw每天工作时间时间3h共1台耗电量731=21Kwh （5）蒸馏装置 功率3kw每天工作时间时间24h 共1台 耗电量3241=72Kwh （6）粉碎机 功率7.5kw每天工作时间时间6h 共1台 耗电量7.561=4

14、5Kwh （7）蠕动泵 功率7.5kw每天工作时间时间10h 共1台 耗电量7.5101=75Kwh （8）离心泵 功率10.05kw每天工作时间时间2h 共10台 耗电量10.05210=201Kwh,除以上几个设备外，生产中其他设备用电较少些，每天用电约21423.5 Kwh，非生产生活及其他用电为5000 Kwh，天津市工业用电每度约0.8元，则全年总用电量为26423.5Kwh，则本公司一年所需电费约为26423.50.8元=21138.8元=2.1万元,六、经济效益的计算,利润估算,据市场可将我产品（果胶酶）定价为400元/kg，粗酶制剂定价为8元/kg，那年末销售收入为：40040

15、0000+81440000 =161152万元。 税收=销售利润33%= 16115233%=53180.16万元 销售利润=销售收入-生产成本=161152万元-53180.16万元=107971.84万元 纯利润=销售利润-税收=107971.84万元-53180.16万元=54791.68万元,三废的处理,废气 发酵过程中产生的废气主要是二氧化碳，其中可能含有一些颗粒，可以在排气口加一个旋风分离器，除去杂质。将其回收，用于出售。对于生活中产生的废气（如锅炉房排气），经一吸附装置吸附后再排到大气中。 废水 废水主要是提取酶后的发酵残留液，需做理化性质检验，确定无毒或抗生素后，再经活性污泥处

16、理，达到国家排放标准后用来灌溉树木及草地；对于一些冷却，洗罐用水等可经一定处理后用于循环使用；对于生活污水可直接输送到污水处理厂进行统一处理。 废渣 发酵完后的废渣其中所含的营养物质较为丰富，经过处理及理化检验无毒后，用于制作饲料添加剂；对于生活中产生的一些固体废弃物，若本公司没有处理能力可交给垃圾处理厂统一处理,工艺流程图,1、有事业的峰峦上，有汗水的溪流飞淌；在智慧的珍珠里，有勤奋的心血闪光。 2、人们走过的每一个足迹，都是自己生命的留言；留给今天翻过的日历，留给未来永久的历史。 3、人生是一座可以采掘开拓的金矿，但总是因为人们的勤奋程度不同，给予人们的回报也不相同。 4、理想之风扯满人生

17、的帆；奋斗之杆举起理想之旗。 5、人应该学会走自己的路，但更应该掌握手中的罗盘。 6、不能因为人生的道路坎坷，就使自己的身躯变得弯曲；不能因为生活的历程漫长，就使求索的脚步迟缓。 7、人生的意义在理想的光辉中闪烁；生命的价值在创造的生活中闪现。 8、只有走完平凡的路程，才能达到伟大的目标。 9、奋斗目标是人生的精神支柱。 10、共同的事业，共同的斗争，可以使人们产生忍受一切的力量。奥斯特洛夫斯基 11、属于每个人的道路，都在每个人的足下；属于每个人的历史，都在每个人的身后。 12、终于有一天，海水和泪都是甜的。 13、有志者自有千方百计，无志者只有千难万难。 14、贫不足羞，可羞是贫而无志。吕坤 15、人，只要有一种信念，有所追求，什么艰苦都能忍受，什么环境也都能适应。丁玲 16、人生的途程是遥远的，只要双脚不息地前行，道路就会向远方延伸。 17、理想是人生的坚实支柱，如果失去了生活的理想，精神也就会随之而瘫痪。 18、目标不是都能达到的，但它可以作为瞄准点。 28、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。别林斯基 29、任何时候我也不会满足，越是读书，就越是深刻的感到不满足，越是感到自己的知识贫乏。马克思 30、外国语是人生斗争的