年产吨碱性果胶酶的发酵车间设计课件

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45~50℃，如低于此温度，作用时间要相应延长。（2）酶稳定的PH范围3.0~6.0，故此酶在偏酸性条件下促进澄清效果最佳，酶最适PH为3.5~5.5。（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，BacillussubtilisWSH03-06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9.4，且pH在9.2~9.6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、30min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：300d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锥形瓶发酵培养基成分胰蛋白胨10.0，酵母浸出粉5.0，NaCl10.0PH为自然值（g/L）一级种子罐蔗糖20.0，蛋白胨10.0，玉米浆30.0，硫酸镁1.0，磷酸氢二钾18.4，磷酸二氢钾6.0PH为7.0取子瓶斜面数只，在无菌室内超净工作台上制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入一级种子罐内二级种子罐蔗糖20.0，蛋白胨10.0，玉米浆30.0，硫酸镁1.0，磷酸氢二钾18.4，磷酸二氢钾6.0PH为7.0取一级种子罐的样品，在无菌室内超净工作台上制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入二级种子罐内。发酵麸皮30.0000，豆饼粉35.3345，硝酸盐0.0455，氯化钠4.2988，氯化钙1.1100一级种子罐在（35±1）℃，通气培养40~60h后，移种于二级种子罐，在（34±0.5）℃继续通气培养约40h，后期适当补料。培养完成后，移种至发酵大罐内，在32~34℃下继续通气培养72h后放罐。发酵过程中，按糖氮代谢的实际情况补料，后期适当补水。工艺流程说明（1）锥形瓶培养：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28～30℃，通风（10～12h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28～30℃，接入320L罐种子，在罐压0.08～0.12MPa，通风（0～24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4000U/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/mL5.2设备选选型一、发发酵罐罐的个个数发酵罐罐体积积为200m3，装料料系数数为70%，酶的的比活活力为为4000U/mg，发酵酵液的的酶活活力为为1000U/mL，收率率为85%。则，，每立立方米米发酵酵液产产酶量量约为为4.7kg。每个发发酵罐罐产酶酶量（（以产产品计计）200×70%×4.7×85%=559.3kg每天产产酶量量为1340㎏，则则每天天需要要发酵酵罐个个数为为1340/559.3≈3（个））产品生生产周周期约约为1天，则则所需需的发发酵罐罐个数数为1×3=3（个）），总总共需需要3个发酵酵罐V全=V筒+2V封=230m3；封头头折边边忽略略不计计，以以方便便计算算。则则有V全=0.785D2×2D+0.131D3×2=230，且H=2D,解方程程得：：D=5m，则H=10m。由图可可知：：封头头高H封=ha+hb=1250+50=1300（mm）验算算全容容积V’全=V筒+2V封=0.785D2×2D+0.131D3×2+0.785D2×0.05=0.785××52×2××5+0.131××53×2+0.785××52×0.05=230(m3)=V全二、发发酵罐罐的大大小的的确定定三、一一级种种子罐罐以及及二级级种子子罐的的个数数及大大小的的确定定二级种种子罐罐体积积为10m3，接种种量均均：4%，装料料系数数为70%，则每每天需需（3×200×70%×4%)/(8××70%)=3个二级级种子子罐，，发酵酵周期期为1天，则则需二二级种种子罐罐数为为1×3=3个，共共需要要3个二级级种子子罐。。一级级种子子罐体体积为为0.32m3，接种种量均均：4%，装料料系数数为70%，则每每天需需（3×8×70%×4%）÷（0.32××70%）=3个一级级种子子罐。。二级种种子罐罐装料料体积积为8m3，但，，装料料体积积为总总体积积的70%，所以以二级级种子子罐的的体积积约为为10m3。同理理，与与发酵酵罐的的选型型过程程相同同，则则筒体体直径径为1800（mm）,筒体高高为3600（mm），封封头高高为475（mm）,总高为为4500（mm）。一级种种子罐罐装料料体积积为0.32m3。但，，装料料体积积为总总体积积的70%，所以以一级级种子子罐的的体积积约为为500L。同理理，与与发酵酵罐的的选型型过程程相同同，则则筒体体直径径约为为700（mm），筒筒体高高为1400（mm），封封头高高为200（mm）,总高为为1800（mm）。发酵大大罐及及种子子罐示示意图图5.3原料消消耗的的计算算年理论论消耗耗麸皮皮量3×200×70﹪﹪×3﹪××300＝3780（吨））年理论论消耗耗豆饼饼粉量量3×200×70﹪﹪×3.5﹪××300＝4410（吨））年理论论消耗耗氯化化钠量量3×200×70﹪﹪×0.43﹪﹪×300＝541.8（吨））年理论论消耗耗硝酸酸盐量量3×200×70%×0.00455%××300=3.822（吨））年理理论论消消耗耗氯氯化化钙钙量量3××200××70%××0.111%××300=139.86（吨吨））1------每天天放放罐罐数数200------发酵酵罐罐体体积积/m370﹪﹪------装料料系系数数0.03------麸皮皮的的质质量量体体积积分分数数/kg/L0.035------豆饼饼粉粉的的质质量量体体积积分分数数/kg/L0.0043——————氯化化钠钠的的质质量量体体积积分分数数/kg/L0.00455%---------硝酸酸盐盐的的质质量量体体积积分分数数/kg/L0.111%----------氯化化钙钙的的质质量量体体积积分分数数/kg/L300---------一年年生生产产天天数数副产产品品产产量量计计算算粗酶酶制制剂剂年年产产量量：：32××0.15××300＝1440（吨吨））32-------滤渣渣体体积积m3/d0.15-------每立立方方米米滤滤渣渣经经烘烘干干所所得得产产品品质质量量㎏㎏300------一年年生生产产天天数数5.4热热量量衡衡算算一、、发发酵酵罐罐灭灭菌菌用用蒸蒸汽汽每个个200m3的发发酵酵罐罐灭灭一一次次菌菌大大约约需需6吨，，种种子子罐罐灭灭一一次次菌菌大大约约需需1.6吨，，每每天天有有3个发发酵酵罐罐和和6种子子罐罐用用于于生生产产，，则则一一年年中中用用于于发发酵酵罐罐灭灭菌菌需需用用蒸蒸汽汽量量为为：：(6××3+1.6××6)××300=8280（吨吨））二、、干干燥燥用用蒸蒸汽汽干燥燥器器（（喷喷雾雾干干燥燥器器、、气气流流干干燥燥器器））每每小小时时耗耗气气量量大大约约为为：：1620Kg/h，每每天天工工作作2小时时；；则则一一年年耗耗气气量量为为：：1620××3××2××300/1000=1458（吨吨））三、、取取暖暖及及其其它它用用蒸蒸汽汽为为：：3800（吨吨））蒸汽汽的的价价格格为为：：100元/t，则则一一年年蒸蒸汽汽花花费费为为(1458+3800+8280)××100=135万元元5.5水水的的衡衡算算一、、发发酵酵耗耗水水3××200××95﹪﹪××70﹪﹪＝399t/d3------每天天放放罐罐数数200------发酵酵罐罐体体积积/m370﹪﹪------装料料系系数数95﹪﹪------水的的质质量量体体积积分分数数二、、洗洗罐罐用用水水每个个发发酵酵罐罐（（包包括括种种子子罐罐））洗洗涤涤用用水水按按5吨算算：：5××10＝50t/d三、、冷冷却却用用水水每罐罐每每发发酵酵一一次次用用水水10吨，，时时间间为为55小时时10/55××24××10＝43.6t/d四、、过过滤滤机机用用水水量量每台台每每次次4吨每每天天工工作作4小时时共共2台4××2××4=32t/d五、、其其他他用用水水量量4t/d六、、总总用用水水量量399+50+43.6+32+4=528.6t/d平均均每每吨吨果果胶胶酶酶用用水水量量528.6/1.04=500.3t/d天津津市市工工业业用用水水价价格格为为6.5元/t，所所以以一一年年用用水水花花费费为为500.3××6.5××300=975585元5.6耗耗电电量量的的计计算算一、、发发酵酵罐罐发酵酵罐罐搅搅拌拌过过程程中中总总功功率率为为110Kw，每每天天有有3个罐罐工工作作：：110××3××24=7920Kwh二、、种种子子罐罐种子子罐罐搅搅拌拌过过程程中中总总功功率率为为90Kw，每每天天有有6个罐罐工工作作：：90××6××24=12960Kwh三、、提提取取耗耗电电量量（1）板板框框过过滤滤机机功率率4kw每天天工工作作时时间间6h共3台耗电电量量4××6××3=72Kwh（2）超超滤滤装装置置功率率3kw每天天工工作作时时间间15h共1台耗电电量量15××3××1=45Kwh（3）喷喷雾雾干干燥燥塔塔功率率5kw每天天工工作作时时间间时时间间2.5h共1台耗电电量量5××2.5××1=12.5Kwh（4）气气流流干干燥燥装装置置功率率7kw每天天工工作作时时间间时时间间3h共1台耗耗电电量量7××3××1=21Kwh（5）蒸蒸馏馏装装置置功率率3kw每天天工工作作时时间间时时间间24h共1台耗电电量量3××24××1=72Kwh（6）粉粉碎碎机机功率率7.5kw每天天工工作作时时间间时时间间6h共1台耗电电量量7.5××6××1=45Kwh（7）蠕蠕动动泵泵功率率7.5kw每天天工工作作时时间间时时间间10h共1台耗电电量量7.5××10××1=75Kwh（8）离离心心泵泵功率率10.05kw每天天工工作作时时间间时时间间2h共10台耗电电量量10.05××2××10=201Kwh除以以上上几几个个设设备备外外，，生生产产中中其其他他设设备备用用电电较较少少些些，，每每天天用用电电约约21423.5Kwh，，非非生生产产生生活活及及其其他他用用电电为为5000Kwh，，天天津津市市工工业业用用电电每每度度约约0.8元元，，则则全全年年总总用用电电量量为为26423.5Kwh，，则则本本公公司司一一年年所所需需电电费费约约为为26423.5××0.8元元=21138.8元元=2.1万万元元六、、经经济济效效益益的的计计算算利润润估估算算据市市场场可可将将我我产产品品（（果果胶胶酶酶））定定价价为为400元元/kg，，粗粗酶酶制制剂剂定定价价为为8元元/kg，，那那年年末末销销售售收收入入为为：：400××400000+8××1440000=161152万万元元。。税收收=销销售售利利润润××33%=161152××33%=53180.16万万元元销售利润润=销售售收入-生产成成本=161152万万元-53180.16万元元=107971.84万元元纯利润=销售利利润-税税收=107971.84万万元-53180.16万元元=54791.68万元三废的处处理废气发酵过程程中产生生的废气气主要是是二氧化化碳，其其中可能能含有一一些颗粒粒，可以以在排气气口加一一个旋风风分离器器，除去去杂质。。将其回回收，用用于出售售。对于于生活中中产生的的废气（（如锅炉炉房排气气），经经一吸附附装置吸吸附后再再排到大大气中。。废水废水主要要是提取取酶后的的发酵残残留液，，需做理理化性质质检验，，确定无无毒或抗抗生素后后，再经经活性污污泥处理理，达到到国家排排放标准准后用来来灌溉树树木及草草地；对对于一些些冷却，，洗罐用用水等可可经一定定处理后后用于循循环使用用；对于于生活污污水可直直接输送送到污水水处理厂厂进行统统一处理理。废渣发酵完后后的废渣渣其中所所含的营营养物质质较为丰丰富，经经过处理理及理化化检验无无毒后，，用于制制作饲料料添加剂剂；对于于生活中中产生的的一些固固体废弃弃物，若若本公司司没有处处理能力力可交给给垃圾处处理厂统统一处理理。工艺流程程图—TheEnd—谢谢！9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。21:04:4021:04:4021:0412/28/20229:04:40PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:04:4021:04Dec-2228-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。21:04:4021:04:4021:04Wednesday,December28,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2221:04:4021:04:40December28,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。28十十二二月月20229:04:40下下午午21:04:4012月月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月229:04下下午午12月月-2221:04December28,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2821:04:4021:04:4028December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。9:04:40下午午9:04下午午21:04:4012月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。21:04:4021:04:4021:0412/28/20229:04:40PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2221:04:4021:04Dec-2228-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。21:04:4021:04:4021:04Wednesday,December28,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2221:04:4021:04:40December28,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。28十十二月20229:04:40下午午21:04:4012月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月229:04下下午午12月月-2221:04December28,202216