生物設(shè)備 年產(chǎn)1000t淀粉酶工藝設(shè)

1、食品工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱：生物工程設(shè)備與分離技術(shù)學(xué)生姓名：尤吉吉班 級(jí)：生物工程1241學(xué) 號(hào)：271TPM發(fā)酵液中提取純化工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：王杏 學(xué) 號(hào)：29 指導(dǎo)教師：張雁南，孫洪雁，劉曉秋專業(yè)名稱： 生物工程 完成時(shí)間： 2011年11月目 錄摘要IAbstractII1緒論1-淀粉酶的概述及應(yīng)用1-淀粉酶的概述1-淀粉酶的應(yīng)用1-淀粉酶的市場情況2本課題研究的意義及內(nèi)容3本課題研究的意義3本課題研究的內(nèi)容32-淀粉酶的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)42.1 生產(chǎn)方案的選擇42.2 生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)42.3 工藝流程簡述62.3.1 生產(chǎn)菌種62.3.2 培養(yǎng)基62.3.3 無菌空氣制備72.3

2、.4 菌種培養(yǎng)72.3.5 發(fā)酵罐發(fā)酵72.3.6 發(fā)酵液預(yù)處理82.3.7 -淀粉酶鹽析過程82.3.8 濕酶干燥83工藝計(jì)算9物料衡算9工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)93.1.2 原料消耗的計(jì)算93.1.3 鹽析過程硫酸銨消耗量計(jì)算113.1.4 物料衡算表113.2 熱量衡算113.2.1 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算113.2.2 發(fā)液預(yù)處理熱量衡算143.2.3 真空濃縮的熱量衡算143.2.4 淀粉酶干燥過程的熱量衡算163.3 用水量計(jì)算173.3.1 連續(xù)滅菌工序的用水量173.3.2 發(fā)酵工序的用水量173.3.3 洗滌濾餅的用水量173.3.4 無菌空氣制備過程用水量173.3.5

3、清洗設(shè)備用水量183.3.6 清洗車間用水量183.4 無菌空氣消耗量計(jì)算183.4.1 發(fā)酵過程無菌空氣的消耗量183.4.2 種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量183.4.3 高峰期無菌空氣的消耗量193.4.4 發(fā)酵車間年用氣量193.5 用電量計(jì)算193.5.1 通風(fēng)發(fā)酵罐耗電量193.5.2 過濾機(jī)所耗電量193.5.3 泵的耗電量193.5.4 空氣壓縮機(jī)耗電量193.5.5 照明用電估算203.5.6 每天總耗電量204 設(shè)備的工藝計(jì)算及選型214.1 發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)214.1.1 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定214.1.2 發(fā)酵罐尺寸的確定214.1.3 發(fā)酵罐冷卻面積的確定224.1.4 攪拌器的

4、設(shè)計(jì)234.2 種子罐的設(shè)計(jì)244.2.1 種子罐發(fā)酵液量244.2.2 種子罐個(gè)數(shù)的確定244.2.3 種子罐尺寸的計(jì)算244.3 過濾機(jī)的選型244.3.1 硅藻土過濾機(jī)的選型244.3.2 板框壓濾機(jī)的選型254.4 真空濃縮鍋的設(shè)計(jì)254.4.1 濃縮鍋直徑的計(jì)算254.4.2 濃縮鍋高度計(jì)算264.5 無菌空氣設(shè)備的選型274.5.1 空氣壓縮機(jī)的選型274.5.2 空氣貯罐設(shè)計(jì)274.5.3 油水分離器的選型284.5.4 絲網(wǎng)分離器的選型284.5.5 空氣分過濾器的選型294.6 泵的選型314.6.1 物料泵的選型314.6.2 清水泵選型314.7 車間管路的選型314.7

5、.1 管徑的計(jì)算314.7.2 物料管的選擇324.7.3 自來水管的選擇324.8 設(shè)備一覽表335車間布置設(shè)計(jì)34生產(chǎn)車間工藝布置設(shè)計(jì)345.1.1 發(fā)酵車間組成345.1.2 車間布置原則345.2 生產(chǎn)車間非工藝布置設(shè)計(jì)345.3 車間布置及結(jié)構(gòu)356 環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)366.1 污染源366.2 三廢及噪聲的處理366.2.1 廢氣處理和利用366.2.2 廢水的處理366.2.3 廢渣的處理366.2.4 噪聲的處理376.3 節(jié)能減排377 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)分析387.1 投資估算387.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析387.2.1 工廠成本387.2.2 工廠可獲得的毛利397.2.3 稅金397

6、.2.4 最終純利潤39結(jié)論40參考文獻(xiàn)41致謝42 第一章 項(xiàng)目總論1.1 a-淀粉酶的相關(guān)介紹11.1 a-淀粉酶的特性a-淀粉酶的標(biāo)準(zhǔn)名稱是:a一1，4一葡聚糖一4一葡聚糖水解酶，分子量為50000左右，它是一種內(nèi)切酶，作用于淀粉時(shí)以無規(guī)則的方式切開淀粉分子內(nèi)部的a一1，4糖苷鍵，而使淀粉分子迅速降解，生成糊精、低聚糖、麥芽糖及少量葡萄糖等。同時(shí)會(huì)使淀粉失去粘性并產(chǎn)生與碘反應(yīng)變藍(lán)的顯色反應(yīng)，使水解產(chǎn)物的還原性增加。由于作用產(chǎn)物末端的葡萄糖殘基C;碳原子為a一構(gòu)型，故稱為a一淀粉酶。a一淀粉酶的這種作用在工業(yè)上稱為淀粉。米黃色、灰褐色粉末能水解淀粉中的-1,4,葡萄糖苷鍵，在催化水解-1,

7、4-糖苷鍵 只能催化水解直鏈淀粉，生成-麥芽糖和少量葡萄糖。能將淀粉切斷成長短不一的短鏈糊精和少量的低分子糖類，從而使淀粉糊的黏度迅速下降，即起到降低稠度和“液化”的作用，所以此類淀粉酶又稱為液化酶。作用溫度范圍60-90，最適宜作用溫度為60-70，作用pH值范圍5.5-7.0，最適pH值為6.0。Ca2+具有一定的激活、提高淀粉酶活力的能力，并且對(duì)其穩(wěn)定性的提高也有一定效果。1.1.2 a-淀粉酶的現(xiàn)狀國內(nèi)-淀粉酶類的生產(chǎn)和應(yīng)用  1965年，我國開始應(yīng)用淀粉芽孢桿菌BF-7658生產(chǎn)-淀粉酶，當(dāng)時(shí)只有無錫酶制劑廠獨(dú)家生產(chǎn)。1967年杭州怡糖廠實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用-淀粉酶生產(chǎn)飴糖的新工藝，

8、可以節(jié)約麥芽710，提高出糖率10左右。1964年我國開始了酶法水解淀粉生產(chǎn)葡萄糖工藝的研究。l979年 9月通過了酶法注射葡萄糖新工藝的鑒定，并先后在華北制藥廠、河北東風(fēng)制藥廠、鄭州嵩山制藥廠等單位得到應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。與傳統(tǒng)的酸法相比可以提高收率10，降低成本15以上。另外我國以酶法進(jìn)行檸檬酸生產(chǎn)、谷氨酸發(fā)酵、糖化制啤酒、酒精發(fā)酵、黃酒釀造、醬油制造、醋生產(chǎn)等方面也已經(jīng)研究成功并投入生產(chǎn)。國內(nèi)有代表性的研究單位有：四川大學(xué)，主要研究-淀粉酶的生產(chǎn)菌株及其培養(yǎng)條件；江南大學(xué)，主要研究-淀粉酶的結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用性能，如耐熱性、耐酸性；西北大學(xué)，主要研究-淀粉酶的變性機(jī)理以及環(huán)境對(duì)-淀粉酶

9、的影響；華南理工大學(xué)，主要研究-淀粉酶的固定化和動(dòng)力性質(zhì)；還有華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，天津科技大學(xué)，南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，中國科學(xué)院微生物研究所等多家研究機(jī)構(gòu)對(duì)多種-淀粉酶生產(chǎn)菌的-淀粉酶基因進(jìn)行了克隆以及表達(dá)研究。國外-淀粉酶研究現(xiàn)狀  目前，除開展大量常規(guī)誘變育種工作外，國外已初步搞清了產(chǎn)-淀粉酶的調(diào)控基因，探討了有關(guān)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)化和基因克隆等育種技術(shù)。將枯草芽孢桿菌重組體的基因引入生產(chǎn)菌株，使一淀粉酶產(chǎn)量提高710倍，并已應(yīng)用于食品和制酒工業(yè)，給選育高產(chǎn)-淀粉酶菌株開創(chuàng)了新的途徑。1.-淀粉酶的工業(yè)應(yīng)用與前景面包焙烤工業(yè)，作為保鮮劑。淀粉的液化作用

10、和糖化作用，-淀粉酶的主要市場是淀粉水解的產(chǎn)物，如葡萄糖和果糖。由于他們的高甜度，被用于飲料工業(yè)中軟飲料的甜味劑。這個(gè)液化過程就用到在高溫下熱穩(wěn)定性好的-淀粉酶淀粉酶。纖維脫漿，淀粉脫漿可以利用-淀粉酶，它能有選擇性的去除淀粉漿而不傷害紗線纖維，還能隨機(jī)的使淀粉降解為易溶于水的糊精，因而容易被洗掉。造紙工業(yè)，淀粉酶在造紙工業(yè)中的用途主要是改良紙張涂層淀粉。自然界的淀粉濃度對(duì)于紙張上漿來說太高，可以利用-淀粉酶部分降解淀粉來節(jié)。除垢劑中的應(yīng)用，酶在除垢劑中最大的功能就是使除垢劑更溫和無害。-淀粉酶從1975年就被應(yīng)用于洗衣粉。-淀粉酶對(duì)Ca2+過于敏感，在低Ca的環(huán)境下穩(wěn)定性很差，這限制了-淀粉

11、酶在除垢劑中的應(yīng)用。制藥和臨床化學(xué)分析，隨著生物工程的不斷發(fā)展，淀粉酶的應(yīng)用涉及到許多其他領(lǐng)域，比如臨床，制藥和分析化學(xué)。-淀粉酶已經(jīng)成為工業(yè)應(yīng)用中最為重要的酶之一，并且大量的微生物可以用以高效生產(chǎn)淀粉酶，但是酶的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)仍然局限于幾種特定的真菌和細(xì)菌中。對(duì)于高效的-淀粉酶的需求越來越多，這可以通過對(duì)現(xiàn)有酶的化學(xué)改良或者通過蛋白質(zhì)工藝改良得到。得益于現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，-淀粉酶在制藥方面的重要性日益凸顯。當(dāng)然，食品和淀粉工業(yè)仍然是主要市場，-淀粉酶在這些領(lǐng)域的需求仍然是最大的。-淀粉酶的研究將趨向于特定領(lǐng)域，在酶工程、基因工程、蛋白質(zhì)工程等領(lǐng)域依然有廣闊的前景，更加專一的-淀粉酶也將會(huì)

12、大規(guī)模地出現(xiàn)，比如耐高溫、耐酸、耐堿等。1.1.4 a-淀粉酶的提取分離工藝概括目前酶的分離提純技術(shù)日益成熟，酶的分離純化一般包括三個(gè)基本步驟：即抽提、純化、結(jié)晶或制劑。首先將所需的酶從原料中引入溶液，此時(shí)不可避免地夾帶著一些雜質(zhì)，然后再將此酶從溶液中選擇性地分離出來，或者從此溶液中選擇性地除去雜質(zhì)，然后制成純化的酶制劑。以下是一些概括：細(xì)胞破碎:機(jī)械破碎法(搗碎、研磨、勻漿等)、物理破碎法(溫度差、壓力差、超聲波等)(多用于微生物)、化學(xué)破碎法(使用甲苯、丙酮、氯仿等有機(jī)溶劑以及特里頓、吐溫等表面活性劑)和酶促破碎法等等。酶的提取:使用鹽溶液、酸溶液、堿溶液、有機(jī)溶劑等離心分離：注意:離心機(jī)

13、、離心方法、離心條件等。過濾與膜分離:非膜過濾(粗濾、部分微濾)、膜過濾（大部分微濾、反滲透、透析、電滲析、）。層析分離:吸附、分配、離子交換、凝膠、親和、層析聚焦等。電泳分離:紙電泳.薄層電泳、薄膜電泳、凝膠電泳、自由電泳、等電聚焦等。萃取分離:有機(jī)溶劑、雙水相、超臨界、反膠束等。濃縮結(jié)晶:鹽析、有機(jī)溶劑、透析、等電點(diǎn)、溫度差、金屬離子等。干燥成品:真空、冷凍、噴霧、氣流、吸附等技術(shù)方案-淀粉酶的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)2.1生產(chǎn)方案的選擇在酶制劑發(fā)展的早期，都是從動(dòng)植物原料中提取酶，但是由于它們的生長周期長，又受地理、氣候和季節(jié)等因素的影響，來源受到限制，所以不適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。而微生物具有種

14、類多、繁殖快、容易培養(yǎng)、代謝能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此目前一般都是以微生物作為生產(chǎn)酶的酶源。微生物發(fā)酵法產(chǎn)酶的方式主要包括固體發(fā)酵法和液體發(fā)酵法。固體厚層通氣發(fā)酵法與液體深層通氣發(fā)酵法相比各有其利弊。固體發(fā)酵法易受雜菌污染，因此所產(chǎn)酶的純度較差，固態(tài)原料利用率較低，又因固體發(fā)酵的條件控制不易均勻，所產(chǎn)酶的質(zhì)量難以穩(wěn)定，生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大，占用場地也多。不過固體發(fā)酵具有設(shè)備簡單、投資少、鋼材用量少等優(yōu)點(diǎn)17。液體深層通氣發(fā)酵法需要一定的設(shè)備和技術(shù)條件，動(dòng)力消耗也較大，但該法的液態(tài)培養(yǎng)基的流動(dòng)性大，對(duì)工藝條件如溫度、溶氧、pH和營養(yǎng)成分等控制較容易，有利于自動(dòng)控制，同時(shí)在密閉的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行純種發(fā)酵，因而產(chǎn)酶純

15、度高，質(zhì)量也較穩(wěn)定，此外該方法還具有機(jī)械化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度小、設(shè)備利用率高等優(yōu)點(diǎn)1。所以基于多方面的考慮，本工藝采用液體深層通氣發(fā)酵法。2.2 生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)熱處理 空氣進(jìn)口粗過濾器空氣壓縮機(jī)貯氣罐一次冷卻器旋風(fēng)分離器絲網(wǎng)分離器加熱器二次冷卻器總過濾器分過濾器試管斜面菌種孢子斜面孢子懸浮液種子罐發(fā)酵罐補(bǔ)料罐鹽析壓濾干燥粉碎混粉成品硫酸銨硫酸銨廢液填充料原料連續(xù)滅菌2.3 工藝流程簡述 生產(chǎn)菌種國內(nèi)外生產(chǎn)-淀粉酶所采用的菌種主要有細(xì)菌和霉菌兩大類，典型的有芽孢桿菌和米曲霉。芽孢桿菌主要用于液體深層通風(fēng)培養(yǎng)法大規(guī)模地生產(chǎn)-淀粉酶，我國常采用枯草桿菌BF-7658生產(chǎn)-淀粉酶，細(xì)菌呈短桿狀，革蘭

16、氏陽性菌，兩端鈍圓，單獨(dú)或成鏈狀，在肉汁表面可生成菌膜，用馬鈴薯瓊脂或淀粉瓊脂試管斜面培養(yǎng)基，在37的恒溫箱中培養(yǎng)2428h，此時(shí)，培養(yǎng)基上菌落呈乳白色，表面光滑濕潤，略有光澤，無皺紋，有黏稠性，用碘液試之細(xì)菌周圍呈透明圓。菌種置于4的冰箱中保存使用，每兩個(gè)月移種一次。培養(yǎng)基淀粉蛋白胨培養(yǎng)基：可溶性淀粉2%，蛋白胨1%，NaCl 0.5%，瓊脂2%，。馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)：200g去皮馬鈴薯，加水煮沸1h，過濾定量到1000mL，加MgSO45mg、瓊脂20g，。種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基：見表2-13。表2-1種子和發(fā)酵培養(yǎng)基配方單位：%培養(yǎng)基成份種子罐發(fā)酵罐基料補(bǔ)料總量豆餅粉4玉米粉3Na2HPO4

17、(NH4)2SO4CaCl2NH4Cl豆油-淀粉酶1015萬單位100萬單位100萬單位pH自然自然自然 無菌空氣制備好氧微生物的生長繁殖和產(chǎn)酶是需要氧氣的。液體深層通風(fēng)發(fā)酵過程中微生物生長所需要的氧氣是由通入的無菌空氣溶入液體的溶氧所提供的。一般地，發(fā)酵生產(chǎn)對(duì)空氣無菌度的要求是10-3/罐，即1000罐發(fā)酵所用的無菌空氣中只允許通過一個(gè)雜菌為準(zhǔn)14。發(fā)酵過程空氣過濾除菌一般采用二級(jí)過濾器過濾，從各個(gè)空氣壓縮機(jī)排出的空氣經(jīng)降溫除濕后先經(jīng)一個(gè)總過濾器進(jìn)行預(yù)過濾，然后進(jìn)入發(fā)酵車間，通入各個(gè)種子罐和發(fā)酵罐前還要進(jìn)行第二級(jí)即分過濾器過濾。本工藝選擇最常用、較保險(xiǎn)的兩級(jí)冷卻、分離、加熱除菌的無菌空氣制備

18、流程。從空氣壓縮機(jī)出來的空氣一般壓力在1.96×105Pa以上，溫度在120150，先冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟瘸ビ秃退?，然后再加熱。通常第一?jí)冷卻到3035，第二級(jí)冷卻到2025。除水后，空氣的相對(duì)濕度仍是飽和的，可用加熱的辦法把空氣的相對(duì)濕度降到50%60%，一般加熱到3035，以保證過濾器的正常運(yùn)行，同時(shí)不增加發(fā)酵罐的熱負(fù)荷4。2.3.4 菌種培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)：將試管斜面的菌種接到馬鈴薯三角瓶斜面培養(yǎng)基上，在37恒溫箱中培養(yǎng)72h左右，然后置4冰箱中貯存待用。接種時(shí)加入350mL的無菌水，制成孢子懸浮液，接入種子罐中。種子培養(yǎng)：種子培養(yǎng)基在120蒸汽的條件下滅菌30min，接入種子后，在3

19、7、攪拌速度300r/min、通氣量的條件下培養(yǎng)14h左右。此時(shí)鏡檢細(xì)菌密集，菌體粗壯整齊。當(dāng)pH達(dá)到，酶活為510U/mL時(shí)，結(jié)束培養(yǎng)，作為種子待用。在種子培養(yǎng)過程中，調(diào)節(jié)硫酸銨的用量對(duì)種子活力有著較重要的影響，國為NH4+對(duì)酶有抑制和激活作用。2.3.5 發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基在120蒸汽的條件下滅菌50min。接入種子后，在37、罐壓、攪拌速度200r/min、通氣量012h為，12h后為1.3)條件下培養(yǎng)4048h，此時(shí)鏡檢菌體80%形成空泡，酶活幾乎不再上升，結(jié)束發(fā)酵。在發(fā)酵開始12h后開始補(bǔ)料，每小時(shí)都需要補(bǔ)加一次料，分30次左右在發(fā)酵結(jié)束前68h補(bǔ)完。這樣可避免原料中淀粉降解生成的

20、糖過量堆積而引起分解代謝阻遏，有利于酶的透導(dǎo)，有利于pH控制，延長產(chǎn)酶期，提高產(chǎn)量。也有從發(fā)酵前期就開始補(bǔ)料的。目前補(bǔ)料與基礎(chǔ)料體積之比為1:3，補(bǔ)料中玉米粉和豆餅粉總濃度約30%1。2.3.6發(fā)酵液預(yù)處理因?yàn)?淀粉酶是胞外酶，不用破碎細(xì)胞，發(fā)酵完畢，直接在發(fā)酵液中加入2%CaCl2與0.8%Na2HPO4進(jìn)行絮凝作用，并加熱至5055維持30min進(jìn)行熱處理，以破壞產(chǎn)生的蛋白酶，促使膠體凝集而易于過濾，降溫至35后送下一道工序。2.3.7-淀粉酶鹽析過程鹽析是利用不同物質(zhì)在高濃度的鹽溶液中溶解度有不同程度的降低來進(jìn)行的。溶液中加入大量的鹽，使原溶解的物質(zhì)析出沉淀的過程。鹽析作用的主要原因是由

21、于大量鹽的溶入，使高分子物質(zhì)去水化，從而降低了溶解度。硫酸銨是鹽析最常用的鹽，它具有鹽析效應(yīng)強(qiáng)、飽和溶液的濃度大，而且溶解度受溫度影響很小。它一般不會(huì)引起蛋白質(zhì)明顯變性9。在熱處理后冷卻到35的發(fā)酵液中加入硅藻土（助濾劑）過濾，濾餅加倍水洗滌，將洗滌水和濾液合并，于45真空濃縮數(shù)倍，加硫酸銨液40%進(jìn)行鹽析，鹽析時(shí)蛋白質(zhì)沉淀析出需一段時(shí)間，所以要靜置10h，然后送入板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，取濾餅進(jìn)行烘干即得成品。2.3.8 濕酶干燥在-淀粉酶提取過程中，可以將濾液直接進(jìn)行噴霧干燥制成酶粉，收率可達(dá)90%，但是這樣做成品含雜質(zhì)多且有臭味，蒸汽耗量大并容易吸濕，而且排出的廢氣含有氣味，影響城市的環(huán)境衛(wèi)

22、生。本工藝采用在40對(duì)壓濾后的濾餅進(jìn)行鼓風(fēng)干燥，然后磨粉即得成品，整個(gè)工藝的收率為70%。1 工藝計(jì)算1.1 物料衡算1.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1)枯草芽孢桿菌BF-7658生產(chǎn)-淀粉酶采用玉米粉、豆餅粉為源料。根據(jù)國家食品添加劑-淀粉酶生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)GB8275-2009，生產(chǎn)工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表3-1。表3-1 -淀粉酶發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模kg/m1000生產(chǎn)方法液體深層培養(yǎng)發(fā)酵月生產(chǎn)天數(shù)d/m25產(chǎn)品日產(chǎn)量kg/d40產(chǎn)品質(zhì)量酶活力U/g2000產(chǎn)品含水量%8倒罐率%1發(fā)酵周期h48生產(chǎn)淀粉酶轉(zhuǎn)化率%51(2) 主要原料質(zhì)量指標(biāo)：玉米粉的淀粉含量

23、為86%，豆餅粉的蛋白質(zhì)含量為44%。(3) 接種量為5%。 原料消耗的計(jì)算(1) 生產(chǎn)淀粉酶的總轉(zhuǎn)化率是51%。實(shí)際上，整個(gè)過程經(jīng)發(fā)酵、提純等工序會(huì)損失一部份原料，如表3-2。表3-2 原料損失表名稱原因損耗量發(fā)酵巴斯德效應(yīng)0.32%發(fā)酵殘?zhí)?.68%廢糟廢糟帶走1.54%總計(jì)4.54%(2)從發(fā)酵液中提取淀粉酶要經(jīng)過發(fā)酵液熱處理、過濾、濃縮、鹽析和干燥工序，每一過程的收率，如表3-3表3-3 各提取工序的收率序號(hào)提取工序名稱收率/%1發(fā)酵液熱處理932過濾863濃縮954鹽析995干燥93（3）生產(chǎn)淀粉酶的總轉(zhuǎn)化率為：51%×（14.54%）=48.68%（4）首先計(jì)算生產(chǎn)100

24、0kg淀粉酶需耗用的原輔材料及其他物料量。實(shí)際應(yīng)生產(chǎn)的淀粉酶量為：1000÷(93%×86%×95%×99%×93%)=kg進(jìn)入發(fā)酵罐的干基質(zhì)原料量為：1429.5÷48.68%=kg發(fā)酵液中固形物濃度一般為5%6%，所以發(fā)酵液的量為：2936.5÷6%=kg種子罐中的發(fā)酵液量為：×5%=kg豆餅粉消耗量為：×6.7%+×4%=kg玉米粉消耗量為：×9.3%+×3%=kgNa2HPO4消耗量為：×0.8%+×0.8%=kgCaCl2消耗量為：×0

25、.2%=kgNH4Cl消耗量為：×0.118%+×0.15%=kg豆油消耗量為：×0.15%=kg-淀粉酶的消耗量：應(yīng)用酶活力為2000U/g的-淀粉酶在培養(yǎng)基滅菌時(shí)，促使發(fā)酵罐中的淀粉液化，其用量按8U/g原料計(jì)算，酶用量為：×8÷2000=kg 鹽析過程硫酸銨消耗量計(jì)算發(fā)酵液過濾后，加2.5倍水洗濾餅后，將洗滌水和過濾液合并，進(jìn)行真空濃縮到濃度為30%。最后所得溶液的量為：經(jīng)真空濃縮后的溶液量為：鹽析時(shí)，向溶液中加入硫酸銨，硫酸銨達(dá)到40%的飽和度進(jìn)行鹽析，查硫酸銨飽和度的常用表，要使硫酸銨飽和度從0增加到40%，需添加的硫酸銨的量為243

26、g/L9。生產(chǎn)1t淀粉酶所需的硫酸銨量為：3.1.4 物料衡算表表3-4 1t/a-淀粉酶生產(chǎn)發(fā)酵車間物料衡算表 單位：kg物料名稱生產(chǎn)1t淀粉酶的物料量每日物料量干基質(zhì)原料量117.46發(fā)酵液量1.96×103種子發(fā)酵液量97.884豆餅粉1.35×102玉米粉1.85×102Na2HPO416.4444CaCl23.9152NH4Cl2.4568-淀粉酶0.74豆油0.1468硫酸銨117246.883.2 熱量衡算 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算(1)加熱所需的蒸汽量W，可按下式計(jì)算：4 式中：G物料流量，kg/hc物料的比熱容，kJ/(kg·K)t1

27、物料的初始溫度，t2物料加熱后的溫度，I加熱蒸汽的熱焓，2738kJ/kg加熱蒸汽凝結(jié)水的熱焓，(2)冷卻用水量M，可招安下式計(jì)算：4 式中：G物料流量，kg/ht1物料的初始溫度，t2物料加熱后的溫度，c1物料的比熱容，kJ/(kg·K)c0冷卻水的比熱容，kJ/(kg·K)T1冷卻水進(jìn)口溫度，T2冷卻水出口溫度，(3)培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量 假設(shè)發(fā)酵過程所用的發(fā)酵罐為1.50m3，裝料系數(shù)為，那么每只罐產(chǎn)淀粉酶的量應(yīng)為：日產(chǎn)淀粉酶為t。一般來說發(fā)酵的操作時(shí)間需要48h（其中發(fā)酵時(shí)間為42h），這樣生產(chǎn)需要的發(fā)酵罐應(yīng)為：取整后4罐。每日投罐次為罐，日運(yùn)轉(zhuǎn)。每罐的初始體積為

28、1.05m3。滅菌過程中用蒸汽（表壓），其I=2743kJ/kg，分兩步加溫，先用板式換熱器將物料由20預(yù)熱到75，再加熱到120，而冷卻水的溫度由20升至45。設(shè)滅菌的時(shí)間為3h，需要的輸料流量為：發(fā)酵液的比熱式中： 原料比熱，kJ/(kg·K)水的比熱，kJ/(kg·K)原料濃度，%滅菌所用的蒸汽量為：這樣，每天的滅菌蒸汽用量就是，其中高峰用量是t/h，平均用量是。(4)培養(yǎng)液冷卻用水量 由培養(yǎng)液板式換熱器滅菌流程可知，120的熱料先通過與生料進(jìn)行熱交換，降溫至80后，再用冷卻水冷卻至37。在此過程中冷卻水由20升溫至45，由此計(jì)算出冷卻水的用量：全天冷卻水用量為。(5

29、)發(fā)酵罐空罐滅菌的蒸汽用量 發(fā)酵罐體的體積為150m3，假設(shè)罐體是由不銹鋼制造而成，此時(shí)罐體的重量為，冷卻排管重為，不銹鋼比熱容是0.5kJ/(kg·K)6,用（表壓）蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在（表壓）下，由20升溫至127，蒸汽的用量為：（4）充滿發(fā)酵罐空間需要的蒸汽量 考慮到罐內(nèi)有排管、攪拌器等配件所占有的空間，罐的自由體積按150m3計(jì)算，充滿空間需要的蒸汽量為：式中：發(fā)酵罐自由空間，即全容積，m3加熱蒸汽的密度，kg/m3，的蒸汽密度為kg/m3（5）滅菌過程中的熱損失 設(shè)發(fā)酵罐的外壁溫度為70，此時(shí)輻射與對(duì)流的聯(lián)合給熱系數(shù)12為：150m3發(fā)酵罐的表面積為165m2，耗用蒸汽量為

30、：罐辟附著洗滌水升溫的蒸汽消耗量：式中：罐壁附著洗滌水的平均厚度，mm滅菌過程的蒸汽滲漏消耗的蒸汽 一般滅菌過程的蒸汽滲漏可取總蒸汽消耗量的5%?？展逌缇鷷r(shí)的蒸汽消耗量為：每次空罐滅菌的時(shí)間是，耗用的蒸汽量為：每日耗用的蒸汽量為：平均耗用蒸汽量為：（6）發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量及冷卻水用量 根據(jù)部分酶制劑廠的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，淀粉酶的發(fā)酵熱約為3.0×104kJ/(m3·h)4。150m3的發(fā)酵罐，一般裝料量是105m3，使用新鮮的冷卻水進(jìn)行冷卻，那么冷卻水的用量就可按下試進(jìn)行計(jì)算：式中：10冷卻水進(jìn)口溫度，20冷卻水出口溫度，因?yàn)槊刻爝\(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)酵罐是罐，高峰用水量為，日用水量為：式

31、中：各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)平均用水量為： 發(fā)液預(yù)處理熱量衡算發(fā)酵完畢后，需要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行熱處理，加熱溫度到55，維持30min，每日所消耗的蒸汽量為：平均耗用蒸汽是為：真空濃縮的熱量衡算發(fā)酵液熱處理后，需要將發(fā)酵液進(jìn)行冷卻到40，假設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度是10，出口溫度是30，冷卻水用量為： 在冷卻后的發(fā)酵液中加硅藻土過濾，濾餅加倍水洗滌，將洗滌水和濾液合并，于45進(jìn)行真空濃縮。(1)過濾后濾液量為：(2)假設(shè)濃縮時(shí)間為6h，發(fā)酵液每小時(shí)處理量為：(3)水分蒸發(fā)量:式中：F溶液的進(jìn)料量，kg/hW水分的蒸發(fā)量，kg/hx0料液中溶質(zhì)的含量，%x完成液中溶質(zhì)的含量，%(4)熱量總消耗 濃縮發(fā)酵液變成二次

32、蒸汽所需的熱量，式中：L1二次蒸汽汽化熱，kJ/kgi二次蒸汽熱焓，kJ/kgT濃縮液溫度，KC料液的比熱，kJ/(kg·K)故 發(fā)酵液從40加熱到45所需熱量熱量損失 總消耗熱量 濃縮過程所需要的蒸汽量為：式中：加熱蒸汽熱焓，kg/h加熱蒸汽冷凝水熱焓，kJ/kg 淀粉酶干燥過程的熱量衡算經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾后的濕淀粉酶含水30%左右，干燥后含水應(yīng)小于8%，用熱空氣進(jìn)行干燥。進(jìn)入加熱器的空氣溫度是18，相對(duì)濕度，通過加熱器使空氣升溫到45，從干燥器出來的空氣溫度為25。年產(chǎn)千噸淀粉酶，需要日產(chǎn)濕淀粉酶6.14t，一班生產(chǎn)，即。干燥后失去的水分為：查閱有關(guān)手冊(cè)可知，18的空氣，當(dāng)相對(duì)溫度

33、70%時(shí)，它的絕對(duì)濕度是，熱焓，加熱到45時(shí)，空氣的熱焓根據(jù)熱量平衡可知：式中：空氣經(jīng)過干燥后的熱量變化，kJ/kg出空氣加熱器和出干燥器的空氣熱焓，kJ/kg干空氣出空氣加熱器和出干燥器的空氣的濕含量，kg/kg干空氣物料初始溫度時(shí)中每水的熱含量，J/kg加熱物料所消耗的熱量，kJ/(kg·K)損失的熱量，通常為有效熱量的10%此時(shí)假設(shè)此時(shí)空氣的消耗量為：45時(shí)空氣的比熱容為3/kg16，那么實(shí)際消耗的空氣體積量就為：若使用的蒸汽進(jìn)行加熱，熱損失按15%進(jìn)行計(jì)算，耗用的蒸汽量是：每天用的蒸汽量是，平均每小時(shí)用的蒸汽的量是65kg/h。最后根據(jù)上述計(jì)算就可列出生產(chǎn)過程耗用蒸汽的量，如

34、表3-5。表3-5 生產(chǎn)過程耗用的蒸汽匯總表生產(chǎn)工序日用蒸汽量t/d平均蒸汽用量t/h高峰蒸汽用量t/h培養(yǎng)基連續(xù)滅菌發(fā)酵罐空消發(fā)酵液預(yù)處理真空濃縮淀粉酶干燥合計(jì)用水量計(jì)算連續(xù)滅菌工序的用水量(1)配料用水量 在制備種子罐培養(yǎng)基和發(fā)酵罐培養(yǎng)基時(shí)，需要向培養(yǎng)基中加入水，以使培養(yǎng)基的固形物濃度在5%6%，以便發(fā)酵更好地利用營養(yǎng)物質(zhì)。所以制備發(fā)酵培養(yǎng)基所需的水量：(2)料液的冷卻用水量 滅菌后料液的冷卻水用量，前已計(jì)算出每日冷卻滅菌后料液的冷卻水用量是 318t/d。 發(fā)酵工序的用水量前已計(jì)算出發(fā)酵工序的用水量是4762t/d。洗滌濾餅的用水量使用硅藻土過濾機(jī)過濾后的濾餅，需加倍的水洗濾餅，每日需要

35、洗滌的濾餅量為11746kg，在此過程中所消耗的水量為 無菌空氣制備過程用水量(1)一次冷卻的用水量 從空壓機(jī)出來的空氣為120，需要將空氣進(jìn)行第一次冷卻到35，然后進(jìn)行油水分離。假設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為10，出口溫度為50，冷卻水用量為：式中：42發(fā)酵所需的時(shí)間，h120時(shí)，空氣的密度，kg/m3120時(shí)，空氣的比熱容，kJ/(kg·)（2）二次冷卻的用水量 空氣在進(jìn)入絲網(wǎng)分離器前需冷卻到20，冷卻水進(jìn)口溫度為10，出口溫度為20。冷卻水用量為： 清洗設(shè)備用水量每日洗滌設(shè)備及各種冷卻設(shè)備用水量及CIP清水耗水約為10t/d。 清洗車間用水量每日需要清洗車間地面用水量約為10t/d3.4

36、 無菌空氣消耗量計(jì)算 發(fā)酵過程無菌空氣的消耗量(1)發(fā)酵過程中012h的通氣量為，即1m3培養(yǎng)液，每分鐘流過的空氣量為3，所以剛開始的12h通氣量為：(2)12h后的通氣量為1:（），取最大值，通氣量為：(3)每日的通氣量為： 種子培養(yǎng)等其他無菌空氣耗量二級(jí)種子培養(yǎng)是在種子罐中進(jìn)行的，可根據(jù)接種量、通氣速率、培養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。但通常的設(shè)計(jì)習(xí)慣，是把種子培養(yǎng)用氣、培養(yǎng)基壓送及管路損失等算在一起，一般取這些無菌空氣消耗量之和等于發(fā)酵過程空氣消耗量的25%。故這項(xiàng)無菌空氣的用量為： 高峰期無菌空氣的消耗量高峰期的無菌空氣消耗量： 發(fā)酵車間年用氣量發(fā)酵車間年用氣量：3.5 用電量計(jì)算 通風(fēng)發(fā)酵罐耗電量

37、通過前述計(jì)算，每天運(yùn)轉(zhuǎn)的罐有3個(gè)發(fā)酵罐，3個(gè)種子罐，發(fā)酵罐的電機(jī)功率為132KW，種子罐的電機(jī)功率為，則發(fā)酵罐每天耗電量為：3.5.2 過濾機(jī)所耗電量淀粉酶生產(chǎn)過程中要過濾，需要用到過濾機(jī)，整個(gè)生產(chǎn)過程中需要硅藻土過濾機(jī)3臺(tái)，其功率為5KW，5臺(tái)板框壓濾機(jī)，其功率為4KW，每天工作5小時(shí)。則過濾耗電量為：3.5.3 泵的耗電量生產(chǎn)過程中，需要用泵來輸送物料和水，物料泵4臺(tái)，其功率為，清水泵4臺(tái)，其功率為，平均每天工作10小時(shí)，則泵所消耗的電量為： 空氣壓縮機(jī)耗電量淀粉酶發(fā)酵生產(chǎn)是一個(gè)耗氧的過程，需要通入無菌空氣，需要空氣壓縮機(jī)進(jìn)行空氣輸送，需要空氣壓縮機(jī)4L型空氣壓縮機(jī)3臺(tái)，其功率為130KW

38、，則空氣壓縮機(jī)耗電量為： 照明用電估算照明燈為200W，燈泡10只，每天14h，白天有5只燈工作，平均工作2h，則用電量為： 每天總耗電量每天總耗電量為：4設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4.1 發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定用枯草芽孢桿菌BF-7658生產(chǎn)淀粉酶是耗氧的，所以選擇機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，選用100m3的發(fā)酵罐，現(xiàn)每天生產(chǎn)淀粉酶4t，發(fā)酵周期為48h，每天所需的發(fā)酵液量為：式中：發(fā)酵液的相對(duì)密度假設(shè)發(fā)酵罐的裝料系統(tǒng)數(shù)，每天發(fā)酵需要的發(fā)酵罐總體積為V0，側(cè)總體積為：發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定，公稱體積為100m3的發(fā)酵罐，總體積為118m313，則發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)：式中：發(fā)酵周期，h發(fā)酵罐總體積，m3取公稱體

39、積為100m3發(fā)酵罐6個(gè)，其中一個(gè)留作備用。實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：富裕量 能滿足產(chǎn)量要求。 發(fā)酵罐尺寸的確定 發(fā)酵設(shè)計(jì)為圓柱橢圓形封頭發(fā)酵罐，材質(zhì)選用不銹鋼板，型號(hào)為304，取罐的徑高比為 H:D=2:113橢圓形封頭體積：式中：橢圓封頭的直邊高度，m橢圓短半軸長度，標(biāo)準(zhǔn)橢圓故發(fā)酵罐的全體積為：封頭折邊忽略不計(jì)，以方便計(jì)算，則故 取，查表可知封頭高： 封頭容積 圓柱部分的容積驗(yàn)算全容積 符合設(shè)計(jì)要求可行。 發(fā)酵罐冷卻面積的確定為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)量最多以及環(huán)境氣溫最高時(shí)也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個(gè)月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計(jì)冷卻面積。淀

40、粉酶發(fā)酵過程中，每1m3×6000kJ/(m3·h)14。×500kJ/(m2·h·)10，主發(fā)酵期控制發(fā)酵溫度t在37，冷卻水進(jìn)口溫度t1為10，出口溫度t2為20。平均溫度差為：3030102020 10對(duì)公稱容量100m3的發(fā)酵罐，每天平均裝2.5罐，每罐實(shí)際裝液量為：則換熱面積為 攪拌器的設(shè)計(jì)機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種型式，可根據(jù)發(fā)酵特點(diǎn)、基質(zhì)及菌體特性選用。由于淀粉酶發(fā)酵過程有中間補(bǔ)料操作，對(duì)混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。該攪拌器的各部尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系12：攪拌器葉徑 取葉寬弧長底距盤徑葉弦長葉距彎葉板厚取

41、兩板攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)50m3罐，攪拌器直徑，轉(zhuǎn)速N1=110r/min10，以等為基準(zhǔn)放大求得：4.2 種子罐的設(shè)計(jì) 種子罐發(fā)酵液量接種量按5%計(jì)，每日所需的種子液量為： 種子罐個(gè)數(shù)的確定種子罐與發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料，發(fā)酵罐平均每天上2.5罐，所以需種子罐3個(gè)。種子培養(yǎng)14h左右，輔助操作時(shí)間6h，生產(chǎn)周期大約為20h，所以3個(gè)種子罐能滿足實(shí)際生產(chǎn)。 種子罐尺寸的計(jì)算所需種子罐的容程為：所以選擇公稱容積為5m3的通風(fēng)攪拌橢圓蓋發(fā)酵罐。取徑高比為H:D=2:1，則種子罐的總?cè)莘e為：取D=，則H=2D=3m查表可知，封頭高罐體總高單個(gè)封頭容積封頭表面積攪拌漿直徑攪拌轉(zhuǎn)速為160r/min全容積為

42、4.3 過濾機(jī)的選型 硅藻土過濾機(jī)的選型每日需要過濾的發(fā)酵液量為192m3，過濾前在發(fā)酵液中加入適量的硅藻土（助濾劑），假設(shè)在5個(gè)小時(shí)內(nèi)處理完，每水時(shí)的處理量為：選擇WK500-A型號(hào)的硅藻土過濾機(jī)，其過濾面積為2，生產(chǎn)能力為15m3/h，工作壓力為0.15MPa，外開尺寸為2450×750×850。生產(chǎn)過程中需要的硅藻土過濾機(jī)臺(tái)數(shù)為：取硅藻土過濾機(jī)3臺(tái)。 板框壓濾機(jī)的選型鹽析后的溶液通入到板框壓濾機(jī)中進(jìn)行壓濾，獲得濾餅，每日需壓濾的溶液量為50.02t，其固形物濃度為30%，壓濾后的濾餅量為6.14t，其含水量為30%，濕濾渣的體積為：濃度為70%時(shí)的相對(duì)密度發(fā)酵液的體積

43、為：濃度為30%時(shí)的相對(duì)密度選擇XYJ800型過濾面積為80m2的板框壓濾機(jī)，其濾室溶積為1200L，濾板厚度為60mm，濾室80個(gè)，功率1.5KW。板框壓濾機(jī)的臺(tái)數(shù)6：式中：發(fā)酵液體積，m3E濕濾渣體積與發(fā)酵液體積之比 K板框壓濾機(jī)的濾箱體積，m3故所需壓濾機(jī)數(shù)為：取板框壓濾機(jī)數(shù)n=5。4.4 真空濃縮鍋的設(shè)計(jì) 濃縮鍋直徑的計(jì)算濃縮鍋直徑：式中：D單位時(shí)間內(nèi)二次蒸汽流量，kg/h V0二次蒸汽比體積，m3/kg W0自由截面的二次蒸汽流速，m/s式中：二次蒸汽密度，kg/m3查表可知45時(shí)，蒸汽的密度17故濃縮鍋的直徑為濃縮鍋高度計(jì)算蒸發(fā)空間的容積式中：允許的蒸發(fā)體積強(qiáng)度式中：修正系數(shù)，取以

44、夾層鍋使用蒸汽壓力為參照，大氣壓為2.5KPa，取故蒸發(fā)空間的容積為：蒸發(fā)室（濃縮鍋）的截面積：濃縮鍋高度：考濾清洗及維修，取H=4.5 無菌空氣設(shè)備的選型 空氣壓縮機(jī)的選型(1) 生產(chǎn)能力 全車間每天有3個(gè)發(fā)酵罐在進(jìn)行發(fā)酵，每臺(tái)發(fā)酵罐的裝液量是70m3，有3個(gè)種子罐，每個(gè)裝料量3。設(shè)有6臺(tái)設(shè)備同時(shí)需要通風(fēng)，平均通風(fēng)比按0.15vvm計(jì)算。則工作狀態(tài)最大通風(fēng)量為：換算成20，0.1MPa時(shí)的體積為：考慮到余量再乘1.1倍，則需風(fēng)量為(2) 壓頭計(jì)算 總過濾器阻力，分過濾器阻力，液深阻力，其他阻力，則總阻力為：考慮到壓頭余量增加1.1倍，則(3) 設(shè)備選型 查相關(guān)設(shè)備手冊(cè)選設(shè)備，考慮到往復(fù)式空壓

45、價(jià)格便宜，操作維修方便，現(xiàn)選擇改造的4L，該機(jī)排氣壓力0.2MPa，大于0.13MPa，可滿足生產(chǎn)要求。該機(jī)排氣量40m3/min，考慮設(shè)備效率95%，則實(shí)際排氣量應(yīng)為：則所需空氣壓縮機(jī)的臺(tái)數(shù)為：取空氣壓縮機(jī)3臺(tái)能滿足生產(chǎn)。 空氣貯罐設(shè)計(jì)由往復(fù)式空氣壓縮機(jī)出來的空氣是脈動(dòng)的，在過濾器前要安裝一個(gè)空氣貯罐來消除脈動(dòng)維持罐壓的穩(wěn)定。貯罐的作用使壓力穩(wěn)定外，還可以使部分液滴在罐內(nèi)沉降。體積可按下式計(jì)算：式中：V貯氣罐的體積，m3壓縮空氣流量，m3/min取貯罐的體積為7。取H=2D貯氣罐總體積D=，則H=2D=。查表可知公稱直徑為1300mm時(shí)，橢圓形封頭高為：12 油水分離器的選型當(dāng)空氣壓縮后，經(jīng)

46、過冷卻，就會(huì)有大量水蒸汽及油分凝結(jié)下來，使過濾介質(zhì)受潮，從而使過濾器失效，因此尚需進(jìn)行油水分離。分離空氣中的油水，可選用旋風(fēng)分離器，空氣一般以1525m/s的流速以切線方向進(jìn)入旋風(fēng)分離器，排氣口氣流速度為48m/s4。一般的旋風(fēng)分離器的比例尺寸大致為：D1=0.40.6D，L1=12D，L2=23D，h=0.5D，b=0.20.25D，D2為了方便起見，可用下式大致估計(jì)一下分離器的直徑D：取D=則D1=0.5D=，L1=D=，L2=2D=，h=0.5D=，b=0.2D=，D2=0.25D=。選擇型號(hào)為XLT/A-6.0的油水分離器。 絲網(wǎng)分離器的選型旋風(fēng)分離器對(duì)于10um以上的微粒的分離效率較

47、高，但對(duì)10um以下的微粒分離就較因難，此時(shí)需要分離效率更高的絲網(wǎng)分離器進(jìn)行分離，它對(duì)直徑大于5um的顆粒分離效果可達(dá)99%，大于10um的更可高達(dá)99.5%4。通過絲網(wǎng)介質(zhì)的最大空氣流速為：式中：最大空氣流速液滴的比重，kg/m3空氣的比重，kg/m3 K一般絲網(wǎng)分離器的設(shè)計(jì)流速約為最大流速的70%，即絲網(wǎng)分離器的直徑為：式中：D絲網(wǎng)分離器的直徑，m V氣體流量，m3/s通過絲網(wǎng)過濾器的壓力降為：式中：空氣流過絲網(wǎng)過濾器的壓降，Pa摩擦系數(shù)，對(duì)金屬絲網(wǎng)可取絲網(wǎng)高度，m絲網(wǎng)的空隙率，絲網(wǎng)的直徑 空氣分過濾器的選型為了提高除菌效果，減少倒罐損失，在總過濾后面都加裝用超細(xì)玻璃纖維濾紙的分過濾器。分

48、過濾器的空罐氣速一般取0.21.5m/s，通過濾層的氣速為1.01.5m/s。分過濾器花板鉆8孔，開孔率為40%左右15。(1) 種子罐分過濾器 分過濾器過濾層直徑的計(jì)算：式中：V通過分過濾器的空氣流量，m3/s通過分過濾器的氣速，取 分過濾器的直徑計(jì)算一般，取，圓整后取。分過濾器的強(qiáng)度計(jì)算取，則分過濾器厚度S為：取S=4mm。 分過濾器的高度：一般取筒體部分高度為直徑尺寸的1.11.5倍，筒體的高為：取錐體部分高度為直徑尺寸的1.52.0倍，現(xiàn)取1.5倍，則錐體高：分過濾器一般是與種子罐相配合，現(xiàn)每天有3個(gè)罐，配3臺(tái)種子罐分過濾器。(2) 發(fā)酵罐分過濾器 分過濾器濾層直徑計(jì)算：分過濾器直徑：

49、取S=6mm。 分過濾器高度：4.6 泵的選型物料泵的選型泵的揚(yáng)程：式中：提高的液體的位壓頭，m提高的液體靜壓頭，m，由于兩液面都是大氣壓，故取0提高的液體動(dòng)壓頭，m壓頭損失，m因滅菌罐與發(fā)酵罐的截面比管路截面大很多，則罐中液體流速很水，可忽略不計(jì)，即。泵的揚(yáng)程需要留有適當(dāng)余量，一般為正常需要揚(yáng)程的1.051.1倍。則實(shí)際所需的揚(yáng)程為：所以選擇型號(hào)為GNF64×4的物料泵，其流量為20m3/h，揚(yáng)程45m，轉(zhuǎn)速為960r/min，軸功率為6.66KW，電機(jī)功率11KW，效率50%，生量151kg，電機(jī)型號(hào)為Y160L6，數(shù)量為4臺(tái)。清水泵選型選用離心式清水機(jī)，型號(hào)為JL×2

50、0-36-G，其流量為20 m3/h，揚(yáng)程為36m，配用電機(jī)型號(hào)為Y132S1-2，功率為，4臺(tái)。4.7 車間管路的選型 管徑的計(jì)算根據(jù)泵的選型，可得知工藝過程所需的各類流體介質(zhì)的流量，根據(jù)流體在管內(nèi)的流量、流速與管徑之間的關(guān)系即可計(jì)算出管道的內(nèi)徑12：式中：d管道內(nèi)徑Q流體流量，m3/h流體的流速，m/s 物料管的選擇采用不銹鋼管，查表可知淀粉酶發(fā)酵液的流速為/s14，則：=94mm故選物料輸送總管徑為DN100的不銹鋼管。 自來水管的選擇查表可知自來水的流速為/s16，則=53mm故選自來水總管徑為DN60的不銹鋼管。4.8 設(shè)備一覽表通過設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，可列出淀粉酶生產(chǎn)的所有設(shè)備，如

51、表4-1表4-1 1000t/a淀粉酶生產(chǎn)車間設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)規(guī)格與型號(hào)材料1發(fā)酵罐6公稱容積100m3,4000mmA3鋼2種子罐3公稱容積5m3,1400mmA3鋼3種子罐分過濾器340mmA3鋼4發(fā)酵罐分過濾器6300mmA3鋼5連消塔1350×2600mmA3鋼6維持罐1V=4m3A3鋼7噴淋冷卻器1F=2A3鋼8螺旋板換熱器1F=20m2A3鋼9預(yù)處理罐3V=100m3A3鋼10硅藻土過濾機(jī)3WK500-AA3鋼11真空濃縮鍋1SZN1200A3鋼12鹽析罐1V=50m3A3鋼13板框壓濾機(jī)5XYJ800A3鋼14物料泵4GNF64×4機(jī)體鑄鐵15清水泵

52、4JL×20-36-G機(jī)體鑄鐵16空氣壓縮機(jī)34LA3鋼17空氣貯罐11300mmA3鋼18油水分離器1600mmA3鋼19絲網(wǎng)分離器1120mmA3鋼20熱交換器4JM220QFA3鋼5 車間布置設(shè)計(jì)5.1 生產(chǎn)車間工藝布置設(shè)計(jì) 發(fā)酵車間組成發(fā)酵工廠生產(chǎn)車間的內(nèi)部組成，一般包括生產(chǎn)、輔助、生活等三部分。(1) 生產(chǎn)部分，其中包括原料工段、生產(chǎn)工段、成品工段、回收工段等。(2) 輔助部分，其中包括通風(fēng)空調(diào)室、變電配電室、車間化驗(yàn)室、控制室等。(3) 生活行政部分，其中包括車間辦公室、會(huì)議室、更衣室、休息室、浴室以及點(diǎn)廁所等。 車間布置原則(1)設(shè)備布置要盡量按工藝流程的順序安排，但有些特殊設(shè)備可按相同類型設(shè)備適當(dāng)集中。(2)在進(jìn)行生產(chǎn)車間設(shè)備布置時(shí)，要考慮進(jìn)行多品種生產(chǎn)的可能，以便靈活調(diào)動(dòng)設(shè)備，并留有相當(dāng)?shù)挠嗟?，以便更換設(shè)備。同時(shí)，還應(yīng)注意設(shè)備相互間的間距和設(shè)備與建筑物的安全維修距離，既要保證操作方便，又要保證維修裝拆和清潔衛(wèi)生的方便。(3)生產(chǎn)車間與其它車間的各工序要相互配合，保證各物料運(yùn)輸通暢，避免重復(fù)往返。要盡可能利用生產(chǎn)車間的空間運(yùn)輸；合理安排生產(chǎn)車間各種廢料的排出，人員進(jìn)出要和物料進(jìn)出分開。人流通道、