果胶酶工厂设计所有专业(编辑修改稿)

果胶酶工厂设计所有专业(编辑修改稿)内容摘要：

静电斥力，从而使它们沉淀下来。 本设计中采用絮凝剂为常见的 PAM即聚丙烯酰胺。 过滤 发酵工业生产上常用的过滤设备是板框过滤机，板框过滤的目的是为了除去发酵醪液中的固形杂物和菌种。 过滤的动力是过滤板两侧的压力差，过滤速率与压力差和滤饼有关，所以常常加些助滤剂，尤其是酶制剂工业生产的发酵醪液属于非牛顿流型，粘度大，难于过滤。 助滤剂的功能助于滤渣形成钢性滤饼，保证过滤后期的顺利进行。 膜过滤 发酵醪液中的产物浓度很小，而应用中要求的酶液浓 度高于此酶液浓度，同时高浓度的酶液产品液有利于保存、运输，所以发酵醪液都需要进行浓缩处理。 第 17 页 共 60 页 酶分子是具有生物活性的大分子，受热会使它的天然构象发生变化，从而丧失其原来的生物功能。 所以，酶液的浓缩不能像其它的发酵产品那样进行蒸发浓缩，而采用常见的膜过滤器超滤浓缩。 膜超滤浓缩是使用特制的薄膜对溶液中的各种溶质分子进行选择性过滤的方法 ,溶液在一定压力下通过膜时 ,溶剂和小分子能透过 ,大分子则受阻保留在原来的溶液中。 超滤法浓缩适用于生物大分子的发酵产品，尤其是酶和蛋白质的浓缩，它具有成本低，操作方便，条件温和， 能较好地保持生物大分子发酵产品的生物活性，且收率高等优点。 超滤膜的型式和超滤器的型式是统一的，其中最常见的有：平面膜，把超滤膜平铺在刚性平板上，类似板框过滤器；管式膜，类似列管式过滤器；空心纤维膜，它的过滤介质是空心的细长纤维管状膜，内径一般为 ，特点是过滤器的单位容积中的膜表面积较大。 本设计采用最后一种膜过滤浓缩器，即空心纤维膜超滤器。 精滤 在有必要的情况下，如食品级酶的应用要求，菌种保密问题等。 进行精滤除菌操作。 生产操作技术要点 斜面培养。 黑曲霉 CP85211 系是 由母株 CP831 由 NTD 诱变所得的突变株，保存在 PDA斜面培养基。 种子制备。 我们以 500L 的发酵罐为例，通风（要求 10～ 12h 为， 12h 后为 ），温度 28～ 30℃，当搅拌培养菌体镜检粗壮呈网 第 18 页 共 60 页 络状时，即可进行发酵。 发酵。 我们以 3000 夹套型不锈钢发酵罐（直径 ，高 ，搅拌器电机 ，燕尾式叶轮一档，罐壁有挡板 4块）为例。 来进行培养基的杀菌，当冷却到 28～ 30℃，接入 500L 罐种子，通风（要求 0～ 24 为， 24到结束为 ），在罐压 ～ ，搅拌（速度 270r/min）继续培养 55h,果胶酶活力可达 600U/ml。 后处理。 用压滤机将发酵液压滤除渣，由 发酵液得滤液。 经超滤浓缩至 144L（相当于 倍），酶活力为 581U/ml（相当于 ），然后加入酒精沉淀酶，干燥，再粉碎，得到活力 92629U/g 的酶粉为。 各步骤回收率如表 44所示： 表 4 果胶酶提纯工序及酶的回收率 操作工序 回收率 压滤 89% 超滤 % 干燥 71% 总收率 55% 物料的衡算 本厂总物料衡算主要内容 1）消耗的原料计算，其主要原料为（ NH4） 2SO苹果渣和麸皮，其他原料还有琼脂、葡萄糖、马铃薯等。 2）另外还有成品、副产品和废水的计算。 工艺主要技 术指标和基础数据 第 19 页 共 60 页 生产方法：液体深层发酵法 生产规模：年产 10000 吨果胶酶 生产天数： 300天 /年 果胶酶日产量： 吨 果胶酶年产量： 10050吨 副产品年产量： 46385吨 产品质量：果胶酶活力 92432U/g （ 1）年理论消耗麸皮量 54 300 2﹪ 70﹪ 300＝ 68040（吨） （ 2）年理论消耗（ NH4） 2SO4量 54 300 2﹪ 70﹪ 300＝ 68040（吨） 年理论消耗苹果渣量 54 300 1﹪ 70﹪ 300＝ 34020（吨） 每天放罐数 54 发酵罐体积 /m3 300 装料系数 70﹪ 麸皮 /（ NH4） 2SO4的质量体积分数 2﹪ 苹果渣的质量体积分数 / ㎏ /L 1﹪ 一年生产天数 300 副产品产量计算 粗酶制剂年产量： 1300 300＝ 58500（吨） 滤渣体积 m3/d 1300 每立方米滤渣经烘干所得产品质量 kg 一年生产天数 300 生产所产生的废液量 第 20 页 共 60 页 发酵液经过超滤后需加入酒精进行沉淀，应把废液分为两部分来计算： 生的废液量 300 90﹪ 70﹪（ 1－ 85﹪） 54 300＝ 459270 （ m3） 这部分废液需经活性污泥法处理达到标准后才能进行排放。 300 70﹪ 90﹪ 85﹪ 5（ 11﹪） 54 300＝ 130 105 m3 这部分废液中的乙醇含量可达 80﹪，经过蒸馏后还可再次利用。 发酵罐体积 /m3 300 装料系数 70﹪ 压滤收率 90﹪ 超滤收率 85﹪ 乙醇加入后体积增大倍数 5 沉淀生成百分比 1﹪ 每天放罐数 54 一年生产天数 300 热量的衡算 发酵罐灭菌用蒸汽 热源 在发酵生产工业上，蒸汽的使用使很广泛的，主要功能是提供热能。 如发酵罐的灭菌 ，培养基的高温灭菌，还有用于无菌空气的加热。 在本工厂设计中采用的蒸气热源是：压强 ，此时对应的温度由查表得 140℃ 第 21 页 共 60 页 蒸汽消耗量计算 在灭菌过程种，蒸汽的消耗量比较大，它的冷凝水量相应也较大。 为了避免过大量的冷凝水进入发酵罐中，先用蒸汽进行间接加热到 90℃，再用蒸汽直接加热，培养基的温度上升到 120℃，保压一段时间，达到充分灭菌目的。 (1) 间接蒸汽灭菌的蒸汽消耗量计算 高温蒸气通过冷却蛇管进行间接加热，发酵液的温度从 20℃上升到90℃。 发酵醪液的密度 |取经验数据 /立方米 所以每 个发酵罐醪液的重量 m=300= 吨 培养基的比热 C取值 查《化工原理》附表，得到 140℃时蒸气的汽化潜热 R=由公式 W1R= Cm （ 9020） /R 得 W1=Cm （ 9020） /R =100070/ = /罐 (2) 直接蒸汽灭菌的蒸汽消耗量计算 热源与前面的一样， ， 140℃温度，直接从空气进管通入发酵罐进行与培养基混合 高温灭菌。 培养基的温度达到 120℃。 热负荷 Q=Cm （ 12090） 培养基的比热仍然取值 所以 Q=100030 =10 6kj 第 22 页 共 60 页 此时蒸气的汽化潜热 R取 140℃的值， R= 所以 蒸气的消耗量 W2=Q/R =10 6/ = 总的蒸气的消耗量为 W=W1+W2 =+ = /罐 (3) 其它蒸汽消耗量 考虑到培养基的灭菌时的保 压时间内的蒸气的消耗量 W3，按照经验数据， W3为灭菌蒸气的 20%。 空罐灭菌时的蒸气消耗量 W4取经验值 20%的培养基灭菌蒸气消耗量 所以 单罐生产的蒸气消耗量 W=W1+W2+W3+W4 = 1 = /罐 干燥用蒸汽 干燥器（气流、喷雾干燥器）每天工作 8小时 ,耗气量大约是： 16200Kg/h；则一年耗气量为 :16200 8 3 300/1000=58320t 取暖及其它用蒸汽为 :900t 锅炉的确定 发酵罐和培养基的蒸汽灭菌时间为 2小时，此时工厂需要 的最大蒸汽量W5 W5=＋ ＋ 900247。 8 = 第 23 页 共 60 页 采用蒸汽提供量为 10吨 /hr的锅炉四台。 蒸汽消耗资金计算 每天有 54个发酵罐工作，发酵周期两天， 则每天消耗蒸汽量 54247。 2﹦ 则一年中用于发酵罐灭菌需用蒸汽量为 : ( 8 3+) 300=23240t 蒸汽的价格为 :50 元 /t,则一年蒸汽花费为 (23240+900) 50 =1207000 元 耗电量的计算 种子罐 种子 罐搅拌过程中总功率为 90Kw，每 天有 27 个罐工作： 90 50 27=121500 Kwh 发酵罐 发酵罐搅拌过程中总功率为 110Kw,每天有 54 个罐工作： 110 54 24=142560 Kwh 提取耗电量 离心泵 其功率 4h 共 200 台 耗电量 4 200=8040Kwh 粉碎机 其功率 每天工作时间时间 6h 共 35 台 耗电量 6 35=1575Kwh 气流干燥装置 其功率 7kw 每天工作时间 6h共 20 台 耗电量 7 6 20=840Kwh 第 24 页 共 60 页 超滤装置 其功率 3kw 每天工作时间 15h 共 40台 耗电量 15 3 40=1800Kwh 蠕动泵 其功率 10h 共 40台 耗电量 10 40=3000Kwh 板框过滤机 其功率 4kw 每天工作时间 12h 共 60 台 耗电量 4 12 60=2880 Kwh 喷雾干燥塔 其功率 5kw每天工作时间时间 10h 共 10 台 耗电量 5 10 10= 500Kwh 蒸馏装置 其功率 3kw 每天工作时间 24h 共 40 台 耗电量 324 40=2880Kwh 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 6000 Kwh,非生产生活及其他用电为 5000 Kwh,济宁 市工业用电每度约 合 元 ,则全年总用电量为 309475Kwh ， 则本公司一年所 需电费 约为 309475 元= 元 水用量 发酵耗水 54 300 95﹪ 70﹪＝ 10773t/d 每天放罐数 54 装料系数 70﹪ 水的质量体积分数 95﹪ 发酵罐体积 /m3 300 冷却用水量 第 25 页 共 60 页 一发酵罐罐每发酵一次用水 20 吨，时间为 90小时 20/90 24 10＝ 53 t/d 过滤机需水量 过滤机每台每 5 吨，每天工作 8小时共 40台 5 8 40=1600 t/d 洗罐用水量 每个发酵罐（包括种子罐）洗涤用水按 15吨算： 15 80＝ 1200 t/d 总用水量 12768+360+1280+1200=15608 t/d 平均每吨果胶酶用水量 济宁市工业用水价格为 元 /t,所以一年用水花费为 15608 300=11003640元 设备选型 要求基本参数： 全年生产天数为 300d， 果胶酶 生产周期为 3d，产品规格为 92629u/g，提取总收率 约 为 55%，年产量为 10000t。 确定发酵设备 确定种子罐数 二级种子罐体积为： 100m3,一级种子罐体积为 10m3,接种量均 :10%,装料系数为 70%,则每天需 (64 60 70% 10%)/(30 70%)≈ 13个二级种子 罐，发酵周期为 2天 ,则需二级种子罐数为 2 3=26个 ,再加一个备用罐 ,共需要 第 26 页 共 60 页 27 个二级种子罐，二级种子罐与一级种子罐采用 3:1 接种方式，即需要 9个一级种子罐。 确定发酵罐数 发酵罐的体积为 300m3， 装料系数为 70% ，每立方米的产酶量约为 3 kg。 则 每个罐产酶量（以产品计） 300 70% 3=630kg 每天产酶量为 ，则每天需要发酵罐个数为 1000247。 3247。 ﹙ 300 70％﹚≈ 54（个） 如生产周期约为三天，则罐个数为 54 3=162（个） ,再加上备用罐 ,总共需要 164 个发酵罐。 发酵设备的型号 通过计算，共需 164个 300m3发酵罐， 9个 30m3一级种子罐和 13个 100m3的二级种子罐。 可用莱州市精细化工机械设备厂的发酵罐和种子罐。 其参数如下： 表 61 发酵设备的性能参数 筒体直径Dg(mm) 公称体积M3 筒体高度H(mm) 搅拌轴功率 Kw 搅拌轴转速 换热面积M2 1800 10 3200 150 12 2400 30 6600 45 180 34 3000～3200 60 8000 65 160 65 生产设 备的确定 第 27 页 共 60 页 板框过滤机 此设备每天处理量约为 336m3，其能力为 336m。