年產(chǎn)400噸堿性果膠酶的發(fā)酵車間設(shè)計(jì)課件

1、年產(chǎn)400噸堿性果膠酶的發(fā)酵車間設(shè)計(jì)一、選題背景以及設(shè)計(jì)目的和意義 堿性果膠酶是指在堿性環(huán)境下具有高活性的果膠酶，廣泛應(yīng)用于苧麻脫膠、紙漿漂白、醫(yī)藥原料提取等方面。 近年來，隨著紡織工業(yè)污染由“末端治理”轉(zhuǎn)向“源頭治理”，堿性果膠酶以其低能耗、環(huán)境友好、產(chǎn)品品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于棉織物的預(yù)處理中。 中國(guó)從1990年初也開始研究堿性果膠酶，一般停留在菌種篩選及對(duì)酶學(xué)特性研究階段，而對(duì)發(fā)酵和基因工程改造研究不多。國(guó)內(nèi)廠家多采用原始菌株進(jìn)行堿性果膠酶粗酶制品的發(fā)酵生產(chǎn)，一方面存在酶產(chǎn)量低的問題，另一方面存在堿性耐受譜不完整，酶活不穩(wěn)定等性能缺陷。且現(xiàn)有堿性果膠酶產(chǎn)品較少，種類單一，需求量大。二、果膠

2、酶與堿性果膠酶的定義 果膠酶最初是由MacDonnell 從桔子里提取得到的，是指一類能夠分解果膠類物質(zhì)的酶的總稱，是含有多種組分的復(fù)合酶。根據(jù)果膠質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究表明，果膠質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，能夠催化其分解的果膠酶也種類繁多。 堿性果膠酶是指在堿性范圍內(nèi)具有較高活性的果膠酶，一般多指聚半乳糖醛酸裂解酶，屬于果膠裂解酶的一種。堿性果膠酶可來源于植物果實(shí)和微生物，霉菌、酵母等真菌、細(xì)菌和放線菌都可以產(chǎn)生堿性果膠酶。 果膠酶和堿性果膠酶的酶學(xué)性質(zhì)（1）果膠酶的熱穩(wěn)定性比較差，若以果膠為底物，60保溫15min，酶活力剩余23%。酶作用的最適溫度為4550，如低于此溫度，作用時(shí)間要相應(yīng)延長(zhǎng)。（2）

3、酶穩(wěn)定的PH范圍3.06.0，故此酶在偏酸性條件下促進(jìn)澄清效果最佳，酶最適PH為3.55.5。（3）Fe、Ca、Zn、Sn等離子對(duì)酶有抑制作用，因此在果汁澄清時(shí)應(yīng)注意容器的選擇。（1） 采用硫酸銨分級(jí)沉淀法進(jìn)行分離純化，先用60%的硫酸銨去除雜蛋白， 再用90%的硫酸銨最大程度的收集較純堿性果膠酶。（2）本實(shí)驗(yàn)中，Bacillus subtilis WSH03-06 所產(chǎn)堿性果膠酶的最適作用溫度為55 ， 但是在50 條件下溫度穩(wěn)定性要好；最適pH 為9.4，且pH 在9.29.6 范圍內(nèi)穩(wěn)定性較好。酶液中添加適量的可大幅度的提高酶活力。（3）采用自制的堿性果膠酶在酶的穩(wěn)定性最好的pH 值、溫

4、度、30 min 沸水條件下添加適量的Ca2+處理棉織物，并與堿精練織物的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。酶精練后的果膠去除率、織物潤(rùn)濕性，基本可達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，與堿精練相比，織物手感更柔軟，對(duì)織物纖維的損失小， 并且酶精練工業(yè)條件溫和，具有良好的工業(yè)化前景。三、設(shè)計(jì)任務(wù)l年產(chǎn)堿性果膠酶：年產(chǎn)堿性果膠酶：400t400tl年工作日：年工作日：300 d300 dl產(chǎn)品收率：產(chǎn)品收率：85% 85% l接種量：接種量：4%4%l發(fā)酵周期：發(fā)酵周期：3d3d（發(fā)酵（發(fā)酵1 1天，種子天，種子1 1天）天）l發(fā)酵罐裝料系數(shù)：發(fā)酵罐裝料系數(shù)：70%70%四、生產(chǎn)工藝選擇及流程設(shè)計(jì)工藝流程說明工藝流程說明 （1）

5、錐形瓶培養(yǎng)：吉氏芽孢桿菌S-2菌株在錐形瓶發(fā)酵罐中進(jìn)行培養(yǎng) （2）種子制備：以320L發(fā)酵罐為例，與2830，通風(fēng)（1012h為0.3VVm，12h后為1.0VVm），攪拌培養(yǎng)菌體鏡檢粗壯呈網(wǎng)絡(luò)狀，即可轉(zhuǎn)入發(fā)酵。 （3）發(fā)酵培養(yǎng)：以夾套型不銹鋼發(fā)酵罐進(jìn)行培養(yǎng)基殺菌，冷卻到2830，接入320L罐種子，在罐壓0.080.12MPa，通風(fēng)（024為0.8VVm，24到結(jié)束為1.2VVm），攪拌（270r/min）培養(yǎng)24h，果膠酶活力達(dá)1000U/ml。 （4）后處理。將發(fā)酵液用壓濾機(jī)壓濾除渣，由發(fā)酵液得濾液后。經(jīng)超濾濃縮到酶活力為1000U/ml，加入硫酸銨進(jìn)行酶的鹽析，干燥，粉碎，得到活力40

6、00U/ml的酶粉。五、物料衡算和能量衡算5.1 5.1 計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) （1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)400噸堿性果膠酶 （3）生產(chǎn)天數(shù)：300天/年 （4）堿性果膠酶日產(chǎn)量：1.34噸 （5）堿性果膠酶年產(chǎn)量：400噸 （6）產(chǎn)品質(zhì)量：果膠酶活力 4000U/mg （7）發(fā)酵液的酶活力：1000U/mL5.2 設(shè)備選型一、發(fā)酵罐的個(gè)數(shù) 發(fā)酵罐體積為200m3，裝料系數(shù)為70% ，酶的比活力為4000U/mg，發(fā)酵液的酶活力為1000U/mL ，收率為85% 。則，每立方米發(fā)酵液產(chǎn)酶量約為4.7 kg。 每個(gè)發(fā)酵罐產(chǎn)酶量（以產(chǎn)品計(jì)）20070%4.785%=559.3kg 每天產(chǎn)酶量為134

7、0，則每天需要發(fā)酵罐個(gè)數(shù)為1340/559.33（個(gè)） 產(chǎn)品生產(chǎn)周期約為1天，則所需的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)為 13=3（個(gè)），總共需要3個(gè)發(fā)酵罐 V全=V筒+2V封=230m3；封頭折邊忽略不計(jì)，以方便計(jì)算。則有V全=0.785D22D+0.131D32=230，且H=2D,解方程得：D=5m，則H=10m。 由圖可知：封頭高H封=ha+hb=1250+50=1300（mm）驗(yàn)算全容積 V全=V筒+2V封=0.785D22D+0.131D32+0.785D20.05 =0.7855225+0.131532+0.785520.05 =230(m3)=V全三、一級(jí)種子罐以及二級(jí)種子罐的個(gè)數(shù)及大小的確定 二級(jí)

8、種子罐體積為10m3，接種量均：4%，裝料系數(shù)為70%，則每天需（320070%4%)/(870%)=3個(gè)二級(jí)種子罐，發(fā)酵周期為1天，則需二級(jí)種子罐數(shù)為13=3個(gè)，共需要3個(gè)二級(jí)種子罐。一級(jí)種子罐體積為0.32m3，接種量均：4%，裝料系數(shù)為70%，則每天需（3870%4%）（0.3270%）=3個(gè)一級(jí)種子罐。 二級(jí)種子罐裝料體積為8m3，但，裝料體積為總體積的70%，所以二級(jí)種子罐的體積約為10m3。同理，與發(fā)酵罐的選型過程相同，則筒體直徑為1800（mm）,筒體高為3600（mm），封頭高為475（mm）,總高為4500（mm）。 一級(jí)種子罐裝料體積為0.32m3。但，裝料體積為總體積的7

9、0%，所以一級(jí)種子罐的體積約為500L。同理，與發(fā)酵罐的選型過程相同，則筒體直徑約為700（mm），筒體高為1400（mm），封頭高為200（mm）,總高為1800（mm）。發(fā)酵大罐及種子罐示意圖發(fā)酵大罐及種子罐示意圖5.3 原料消耗的計(jì)算 年理論消耗麩皮量年理論消耗麩皮量 3 320020070703 330030037803780（噸）（噸） 年理論消耗豆餅粉量年理論消耗豆餅粉量 3 320020070703.53.530030044104410（噸）（噸） 年理論消耗氯化鈉量年理論消耗氯化鈉量 3 320020070700.430.43300300541.8541.8（噸）（噸） 年理論

10、消耗硝酸鹽量年理論消耗硝酸鹽量 3 320020070%70%0.00455%0.00455%300=3.822300=3.822（噸）（噸） 年理論消耗氯化鈣量年理論消耗氯化鈣量 3 320020070%70%0.111%0.111%300=139.86300=139.86（噸）（噸） 1 - 1 - 每天放罐數(shù)每天放罐數(shù) 200 - 200 - 發(fā)酵罐體積發(fā)酵罐體積/m3/m3 70 70 - - 裝料系數(shù)裝料系數(shù) 0.03 - 0.03 - 麩皮的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)麩皮的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/kg/L/kg/L 0.035 - 0.035 - 豆餅粉的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)豆餅粉的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/ kg/L/ k

11、g/L 0.0043 0.0043 氯化鈉的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)氯化鈉的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/ kg/L/ kg/L 0.00455%- 0.00455%-硝酸鹽的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)硝酸鹽的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/kg/L/kg/L 0.111% - 0.111% - 氯化鈣的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)氯化鈣的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/kg/L/kg/L 300 - 300 - 一年生產(chǎn)天數(shù)一年生產(chǎn)天數(shù)副產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)算副產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)算粗酶制劑年產(chǎn)量：粗酶制劑年產(chǎn)量：32320.150.153003001440 1440 （噸）（噸）32 - 32 - 濾渣體積濾渣體積m m3 3/d/d0.15 - 0.15 - 每立方米濾渣經(jīng)烘干所得產(chǎn)品質(zhì)量每立方米濾

12、渣經(jīng)烘干所得產(chǎn)品質(zhì)量 300 - 300 - 一年生產(chǎn)天數(shù)一年生產(chǎn)天數(shù)5.4 熱量衡算一、發(fā)酵罐滅菌用蒸汽 每個(gè)200 m3的發(fā)酵罐滅一次菌大約需6噸，種子罐滅一次菌大約需1.6噸，每天有3個(gè)發(fā)酵罐和6種子罐用于生產(chǎn)，則一年中用于發(fā)酵罐滅菌需用蒸汽量為：(63+1.66)300=8280（噸）二、干燥用蒸汽 干燥器（噴霧干燥器、氣流干燥器）每小時(shí)耗氣量大約為：1620Kg/h，每天工作2小時(shí)；則一年耗氣量為：162032300/1000=1458（噸）三、取暖及其它用蒸汽為：3800（噸） 蒸汽的價(jià)格為：100元/t，則一年蒸汽花費(fèi)為(1458+3800+8280)100 =135萬元5.5

13、水的衡算一、發(fā)酵耗水 32009570399 t/d 3 - 每天放罐數(shù) 200 - 發(fā)酵罐體積/m3 70 - 裝料系數(shù) 95 - 水的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)二、 洗罐用水 每個(gè)發(fā)酵罐（包括種子罐）洗滌用水按5噸算： 51050 t/d三、冷卻用水每罐每發(fā)酵一次用水10噸，時(shí)間為55小時(shí) 10/55241043.6 t/d四、過濾機(jī)用水量 每臺(tái)每次4噸每天工作4小時(shí)共2臺(tái) 424=32 t/d五、其他用水量 4 t/d六、總用水量399+50+43.6+32+4=528.6 t/d平均每噸果膠酶用水量528.6/1.04 =500.3 t/d天津市工業(yè)用水價(jià)格為6.5元/t，所以一年用水花費(fèi)為500.

14、36.5300=975585元5.6 耗電量的計(jì)算一、發(fā)酵罐 發(fā)酵罐攪拌過程中總功率為110Kw，每天有3個(gè)罐工作： 110324=7920 Kwh二、種子罐種子罐攪拌過程中總功率為90Kw，每天有6個(gè)罐工作：90624=12960 Kwh三、提取耗電量（1）板框過濾機(jī) 功率4kw 每天工作時(shí)間6h 共3臺(tái) 耗電量463=72 Kwh（2）超濾裝置 功率3kw每天工作時(shí)間15h 共1臺(tái) 耗電量1531=45 Kwh（3）噴霧干燥塔 功率5kw每天工作時(shí)間時(shí)間2.5h 共1臺(tái) 耗電量52.51=12.5 Kwh（4）氣流干燥裝置 功率7kw每天工作時(shí)間時(shí)間3h共1臺(tái)耗電量731=21Kwh（5）

15、蒸餾裝置 功率3kw每天工作時(shí)間時(shí)間24h 共1臺(tái) 耗電量3241=72Kwh（6）粉碎機(jī) 功率7.5kw每天工作時(shí)間時(shí)間6h 共1臺(tái) 耗電量7.561=45Kwh（7）蠕動(dòng)泵 功率7.5kw每天工作時(shí)間時(shí)間10h 共1臺(tái) 耗電量7.5101=75Kwh（8）離心泵 功率10.05kw每天工作時(shí)間時(shí)間2h 共10臺(tái) 耗電量10.05210=201Kwh 除以上幾個(gè)設(shè)備外，生產(chǎn)中其他設(shè)備用電較少些，每天用電約21423.5 Kwh，非生產(chǎn)生活及其他用電為5000 Kwh，天津市工業(yè)用電每度約0.8元，則全年總用電量為26423.5Kwh ，則本公司一年所需電費(fèi)約為26423.50.8元=2113

16、8.8元=2.1萬元六、經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算利潤(rùn)估算 據(jù)市場(chǎng)可將我產(chǎn)品（果膠酶）定價(jià)為400元/kg，粗酶制劑定價(jià)為8元/kg，那年末銷售收入為：400400000+81440000 =161152萬元。 稅收=銷售利潤(rùn)33%= 16115233%=53180.16萬元 銷售利潤(rùn)=銷售收入-生產(chǎn)成本=161152萬元-53180.16萬元=107971.84萬元 純利潤(rùn)=銷售利潤(rùn)-稅收=107971.84萬元-53180.16萬元=54791.68萬元三廢的處理三廢的處理 廢氣 發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢氣主要是二氧化碳，其中可能含有一些顆粒，可以在排氣口加一個(gè)旋風(fēng)分離器，除去雜質(zhì)。將其回收，用于出售。對(duì)于