【正文】 要求真空干燥機(jī)在 2h 內(nèi)將蒸發(fā)后剩余的水分蒸發(fā)掉。247。 （ 11）板框過濾機(jī)二 沉淀析出的酶要用板框過濾機(jī)分離出來，以進(jìn)行純化。要求經(jīng)過真空蒸發(fā)濃縮后目的產(chǎn)物的濃度由 上升至 ，處理時(shí)間為 12h。10247。 則需要的板框過濾機(jī)的臺(tái)數(shù)為： N = VF 23 m3 發(fā)酵罐的空氣過濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)如下： 根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè) 23 m3 發(fā)酵罐最大空氣用量為 Vf = 231 = 23m3/min 由于 23 m3 發(fā)酵罐的工作容積在 70%左右，因 此空氣的用量已經(jīng)含有安全系數(shù)。?） 1/2 = （ 4200247。（ S?！?tm） = （ 105 247。ln(76/5) = ℃ 計(jì)算 R 和 P： R = (T2﹣ T1)247。s I．熱負(fù)荷計(jì)算 Q = Wh空氣冷卻器的作用是使壓縮空氣除水減濕。) 1/2 = （取 ） 實(shí)際流速 ： ? = V/??R2 = 200247。60247。 = m3 （ 5）空氣壓縮系統(tǒng) 無菌空氣制備流程 [14]如下： 吸風(fēng)塔 → 粗濾器 → 空氣壓縮機(jī) → 空氣冷卻器 → 除水設(shè)備 → 空氣總過濾器 → 發(fā)酵車間空氣總管 → 分過濾器 → 發(fā)酵罐 發(fā)酵過程中的最大 通氣量為 1:1，因此 發(fā)酵車間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計(jì)算： V = 單個(gè)發(fā)酵罐的體積 發(fā)酵罐的個(gè)數(shù) 通氣比 +單個(gè)種子罐的體積 種子罐的個(gè)數(shù) 通氣比 = 2381+341 = 196 m3/min （按 200 m3/min 進(jìn)行后續(xù)計(jì)算） ① 吸風(fēng)塔 [14] 吸風(fēng)塔設(shè)計(jì)高度應(yīng)在 10~12m 左右。 發(fā) 酵罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算 [13]： 封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 K = 1 H/Di = Di/hi = 4 橢圓容積 Va = л/6Dih i =24? D i3 V ≈4? D i2h i＋ Va = 4? D i2h i＋ 24? D i3 = 2/3лDi3 Di = m 處理后內(nèi)徑為 m 即 2300 mm H = = = m = 57500mm h i = = m H 4m 所以 ha = 50 mm 查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表 5 罐體總高 H 總 = ＋ 2hi＋ 2ha= = 7000mm 罐體壁厚 S = PD/(2[б] 248。85% = m3 （取 35 m3） 設(shè)圓柱形槽身的高為 h1， 圓錐形底部 的高為 h2，且 h1 = 3h2，直徑 d 為 3m。沉淀過程中用的為 70%的乙醇，用量為處理液體積的兩倍。由此進(jìn)行計(jì)算： ① 氮源用量： (NH4) 2 SO4 在發(fā)酵培養(yǎng)基中的用量為 % ，在種子培養(yǎng)基中的用量為 %。7H2O MgSO4在粉碎過程中隨著運(yùn)輸、粉塵等會(huì)有原料損失，按 10%的損失率及 3t/t(原酶 )的投料比計(jì)算，可得每次發(fā)酵周期需要的原料玉米秸稈量為： m1 = 發(fā)酵液總質(zhì)量 產(chǎn)酶率 玉米秸稈投料比 247。 （五）成品質(zhì)量檢測(cè) [11] 酶制劑的成品各項(xiàng)指標(biāo)要符合《工業(yè)酶制劑通用檢測(cè)規(guī)定和標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存》QB/T 180493 的要求。 （三）酶的成品與包裝 [10] （ 1）液體酶的混合與包裝 向經(jīng)濃縮后的液體酶加入 1,2丙二醇，以維持酶制劑的活性。有機(jī)溶劑用量一般為酶液體積的 2倍左右，而且，要將酶液的 pH值調(diào)至纖維素酶的等電點(diǎn)附近 ， 再用 ～。 （ 4）沉淀與酶泥的重新溶解 在酶制劑的生產(chǎn)過程中，一般采取鹽析法進(jìn)行纖維素酶的分離。 （二）纖維素酶的分離與提取 （ 1） 發(fā)酵液的預(yù)處理 發(fā)酵結(jié)束后要向冷卻蛇管內(nèi)通入蒸汽，使發(fā)酵液溫度升高至 90℃ 維持 10min，滅活菌體并有利于后續(xù)的過濾過程。 ④ 攪拌 纖維素酶液體深層發(fā)酵中還需要攪拌，以利于熱交換、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，降低細(xì)胞周圍的代謝產(chǎn)物，從而有利于酶的合成。 ② 保溫階段 蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)進(jìn)入，從不與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)排出。一般認(rèn)為Tween80 可以提高里氏木霉的纖維素酶的產(chǎn)量 ， 添加量為 %。2H2O % 、 (NH4) 2 SO4 % 、 Tween80 %（體積比） ,121℃ 下滅菌30min 后使用。一般里氏木霉菌種用 馬鈴薯瓊脂（ PDA）培養(yǎng)基保藏。對(duì)廠房的布置符合生產(chǎn)工藝的要求，既保證了生產(chǎn)過程的連續(xù)性，又使 得整個(gè)廠區(qū)緊湊合理。因此本著經(jīng)濟(jì)、合理、優(yōu)勢(shì)的原則，根據(jù)本項(xiàng)目的性質(zhì)和對(duì)建廠地區(qū)及地址的相關(guān)條件進(jìn)行考察和論證分析，最后廠址選擇臨沂市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。開發(fā)區(qū)對(duì)投資企業(yè)實(shí)行優(yōu)惠的扶持政策，按照 “政策最優(yōu)、體制最順、服務(wù)最好 ”的要求，對(duì)園區(qū)企業(yè)實(shí)行封閉式管理，提供最優(yōu)的服務(wù)。纖維素酶的年利率可能達(dá)到 50 億元以上。 隨著酶制劑工業(yè)的發(fā)展，纖維素酶的應(yīng)用范圍也進(jìn)一步的擴(kuò)大。一般纖維素酶的相對(duì)分子質(zhì)量在 45000～ 75000 之間，最適合溫度50℃ 左右，最適 pH=4～ 5。 本設(shè)計(jì)從產(chǎn)品需求、地理環(huán)境、政策環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)等各項(xiàng)條件出發(fā)，針對(duì) 480 噸工業(yè)用纖維素酶制劑項(xiàng)目的需要，進(jìn)行了車間平面設(shè)計(jì)，并對(duì)產(chǎn)品方案、生產(chǎn)工藝、設(shè)備選型、物料衡算、全廠衛(wèi)生安全、企業(yè)組織等方面進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。最后對(duì)本方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，研究表明：該項(xiàng)目固定資產(chǎn)投資 2610萬元，項(xiàng)目完成之后可年產(chǎn)固體纖維素酶 240t，液體纖維素酶 240t，年利潤(rùn) 1692 萬元，投資回收期為 3 年。纖維素酶的用途極其廣泛，近年來被廣泛應(yīng)用于 酒精 、飼料、食品等行業(yè) [1]。纖維素酶是畜牧業(yè)中的一種新型飼料添加劑。目前國(guó)內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)纖維素酶的公司只有天津諾維信公司、北京索萊寶科技有限公司、上海戴迪實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司等少數(shù)幾家。從區(qū)位上看，臨沂經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)處于南北經(jīng)濟(jì)的結(jié)合部，坐落在北京至上海中間地帶，扼交通要沖，形成了海、陸、空三通的立體格局。綜合看來，在臨沂市經(jīng) 濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)園區(qū)建設(shè)纖維素酶制劑廠，無論是從地理位置、交通運(yùn)輸、原材料和燃料供應(yīng)，還是從當(dāng)?shù)卣摺⑼顿Y環(huán)境來看，都是十分理想的。 （ 2）辦公 樓 在人流出口附近，距離車間較近，方便管理，又與物流避免交叉。 （ 2）菌種活化 [5] 馬鈴薯瓊脂（ PDA）培養(yǎng)基滅菌冷卻至 30℃ 左右時(shí)，在無菌條件下將保藏的原菌接種到培養(yǎng)基中，在 28~30℃ 的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 72h，取出 后于 0~4℃ 保存?zhèn)溆?。 ② 配制培養(yǎng)基的注意事項(xiàng) [1] I．碳源 纖維素酶發(fā)酵大多采用含有纖維素的原料作為碳源。 培養(yǎng)基的配制是在拌料罐中進(jìn)行的。維持一定的滅菌時(shí)間，以到達(dá)滅菌的目的。所以，應(yīng)控制整個(gè)生產(chǎn)過程的攪拌速度為 100～150rpm。加熱結(jié)束后將發(fā)酵液轉(zhuǎn)移至發(fā)酵液儲(chǔ)罐中。首先向濃縮酶液中加 飽和度的硫酸銨，靜置 1小時(shí)后利用板框過濾機(jī)進(jìn)行過濾，棄去沉淀。沉淀過程的酶的收率為 94%，過濾過程的收率為 95%[1]。最終產(chǎn)品的顏色為棕色，密度為 ~，粘度為 50 Pa并按照下述的測(cè)定纖維素酶活力的方法測(cè)定其 CMC 酶、 FPA（濾紙?zhí)牵┟负?BG 酶活性，并用 SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法來測(cè)定該酶制劑的純度與分子量。（ 1﹣ 損失率） = [82370%﹢ 4375%]1020%3247。7H2O 的用量為 %，一個(gè)發(fā)酵周期中 MgSO4一個(gè)發(fā)酵周期中 (NH4) 2 SO4 的用量為： M10 = 82370%1020%﹢ 4375%1020% = = 2t 年用量 ： M10 = 282 = 164t ② 沉淀劑用量： 在 燃料乙醇 工業(yè)用酶制劑的生產(chǎn)過程中使用的沉淀劑為硫酸銨，一個(gè)發(fā)酵周期中共有 4個(gè)發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)。因此乙醇用量為： m12 = 270%789 = 年用量 ： M12 = 82 = 1870t （ 3）泡敵 發(fā)酵培養(yǎng)基中泡敵的添加量為 %，一個(gè)發(fā)酵周期中的使用量為： m13 = 82370%% = m3 年用量 ： M13 = 82 = . 計(jì)算結(jié)果 表 4 生產(chǎn)物料衡算表 Table 4 Balance sheet of production material 項(xiàng)目 名稱 指標(biāo) 每次發(fā)酵周期實(shí)際量 年用量 原料 玉米秸稈 3t/t(原酶 ) 麥麩 t/t(原酶 ) 酵母膏 % 木質(zhì)纖維 1% 蛋白胨 % MgSO4 則由 V = 1/4d 2h 1+(1/3)(1/4)d 2h 2 = 35m3 得： h1 = ； h2 = 拌料罐的實(shí)際體積為： V = 5/183 2 = （ 3）發(fā)酵罐 設(shè)發(fā)酵罐的體積為 V，則 由 年產(chǎn)酶量 = 發(fā)酵罐體積 發(fā)酵液密度 發(fā)酵罐個(gè)數(shù) 發(fā)酵周期數(shù) 發(fā)酵罐裝液量 產(chǎn)酶率酶提取率可得： 發(fā)酵罐的體積 = 480000247。﹣ P)+C 其中： 248。進(jìn)管至空氣壓縮機(jī)一段的管路，要求直管連接，避免彎管或多彎管。247。60247。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。Cp(t2﹣ t1) = (104﹣ 25)247。100247。 60247。查資料后選擇 JPF20 型空氣膜過濾器， ?2301196mm，配濾芯 JPFC(聚四氟乙烯微孔膜 )，濾芯長(zhǎng)20 英尺 ，共 5 個(gè) [8]。i/(k70 = 2h 考慮到設(shè)備的循環(huán)利用，一個(gè)生產(chǎn)車間中選用 5 臺(tái)板框過濾機(jī)進(jìn)行發(fā)酵液的過濾。則真空蒸發(fā)器生的蒸發(fā)能力要求為： W = F(1﹣ ) = 247。此時(shí)處理液的含固量 i = 各單元操作中酶的提取率 247。1247。則真空蒸發(fā)的處理量為： 4－ 3 = m3。） = = 1250kg/h （ 13）真空干燥器 對(duì)于固體酶制劑來說，要求含水率很低。 = 臺(tái) （取 1 臺(tái)） 過濾時(shí)間為： T = VF(1i)/vNA = () 247?？紤]到過濾前后處理液的體積較為相似，因此可將粗酶溶解 罐 和沉淀 罐 設(shè)計(jì)成相同的樣式。處理液量為 = ，加熱方式采用并流加料 [8]的方式。247。若選用BMY70/800300 型號(hào)的板框過濾機(jī)，則其過濾面積 A = 70m3,濾框容量 VP = 1056L = m3，板框裝填系數(shù) k 為 ，過濾速度為 v = m3/ m2 h[8]。 ⑦ 分過濾器 分過濾器是單臺(tái)發(fā)酵罐的單獨(dú)空氣過濾器。 設(shè)計(jì)時(shí)取流速為 2m/s，則除濾器的直徑為 D =（ 4V/? =Q 247。℃ ) S =（ Q/ k?(28﹣ 20) = kg/s = 30t/h II．計(jì)算平均溫差 暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差 空氣： 104 → 25 冷卻水： 28 ← 20 △ t ： 76 5 △ tm′ = (76﹣ 5)247?！?)； ? = 103 Pa ④ 冷卻器 壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時(shí)空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機(jī)出口的溫度。247。) 1/2 = 空氣的實(shí)際流速 ? = V/?R2 = 200247。一級(jí)種子罐裝料系數(shù) = 310%247。 = m3 由此可確定發(fā)酵罐的有效體積為 23 m3。8 = 950kg/h （ 2） 拌料槽 拌料槽的結(jié)構(gòu)由圓柱形槽身和圓錐形底部組成，設(shè)計(jì)體積應(yīng)為： 發(fā)酵培養(yǎng)基體積 /裝料率 = 2247?？晒烙?jì)過濾后的濾液體積也為 m3。作為氮源的添加量為 %，作為沉淀劑的用量為 20%的飽和度和 60%的飽和度。 一個(gè)發(fā)酵周期中木質(zhì)纖維的用量為： m4 = 1% = 年用量 ： M4 = 82 = （ 5）蛋白胨 蛋白胨在培養(yǎng)基中的用量為 %，一個(gè)發(fā)酵周期中蛋白胨的用量為： m5 = % = 年用量 ： M5 = 82 = （ 6） MgSO4 主要技術(shù)參數(shù)：發(fā)酵時(shí)間： 70h 生產(chǎn)周期： 4d 生產(chǎn)天數(shù)： 328d 年產(chǎn)量： 480t 預(yù)設(shè)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)： 8 個(gè) 發(fā)酵罐裝料系數(shù)： 70% 發(fā)酵產(chǎn)率： % 酶提取率： 70% FPA 酶活： 4626～ 4781 單位 / g . 原料計(jì)算 （ 1）玉米秸稈 玉米秸稈需經(jīng)過粉碎后才能用于發(fā)酵。 避免在 30℃ 以上長(zhǎng)期儲(chǔ)存，避免日光暴曬和雨淋。濃縮后的收率為 90%。提取酶制劑過程中容易引起酶的變性失活，所以必須在 4℃ 左右的低溫下進(jìn)行操作，沉淀析出后要立即分離。 （ 3）濃縮 將板框過濾后的濾液調(diào)到 ， 在 40℃ 、 三效 真空蒸發(fā)儀將濾液濃縮至原體積的 30～ 40%[1]，此過程的酶的收率約為 95%。一般發(fā)酵的產(chǎn)酶率為 %。 ③ 通風(fēng)量 發(fā)酵早期，菌體剛剛萌發(fā)，數(shù)量較少，呼吸強(qiáng)度較弱，耗氧速度較低，應(yīng)控 制通氣量為1:～ ；進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期以后，菌體代謝旺盛，呼吸強(qiáng)度提高，細(xì)胞大量分裂，細(xì)胞濃度迅