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正文內(nèi)容

畢業(yè)設計-年產(chǎn)480噸工業(yè)用纖維素酶制劑廠設計(編輯修改稿)

2025-07-10 01:45 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 價格為每畝 萬元左右,在此基礎上,根據(jù)項目投資規(guī)模、投資強度、建設期限、科技含量、稅收貢獻等再給予不同程度的優(yōu)惠扶持。 對于酶制劑廠廠址的選擇,其基本要求是原料、燃料供應充分,產(chǎn)品流通迅速,交通便利。而新開發(fā)的開發(fā)區(qū)為招商引資,往往會出臺一系列的優(yōu)惠政策,有利于企業(yè)的成長。因此本著經(jīng)濟、合理、優(yōu)勢的原則,根據(jù)本項目的性質(zhì)和對建廠地區(qū)及地址的相關條件進行考察和論證分析,最后廠址選擇 臨沂市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。綜合看來,在臨沂市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)工業(yè)園區(qū)建設纖維素酶制劑廠,無論是從地理位置、交通運輸、原材料和燃料供應,還是從當?shù)卣?、投資環(huán)境來看,都是十分理想的。 . 項目建設的意義 項目建成后一方面可以吸納當?shù)厥S鄤趧恿?,增加當?shù)鼐用袷杖?; 另一方面,該項目還可以解決當?shù)剞r(nóng)作物秸稈浪費的問題,增加當?shù)剞r(nóng)民的農(nóng)業(yè)收入,生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣還可以作為農(nóng)業(yè)用有機肥。 本項目投產(chǎn)結構合理,投資少,見效快,效益高,投資回收期短,發(fā)展前景廣闊,并符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和三農(nóng)政策,能積極的帶動當?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展,從而達到農(nóng)業(yè)增效、 農(nóng)民增收、企業(yè)增值、國家增稅,促進地方經(jīng)濟發(fā)展,為社會帶來經(jīng)濟效益和社會效益。因此該項目切實可行。 2. 廠區(qū)平面設計 . 總平面設計 表 1 廠區(qū)建筑面積一覽表 Table 1 Plant construction area list 序號 建筑物 建筑面積( m2) 占地面積( m2) 1 應急發(fā)電室 9 10 = 90 90 2 配電室 9 10 = 90 90 3 原料庫 1 9 12 = 108 108 4 空壓機房 8 10 = 80 80 5 水處理中心 8 10 = 80 80 6 粉碎配料車間 8 12 = 96 96 7 生產(chǎn)車間 1 9 28 3 = 756 252 8 生產(chǎn)車間 2 9 28 3 = 756 252 9 鍋爐房 10 12 = 120 120 10 原料庫 2 8 10 = 80 80 11 成品車間 8 14= 112 112 12 污水處理站 24 6+24 5 = 264 264 13 職工公寓 10 45 2 = 900 450 14 機修車間 5 8 = 40 40 15 職工餐廳 20 15 2 = 600 300 16 成品庫 8 9 = 72 72 17 科研中心 20 15 3 = 900 300 18 辦公樓 10 25 4 = 1000 250 19 警衛(wèi)室 1 5 8 = 40 40 20 警衛(wèi)室 2 5 8 = 40 40 . 設計說明書 . 設計依據(jù) ( 1)以方便生產(chǎn)為前提,符合車間生產(chǎn)程序,避免原料、半成品、人流的交叉污染; ( 2)全 廠 建筑物采取南北朝向,利于通風、采光; ( 3)發(fā)酵附屬設施安排在發(fā)酵車間的周圍,為發(fā)酵提供高壓蒸汽、原輔料、冷卻水、壓縮空氣; ( 4)粉碎車間和鍋爐房安排在發(fā)酵車間旁邊,遠離生活區(qū)和公路,避 免污染生活區(qū)的空氣; ( 5)配電房、鍋爐靠近生產(chǎn)車間,減少能源消耗,鍋爐房處于廠西北角,使生產(chǎn)車間處在其上風位置; ( 6)通盤考慮全廠布置,填平補齊,力求合理、經(jīng)濟,并充分考慮全廠擴大生產(chǎn) [4]。 . 總平面設計說明 ( 1)廠區(qū)主要建筑物: 原料庫、成品庫、辦公樓、科研樓(兼菌種保藏中心)、餐廳(兼工人活動中心)、車庫、工人公寓、廣場、傳達室、展廳、鍋爐房、機修 車間 、 生產(chǎn)車間、成品車間、粉碎配料車間 空氣壓縮站、水處理中心、污水處理池等。 按照生產(chǎn)流程布置,并盡量縮短距離,避免物料的往返運輸。對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,又使得整個廠區(qū)緊湊合理。 ( 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。 ( 3)綠化情況:廠區(qū)綠化以普通綠化與重點綠化相結合,沿廠區(qū)主入口的主要道路進行重點綠化,種植有觀賞價值的喬、灌木與草皮結合,并且綠化部分遍植草皮,以創(chuàng)造出一個美麗、怡人的廠區(qū)環(huán)境。 ( 4)廠區(qū)道路:廠區(qū)主干道為 10m 寬,非主要道路為 8m 寬,兩旁種植 懸鈴木 、 榆葉梅 等。 ( 5)廠區(qū)考慮到防火要求,各主要建筑物和易燃物附近均設有消防水龍頭和滅火器。 . 主要設計指標 表 2 主要設計指標一 覽表 Table 2 List of design indicators 項目 數(shù)據(jù) 1 全長占地面積 13872m3 2 全廠建筑物占地面積 2744 m3 3 建筑系數(shù) % 4 綠化面積 1950 m3 5 綠化率 % 6 土地利用系數(shù) % 3. 產(chǎn)品方案及工藝流程 . 產(chǎn)品與產(chǎn)量的確定 表 3 產(chǎn)品方案明細表 Table 3 List of detailed product plan 產(chǎn)品名稱 年產(chǎn)量 / t 日產(chǎn)量 / t 班產(chǎn)量 / t 全年生產(chǎn)天數(shù) / d 酒精工業(yè)用酶 240 328 飼料添加酶 240 328 . 工藝流程 . 原輔料及菌種 ( 1)原料: 玉米秸稈、麥麩 ( 2)輔料: 酵母膏、木質(zhì)纖維、蛋白胨、 MgSO47H2O、泡敵、 CaCl22H2O、 Tween80、KH2 PO4 ( 3)菌種: 里氏木霉 Rut C30 . 工藝流程圖 原料→粉碎→過篩→高溫高壓殺菌 ↓ 保藏菌種→斜面種子培養(yǎng)→搖瓶→液體種子擴大培養(yǎng)→液體深層發(fā)酵→過濾→濃縮→硫酸銨沉淀→ (飼料添加用酶為乙醇沉淀) 過濾→溶解酶泥→過單寧瓊脂糖層析柱→濃縮→干燥造粒→固體酶制劑 ↓ 液體酶制劑 圖 1 生產(chǎn)工藝流程圖 [5] Figure 1 Chart of production process . 操作要點 (一)菌種培養(yǎng) ( 1)菌種及菌種保存 一般 選用的 菌種為 里氏木霉 , 發(fā)酵周期為 70h 左右,纖維素酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好,產(chǎn)生的纖維素酶為胞外產(chǎn)物,容易分離純化。一般里氏木霉菌種用 馬鈴薯瓊脂( PDA)培養(yǎng)基保藏。 ( 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,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?。 ( 3)種子培養(yǎng)基及種子罐培養(yǎng) 玉米秸稈粉 (20 目篩 ) 1%、酵母膏 %、木質(zhì)纖維 1%、蛋白胨 %、 MgSO47H2O %、 KH2 PO4 %、 CaCl22H2O % 、 (NH4) 2 SO4 % 、 Tween80 %(體積比) ,121℃ 下滅菌 30min 后使用。 菌種活化后按 7%的接種量接種到一級種子罐中通氣培養(yǎng),培養(yǎng) 48h 后 再 接種至二級種子罐中,培養(yǎng) 48h 后按 7%的接種量接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā)酵 [6]。 (二)發(fā)酵過程 ( 1)發(fā)酵培養(yǎng)基的配制 ① 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成 [5] 玉米秸 稈粉 %、麥麩 5%、酵母膏 %、蛋白胨 %、 MgSO47H2O %、 KH2 PO4 %、 CaCl22H2O % 、 (NH4) 2 SO4 % 、 Tween80 %(體積比) ,121℃ 下滅菌30min 后使用。 ② 配制培養(yǎng)基的注意事項 [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。一般是將玉米秸稈粉碎至 20 目以下后與麥麩等其他輔料混合。麥麩對菌種產(chǎn)酶的影響是雙面的:它一方面為產(chǎn)酶提供必要的生長因子;另一 方面,其含量增加又會降低培養(yǎng)基的蓬松程度,使通氣量降低,從而影響產(chǎn)酶。對于里氏木霉,當玉米秸稈與麥麩之比為 4:1 時纖維素酶的產(chǎn)量最高 [7]。 II.氮源 可用無機氮,也可用有機氮,二者差別不大。里氏木霉的最適氮源為硫酸銨和谷氨酸鈉,硫酸銨價格較便宜,因此選用硫酸銨,用 %濃度效果較佳。 III. 細胞通透性 增加細胞通透性對提高纖維素酶活性有一定的作用。一般認為Tween80 可以提高里氏木霉的纖維素酶的產(chǎn)量 , 添加量為 %。 培養(yǎng)基的配制是在拌料罐中進行的。預 先在拌料罐中添加所需質(zhì)量的各種成分,然后加入培養(yǎng)基中所有用水量的 60%左右,使最終兩個發(fā)酵罐中的裝料量為 m3。用攪拌槳攪勻后用往復泵泵 入 兩個發(fā)酵罐中。 ( 2)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌 [8] 由于發(fā)酵罐的體積較小,因此可采用實罐滅菌的方式進行滅菌。滅菌過程采用 蒸汽壓為196kPa(表壓)的蒸汽通入發(fā)酵罐中,利用蒸汽冷凝釋放的熱量加熱培養(yǎng)基,以達到滅菌的目的。實罐滅菌過程共分為三個階段: ① 升溫階段 采用直接將活蒸汽通入發(fā)酵罐中的方式把培養(yǎng)基由室溫加熱到滅菌溫度。此過程中通入的蒸汽冷凝形成的水可直接補充配制培養(yǎng)基時未加足的水。 ② 保溫階段 蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)進入,從不與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)排出。維持一定的滅菌時間,以到達滅菌的目的。 ③ 冷卻階段 完成保溫時間后,關一路排汽,再關一路進汽(次序不能顛倒),最后排汽與進汽全部關閉。然后引入無菌空氣,再打開蛇管的冷卻水,使培養(yǎng)基的溫度降低到合適的溫度,以進行接種。 ( 3)發(fā)酵過程中的條件控制 ① 溫度 發(fā)酵前期,培養(yǎng) 溫度應稍高些,以有利于菌體的生長,里氏木霉一般控制前期培養(yǎng)溫度為 30℃ (即最適生長溫度),大約保持 12h;進入產(chǎn)酶期后,應適當降低培養(yǎng)溫度,里氏木霉產(chǎn)酶期培養(yǎng)溫度一般為 28℃ ,較低的溫度有利于提高酶的穩(wěn)定性,延長細胞產(chǎn)酶時間 [9]。 ② pH 里氏木霉發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的最適 pH 為 ~ 5。在實際的發(fā)酵過程中,隨著微生物的代謝活動,發(fā)酵液的 pH 值在不斷變化,要根據(jù)其變化嚴格控制 pH 值 [1]。 ③ 通風量 發(fā)酵早期,菌體剛剛萌發(fā),數(shù)量 較少,呼吸強度較弱,耗氧速度較低,應控制通氣量為1:~ ;進入對數(shù)生長期以后,菌體代謝旺盛,呼吸強度提高,細胞大量分裂,細胞濃度迅速增加,因此耗氧速度較快,應控制通氣量為 1:1;產(chǎn)酶時期,細胞分裂完全,細胞濃度最大,形成大量的酶蛋白,也消耗大量的氧氣,應控制通氣量為 1:1[1]。 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、營養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸,降低細胞周圍的代謝產(chǎn)物,從而有利于酶的合成。所以,應控制整個生產(chǎn)過程的攪拌速度為 100~150rpm。 ⑤ 泡沫控制 發(fā)酵中往往產(chǎn)生較多的泡沫,其存在阻礙 CO2排出,影響溶解氧量。生產(chǎn)上一般采用聚氧丙烯甘油醚或泡敵(聚環(huán)氧丙環(huán)氧乙烷甘油醚)消泡。 ⑥ 產(chǎn)酶量的測定 發(fā)酵過程中要定時取樣測定產(chǎn)酶量,一旦發(fā)現(xiàn)到達最大酶活產(chǎn)量時要及時停止發(fā)酵。 ( 4)發(fā)酵終點的判斷 一般利用里氏木霉進行纖維素酶發(fā)酵的周期為 70h 左右。當發(fā)酵液的 pH 上升 至 5 左右,鏡檢觀察到菌絲自溶、斷裂, 80%以上的菌絲染色著色淺或染不上色時 ,可以放罐 [6]。一般發(fā)酵的產(chǎn)酶率為 %。 (二)纖維素酶的分離與提取 ( 1)發(fā)酵液的預處理 發(fā)酵結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。加熱結束后將發(fā)酵液轉移至發(fā)酵液儲罐中。同時準備使用板框過濾機對發(fā)酵液進行過濾,以 除 去菌體和未發(fā)酵的培養(yǎng)基原料。 ( 2)發(fā)酵液過濾 在里氏木霉生產(chǎn)纖維素酶的過程中,在常壓下濾餅形成后,一般采用加壓至 ~ 來過濾。濾液儲存于儲罐中,分四批進行后續(xù)的提取過程。生產(chǎn)中常采用以壓力泵或壓縮空氣為過濾推動力的壓濾機來進行過濾。經(jīng)過濾后濾液中 的纖維素酶的收率為 95%。 ( 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%。 ( 4)沉淀與酶泥的重新溶解 在酶制劑的生產(chǎn)過程中,一般采取鹽析法進行纖維素酶的分離。首先向濃縮酶液中加 飽和度的硫酸銨,靜置 1小時后利用板框過濾機進行過濾,棄去沉淀。然后向收集的清液中加入 ,再靜置 1小時后過濾棄去清液,得到纖維素酶的粗品。對于應用于飼料 工業(yè)中的 酶制劑,由于硫酸銨沉淀法析出的酶沉淀 ,含有大量的無機鹽,不適合用于食品行業(yè)。因此在其生產(chǎn)過程中,應該采用有機溶劑法進行纖維素酶的分離。常用纖維素酶沉淀分離的有機溶劑為乙醇。乙醇的最適濃度為 70%。提取酶制劑過程中容易引起酶的變性失活,所以必須在 4℃ 左右的低溫下進行操作,沉淀析出后要立即分離。有機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附近 , 再用 ~。沉淀過程的酶的收率為 94%,過濾過程的收率為 95%[1]。 ( 5)纖維素酶的純化 單寧是纖 維素酶的天然抑制劑,用單寧結合活化的瓊脂糖做成親和層析柱,用蒸餾水平衡,再將上一步得到的酶液過柱,使單寧專
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