【導讀】是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的酶制劑之一。目前，α-淀粉酶已廣泛應(yīng)用于變性淀粉及淀粉糖、焙烤工業(yè)、啤酒釀造、酒精工業(yè)、發(fā)酵以及紡織等許多行業(yè)。本次設(shè)計的淀粉酶發(fā)酵廠，分別以玉米粉為碳源，以豆。餅為氮源，以BF-7658枯草芽孢桿菌為生產(chǎn)菌種，采用深層發(fā)酵法，提取工藝采用鹽析法，年產(chǎn)1000噸淀。粉酶，日產(chǎn)4噸。同時做出了生產(chǎn)工藝流程圖，進行了物料衡算和熱量衡算，設(shè)計了發(fā)酵罐和種子罐的尺。寸和車間的布置和結(jié)構(gòu)。

　　

【正文】 2V 封 =118 m3 橢圓封頭體積： V 封 =ab hDhD 22 44 ?? ?= )61(4 2 DhDb ?? 式中： bh — 橢圓封頭的直邊高度， m ah — 橢圓短半軸長度，標準橢圓 ah =41 D 故發(fā)酵罐的全面積為： V 全 = ?????? ?? )61(24 2 DhHD b? 封頭拆邊忽略不計，以方便計算，則 V 全 = 2244 32 ?? DHD ?? = H=2D 武漢紡織大學 年產(chǎn) 1000 噸淀粉酶生產(chǎn)工藝設(shè)計 16 故 += D= = 取 D=4m， H=2D=8m 查表可知封高： H 封 =ha+hb=1000+50=1050mm 封頭容積 V 封 = 圓柱體部分的容積 V 筒 = 驗算全容積 V 全 =+ 2= 設(shè)計符合要求 發(fā)酵罐冷卻面積的確定 為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗質(zhì)量最多以及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達到最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計冷卻面積。 淀粉酶在發(fā)酵過程中，每 1m3 發(fā)酵液在每 1h 傳給冷卻器的最大熱量約為 6000kJ(m3 h)。 采用豎式列管換熱器，經(jīng)查表，總傳熱系數(shù) K= 500kJ(m3 h℃ )，主發(fā)酵期控制發(fā)酵溫度 t在 37℃，冷卻水進口溫度 t1為 10℃，出口溫度 t2為 20℃。 平均溫度差Δ tm為 30℃ → 30℃ 10℃ → 20℃ 20 10 Δ t1=tt1=3010=20℃ Δ t2=tt2=3020=10℃ 102020202121InttIntttm?????????=℃ 對公稱容量 100m3的發(fā)酵罐，每天平均裝罐 ，每罐實際裝液量為： 192247。 = 則換熱面積為 F= 0 0 0 ?? ???? mtK Q=64m2 武漢紡織大學 年產(chǎn) 1000 噸淀粉酶生產(chǎn)工藝設(shè)計 17 發(fā)酵罐攪拌器的設(shè)計 機械攪拌通風發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種型式，可根據(jù)發(fā)酵特點、基質(zhì)及菌 體特征選用。由于淀粉酶發(fā)酵過程中有中間補料操作，對混合要求比較高，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： 攪拌器葉徑 343 ??Dd = 取 d= 葉寬 B== = 弧長 l== 底距 343 ??DC = 盤徑 di== = 葉弦長 L== = 葉距 Y=D=4m 彎葉板厚δ =12mm 取兩板攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2可根據(jù) 50m3罐，攪拌器直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min，以等P0/V為基準放大求得： 3/23/22112 ) (110)( ??? DDNN =95r/min 種子 罐的設(shè)計 種子罐數(shù)量的確定 種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料，發(fā)酵罐平均每天上 ，所以需要種子罐 3個。種子培養(yǎng)14h左右，輔助操作時間 6h，生產(chǎn)周期大約為 20h，所以 3個種子罐能滿足實際生產(chǎn)需求。 種子罐尺寸的確定 按接種量 5%計，每日所需的種子液量為： 190 5%= 所需種子罐 的容積為 247。 247。 3= 所以 選擇公稱容積為 5m3的通風攪拌橢圓蓋發(fā)酵罐。取徑高比為 H:D=2:1，則種子罐的總?cè)莘e為 V 全 =V 筒 +2V 封 V 全 = 2244 32 ?? DHD ?? =5 D= 取 D=，則 H=2D=3m 查表可得，封頭高 H 封 =ha+hb=375+25=400mm 封頭容積 V 封 = 全容積 V 全 = 設(shè)計符合要求 武漢紡織大學 年產(chǎn) 1000 噸淀粉酶生產(chǎn)工藝設(shè)計 18 設(shè)備一覽表 通過設(shè)備工藝流程和設(shè)計計算，可列出淀粉酶生產(chǎn)所需所有設(shè)備如表 51 表 51 1000t/a 淀粉 酶生產(chǎn)發(fā)酵車間 設(shè)備一覽表 序號 設(shè)備名稱 臺數(shù) 規(guī)格與型號 1 發(fā)酵罐 6 公稱容積 100 m3， φ 4000mm 2 種子罐 3 公稱容積 5 m3， φ 1400mm 3 種子罐分過濾器 3 φ 40mm 4 發(fā)酵罐分過濾器 6 φ 300mm 5 連消塔 1 φ 350 2600mm 6 維持塔 1 V=4 m3 7 噴淋冷卻器 1 F= m2 8 螺旋板換熱器 1 F=20 m2 9 預(yù)處理罐 3 V=100 m3 10 硅藻土過濾機 3 WK500A 11 真空濃縮鍋 1 SZN1200 12 鹽析罐 1 V=50m3 13 板框壓濾機 5 XYJ800 14 物料泵 4 GNF64 3 15 清水泵 4 JL 2036G 16 空氣壓縮機 3 4L40/ 17 空氣貯藏罐 1 φ 1300mm 18 油水分離器 1 φ 600mm 19 絲網(wǎng)分離器 1 φ 120mm 20 熱交換器 4 JM220QF 6 車間布置設(shè)計 車間設(shè)計規(guī)范和規(guī)定 ? 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》 (GBJ 1687)、 ? 《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)定》 (GB5016099)、 ? 《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計標準》 (HG2057195)、 ? 《工業(yè)企業(yè)廠房噪聲標準》 (GB234890)、 ? 《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)定》 (GB5005892)、 ? 《中華人民共和國爆炸危險場所電氣安全規(guī)程》（試行）（ 1987）等。 武漢紡織大學 年產(chǎn) 1000 噸淀粉酶生產(chǎn)工藝設(shè)計 19 生產(chǎn)車間布置設(shè)計 發(fā)酵車間組成 發(fā)酵工廠生產(chǎn)車間內(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，其中包括通風空調(diào)室、變電配電室、車間化驗室、控制室等。 3)生活 行政部分，其中包括車間辦公室、會議室、更衣室、休息室、浴室以及廁所等。 車間布置原則 1） 滿足生產(chǎn)工藝要求 2） 符合安全技術(shù)要求 3） 便于安裝檢修 4） 保證良好的操作條件 5） 符合建筑要求 車間布置及結(jié)構(gòu) 車間面積與生產(chǎn)相適應(yīng)，布局合理，排水暢通；車間地面用防滑、堅固、不透水、耐腐蝕的材料修建，且平坦、無積水、并保持清潔；車間出口及與外界相連的排水、通風處裝有防鼠、防蠅、防蟲設(shè)施。 車間內(nèi)墻壁、天花板和門窗使用無毒、淺色、防水、防霉、不脫落、易于清洗的材料修建。墻角、地角、頂角應(yīng)當具 有弧度（曲率半徑應(yīng)不小于 3cm）。 車間內(nèi)的操作臺、傳送帶、運輸車、工器具應(yīng)當用無毒、耐腐蝕、不生銹、易清洗消毒、堅固的材料制作。 應(yīng)當在適當?shù)牡攸c設(shè)足夠數(shù)量的洗手、消毒、干手設(shè)備或用品，水龍頭應(yīng)當為非手動開關(guān)。根據(jù)產(chǎn)品加工需要，車間入口處應(yīng)當設(shè)有鞋、靴和車輪消毒設(shè)施。應(yīng)當設(shè)有與車間相連接的更衣室。根據(jù)產(chǎn)品加工需要，還應(yīng)當設(shè)立與車間相連接的衛(wèi)生間和淋浴室。 武漢紡織大學 年產(chǎn) 1000 噸淀粉酶生產(chǎn)工藝設(shè)計 20 7 結(jié)論 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菌中。 對于高效的淀粉酶的需求越來越多，這可以通過對現(xiàn)有酶的化學改良或者通白質(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。 20世紀 60年代以來由于淀粉酶在淀粉糖工業(yè)生產(chǎn)和食品工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，它的需要量與日俱增，到目前為止，其產(chǎn)量幾乎占到整個酶制劑的 50％以上，銷售金額占到 55％～ 60％。按照水解淀粉的方式不向，主要的淀粉酶有 α —淀粉酶、 β — 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脫支酶、環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶等。 本次設(shè)計的淀粉 酶發(fā)酵廠，分別以玉米粉為碳源，以豆餅為氮源，以 BF7658枯草芽孢桿菌為生產(chǎn)菌種，采用深層發(fā)酵法，提取工藝采用鹽析法，年產(chǎn) 1000噸淀粉酶，日產(chǎn) 4噸。同時做出了生產(chǎn)工藝流程圖， 進行了物料衡算和 熱量衡算 ，設(shè)計了發(fā)酵罐和種子罐的尺寸和車間的布置和結(jié)構(gòu)。 通過本次課程設(shè)計，我 增強了對所學的專業(yè)知識的理解， 鍛煉了將所學知識運用到 實際的能力。 武漢紡織大學 年產(chǎn) 1000 噸淀粉酶生產(chǎn)工藝設(shè)計 21 參考文獻 [1] 錢海豐，趙曉娟，趙心愛．α 淀粉酶基因表達的調(diào)控 [J]．西北農(nóng)業(yè)學報， 2020， 12(4)： 87— 90． [2] 張剛，汪天虹，張臻峰，等．產(chǎn)低溫淀粉 酶海洋真菌篩選及研究 [J]．海洋科學， 2020， 26(2)： 3— 5． [3] 陳運中．淀粉酶的性質(zhì)和分類 [J]．武漢糧食工業(yè)學院學報， 1990， 1： 15— 22． [4] M. 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