堿性果膠酶車(chē)間設(shè)計(jì)

1、堿性果膠酶車(chē)間設(shè)計(jì)主要內(nèi)容選題背景以及設(shè)計(jì)目的和意義果膠酶和堿性果膠酶的性質(zhì)生產(chǎn)工藝選擇物料衡算與能量衡算設(shè)備選擇車(chē)間平面布置和區(qū)域布置一、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(lái)，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(kāi)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(wèn)題，另一方面存

2、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(lèi)單一，需求量大。二、果膠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(lèi)能夠分解果膠類(lèi)物質(zhì)的酶的總稱(chēng)，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(lèi)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(lái)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1

3、5min，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）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

4、。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)年產(chǎn)堿性果膠酶：400t年工作日：300 d產(chǎn)品收率：85% 接種量：4%發(fā)酵周期：3d（發(fā)酵1天，種子1天）發(fā)酵罐裝料系數(shù)：70%四、生產(chǎn)工藝選擇及流程設(shè)計(jì)錐形瓶發(fā)酵培養(yǎng)基成分胰蛋白胨10.0，酵母浸出粉5.0，NaCl 10.0 PH為自

5、然值（g/L）一級(jí)種子罐蔗糖20.0，蛋白胨10.0，玉米漿30.0，硫酸鎂1.0，磷酸氫二鉀18.4，磷酸二氫鉀6.0 PH為7.0取子瓶斜面數(shù)只，在無(wú)菌室內(nèi)超凈工作臺(tái)上制備成孢懸液，以壓差法將孢懸液接入一級(jí)種子罐內(nèi)二級(jí)種子罐蔗糖20.0，蛋白胨10.0，玉米漿30.0，硫酸鎂1.0，磷酸氫二鉀18.4，磷酸二氫鉀6.0 PH為7.0取一級(jí)種子罐的樣品，在無(wú)菌室內(nèi)超凈工作臺(tái)上制備成孢懸液，以壓差法將孢懸液接入二級(jí)種子罐內(nèi)。發(fā)酵麩皮30.0000，豆餅粉35.3345，硝酸鹽0.0455，氯化鈉4.2988，氯化鈣1.1100一級(jí)種子罐在（351） ，通氣培養(yǎng) 4060h 后，移種于二級(jí)種子罐

6、，在（340.5） 繼續(xù)通氣培養(yǎng)約40h，后期適當(dāng)補(bǔ)料。培養(yǎng)完成后，移種至發(fā)酵大罐內(nèi)，在3234 下繼續(xù)通氣培養(yǎng)72h后放罐。發(fā)酵過(guò)程中，按糖氮代謝的實(shí)際情況補(bǔ)料，后期適當(dāng)補(bǔ)水。工藝流程說(shuō)明（1）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?shī)A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/mi

7、n）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4000U/ml的酶粉。五、物料衡算和能量衡算5.1 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

8、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1340，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+0.7

9、85D20.05=0.7855225+0.131532+0.785520.05 =230(m3)=V全二、發(fā)酵罐的大小的確定三、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)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(guò)

10、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70%，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(guò)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5.3 原料消耗的計(jì)算 年理論消耗麩皮量 32007033003780（噸） 年理論消耗豆餅粉量 3200703.53004410（噸） 年理論消耗氯化鈉量 3200700.43300541.8（噸） 年理論消耗硝酸鹽量 320070

11、%0.00455%300=3.822（噸） 年理論消耗氯化鈣量 320070%0.111%300=139.86（噸） 1 - 每天放罐數(shù) 200 - 發(fā)酵罐體積/m3 70 - 裝料系數(shù) 0.03 - 麩皮的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/kg/L 0.035 - 豆餅粉的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/ kg/L 0.0043 氯化鈉的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/ kg/L 0.00455%-硝酸鹽的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/kg/L 0.111% - 氯化鈣的質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)/kg/L 300 - 一年生產(chǎn)天數(shù)副產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)算粗酶制劑年產(chǎn)量：320.153001440 （噸）32 - 濾渣體積m3/d0.15 - 每立方米濾渣經(jīng)烘干所得產(chǎn)品質(zhì)量 300 -

12、 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(wàn)元5.5 水的衡算一、發(fā)酵耗水 32009570399 t/d 3 -

13、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(guò)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500.36.5300=975585元5.6 耗電量的計(jì)算一、發(fā)酵罐

14、發(fā)酵罐攪拌過(guò)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(guò)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(guò)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）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32

15、41=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=21138.8元=2.1萬(wàn)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(xiāo)售收入為：400400000+81440000 =161152萬(wàn)元。稅收=銷(xiāo)售利潤(rùn)33%= 16115233%=53180.16萬(wàn)元銷(xiāo)售利潤(rùn)=銷(xiāo)售收入-生產(chǎn)成本=161152萬(wàn)元-53180.16萬(wàn)元=107971.84萬(wàn)元純利潤(rùn)=銷(xiāo)售利潤(rùn)-稅收=107971.84萬(wàn)元-53180.16萬(wàn)元=54791.68萬(wàn)元三廢的處理廢氣 發(fā)酵過(guò)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