碱性果胶酶的车间设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,年产,400,吨碱性果胶酶的发酵车间设计,年产400吨碱性果胶酶的发酵车间设计,主要内容,选题背景以及设计目的和意义,果胶酶和碱性果胶酶的性质,生产工艺选择,物料衡算与能量衡算,设备选择,车间平面布置和区域布置,经济核算,主要内容选题背景以及设计目的和意义,一、选题背景以及设计目的和意义,碱性果胶酶是指在碱性环境下具有高活性的果胶酶，广泛应用于苎麻脱胶、纸浆漂白、医药原料提取等方面。 近年来，随着纺织工业污染由“末端治理”转向“源头治理”，碱性果胶酶以其低能耗、环境友好、产品品质高等优点广泛应用于棉织物的预处理中。,中国从,1990,年初也开始研究碱性果胶酶，一般停留在菌种筛选及对酶学特性研究阶段，而对发酵和基因工程改造研究不多。国内厂家多采用原始菌株进行碱性果胶酶粗酶制品的发酵生产，一方面存在酶产量低的问题，另一方面存在碱性耐受谱不完整，酶活不稳定等性能缺陷。且现有碱性果胶酶产品较少，种类单一，需求量大。,一、选题背景以及设计目的和意义碱性果胶酶是指在碱性环境下具有,二、果胶酶与碱性果胶酶的定义,果胶酶最初是由,MacDonnell,从桔子里提取得到的，是指一类能够分解果胶类物质的酶的总称，是含有多种组分的复合酶。根据果胶质结构化学的研究表明，果胶质的化学结构比较复杂，能够催化其分解的果胶酶也种类繁多。,碱性果胶酶是指在碱性范围内具有较高活性的果胶酶，一般多指聚半乳糖醛酸裂解酶，属于果胶裂解酶的一种。碱性果胶酶可来源于植物果实和微生物，霉菌、酵母等真菌、细菌和放线菌都可以产生碱性果胶酶。,二、果胶酶与碱性果胶酶的定义 果胶酶最初是由MacD,果胶酶和碱性果胶酶的酶学性质,（,1,）果胶酶的热稳定性比较差，若以果胶为底物，,60,保温,15min,，酶活力剩余,23%,。酶作用的最适温度为,4550,，如低于此温度，作用时间要相应延长。,（,2,）酶稳定的,PH,范围,3.06.0,，故此酶在偏酸性条件下促进澄清效果最佳，酶最适,PH,为,3.55.5,。,（,3,）,Fe,、,Ca,、,Zn,、,Sn,等离子对酶有抑制作用，因此在果汁澄清时应注意容器的选择,。,（,1,） 采用硫酸铵分级沉淀法进行分离纯化，先用,60%,的硫酸铵去除杂蛋白， 再用,90%,的硫酸铵最大程度的收集较纯碱性果胶酶。,（,2,）本实验中，,Bacillus subtilis WSH03-06,所产碱性果胶酶的最适作用温度为,55,， 但是在,50,条件下温度稳定性要好；最适,pH,为,9.4,，且,pH,在,9.29.6,范围内稳定性较好。酶液中添加适量的可大幅度的提高酶活力。,（,3,）采用自制的碱性果胶酶在酶的稳定性最好的,pH,值、温度、,30 min,沸水条件下添加适量的,Ca,2+,处理棉织物，并与碱精练织物的效果进行了实验对比。酶精练后的果胶去除率、织物润湿性，基本可达到行业标准要求，与碱精练相比，织物手感更柔软，对织物纤维的损失小， 并且酶精练工业条件温和，具有良好的工业化前景。,果胶酶和碱性果胶酶的酶学性质（1）果胶酶的热稳定性比较差，,三、设计任务,年产碱性果胶酶：,400t,年工作日：,300 d,产品收率：,85%,接种量：,4%,发酵周期：,3d,（发酵,1,天，种子,1,天）,发酵罐装料系数：,70%,三、设计任务年产碱性果胶酶：400t,四、生产工艺选择及流程设计,四、生产工艺选择及流程设计,锥形瓶发酵培养基成分,胰蛋白胨,10.0,，酵母浸出粉,5.0,，,NaCl 10.0 PH,为自然值,（,g/L,）,一级种子罐,蔗糖,20.0,，蛋白胨,10.0,，玉米浆,30.0,，硫酸镁,1.0,，磷酸氢二钾,18.4,，磷酸二氢钾,6.0 PH,为,7.0,取子瓶斜面数只，在无菌室内超净工作台上制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入一级种子罐内,二级种子罐,蔗糖,20.0,，蛋白胨,10.0,，玉米浆,30.0,，硫酸镁,1.0,，磷酸氢二钾,18.4,，磷酸二氢钾,6.0 PH,为,7.0,取一级种子罐的样品，在无菌室内超净工作台上制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入二级种子罐内。,发酵,麸皮,30.0000,，豆饼粉,35.3345,，硝酸盐,0.0455,，氯化钠,4.2988,，氯化钙,1.1100,一级种子罐在（,351,） ，通气培养,4060h,后，移种于二级种子罐，在（,340.5,） 继续通气培养约,40h,，后期适当补料。培养完成后，移种至发酵大罐内，在,3234,下继续通气培养,72,h,后放罐。发酵过程中，按糖氮代谢的实际情况补料，后期适当补水。,锥形瓶发酵培养基成分胰蛋白胨10.0，酵母浸出粉5.0，Na,工艺流程说明,（,1,）锥形瓶培养：吉氏芽孢杆菌,S-2,菌株在锥形瓶发酵罐中进行培养,（,2,）种子制备：以,320L,发酵罐为例，与,28,30,，通风（,10,12h,为,0.3VVm,，,12h,后为,1.0VVm,），搅拌培养菌体镜检粗壮呈网络状，即可转入发酵。,（,3,）发酵培养：以夹套型不锈钢发酵罐进行培养基杀菌，冷却到,28,30,，接入,320L,罐种子，在罐压,0.08,0.12MPa,，通风（,0,24,为,0.8VVm,，,24,到结束为,1.2VVm,），搅拌（,270r/min,）培养,24h,，果胶酶活力达,1000U/ml,。,（,4,）后处理。将发酵液用压滤机压滤除渣，由发酵液得滤液后。经超滤浓缩到酶活力为,1000U/ml,，加入硫酸铵进行酶的盐析，干燥，粉碎，得到活力,4000U/ml,的酶粉。,工艺流程说明（1）锥形瓶培养：吉氏芽孢杆菌S-2菌株在锥形瓶,五、物料衡算和能量衡算,5.1,计算基础数据,（,1,）生产规模：年产,400,吨碱性果胶酶,（,3,）生产天数：,300,天,/,年,（,4,）碱性果胶酶日产量：,1.34,吨,（,5,）碱性果胶酶年产量：,400,吨,（,6,）产品质量：果胶酶活力,4000U/mg,（,7,）发酵液的酶活力：,1000U/mL,五、物料衡算和能量衡算5.1 计算基础数据,5.2,设备选型,一、发酵罐的个数,发酵罐体积为,200m,3,，装料系数为,70%,，酶的比活力为,4000U/mg,，发酵液的酶活力为,1000U/mL,，收率为,85%,。则，每立方米发酵液产酶量约为,4.7 kg,。,每个发酵罐产酶量（以产品计）,20070%4.785%=559.3kg,每天产酶量为,1340,，则每天需要发酵罐个数为,1340/559.3,3,（个）,产品生产周期约为,1,天，则所需的发酵罐个数为,13=3,（个），总共需要,3,个发酵罐,5.2 设备选型一、发酵罐的个数,V,全,=V,筒,+2V,封,=230m,3,；封头折边忽略不计，以方便计算。则有,V,全,=0.785D,2,2D+0.131D,3,2=230,，且,H=2D,解方程得：,D=5m,，则,H=10m,。,由图可知：封头高,H,封,=ha+hb=1250+50=1300,（,mm,）验算全容积,V,全,=V,筒,+2V,封,=0.785D,2,2D+0.131D,3,2+0.785D,2,0.05,=0.7855,2,25+0.1315,3,2+0.7855,2,0.05,=230(m,3,)=V,全,二、发酵罐的大小的确定,V全=V筒+2V封=230m3；封头折边忽略不计，以方便计算,三、一级种子罐以及二级种子罐的个数及大小的确定,二级种子罐体积为,10m,3,，接种量均：,4%,，装料系数为,70%,，则每天需,（,320070%4%)/(870%)=3,个二级种子罐，发酵周期为,1,天，则需二级种子罐数为,13=3,个，共需要,3,个二级种子罐。一级种子罐体积为,0.32m,3,，接种量均：,4%,，装料系数为,70%,，则每天需（,3870%4%,）,（,0.3270%,）,=3,个一级种子罐。,三、一级种子罐以及二级种子罐的个数及大小的确定二级种子罐体积,二级种子罐装料体积为,8m,3,，但，装料体积为总体积的,70%,，所以二级种子罐的体积约为,10m,3,。同理，与发酵罐的选型过程相同，则筒体直径为,1800,（,mm,）,筒体高为,3600,（,mm,），封头高为,475,（,mm,）,总高为,4500,（,mm,）。,一级种子罐装料体积为,0.32m,3,。但，装料体积为总体积的,70%,，所以一级种子罐的体积约为,500L,。同理，与发酵罐的选型过程相同，则筒体直径约为,700,（,mm,），筒体高为,1400,（,mm,），封头高为,200,（,mm,）,总高为,1800,（,mm,）。,二级种子罐装料体积为8m3，但，装料体积为总体积的70%，所,碱性果胶酶的车间设计课件,碱性果胶酶的车间设计课件,发酵大罐及种子罐示意图,发酵大罐及种子罐示意图,5.3,原料消耗的计算,年理论消耗麸皮量,3200703300,3780,（吨）,年理论消耗豆饼粉量,3200703.5300,4410,（吨）,年理论消耗氯化钠量,3200700.43300,541.8,（吨）,年理论消耗硝酸盐量,320070%0.00455%300=3.822,（吨）,年理论消耗氯化钙量,320070%0.111%300=139.86,（吨）,1 -,每天放罐数,200 -,发酵罐体积,/m3,70 -,装料系数,0.03 -,麸皮的质量体积分数,/kg/L,0.035 -,豆饼粉的质量体积分数,/ kg/L,0.0043 ,氯化钠的质量体积分数,/ kg/L,0.00455%-,硝酸盐的质量体积分数,/kg/L,0.111% -,氯化钙的质量体积分数,/kg/L,300 -,一年生产天数,副产品产量计算,粗酶制剂年产量：,320.15300,1440,（吨）,32 -,滤渣体积,m,3,/d,0.15 -,每立方米滤渣经烘干所得产品质量 ,300 -,一年生产天数,5.3 原料消耗的计算 年理论消耗麸皮量 320,5.4 热量衡算,一、发酵罐灭菌用蒸汽,每个,200 m,3,的发酵罐灭一次菌大约需,6,吨，种子罐灭一次菌大约需,1.6,吨，每天有,3,个发酵罐和,6,种子罐用于生产，则一年中用于发酵罐灭菌需用蒸汽量为：,(63+1.66)300=8280,（吨）,二、干燥用蒸汽,干燥器（喷雾干燥器、气流干燥器）每小时耗气量大约为：,1620Kg/h,，每天工作,2,小时；则一年耗气量为：,162032300/1000=1458,（吨）,三、取暖及其它用蒸汽为：,3800,（吨）,蒸汽的价格为：,100,元,/t,，则一年蒸汽花费为,(1458+3800+8280)100 =135,万元,5.4 热量衡算一、发酵罐灭菌用蒸汽,5.5 水的衡算,一、发酵耗水,32009570,399 t/d,3 -,每天放罐数,200 -,发酵罐体积,/m3,70 -,装料系数,95 -,水的质量体积分数,二、 洗罐用水,每个发酵罐（包括种子罐）洗涤用水按,5,吨算：,510,50 t/d,三、冷却用水,每罐每发酵一次用水,10,吨，时间为,55,小时,10/552410,43.6 t/d,四、过滤机用水量,每台每次,4,吨每天工作,4,小时共,2,台,424=32 t/d,五、其他用水量,4 t/d,六、总用水量,399+50+43.6+32+4=528.6 t/d,平均每吨果胶酶用水量,528.6/1.04 =500.3 t/d,天津市工业用水价格为,6.5,元,/t,，所以一年用水花费为,500.36.5300=975585,元,5.5 水的衡算一、发酵耗水四、过滤机用水量,5.6 耗电量的计算,一、发酵罐,发酵罐搅拌过程中总功率为,110Kw,，每天有,3,个罐工作：,110324=7920 Kwh,二、种子罐,种子罐搅拌过程中总功率为,90Kw,，每天有,6,个罐工作：,90624=12960 Kwh,三、提取耗电量,（,1,）板框过滤机,功率,4kw,每天工作时间,6h,共,3,台,耗电量,463=72 Kwh,（,2,）超滤装置,功率,3kw,每天工作时间,15h,共,1,台,耗电量,1531=45 Kwh,（,3,）喷雾干燥塔,功率,5kw,每天工作时间时间,2.5h,共,1,台,耗电量,52.51=12.5 Kwh,（,4,）气流干燥装置,功率,7kw,每天工作时间时间,3h,共,1,台耗电量,731=21Kwh,（,5,）蒸馏装置,功率,3kw,每天工作时间时间,24h,共,1,台,耗电量,3241=72Kwh,（,6,）粉碎机,功率,7.5kw,每天工作时间时间,6h,共,1,台,耗电量,7.561=45Kwh,（,7,）蠕动泵,功率,7.5kw,每天工作时间时间,10h,共,1,台,耗电量,7.5101=75Kwh,（,8,）离心泵,功率,10.05kw,每天工作时间时间,2h,共,10,台,耗电量,10.05210=201Kwh,5.6 耗电量的计算一、发酵罐（3）喷雾干燥塔,除以上几个设备外，生产中其他设备用电较少些，每天用电约21423.5 Kwh，非生产生活及其他用电为5000 Kwh，天津市工业用电每度约0.8元，则全年总用电量为26423.5Kwh，则本公司一年所需电费约为26423.50.8元=21138.8元=2.1万元,除以上几个设备外，生产中其他设备用电较少些，每天用电约214,六、经济效益的计算,六、经济效益的计算,碱性果胶酶的车间设计课件,碱性果胶酶的车间设计课件,碱性果胶酶的车间设计课件,利润估算,据市场可将我产品（果胶酶）定价为400元/kg，粗酶制剂定价为8元/kg，那年末销售收入为：400400000+81440000 =161152万元。,税收=销售利润33%= 16115233%=53180.16万元,销售利润=销售收入-生产成本=161152万元-53180.16万元=107971.84万元,纯利润=销售利润-税收=107971.84万元-53180.16万元=54791.68万元,利润估算据市场可将我产品（果胶酶）定价为400元/kg，粗酶,三废的处理,废气,发酵过程中产生的废气主要是二氧化碳，其中可能含有一些颗粒，可以在排气口加一个旋风分离器，除去杂质。将其回收，用于出售。对于生活中产生的废气（如锅炉房排气），经一吸附装置吸附后再排到大气中。,废水,废水主要是提取酶后的发酵残留液，需做理化性质检验，确定无毒或抗生素后，再经活性污泥处理，达到国家排放标准后用来灌溉树木及草地；对于一些冷却，洗罐用水等可经一定处理后用于循环使用；对于生活污水可直接输送到污水处理厂进行统一处理。,废渣,发酵完后的废渣其中所含的营养物质较为丰富，经过处理及理化检验无毒后，用于制作饲料添加剂；对于生活中产生的一些固体废弃物，若本公司没有处理能力可交给垃圾处理厂统一处理。,三废的处理废气 发酵过程中产生的废气主要是二氧化碳，其中可,工艺流程图,工艺流程图,The End,谢谢！,The End谢谢！,