毕业设计饲料添加剂虾青素工厂设计1

年产50吨虾青素厂工厂设计目录一 项目建议书11建议项目提出的必要性和可行性12产品方案、市场需求、拟建规模和建设地点的初步设想13资源情况、建设条件、协作关系和技术24公用工程和辅助工程的初步方案35环境保护36资金估算和资金筹备设想37项目实施初步规划38工厂组织和劳动定员估算49经济效益和社会效益的初步划算4二 厂址选择41园区简介42市政、配套情况43技术经济条件54. 环境影响评价5三 总平面设计61. 工厂组成62. 厂区划分63. 道路设计64. 竖向布置65. 绿化布置6四 工艺设计71. 产品方案72. 物料平衡93. 热量衡算104. 生产设备选型125. 劳动力平衡136. 水电平衡13五 公共工程和辅助设施141. 公共工程152. 辅助工程15六 企业组织和劳动定员151. 企业组织152. 工作制度163. 劳动定员16七 工厂卫生17 1. 厂内部总平面布局的卫生172. 厂房内部建筑的卫生173. 生产设备灭菌以及空气除菌17八 环境保护与安全卫生171. 废水处理172. 废渣处理183. 废气处理194. 噪声处理19九 设计概算19十 经济技术分析 201. 工厂成本212. 利润223. 税金224. 出厂价格225. 社会经济效益22参考文献23饲料添加剂虾青素工厂设计生产规模：年产量50吨厂区面积：11200平方米设计人 ：设计单位： 一 项目建议书1.建议项目提出的必要性和可行性1.1.可行性目前养殖中添加的着色剂主要有天然着色剂和化学合成的类胡萝卜素两大类。天然着色剂是指富含类胡萝卜素和叶黄素的动物、植物、微生物的提取物。化学合成的类胡萝卜素包括胡萝卜素类和叶黄素类。虾青素既可天然提取，又可化学合成，它是胡萝卜素的含氧衍生物，现已成为养殖中应用最广泛的饲用着色剂之一。但出于安全考虑，化学合成的虾青素在多种食品饲料医学药品及化妆品上的应用受到很大限制。因此更多地是从藻类，微生物的培养中得到。由于微生物发酵法生产虾青素具有生长速度快，发酵周期短的特点，易于工业化生产。1.1.1.虾青素的结构及理化性质 虾青素（Astaxanthin），又名虾黄素，化学名称为3，3二羟基一4，4二酮基，胡萝卜素，分子式为C40H52O4，是一种酮式类胡萝卜素，含有两个羟基（OH）和两个酮基（O），其天然产物多数以酯的形式存在。虾青素是一种含氧的有机化合物，色泽为粉红色，不溶于水，易溶于大部分有机溶剂，在酸、氧、高温及紫外光条件下均不稳定，易氧化降解。1.1.2.虾青素的生产方法 天然的虾青素常存在于某些动物、藻类及微生物体内，其生产可分为从动物及其副产品中提取，从藻类中提取和采用微生物发酵。 微生物发酵 已知能产虾青素微生物有乳酸分支杆菌（Myobacterium lerticola）、短杆菌103（Brmibacterium）以及真菌担子菌纲的发夫酵母属（Phaffia rhozyma）。发夫酵母被认为是工业化生产虾育素最有应用价值的微生物，发夫酵母具有不同于其他同属酵母的好氧性，且能够发酵糖类，它能够产生10多种类胡萝卜素，经过研究人员对菌种选育已经提高了虾青素的产量，便于进行工业化生产。1.2.必要性 虾青素的着色作用虾青素是类胡萝卜素合成的终点，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存在组织中（Bjomdahl，1990），使一些水生动物的皮肤和肌肉出现健康而鲜艳的颜色，使禽蛋及禽的羽毛、皮肤、脚、像呈现健康的金黄色或红色。北极红点鲑鱼肉的红色程度与添加虾青素的量呈正相关。同时虾青素具有抗氧化的作用，在促进抗体产生、增强动物的免疫功能、抗氧化淬灭自由基的产生方面起重要作用，其抗氧化作用比VE 高100倍，另外，虾青素具有促进生长繁殖和促进家禽产蛋的作用。2.产品方案、市场需求、拟建规模和建设地点的初步设想2.1.产品方案和拟建规模计划生产的虾青素用于饲料添加剂。计划年产量为50吨。2.2.市场现状和市场预测随着水产养殖、食品工业、医疗保健工业等的迅速发展，对虾青素的需求必将越来越大，作为一种新的生物化工产品，市场上对其功效也慢慢开始重视。全世界每年仅用于虹鳟鱼养殖的虾青素用量就达100吨，价格为185亿美元。 目前对虾青素在水产和禽类养殖中应用的研究较多，如何拓展虾青素在家禽中的应用是今后需深入研究的方向，另一方面，以系统的研究虾青素在饲料中得添加量与着色效果的相关性，用较小的投入来生产最佳的效果。随着人民生活水平的提高，人们对食品的要求越来越高，尤其要求对人体安全无毒性，品种多，并且对色、香、味、形均具有很高的要求。作为食品添加剂之一的色素无疑是以天然为主。2.3.建设地点的初步设想荣成市经济开发区。荣成市经济开发区是1992年经山东省人民政府批准的省级经济开发区，规划面积26平方公里，已开发“七通一平”面积达13平方公里，位于山东半岛最东端的滨海城市，处于山东省对外开放最前沿，是山东省八家重点省级开发区之一。荣成市以其优美的环境和花园式的城市建设，先后获得国家环境保护模范城市和优秀旅游城市等称号，被联合国确定为最适合人类居住的城市之一。交通运输十分便利。全市境内公路四通八达，通车里程达500多公里，有直达济南、青岛、烟台、威海的干线高速公路；区中心距青岛机场、火车站、青岛港275公里，距烟台机场、火车站、烟台港130公里，距威海机场20公里、威海火车站、威海港35公里；海上运输尤为发达，距韩国仅为94海里，市内拥有石岛港、龙眼港两个国家一类开放口岸，分别开通至韩国的仁川、釜山、平泽及日本的博多和门司四大国际航线。随着中国加入WTO、经济国际化格局的逐步形成，国际间的经济技术交流与合作日益频繁和紧密，荣成市已经全面对外开放，并取得了丰硕的成果。荣成市经济开发区以其独特的区位优势、资源优势、灵活的优惠政策和热情优质的服务，引起国内外投资者的极大兴趣。3.资源情况、建设条件、协作关系和技术3.1.资源情况我国大部分地区的土壤条件，气候条件基本上都适于玉米的生长发育。近年来我国饲料工业发展很快，而生产配合饲料需要的玉米则供不应求。饲料一般只利用玉米粒这就导致玉米芯大量囤积，玉米芯含糖量很高，是理想的碳源。荣成市经济开发区的电力供应充足，基本集中供热，同时供水能力达5.8万立方米/天，可满足生活用水和经济建设需求。另外发酵过程所产生的热量可用于培养基的预热等方面可节省很多能量，有利于可持续发展。3.2.建设条件 荣成市经济开发区占地26平方公里，地处美丽的滨海城市，交通便利且政府为促进经济的发展，在税收水电等方面提供许多优惠的政策，为国内外客商提供了优越的投资环境。3.3.工艺技术初步方案工艺流程 菌种菌种活化液体种子扩大培养 玉米芯的水解培养基灭菌冷却接种通风培养离心细胞破碎离心浸提蒸发浓缩结晶真空干燥制品4.公用工程和辅助工程的初步方案4.1.公用工程4.1.1.供排水工程 清洗用水才用自来水。出水设施有防污染措施。储水设备定期清洗消毒。4.1.2.供气工程 工厂内设有锅炉房，提供生产用蒸汽和生活用蒸汽。锅炉燃料用煤炭。4.1.3.供电工程 工厂附近有变电站4.1.4.采暖通风工程 供暖有锅炉，在生产车间有通风机。4.1.5.压缩空气系统 厂内设有空气压缩站，主要用于发酵需求，机械设备表面吹洗，原料配制，包装及运输等。4.2.辅助工程项目需土建的辅助系统 原料库、成品库、办公室、科技研发中心、实验室、食堂、宿舍、锅炉房、制冷站、空气压缩站、机电科、质检科。运输设备 场外运输主要为载重45吨的卡车。厂内运输主要为升降式手推车、小货车，车间运输主要为泵和带式传送机。5.环境保护 本项目环境污染主要来自生产中产生大量的发酵液，动力设备噪音和锅炉烟尘，排放的二氧化硫和炉渣。发酵液经过污水处理用于灌溉，破壁提取虾青素所剩菌体可用作普通饲料。动力设备噪音在其造型上注意进行防噪处理，锅炉可采用麻石水膜除尘器，除尘效率可达92%，完全满足城市建场地环境的要求。炉渣及粉煤灰可作为本市建材的制砖原料，综合利用。6.资金估算和资金筹备设想生产车间面积4700平方米，库房900平方米，办公用房600平方米。总投资7100万元，其中固定资产4400万元，征地费3200万元，土建工程投资800万元，设备及运输安装费1455万元，器具购置及其他工程费用240万元，建设利息及不可预见费用400万元，流动资金1000万元。 资金筹备方案为，申请银行贷款5100万元，集资2000万元。7.项目实施初步规划项目工期15个月，进度安排为2007年56月 完成项目材料并设计2007年67月 进行工程勘测和设计2007年78月 完成工艺设计并筹集资金2007年810月 利用筹集资金进行土建工程并考察订购设备2008年34月 贷款资金到位，体健工瓦斯年成，设备到位安装并购进原料2008年56月 设备安装并调试2008年7月 项目完成8.工厂组织和劳动定员估算全厂共139人，管理19人，车间64人，总裁1人，经理2人，行政部12人，研发中心7人，营销部20人，生产部76人。9.经济效益和社会效益的初步划算该工艺已经筛选到高产菌株，通过工业化试验已经成功发酵生产出稳定优质的虾青素产品，相信通过产业化开发必将取得明显的经济效益。虾青素书高效益、高技术产品，该成果除直接经济效益外，由于虾青素可广泛应用于食品、医药、保健、化妆品和饲料行业，因此具有重大的社会效益，对提高人们身体健康和生活质量具有重有作用。同时，还可吸纳当地劳动力，增加农民收入，还可以带动起行业的发展。二 厂址选择1.园区简介荣成市位于山东半岛最东端，三面环海，海岸线长500公里，东与朝鲜半岛、日本列岛隔海相望，是中国距韩国最近的城市。陆地面积1392平方公里，人口67万，辖1个管理区、13个镇、4个省级开发区和贸易区。 荣成市四季分明，冬暖夏凉，属暖温带季风型湿润气候区，年平均气温12度左右，年平均降雨量约800毫米。 荣成市特产资源丰富，是中国重要的水产基地和水果、花生、水貂生产基地。矿藏资源主要有金、银、锆、铜、铁、铝等，尤以花岗石、大理石、石英砂蕴藏量最为广博。荣成市依山傍海，自然景观和人文景观众多，是道教重要发祥地和著名的旅游度假胜地。 荣成市钟灵毓秀，人杰地灵。荣成籍省部级以上党政领导干部有30多人。荣成籍全军各部队少将以上军衔和副军职以上首长有140多人。企业、文化、科技以及其他各界知名人士也灿如星辰、枚不胜数。改革开放以来，荣成人民不断改革创新，扩大对外开放，加快经济国际化进程，对外经济文化合作与交流日趋活跃，国民经济和社会事业蒸蒸日上，综合经济实力居中国百强县（市）前列，山东省首位。2.市政、配套情况荣成经济开发区每年投入大量的资金进行基础设施建设，目前能为投资者提供多方面的基础设施配套：道路、供电、上下水、排污、蒸汽、煤气、通讯等，达到七通一平。2.1.供电 目前开发区电力由山东电网直接输送供电，可提供双回路供电。区内建有变电站（220kv2座，110kv2座，35kv3座），供电频率为50Hz0.2Hz（企业有特殊要求的可以申请60HZ），供电电压为10220kv等。 2.2.供水 区内建有日供水5.8万吨的自来水厂一座，水质达到国家饮用水标准。地下水不允许开采，但可使用地表水。2.3.蒸汽供应 区内的热电公司配备有4台35吨锅炉和2台6千瓦的汽轮发电机组，额定供汽量90t/h，供汽压力为9.8KG/cm2。特殊要求可另行协商解决。 2.4.污水处理及排放标准 荣成市污水处理厂的规模为：工程污水处理能力2万吨/日，已建成投入使用。2.5.煤气供应 荣成热力燃气有限公司可供应25公斤、50公斤的瓶装石油液化气；同时可提供石油液化气管道供应。有液化气和液化气混空气两种管道液化气可供选择，开发区部分区域已铺设液化气供应管道。2.6.通讯和宽带网络 电话线路由荣成电信公司和网通公司提供。开发区内建有16万门的程控电话网，可提供国际、国内直拔电话，传真，移动电话，电报，租用线路，电报设备和因特网等服务。2.7.标准厂房 开发区内建有独立式标准厂房，按照机械、电子等不同行业分为单层和二层厂房，每层建筑面积分别从1500m2到5000m2不等，供投资者购买或租赁。也可根据具体要求，由投资商自行开发建设。 为进一步优化开发区的投资环境，降低客商进入门槛，加快开发区建设步伐，创办以工业项目为主、高新技术项目为主、出口创汇项目为主的经济国际化示范区，采取放水养鱼的措施，培植税源，实现招商引资大跨度、跳跃式发展。经荣成市政府批准，开发区二十一世纪工业园在土地使用、行政事业性收费和税收返还方面配套相关优惠政策。关于税收返还规定如下：进区外来投资企业缴纳的企业所得税地方返成部分的50%，自开业之日起三年返还开发区，用于外商投资工业园区的开发建设。同时市政府协调有关部门将供水、供电、供暖、道路、通讯、排水等基础设施主管线送到工业园红线外。另外，进入园区投资的国内企业，开发区根据其项目投资的额度、高新技术含量和出口创汇情况，确定其享受的优惠待遇。3.技术经济条件3.1.原料、辅料等的供应 玉米等原料供应丰富充足，如要扩大生产规模，该地交通便利可从淄博等资源丰富的地方购买。3.2.给排水 该工业区的水力资源完全满足工业生产的需要。3.3.能源供应 电力供应充足。供水基本满足工业需求。荣成市交通便利，燃料运输方便供应有保障。3.4.交通条件 该地区三面环海，位于黄海与渤海交汇处，海岸线长达40公里。区内交通条件十分便利，公路四通八达，有直达济南、青岛、烟台、威海的干线高速公路，30公里范围内机场、港口、火车站一应俱全。海上运输尤为发达，先后开辟了龙眼港至平泽港、石岛港至韩国仁川港、釜山港及日本门司、博多港等国际航线，主要港口有石岛港、龙眼港、蜊江港、朱口港、俚岛港等，可直达香港、韩国、澳门、日本等国家和地区。4.环境影响评价本项目废水包括生活污水和生产污水，生活污水经化粪池处理后排入污水处理站，生产污水直接排入污水处理站，由于项目采用清洁生产工艺，生产过程中的发酵液中并不含有有毒的物质及重金属离子，可直接放入污水处理厂进行污水处理。污水处理产生的剩余污泥，可做农田肥料；净化水可用于绿化区的灌溉，不会对环境产生不良影响。本项目生产中废气主要来自于燃煤锅炉，采用袋式除尘器，除尘效率可达90%以上。本项目固体废物主要为锅炉产生的燃煤灰渣及粉煤灰以及污水沉淀池产生的少量污泥。炉渣及粉煤灰可作建筑材料外售，不会对环境造成影响。本厂执行的标准有锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）、大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)中二级标准、污水综合排放标准（GB8978-1996）二级标准等。项目建成后整个厂区的绿地率为30%，对改善局部生态环境有一定作用。三 总平面设计1.工厂组成 生产车间（包括发酵和提取车间），辅助车间（包括实验室和成品仓库等），动力车间（包括锅炉房，变电站，空压站，水泵房，冷冻站等），运输设施和各类地上、地下工程管网，行管部门，绿化设施和美化环境布置。2.厂区划分 主生产位于工厂中部位置，包括发酵车间、预处理车间、提纯车间。污水处理区位于厂区的西北角，机电科位于西面，锅炉房靠近餐厅和煤场。工厂右方区域为办公、就餐的环境，绿化较好。全厂设两个入口，主入口朝南，为人流入口，方便工作上下班及行政福利车辆出入，另一入口朝北，为货运入口，便于运输车辆出入及货物的运入、运出。上述布置做到了人、货分流，有利于安全和文明生产。3.道路设计 考虑大型消防车及工厂运输需要，路面用水泥板，主干道宽10米，次要道路宽5米。4.竖向布置 厂区内地势平坦，厂区采用平坡式布置，经处理达标后的生产废水采用暗管排入厂区外排水渠。5.绿化布置 厂区绿化以普通绿化与重点绿化相结合，沿厂区主入口的主要道路进行重点绿化，种植有观赏价值的乔、灌木与草皮结合，并且绿化部分遍植草皮，并适当点缀冬青灌木，绿地率达到30%以上，以创造出一个美丽、怡人的厂区环境。表3-1 厂区建筑物面积一览表序号建筑物长（m）宽（m）层数占地面积(m2)1办公楼401534015=6002宿舍（含娱乐休闲场所）401564015=6003综合楼（含研发中心和展厅）15105+106253510=3501062=1204仓库452014520=9005发酵车间60606060=36006中转车间201022010=2007提取车间45254525=11258污水处理区251522515=3759机电科201522015=30010质检科1582158=12011锅炉房201212012=24012绿化地区30%13车库251537514无菌空气制备室1581158=12015总面积11200附总平面设计图1附车间平面布置图2四 工艺设计1.产品方案本产品主要为饲料添加剂。发酵过程的菌体做为普通饲料。 1.1.种子培养种子培养基的组分主要是：硫酸铵10gL、酵母膏3gL、磷酸二氢钾1gL、还原糖10gL,加水定容调至Ph55，种子培养液于78-98Kpa下灭菌20min，冷却后接入活化好的红发夫酵母，在22下通风培养24h，即得到种培养液。镜检种子健壮，即可接入种子罐中通风培养。在一级、二级种子培养过程中，需蒸汽经过净化过滤的压缩空气，空气经过空压机和一级、二级、三级过滤净化后分别供应到一级、二级种子培养罐。菌种在经过一、二级种子培养后，按比例接入发酵培养基中发酵。1.2.发酵培养基该拟建生产线发酵方式：液体发酵。配料配方：还原糖10gL，氮源0.5%，无机盐0.2%，二级扩培的菌种液12%，其余为水。碳源为玉米芯水解液；氮源为酵母膏、硫酸铵；无机盐主要添加 KH2PO4、MgSO4、CaCl2等；微量元素Fe2+、Mn2+、Zn2+等；生成促进剂番茄汁、花生油；虾青素合成的起点物质0.1%的甲羟戊酸。1.3发酵条件及其控制红发夫酵母发酵生产虾青素的产量和质量除了受发酵培养基组成成分的影响以外，还取决于发酵过程中所有发酵参数的控制，如温度、溶氧、PH和搅拌速度等。培养前期为菌株对培养基的适应期和生长期，产虾青素的量上升缓慢，随着发酵的进行，逐步转入生产期，产生的虾青素的量会急剧上升，碳源被迅速利用，糖浓度急剧下降， PH值在整个过程中是呈现先下降（硫酸铵中氮源被消耗硫酸根引起）后上升，当残糖达到0.1%以下，发酵结束，发酵周期为72h。红发夫酵母为专性好氧菌，细胞产生虾青素需要大量的氧气，葡萄糖和蔗糖为最佳碳源，硫酸铵是最佳氮源。红发夫酵母具有克拉布特里效应（crabtree），红发肤酵母生长温度范围为427，属于碱性嗜冷的低温型生物，最适生长PH为6.0，色素形成的最适PH为5.0，产生虾青素的最佳温度为2022.因此，综合考虑可将发酵罐的温度控制在22有利于细胞生长和产虾青素；发酵过程中PH控制在5.05.5，最适PH为5.5，PH控制要严格，否则会影响虾青素的发酵产率和质量；搅拌速度和搅拌强度既影响溶解氧的密度，也影响发酵基质的传递，控制在400rmin,通气量为5Lmin。当溶氧值低于30mmol/（Lh）时，虾青素的产量急剧下降，主要积累-胡萝卜素和单烯酮类。表4-1 拟建项目发酵及控制条件指标菌种活化培养发酵车间一级种子二级种子发酵温度（）25221222212周期（h）12141072风量(V3/V3m)0.20.20.3-1PH值60.260.260.2初始60.2后期5.0-5.51.4.生产提纯工艺拟建生产线生产提取工艺过程包括：玉米芯水解、发酵液预处理、虾青素的提取、纯化和包装。玉米芯的水解：本项目拟采用酸法水解玉米芯。玉米芯是一种资源丰富的农副产品。玉米芯中含粗纤维38、粗蛋白质58、糖18、吸附力5070。将玉米芯粉碎后料水比为1：8，加入15的硫酸，水解3小时所得还原糖效率较高达到43。发酵液预处理：本项目采用离心沉淀法处理发酵液。首先需将发酵液加热到55C（生产菌的热死点），然后用离心机过滤，主要是除去发酵液，收集菌体。细胞破壁：虾青素在细胞内合成,是细胞内物质为了促进虾青素的释放,在发酵结束后先热处理,灭活活酵母，然后发酵液中每克菌体加5mL盐酸(3mol/L)调整PH,再加入环状芽孢杆菌胞壁溶解酶溶解酵母壁,使虾青素释放。室温下振荡浸泡1h,在沸水浴中煮4min,迅速冷却,3000r/min离心15min,弃上清液,沉淀用蒸馏水洗涤2次。虾青素的提取：加3毫升丙酮在室温下搅拌30分钟以浸提，然后再于3000r/min离心20min得到上清液即为虾青素提取液。为提高产量，可分多步浸提。第一次提取时，溶剂为水提取液的13，以后一般为15到16，萃取34次。虾青素的纯化干燥：将上清液泵入蒸发罐中，回收丙酮然后进入结晶箱和带式真空干燥机进行干燥，控制干燥温度60-65，真空度保持-0.08-0.09Mpa，干燥后的物料经粉碎、过筛、检验、包装。2.物料平衡生产50吨虾青素全厂物料衡算。2.1.全厂物料衡算的主要内容有2.1.1.原料消耗的计算 主要原料为玉米芯，其他辅料有硫酸铵，磷酸二氢钾，番茄汁，花生油，酵母膏。2.1.2.成品与副产品及废水、废渣、酵母菌体、发酵液。2.2.工艺流程示意图生产工艺采用酸水解原料、间隙发酵、酶法破壁、丙酮浸提、真空干燥。 空气 红发夫酵母 玉米芯 空气压缩 活化 粉碎机 制品 过滤 一级种子 水解 真空干燥 无菌空气 二级种子 冷却 结晶 发酵 蒸发浓缩 发酵液的预处理离心细胞破碎丙酮浸提 2.3.工艺技术指标生产规模 50t虾青素 生产方式酸水解玉米芯、间隙发酵 、酶法破壁、丙酮浸提、真空干燥。生产天数每年300d虾青素日产量0.17t虾青素年产量51t副产品的年产量菌体2500t产品质量虾青素的纯度90玉米芯还原糖得率43辅料用量（每升发酵液中含量）硫酸氨10g,磷酸二氢钾1g,番茄汁2g,花生油0.15%，酵母膏3g硫酸1.52.4.原料消耗的计算2.4.1.玉米芯的还原糖水解率43，发酵液中要求还原糖含量为10gL则需要的玉米芯的理论值为（4.93104+600）t10gL431161t在生产过程中、原料处理、发酵等工序过程要经过复杂的物理化学和生物化学变化，其还原糖利用率为90，故生成50t虾青素需要玉米芯的质量为1161t901290t1300t2.4.1.各种辅料添加量(见表4-3) 表4-3 各种辅料用量一览表原料名称每升发酵液的含量总用量硫酸铵10g4.93105磷酸二氢钾1 g4.93104番茄汁2L9.86104L花生油 0.15L7.395103t甲羟戊酸0.149.3t酵母膏3g1.479105(3) 虾青素量发酵液中虾青素含量为：4.93107L1014L50.7t实际提取率为98% 实际生产得到的虾青素为：50.7t98%49.7t表4-4 50吨虾青素发酵车间的物料衡算表物料名称 生产1吨虾青素用量生产50吨虾青素用量每日物料量发酵液310005.0 104167二级种液3120600020发酵水解用糖100005 10516.7二级种培用糖12006 104200水解总糖量6.5 1053.25 1051.1 105硫酸铵1.0 1045.0 1051667磷酸二氢钾1.0 1035.0 104166.7番茄汁 L20001.0 105334花生油 L1507.5 10325酵母膏3.0 1031.5 105500硫酸镁5002.5 10484氯化钙1105.5 10319甲羟戊酸t1500.167丙酮t1.5 1037.5 1042503.热量衡算3.1.耗热3.1.1.设玉米芯水解用水耗热量Q1根据工艺水解时1:8的料水比，一年所用玉米芯1161t，则用水质量G1411618329288t自来水平均温度为t120,而酶水解时温度t2120,故耗热量为Q1G1 C(t2-t1)3.292881061(120-20)3.3108KJ3.1.2.水解过程中蒸汽带走热量Q2水解时间3h，蒸发强度10%，则蒸发水分为V1G110%39.79106t故 QIV2257.29.79106KJ2.21010KJ3.1.3.洗糟水耗热量Q3设洗糟水平均温度为t322,每100Kg原料用水450Kg，则用水量为G21290103Kg100 4505.8106Kg 故 Q3G2C(t3-t1)5.8106(22-20)1.16107KJ3.1.4.发酵后期升温终止发酵，发酵后期从22迅速升温到55，则Q4G2C(t3-t1)493107104.0（55-22）6.51107KJ3.1.5.真空干燥耗热 估计值为4107KJ3.2.耗冷120水解液22发酵液发酵液中还原糖比热容C14.0KJ/(Kgk) ；冷媒用15%酒精溶液，比热容可视作C24.18KJ/(Kgk)；玉米水解还原糖得率为46%；耗氧发酵热量q164KJ/Kg；发酵度为60%QQt+Qnt3.2.1.工艺冷却Qt QtQ1+Q23.2.1.1.Q1水解液冷却（水在由12022发生了相态的变化，公式由化工设计（陈声宗）主编）Q1G C(t3-t1)+HG51074.0 (120-22)+40.651071 2.0107KJ/h冷却操作时间（h）（操作要求在一小时完成）；C发酵的比热容(KJ（Kgk)）；H100，101.3KP时液态水变为气态水的焓变为40.6KJmolt1和t2分别为还原糖冷却前后的温度()。相应的冷却介质消耗量MQ1Cm(t4-t3)2.01074.18 (22-2)2.4105Kght3和t4分别是冷媒介质的初始和最终温度()Cm比热容3.2.1.2. Q2发酵耗冷量发酵期间发酵放热Q2厌氧发酵放热量为164KJ/Kg，设发酵度为60%，则1L还原糖发酵液放热量为q164KJ/Kg 65g/L 1L60%6.4KJ 根据物料衡算，则总发酵放热量为Q0qV03.2108KJ由工艺规定，主发酵时间为72h，考虑到发酵放热的不平衡，取系数为1.5（资料同上），忽视主发酵发酵液升温，则发酵高峰期耗冷量为 Q2Q01.572501.33105KJ/h发酵用冷媒耗量M2发酵过程中用酒精作冷却介质，进出口温度为8、0，故耗冷媒量为M2Q2Cm(t2-t1)1.33105（4.188）4.0103Kg/h3.2.1.3. 发酵车间工艺耗冷量Qt综上计算，可求出发酵车间工艺耗冷量为 QtQ1+Q22105+1.31053.73105KJ/h3.2.2. 非工艺耗冷量Qnt 除上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁运转机械，围炉结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量3.2.2.1.露天锥形罐冷量散失Q3Q3400 KJ/h冷媒(-8酒精)用量：M4 Q4Cm(t2-t1)=13Kg/h3.2.2.2.离心机及管道等散失冷量Q4，因为设计的管路很多，若按公式计算十分复杂，经资料发酵工厂工艺设计概要和化工设计（陈声宗）主编）查的，得：Q412%Qt44760Kg/h冷媒（-8稀酒精）用量M4Q4Cm(t2-t1)1398.75Kg/h表4-5 100t/a虾青素发酵车间的能量横算表耗冷分类耗冷项目每小时耗冷量KJ/h冷媒用量Kg/h年耗冷量KJ工艺耗冷水解液耗冷量Q12.01072.41056.60108发酵耗冷Q21.331051.51024.79108工艺总耗冷Qt2.01071.14109非工艺耗冷锥形罐冷损Q34.0102131.44106管道等冷损Q44.481041.41033.23108非工艺总耗冷Qnt4.521043.25108合计总耗冷Q2.011073.361084.生产设备选型4.1.设备生产能力计算由物料衡算表可知：每日处理玉米秸芯3.87t，生产一吨虾青素需要发酵液1103t左右的发酵液，发酵液经过滤后浓缩为5104Kg左右。然后经过浸提、离心、浓缩、干燥几个步骤后获得成品。由于每一工艺步骤的操作要求和处理时间不同，因此每一车间的工作时间不同，对设备的要求要分别计算。计算过程为：玉米芯粉碎机：3870Kg24d161.25Kg/h发酵罐： 1000t0.856200t二级种子罐：200t0.8512%0.825.5t一级种子罐：25.5t0.88%0.82.1t空压机：发酵过程为需氧型，要求排气量为225 m3/min。由于单台空压机不能满足需求，因此采用多台合用。 卧式离心过滤机：发酵结束后发酵液经加热灭菌后要及时过滤除菌体。一般需在8小时内过滤完全则生产能努力最小为：200t8h125t/h4.2.设备选型依据一个生产周期生产1.0吨所需的发酵液的量为50104吨，安装料系数为0.80来计算，则需要的发酵罐的总体积为51040.8059104m3。可选择200m3的罐6个，再加2个备用罐，总共8个200m3的罐。按接种量为12%来计算可选150m3的二级种子罐1个，备用1个，选2.1m3的一级种子罐。表4-6 主要设备选型表序号设备名称规格/型号数量生产能力1玉米芯粉碎机1200Kg/h2一级种子罐2V=2.1m33二级种子罐1V=25.5 m34发酵罐8V=200t5螺杆式空气压缩机GFD-6/74额定供气量6m3/min6空气储罐16.0/1.0m3/Mpa7真空干燥器LGJ-181冷阱盘管温度-60,8过滤器H-026135Nm3/min9沉降式离心过滤机YJ50/920-U-16125th10沉淀槽1V=11.25 m311燃煤蒸汽锅炉DZH2-1.22T=184 V=2 t/h12外循环真空蒸发器WZI113板框过滤机KTBT150 t/h14升膜蒸发结晶槽5.5M22350 Kg/h15带式输送机11.52ms16冷却器2120th17中转罐3100t18丙酮储罐2100t19结晶箱120拌料槽3200m3备注非标准设备可根据需要与厂家交流订做。5.劳动力平衡表4-7 生产虾青素的每天劳动分配表发酵车间3提纯车间8仓库7空压站1污水处理区2辅助公共系统4锅炉房2警卫消防人员2技术人员2办公室56.水电平衡采用能耗估计法，生产工艺中，水、电、汽消耗为：水：日平均需量60吨；电：日平均量250千瓦时；汽：日平均量24吨。6.1.全厂日用水量生产用水 60t/d 锅炉用水 q11.151.252t/h12h/d34.5t/d 生活用水 q22.550(0.0015+0.0025)12h/d6t/d 清洗用水 q32.5t/h12h/d30t/d 全厂日用水量生产用水+锅炉用水+生活用水+清洗用水 60+34.5+6+30130.5t/d6.2.全厂日用电量 生产用电量：250Kwh 照明用电：车间，室内白天采用自然采光，只有在白天光线不足或夜班时用电照明。用电按规定平均为6w/（h），故车间照明用电量为30006w/h100018Kwh。全厂日用电量：250+18268Kwh6.3.全厂日用汽量全厂日用汽量2t/h12h/d24t/d选用锅炉: 规格型号DZH2-1.2 额定蒸发量2t/h 蒸汽温度184 表4-8 原辅材料、燃料、动力消耗指标序号名称规格年产品消耗单位数量1玉米芯食品级t1.251032（NH4）2SO4食品级t503KH2PO4t54酵母膏t1505甲羟戊酸t506丙酮t407压缩空气无菌Nm39.761078水m3130.59电Kw h26811煤标煤t1.310412酒精稀酒精t110412包装袋25Kg，双层个4104五 公共工程和辅助设施1.公共工程1.1.给排水工程1.1.1.给水本项目用水主要为生产车间工艺和清洗用水、循环系统补水、消防用水及锅炉用水。1.1.2.排水本项目采用清洁生产工艺，生产过程中不产生有毒废水，所排废水主要为设备清洗废水、冷却系统定期排水。本项目发酵工段和空压站需要循环冷却水，厂区新建400m3循环水池1座并购置配套冷却设备，可保证项目的正常运行。循环水池同时兼作消防水池使用。1.2.供气工程工厂内设有锅炉房，提供生产用蒸汽和生活用蒸汽。锅炉燃料用煤炭。办公区冬季采暖使用冷却系统的循环水，水温80，可以满足生产车间和办公区冬季取暖需要。1.3压缩空气工程厂内设有空压站，主要用于发酵生产，运输等。2.辅助工程2.1.项目需土建的辅助工程原料垛、成品库、办公室、质检科、研发中心办公室、餐厅、宿舍、锅炉房、空气压缩室等。2.2.运输设施厂外运输主要为载重45吨的卡车；厂内运输主要为升降式手推车和小货车；车间运输主要为泵和待时传送机。六 企业组织和劳动定员1.企业组织在市场经济条件下，企业的组织结构应按照现代企业制度的要求，符合精简，效能的原则，设置管理和生产有关部门，实行科学管理，使产品在市场上具有质量，价格，技术的竞争优势。 企业组织结构简图 总经理副总经理 副总经理行政总部主管 研发中心主管 营销总部主管 生产总部主管人力资源部总务部财务部产品开发部销售部客户服务部质管部设备技术部生产车间 2.工作制度24小时全天工作制，全年生产天数为300天；三班轮换制，车间人员轮班轮休。3.劳动定员表5-1 全场定员及人员构成分析表部门管理人员工程技术人员工人服务人员合计厂部7181843生产车间633336辅助车间312128辅助公共系统1212警卫消防人员369其它66全厂合计19227820139占百分比14%16%56%14%100%七 工厂卫生1.厂内部总平面布局的卫生工厂内部，会发生污染的车间，如废水处理车间，都远离重要的生产车间，不会发生工厂内部污染的情况。2.厂房内部建筑的卫生厂房采用现代厂房建设材料，内部干净整洁。车间防鼠设施。为了防鼠，车间门窗结构要紧密，缝隙不能大于1聪，所有出入口包括排水沟出入口都应安装上洞口小于1cm的金属网防鼠，低级的深度应深入地下0.50.8m，地面上60cm之下的部分均应用坚固砖、石等鼠类不能进入的材料砌成墙身管桦，墙角做成有一定的弧形，可防止老鼠上屋顶活动。原材料及成品仓库的卫生：本厂成品虾青素的仓库设成常温干燥的，丙酮应单独存放便于安全管理。原料库及成品库均应照明充足，通风良好，要注意防潮。科内有湿度检测，保持恒温恒湿，相对湿度低于50%。生产个人卫生：全长严禁吸烟，生产车间的工作人员应穿带工作服严禁在车间吸烟和吃零食，随地吐痰和乱扔垃圾。原辅材料的卫生：原辅材料符合有关标准规定，经检验合格后才投入生产。3.生产设备灭菌以及空气除菌生产设备，如种子罐、发酵罐、储罐等要定期灭菌。本厂主要采用高温蒸汽灭菌。从空压机里出来的空气经高效空气过滤装置进行过滤，去除杂菌。八 环境保护与安全卫生1.废水处理采用工程措施对工业污水进行治理，常用的工艺有物理、化学和生物降解，通常是三者进行组合，对拟建项目而言，外排水COD虽然很高，但都是由淀粉、蛋原被利用的多糖等构成，可生化性很好，所以适合采用生物降解。在生物降解工艺中，又分为厌氧、好氧两大类，厌氧COD去除率低，但能对大分子有机物进行酸化分解，变成易被好氧菌利用的小分子有机质。好氧条件下生物降解COD去除率很高，但对大分子有机物进行分隔时需要较长的水力停留时间，这样就会增加构筑物容积，既增加一次性投资，也增加运行费用。所以针对拟建项目外排水的特点，确定其治理工艺为先厌氧酸化，再好氧降解。根据同行业废水治理现状、技术水平，该厂废水采用厌氧好氧相结合的处理工艺，厌氧是该工艺的主体，选择何种厌氧工艺又是关系到处理效果好坏的关键。在众多的厌氧处理工艺中上流式厌氧污染床（UASB）具有投资较低，容积负荷高处理效率高的特点。因此选用上流式厌氧反应器作为工艺主体构筑物，处理工艺流程如图。 污水调节池污泥 初沉池 利用沼气罐厌氧装置 污泥浓缩池 好氧装置 污泥二沉池污泥脱水设备 排放外运或作肥料排放 图.拟建工程厌氧法加好氧法污水处理流程图 工程总投资100万元，每吨废水固定资产折旧成本0.35元，处理每吨废水耗电0.66Kwh（以电价0.5元/Kwh计，折合人民币0.33元），仅上述两项，本工艺比国内其他生化处理方法更具明显先进性，每吨废水处理成本约0.7元。处理废水371m3/d，其中生产废水363m3/d，生活污水8m3/d。目前每天可产沼气500m3，全年可产沼气约15万立方米。气体中甲烷体积百分比50.5-55.5，具有利用价值，脱硫后，用储气罐储存，用于食堂做饭和职工洗浴能源。2.废渣处理本项目固体废物主要为锅炉产生的燃煤灰渣及粉煤灰、污水沉淀池产生的少量污泥以及玉米芯水解后的废渣。下图拟建工程厌氧法加好氧法污水处理流程图污水调节池污泥 初沉池 利用沼气罐厌氧装置 污泥浓缩池 好氧装置 污泥二沉池污泥脱水设备