年产6000吨植酸酶发酵工厂设计

山东科技大学毕业设计说明书山东科技大学本科生毕业设计说明书题 目：年产6000吨植酸酶发酵工厂设计学生姓名：李桂鼎学 号：0901111212专 业：生物工程班 级：092班指导教师：韩秋霞山东科技大学毕业设计说明书年产6000吨植酸酶制剂生产工艺段设计摘要本次毕业设计的任务是年产6000吨植酸酶制剂生产工厂设计。在现代食品工业中, 酶的应用几乎涉及到食品加工的各个领域。随着酶制剂日益广泛的应用,经济效益显著。植酸酶是一类催化植酸（肌醇六磷酸酯）及植酸盐水解成无机磷和肌醇的酶的总称。植酸酶不但可以使单胃动物利用有机磷，还可减少磷的排出，减轻环境污染，所以植酸酶引起众多科研工作者的广泛关注，植酸酶生产的具体工艺流程，通过物料衡算确定需要-立方米发酵罐-台和-立方米种子罐-台，在此基础上得出发酵工段所需要的各种原料量，通过能量衡算确定水、无菌空气和蒸汽等的消耗量。然后对主要设备进行计算和选型，得出发酵罐、种子罐及通用设备、非标准设备等的结构尺寸、冷却装置、传动装置，根据工艺要求确定罐的附属设备和辅助设备以及发酵过程中的优化控制，然后进行植酸酶制剂活性测定。最后设计了发酵工厂的车间布局，提出了相应的公用工程、安全卫生与环境保护等辅助工艺。根据计算结果，设计了六张图纸，分别为发酵罐装配图、种子罐装配图、工艺管道及仪表流程图、厂房车间布置图、物料流程图和设备一览表。关键词：碱性蛋白酶；发酵；工艺设计The graduation projects mission is to make a production plant design, whose annual output is 6,000 tons of phytase preparation.AbstractIn modern food industry, enzymes are used involving almost all areas of food processing. With the increasingly widespread application of enzymes, it has significant economic benefits. Phytase is a class of enzyme that can catalyze phytate (inositol hexaphosphate) and phytic acid salt hydrolyzing into inorganic phosphorus and inositol. Phytase not only make monogastric animals can use of organic phosphorus, but also can reduce the discharge of phosphorus and the environmental pollution, so phytase caused widespread concern of many researchers. Specific phytase production process, by material balance determine demand - an m3 of fermenters - one- and- an m3 of seed tank-one, deriving all the required material of fermentation section based on that. Determined through the energy balance of water, sterile air and steam consumption. Then calculate and select the main device, obtaining the structure,the size, the cooling device and transmission device of the fermenter ,seed tank, general equipment and non-standard equipment. According to the technical requirements to determine tanks ancillary equipment, auxiliary equipment and optimized control in the fermentation process, then make preparations phytase activity assay. Finally the fermentation factory floor layout is designed, putting forward the corresponding public works, health and safety and environmental protection and other auxiliary craft. According to the results of the calculation, six drawings are disigned, respectively fermenter assembly drawings, seed pots assembly drawings, process piping and instrumentation diagrams, factory workshop layout, material flow and equipment list.Keywords: alkaline protease; fermentation; process design第一章 总论1.1设计依据：山东科技大学化学与环境工程学院下达的毕业设计书。1.2指导思想： 生物技术产业化装置是由若干个单元设备以系统的、合理的方式组织起来的整体。过程设计依据生物工艺条件，选择合理的原料，确定最经济和安全的途径，使之生产出符合质量标准的生物产品。1.3设计要求： （1）生物产品的数量和质量指标。 （2）必须进行工艺流程化和参数优化，达到最经济地使用资金、原材料公共设备和人员。 （3）必须充分考虑各种明显的和潜在的危险，保证生产人员的健康和安全，如生物反应器的压力容器，易燃易爆挥发性溶剂的管理以及微生物的扩散等。 (4）符合国家和地方的环境保护法规，按照工业生态学减少原料和能量的使用，物料的多层多级综合利用使用和废弃物资源化循环利用的“3R”原则，达到清洁生产。 (5）保证整套系统不仅可以正常操作，而且也能满足开停车等非常规操作。 (6) 保证系统能够适应和抑制外部扰动的影响，达到整套系统的可控性。1.4设计范围： 本设计主要针对植酸酶制剂生产工厂设计，主要包括：发酵罐设计、种子罐设计、补料罐设计、空气过滤器以及氨水储罐设计。设计过程中，要进行必要的物料衡算和能量衡算。通过衡算的结果对主要设备进行选型，研究各个因素对发酵产量的影响，以及发酵生产中节能减排高产的实现。1.5设计目标：合理的车间产房布局，获得能源，产量和环保均为最优的碱性蛋白酶生产车间设计。要求根据选定的碱性蛋白酶发酵工艺，得出物料衡算和能量衡算的结果。由结果设计六张图纸，分别为：种子罐装配图，发酵罐装配图，工艺管道及仪表流程图，厂房车间布置图，物料流程图，设备一览表以及人员配备。第二章 产品介绍2.1 植酸酶制剂概述植酸酶作为一种由微生物发酵生产的酶制剂，经深层发酵、提取及精制而成的一种酶制剂，是一类催化植 酸（肌醇六磷酸酯）及植酸盐水解成无机磷和肌醇的酶的总称。生产工艺是采用微滤超滤膜分离、喷雾干燥或真空冷冻干燥等先进技术，广泛应用于饲料，可以提高饲料中植酸磷的利用率，减少磷的排放量，降 低环境中磷的污 染，并能解除植酸抗营养作用，从而提高饲料消化利用率。如果植 酸 磷能够被充分利用，则日粮中的磷含量已基本可满足畜禽营养需要，可较少甚至不用再额外添加无机磷。2.2 植酸酶的性质植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是磷酶的一种特殊类型。植酸酶广泛分布于自然界，存 在于微生物、植物和动物的组织中；1植酸酶在这些有机体中的作用不同，植物 中的植酸 酶在发芽过程中被诱导，为生长的幼苗提供磷和肌醇，后者是重要的生长因子；2微生物 中的植酸酶在有机体磷饥饿时被诱导表达，促使周围植物来源的植酸释放磷供给有机体利用。2.3 植酸酶酶的使用条件 底物浓度1025%，温度5060（4060），pH值911（710），反应时间36小时（根据要求可长可短），添加酶0.030.06%（以水解溶液重量计）。2.4 植酸酶酶的保存5保藏，保质期一年；25储存，酶活保存期至少3个月以上。2.5 植酸酶在动物生产中的应用 由于反刍动物瘤胃内微生物能合成包括植酸酶在内的多种消化酶，所以植酸酶多数情况下在非反刍动物饲料中使用。1、在家禽生产中的应用 由于单胃动物自身不能分泌分解植酸盐的植酸酶，故其不能利用植酸盐中的 磷，在饲粮中添加植酸酶可以有效地分解饲料中的植酸，释放无机磷，提高饲料 中植酸磷的利用率。 在加成年公鸡日粮中添加植酸酶， 结果显示， 与对照组相比， 磷真消化率分别提高 3.03%、0.12%、16.90%、37.71%和 28.14%（P0.05） ，蛋 白质表观消化率提高 0.24%4.00%；赖氨酸表观消化率提高 1.01%4.82%，且磷 真消化率、表观代谢能、蛋白质和赖氨酸表观消化率分别与日粮的植酸含量呈负 线性关系。 在 30 周龄海兰白蛋鸡日粮中添加不同水平的植酸酶及磷酸氢钙，结果表明， 同时添加植酸酶和磷酸氢钙的试验组比对照组产蛋率、蛋重、蛋壳强度及饲料转 化率均有提高，且试验组产蛋率与对照组相比差异显著（P0.05） 。 在肉鸭基础日粮（玉米-豆粕型）中添加植酸酶 400 U?kg-1，结果表明，添加 植酸酶可改善鸭生长性能，提高胫骨中灰分、钙磷的沉积，提高钙、总磷和植酸 磷的利用率，并减少粪磷的排出，同时使血钙、血磷浓度和碱性磷酸酶的活性维 持在正常水平。6 在低有效磷日粮中添加不同水平的植酸酶对肉鸭胫骨、血清、肝脏、排泄物 中矿物元素的沉积和利用的影响， 指出低有效磷日粮中添加植酸酶可以提高肉鸭 对植酸磷、 总磷、 钙的利用率， 减少排泄物中植酸磷、 总磷和钙的含量 （P0.05） ， 提高了 提高肉鸭胫骨中灰分、灰分中钙、磷及血清中无机磷的含量（P0.05） 肉鸭对锰、锌的利用率，降低铜、铁的利用率（P0.05） ，且植酸酶促进了肉鸭 肝脏中锰、锌的沉积，降低了铜、铁在肝脏中的沉积（P0.05） ，添加植酸酶组能显提高饲料磷表观消化率（P313.70m，满足设计要求。依据蛇管与搅拌器最小间距为250mm进行校核：取管间距为0.09m，竖式蛇管与罐壁的距离取0.15m，则，符合设计要求在满足各种指标的前提下，排两组蛇管所占长度、蛇管与两边罐的距离、两面蛇管与搅拌器的距离及搅拌器叶径之和小于罐径，故蛇管可放入，不会产生碰撞，不会对其他部分产生影响。冷却管的实际传热面积：，满足设计要求。