果胶酶工厂设计方案毕业设计方案.docx

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果胶酶工厂设计方案毕业设计方案

一执行总结

1.1公司

山东技美生物工程有限公司是以生物酶制剂产品的研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。

公司立足于高投入、高起点的现代企业标准，开发引进先进的酶制剂菌种、品种及技术，建立高效的经营管理模式，以保持企业发展和竞争优势。

公司将从基础的果胶酶做起，并逐步将公司产品种类已扩展至纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、木聚糖酶、果胶酶、过氧化氢酶、脂肪酶、植酸酶等原酶及复合酶，广泛应用于纺织、皮革、烘焙、酿造、果蔬加工、饲料、造纸等工业，形成了工业级、食品级、医药级、试剂级各种等级产品结构。

1.2市场

该工程成本较低，且有光阔的前景，值得投资。

目前国家宏观调控，使用生物能源来做重要的能源的补充，且会对国民经济的发展有积极的作用，国家目前重点扶持饲料用酶生产的生物技术工程

本工程的产品为果胶酶，在生产及生活中的应用非常广泛，体现在果胶酶在水果的加工业中应用和果胶酶在饲料工业中的应用

随着人们的生活水平不断改善，人们对营养品性质酒类需求增加，养殖业急速发展，饲料添加剂的需求势会急剧攀升；果胶酶在麻纺业的用途不断拓宽，需求量也大幅增加。

根据市场的分析每年我国需用的果胶酶大约有上千吨。

1.3组织与人力资源

公司性质为有限责任公司，初期组织结构采取直线制。

所有权和经营权分离，实行总经理负责制。

总经理下设营销副总经理，技术副总经理，财务副总经理，研发副总经理。

本厂总职员230人：

生产人员150人（共三个班每班50人，实行三八制>，非生产人员80人<总裁1人经理3人技术人员60人服务人员16人）

1.4投资与财务

投资工程资金估算：

基建生产的厂房、土地的投资、仓库及办公用房楼等投资4000万元，环保工程的投资500万元，流动资金5500万元，生产成本投入1500万元。

总投资12000万元。

筹集资金方案：

申请银行的贷款：

8000万元合资：

2200万元

二工程背景

我国的经济正高速发展，并中国的生物技术产业的发展，会对酶制剂的市场的需求产生积极的推动作用，有利于酶制剂工业的技术创新。

目前我国的酶制剂产品的种类虽然有二十多个品系，却都是一些大陆货品种，产品的结构不是太合理，糖化酶的产量约占酶制剂总量的70%以上，很多短缺的酶制剂仍然依赖于进口；国内酶制剂生产的发酵水平仅是国外的一半，现在我国酶工业发展的瓶颈之一是酶品种少。

透过增加酶的品种，并发掘酶制剂新的用途，是提升国内酶制剂工业的渠道。

果胶酶产品的市场前景广阔，大都用于果汁果酒、果汁的提炼、澄清、过滤和浓缩；果实的去皮；活性物质的提取、亚麻的脱胶和饲料的添加剂。

我们国家重点支持工程:

<1）饲料专用酶；

<2）环保处理的用酶制剂；

<3）纺织和造纸等专用酶制剂；

<4）食品加工用酶；

<5）有机合成的用酶制剂；

<6）洗涤剂的酶制剂；

<7）生物新材料及新能源用酶

建设的意义

⑴果胶酶产品的发展前景。

我国的酒类、果汁类、肉类、发酵类产品等在世界上有很大的分量，以上传统产业技术的改造都和酶的应用有关。

作为世界人口的第一大国，我国酶制剂的市场份额仅占整个世界市场的5％，可预计有好的发展前景。

⑵果胶酶工业目前有成熟的完备的生产设备和技术，且能达到国家所规定的质量标准与饲料及食品工业所需的使用要求。

⑶果胶酶的产品有着非常广阔的市场前景。

果胶酶用于果酒、果汁饮料的提取、过滤、浓缩；果实脱皮；提取活性物质、和饲料添加剂。

三市场分析

3.1市场定位

果胶酶在水果的加工业中应用主要有：

1、果胶酶处理的超滤膜能很大程度提高果汁超滤的通量,节省时间；

2、果汁经果胶酶处理后较稳定,浓缩后不混浊；

3、水果中的胶状和可溶性果胶经果胶酶水解后,降低了果汁粘度,提高了出汁率；

4、在葡萄酒酿造中加入果胶酶提高了葡萄酒得率、过滤速度和澄清效果的作用,并可促使酒石酸发生沉淀；

果胶酶在饲料工业中的应用主要有：

1、果胶酶和与纤维素酶、半纤维素酶等配合使用,促使脂类、淀粉、蛋白质及维生素等释放出来,增加了饲料的营养价值；

2、果胶酶还可降低饲料的粘度,利于饲料在动物消化道内的消化吸收。

3.2竞争分析

本厂所生产的果胶酶需要原料成分很简单，造价低廉，且酶活性符合食品工业生产的要求，价格上有很好的优势，足以在激烈的市场竞争中赢得市场，取得消费者的青睐。

我们知道单纯的生产型企业，规模大都偏小，使企业对市场的调控能力较弱，使企业在生产设备更新、新产品开发、技术创新、市场开拓等方面力量不足，成为企业的可持续发展的绊脚石。

所以，企业应建立属于自己的果胶酶应用及研究中心，改善生产工艺，扩大规模，才能尽最大可能限度的降低市场风险。

四公司战略

4.1公司概述

山东技美生物工程有限公司是以生物酶制剂产品的研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。

公司立足于高投入、高起点的现代企业标准，开发引进先进的酶制剂菌种、品种及技术，建立高效的经营管理模式，以保持企业发展和竞争优势。

。

公司将从基础的果胶酶做起，并逐步将公司产品种类已扩展至纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、木聚糖酶、果胶酶、过氧化氢酶、脂肪酶、植酸酶等原酶及复合酶，广泛应用于纺织、皮革、烘焙、酿造、果蔬加工、饲料、造纸等工业，形成了工业级、食品级、医药级、试剂级各种等级产品结构。

4.2公司商标

寓意：

图标表示山东技美生物工程有限公司“常绿”，绿色环保。

蓝天代表公司有很广阔的发展前景。

技：

代表技术先进而且环保。

美：

代表果胶酶。

整体预示着公司绿色向上，前景广阔。

4.3公司使命

生产制造一流的果胶酶，提高生产利用率和产品质量以提高人民生活水平，共创和谐社会。

4.4发展战略

厂企工程工期共25个月，以下是进度安排：

2018年5月工程的设计

2018年6-7月厂址选择和工程勘测

2018年7-8月工艺设计并筹集资金

2018年8-12月筹集资金进行土地工程并考察定购设备

2018年3-11月资金到位，土建完工，设备到位安装并采购原料

2018年12月-2018年5月设备的安装及调试

2018年6月工程完成及投产

五市场营销渠道

5.1战略联盟

针对目前国内饲料厂的加工工艺，我们计划与大型饲料加工厂制定一套战略联盟计划，通过利益合作将我们的产品渗透到饲料厂的加工工艺流程中。

在此过程中公司会对饲料加工厂提供免费的技术支持。

在不改变饲料加工厂原有的工艺流程条件下，根据饲料加工厂的生产线设计出符合使用公司产品的条件，例如使用的温度、pH值、产品加入时间点等，以提高饲料厂的饲料产量及品质。

这不仅帮助饲料加工厂提高了产品质量、增加销量，重要的是提高了公司的市场知名度，为公司在以后的市场竞争中奠定了基础。

5.2常规渠道

这种销售渠道主要针对养殖户，结合公司产品效率高、安全系数高、使用简单的特点，我们通过销售队伍借助各种促销方式将公司的产品打入养殖户产业。

5.3关系销售

后期过程我们将会采用关系销售，建立和维持客户关系，为客户提供技术支持，服务跟踪，意见反馈等一体化流程体验，让客户对我们的产品产生依赖性，提高重复购买率，真正实现靠技术做市场。

5.4口碑销售

对于后期我们还将借助公司前期产品在市场上使用后带来的良好反响以及企业影响力，采用口碑销售开发新的客户，占领更大的市场份额，为公司带来更大的利益。

六生产管理

6.1生产要求

生产周期：

96hr，

6.2厂址选择

济宁邹县建成了便利的路网格局，大致上实现了小区内道路排水、电力、给水、供热、电信、煤气等条件，完全可以满足工程落地、建设、投产所需条件。

计划中规划占地面积800亩，其中工程基建包括生产需用厂房（果胶酶生产线需要的中试车间及菌种室，分离提纯工艺装置用房、配电室、成品库房>，办公用房，科研部门，污水处理用房，深水井等。

厂区内下水管路、道路和绿化规划的建设。

依据1.我们拥有果胶酶生产许可证<产品标准：

QB1502-1992），且有能力按照国家规定组织生产。

2.有雄厚的技术及生产力量保证。

3.我们将严格执行国家所规定的环保有关法规，且符合环保的要求，“三废”处理与工程建设同时进行。

4.我们严格执行国家有关“劳动安全卫生”的规定，以确保安全生产。

6.3生产工艺

6.3.1生产工艺特点

（1>原料由发酵罐顶部通过管道可运送到发酵罐内，然后通过搅拌使原料混匀，简化了工艺，同时节省了设备，减少了用电量与建筑需用地。

（2>生产的产品采用喷雾干燥确保产品的质量，又达到生产的要求。

（3>大多数果胶酶作用的最适温度为45℃～55℃；故可在常温下保存果胶酶不需用制冷设备。

（4>自控仪表采用的是DCS（即分散控制集中管理系统>自控系统控制。

该系统主要针对生产过程的压力、温度、流量等参数进行显示、记录、报警和调节。

（5>用循环水冷却发酵液，既减少了水的消耗，又同时降低了劳动强度。

6.3.2工艺流程选择的原则

要选用的工艺流程务必保证能达到所要求的产品质量，职工可以顺利实现连续生产的要求，要使生产原料尽量的简单应配置用于服务流程的自动控制设备。

工艺流程应该按照以下原则：

（1）减少“三废”的排放，有“三废”处理措施，来消除或减少对环境的污染，同时做好“三废”的综合利用和回收。

（2）要应购进先进的、成熟的设备和技术。

提高原料的利用率和劳动生产率，来降低电、汽、水等的能量消耗，最大限度降低生产成本，以便迅速投产，在很短时间内实现设计产品质量要求和生产能力，做到生产安全、稳定、可靠。

（3）生产过程尽量使用自动化和机械化，达到高产、稳产。

（4）确保生产安全，保证设备正常运行和人身安全。

6.3.3工艺流程

发酵液

废水处理

空气絮凝沉淀

斜面菌种

粗过滤板框压滤

空气压缩一级种子罐储液

冷却二级种子罐膜超滤浓缩

旋风分离

发酵罐精滤

加热成品标准化

总过滤

分过滤

分过滤

分过滤

空气处理系统

酶制剂工业生产为好氧发酵生产，在发酵生产过程中需要给微生物提供大量的氧源<无菌空气）。

普通空气中含有大量微生物，如果不通过处理就把普通空气当作氧源，会对生产的正常生产有很大的影响甚至使生产失败。

所以，空气的除菌成为好氧发酵工程的一个重要环节。

不同产品的发酵生产对空气的无菌程度有不同的要求，一般以染菌率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许有1次染菌。

发酵工业上空气除菌的方法很多，常采用的是过滤除菌，但为料提高除菌效率和延长过滤器的使用寿命，在过滤前需要经过一系列处理。

不同地区的空气状况不一样，空气的处理系统也不尽相同。

空气经过压缩后温度为133℃，再冷却到30℃，使大部分的油水凝结成雾粒状，用旋风分离器分离。

接着加热到35℃，此时空气的相对湿度大概为60%就可以了。

空气预处理

采风口设地面上20m，以保证采到较洁净的空气，尽量降低空气的原始菌含量。

利用压缩机的抽吸作用，使空气经粗过滤器，进入压缩空气机，进行除去较大的杂颗粒。

空气压缩

为了防止空压机给空气带来油水，本设计采用水冷式无油润滑往复式压缩机

空气贮罐

作用是消除压缩机排出空气量和空气压力的脉动，维持后面各个设备稳定的空气压力。

冷却

经过压缩的空气温度很快达到133℃。

经过冷却，温度降至30℃，使大部分的水和油结成较大的雾粒析出。

油水分离

冷却后，大部分的水和油结成较大的雾粒析出，适宜用旋风分离器油水分离。

加热

加热空气至30℃，计算得知空气的相对湿含量是44.8%。

过滤除菌

经过一系列的油水分离处理后的空气的相对湿含量和绝对湿含量都变小，可以进入总过滤器进行除菌处理。

总过滤器的过滤介质为棉花纤维和活性碳：

两端为棉花纤维，中间为活性碳。

发酵工段

目前微生物酶制剂的生产方法主要可分为固态发酵与液体发酵两大类。

固态发酵生产果胶酶特点：

设备简单，发酵单位高，原料要求低，但劳动强度大，原料的利用率也低，且提取困难，不适合食品级酶制剂的发酵。

液体深层发酵特点：

发酵液中的固形物少，工艺条件的控制较为简单且有利于自动化控制，发酵单位高，提取操作也容易。

本次发酵采用黑曲霉液体深层发酵。

在微生物发酵生产工业上，一般都有葡萄糖反馈抑制效应：

过高的底物<葡萄糖）浓度会抑制微生物的生长和发酵生产，所以为了保持发酵醪液处于一定的浓度下，使生产菌种一直处于生产高峰区，采取发酵醪液低初浓度、中间补料的发酵生产方式。

菌种：

黑曲霉CP-85211系

提取工段

酶制剂工业生产提取原则是：

在达到提取要求的前提下，尽量地减少提取步骤，以免在提取过程种造成酶活的损失。

本设计的生产是深层液体发酵，发酵醪液中的固形物较少，提取的步骤液较少，其工艺流程如下：

发酵液→絮凝沉淀→板框压滤→膜超滤→精滤→稳定剂

处理：

一般发酵醪液产物的浓度很低，除此以外还含有大量的菌体、杂质为了方便提取和后面工序的顺利进行及得到高质量的产品，在过滤前通常要进行预处理，方法有：

调节pH值沉淀；加热沉淀；添加絮凝剂。

本设计中采用添加絮凝剂沉淀法，絮凝剂是一种能溶于水的高分子化合物，含有许多离子化基团，它可以中和发酵液中的各种各样生物大分子和杂质表面的电荷，减少它们之间的静电斥力，从而使它们沉淀下来。

本设计中采用絮凝剂为常见的PAM即聚丙烯酰胺。

过滤

发酵工业生产上常用的过滤设备是板框过滤机，板框过滤的目的是为了除去发酵醪液中的固形杂物和菌种。

过滤的动力是过滤板两侧的压力差，过滤速率与压力差和滤饼有关，所以常常加些助滤剂，尤其是酶制剂工业生产的发酵醪液属于非牛顿流型，粘度大，难于过滤。

助滤剂的功能助于滤渣形成钢性滤饼，保证过滤后期的顺利进行。

膜过滤

发酵醪液中的产物浓度很小，而应用中要求的酶液浓度高于此酶液浓度，同时高浓度的酶液产品液有利于保存、运输，所以发酵醪液都需要进行浓缩处理。

酶分子是具有生物活性的大分子，受热会使它的天然构象发生变化，从而丧失其原来的生物功能。

所以，酶液的浓缩不能像其它的发酵产品那样进行蒸发浓缩，而采用常见的膜过滤器超滤浓缩。

膜超滤浓缩是使用特制的薄膜对溶液中的各种溶质分子进行选择性过滤的方法,溶液在一定压力下通过膜时,溶剂和小分子能透过,大分子则受阻保留在原来的溶液中。

超滤法浓缩适用于生物大分子的发酵产品，尤其是酶和蛋白质的浓缩，它具有成本低，操作方便，条件温和，能较好地保持生物大分子发酵产品的生物活性，且收率高等优点。

超滤膜的型式和超滤器的型式是统一的，其中最常见的有：

平面膜，把超滤膜平铺在刚性平板上，类似板框过滤器；管式膜，类似列管式过滤器；空心纤维膜，它的过滤介质是空心的细长纤维管状膜，内径一般为0.8到1.4mm，特点是过滤器的单位容积中的膜表面积较大。

本设计采用最后一种膜过滤浓缩器，即空心纤维膜超滤器。

精滤

在有必要的情况下，如食品级酶的应用要求，菌种保密问题等。

进行精滤除菌操作。

6.3.4生产操作技术要点

1、斜面培养。

黑曲霉CP-85211系是由母株CP-831由NTD诱变所得的突变株，保存在PDA斜面培养基。

2、种子制备。

我们以500L的发酵罐为例，通风<要求10～12h为0.3VVm，12h后为1.0VVm），温度28～30℃，当搅拌培养菌体镜检粗壮呈网络状时，即可进行发酵。

3、发酵。

我们以3000夹套型不锈钢发酵罐<直径1.05m，高2.8m，搅拌器电机5.5kW，燕尾式叶轮一档，罐壁有挡板4块）为例。

来进行培养基的杀菌，当冷却到28～30℃，接入500L罐种子，通风<要求0～24为0.8VVm，24到结束为1.2VVm），在罐压0.08～0.12MPa，搅拌<速度270r/min）继续培养55h,果胶酶活力可达600U/ml。

4、后处理。

用压滤机将发酵液压滤除渣，由1.63m3发酵液得滤液1.48m3。

经超滤浓缩至144L<相当于10.3倍），酶活力为581U/ml<相当于7.23倍），然后加入酒精沉淀酶，干燥，再粉碎，得到活力92629U/g的酶粉为4.95Kg。

各步骤回收率如表4-4所示：

表4果胶酶提纯工序及酶的回收率

操作工序

回收率

压滤

89%

超滤

85.3%

干燥

71%

总收率

55%

6.3.5物料的衡算

6.3.5.1本厂总物料衡算主要内容

1）消耗的原料计算，其主要原料为

2）另外还有成品、副产品和废水的计算。

6.3.5.2工艺主要技术指标和基础数据

1、生产方法：

液体深层发酵法

2、生产规模：

年产10000吨果胶酶

3、生产天数：

300天/年

4、果胶酶日产量：

33.5吨

5、果胶酶年产量：

10050吨

6、副产品年产量：

46385吨

7、产品质量：

果胶酶活力92432U/g

<1）年理论消耗麸皮量54×300×2﹪×70﹪×300＝68040<吨）

<2）年理论消耗

年理论消耗苹果渣量54×300×1﹪×70﹪×300＝34020<吨）

每天放罐数------54

发酵罐体积/m3------300

装料系数------70﹪

麸皮/

苹果渣的质量体积分数/㎏/L------1﹪

一年生产天数------300

6.3.5.3副产品产量计算

粗酶制剂年产量：

1300×0.15×300＝58500<吨）

滤渣体积m3/d-------1300

每立方M滤渣经烘干所得产品质量kg-------0.15

一年生产天数-------300

6.3.5.4生产所产生的废液量

发酵液经过超滤后需加入酒精进行沉淀，应把废液分为两部分来计算：

1.从发酵结束到超滤结束过程中产生的废液量

300×90﹪×70﹪×<1－85﹪）×54×300＝459270

这部分废液需经活性污泥法处理达到标准后才能进行排放。

2.加入乙醇沉淀到产品生成所产生的废液量

300×70﹪×90﹪×85﹪×5×<1-1﹪）×54×300＝130×105m3

这部分废液中的乙醇含量可达80﹪，经过蒸馏后还可再次利用。

发酵罐体积/m3------300

装料系数------70﹪

压滤收率------90﹪

超滤收率------85﹪

乙醇加入后体积增大倍数------5

沉淀生成百分比------1﹪

每天放罐数------54

一年生产天数------300

6.3.6热量的衡算

6.3.6.1发酵罐灭菌用蒸汽

热源

在发酵生产工业上，蒸汽的使用使很广泛的，主要功能是提供热能。

如发酵罐的灭菌，培养基的高温灭菌，还有用于无菌空气的加热。

在本工厂设计中采用的蒸气热源是：

压强3.7kg/cm2，此时对应的温度由查表得140℃

蒸汽消耗量计算

在灭菌过程种，蒸汽的消耗量比较大，它的冷凝水量相应也较大。

为了避免过大量的冷凝水进入发酵罐中，先用蒸汽进行间接加热到90℃，再用蒸汽直接加热，培养基的温度上升到120℃，保压一段时间，达到充分灭菌目的。

（1>间接蒸汽灭菌的蒸汽消耗量计算

高温蒸气通过冷却蛇管进行间接加热，发酵液的温度从20℃上升到90℃。

发酵醪液的密度|取经验数据1.08吨/立方M

所以每个发酵罐醪液的重量m=300×1.08=55.1吨

培养基的比热C取值0.95×4.187kj/kg

查《化工原理》附表，得到140℃时蒸气的汽化潜热R=2148.7kj/kg

由公式W1×R=C×m<90-20）/R

得W1=C×m<90-20）/R

=0.95×4.187×55.1×1000×70/2148.7

=7.14吨/罐

（2>直接蒸汽灭菌的蒸汽消耗量计算

热源与前面的一样，3.7kg/cm2压力，140℃温度，直接从空气进管通入发酵罐进行与培养基混合高温灭菌。

培养基的温度达到120℃。

热负荷Q=C×m×<120-90）

培养基的比热仍然取值0.95×4.187kj/kg

所以Q=0.95×4.187×55.1×1000×30

=6.6×106kj

此时蒸气的汽化潜热R取140℃的值，R=2148.7

所以蒸气的消耗量W2=Q/R

=6.6×106/2148.7

=3.07吨

总的蒸气的消耗量为W=W1+W2

=7.14+3.07

=10.21吨/罐

（3>其它蒸汽消耗量

考虑到培养基的灭菌时的保压时间内的蒸气的消耗量W3，按照经验数据，W3为灭菌蒸气的20%。

空罐灭菌时的蒸气消耗量W4取经验值20%的培养基灭菌蒸气消耗量

所以单罐生产的蒸气消耗量W=W1+W2+W3+W4

=1.4×10.21

=14.3吨/罐

6.3.6.2干燥用蒸汽

干燥器<气流、喷雾干燥器）每天工作8小时,耗气量大约是：

16200Kg/h；则一年耗气量为:

16200×8×3×300/1000=58320t

取暖及其它用蒸汽为:

900t

6.3.6.3锅炉的确定

发酵罐和培养基的蒸汽灭菌时间为2小时，此时工厂需要的最大蒸汽量W5

W5=14.3/2＋16.2＋900÷8

=34.6T/hr

采用蒸汽提供量为10吨/hr的锅炉四台。

蒸汽消耗资金计算

每天有54个发酵罐工作，发酵周期两天，则每天消耗蒸汽量14.3×54÷2﹦386.1t

则一年中用于发酵罐灭菌需用蒸汽量为:

（16.2×8×3+386.1>×300=23240t

蒸汽的价格为:

50元/t,则一年蒸汽花费为

（23240+900>×50=1207000元

6.3.7耗电量的计算

6.3.7.1种子罐

种子罐搅拌过程中总功率为90Kw，每天有27个罐工作：

90×50×27=121500Kwh

6.3.7.2发酵罐

发酵罐搅拌过程中总功率为110Kw,每天有54个罐工作：

110×54×24=142560Kwh

6.3.7.3提取耗电量

1、离心泵其功率10.05kw每天工作时4h共200台耗电量10.05×4×200=8040Kwh

2、粉碎机其功率7.5kw每天工作时间时间6h共35台耗电量7.5×6×35=1575Kwh

3、气流干燥装置其功率7kw每天工作时间6h共20台耗电量7×6×20=840Kwh

4、超滤装置其功率3kw每天工作时间15h共40台耗电量15×3×40=1800Kwh

5、蠕动泵其功率7.5kw每天工作时间10h共40台耗电量7.5×10×40=3000Kwh

6、板框过滤机其功率4kw每天工作时间12h共60台耗电量4×12×60=2880Kwh

7、喷雾干燥塔其功率5kw每天工作时间时间10h共10台耗电量5×10×10=500Kwh

8、蒸馏装置其功率3kw每天工作时间24h共40台耗电量3×24×40=2880Kwh

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6000Kwh,非生产生活及其他用电为5000Kwh,济宁市工业用电每度约合0.7元,则全年总用电量为309475Kwh ，则本公司一年所需电费约为309475×0.7元=216632.5元

6.3.8水用量

6.3.8.1发酵耗水

54×300×95﹪×70﹪＝10773t/d

每天放罐数-----