总工厂设计刘凯.docx
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总工厂设计刘凯
总工厂设计刘凯
第一章可行性报告
一总论：
1.1项目〔课题名称〕：
年产250吨固态蛋白酶工厂
1.2项目拟建地点：
日照
1.3项目简介：
1.3.1项目内容：
a.工业级酸性蛋白酶制剂的生产
b.食品级酸性蛋白酶制剂的生产
1.3.2酸性蛋白酶的应用：
（1）在羊毛染色前处理中的应用
（2）在皮革脱毛和皮毛软化中的应用
（3）应用于真丝的精炼脱胶
（4）应用于制明胶
（5）应用于医药
1.3.3项目意义：
用酸性蛋白酶进行工业生产〔羊毛处理、皮革加工、明胶生产等〕具有条件温顺、能耗较小、不阻碍原品品质、处理成效好、污染少、效益高、副产物可回收利用和附加值高等优点。
二项目背景与进展概况：
2.1项目提出背景：
与化学催化剂相比，酶作为生物催化剂具有以下优点：
a〕反应在常温常压下进行，因此所需能耗低且操作安全性高。
b〕具有极高的催化效率，比化学催化效率高倍。
C）具有高度专一性，酶对底物和反应类型具有高度的选择性，因此副产物较少，产物易于分离，能够实现许多化学催化剂难以进行的反应。
d〕酶制剂由于不是化学合成品，性价比高，使用方便，因此应用领域涉及轻工、食品化工、医药、农业、能源及环境爱护等。
在我国酶制剂产品中，糖化酶和淀粉酶产量占到了80%以上；其中蛋白酶的生产上处于起步状态，前景看好，因此本项目拟建生产酸性蛋白酶。
2.2进展概况：
在二战期间，西欧就已建立了最初的酶制剂工厂，形成了产业生产。
在当代，能源问题、环境问题等等日益突出，受到了世人的热切关注，那么查找一种能耗底、污染小的生产方式刻不容缓，因此，酶制剂产业作为一种具有革命性环保意义而又具有普遍工业有用性的产业其重要性不言而喻。
目前，我国蛋白酶产业上处于起步状态，呈上升趋势；供需存在专门大空档，市场对酶制剂的需求量极大且不断扩大。
政策方面：
2005年8月，温家宝总理签发了«关于加快大力进展低污染低耗能产业的决定»，日照市大力响应。
三市场需求推测：
据保守估量，国内年需酸性蛋白酶11.5—12.7万吨，先满荷年产量为8.5万吨，存在专门大空档，同时以每年10%--13%的比例增长。
产品方案级拟建规模：
年产40万酶活力单位的固态蛋白酶250吨。
使用黑曲酶菌株，一级种子罐扩大培养。
种子罐10m3，培养条件为：
31℃，24小时；通风比为1：
0.3；搅拌转速230rpm。
发酵罐采纳100m3，于31℃发酵72小时，接种量为10%。
采纳过滤、盐析、离子交换脱盐、干燥等步骤进行提取纯化。
工艺初步方案：
5.1菌种33ºC蔡氏培养基（2天）茄子瓶斜面培养制成孢子悬浮液，接入种子罐。
5.2提取：
发酵液过滤盐析转筒过滤酶乳酸缓冲液溶解离子交换除盐稳固，加载体混匀喷雾干燥器干燥成品包装
厂址选择：
厂址定于中国日照。
a）地理位置及厂址环境：
日照位于东经118°35′—119°39′，北纬35°04′—36°02′，在山东半岛以南，南接江苏、连云港，西通中国内陆诸省区，东临黄海，隔海与日本、韩国相望，处于环太平洋经济圈和和环黄〔渤〕海经济圈，是中国重点开发建设和生产力布局的沿海主轴线与新亚欧大陆桥的交汇点。
b）厂址气候和地质：
三面环山，中部平原，属暖温带潮湿季风大陆性气候，四季分明，雨热同季，冬无严寒，夏无酷暑。
年均气温12.5℃，年均降水量885毫米。
境内无霜期为210天，年平均日照时刻为2540小时。
多棕壤土。
c）供水供电：
由市供水供电部门提供。
建设规模及条件：
（1）建设内容：
生产车间：
包括原料加工车间、发酵车间、提取精制车间、成品包装车间，生产设备及其相应的工艺装备；配套建设公共工程和服务性设施，建设完备的环保设施。
（2）建设地点：
拟建该项目在日照
〔3〕原材料供应：
原材料中玉米粉、大豆粉、石灰等原料均从当地及周围地区购买。
鱼粉、NH4Cl、CaCl2、Na2HPO4可从相应厂家购买。
公用工程和辅助工程初步方案：
（1）总图布置：
该建设工程的总图布置按以下原那么进行：
满足工艺流程的需要，执行国家有关安全、防火、卫生、环保等规范功能说明，便于生产治理。
全厂共分六个功能区：
办公区、菌种选育区、生产区、辅助生产区、贮藏区和废物处理区。
（2）运输：
厂内运输要紧集中在原料的运入和产品的运出两方面，关于原料玉米、大豆和废物要靠公路从周边地区运入和运出；关于鱼粉、NH4Cl、CaCl2、Na2HPO4等原料和产品可通过公路、铁路和空运等方式运入和运出。
（3）土建工程：
估量总建筑面积为166000
平方米。
环境爱护：
项目中的环境污染来自生产中的废水废渣废气、动力设备噪音等。
废气可经旋风分离处理排放；废水经污水处理系统处理可排放，也能够循环利用。
废渣经处理后可制成肥料出售。
对设备进行防噪处理，以减少噪音污染。
投资于算计资金筹措：
项目总投资1.6亿，用于固定资产投资和流淌资产投资，包括土建工程投资、设备投资、固定资产投资、运输费用等铺底流淌资金。
资金筹措方案：
银行贷款、政府支持等。
经济效益和社会效益的初步预算：
估量经济效益：
87500000元
社会效益：
有效调整酶制剂生产和产品的不平稳性，有效的利用当地自然资源和社会资源，在一定程度上解决当地劳动力过剩问题，促进国民经济的进展。
综上所述，此工厂设计具有可行性。
项目建议书
第二章厂址选择
厂址选在中国日照。
区位优势：
日照，因〝日出初光先照〞而得名，是山东省对外开放的前沿都市之一 。
日照位于东经118°35′——119°39′、北纬35°04′——36°02′之间，北邻青岛，南接江苏连云港，西依沂蒙山区，东临黄海，与日本、韩国隔海相望，具有得天独厚的区位优势和资源优势。
周边交通优势：
1、港口．日照港、岚山港是国家一类对外开放港口，2002年两港物资吞吐量达到3800多万吨．与世界重要港口都实现了通航，与韩国平泽港开通了客箱班轮，与韩国釜山港、日本福冈港开通了集装箱航班．
2、公路．南北方向的有同三高速公路〔同江至三亚〕，是直达辽东半岛、山东半岛、长江三角洲和珠江三角洲的快速通道．东西方向的有日东高速公路〔日照至东明〕，与京沪高速公路、京福高速公路相交，与河南、陕西的高速公路相连．通过高速公路，日照至北京有7小时行程、至郑州有5小时行程．
3、铁路．东西方向的有日西线〔日照至西安〕，复线铁路，与京沪铁路、京九铁路、京广铁路相交；坪岚线〔岚山港至坪上站〕，连接日西铁路；南北方向的有中国沿海铁路大通道，直达上海、杭州等地．日照已开通至北京、济南、郑州的旅客列车．
4、机场．120公里半径之内有青岛流亭国际机场、连云港机场、临沂机场，均有高速公路相连，乘车1小时之内可抵达．
能源优势：
1、电力．日照电力供应充足，现已形成了以550千伏、220千伏和110千伏为骨干的供应网络．
2、电信．2002年，全市局用交换机容量50万门，移动交换机容量40万户；建有公用数据通信网、公用运算机互联网〔163〕、公用多媒体通信网〔9169〕．
3、供热．日照市区建有3座热电厂，莒县、五莲、岚山都建有热电厂，能够满足供热需求．
4、供气．日照市区建有2座天然气站，供气主干管道差不多建成，能够满足供气需求．
水资源优势：
供水．日照是北方少有的富水区，水资源总量17亿立方米，有大型水库5座，总库容10亿立方米，具备日供水120万吨的能力；2002年市区日供水能力20万吨；大型工业企业可从水源地直截了当供水．
地貌特点：
日照市总的地势是西高东低，略向东南倾斜，间有山地、丘陵和分割的小块平原。
最高点为五莲县马耳山，海拔706米；最低点为东海峪海岸，海拔1～1.5米。
境内大小山头4358座。
西部为泰沂山脉系，大多呈东南─—西北走向；北部山脉多呈南——北和西南——西北走向；中南部有7条互不衔接的山脉，走向各异；东部属胶东丘陵。
全市境内海拔500米以上的山有39座，其中峤子山、平垛山会稽山、河山、九仙山、双山、青山、小垛山、芦山、垛子崖等，均在海拔600米以上。
境内河流纵横，较大的河流有12条，总长462公里，流域面积5223平方公里。
其中潍河流经五莲、莒县，形成潍河水系，境内段长121公里，流域面积1350平方公里；沭河贯穿莒县南北，境内段长77公里，流域面积1718平方公里。
除潍河水系流入渤海外，其余河流大多流入黄海。
气候特点：
日照气候属暖温带季风气候，四季分明，雨热同季，冬无严寒，夏无酷暑。
年均气温12.5℃，年均降水量885毫米。
境内无霜期为210天，年平均日照时刻为2540小时。
日照市海岸位于黄海中部，北起白马河口，南到锈针河口，岬湾相连。
丝山、奎山、岚山三座山延伸入海，构成了基岩沙质岸。
浅海水域宽敞，10米等深线以内的汪海面积有30万左右；流带1.2米／秒，流向为东北─西南向。
海水年平均水温0.7℃～28℃，盐度29.25‰。
人力资源：
到2002年底，全市总人口277.52万人，其中，城镇人口69.55万人。
具有比较合适的廉价的劳动力。
自然资源：
1、土地资源：
全市土地总面积是8021916.6亩；其中耕地3580909.2亩，占44.64%；园地850739.3亩，占10.61%；林地1267356.1亩，占15.8%；居民点及工矿用地677645.6亩，占8.45%；交通用地191651.9亩，占2.4%；水域604055.2亩，占7.53%；未利用土地849559.3亩，占10.57%。
2、原料资源：
周边地区具有丰富的原料供用，要紧是生产用量较大的豆饼粉和玉米粉。
政策方面：
2005年8月，温家宝总理签发了«关于加快大力进展低污染低耗能产业的决定»，日照市大力响应。
酶制剂产业作为一种具有革命性环保意义而又具有普遍工业有用性的产业，具有能耗底、污染小的明显特点，成为市政府大力支持工业产业项目。
第三章总平面设计
见附图。
第四章工艺设计
产品方案：
本厂产品为酸性蛋白酶，年产250吨，生产天数为300d/y，产品规格是40万u/g。
班产量确定：
由于生产量适中且设备处理能力足够，故采纳单条生产线，不分淡旺季。
为保证设备得到充分利用以获得最大收益，按惯例采纳三班制。
采取9个罐分三批生产，每批三个罐。
如此每天处理发酵液量明确为3×100×0.7＝210（方），设备均按次选型。
生产方法的选择和工艺流程的确定：
生产方法：
本厂采纳发酵工程技术进行黑曲霉的液体深层培养,然后再经一列的过滤、盐析等提纯过程得到我们的产品—酶制剂。
生产工艺流程设计：
我们的产品为食品级酶制剂，产品品质与规模要求比较高，结合生产规模，故采纳先进、经济、合理的自动化生产线，专门是发酵车间，配以全自动化的在线检测设备。
生产工艺流程示意图：
辅助工艺：
1.灭菌：
1.1发酵罐与种子罐的灭菌：
先从罐顶通入蒸汽，将罐内所有空气从底部排出，用蒸汽保压灭菌30分后，压出罐内冷凝水，，然后关紧排气阀，连续闷罐灭菌30分，闷罐时刻稍进蒸汽和适量排气，保持罐压不变。
闷消终止后，先开排气阀，排除罐内蒸汽，再通入无菌空气以排出蒸汽，顶住罐压，保压同意连消好的培养基，然后开冷却水冷却到所需温度。
灭菌过程坚持罐压〔2.5-3〕×105帕，罐温125-130摄氏度，总蒸汽压力不低于〔3.0-3.5〕×105帕，使用蒸汽压力不低于〔2.5-3〕×105帕。
1.2培养基的灭菌
培养基的灭菌采纳连消灭菌的方式。
第一，可用冷却水〔65摄氏度〕在配料罐中配料，使培养基温度在60摄氏度左右，然后用连消泵将培养基连续打入连消塔，与塔内饱和蒸汽迅速接触混合，在20-30秒内将培养基温度温度升高到126-132摄氏度后，流入坚持罐，自其底部进入，逐步上升，然后从罐顶上部侧扣处流出罐外。
培养基在坚持罐内要连续保温杀菌5-10分钟，罐压坚持在2×105帕左右，培养基由坚持罐流出后进入喷淋冷却器冷却，一样冷却到40-50摄氏度，在输送到已空消的罐内。
1.3发酵罐附属设备的灭菌
要紧为补料罐和消泡罐等。
补料罐即糖水罐，表压1.0×105帕〔120摄氏度〕，保温30分，同时保持糖水翻腾良好，防止炭化。
消泡罐灭菌，表压〔1.5-1.8〕×105帕，保温30分。
1.4管路的灭菌
补料管路，消泡管路与补料罐及消泡罐同时进行灭菌，保温1小时，移钟管路的灭菌时刻为1小时，蒸汽压力为〔3.0-3.5〕×105帕，移种及补料管路必须用蒸汽冲净，以防杂菌繁育。
管路灭菌后，管子灭菌后，管自冷却会造成真空，又遭外界空气入侵的危险，可通入无菌空气或醪液填充真空。
2.4.2无菌空气的制备：
无菌空气的制备通过加热来灭菌。
空气热灭菌是基于加热后微生物体内的蛋白酶热变性得以实现，鉴于空气早进入培养基之前，一样均需压缩机压缩以提高操作压力，空气经压缩后温度能够上升到200摄氏度以上，因此空气热灭菌时的温度，就不必用蒸汽或其他载体加热。
而直截了当用空气压缩后的温度升高来实现。
假如将此温度保持一段时刻，3秒即可，便可实现空气的干热灭菌。
然后，在通过喷淋冷却和换热器冷却即可通入发酵罐中。
操作要点：
〔1〕菌种采纳黑曲霉3.350，先用温水活化。
〔2〕种子罐〔10方〕培养条件为：
31℃；26小时；通风比1：
0.3，搅拌转速230rpm。
种子菌丝生长旺盛后即可转入发酵罐发酵。
培养过程中应时刻监测罐内培养条件变化。
〔3〕发酵罐〔100方〕培养条件为：
接种量为10％；31℃；72小时；通风比1：
0.25〔0-24小时〕，1：
0.5〔24-48小时〕，1：
1〔48-72小时〕；搅拌转速180rpm。
最终发酵酶活3000单位/毫升。
接种时打循环，过程条件监测和操纵均由tg3自动化系统完成，由技术人员通过〝tg3view〞视窗监控。
培养基成分：
〔一级、二级种子培养基与发酵培养基相同〕
发酵培养基：
豆饼粉3.65%、玉米粉0.625%、鱼粉0.625%、NH4Cl1.0%、CaCl20.5%、Na2HPO40.2%、豆饼水解液6%,pH5.5。
豆饼水解液的制备豆饼粉100份、石灰6份、水600份,0.1MPa蒸汽水解1h。
〔4〕过滤去菌体：
过滤出的菌体要洗涤一下，洗涤液与原滤液混合后进入下一步操作。
〔5〕盐析：
采纳常用盐析用盐〔NH4〕2SO4，其优点是价廉、溶解度大，使蛋白质稳固，缺点是水解后偏酸、开释氨、有毒有味。
故需离子脱盐。
本操作中最适〔NH4〕2SO4浓度为55%。
由电脑操纵加盐，注意盐仓中盐余量，一样每3批发酵添加一次。
盐析时保证有一小时的沉降时刻，据体会，罐中液体分为上清液区，下沉将区及底泥区。
沉降区及底泥区所占体积较少。
具体分层情形需有专人盯控。
〔6〕转筒过滤：
盐析后放去上清液，将下沉将区及底泥区搅拌后用螺杆泵打入转筒过滤机系统过滤，过滤机需定期更换滤布。
一样每十个班次更换一次。
由人员依照电脑侧的罐内密度分层情形决定分层划分位置及放液程度。
〔7〕配料罐：
转筒过滤机下有带式输送机，待过滤机刮下滤渣时启动，将刮下的滤渣输送到配料罐入料斗口中，罐中泵入乳酸缓冲液。
开始刮渣、启动输送机、启动泵均由电脑操纵。
〔8〕离子交换罐：
进行脱盐处理，过柱流量、洗脱等均由电脑监测并操控。
洗脱时由电脑操纵停止上下游设备运行。
〔9〕混料罐内加入稳固剂等混合：
酸性蛋白酶不稳固，但经载体〔食用级淀粉〕吸附干燥后，在常温下可长时刻存放不失活。
故有此操作。
具体由风式传送机输送载体在罐内搅拌混匀，由电脑依据罐内料液量运算输送量。
〔10〕喷雾干燥：
酶属于热敏性物料，故干燥时应防止其失活。
喷雾干燥效率高且适用于热敏性物料，应选此法干燥。
〔11〕包装：
由自动包装机全自动化操作。
包装成箱后由叉车司机搬运集中，并由叉车运至仓库。
物料衡算：
设计依据：
发酵液酶活3000u/ml
生产周期3.5天
发酵周期3天
提取总收率70%
发酵罐装料系数70%
生产天数300天/年
产品规格40万u/g
产量250吨/年
a）每立方米发酵液产酶量〔以产品计〕：
发酵液产酶活3000u/ml，平均总收率70%，产品规格40万u/g，
因此单位体积的发酵液产酶量=1×10
×3000×70%/〔40×10
〕=5.25kg/m
b）全年生产发酵液总量：
250×10
/5.25=47619m
c）每天需生产发酵液体积为：
47619/300=158.7m
/d
d）发酵罐量确定：
装料系数70%，生产周期3.5天，〔158.7/0.7〕×3.5=793.7m
/d
e）安全系数为1.1，因此需要发酵罐的体积=793.7×1.1=873m
/d
因此，取装料系数为70%的单罐公称容量为100M
的六叶机械搅拌发酵通风发酵罐9个就能够满足生产〔能够备用一只〕
f）种子罐个数
按接种量10%，装料量70%，生产周期36小时,关于一个发酵罐：
100×70%×10%×/70%=10m
，
因此总共取10m
的种子罐6个就能够满足生产。
g）全年生产总罐数：
85×9=765罐
h）原料配比及年消耗量运算：
〔1〕原料配比：
发酵培养基：
豆饼粉3.65%、玉米粉0.625%、鱼粉0.625%、NH4Cl1.0%、CaCl20.5%、Na2HPO40.2%、豆饼水解液6%,pH5.5。
豆饼水解液的制备豆饼粉100份、石灰6份、水600份,0.1MPa蒸汽水解1h。
（2）原料消耗：
A.以每个单体设备计〔ρ=1100kg/m3〕
发酵罐
种子罐
小计
百分含量〔%〕
重量〔kg〕
百分含量〔%〕
重量〔kg〕
重量〔kg〕
脱脂豆饼粉
4.5
3465
5.08
346.5
3811.5
玉米粉
0.625
481.2
0.625
48.12
529.34
鱼粉
0.625
481.2
0.625
48.12
529.34
NH4Cl、
1.0
770
1.0
77
847
CaCl2
0.5
385
0.5
38.5
423.5
Na2HPO4
0.2
154
0.2
15.4
169.4
石灰
0.0875
39.2
0.0875
3.92
43.1
B：
原料全年消耗统计：
脱脂豆饼粉：
2915797.5kg
玉米粉：
404945.1kg
鱼粉：
404945.1kg
NH4Cl：
647955kg
CaCl2：
323977.5kg
Na2HPO4：
129591kg
石灰：
32971.5kg
设备选型：
每次同时处理3个罐，发酵也总体积为：
100×3×70%=210m3
设备选型：
种子罐：
运算得需要10m3的种子罐。
发酵罐：
采纳通风搅拌式不锈钢罐，由于酸性蛋白酶泡沫多，故采纳径高比为1：
3，公称体积为100m3，即高为10.5m,直径为3.5m的发酵罐。
采纳椭圆形封头，罐体积壁厚为7mm。
依照体会，采纳六叶涡轮式搅拌器，电机功率为80kw，添加消泡剂的同时安装耙式消泡器〔约需要10个，备用一个。
〕。
自动板框压滤机：
发酵液处理量大，每次为210m3，因此不采纳转筒过滤机，而板框过滤机尽管处理量大，但其劳动强度也大，操作繁琐，处理周期长，而自动板框过滤机解决了这一问题。
设计采纳IFP-125×1500型，处理量为19.4m3/h，卸饼，清洗自动完成，辅助操作时刻短。
盐析罐：
盐析罐操作方便，所需设备要求低，因此在发酵罐厂订制。
体积为150m3，采纳三平叶式低转速搅拌系统，促进絮凝，降低剪切。
转筒过滤机：
为减少出力量，能够先通过一段时刻的沉降，
除去上部清液，处理下部沉淀区。
依照体会，沉淀区约占总液的1/6，约为35m3，因此采纳转筒过滤机GP20-2.6型，处理量为7.6-8.9m3/h,2台即可。
配液罐：
酶泥进入配料罐中，加入乳酸缓冲液溶解，配料罐同样定制，采纳六叶涡轮搅拌器，体积为50m3，2个即可。
离子交换罐：
脱盐，采纳上海机械公司的YQMB-20型混体设备，处理量为20m3/h,具有阴阳离子交换器，处理完全，价格低廉，需要2个。
混料罐：
定制，体积为50m3，采纳六叶涡轮与推进式叶轮共用的搅拌系统，加强轴向混合，需要2个。
喷雾干燥器：
其处理时刻短，适用于热敏性物料的干燥，且干燥后直截了当成粉，具体采纳LPG-150型，其水分最大蒸发量为150m3/h,一台即可。
空气压缩机：
最大通气量为9×100×70%+6×10×0.3=648m3/min，所需无菌空气量较大，故采纳空气压缩机，处理量为700m3/min。
泵：
选用离心泵LJB65-40-160型。
颗粒包装机：
本公司产品为粉状，采纳颗粒自动包装机，实现自动化操作，简便省时，产品规格一致，选用D×D×-500型一台即可。
旋风分离机：
生产中产生的废气需经旋风分离器处理后方可排放。
消泡液罐：
定制，体积为50m3，一个即可。
CIP清洗系统。
螺旋输送机：
选用40，输送量2.2-9.0m3/h。
补料罐：
定制，50m3
污水处理罐：
需要200m3的污水处理罐3个。
附表：
设备选型表：
设备名称
型号
数量〔个〕
电机功率〔KW〕
每次处理时刻h
生产厂家
1
种子罐
10m3
6
10
24
2
发酵罐
100m3
9
100
24
3
贮料罐
100m3
3
4
自动板框过滤机
IFP-1250×1500
4
2.2
2.7
无锡市通用机械厂
5
配液罐
50m3
1
45
2
6
转筒过滤机
GP20-2.6
3
40
5
禹州兴泰压滤机制造厂
7
混料罐
50m3
2
20
1
8
离子交换罐
YQMB-20
2
1
天龙轻工设备
9
喷雾干燥器
LPG-150
1
50
1
常州邦尼干燥设备
10
颗粒自动包装机
D×DK-500
1
20
11
旋风分离器
PV型高效一级
1
5
24
无锡市炼油设备厂
12
螺旋输送机
1
10
1
13
消泡液罐
50m3
14
CIP清洗装置
1
2.2
6
天龙轻工设备
15
空气压缩机
4L-40/2-3.2
1
24
24
成鑫工矿机械成套配件公司
16
离心泵
IS80-50-200
10
55
14
新乡泵厂
17
污水处理罐
200m3
3
80
24
无锡市通用机械厂
18
补料罐
50m3
2
劳动力运算〔车间人员表〕：
车间人员表
班次人员
工种
早班人员〔人/罐〕
中班人员〔人/罐〕
晚班人员〔人/罐〕
生产人员
岗位生产
2
2
3
动力
1
2
1
修理
1
1
1
化验
1
1
1
辅助人员
治理人员
1
1
1
清洁工
1
1
1
技术人员
2
2
1
学徒
学徒工
2
2
2
升级会员 