工艺计算

课 程 设 计

课程名称 生化工厂设计课程设计 题目名称 酶制剂工厂设计 学生学院 轻工化工学院 专业班级 生物工程0601班 学 号__ 3106002328_ 学生姓名 徐健 指导教师 刘晓丽

2010 年1 月1日

广东工业大学课程设计任务书

题目名称 学生学院 专业班级 姓 名 学 号

年产1000m3食品级液体糖化酶50000U/mL

轻工化工学院 生物工程0601班

徐健 3106002328

一、课程设计的内容

1．根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数与数据，进行生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证。

2．工艺计算：全厂的物料衡算；无菌空气耗量计算，最后列车物料及能量消耗一览表。 3．发酵车间设备的选型计算：包括设备的容量，数量，主要的外形尺寸，最后给出设备一览表。

4．选择其中某一重点设备进行单体设备的详细化工计算与设计。 设计分工：

第七组：梁恒江负责生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证；

曾智川负责绘制全厂工艺流程图； 徐健负责工艺计算；

马宝卿负责发酵车间设备的选型计算；

周伟涛负责发酵车间设备布置并绘制车间设备布置图； 戚子明负责全厂总平面布置并绘制全厂总平面布置图。

二、课程设计的要求与数据

设计生产规模：1000m3／年； 产品规格：食品级液体糖化酶（50000U/mL） 生产方法：分批发酵，真空过滤浓缩、干燥

生产天数：184天（其他时间生产其他酶）；倒罐率：2.0% 发酵周期：8天 种子培养周期：4天 放罐发酵单位：25000U/mL

提取总收率：82% 发酵罐接种量：5% 发酵罐填充系数：76%

发酵培养基：玉米淀粉 22%；豆饼粉 4%；玉米浆 1%；?NH4?2SO4 0.4%；NaHPO4 0.1%;

种子培养基：麦芽糊精 4%；玉米浆 1%；?NH4?2SO4 0.2%；KHPO4 0.2%。

三、课程设计应完成的工作

1．根据以上设计内容，书写设计说明书。

2．完成图纸：全厂（或车间）工艺流程图(初步设计阶段)，车间设备布置图（平面图和立面图），全厂总平面布置图。

四、课程设计进程安排

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 设计各阶段内容 上午布置及讲解设计任务；下午查阅资料及有关文献 生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证 全厂工艺流程图绘制 工艺计算 发酵车间设备的选型计算 发酵车间设备布置并绘制车间设备布置图 全厂总平面布置并绘制全厂总平面布置图 撰写课程设计说明书 地点 教1-307 起止日期 第一周周一 第一周周二 第一周周三 第一周周四 第一周周五 第二周周一、二 第二周周三、四 第二周周五 五、应收集的资料及主要参考文献

[1]陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005 [2]吴思方. 发酵工厂工艺设计概论[M]. 北京：中国轻工业出版社，2006 [3]夏清，陈常贵. 化工原理（上、下）[M]. 天津：天津大学出版社，2005 [4]贾新成，陈红歌. 酶制剂工艺学[M]. 北京：化学工业出版社，2008

[5]国家医药管理局上海医药设计院. 化工工艺设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，1986 [6]《化工设备设计手册》编写组. 材料与零部件（上、中、下）[M]. 上海：上海人民出版社，

1975

发出任务书日期： 2009 年 12 月 21 日 指导教师签名：

计划完成日期： 2010 年 1 月 1 日 基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

课程设计考核表

设计题目 姓名 设计分组 设计（论文）起始时间 设计完成情况： 独立完成，达到要求 能够完成，达到要求 能够完成，基本达到要求 年产1000m3食品级液体糖化酶（50000U/mL） 徐健 第 7 组 2009 年 12 月 21 日至 2010年 1 月 1 日 不能按时完成，达不到基本要求 班级 轻工化工学院生物工程0601班 说明书（论文）叙述 清楚 比较清楚 基本清楚 不清楚 工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况）： 认真 图面是否清晰 清晰 计算是否正确 设计（论文）是否符合规范要求 比较清晰 基本清晰 不清晰 较认真 一般 不认真 正确 基本正确 不正确 是 基本规范 否 成绩评定: 优秀 良好 中等 及格 不及格 指导教师签字： 年 月 日

摘 要

本设计内容主要包括年产1000m3食品级液体糖化酶（50000U/mL）生化工厂生产方法的选择，工艺流程与工艺条件的确定与论证，全厂物料衡算，无菌空气耗量计算，发酵车间设备的选型计算，发酵车间设备布置，全厂总平面布置等。

本设计生产菌采用黑曲霉变异株A.S.3.4309，利用糖化酶深层发酵工艺分批发酵生产糖化酶，经过真空过滤浓缩、干燥，最后得到食品级液体糖化酶。

产品概述包括了产品名称、化学结构、理化性质，产品规格、产品用途与特性、使用方法和用量及其优点，工艺论证与技术依据，设计依据和范围以及设计原则。带控制点的全厂工艺流程图的简述及其绘制。糖化酶发酵工艺计算包括了糖化酶发酵车间的物料衡算，无菌空气消耗量计算。发酵车间的设备选型包括发酵罐的选型，种子罐的选型，泵的选型以及设备一览表。发酵车间设备布置包括了车间厂房布置，车间设备布置以及车间设备布置图的绘制。

关键词：糖化酶，工艺设计，设备选型，车间布置，总平面布置

目 录

1 产品概述与工艺方法论证

1.1 产品名称、化学结构、理化性质…………………………………………………………1 1.2 产品规格、产品用途与特性、使用方法和用量及其优点………………………………1

1.2.1 产品规格……………………………………………………………………………1 1.2.2 产品用途……………………………………………………………………………1 1.2.3 产品特性……………………………………………………………………………1 1.2.4 使用方法和参考用量………………………………………………………………2 1.2.5 优点…………………………………………………………………………………2 1.3 工艺论证与技术依据………………………………………………………………………2 1.3.1 生产菌种的特性……………………………………………………………………3 1.3.1.1 菌种的形态特征……………………………………………………………3 1.3.1.2 糖化条件与糖化液葡萄糖值（DE）的关系.……………………………3 1.3.1.3 培养条件……………………………………………………………………3 1.3.2 影响酶产量的因素…………………………………………………………………4 1.3.2.1 营养成分……………………………………………………………………4 1.3.2.2 生长时间……………………………………………………………………4 1.3.2.3 通气与搅拌…………………………………………………………………4 1.3.2.4 温度和PH值………………………………………………………………5 1.3.2.5 菌种性能……………………………………………………………………5 1.3.3 糖化酶深层发酵工艺和发酵条件…………………………………………………5 1.3.3.1 工艺流程……………………………………………………………………5 1.3.3.2 黑曲霉变异株A.S.3.4309的发酵条件………………………………… 6

1.3.4 糖化酶的提取……………………………………………………………………… 6 1.3.4.1 酶提取的前处理……………………………………………………………7 1.3.4.2 酶提取的方法………………………………………………………………7 1.4 设计依据和范围……………………………………………………………………………7 1.5 设计原则……………………………………………………………………………………7 2 带控制点的全厂工艺流程图

2.1 概述…………………………………………………………………………………………8

2.2 工艺流程图…………………………………………………………………………………8 2.3 工艺流程的简述……………………………………………………………………………8 2.4 工艺流程图的绘制…………………………………………………………………………8 3 糖化酶发酵工艺计算………………………………………………………………………… 10 3.1 糖化酶发酵车间的物料衡算………………………………………………………………10 3.1.1 发酵液量……………………………………………………………………………10 3.1.2 发酵液量V0分为两部分组成………………………………………………………10 3.1.3 玉米浆耗用量………………………………………………………………………10 3.1.4 玉米淀粉耗用量……………………………………………………………………10 3.1.5 豆饼粉耗用量………………………………………………………………………10 3.1.6 麦芽糊精耗用量……………………………………………………………………11 3.1.7 ?NH4?2SO4耗用量…………………………………………………………………11 3.1.8 NaHPO4耗用量……………………………………………………………………11 3.1.9 KHPO4耗用量………………………………………………………………………11 3.2 无菌空气消耗量计算………………………………………………………………………12 3.2.1 单罐年发酵无菌空气耗用量………………………………………………………12 3.2.2 种子培养年无菌空气耗用量………………………………………………………13 3.2.3 无菌空气年消耗量…………………………………………………………………13 4 发酵车间的设备选型……………………………………………………………………………15 4.1 发酵罐的选型………………………………………………………………………………15

4.1.1 发酵罐容积的确定…………………………………………………………………15 4.1.2 发酵罐主要数据的计算……………………………………………………………15 4.1.3 发酵罐个数的确定…………………………………………………………………16 4.2 种子罐选型…………………………………………………………………………………16 4.2.1 种子罐容积确定……………………………………………………………………16 4.2.2 种子罐个数的确定…………………………………………………………………17 4.3 泵的选型……………………………………………………………………………………17 4.4 设备一览表…………………………………………………………………………………17

4.4.1 生化反应器一览表………………………………………………………………….17

4.4.2 通用设备一览表…………………………………………………………………….17 5 发酵车间设备布置………………………………………………………………………………19 5.1 概述…………………………………………………………………………………………19 5.2 车间厂房布置………………………………………………………………………………19

5.2.1 厂房的整体布置……………………………………………………………………19 5.2.2 厂房里面布置………………………………………………………………………19 5.2.3 车间平面布置………………………………………………………………………19 5.2.4 建筑上的某些规定…………………………………………………………………19 5.3 车间设备布置………………………………………………………………………………20 5.4 车间设备布置图的绘制……………………………………………………………………20

5.4.1 分区原则……………………………………………………………………………21 5.4.2 比例与图幅…………………………………………………………………………21 5.4.3 平面图………………………………………………………………………………21 5.4.4 剖视图………………………………………………………………………………21 5.4.5 视图表示方法………………………………………………………………………21 6 全厂总平面图…………………………………………………………………………………23 6.1 全厂概况………………………………………………………………………………… 23 6.2 全厂组成………………………………………………………………………………… 23 6.3 全厂设计………………………………………………………………………………… 23

6.3.1 区域设计………………………………………………………………………… 23 6.3.2 道路设计………………………………………………………………………… 23 6.3.3 生活区设计……………………………………………………………………… 23

3 糖化酶发酵工艺计算

全年生产批次： m?1848?23批 3.1 糖化酶发酵车间的物料衡算

首先计算生产一批成品单位为50000U/mL的糖化酶需耗用的原材料及其他物料量。 3.1.1 发酵液量

V??p0?Mm??f????1??

0??1000?5000023?25000?82%??1?2%?

?108.21m3/批

式中M—年产量，m3

?p—成品单位，U/mL

m—年生产批次，批

?f—发酵单位，U/mL

?—提取总收率

?0—倒罐率

3.1.2 发酵液量V0分为两部分组成

底料 V1?108.21?95%?102.80m3 种液量 V2?108.2?15?%5.3 41m底料的物料用量：发酵培养基配方?V1 种液的物料用量：培养基配方?V2 3.1.3 玉米浆耗用量

?1?0.01V1?0.01V2?0.01?(102.80?5.41)?1.08m3

3.1.4 玉米淀粉耗用量

?2?0.22V1?0.22?102.80?22.62m3

3.1.5 豆饼粉耗用量

10

?3?0.04V1?0.04?102.80?4.11m3

3.1.6 麦芽糊精耗用量

?4?0.04V2?0.04?5.41?0.22m3

3.1.7 ?NH4?2SO4耗用量

?5?0.004V1?0.002V2?0.004?102.80?0.002?5.41?0.42m3

3.1.8 NaHPO4耗用量

?6?0.001V1?0.001?102.80?0.10m3

3.1.9 KHPO4耗用量

?7?0.002?V2?0.002?5.41?0.010m3

表3.1 种子罐培养基配料表

原料名称 培养基配比%

消耗量（m3

）

麦芽糊精 4 0.22 玉米浆 1 0.054 硫酸铵 0.2 0.011 磷酸氢钾

0.2 0.010

表3.2 发酵罐培养基配料表

原料名称 培养基配比%

消耗量（m3

）

玉米淀粉 22 22.62 豆饼粉 4 4.11 玉米浆 1 1.03 硫酸铵 0.4 0.41 磷酸氢钠

0.1 0.10

11

表3.3 物料消耗一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7

名称 玉米浆 玉米淀粉 豆饼粉 麦芽糊精 硫酸铵 磷酸氢钠 磷酸氢钾

单位 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3

每批消耗量

1.08 22.62 4.11 0.22 0.42 0.10 0.11

年消耗量 24.84 520.26 94.53 5.06 9.66 2.30 2.53

3.2 无菌空气消耗量计算

根据设计的要求与数据和物料衡算结果，列出与空气消耗有关的基本数据有： 每批发酵液量为108.21m3； 每批种液量为5.41m3；

发酵周期(含清洗、灭菌等)：8天

发酵罐公称体积：20m3（7个），全容积：20.35m3； 发酵罐装料系数：76%

种子罐公称体积：1m3（7个），全体积：1.004m3 种子罐装料系数：77%

3.2.1 单罐年发酵无菌空气耗用量

根据参考文献[1]可知，发酵罐培养通气量：24小时前1：0.5，24小时后1：0.8~1（体积/体积）

每批单罐发酵无菌空气耗用量 24h前，用气量

Y1?20.35?76%?0.5?60?24?11135.52m3 24h后，用气量

Y2?20.35?76%?0.9?60?24?7?140307.55m3 Y?Y1?Y2?11135.52?140307.55?151443.07m3

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单罐年发酵无菌空气耗用量

Y3a?23Y?23?151443.07?3483190.61m 3.2.2 种子培养年无菌空气耗用量

根据参考文献[1]可知，种子罐培养通气量： 1：0.5（体积/体积） 每批单个种子罐无菌空气耗用量

Y??1.004?77%?0.5?60?24?4?2226.47m3

单个种子罐年无菌空气耗用量

Ya??23Y??23?2226.47?51208.81m3

3.2.3 无菌空气年消耗量

Yt?7Ya?7Ya??7??3483190.61?51208.81??24740795.94m3

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设计小结

在此次课程设计中，我负责的是糖化酶发酵工艺计算，包括了糖化酶发酵车间的物料衡算和无菌空气消耗量计算。

在设计计算过程中在设计计算过程中，我学会了如何查阅资料并把资料用于设计过程，将数学知识与实际相结合，通过使用逐差法、比较来确定生产实际中的参数，熟悉了一般设计计算的过程思路和一些辅助计算的工具。在解决问题的同时也获得或巩固了课堂知识，并将其运用于实际计算中，因此收获颇丰。

这次设计，让我进一步学会怎么进行工艺计算。总的来说，整个的设计过程辛苦而又是富有挑战，收获不少。但是由于时间有限，因此这次课程设计还存在许多不足，希望老师能指出以使我有更快的提高。在此要感谢刘晓丽老师在这段时间对我们的谆谆教导。

参 考 文 献

[1]刘荣忠. 糖化酶生产和酿酒工艺[M]. 长沙：湖南科学技术出版社，1983 [2]吴思方. 生物工程工厂设计概论[M]. 北京：中国轻工业出版社，2008 [3]吴思方. 发酵工厂工艺设计概论[M]. 北京：中国轻工业出版社，2006

[4]国家医药管理局上海医药设计院. 化工工艺设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，1986 [5]何国庆，丁立孝. 食品酶学[M]. 北京：化学工业出版社，2006

[6]姜锡瑞，段钢. 酶制剂应用技术问答[M]. 北京：中国轻工业出版社，2008

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/x1nv.html