黑曲霉深层发酵法生产2000t每a食品工业用糖化酶车间工艺设计.docx

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1、黑曲霉深层发酵法生产2000t每a食品工业用糖化酶车间工艺设计 XX高校 生命科学与技术学院生物工程系 课程设计 题目： 黑曲霉深层发酵法生产2000t/a食品工业用 糖化酶车间工艺设计 说明书 30 页 图纸 5 张（图纸附件无） 教研室主任 指导老师 学生 xxx 20xx年 X月 X日于北京 书目 书目1 设计任务书5 1 工艺条件的确定和工艺流程说明6 1.1概述 6 1.1.1糖化酶 6 1.1.2黑曲霉 6 1.2 工艺原理 7 1.2.1 生化分别工程 7 1.2.2 发酵原理 7 1.2.3 絮凝原理 7 1.2.4 过滤原理 7 1.3 工艺路途的选择 8 1.3.1 液体深

2、层通气发酵法的选择 8 1.3.2 间歇式操作的选择 9 1.4 工艺流程简述 9 1.5 工艺流程说明 9 1.5.1 种子制备 9 1.5.1.1 固体孢子培育 9 1.5.1.2 种子罐培育 11 1.5.2 发酵11 1.5.3 后提取11 1.6 工艺技术指标及基础参数 11 1.6.1 主要技术指标11 1.6.2 种子培育基（%） 11 1.6.3 发酵培育基（%） 12 2 工艺计算 12 2.1 发酵车间的物料衡算 12 2.1.1 生产实力计算12 2.1.2 发酵培育基配料计算13 2.1.3 种子培育基配料的计算13 2.1.4 过滤、产生发酵清液过程的物料衡算14 2

3、.1.5 液体与固体酶制剂过程的物料衡算14 2.1.5.1 液体酶制剂中的物料衡算 14 2.1.5.2 固体酶制剂中的物料衡算 15 2.1.6 总物料衡算15 2.2 无菌空气用量的计算 16 2.2.1 单罐发酵无菌空气耗用量16 2.2.2 种子培育等其他无菌空气耗量16 2.2.3 发酵车间高峰无菌空气消耗量16 2.2.4 发酵车间无菌空气年耗量16 2.2.5 发酵车间无菌空气单耗16 2.2.6 无菌空气总衡算表16 3 设备选型计算 17 3.1 发酵罐 17 3.1.1 发酵罐的选型17 3.1.2 发酵罐生产实力的计算17 3.1.3 发酵罐台数的确定17 3.1.4

4、发酵罐容积的确定17 3.1.5 校核18 3.1.6 主要尺寸的计算18 3.1.6.1 罐径 18 3.1.6.2 搅拌器 18 3.1.7 搅拌轴功率的计算19 3.1.8 冷却面积的计算19 3.1.9 设备结构的工艺设计19 3.1.9.1 空气分布器 19 3.1.9.2 挡板 19 3.1.9.3 密封 19 3.1.9.4 冷却管布置 19 3.1.10 设备材料的选择 20 3.1.11 接管设计 20 3.1.11.1 接管的长度设计 20 3.1.11.2 接管直径的确定 20 3.1.11.2.1按排料管的管径计算 20 3.1.11.2.2按通风管的管径计算 20 3

5、.1.11.3排料时间的复核 21 3.1.12支座选择21 3.2种子罐 21 3.2.1 种子罐的选型21 3.2.2 种子罐生产实力的计算21 3.2.3 种子罐台数的确定21 3.2.4 种子罐容积的确定21 3.2.5 校核21 3.2.6 主要尺寸的计算21 3.2.6.1 种子罐整体尺寸计算 21 3.2.6.2 搅拌器尺寸计算 22 3.2.7 搅拌轴功率的计算22 3.2.8 冷却面积的计算23 3.2.9 设备结构的工艺设计23 3.2.9.1 挡板 23 3.2.9.2 密封 23 3.2.9.3 冷却水管 23 3.2.9.4 进风管 23 3.2.9.5 支座选择 2

6、3 3.3 连续灭菌设备 23 3.3.1 连消塔24 3.3.1.1 连消塔长度的计算 24 3.3.1.2 进料管直径的计算 24 3.3.1.3 连消蒸汽耗量 25 3.3.1.4 进气管直径计算 25 3.3.1.5 出料管直径计算 25 3.3.1.6 连消塔外圆尺寸计算 25 3.3.1.7 外筒有效长度的校核 25 3.3.1.8 支座选择 26 3.3.2 维持罐26 3.3.2.1 生产实力、数量和容积的确定 26 3.3.2.2 主要尺寸的确定 26 3.3.2.3 上部出料管开口位置 26 3.3.2.4 接管计算 26 3.3.2.5 支座选择 27 3.3.3 螺旋板

7、式换热器 27 3.3.3.1换热器1 27 3.3.3.2换热器2 27 3.3.4连消泵 27 3.4贮存用的罐和槽 28 3.4.1 配料罐28 3.4.1.1配料罐生产实力、容量、数量的确定 28 3.4.1.2几何尺寸的确定 28 3.4.2玉米浆料槽 28 3.4.2.1 玉米浆料槽生产实力、容量、数量的确定 28 3.4.2.2 几何尺寸的确定 28 3.4.3 无机盐槽29 3.4.3.1 无机盐槽生产实力、容量、数量的确定 29 3.4.3.2几何尺寸的确定 29 3.5发酵车间设备一览表29 4 附图 29 5 参考文献 29 6 主要符号说明 30 设计任务书 请设计一年

8、产2000t食品工业用糖化酶发酵车间（黑曲霉深层发酵法生产） 一、基础数据： 生产规模：食品工业用糖化酶2000t年 其中液体糖化酶1000 m3年，固体粉末状糖化酶1000 t年 产品规格：食品级液体糖化酶8万UmL, 食品级固体粉末状糖化酶10万Ug 生产天数：150天(其他时间生产其他酶) 发酵单位：2万UmL 提取总收率：85% 发酵清液得率：90% 发酵罐装料系数：80% 发酵时间105hr 生产周期：120hr 培育温度：32 最大通气量：1VVM 发酵热 发酵培育基：玉米淀粉：22%；豆饼粉：4%；玉米浆：1%；(NH4)2S04：0.4%；Na2HP04：0.1%； 接种量：1

9、5% 种子培育基： 麦芽糊精：4%；玉米浆：1%；(NH4)2S04：0.2% K2HP04：0.2% 种子罐生产周期：60hr 最大通气量：1VVM 连消初温t1=75，终温t2=120，加热蒸汽0.42Mpa，其温度为145 二、设计内容： 1.依据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。简述工艺流程。 2.工艺计算：发酵车间的物料衡算，无菌空气用量的计算。 3.糖化酶生产设备的选型计算(包括设备的容量、数量、主要的外形尺寸)。 三、设计要求： 依据以上设计内容书写设计说明书。完成初步设计阶段图纸：工艺流程图(包括无

10、菌空气、配料、菌种与发酵部分)：发酵车间平面布置图。 1 工艺条件的确定和工艺流程说明 11 概述 本设计为年产2000吨的糖化酶的工厂设计，利用黑曲霉，结合液体深层发酵法、板框压滤提取得到糖化酶。本设计对糖化酶工艺流程、条件及生产原理做了相关的阐述，并对有关的物料衡算、无菌空气用量等作了相应的计算，以及对标准设备的选型和计算。利用黑曲霉发酵生产糖化酶的工艺流程包括原材料的处理、种子的培育、发酵、絮凝、过滤、成品加工等工艺，设计的主要成果是设计说明书、工艺流程图、发酵车间平面布置图。现对产物糖化酶及其生产菌株作简洁介绍。 1.1.1 糖化酶 糖化酶又称葡萄糖淀粉酶（Glucoamylase E

11、C 3.2.1.3），其系统名称为淀粉-1,4-葡萄聚糖水解酶，是一种胞外外切酶，但其专一性低，主要是从淀粉链的非还原性末端依次水解-1,4-糖苷键，水解下一个个葡萄糖单元1，一般淀粉水解程度达80%。糖化酶有以下性质：糖化酶是一种糖蛋白，通常碳水化合物占4%-18%，这些碳水化合物主要是半乳糖、葡萄糖、葡萄糖胺和甘露糖，其残基的排列在其热和酸碱稳定性上有特别意义。真菌产生的糖化酶组分多型性是常见的，市售的糖化酶中可分别出葡萄糖酶和葡萄糖酶两种组分，而培育基成分和生产条件对糖化酶组分多型性也有影响，自然糖化酶在微生物培育或酶的制备过程中可能受葡萄糖苷酶和蛋白酶的作用而成多型性的酶类。工业用的糖

12、化酶都是利用它的热稳定性，-环状糊精可提高糖化酶的热稳性，最适温度范围一般为50-60。糖化酶具有较宽的pH值适应范围，但最适pH为4-5。钙离子与酶结合后可使结构变得松散些，更有利于催化反应。糖化酶是将麦芽糖糊精转化为D-葡萄糖，底物水解速度主要受底物分子的大小及结构影响，同时也受水解碳链序列中F一个键的影响，碳链越来越大，其最大反应速度随底物碳链的增长而增加，呈线性改变。糖化酶多用于以葡萄糖作发酵培育基的各种抗生素、有机酸、氨基酸、维生素的发酵，它还大量用于生产各种规格的葡萄糖。总之，凡对淀粉、糊精必需进行酶水解的工业上，都可运用。运用糖化酶的优点有：一是糖化酶对设备没有腐蚀性，运用平安；

13、而是运用糖化酶工艺简洁、性能稳定、有利于各厂的稳定生产，运用糖化酶对淀粉水解比较平安，可提高出酒率，麸曲法能削减杂菌感染，节约粮食可降低劳动强度，改善劳动条件；三是运用糖化酶有利于生产机械化，有利于实现文明生产。所以说，糖化酶的应用前景广袤，值得我们深化的探讨，以提高其生产量以及质量。1.1.2 黑曲霉 黑曲霉在分类学上处于：真菌门、半知菌亚门、丝孢纲、丝胞目、丛梗孢科、曲霉属、黑曲霉群，拉丁学名：Aspergillus niger。其孢子头呈暗黑色，菌丝体由具横隔的分枝菌丝构成，菌丝黑褐色，顶囊球形，小梗双层，分生孢子球形，平滑或粗糙。一般进行无性生殖，其可育细胞称足细胞。黑曲霉突变株在查氏

14、培育基上菌落曲型为炭黑色，有辐射沟纹，从菌落边缘向中心，分化为伸长部位、活性部位、成熟部位、老化部位几个区域即孢子萌发最早出现于中心部位是伸展部位，并渐渐形成密生部位、分生孢子部位，最终在中心出现的是成熟部位，菌落背面无色或稍黄2。1.2 工艺原理 1.2.1 生化分别工程3 对于自然界产生或由微生物菌体发酵的、动植物组织培育的酶反应等各种生物生产过程获得的生物原料，经提取分别，加工并精制目的成分，最终成为产品的技术。1.2.2 发酵原理3 指用黑曲霉等微生物，利用碳源（例如麦芽糊精,玉米淀粉,豆饼粉）、氮源（例如(NH4)2SO4,豆饼粉,液氨,玉米浆）、生长因子等物质，为黑曲霉供应生长代谢

15、所需的原材料，在肯定的温度、密度、压力之下，分解出蛋白质等所需产物的过程。1.2.3 絮凝原理3 预处理加入絮凝剂（自然或合成大分子聚电质），降低排斥电位，同时吸附四周微粒，形成桥架，使其成为絮凝团分别。发酵液在过滤之前常加入絮凝剂。常见的絮凝剂有：明矾、六水氯化铝、氯化铁、硫酸锌、碳酸镁等在水溶液中可生成各种氢氧化物凝胶，具有很大的表面积。目前常用的絮凝剂是人工合成的高分子聚物，例如有机合成的聚丙烯酰胺类和聚乙烯亚胺衍生物。其优点是：用量少，絮凝体粗大，分别效果好，絮凝速度快以及种类多等优点。1.2.4 过滤原理3 （1）表层过滤（滤饼或饼层过滤）：架桥现象-过滤介质（织物、多孔物体或多孔膜

16、）随过滤的进行，滤渣在滤介一侧形成滤饼。初时，小于滤介微孔的颗粒穿过过滤介质进入滤液使之混浊，但颗粒经过微孔时相互架桥使流道更为狭窄。（2）深床过滤（深层过滤）：过滤介质砂子、砂子砾石混合而成或其他积累介质。介质层较厚，里面形成长而曲折的流道，通常处理颗粒的直径小于流道直径的悬浮液。（3）过滤时加热可抑菌，但对于热稳定性低的糖化酶不适用，所以过滤须在无菌环境中进行。（4）过滤时添加助滤剂的好处： 解决了两个问题：一是滤饼的可压缩问题；二是菌丝碎片和细菌细胞等小粒子会渐渐聚集在滤膜表面或者渗入滤布内部，使得过滤介质的部分孔被堵塞，过滤效率急剧下降。(5) 最有效的两类预处理助滤剂是硅藻土和珍宝岩

17、。 硅藻土：古代水生物残骸。 珍宝岩：膨化火山岩。 1.3 工艺路途的选择4 1.3.1 液体深层通气发酵法的选择 （1）酶制剂发酵生产技术有固体发酵法和液体发酵法。其中，固体发酵法有浅盘法、转桶法和厚层通气法;液体发酵法分为液体表面发酵法和液体深层通气发酵法。（2）固体发酵定义 广义：微生物生长于不溶于水的基质，且基质上含有不同量的自由水(free water)。 狭义：微生物生长在潮湿不溶于水的基质进行发酵，在固体发酵过程中不含任何自由水，随著微生物产出的自由水的增加，固体发酵范围延长至黏稠发酵(slurry fermentation)以及固体颗粒悬浮发酵。 固体发酵有其优点，如：培育基单

18、纯，例如谷物类、小麦麸、小麦草、大宗谷物或农产品等均可被运用，发酵原料成本较经济； 基质前处理较液体发酵少，例如简洁加水使基质潮湿，或简洁磨破基质增加接触面积即可，不需特别机具，一般家庭即可进行步骤；因获得水分可削减杂菌污染，此种低灭菌步骤即可施行的发酵，适合低技术地区运用；能产生特别产物，如红麴产生的红色色素是液体发酵的十倍，又曲霉菌在固体发酵所产生的葡萄糖苷酶较液体发酵产生的酵素更具耐热性；固体发酵相当于运用相当高的培育基，且能用较小的反应器进行发酵，单位体积的产量较液体为高；下游的回收纯化过程及废弃物处理通常较简化或单纯，常是整个基质都被运用，如做为饲料添加物则不须要回收及纯化，无废弃物

19、的问题； 固体发酵可食品产生特别风味，并提高养分价值，如天培可作为肉类的代用品，其胺基酸及脂肪酸易被人体消化汲取。 但其缺点也很明显，如：限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较受限，一般较适合于真菌；在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问题，尤其是大量生产时，常限制其大规模的产能；固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针不适用于固体发酵，pH值、湿度、基质浓度不易调控，(单位面积或体积内)生物的数量不易量测，每批次发酵条件不易一样，再现性差；不易以搅拌方式进行质量传递(大量迁移)，因此发酵期间，物质的添加无法达到匀称；由于不易侦测，从发酵工程的观点来看，很多工作都只是在

20、定性或视察性质，故不易设计反应器，难以量化生产或设计合理化的发酵流程；固体发酵的培育时间较长，其产量及产能常低于液体发酵；萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。 （3）液体表面发酵法又称液体浅盘发酵或液体静置培育法。此法无需搅拌，动力消耗少；缺点是培育基的灭菌须在单独的设备中进行。整个过程限制杂菌污染较难，而且发酵所需场地也比较大。 （4）液体深层通气发酵法是目前酶制剂生产中应用最广泛的方法 ，所用主要生物反应器（发酵罐）是一个具有搅拌桨叶和通风系统的密闭容器。该发酵罐又称通用式发酵罐，从培育基灭菌、冷切到接种后的发酵都在同一罐内进行。 总之，液体发酵法与固体发酵法相比而言，液体的流淌性大，工艺条

21、件简单限制，有利于自动化操作。由于采纳纯种发酵，发酵过程不易染杂，所得产品纯度提高、质量稳定。该方法机械化强度高，劳动强度小，设备利用率高。 1.3.2 间歇式操作的选择 间歇式反应器是一种间歇的按批量进行反应的化学反应器，液体物料在反应器内完全混合而无流量进出。采纳间歇操作的的反应器叫做间歇反应器，其特点是进行反应所需的原料一次装入反应器，然后在其中进行反应，经肯定的时间后，达到所要求的反应程度便卸除全部反应物料，其中主要是反应产物以及少量未被转化的原料。间歇式操作发酵彻底、工艺技术要求低、不易染菌，而且染菌后的损失相对较小。目前酶制剂工业的液体发酵主要是采纳间歇发酵法，国内外正在尝试连续发

22、酵法和其他方法，一旦胜利，将会推动酶制剂工业上一个新台阶。选用此生产工艺，机械化和自动化程度高，生产过程平安，有完善的三废处理措施。1.4 工艺流程简述 先将原材料粉碎，然后糊化备用。将备好的碳源和氮源加入发酵罐中，利用黑曲霉发酵，将发酵好的发酵液放入储罐中，加入絮凝剂絮凝。因为所需产物为胞外产物，所以，选用板框压滤机过滤，取滤液。再将滤液经过超滤膜，进一步过滤。加入防腐剂后，所得液体便可装罐，制成成品。流程主要包括：原材料的预处理、菌种的培育、发酵、过滤、成品加工。图1为总工艺流程示意图。1.5 工艺流程说明 1.5.1 种子制备 1.5.1.1 固体孢子培育 在茄瓶中加入孢子培育基，灭菌冷

23、却后接菌种。于31培育6-7天备用。 菌种 斜面培育 摇瓶孢子培育 种子罐扩大培育 原料 预处理 灭菌 冷却 空气 压缩 冷却 气液分别 过滤除菌 发酵 发酵液 过滤 滤液 2%酸性白土 2-5%硅藻土 酶清液 浓缩 再浓缩 浓缩酶液 防腐剂、稳定剂 成品酶液 冷却酒精 1%淀粉 压滤 滤饼 真空干燥 固体糖化酶 图1 糖化酶生产总工艺流程示意图 1.5.1.2 种子罐培育 种子培育基：麦芽糊精：4%；玉米浆：1%；(NH4)2SO4:0.2% K2HPO4:0.2%。在31培育48h，通风量0.5VVM。镜检菌丝生长正常，无杂菌污染，即可接种发酵罐。 1.5.2 发酵 培育基配方：玉米淀粉：

24、22%；豆饼粉：4%；玉米浆：1%；(NH4)2S04：0.4%；Na2HP04：0.1%；-淀粉酶0.01%；泡敌0.01%。0.2Mpa杀菌，冷却到32按接种量15%接入48h种子。可向培育基中添加少量的聚乙烯醇衍生物，可防止菌丝体结球而增加产量。最大通气量为1VVM，发酵时间105hr。所得发酵液酶活为2万U/ml。1.5.3 后提取 由于黑曲霉产生的糖化酶是一种胞外酶，先真空转鼓过滤除去发酵液中的菌丝体，滤液（pH33.8）加2%酸性白土吸附转苷酶，加硅藻土2-5%作助滤剂得到酶清液，然后用超滤装置在25-30浓缩到1/2-1/3，超滤浓缩液接着用真空薄膜蒸发器再浓缩到1/2以下，然后

25、加入防腐剂和稳定剂，就制成了高酶活的成品酶液。液体酶的生产工艺简洁，运用便利，但保质期短。固体酶生产工艺较液体酶困难，成本高，但便于运输，保质期长。食品工业用固体糖化酶的常用生产工艺是：在浓缩酶液中加淀粉1%，再加冷却到5以下的酒精至终浓度65%，压滤，滤饼在40-50真空干燥，即可得食品工业用固体糖化酶。1.6工艺技术指标及基础参数 1.6.1主要技术指标 主要技术指标如表1.1所示。表1.1 糖化酶发酵工艺技术指标 指标名称 单位 指标数 生产规模 t/a 2000 生产方法 深层液体发酵，有机溶剂沉淀提取 年生产天数 d/a 150 产品日产量 kg/d 13320 产品质量 U/ml

26、液体：8万 固体：10万 倒罐率 % 0 发酵周期 h 120 发酵协助时间 h 15 菌种培育时间 h 60 接种量 % 15 发酵罐装料系数 % 80 放罐发酵单位 U/ml 2万 提取总收率 % 85 1.6.2种子培育基（%） 麦芽糊精：4%；玉米浆：1%；(NH4)2SO4:0.2% K2HPO4:0.2%。1.6.3发酵培育基（%） 玉米淀粉：22%；豆饼粉：4%；玉米浆：1%；(NH4)2S04：0.4%；Na2HP04：0.1%。2工艺计算5 2.1 发酵车间的物料衡算 物料衡算的意义：通过物料衡算，可以求出引入和离开设备的物料（包括原料、中间体和成品等）各组分的成分、质量和体

27、积，进而计算成品的原料消耗定额、每日或每年消耗量以及成品、副产物、废物等排出物料量。依据其计算结果，可完成生产设备的容量、个数和主要尺寸的确定，工艺流程草图的设计，水、蒸汽、热量、冷量等平衡计算。在工厂建成投产后，同样可利用物料衡算，针对所用的生产工艺流程、车间或设备，利用可观测的数据去计算某些难以干脆计算的参变量，从而实现对现行生产状况进行分析，找出薄弱环节，进行革新改造，挖掘生产潜力，制定改进措施，提高生产效率，提高正品率，削减副产品、杂质和三废排放量，降低投入和消耗，从而提高企业的经济效益。物料衡算的方法步骤：弄清题意和计算的目的要求；绘出物料衡算流程图；写诞生物反应方程式；收集设计基础

28、数据和有关物化常数；确定工艺指标及消耗定额等；选定计算基准；计算；校核与整理计算结果，列出物料衡算表；绘出物料流程图。拟设计年产2000t食品工业用糖化酶（其中含液体糖化酶1000m3(8万U/ml),固体粉末状糖化酶1000t(10万U/g)） 2.1.1 生产实力计算 （1）年产糖化酶总单位 10001068+100010610=1.81010万(U) （2）日产糖化酶总单位 1.81010/150=1.2108万(U) （3）理论发酵清液量 1.2108/2106=60m3 （4）实际发酵清液量 60/85%=70.588m3/d （5）用来制作液体糖化酶的发酵清液量 70.5888/(

29、10+8)=31.37m3/d （6）用来制作固体糖化酶的发酵清液量 70.58810/(10+8)=39.22m3/d （7）发酵原液量 70.588/90%=78.43m3/d 2.1.2 发酵培育基配料计算 依据发酵培育基的配方与接种量可计算动身酵液中各成分的用量。计算过程如下所示。表2.1所示为发酵培育基物料衡算结果。（1）玉米淀粉用量 78.4385%22%=14.67t （2）豆饼粉用量 78.4385%4%=2.67t （3）玉米浆用量 78.4385%1%=0.67t （4）(NH4)2SO4 用量 78.4385%0.4%=0.267t （5）Na2HPO4用量 78.438

30、5%0.1%=0.0667t （6）菌种用量 78.4315%=11.76t 表2.1 发酵培育基物料衡算表 配料名称 含量/% 日投料量/t 玉米淀粉 22 14.67 豆饼粉用量 4 2.67 玉米浆用量 1 0.67 (NH4)2SO4 用量 0.4 0.267 Na2HPO4用量 0.1 0.0667 菌种用量 15 11.76 2.1.3 种子培育基配料的计算 由原始发酵量与接种量可知种子罐也聊为11.76t，依据种子培育基配方可计算出种子罐中各成分的用量。计算过程如下所示。表2.2所示为种子培育基物料衡算结果。（1）麦芽糊精用量 11.764%=0.47t （2）玉米浆用量 11.

31、761%=0.1176t （3）(NH4)2SO4用量 11.760.2%=0.02352t （4）K2HPO4用量 11.760.2%=0.02352t 表2.2 种子培育基物料衡算表 配料名称 含量/% 日投料量/t 麦芽糊精 4 0.47 玉米浆 1 0.1176 (NH4)2SO4 0.2 0.02352 K2HPO4 0.2 0.02352 2.1.4 过滤、产生发酵清液过程的物料衡算 已知发酵清液产量为7.588，可计算出以下物料量。表2.3所示为过滤、产生发酵清液过程物料衡算结果。（1）过滤菌丝后的发酵液量 70.588/(1+2%+3%)=67.226m3/d （2）酸性白土量

32、 67.2262%=1.34t （3）硅藻土量 67.2263%=2.02t （4）过滤除去菌丝及取样等损失量 78.43-70.588=7.842t 表2.3 过滤、产生发酵清液过程物料衡算表 投料量 放料量 物料名称 日投料量 物料名称 日放料量 成熟发酵液 78.43m3 菌丝等滤渣 7.842t 酸性白土 1.34t 发酵清液 70.588m3 硅藻土 2.02t 2.1.5 液体与固体酶制剂过程的物料衡算 2.1.5.1 液体酶制剂中的物料衡算 （1）液体酶制剂量 已知实际发酵清液70.588m3/d中用来制作液体糖化酶的发酵清液为31.37m3/d，设x为液体酶制剂的量，依据酶制剂

33、与发酵清液的酶单位守恒：31.3785%2=x8，得x=6.66m3 （2）蒸发前液量 设蒸发组分为50%，则蒸发前液量为：6.66/50%=13.32m3 （3）滤渣量 31.37-13.32=18.05t （4）超滤过程浓缩率 13.32/31.37=0.42 液体酶制剂制备过程的物料衡算结果如表2.4所示。表2.4 液体酶制剂制备过程的物料衡算表 投料量 放料量 物料名称 日投料量/m3 物料名称 日放料量 发酵清液 31.37 滤渣 18.05t 蒸发组分 6.66m3 液体酶制剂 6.66m3 2.1.5.2 固体酶制剂中的物料衡算 （1）已知实际发酵清液70.588m3/d中用来制

34、作固体糖化酶的发酵清液为39.22m3/d，设y为固体酶制剂的量 依据酶制剂与发酵清液的酶单位守恒：39.2285%2=x10，故y=6.66t （2）添加淀粉量 39.221%=0.392t （3）压滤前的终体积 39.22/65%=60.94m3 （4）乙醇用量 60.94-39.22-0.392=21.33m3 （5）滤液放料量 60.94-6.66=54.28m3 连消、过滤、产生发酵清液过程的物料衡算结果如表2.5所示。表2.5 连消、过滤、产生发酵清液过程的物料衡算表 投料量 放料量 物料名称 日投料量/m3 物料名称 日放料量 发酵清液 39.22 滤液 54.28m3 淀粉量

35、0.392 固体酶制剂 6.66t 乙醇 21.33 2.1.6 总物料衡算 由以上计算的物料衡算结果得到糖化酶发酵车间的总物料衡算表。表2.6 糖化酶发酵车间总物料衡算表 物料名称 生产1t糖化酶（活度20000u/g）物料量 2000t/a糖化酶生产的物料量 每日物料量 固态糖化酶/kg 94.35 1000000 6660 液态糖化酶/L 94.35 1000000 6660 发酵液量/L 1111 11764500 78430 发酵清液量/L 1000 10588200 70588 二级种液/L 166.6 1764000 11760 玉米淀粉/kg 207.82 2200500 14

36、670 豆饼粉/kg 37.68 399000 2660 玉米浆/kg 11.16 118140 787.6 (NH4)2SO4 /kg 4.12 43575 290.5 Na2HPO4/kg 0.85 9000 60 K2HPO4/kg 0.333 3528 23.52 麦芽糊精/kg 6.658 70500 470 酸性白土/kg 18.98 201000 1340 硅藻土/kg 28.617 303000 2020 淀粉/kg 5.55 58800 392 乙醇/L 302.176 3199500 21330 2.2 无菌空气用量的计算 耗氧生物的生存须要氧，黑曲霉为耗氧生物，而不同类型

37、的发酵生产，相宜的溶氧浓度和耗氧速度不一样。溶氧量与反应器类型、通风速率、搅拌条件等有关。对同一类型的发酵反应，由于运用的发酵罐形式不同，耗氧量也不同。此外，还常用无菌压缩空气押送培育基和其他料液，压缩空气消耗量也不一样。故压缩空气消耗量的计算是特别重要的设计任务。2.2.1 单罐发酵无菌空气耗用量 （1）单罐发酵用气量 已知发酵过程中的最大通气量为1VVM，可得到单罐发酵用气量V=11880%160=5664（m3/h） （2）每年发酵罐单罐发酵批次 (80150)/(1005)=24 （3）单罐发酵年用气量 Va=566410524=1473280m3 2.2.2 种子培育等其他无菌空气耗

38、量 二级种子培育是在种子罐中进行的，可以依据接种量、通气速率、培育时间等进行计算。一般无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气耗量的20%。（1）单罐种子用气量：566420%=1132.8（m3/h） （2）单罐种子年用气量：1132.86024=1631232（m3/h） 2.2.3 发酵车间高峰无菌空气消耗量 高峰无菌空气耗量：56645+1132.84=32851.2 （m3/h） 2.2.4 发酵车间无菌空气年耗量 发酵车间无菌空气年耗量：14732805+16312324=77891328m3/a 2.2.5 发酵车间无菌空气单耗 依据设计，实际糖化酶年产量为2000t/a，所以发酵车

39、间无菌空气单耗为： 77891328/2000=38945m3/t 2.2.6 无菌空气总衡算表 由以上衡算结果，可得出2000 t/a糖化酶生产车间无菌空气用量总衡算表。如表2.7所示。表2.7 发酵车间无菌空气用量总衡算表 单罐通气量/(m3/h) 种子培育耗气量/(m3/h) 高峰空气耗量/(m3/h) 年空气耗量/m3 空气单耗/(m3/t糖化酶) 5664 1132.8 32851.2 77891328 38945 3设备选型计算5 进行设备的选型计算之前，首先应当明确设备的选型原则：保证工艺过程实施的平安牢靠；经济上合理，技术上先进；投资省，耗材料少，加工便利，选购简单；运行费用低，水电气消耗少；操作清洗便利，耐用易修理，备品配件供应牢靠，减轻工人劳动强度，实施机械化和自动化便利；结构紧凑，尽量采纳经过实践考验证明的确性能优良的设备；考虑生产波动与设备平衡，留有肯定余量；考虑设备故障与检修的备用。3.1发酵罐 3.1.1 发酵罐的选型 好气发酵罐的探讨从20世纪40年头起先，取得了一系列的成果。各种罐型纷纷出现，大致可分为机械搅拌型、气相连续型、水泵型、气升型四大类。 评价发酵罐技术性能的主要尺度是体积溶氧系数KLa；评价经济性能的依据是溶氧效率g。当然也要从实践性角度考虑，该种发酵罐已实践过的最大容积，放