年產(chǎn)6000噸植酸酶發(fā)酵工廠設(shè)計

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1、山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書山東科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：年產(chǎn)6000噸植酸酶發(fā)酵工廠設(shè)計學(xué)生姓名：李桂鼎學(xué) 號：0901111212專 業(yè)：生物工程班 級：092班指導(dǎo)教師：韓秋霞山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書年產(chǎn)6000噸植酸酶制劑生產(chǎn)工藝段設(shè)計摘要本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)是年產(chǎn)6000噸植酸酶制劑生產(chǎn)工廠設(shè)計。在現(xiàn)代食品工業(yè)中, 酶的應(yīng)用幾乎涉及到食品加工的各個領(lǐng)域。隨著酶制劑日益廣泛的應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)效益顯著。植酸酶是一類催化植酸（肌醇六磷酸酯）及植酸鹽水解成無機(jī)磷和肌醇的酶的總稱。植酸酶不但可以使單胃動物利用有機(jī)磷，還可減少磷的排出，減輕環(huán)境污染，所以植酸酶引起眾多科研工作者的廣泛關(guān)注，植酸

2、酶生產(chǎn)的具體工藝流程，通過物料衡算確定需要-立方米發(fā)酵罐-臺和-立方米種子罐-臺，在此基礎(chǔ)上得出發(fā)酵工段所需要的各種原料量，通過能量衡算確定水、無菌空氣和蒸汽等的消耗量。然后對主要設(shè)備進(jìn)行計算和選型，得出發(fā)酵罐、種子罐及通用設(shè)備、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備等的結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻裝置、傳動裝置，根據(jù)工藝要求確定罐的附屬設(shè)備和輔助設(shè)備以及發(fā)酵過程中的優(yōu)化控制，然后進(jìn)行植酸酶制劑活性測定。最后設(shè)計了發(fā)酵工廠的車間布局，提出了相應(yīng)的公用工程、安全衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)等輔助工藝。根據(jù)計算結(jié)果，設(shè)計了六張圖紙，分別為發(fā)酵罐裝配圖、種子罐裝配圖、工藝管道及儀表流程圖、廠房車間布置圖、物料流程圖和設(shè)備一覽表。關(guān)鍵詞：堿性蛋白酶；發(fā)酵；

3、工藝設(shè)計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 signific

4、ant 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

5、 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. Determ

6、ined 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 r

7、equirements 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 e

8、nvironmental 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.Key

9、words: alkaline protease; fermentation; process design第一章 總論1.1設(shè)計依據(jù)：山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計書。1.2指導(dǎo)思想： 生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化裝置是由若干個單元設(shè)備以系統(tǒng)的、合理的方式組織起來的整體。過程設(shè)計依據(jù)生物工藝條件，選擇合理的原料，確定最經(jīng)濟(jì)和安全的途徑，使之生產(chǎn)出符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的生物產(chǎn)品。1.3設(shè)計要求： （1）生物產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量指標(biāo)。 （2）必須進(jìn)行工藝流程化和參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)地使用資金、原材料公共設(shè)備和人員。 （3）必須充分考慮各種明顯的和潛在的危險，保證生產(chǎn)人員的健康和安全，如生物反應(yīng)器的壓力容器，

10、易燃易爆揮發(fā)性溶劑的管理以及微生物的擴(kuò)散等。 (4）符合國家和地方的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，按照工業(yè)生態(tài)學(xué)減少原料和能量的使用，物料的多層多級綜合利用使用和廢棄物資源化循環(huán)利用的“3R”原則，達(dá)到清潔生產(chǎn)。 (5）保證整套系統(tǒng)不僅可以正常操作，而且也能滿足開停車等非常規(guī)操作。 (6) 保證系統(tǒng)能夠適應(yīng)和抑制外部擾動的影響，達(dá)到整套系統(tǒng)的可控性。1.4設(shè)計范圍： 本設(shè)計主要針對植酸酶制劑生產(chǎn)工廠設(shè)計，主要包括：發(fā)酵罐設(shè)計、種子罐設(shè)計、補(bǔ)料罐設(shè)計、空氣過濾器以及氨水儲罐設(shè)計。設(shè)計過程中，要進(jìn)行必要的物料衡算和能量衡算。通過衡算的結(jié)果對主要設(shè)備進(jìn)行選型，研究各個因素對發(fā)酵產(chǎn)量的影響，以及發(fā)酵生產(chǎn)中節(jié)能減排高產(chǎn)

11、的實現(xiàn)。1.5設(shè)計目標(biāo)：合理的車間產(chǎn)房布局，獲得能源，產(chǎn)量和環(huán)保均為最優(yōu)的堿性蛋白酶生產(chǎn)車間設(shè)計。要求根據(jù)選定的堿性蛋白酶發(fā)酵工藝，得出物料衡算和能量衡算的結(jié)果。由結(jié)果設(shè)計六張圖紙，分別為：種子罐裝配圖，發(fā)酵罐裝配圖，工藝管道及儀表流程圖，廠房車間布置圖，物料流程圖，設(shè)備一覽表以及人員配備。第二章 產(chǎn)品介紹2.1 植酸酶制劑概述植酸酶作為一種由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的酶制劑，經(jīng)深層發(fā)酵、提取及精制而成的一種酶制劑，是一類催化植 酸（肌醇六磷酸酯）及植酸鹽水解成無機(jī)磷和肌醇的酶的總稱。生產(chǎn)工藝是采用微濾超濾膜分離、噴霧干燥或真空冷凍干燥等先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于飼料，可以提高飼料中植酸磷的利用率，減少磷的排

12、放量，降 低環(huán)境中磷的污 染，并能解除植酸抗?fàn)I養(yǎng)作用，從而提高飼料消化利用率。如果植 酸 磷能夠被充分利用，則日糧中的磷含量已基本可滿足畜禽營養(yǎng)需要，可較少甚至不用再額外添加無機(jī)磷。2.2 植酸酶的性質(zhì)植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酶的一種特殊類型。植酸酶廣泛分布于自然界，存 在于微生物、植物和動物的組織中；1植酸酶在這些有機(jī)體中的作用不同，植物 中的植酸 酶在發(fā)芽過程中被誘導(dǎo)，為生長的幼苗提供磷和肌醇，后者是重要的生長因子；2微生物 中的植酸酶在有機(jī)體磷饑餓時被誘導(dǎo)表達(dá)，促使周圍植物來源的植酸釋放磷供給有機(jī)體利用。2.3 植酸酶酶的使用條件 底物濃度1025%，溫度5060（4060），pH

13、值911（710），反應(yīng)時間36小時（根據(jù)要求可長可短），添加酶0.030.06%（以水解溶液重量計）。2.4 植酸酶酶的保存5保藏，保質(zhì)期一年；25儲存，酶活保存期至少3個月以上。2.5 植酸酶在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用 由于反芻動物瘤胃內(nèi)微生物能合成包括植酸酶在內(nèi)的多種消化酶，所以植酸酶多數(shù)情況下在非反芻動物飼料中使用。1、在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用 由于單胃動物自身不能分泌分解植酸鹽的植酸酶，故其不能利用植酸鹽中的 磷，在飼糧中添加植酸酶可以有效地分解飼料中的植酸，釋放無機(jī)磷，提高飼料 中植酸磷的利用率。 在加成年公雞日糧中添加植酸酶， 結(jié)果顯示， 與對照組相比， 磷真消化率分別提高 3.03%、0.1

14、2%、16.90%、37.71%和 28.14%（P0.05） ，蛋 白質(zhì)表觀消化率提高 0.24%4.00%；賴氨酸表觀消化率提高 1.01%4.82%，且磷 真消化率、表觀代謝能、蛋白質(zhì)和賴氨酸表觀消化率分別與日糧的植酸含量呈負(fù) 線性關(guān)系。 在 30 周齡海蘭白蛋雞日糧中添加不同水平的植酸酶及磷酸氫鈣，結(jié)果表明， 同時添加植酸酶和磷酸氫鈣的試驗組比對照組產(chǎn)蛋率、蛋重、蛋殼強(qiáng)度及飼料轉(zhuǎn) 化率均有提高，且試驗組產(chǎn)蛋率與對照組相比差異顯著（P0.05） 。 在肉鴨基礎(chǔ)日糧（玉米-豆粕型）中添加植酸酶 400 U?kg-1，結(jié)果表明，添加 植酸酶可改善鴨生長性能，提高脛骨中灰分、鈣磷的沉積，提高鈣

15、、總磷和植酸 磷的利用率，并減少糞磷的排出，同時使血鈣、血磷濃度和堿性磷酸酶的活性維 持在正常水平。6 在低有效磷日糧中添加不同水平的植酸酶對肉鴨脛骨、血清、肝臟、排泄物 中礦物元素的沉積和利用的影響， 指出低有效磷日糧中添加植酸酶可以提高肉鴨 對植酸磷、 總磷、 鈣的利用率， 減少排泄物中植酸磷、 總磷和鈣的含量 （P0.05） ， 提高了 提高肉鴨脛骨中灰分、灰分中鈣、磷及血清中無機(jī)磷的含量（P0.05） 肉鴨對錳、鋅的利用率，降低銅、鐵的利用率（P0.05） ，且植酸酶促進(jìn)了肉鴨 肝臟中錳、鋅的沉積，降低了銅、鐵在肝臟中的沉積（P0.05） ，添加植酸酶組能顯提高飼料磷表觀消化率（P313.70m，滿足設(shè)計要求。依據(jù)蛇管與攪拌器最小間距為250mm進(jìn)行校核：取管間距為0.09m，豎式蛇管與罐壁的距離取0.15m，則，符合設(shè)計要求在滿足各種指標(biāo)的前提下，排兩組蛇管所占長度、蛇管與兩邊罐的距離、兩面蛇管與攪拌器的距離及攪拌器葉徑之和小于罐徑，故蛇管可放入，不會產(chǎn)生碰撞，不會對其他部分產(chǎn)生影響。冷卻管的實際傳熱面積：，滿足設(shè)計要求。