1、18 万 t/a -淀粉酶生产车间的设计摘 要：本设计为年产 80,000t -淀粉酶的工厂设计，其通过枯草杆菌液体深层发酵、沉淀法提取达到分离纯化出菌体中 -淀粉酶的目的。本设计分别对 -淀粉酶的性质、用途、工艺流程及生产原理都做了相关的阐述，并对有关的物料和热量也作了相应的衡算，以及对标准设备的选型和计算，还对工艺指标、安全问题和环境保护都做了详细的阐述。通过设计得出结论：年产 8 万吨 -淀粉酶发酵工厂，共有18 个 500m3发酵罐，每月均放罐 180 罐，发酵周期为 72 小时，总提取率为 82%，理论 -淀粉酶产量为27.8 吨/罐，实际 -淀粉酶产量为 31.03 吨/罐。每月应
2、投入生产总成本为 3993 万元，根据目前市场价格，年利润为 6195.1 万元。关键词：-淀粉酶；工厂设计；效益分析；发酵；发酵罐Plant Design of Sixty thousand t/a -AmylaseAbstract:This project is designed by a factory which produces 60,000t -Amylase a year.It achieves the aim of filtration and purification of the -Amylase by using the deep ferment of hay bacil
3、lus and settling method.The design not only respectively illustrate the quality,use,technological process and production principle but also make a materials and heat balance,the type selection and calculation of the standard equipment,further more,illustrate the technic index,the problem of security
4、 and the environmental protection detailedly.conclusion made through the design:fermentation factory of 60,000t -Amylase a year,it contains 35 fermentor of 500m3,The monthly discharge of liquid enzyme is 175 fermentors,The fermentation time is 120 hours,The recovery of liquid enzyme is 80%,The theor
5、etic output is 27.8t per fermentor, while the virtual output is 31.03t per fermentor.It should monthly take the total product cost as 39.93 million yuan,the annual return is 61.951 million yuan, according to the current market price.Keywords:-Amylase; Plant design; Profit analysis; Ferment; Fermento
6、r1 前言毕业设计是普通高校本科教育的最后一个环节，也是最重要的一个环节，是理论知识和实际应用相结合的重要措施。本设计为年产 60,000t -淀粉酶的工厂设计，其通过枯草杆菌液体深层发酵、沉淀法提取达到分离纯化出菌体中 -淀粉酶的目的。所有的生物体在一定的条件下都能产生多种多样的酶。因此，人们可以采用适宜的菌种，在人工控制条件的生物反应器中生产各种所需的酶。酶的生产方法主要有提取分离法、生物合成法和化学合成法2等。生物合成法是在人工控制条件的生物反应器中，通过微生物细胞的生命活动合成所需的酶的方法，是当今应用最广泛的方法。淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶类的统称，广泛存在于动植物和微生物中。淀粉酶
7、(amylase)一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等，根据作用方式可分为 -淀粉酶与 -淀粉酶。-淀粉酶(-amylase) 又称为液化型淀粉酶，它作用于淀粉时，随机地从淀粉分子内部切开 -1，4 糖苷键，使淀粉水解生成糊精和一些还原糖，所生成的产物均为 -型，故称为 -淀粉酶。-淀粉酶广泛分布于动物（唾液、胰脏等）、植物（麦芽、山萮菜）及微生物。此酶既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地切断 -1，4 链。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失。最终产物在分解直链淀粉时以麦芽糖为主，此外，还有麦芽三糖及少量葡萄糖。另一方面在分解支链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖外，还生成
8、分支部分具有 -1，6 键的 -极限糊精。一般分解限度以葡萄糖为准是 35-50，但在细菌的淀粉酶中，亦有呈现高达 70分解限度的（最终游离出葡萄糖）。淀粉酶最早实现了工业生产并且迄今为止是用途最广、产量最大的一个酶制剂品种。特别是六十年代以来，由于酶法生产葡萄糖，以及用葡萄糖生产异构糖浆的大规模工业化，淀粉酶的需要量越来越大，几乎占整个酶制剂总产量的 50%以上。在淀粉类食品的加工中 a-淀粉酶得到了广泛的应用，现在国内外葡萄糖的生产绝大多数是采用淀粉酶水解的方法。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经 a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。淀粉酶也在生活中广泛应用，用于餐厅洗碗机的洗涤
9、剂，去除难溶的淀粉残迹等。此外还广泛应用于纺织品的褪浆，其中细菌淀粉酶能忍受 100110的高温操作条件。由于 -淀粉酶应用广泛，产量日益增加，本设计主要是进行年产 60,000t -淀粉酶的工厂设计。本设计分别对 -淀粉酶的性质、应用、工艺流程及生产原理都做了相关的阐述，并对有关的物料和热量也作了相应的衡算，以及对标准设备的选型和计算，还对工艺指标、安全问题、环境保护及经济效益都做了详细的阐述。本设计以理论设计为依据，以实际生产为参考，在设计过程中综合了相关领域人员的意见，筛选出最佳设计方案，力求接近实际，切合实际。由于本次毕业设计的复杂性，加上本人水平所限，不当之处，诚请导师批评指正。2
10、绪论2.1 淀粉酶的发展历程淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶类的统称，广泛存在于动植物和微生物中。它最早实现了工业生产并且迄今为止是用途最广、产量最大的一个酶制剂品种。特别是六十年代以来，由于酶法生产葡萄糖，以及用葡萄糖生产异构糖浆的大规模工业化，淀粉酶的需要量越来越大，几乎占整个酶制剂总产量的 50%以上。早在数千年前，人类就已利用淀粉酶的作用，从事酿酒、制饴糖等。诗经上记载：“若作酒醴，尔惟曲蘖。 ”曲是长霉的谷子，蘖是发芽的谷粒，二者都含有淀粉酶。就是说酿酒和甜酒，得用曲子和谷芽才能发酵。埃及人在公元前六千年即已用麦芽酿造啤酒。但是将酶提取出来使用，是十九世纪才开始的。1833 年佩恩（Pay
11、en）和帕索兹（Persoz）从麦芽的水抽提物中用乙醇沉淀得到一种可使淀粉水解生成可溶性糖的物质，称之为淀粉酶(diastase)，并指出了它的热不稳定性，初步触及了酶的一些本质问题 1。1896 年日本人高峰让吉用麸皮培养米曲霉，用水提取再以酒精沉淀，得到淀粉酶为消化剂。此后，运用广泛的学识在美国成立高峰制药厂(Takamine Laboratory)，从事微生物酶的生产与研究。1920 年前后，法国人 Boidin 和 Effront 等又先后发现枯草杆菌可以分泌耐热而且活性更强的 -淀粉酶，于 1926 年在德国设厂生产，为微生物酶的工业生产奠定了基础。淀粉酶的作用方式是在五十年代阐明了
12、淀粉的分子结构以后才逐渐搞清的。淀粉是由葡萄糖通过 -1，4 糖苷键构成的直链淀粉和 -1，6 位有分支的支链淀粉组成的。粮食淀粉中，直链淀粉约占 20-30%，而糯性谷物的淀粉，几乎全部为支链淀粉。豆类（豌豆等）淀粉则大部分为直链淀粉。直链淀粉约含 100-6，000 个葡萄糖单位，支链淀粉平均含 6，000 个以上的葡萄糖单位，最高可达300 万。1970 年 Gunja-Smith 提出的支链淀粉的树枝状结构模式，它是由 A、B、C 三种链所构成。A 是3外链，通过 -1，6 键同 B 链相接，B 链又经 -1，6 键同 C 链相连接，C 链是主链，它的一端为非还原性末端，A 链、B 链
13、均无还原性末端，因此支链淀粉的还原力甚小。按照水解淀粉方式的不同，主要的淀粉酶可分为四大类：（1）-淀粉酶：它以糖原或淀粉为底物，从分子内部切开 -1，4 糖苷键而使底物水解；（2）-淀粉酶：从底物非还原性末端顺次水解每相隔一个的 -1，4 糖苷键，切下的是麦芽糖单位；（3）葡萄糖淀粉酶：从底物非还原性末端顺次水解 -1，4 糖苷键和分支的 -1，6 键，生成葡萄糖；（4）解支酶或异淀粉酶：只水解糖原或支链淀粉分枝点 -1，6糖苷键，切下整个侧枝。此外，还有一些与工业有关的淀粉酶是环式糊精生成酶（这种酶使 6 或 7 个葡萄糖构成环式糊精） ，G4、G 6 生成酶（这类酶从淀粉非还原性末端切下
14、 4 或 6 个葡萄糖分子构成的寡糖） ，还有 -葡萄糖苷酶（-glucosy idase）可将游离葡萄糖转移至其他葡萄糖基的 -1，6 位上，生成种种含 -1，6 键的寡糖，如潘糖与麦芽糖等。其中 -葡萄糖苷酶（-glucosy idase）又称葡萄糖转移酶（-glucosy transferase）,以前曾叫麦芽糖酶（malfase） 。工业生产的微生物淀粉酶制剂类型见表 2.1。表 2.1 各种微生物所产生淀粉酶的类型菌 种 淀粉酶类型 切开之键 主要生成物枯草杆菌(Bacillus subtilis) -、糖化型 -1，4 G1，G 2，G 3，D淀粉液化芽孢杆菌(B.amyloliq
15、efaciens)-、液化型 -1，4 G1，G 2，D巨大芽孢杆菌(B.megaterium) - -1，4 G2，DPseudomonas stutzeri - -1，4 G4，D-1，4 G6，D产气气杆菌(Aerobacter aerogens) 异淀粉酶 -1，6 直链糊精细 菌软化芽孢杆菌(B.mecerans) 环状 -1，4 CD德氏根霉(Rhizopus delemar)糖化，- -1，4-1，6 G1霉 菌 黑曲霉(Aspergillus niger)糖化，-葡萄糖苷酶-1，4-1，6 G1，寡糖- -1，4 G1，寡糖糖化 - -1，4-1，6 G1，寡糖酵 母拟内孢霉(
16、Endomy copsis fibuliger)卵孢霉 - -1，4 G2，寡糖注：G 1，G 2 表示葡萄糖聚合度；D 表示糊精；CD 表示环式糊精。2.2 -淀粉酶的性质-1，4 葡聚糖-4- 葡聚糖水解酶（-1，4-glucan-4-glucanohydrolase)4-淀粉酶作用于淀粉时，可从分子内部切开 -1，4 键而生成糊精和还原糖。产物的末端葡萄糖残基C1 碳原子为 -构型，故称 -淀粉酶。至今已有不少微生物的 -淀粉酶被高度纯化。我国对 -淀粉酶的生产与应用做过不少研究。例如枯草杆菌 BF7658-淀粉酶，广泛应用于食品、酿造、制药、纺织以至石油开采等许多方面。此外，也少量生产
17、用作消化剂的米曲霉他卡淀粉酶 2。几种来源不同的 -淀粉酶的性质见表 2.2。2.2.1 pH 对酶活性的影响 一般 -淀粉酶在 pH5.5-8 稳定,pH4 以下易失活，酶活性的最适 pH5-6。哺乳动物的 -淀粉酶能被氯离子激活，在氯离子存在下最适 pH7.0。高等植物的 -淀粉酶在 pH3.6 失活，但在霉菌中，黑曲霉 -淀粉酶耐酸性较强。黑曲霉 NRRL330-淀粉酶的最适 PH 为 4.0。在 pH2.5，40处理 30 分钟尚不失活。然而在 pH7.0 时，55处理 15 分钟，活性几乎全部丧失。黑曲霉生产的 -淀粉酶主要是耐酸性的，而米曲霉则相反，其 -淀粉酶经过 pH7， 55
18、处理 15 分钟，几乎无损失，而在 pH2.5处理则完全失活。曲霉的 -淀粉酶可分为耐酸性和非耐酸性二种，黑曲霉生产的 -淀粉酶主要是耐酸性的，而米曲霉所生产的 -淀粉酶以非耐酸性的为主 3。表 2.2 各种 -淀粉酶的性质酶来源淀粉分解限度%主要水解产物碘反应消失点分解限度%麦芽糖分解力酚基麦芽糖分解作用耐热性 （15分钟处理）PH 稳定性（30 24hr）适宜PHCa+的保护作用淀粉之吸附性枯草杆菌（液化型）35糊精、麦芽糖（30%） ，葡萄糖（6%）13 - - 65-80 4.8-10.6 5.4-6.0 + +枯草杆菌（糖化型）70葡萄糖41%，麦芽糖58%，麦芽三糖，糊精25 +
19、+ 55-70 4.0-9.0 4.8-5.2 - -枯草杆菌（耐热型）35糊精，麦芽糖，葡萄糖13 - - 75-90 5.0 4.9-5.2 + +米曲霉 48 麦芽糖（50%） 16 - + 55-70 4.7-9.5 4.9-5.2 + -黑曲霉 48 麦芽糖（50%） 16 - + 55-70 4.7-9.5 4.9-5.2 + -黑曲霉（耐酸性）48 麦芽糖（50%） 16 - + 55-70 1.8-6.5 4.0 + -根霉 48 麦芽糖 16 - + 50-60 5.4-7.0 3.6 - -5（50%）拟内孢霉 96葡萄糖（96%） 50 + + 35-50 6.0-7.5
20、 5.4 + +卵孢霉 37 糊精、麦 芽糖 14 - - 50-70 6.0-10.3 5.6 + +胰脏（人） 40 麦芽糖 14 - - 50-70 4.8-11 6.9 + +唾液（人） 40 麦芽糖 14 - - 50-70 4.8-11 6.9 + +麦芽 40 麦芽糖 13 - - 50-70 4.8-8.0 5.3 + +绿豆芽 70 葡萄糖、 麦芽糖 20 - - 50-70 5.0-8.3 5.4 + +注：除唾液、胰脏 -淀粉酶受 Cl-激活外，其余都不需 Cl-活化。DE 值又称葡萄糖值，系指总糖中含葡萄糖的百分率。耐酸性 -淀粉酶在 pH2.0 仍保留原始活性 80%
21、以上，但在中性和碱性下极不稳定。例如黑曲霉NRRL337-淀粉酶的耐酸性部分的最适 pH 为 4.0，在 pH2.5-6.5 稳定，非耐酸性部分的最适 pH6.5，在pH5.5-9.5 稳定。枯草杆菌 -淀粉酶作用的最适 pH 范围为 5-7。嗜碱细菌中存在着最适 pH 为 4.0 至 11.0 的 -淀粉酶。嗜碱性芽孢杆菌 NRRLB3881 最适 pH9.2-10.5，嗜碱性假单孢杆菌 -淀粉酶最适 pH 为 10。2.2.2 温度对酶活性的影响 纯化的 -淀粉酶在 50以上容易失活，但在有大量钙离子存在下，酶的热稳定性增加。芽孢杆菌的 -淀粉酶耐热性较强。枯草杆菌 -淀粉酶，在 65稳定
22、。嗜热脂肪芽孢杆菌（B.stearother mophilus)和凝结芽孢杆菌 (B.coagulans)的 -淀粉酶的热稳定性更强，前者经 85处理 20 分钟，尚残存酶活 70%；后者在 Ca2+存在下，90时的半衰期长达 90 分钟。有的嗜热芽孢杆菌的 -淀粉酶在 110仍能液化淀粉。地衣形芽孢杆菌（B.licheniformis)的 -淀粉酶其热稳定性不依赖 Ca2+，可在EDTA 存在下测定酶活性，以区别于非耐热性 -淀粉酶。霉菌 -淀粉酶的耐热性较低，黑曲霉耐酸性 -淀粉酶的耐热性比其非耐酸性 -淀粉酶为高，在 pH4，55 加热 24 小时也不失活。然而拟内孢霉 -淀粉酶在 40
23、以下也很不稳定。经过对各种 -淀粉酶粗制剂的水溶液作加热处理，每分钟升温 1.5，直至 80，发现各种酶的残留活性是：真菌来源的为 1%；谷物来源的为 25%；细菌来源的为 92%。-淀粉酶的耐热性还受底物的影响，在高浓度的淀粉浆中，最适温度原为 70的枯草杆菌 -淀粉酶，以 85-90时的活性最高。2.2.3 淀粉的吸附性与酚基 -麦芽糖苷的水解力 枯草杆菌 -淀粉酶（液化型）能被淀粉所吸附。霉菌 -淀粉酶不能被淀粉所吸附，然而可切开酚基麦芽糖苷，而枯草杆菌液化型 -淀粉酶则不能，据此可以区别二者。2.2.4 钙离子与 -淀粉酶活性的关系 -淀粉酶是一种金属酶，每分子酶含一克原子 Ca2+。
24、Ca2+使酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性与稳定性。嗜热脂肪芽孢杆菌与枯草杆菌 -淀粉酶在热稳定性上之所以不同，是由于高温对 Ca2+的亲和力不同。钙和酶的结合牢固，依次是霉菌细菌哺乳动物植物。Ca 2+对麦芽糖 -淀粉酶的保护作用最明显。枯草杆菌糖化型 -淀粉酶（BSA）同 Ca2+的结合比液化型 -淀粉酶（BLA）更紧密。向 BSA 添加 Ca2+对活性几乎不发生影响。单用 EDTA 处理也不能引起失活，只有在低 pH（pH3.0）下用 EDTA 处理才能去除 Ca2+，但若添加与 EDTA 当量的，并将 pH 恢复至中性，则仍然可恢复它的活性。6除 Ca2+外，其他二价碱土金属
25、 Sr2+、Ba 2+ 、Mg 2+等均无 Ca2+的 -淀粉酶恢复活性的能力。枯草杆菌液化型 -淀粉酶（BLA）的耐热性因 Na+、Cl -和底物淀粉的存在而提高。NaCl 与 Ca2+共存时对提高 -淀粉酶的耐热性的作用尤为显著。添加 Ca2+有助于增加酶的热稳定性，但实际上淀粉中所含微量 Ca2+已足够酶的充分活化所需。2.3 -淀粉酶的应用-淀粉酶是催化淀粉水解生成糊精的一种淀粉水解酶，在食品、轻工和医药领域都有重要应用价值。在疾病治疗方面，-淀粉酶可以治疗消化不良、食欲不振。当人体消化系统缺少淀粉酶或在短时内进食过量淀粉类食物时，往往引起消化不良、食欲不振的症状，服用含有淀粉酶的制剂
26、，就可以达到帮助消化的效果。常用的有 -淀粉酶、麦芽淀粉酶、胰淀粉酶、米曲霉淀粉酶（高峰淀粉酶）等，通常淀粉酶与蛋白酶、脂肪酶组成复合制剂使用。通常淀粉酶或复合制剂都是制成片剂，以口服方式给药。2.4 -淀粉酶的氨基酸组成-淀粉酶是由 511 个氨基酸组成的单个多肽链。机体中胰腺含量最多，由腺泡细胞合成后通过胰管分泌入小肠，唾液腺也可分泌大量淀粉酶入口腔开始消化多糖化合物，此外还可见于卵巢、肺、睾丸、横纹肌和脂肪组织中。唾液、猪胰、米曲霉（1954） 、枯草杆菌（1956、1959） 、嗜热芽孢杆菌（1961）以及黑曲霉（1969） 、谷芽（1967）的 -淀粉酶的氨基酸组成不同（见表 2.3
27、） 。其中天冬氨酸和谷氨酸含量较多，含硫氨基酸含量特别低。枯草杆菌液化型 -淀粉酶缺乏胱氨酸与半胱氨酸，因此它不含-SH 键与二硫键。酶蛋白的肽链是靠氢键、疏水键与其他键折叠成为紧密的结构。-淀粉酶的分子量约 50，000 左右。枯草杆菌液化型 -淀粉酶结晶的分子量为 96，900，用葡聚糖凝胶过滤，可得到分子量约为 50，000 和约为 100，000 的两个成分。分子量 50，000 的成分是 -淀粉酶的单聚体，在有锌存在下，二个单体交连而成含一原子锌的二聚体，EDTA 可使二聚体解离为单体。嗜热脂肪芽孢杆菌 -淀粉酶的某些菌株，它的 -淀粉酶分子量只有 15，000，但另一些菌株的分子量
28、也有50，000 左右。嗜热脂肪芽孢杆菌所产 -淀粉酶，用 DEAE 纤维素可分成两个分子量稍有不同的同工酶，-淀粉酶分子量为 46，000，-淀粉酶为 43，000。枯草杆菌与脂肪嗜热芽孢杆菌 -淀粉酶之间结构相似。霉菌 -淀粉酶的一个特征是含有碳水化物。米曲霉他卡淀粉酶中含 3%糖类，主要是甘露糖、葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖，其分子比是 1：1：2：1.6：0.8：0.5，N-乙酰氨基葡萄糖与酶蛋白中的天冬酰胺相结合。由于糖类残基的不同使 -淀粉酶具有不同的性状。动物 -淀粉酶中也含糖，糖对酶的稳定性是有影响的。组氨酸及氨基是 -淀粉酶表现其活性所必需的。枯草杆菌糖
29、化型 -淀粉酶只含一个半胱氨酸，其 SH 基以掩蔽状态存在。天然的酶不受 PCMB（对氯汞苯甲酸）的抑制，米曲霉 -淀粉酶中含几个胱氨酸分子，尚有一个掩蔽的半胱氨酸残基。酶蛋白中缺乏暴露 SH 基或二硫键，也许这是一些 -淀粉酶耐热、耐碱性的原因。酪氨酸对米曲霉与枯草杆菌的 -淀粉酶活性甚为重要，它的酚基中的 OH 与酶稳定性有关 4。表 2.3 几种 -淀粉酶的氨基酸组成（每 100 克蛋白质中克数）枯草杆菌 脂肪嗜热芽孢 杆菌 米曲霉 黑曲霉 麦芽 唾液 猪胰氨基酸液化型 MW 糖化型 MW MW MW 耐酸 非耐酸 MW MW MW 748875 41000 15600 51500 性
30、性 4800 50000 45000天冬氨酸 15.09 19.15 9.30 16.53 13.4 15.3 15.7 19.3 14.5苏氨酸 6.36 6.12 6.20 10.86 6.8 8.2 4.2 4.5 3.9丝氨酸 6.24 8.57 4.24 6.48 5.6 6.8 3.4 7.8 4.1谷氨酸 13.46 11.64 20.36 6.95 7.6 8.1 9.9 9.6 10.5脯氨酸 4.14 2.58 16.27 4.18 3.2 4.8 4.5 3.6 3.6甘氨酸 5.64 4.90 4.24 6.59 4.8 5.5 7.0 6.82 6.7丙氨酸 6.02
31、 6.21 4.77 6.80 4.7 6.0 6.6 4.43 6.9缬氨酸 5.55 4.65 8.53 6.69 5.6 5.7 5.4 6.89 7.8蛋氨酸 1.26 1.96 2.66 2.20 1.9 2.4 1.4 2.4 2.1异亮氨酸 3.97 6.12 6.05 5.20 5.5 6.0 6.7 5.80亮氨酸 6.42 6.18 7.22 8.30 7.9 7.5 7.9 5.7711.5酪氨酸 8.31 6.37 2.96 9.55 9.7 10.1 6.0 5.51 5.3苯丙氨酸 5.85 4.39 6.40 4.25 3.5 4.1 6.2 7.20 10.1组
32、氨酸 3.80 3.19 4.33 2.02 1.7 2.0 5.0 3.24 3.9赖氨酸 7.30 4.63 5.22 5.94 2.2 5.1 5.2 6.33 4.9精氨酸 6.78 5.64 3.36 2.72 3.1 3.4 5.8 8.75 5.8色氨酸 6.19 4.76 / 3.97 3.9 3.9 / 7.2 6.7胱氨酸 0 0.34 3.42 1.6 1.0 0.7 0.4 4.4 2.3注：MW 为分子量3 工艺流程设计原则、范围和依据3.1 概述工艺流程设计和车间布置设计是工艺设计的两个主要内容，是决定工厂的工艺计算、车间组成、生产设备及其布置的关键步骤。生产工艺流
33、程设计的主要任务包括两个方面：其一是确定由原料到成品的各个生产过程及顺序，即说明生产过程中物料和能量发生的变化及流向，应用了哪些生物反应或化工过程及设备。其二是绘制工艺流程图。在发酵生产过程中，原料往往不是直接变成产品，而是通过一系列的半成品或中间产品再变成成品，同时还有副产品和废液、废渣等生成， “三废”必须严格治理。因为工艺流程设计最关键的是设计，与其他专业设计息息相关，所以需要由浅入深，分阶段进行。同时必须经过反复推敲，精心安排和计算，不断修改和完善，才能完成设计任务。生产工艺流程的设计往往经历三个阶段，即：生产工艺流程示意图生产工艺流程草图生产工艺流程图。具体地说，生产方法和生产规模确
34、定后就可以开展设计生产工艺流程示意图。工艺流程示意图作出后，就可以进行物料衡算和能量衡算以及部分设备计算和选型。待设备设计全部完成后，再修改、充实工艺流程草图，根据流程草图和设备设计进行车间布置设计。根据车间布置图再来修改工艺流程草图，最后得出生产工艺流程图。当然上面介绍的示意图草图流程图的设计程序并非一成不变，还需要根据设计项目的难度、技术的成熟程度、设计人员水平及实践经验等多方面因素决定 5。83.2 工艺流程的设计原则进行工艺流程设计，必须考虑以下几项原则： 保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量需求。 尽量采用成熟的、先进的技术和设备。努力提高原料利用率，提高劳动生
35、产率，降低水、电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能迅速投产，在短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。 尽量减少三废的排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。 确保安全生产，以保证人身和设备的安全。 生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产和高产。3.3 工艺流程的设计范围6 万 t/a -淀粉酶工厂生产车间。3.4 工艺流程的设计依据 设计任务书（可行性研究报告） ； 项目工程师或项目总负责人下达的设计工作提纲和总工程师作出的技术决定； 若引进新原料品种，新技术和新设备时，必须在技术上有切实把握并且依据了正式
36、的试验研究报告和设计鉴定书，经设计院领导核准后方可作为设计依据 6。4 车间布置设计4.1 车间布置设计的目的和重要性车间布置设计的目的是对厂房的配置和设备的排列作出合理的安排，并决定车间、工段的长度、宽度、高度和建筑构型式，以及各车间之间与工段之间的相互联系。车间布置设计是工艺设计中的重要组成部分，它关系着整个车间的命运。即使有了先进的生产工艺流程及正确的设备选型和设计，而没有合理的车间布置相配合，生产也难以正常、顺利地进行，将会影响整个生产管理。诸如：对设备的操作和维修带来的困难；造成人流、货流的紊乱；使车间动力介质造成不正当的损失；增加输送物料的能耗；增加建筑和安装费用；对于发酵工厂，还
37、容易引起成品、半成品的污染损失等。它的牵涉面大，影响到整个车间甚至于几个车间。因此，车间布置设计是一项涉及面广，复杂而细致、重要的设计内容。它不仅要求工艺设计人员要了解生产操作、设备维修和具有一定的安装知识，而且要具备一定的土建、电力、自控仪表、安全、卫生等其他专业的基本知识。在布置时要做到深思熟虑、仔细推敲，提出不同方案进行比较，以取得一个最佳方案。车间布置设计是以工艺为主导，并在其他专业，如总图、土建、设备、安装、电力、暖风、外管等密切配合下完成的。因此在进行车间布置设计时，要集中各个方面的意见，最后由工艺人员汇总完成 7。4.2 车间布置设计的依据车间布置设计必须在充分调查的基础上，掌握
38、必要的资料作为设计的依据或供参考。这些资料包括：（1）生产工艺流程图。（2）物料衡算数据及物料性质，包括原料、半成品、成品、副产品的数量及性质；三废的数量及处理方法。（3）设备资料，包括设备外形尺寸、重量、支撑形式、保温情况及其操作条件，设备一览表等。（4）公用系统耗用量，供排水、供电、供热、冷冻、压缩空气、外管资料等。（5）土建资料和劳动安全、防火、防爆资料。（6）车间组织及定员资料。（7）厂区总平面布置，包括本车间与其他生产车间、辅助车间、生活设施的相互联系，厂内人流物9流的情况与数量。（8）有关布置方面的一些规范资料。4.3 发酵工厂主要车间组成根据 -淀粉酶生产的工艺要求，结合实际生产
39、情况，需要以下建筑或构建物。（1）发酵车间发酵车间是枯草杆菌的发酵场地和 -淀粉酶的生产区。原料经杀毒灭菌等初步加工以后，配制成培养基，为优良菌种提供营养和能量，菌种经种子罐，发酵罐，产出 -淀粉酶，过滤，沉淀，干燥，最终得成品。发酵产酶是生产最重要的环节，占地面积 13255.2m2。（2）提炼车间紧邻发酵车间，对 -淀粉酶进行精加工、提纯。占地面积 5342.4m2。（3）原料仓库建于发酵车间内，储存各种原、辅材料，并提供必要的储存条件。收购的原料如不能及时进行加工生产，就放置于此，且可保证生产持续进行，面积 1221.4m2。根据实际生产情况和原料销售市场的情况，决定原、辅材料购进量的多
40、寡，这样可以随材料市场价格和生产需要，随时调整储量，节约了原料费用和运输成本，节省开支。（4）种子扩大培养区位于发酵车间内，便于管道输送。为枯草杆菌的大量繁殖提供条件，有利于下一步发酵的良好进行，面积 1309.0m2。（5）动力设施围绕生产车间，包括锅炉房、空压站、蓄水池、动力室、变配电室等，为生产车间的发酵生产提供蒸汽、压力、水、电力等，通过管路，线路等直通车间，总占地面积 3662m2。（6）包装车间紧邻提炼车间，设有包装材料库、成品仓库、检验室等，包装完毕后直接入库。面积约 3915.3m2。（7）化验室位于生产办公区内的第二、三层，用于进行原料和产品的质量检验，总面积 709.3m2
41、。（8）更衣室、卫生间位于进入各个车间的必经之地，分左右男女更衣室，不同工段的工人可以分别从不同更衣室进入不同的车间，避免交叉污染，更衣室、卫生间总面积依各车间实际情况而定。（9）机修车间紧邻生产区，用于对现有的生产设备维修及定期维护，占地面积 1047.9m2。（10）污水站建于厂区西北角，用于对工业污水及生活污水的集中净化处理，占地面积 1067.5m2。 4.4 车间布置设计的原则一个优良的车间布置设计应该是，技术先进、经济合理、节省投资、操作维修方便、设备排列简洁、紧凑、整齐、美观。要达到这样的要求，在进行具体的车间布置设计时，必须从工艺、操作、安全、维修、施工、经济、美观及扩建上考虑
42、。为使车间布置设计能符合上述提出的基本要求，设计时应遵循以下原则：1. 车间布置应符合生产工艺的要求车间设备布置必须按流程的流向顺序依次进行设备的排列，以保持物料顺畅地向前输送，按顺序进行加工处理，保证水平方向和垂直方向的连续性。不使物料和产品有交叉和往复的运动。尽可能利用工艺位差，对于有压差的设备，应充分利用高位差布置，以节省动力设备及费用。一般来说，凡计量设备、高位槽等布置在最高层，主要设备如啤酒厂糖化锅、煮沸锅，布置在中层，10贮槽、发酵罐等布置在底层。这样既可利用位差进出物料，又可减少楼面的荷重，降低造价。2. 车间布置应符合生产操作的要求（1）每一个设备都要考虑一定地位，包括设备本身
43、所占地位，设备附属装置所占地位，操作地位，设备检修拆卸地位以及设备与设备、设备与建筑物间的安全距离等。（2）设备布置应考虑为操作工人能管理多台设备或多种设备创造条件。凡属相同的几套设备或同类型的设备或操作性质相似的有关设备，应尽可能集中布置，使之彼此靠近，以便统一管理，集中操作，方便维修及部件的互换。（3）设备布置不宜过挤或过松，应尽量对称紧凑，排列整齐，充分利用空间。设备间距离充分考虑工厂操作的要求和交通的便利。车间内要留有堆放原料、成品及排出物和包装材料的空地（能堆放一批或一天的量）以及必要的运输通道。具有运动机械的设备，还要考虑设备安全防护装置的地位。（4）要考虑相同设备或相似设备互换使
44、用的可能性和方便性。这样可充分发挥设备的潜在力量。（5）设备的自动测量仪表要集中控制，阀们控制尽量集中，便于工人操作。3. 车间布置应符合设备安装、检修的要求（1）根据设备大小及结构，考虑设备安装、检修及拆卸所需要的空间和面积。（2）满足设备能顺利进出车间的要求。经常搬动的设备应在设备附近设置大门或安装孔，大门宽度比最大设备宽 0.5m，当设备运入厂房后，很少再需整体搬出时，则可设置安装洞，即在外墙留顶留洞口，待设备运入后，再行砌封。（3）通过楼层的设备，楼面上要设置吊装孔。吊装孔可设计为有盖板或无盖板两种。如无盖板，在孔周围应设可拆的栏杆。一般比较固定的设备，也可在楼层外墙上设置安装洞，设备
45、可在室外吊上，由安装洞口运入。另外，发酵工厂设备通过楼层安装者为数较多。例如酒精厂蒸馏塔，味精厂、柠檬酸厂、酶制剂厂、酒精厂的发酵罐，酒精厂糖化设备，酒母设备等，都是一半在楼下，一半在楼上。凡属此种类型设备安装时，也可直接从设备本身在楼层上的安装孔中吊上，这样安装是比较方便的。（4）必须考虑设备的检修和拆卸以及运送物料所需要的起重运输设备。起重运输设备的形式可根据使用要求决定。如果不涉及永久起重运输装置时，也应该考虑有安装临时起重运输设备的场地及预埋吊钩，以便悬挂起重葫芦。当厂房内设有永久性起重运输设备时，要考虑物料的起吊和运输设备本身的高度，设备的起吊运输高度，应大于运输途中最高设备的高度。
46、4. 车间布置应符合厂房建筑的要求（1）凡是笨重设备或运转时会产生很大振动的设备，如压缩机、粉碎机、大型通风机、离心机等，应该尽可能布置在厂房的底层，以减少厂房楼面的荷载和振动。（2）有剧烈振动的设备，其操作台和基础不得与建筑物的柱、墙连在一起，以免影响到建筑物的安全。（3）设备布置时，要避开建筑的柱子及主梁。如设备吊装在柱子或梁上，其荷重及吊装方式需事先告知土建专业人员，并与其协商。（4）厂房内所有操作台须统一考虑，避免平台支柱零乱重复，影响车间美观、生产操作及检修。（5）设备不应该布置在建筑物的沉降缝或伸缩缝处。（6）在厂房的大门或楼梯旁布置设备时，要求不影响开门和行人出入。（7）在不严重
47、影响工艺流程顺序的原则下，将较高设备尽量集中布置，这样可以简化厂房体形，节约厂房体积，另外还可利用建筑上的有利条件，如利用天窗的空间安装较高设备。5车间布置应符合节约建筑投资的要求（1）凡是可以露天或半露布置的设备，例如发酵厂、啤酒厂的发酵罐，无菌空气设备，贮槽等。可根据使用和操作的特点，与设备设计配合采取露天或半露天布置，减少建筑面积，节约厂房建筑费。（2）厂房非高层化是近代工厂的设计特点。啤酒厂现代糖化楼设计采用低层建筑，具有设计容易，施工和安装设备简单，建筑费用较低，动力消耗少，操作维修方便等优点。除非在场地特别紧张的地方，11不得已才用高层建筑。一般以采用低层建筑为好。（3）工艺管道应
48、集中布置，要尽可能地缩短设备间管线，供汽、供无菌空气、供电的设备位置应尽量靠近负荷中心，使管线最短，热损量少，减少管线投资和节约能耗。（4）尽量采用一般的土建结构，非必要时，尽可能少用或不用特殊的土建结构。（5）设备的操作面尽可能与通道安排在同一侧。6车间布置应符合安全、卫生和防腐蚀的要求（1）发酵工厂车间卫生是正常生产的首要环节。因此，在车间布置设计时，必须考虑到车间卫生条件，特别是种子培养，发酵车间要建在上风区，远离污染源。车间内通风、排废水、废气要安排布置，防止杂菌污染和交叉污染。（2）要为工人操作创造良好的安全卫生条件。设备布置时尽可能做到工人背光操作，高大设备避免靠窗布置，以免影响采
49、光。对运转时噪声大或粉尘多、有毒气、腐蚀气体的设备，应考虑采取隔断（离） 、加强通风除尘等措施，以保证操作人员健康。（3）易燃易爆车间要考虑方便工人疏散和防火灭火措施。（4）凡产生腐蚀性介质的设备，其基础、设备周围地面、墙、柱都要采取防护措施。7. 车间布置应符合生产发展的要求根据生产发展的需要与可能，考虑留有增加产量、增添设备的余地，在设计中应尽可能采用使原有建筑物变动量少，不妨碍生产正常进行，且施工的工作量少的方案。4.5 车间布置设计的内容车间布置设计的内容一般为：1. 厂房的整体布置和轮廓设计（1）厂房边墙的轮廓、车间建筑的轮廓、跨度、柱距、楼层层高。（2）门、窗、楼梯位置。（3）吊装孔、预留孔、地坑等位置尺寸。（4）标高。2. 设备的排列和布置（1）设备外形的几何轮廓。（2）设备的定位尺寸，设备离墙纵横间距，定出设备中心位置。一
