饲料添加剂虾青素工厂设计.doc

年产50吨虾青素厂工厂设计
目录
一 项目建议书……………………………………………………………1
1．建议项目提出的必要性和可行性………………………………………1
2．产品方案、市场需求、拟建规模和建设地点的初步设想……………1
3．资源情况、建设条件、协作关系和技术………………………………2
4．公用工程和辅助工程的初步方案………………………………………3
5．环境保护…………………………………………………………………3
6．资金估算和资金筹备设想………………………………………………3
7．项目实施初步规划………………………………………………………3
8．工厂组织和劳动定员估算………………………………………………4
9．经济效益和社会效益的初步划算………………………………………4
二 厂址选择………………………………………………………………4
1．园区简介…………………………………………………………………4
2．市政、配套情况…………………………………………………………4
3．技术经济条件……………………………………………………………5
4. 环境影响评价……………………………………………………………5
三 总平面设计……………………………………………………………6
1. 工厂组成…………………………………………………………………6
2. 厂区划分…………………………………………………………………6
3. 道路设计…………………………………………………………………6
4. 竖向布置…………………………………………………………………6
5. 绿化布置…………………………………………………………………6
四 工艺设计………………………………………………………………7
1. 产品方案…………………………………………………………………7
2. 物料平衡…………………………………………………………………9
3. 热量衡算…………………………………………………………………10
4. 生产设备选型……………………………………………………………12
5. 劳动力平衡………………………………………………………………13
6. 水电平衡…………………………………………………………………13
五 公共工程和辅助设施………………………………………………14
1. 公共工程…………………………………………………………………15
2. 辅助工程…………………………………………………………………15
六 企业组织和劳动定员………………………………………………15
1. 企业组织…………………………………………………………………15
2. 工作制度…………………………………………………………………16
3. 劳动定员…………………………………………………………………16
七 工厂卫生………………………………………………………………17
1. 厂内部总平面布局的卫生………………………………………………17
2. 厂房内部建筑的卫生……………………………………………………17
3. 生产设备灭菌以及空气除菌……………………………………………17
八 环境保护与安全卫生………………………………………………17
1. 废水处理…………………………………………………………………17
2. 废渣处理…………………………………………………………………18
3. 废气处理…………………………………………………………………19
4. 噪声处理…………………………………………………………………19
九 设计概算………………………………………………………………19
十 经济技术分析 ………………………………………………………20
1. 工厂成本…………………………………………………………………21
2. 利润………………………………………………………………………22
3. 税金………………………………………………………………………22
4. 出厂价格…………………………………………………………………22
5. 社会经济效益……………………………………………………………22
参考文献……………………………………………………………………23

饲料添加剂虾青素工厂设计
生产规模：年产量50吨
厂区面积：11200平方米
设计人 ：
设计单位：
一 项目建议书
1.建议项目提出的必要性和可行性
1.1.可行性
目前养殖中添加的着色剂主要有天然着色剂和化学合成的类胡萝卜素两大类。天然着色剂是指富含类胡萝卜素和叶黄素的动物、植物、微生物的提取物。化学合成的类胡萝卜素包括胡萝卜素类和叶黄素类。虾青素既可天然提取，又可化学合成，它是胡萝卜素的含氧衍生物，现已成为养殖中应用最广泛的饲用着色剂之一。但出于安全考虑，化学合成的虾青素在多种食品﹑饲料﹑医学药品及化妆品上的应用受到很大限制。因此更多地是从藻类，微生物的培养中得到。由于微生物发酵法生产虾青素具有生长速度快，发酵周期短的特点，易于工业化生产。
1.1.1.虾青素的结构及理化性质
虾青素（Astaxanthin），又名虾黄素，化学名称为3，3’—二羟基一4，4’—二酮基—β，β’—胡萝卜素，分子式为C40H52O4，是一种酮式类胡萝卜素，含有两个羟基（－OH）和两个酮基（＝O），其天然产物多数以酯的形式存在。
虾青素是一种含氧的有机化合物，色泽为粉红色，不溶于水，易溶于大部分有机溶剂，在酸、氧、高温及紫外光条件下均不稳定，易氧化降解。
1.1.2.虾青素的生产方法
天然的虾青素常存在于某些动物、藻类及微生物体内，其生产可分为从动物及其副产品中提取，从藻类中提取和采用微生物发酵。
微生物发酵 已知能产虾青素微生物有乳酸分支杆菌（Myobacterium lerticola）、短杆菌103（Brmibacterium）以及真菌担子菌纲的发夫酵母属（Phaffia rhozyma）。发夫酵母被认为是工业化生产虾育素最有应用价值的微生物，发夫酵母具有不同于其他同属酵母的好氧性，且能够发酵糖类，它能够产生10多种类胡萝卜素，经过研究人员对菌种选育已经提高了虾青素的产量，便于进行工业化生产。
1.2.必要性
虾青素的着色作用——虾青素是类胡萝卜素合成的终点，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存在组织中（Bjomdahl，1990），使一些水生动物的皮肤和肌肉出现健康而鲜艳的颜色，使禽蛋及禽的羽毛、皮肤、脚、像呈现健康的金黄色或红色。北极红点鲑鱼肉的红色程度与添加虾青素的量呈正相关。同时虾青素具有抗氧化的作用，在促进抗体产生、增强动物的免疫功能、抗氧化淬灭自由基的产生方面起重要作用，其抗氧化作用比VE 高100倍，另外，虾青素具有促进生长繁殖和促进家禽产蛋的作用。
2.产品方案、市场需求、拟建规模和建设地点的初步设想
2.1.产品方案和拟建规模
计划生产的虾青素用于饲料添加剂。计划年产量为50吨。
2.2.市场现状和市场预测
随着水产养殖、食品工业、医疗保健工业等的迅速发展，对虾青素的需求必将越来越大，作为一种新的生物化工产品，市场上对其功效也慢慢开始重视。全世界每年仅用于虹鳟鱼养殖的虾青素用量就达100吨，价格为1．85亿美元。
目前对虾青素在水产和禽类养殖中应用的研究较多，如何拓展虾青素在家禽中的应用是今后需深入研究的方向，另一方面，以系统的研究虾青素在饲料中得添加量与着色效果的相关性，用较小的投入来生产最佳的效果。
随着人民生活水平的提高，人们对食品的要求越来越高，尤其要求对人体安全无毒性，品种多，并且对色、香、味、形均具有很高的要求。作为食品添加剂之一的色素无疑是以天然为主。
2.3.建设地点的初步设想
荣成市经济开发区。荣成市经济开发区是1992年经山东省人民政府批准的省级经济开发区，规划面积26平方公里，已开发“七通一平”面积达13平方公里，位于山东半岛最东端的滨海城市，处于山东省对外开放最前沿，是山东省八家重点省级开发区之一。荣成市以其优美的环境和花园式的城市建设，先后获得国家环境保护模范城市和优秀旅游城市等称号，被联合国确定为最适合人类居住的城市之一。交通运输十分便利。全市境内公路四通八达，通车里程达500多公里，有直达济南、青岛、烟台、威海的干线高速公路；区中心距青岛机场、火车站、青岛港275公里，距烟台机场、火车站、烟台港130公里，距威海机场20公里、威海火车站、威海港35公里；海上运输尤为发达，距韩国仅为94海里，市内拥有石岛港、龙眼港两个国家一类开放口岸，分别开通至韩国的仁川、釜山、平泽及日本的博多和门司四大国际航线。随着中国加入WTO、经济国际化格局的逐步形成，国际间的经济技术交流与合作日益频繁和紧密，荣成市已经全面对外开放，并取得了丰硕的成果。荣成市经济开发区以其独特的区位优势、资源优势、灵活的优惠政策和热情优质的服务，引起国内外投资者的极大兴趣。
3.资源情况、建设条件、协作关系和技术
3.1.资源情况
我国大部分地区的土壤条件，气候条件基本上都适于玉米的生长发育。近年来我国饲料工业发展很快，而生产配合饲料需要的玉米则供不应求。饲料一般只利用玉米粒这就导致玉米芯大量囤积，玉米芯含糖量很高，是理想的碳源。
荣成市经济开发区的电力供应充足，基本集中供热，同时供水能力达5.8万立方米/天，可满足生活用水和经济建设需求。另外发酵过程所产生的热量可用于培养基的预热等方面可节省很多能量，有利于可持续发展。
3.2.建设条件
荣成市经济开发区占地26平方公里，地处美丽的滨海城市，交通便利且政府为促进经济的发展，在税收水电等方面提供许多优惠的政策，为国内外客商提供了优越的投资环境。
3.3.工艺技术初步方案
工艺流程
菌种→菌种活化→液体种子扩大培养
↓
玉米芯的水解→培养基→灭菌→冷却→接种→通风培养→离心→细胞破碎→离心→浸提→蒸发浓缩→结晶→真空干燥→制品
4.公用工程和辅助工程的初步方案
4.1.公用工程
4.1.1.供排水工程 清洗用水才用自来水。出水设施有防污染措施。储水设备定期清洗消毒。
4.1.2.供气工程 工厂内设有锅炉房，提供生产用蒸汽和生活用蒸汽。锅炉燃料用煤炭。
4.1.3.供电工程 工厂附近有变电站
4.1.4.采暖通风工程 供暖有锅炉，在生产车间有通风机。
4.1.5.压缩空气系统 厂内设有空气压缩站，主要用于发酵需求，机械设备表面吹洗，原料配制，包装及运输等。
4.2.辅助工程
项目需土建的辅助系统 原料库、成品库、办公室、科技研发中心、实验室、食堂、宿舍、锅炉房、制冷站、空气压缩站、机电科、质检科。
运输设备 场外运输主要为载重4～5吨的卡车。厂内运输主要为升降式手推车、小货车，车间运输主要为泵和带式传送机。
5.环境保护
本项目环境污染主要来自生产中产生大量的发酵液，动力设备噪音和锅炉烟尘，排放的二氧化硫和炉渣。发酵液经过污水处理用于灌溉，破壁提取虾青素所剩菌体可用作普通饲料。动力设备噪音在其造型上注意进行防噪处理，锅炉可采用麻石水膜除尘器，除尘效率可达92%，完全满足城市建场地环境的要求。炉渣及粉煤灰可作为本市建材的制砖原料，综合利用。
6.资金估算和资金筹备设想
生产车间面积4700平方米，库房900平方米，办公用房600平方米。总投资7100万元，其中固定资产4400万元，征地费3200万元，土建工程投资800万元，设备及运输安装费1455万元，器具购置及其他工程费用240万元，建设利息及不可预见费用400万元，流动资金1000万元。
资金筹备方案为，申请银行贷款5100万元，集资2000万元。
7.项目实施初步规划
项目工期15个月，进度安排为
2007年5—6月 完成项目材料并设计
2007年6—7月 进行工程勘测和设计
2007年7—8月 完成工艺设计并筹集资金
2007年8—10月 利用筹集资金进行土建工程并考察订购设备
2008年3—4月 贷款资金到位，体健工瓦斯年成，设备到位安装并购进原料
2008年5—6月 设备安装并调试
2008年7月 项目完成
8.工厂组织和劳动定员估算
全厂共139人，管理19人，车间64人，总裁1人，经理2人，行政部12人，研发中心7人，营销部20人，生产部76人。
9.经济效益和社会效益的初步划算
该工艺已经筛选到高产菌株，通过工业化试验已经成功发酵生产出稳定优质的虾青素产品，相信通过产业化开发必将取得明显的经济效益。
虾青素书高效益、高技术产品，该成果除直接经济效益外，由于虾青素可广泛应用于食品、医药、保健、化妆品和饲料行业，因此具有重大的社会效益，对提高人们身体健康和生活质量具有重有作用。同时，还可吸纳当地劳动力，增加农民收入，还可以带动起行业的发展。
二 厂址选择
1.园区简介
荣成市位于山东半岛最东端，三面环海，海岸线长500公里，东与朝鲜半岛、日本列岛隔海相望，是中国距韩国最近的城市。陆地面积1392平方公里，人口67万，辖1个管理区、13个镇、4个省级开发区和贸易区。
荣成市四季分明，冬暖夏凉，属暖温带季风型湿润气候区，年平均气温12度左右，年平均降雨量约800毫米。
荣成市特产资源丰富，是中国重要的水产基地和水果、花生、水貂生产基地。矿藏资源主要有金、银、锆、铜、铁、铝等，尤以花岗石、大理石、石英砂蕴藏量最为广博。
荣成市依山傍海，自然景观和人文景观众多，是道教重要发祥地和著名的旅游度假胜地。
荣成市钟灵毓秀，人杰地灵。荣成籍省部级以上党政领导干部有30多人。荣成籍全军各部队少将以上军衔和副军职以上首长有140多人。企业、文化、科技以及其他各界知名人士也灿如星辰、枚不胜数。
改革开放以来，荣成人民不断改革创新，扩大对外开放，加快经济国际化进程，对外经济文化合作与交流日趋活跃，国民经济和社会事业蒸蒸日上，综合经济实力居中国百强县（市）前列，山东省首位。
2.市政、配套情况
荣成经济开发区每年投入大量的资金进行基础设施建设，目前能为投资者提供多方面的基础设施配套：道路、供电、上下水、排污、蒸汽、煤气、通讯等，达到七通一平。
2.1.供电 目前开发区电力由山东电网直接输送供电，可提供双回路供电。区内建有变电站（220kv2座，110kv2座，35kv3座），供电频率为50Hz±0.2Hz（企业有特殊要求的可以申请60HZ），供电电压为10～220kv等。
2.2.供水 区内建有日供水5.8万吨的自来水厂一座，水质达到国家饮用水标准。地下水不允许开采，但可使用地表水。
2.3.蒸汽供应 区内的热电公司配备有4台35吨锅炉和2台6千瓦的汽轮发电机组，额定供汽量90t/h，供汽压力为9.8KG/cm2。特殊要求可另行协商解决。
2.4.污水处理及排放标准 荣成市污水处理厂的规模为：工程污水处理能力2万吨/日，已建成投入使用。
2.5.煤气供应 荣成热力燃气有限公司可供应25公斤、50公斤的瓶装石油液化气；同时可提供石油液化气管道供应。有液化气和液化气混空气两种管道液化气可供选择，开发区部分区域已铺设液化气供应管道。
2.6.通讯和宽带网络 电话线路由荣成电信公司和网通公司提供。开发区内建有16万门的程控电话网，可提供国际、国内直拔电话，传真，移动电话，电报，租用线路，电报设备和因特网等服务。
2.7.标准厂房 开发区内建有独立式标准厂房，按照机械、电子等不同行业分为单层和二层厂房，每层建筑面积分别从1500m2到5000m2不等，供投资者购买或租赁。也可根据具体要求，由投资商自行开发建设。
为进一步优化开发区的投资环境，降低客商进入门槛，加快开发区建设步伐，创办以工业项目为主、高新技术项目为主、出口创汇项目为主的经济国际化示范区，采取放水养鱼的措施，培植税源，实现招商引资大跨度、跳跃式发展。经荣成市政府批准，开发区二十一世纪工业园在土地使用、行政事业性收费和税收返还方面配套相关优惠政策。关于税收返还规定如下：进区外来投资企业缴纳的企业所得税地方返成部分的50%，自开业之日起三年返还开发区，用于外商投资工业园区的开发建设。同时市政府协调有关部门将供水、供电、供暖、道路、通讯、排水等基础设施主管线送到工业园红线外。另外，进入园区投资的国内企业，开发区根据其项目投资的额度、高新技术含量和出口创汇情况，确定其享受的优惠待遇。
3.技术经济条件
3.1.原料、辅料等的供应 玉米等原料供应丰富充足，如要扩大生产规模，该地交通便利可从淄博等资源丰富的地方购买。
3.2.给排水 该工业区的水力资源完全满足工业生产的需要。
3.3.能源供应 电力供应充足。供水基本满足工业需求。荣成市交通便利，燃料运输方便供应有保障。
3.4.交通条件 该地区三面环海，位于黄海与渤海交汇处，海岸线长达40公里。区内交通条件十分便利，公路四通八达，有直达济南、青岛、烟台、威海的干线高速公路，30公里范围内机场、港口、火车站一应俱全。海上运输尤为发达，先后开辟了龙眼港至平泽港、石岛港至韩国仁川港、釜山港及日本门司、博多港等国际航线，主要港口有石岛港、龙眼港、蜊江港、朱口港、俚岛港等，可直达香港、韩国、澳门、日本等国家和地区。
4.环境影响评价
本项目废水包括生活污水和生产污水，生活污水经化粪池处理后排入污水处理站，生产污水直接排入污水处理站，由于项目采用清洁生产工艺，生产过程中的发酵液中并不含有有毒的物质及重金属离子，可直接放入污水处理厂进行污水处理。污水处理产生的剩余污泥，可做农田肥料；净化水可用于绿化区的灌溉，不会对环境产生不良影响。
本项目生产中废气主要来自于燃煤锅炉，采用袋式除尘器，除尘效率可达90%以上。本项目固体废物主要为锅炉产生的燃煤灰渣及粉煤灰以及污水沉淀池产生的少量污泥。炉渣及粉煤灰可作建筑材料外售，不会对环境造成影响。本厂执行的标准有《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）、《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中二级标准、《污水综合排放标准》（GB8978-1996）二级标准等。
项目建成后整个厂区的绿地率为30%，对改善局部生态环境有一定作用。
三 总平面设计
1.工厂组成
生产车间（包括发酵和提取车间），辅助车间（包括实验室和成品仓库等），动力车间（包括锅炉房，变电站，空压站，水泵房，冷冻站等），运输设施和各类地上、地下工程管网，行管部门，绿化设施和美化环境布置。
2.厂区划分
主生产位于工厂中部位置，包括发酵车间、预处理车间、提纯车间。污水处理区位于厂区的西北角，机电科位于西面，锅炉房靠近餐厅和煤场。工厂右方区域为办公、就餐的环境，绿化较好。全厂设两个入口，主入口朝南，为人流入口，方便工作上下班及行政福利车辆出入，另一入口朝北，为货运入口，便于运输车辆出入及货物的运入、运出。上述布置做到了人、货分流，有利于安全和文明生产。
3.道路设计
考虑大型消防车及工厂运输需要，路面用水泥板，主干道宽10米，次要道路宽5米。
4.竖向布置
厂区内地势平坦，厂区采用平坡式布置，经处理达标后的生产废水采用暗管排入厂区外排水渠。
5.绿化布置
厂区绿化以普通绿化与重点绿化相结合，沿厂区主入口的主要道路进行重点绿化，种植有观赏价值的乔、灌木与草皮结合，并且绿化部分遍植草皮，并适当点缀冬青灌木，绿地率达到30%以上，以创造出一个美丽、怡人的厂区环境。

表3-1 厂区建筑物面积一览表

序号
建筑物
长（m）×宽（m）
×层数
占地面积(m2)
1
办公楼
40×15×3
40×15=600
2
宿舍（含娱乐休闲场所）
40×15×6
40×15=600
3
综合楼（含研发中心和展厅）
15×10×5+10×6×2×5
35×10=350
10×6×2=120
4
仓库
45×20×1
45×20=900
5
发酵车间
60×60
60×60=3600
6
中转车间
20×10×2
20×10=200
7
提取车间
45×25
45×25=1125
8
污水处理区
25×15×2
25×15=375
9
机电科
20×15×2
20×15=300
10
质检科
15×8×2
15×8=120
11
锅炉房
20×12×1
20×12=240
12
绿化地区

30%
13
车库
25×15
375
14
无菌空气制备室
15×8×1
15×8=120
15
总面积

11200

附总平面设计图1
附车间平面布置图2

四 工艺设计
1.产品方案
本产品主要为饲料添加剂。发酵过程的菌体做为普通饲料。
1.1.种子培养
种子培养基的组分主要是：硫酸铵10g∕L、酵母膏3g∕L、磷酸二氢钾1g∕L、还原糖10g∕L,加水定容调至Ph5．5，种子培养液于78-98Kpa下灭菌20min，冷却后接入活化好的红发夫酵母，在22℃下通风培养24h，即得到种培养液。镜检种子健壮，即可接入种子罐中通风培养。
在一级、二级种子培养过程中，需蒸汽经过净化过滤的压缩空气，空气经过空压机和一级、二级、三级过滤净化后分别供应到一级、二级种子培养罐。菌种在经过一、二级种子培养后，按比例接入发酵培养基中发酵。
1.2.发酵培养基
该拟建生产线发酵方式：液体发酵。
配料配方：还原糖10g∕L，氮源0.5%，无机盐0.2%，二级扩培的菌种液12%，其余为水。
碳源为玉米芯水解液；氮源为酵母膏、硫酸铵；无机盐主要添加 KH2PO4、MgSO4、CaCl2等；微量元素Fe2+、Mn2+、Zn2+等；生成促进剂番茄汁、花生油；虾青素合成的起点物质0.1%的甲羟戊酸。
1.3发酵条件及其控制
红发夫酵母发酵生产虾青素的产量和质量除了受发酵培养基组成成分的影响以外，还取决于发酵过程中所有发酵参数的控制，如温度、溶氧、PH和搅拌速度等。培养前期为菌株对培养基的适应期和生长期，产虾青素的量上升缓慢，随着发酵的进行，逐步转入生产期，产生的虾青素的量会急剧上升，碳源被迅速利用，糖浓度急剧下降， PH值在整个过程中是呈现先下降（硫酸铵中氮源被消耗硫酸根引起）后上升，当残糖达到0.1%以下，发酵结束，发酵周期为72h。
红发夫酵母为专性好氧菌，细胞产生虾青素需要大量的氧气，葡萄糖和蔗糖为最佳碳源，硫酸铵是最佳氮源。红发夫酵母具有克拉布特里效应（crabtree），红发肤酵母生长温度范围为4℃—27℃，属于碱性嗜冷的低温型生物，最适生长PH为6.0，色素形成的最适PH为5.0，产生虾青素的最佳温度为20℃—22℃.
因此，综合考虑可将发酵罐的温度控制在22℃有利于细胞生长和产虾青素；发酵过程中PH控制在5.0—5.5，最适PH为5.5，PH控制要严格，否则会影响虾青素的发酵产率和质量；搅拌速度和搅拌强度既影响溶解氧的密度，也影响发酵基质的传递，控制在400r／min,通气量为5L／min。当溶氧值低于30mmol/（L·h）时，虾青素的产量急剧下降，主要积累β-胡萝卜素和单烯酮类。
表4-1 拟建项目发酵及控制条件

指标
菌种活化培养
发酵车间
一级种子
二级种子
发酵
温度（℃）
25
22±1
22±2
21±2
周期（h）
1－2
14
10
72
风量(V3/V3m)

0.2
0.2
0.3-1
PH值
6±0.2
6±0.2
6±0.2
初始6±0.2
后期5.0-5.5

1.4.生产提纯工艺
拟建生产线生产提取工艺过程包括：玉米芯水解、发酵液预处理、虾青素的提取、纯化和包装。
玉米芯的水解：本项目拟采用酸法水解玉米芯。玉米芯是一种资源丰富的农副产品。玉米芯中含粗纤维3．8％、粗蛋白质5．8％、糖18％、吸附力50％－－70％。将玉米芯粉碎后料水比为1：8，加入1．5％的硫酸，水解3小时所得还原糖效率较高达到43％。
发酵液预处理：本项目采用离心沉淀法处理发酵液。首先需将发酵液加热到55°C（生产菌的热死点），然后用离心机过滤，主要是除去发酵液，收集菌体。
细胞破壁：虾青素在细胞内合成,是细胞内物质为了促进虾青素的释放,在发酵结束后先热处理,灭活活酵母，然后发酵液中每克菌体加5mL盐酸(3mol/L)调整PH,再加入环状芽孢杆菌胞壁溶解酶溶解酵母壁,使虾青素释放。室温下振荡浸泡1h,在沸水浴中煮4min,迅速冷却,3000r/min离心15min,弃上清液,沉淀用蒸馏水洗涤2次。
虾青素的提取：加3毫升丙酮在室温下搅拌30分钟以浸提，然后再于3000r/min离心20min得到上清液即为虾青素提取液。为提高产量，可分多步浸提。第一次提取时，溶剂为水提取液的1／3，以后一般为1／5到1／6，萃取3—4次。
虾青素的纯化干燥：将上清液泵入蒸发罐中，回收丙酮然后进入结晶箱和带式真空干燥机进行干燥，控制干燥温度60-65℃，真空度保持-0.08-0.09Mpa，干燥后的物料经粉碎、过筛、检验、包装。
2.物料平衡
生产50吨虾青素全厂物料衡算。
2.1.全厂物料衡算的主要内容有
2.1.1.原料消耗的计算 主要原料为玉米芯，其他辅料有硫酸铵，磷酸二氢钾，番茄汁，花生油，酵母膏。
2.1.2.成品与副产品及废水、废渣、酵母菌体、发酵液。
2.2.工艺流程示意图
生产工艺采用酸水解原料、间隙发酵、酶法破壁、丙酮浸提、真空干燥。
空气 红发夫酵母 玉米芯
↓ ↓ ↓
空气压缩 活化 粉碎机 制品
↓ ↓ ↓ ↑
过滤 一级种子 水解 真空干燥
↓ ↓ ↓ ↑
无菌空气 二级种子 冷却 结晶
↓ ↑
→→→→→→→→→→→→→→→→→ →→ 发酵 蒸发浓缩
↓ ↑
发酵液的预处理→离心→细胞破碎→丙酮浸提

2.3.工艺技术指标
生产规模 50t虾青素　
生产方式　酸水解玉米芯、间隙发酵 、酶法破壁、丙酮浸提、真空干燥。
生产天数　每年300d
虾青素日产量0.17t
虾青素年产量51t
副产品的年产量　菌体2500t　
产品质量　虾青素的纯度90％
玉米芯还原糖得率43％
辅料用量（每升发酵液中含量）　硫酸氨10g,磷酸二氢钾1g,番茄汁2g,花生油0.15%，酵母膏3g
硫酸1.5％　
2.4.原料消耗的计算
2.4.1.玉米芯的还原糖水解率43％，发酵液中要求还原糖含量为10g／L则需要的玉米芯的理论值为
（4.93×104+600）t×10g／L÷43％＝1161t
在生产过程中、原料处理、发酵等工序过程要经过复杂的物理化学和生物化学变化，其还原糖利用率为90％，故生成50t虾青素需要玉米芯的质量为
1161t÷90﹪＝1290t≈1300t
2.4.1.各种辅料添加量(见表4-3)
表4-3 各种辅料用量一览表

原料名称
每升发酵液的含量
总用量
硫酸铵
10g
4.93×105㎏
磷酸二氢钾
1 g
4.93×104㎏
番茄汁
2ｍL
9.86×104L
花生油
0.15ｍL
7.395×103t
甲羟戊酸
0.1％
49.3t
酵母膏
3g
1.479×105㎏

(3) 虾青素量
发酵液中虾青素含量为：4.93×107L×1014㎎／L＝50.7t
实际提取率为98%
实际生产得到的虾青素为：50.7t×98%＝49.7t
表4-4 50吨虾青素发酵车间的物料衡算表

物料名称
生产1吨虾青素用量
生产50吨虾青素用量
每日物料量
发酵液ｍ3
1000
5.0× 104
167
二级种液ｍ3
120
6000
20
发酵水解用糖㎏
10000
5× 105
16.7
二级种培用糖㎏
1200
6× 104
200
水解总糖量㎏
6.5× 105
3.25× 105
1.1× 105
硫酸铵㎏
1.0× 104
5.0× 105
1667
磷酸二氢钾㎏
1.0× 103
5.0× 104
166.7
番茄汁 L
2000
1.0× 105
334
花生油 L
150
7.5× 103
25
酵母膏㎏
3.0× 103
1.5× 105
500
硫酸镁㎏
500
2.5× 104
84
氯化钙㎏
110
5.5× 103
19
甲羟戊酸t
1
50
0.167
丙酮t
1.5× 103
7.5× 104
250
3.热量衡算
3.1.耗热
3.1.1.设玉米芯水解用水耗热量Q1
根据工艺水解时1:8的料水比，一年所用玉米芯1161t，则用水质量
G1＝41161×8＝329288t
自来水平均温度为t1＝20℃,而酶水解时温度t2＝120℃,故耗热量为
Q1＝G1 Cω×(t2-t1)＝3.29288×106×1×(120-20)＝3.3×108KJ
3.1.2.水解过程中蒸汽带走热量Q2
水解时间3h，蒸发强度10%，则蒸发水分为
V1＝G1×10%×3＝9.79×106t
故 Q＝IV＝2257.2×9.79×106KJ＝2.2×1010KJ
3.1.3.洗糟水耗热量Q3
设洗糟水平均温度为t3＝22℃,每100Kg原料用水450Kg，则用水量为
G2＝1290×103Kg÷100× 450＝5.8×106Kg
故 Q3＝G2Cω×(t3-t1)＝5.8×106×(22-20)＝1.16×107KJ
3.1.4.发酵后期升温终止发酵，发酵后期从22℃迅速升温到55℃，则
Q4＝G2Cω×(t3′-t1′)＝4．93×107×10×4.0×（55-22）
＝6.51×107KJ
3.1.5.真空干燥耗热 估计值为4×107KJ
3.2.耗冷
120℃水解液→22℃发酵液
发酵液中还原糖比热容C1＝4.0KJ/(Kg·k) ；
冷媒用15%酒精溶液，比热容可视作C2＝4.18KJ/(Kg·k)；
玉米水解还原糖得率为46%；
耗氧发酵热量q＝164KJ/Kg；
发酵度为60%
Q＝Qt+Qnt
3.2.1.工艺冷却Qt
Qt＝Q1+Q2
3.2.1.1.Q1水解液冷却（水在由120℃→22℃发生了相态的变化，公式由《化工设计（陈声宗）主编》）
Q1＝G Cω×(t3-t1)+△HG÷ζ＝5×107×4.0× (120-22)+40.6×5×107÷1
＝2.0×107KJ/h
ζ—冷却操作时间（h）（操作要求在一小时完成）；
Cω—发酵的比热容(KJ∕（Kg·k)）；
△Hω—100℃，101.3KP时液态水变为气态水的焓变为40.6KJ∕mol
t1和t2—分别为还原糖冷却前后的温度(℃)。
相应的冷却介质消耗量
M＝Q1÷Cm(t4-t3)＝2.0×107÷4.18× (22-2)＝2.4×105Kg∕h
t3和t4—分别是冷媒介质的初始和最终温度(℃)
Cm—比热容
3.2.1.2. Q2发酵耗冷量
发酵期间发酵放热Q2
厌氧发酵放热量为164KJ/Kg，设发酵度为60%，则1L还原糖发酵液放热量为
q＝164KJ/Kg× 65g/L× 1L×60%＝6.4KJ
根据物料衡算，则总发酵放热量为Q0＝q×V0＝3.2×108KJ
由工艺规定，主发酵时间为72h，考虑到发酵放热的不平衡，取系数为1.5（资料同上），忽视主发酵发酵液升温，则发酵高峰期耗冷量为
Q2′＝Q0′×1.5÷72×50＝1.33×105KJ/h
发酵用冷媒耗量M2
发酵过程中用酒精作冷却介质，进出口温度为8℃、0℃，故耗冷媒量为
M2＝Q2÷Cm÷(t2-t1)＝1.33×105÷（4.18×8）＝4.0×103Kg/h
3.2.1.3. 发酵车间工艺耗冷量Qt
综上计算，可求出发酵车间工艺耗冷量为
Qt＝Q1+Q2＝2×105+1.3×105＝3.73×105KJ/h
3.2.2. 非工艺耗冷量Qnt
除上述的发酵过程工艺耗冷量外，发酵罐外壁运转机械，围炉结构及管道等均会耗用或散失冷量，构成所谓的非工艺耗冷量
3.2.2.1.露天锥形罐冷量散失Q3
Q3＝400 KJ/h
冷媒(-8℃酒精)用量：
M4＝ Q4÷Cm(t2-t1)=13Kg/h
3.2.2.2.离心机及管道等散失冷量Q4，因为设计的管路很多，若按公式计算十分复杂，经资料《发酵工厂工艺设计概要》和《化工设计（陈声宗）主编》）查的，得：
Q4＝12%Qt＝44760Kg/h
冷媒（-8℃稀酒精）用量
M4＝Q4÷Cm÷(t2-t1)＝1398.75Kg/h
表4-5 100t/a虾青素发酵车间的能量横算表

耗冷分类
耗冷项目
每小时耗冷量KJ/h
冷媒用量Kg/h
年耗冷量KJ
工艺耗冷
水解液耗冷量Q1
2.0×107

2.4×105
6.60×108
发酵耗冷Q2
1.33×105
1.5×102
4.79×108
工艺总耗冷Qt
2.0×107

1.14×109
非工艺耗冷
锥形罐冷损Q3
4.0×102
13
1.44×106
管道等冷损Q4
4.48×104
1.4×103
3.23×108
非工艺总耗冷Qnt
4.52×104

3.25×108
合计
总耗冷Q
2.01×107

3.36×108
4.生产设备选型
4.1.设备生产能力计算
由物料衡算表可知：每日处理玉米秸芯3.87t，生产一吨虾青素需要发酵液1×103t左右的发酵液，发酵液经过滤后浓缩为5×104Kg左右。然后经过浸提、离心、浓缩、干燥几个步骤后