发酵工程设计概论
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发酵工程设计概论
G3 = (1/2)πD(D/2 / sin36.5)σρ = 3.14 *3*(3/sin36.5)*0.01*7900
= 4465 kg
总重 G = G1+ G2 + G3 = 29789.5 kg
（三）发酵罐个数
N = V0z/24V总Ф+1 = (667*480)/(24*575*0.85) +1 = 28.3
V=20736/1018=20.4 m3
Q=V/t=20.4*60/20=60.12 m3/h 可求得 d1=93 mm 查表12，取无缝钢管外径108mm，壁厚4mm。
（2）出料管直径d2
糖化醪
G=54518kg
体积
V=54518/1068=51 m3
设糖化醪在30分钟内打入过滤槽，速度w=2m/s.
V = V圆柱+V封+V底
=πD2/4 *H+πD3/24+π/3（D2/4）(D/2)ctg(73°/2)
=462.364/0.85
经计算 D = 6 m
H = 3D=18 m
罐顶 h1 =0.25*D = 1.5 m
罐底 h2 =D/2*ctg(73/2) = 4.05 m
发酵罐总高 H 总= 18+1.5+4.05 = 23.55 m
二、糖化锅旳设计计算
1、主体尺寸旳拟定
设一批糖化过程中：
麦醪质量G=33792kg
米醪质量G=20726kg
麦醪密度ρ=1068kg/m3 米醪密度ρ=1018kg/m3
糖化锅填充系数ψ=0.65
所以
V有效=G麦醪/ρ麦醪+ G米醪/ρ米醪
V总=V有效/ψ
= 33792/1068+20726/1018
= 4465 kg
总重 G = G1+ G2 + G3 = 29789.5 kg
（三）发酵罐个数
N = V0z/24V总Ф+1 = (667*480)/(24*575*0.85) +1 = 28.3
V=20736/1018=20.4 m3
Q=V/t=20.4*60/20=60.12 m3/h 可求得 d1=93 mm 查表12，取无缝钢管外径108mm，壁厚4mm。
（2）出料管直径d2
糖化醪
G=54518kg
体积
V=54518/1068=51 m3
设糖化醪在30分钟内打入过滤槽，速度w=2m/s.
V = V圆柱+V封+V底
=πD2/4 *H+πD3/24+π/3（D2/4）(D/2)ctg(73°/2)
=462.364/0.85
经计算 D = 6 m
H = 3D=18 m
罐顶 h1 =0.25*D = 1.5 m
罐底 h2 =D/2*ctg(73/2) = 4.05 m
发酵罐总高 H 总= 18+1.5+4.05 = 23.55 m
二、糖化锅旳设计计算
1、主体尺寸旳拟定
设一批糖化过程中：
麦醪质量G=33792kg
米醪质量G=20726kg
麦醪密度ρ=1068kg/m3 米醪密度ρ=1018kg/m3
糖化锅填充系数ψ=0.65
所以
V有效=G麦醪/ρ麦醪+ G米醪/ρ米醪
V总=V有效/ψ
= 33792/1068+20726/1018
《发酵工程总论》课件
基因工程广泛应用于医药、农业、工业等领域，如胰岛素 、干扰素、生长激素等的生产。
基因工程具有高效率、低能耗、低污染等优点，是现代生 物技术的核心技术之一。
04 发酵工程的应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖 类物质转化为乙醇和二氧化碳的 过程，广泛应用于酒精饮料、燃
料等领域。
微生物的遗传与改造
微生物的遗传物质
阐述微生物基因组的结构和功能特点。
基因突变与诱变育种
介绍基因突变原理和诱变育种方法，如化学 诱变和物理诱变等。
基因克隆与表达
讲解如何通过基因克隆和表达技术，在微生 物中表达外源基因。
基因编辑与合成生物学
讲解基因编辑技术和合成生物学在微生物改 造中的应用。
03 发酵工程的主要技术
。
化学工业
如生物塑料、生物农药 、生物燃料等产品的生
产。
环境治理
如废水处理、废气处理 和土壤修复等环保领域
的应用。
02 发酵工程的基本原理
微生物的代谢与调控
微生物的能量代谢
主要介绍微生物如何通过氧化还 原反应产生能量，如呼吸作用和 光合作用等。
微生物的合成代谢
阐述微生物如何利用简单小分子 合成复杂大分子，如蛋白质、核 酸和多糖等。
酵母菌的工业化生产流程
主要包括菌种选育、种子制备、发酵、提取和精制等步骤，需要严格控制温度、湿度、 pH值等环境因素。
酵母菌的应用
酵母菌主要用于面包、酒类等食品的发酵制作，还可用于饲料、制药等领域，具有广阔的 市场前景。
生物农药的制备
生物农药简介
生物农药是一种利用微生物代谢产物制成的 农药，具有高效、低毒、环保等特点。
01
基因工程具有高效率、低能耗、低污染等优点，是现代生 物技术的核心技术之一。
04 发酵工程的应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖 类物质转化为乙醇和二氧化碳的 过程，广泛应用于酒精饮料、燃
料等领域。
微生物的遗传与改造
微生物的遗传物质
阐述微生物基因组的结构和功能特点。
基因突变与诱变育种
介绍基因突变原理和诱变育种方法，如化学 诱变和物理诱变等。
基因克隆与表达
讲解如何通过基因克隆和表达技术，在微生 物中表达外源基因。
基因编辑与合成生物学
讲解基因编辑技术和合成生物学在微生物改 造中的应用。
03 发酵工程的主要技术
。
化学工业
如生物塑料、生物农药 、生物燃料等产品的生
产。
环境治理
如废水处理、废气处理 和土壤修复等环保领域
的应用。
02 发酵工程的基本原理
微生物的代谢与调控
微生物的能量代谢
主要介绍微生物如何通过氧化还 原反应产生能量，如呼吸作用和 光合作用等。
微生物的合成代谢
阐述微生物如何利用简单小分子 合成复杂大分子，如蛋白质、核 酸和多糖等。
酵母菌的工业化生产流程
主要包括菌种选育、种子制备、发酵、提取和精制等步骤，需要严格控制温度、湿度、 pH值等环境因素。
酵母菌的应用
酵母菌主要用于面包、酒类等食品的发酵制作，还可用于饲料、制药等领域，具有广阔的 市场前景。
生物农药的制备
生物农药简介
生物农药是一种利用微生物代谢产物制成的 农药，具有高效、低毒、环保等特点。
01
发酵工程设计概论课件第十一讲
4、视图表示方法： （1）建筑物及构件
用中实线画出
与设备安装有关的基本结构，如柱、墙、地 面、楼梯、 平台、地坑等，应按比例采用规定的图例
与设备安装定位关系不大的门窗等构件，只需在平面 图上画出他们的位置，剖视图上不表示
（ 2）设备 用粗实线 按比例画出设备外形轮廓，以设备中心线（中实 线） 表示设备安装方位
辅助生产间、生活行政部分 4、车间布置设计图：画出车间平面、立面布置图
六、车间布置设计的阶段
车间布置设计分初步设计和施工图设计两个阶段: 初步设计阶段设计步骤: 1. 工艺设计人员根据工艺流程图、设备一览表、工厂总平面布
置图、各项设施的要求以及物料贮存和运输情况等资料画出 车间布置设计的草图 2. 提供给建筑设计专业人员做厂房建筑的初步设计 3. 工艺设计人员取得建筑设计平立面图后，再对车间布置草图 进行修改 4. 画出初步设计阶段的车间布置图（平面、立面）
3、设备布置图与建筑图的关系
相互依赖：设备布置图是建筑图的前提，建筑图又是设备布置图 最终定稿的依据。 工艺人员先绘制设备布置草图，向土建部门提出工艺要求，作为 厂房建筑设计的依据。厂房建筑设计完成后，工艺人员再根据建 筑图进行补充和修改，最终确定车间设备布置图。（初步设计阶 段车间布置设计的步骤） 设备布置图中平面图，假想掀去屋顶或上层楼板的水平剖视图。 立面剖视图是沿垂直方向剖切建筑物而画出的立面正投影图。
二、设备布置图的视图内容
1、视图：平面剖视图、立面剖视图 2、尺寸及标注：设备布置尺寸，设备位号， 建筑轴线编号 3、安装方位标：指示安装方位基准的图标 4、设备一览表：设备位号、名称 5、标题栏
安装方位标
三、设备布置图的表示方法 1、分区：车间较大时进行分区，需绘制首页图， 车间不大时，以车间为单位绘制 2、比例：通常采用1:50和1:100，个别情况下1:200 3、平面图：多层厂房，分别绘出各层的平面布置图 以0.00平面开始，由下而上，从左至右 顺序排列，并注明其标高。 剖视图：厂房建筑的适当位置上垂直剖切后绘出立面图 数量尽可能少，但至少要有一张 剖切位置在平面图上要加以标记 剖视图的下方应注明相应的剖视名称 剖切位置需要转折时，以一次为限
第十三章 发酵工厂设计概论
工艺设计
✓ 选择并确定生产流程，确定技术经济指标 ✓ 进行生产工艺的各种计算 ✓ 设备的选型和计算 ✓ 车间设备布置的方案比较和设备配置的平面和空间关系的确定及设计制图 ✓ 向配套专业提出设计要求和有关资料 ✓ 正式绘制车间生产设备布置图、工艺流程图、编制设备表和主要材料估算表 ✓ 编写初步设计有关生产工艺部分的文件
发酵过程生产周期较长，且为半连续过程，设备布局 和管道系统设计应规范、顺畅.
提炼过程多使用酸，碱及有机溶剂，土建设计需要采 取防腐和防火防爆措施。
发酵生产车间放热量大，排气点多，须重点考虑自然 通风、采光等措施。
须严格控制染菌，对生产环境须定期消毒灭菌并经常 更换所使用的消毒剂。
一、设计任务
发酵工厂基本建设程序 设计工作的基本内容
1、发酵工厂基本建设程序
项目决策期 建设期 生产期
2、发酵工厂工程设计的基本内容
两阶段 初步设计 施工图设计
（1）、初步设计阶段的内容
初步设计文件（初步设计说明书）
✓ 文字说明部分 ✓ 图纸：
工艺流程、车间设备布置图、主要生产设备和电动机一览表及主要材料估算表 ✓ 总概算
销售成本=工厂成本+销售费 单位产品成本=销售成本/年产量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、借款利息和还款能力预测
➢ 借款利息
➢ 还款能力预测 还款资金来源： 利润：利润=销售收入-成本-税金 折旧费
5、项目投资的经济评价
综合经济评价 ✓ 借款偿还期 ✓ 投资回收期 ✓ 投资利润率 ✓ 投资利税率 ✓ 内部收益率 ✓ 净现值 盈亏平衡点分析 敏感性分析
本车间为戊类厂房，其中更衣室、变电间等局 部为丙类，卫生等级属3、4 级。
✓ 选择并确定生产流程，确定技术经济指标 ✓ 进行生产工艺的各种计算 ✓ 设备的选型和计算 ✓ 车间设备布置的方案比较和设备配置的平面和空间关系的确定及设计制图 ✓ 向配套专业提出设计要求和有关资料 ✓ 正式绘制车间生产设备布置图、工艺流程图、编制设备表和主要材料估算表 ✓ 编写初步设计有关生产工艺部分的文件
发酵过程生产周期较长，且为半连续过程，设备布局 和管道系统设计应规范、顺畅.
提炼过程多使用酸，碱及有机溶剂，土建设计需要采 取防腐和防火防爆措施。
发酵生产车间放热量大，排气点多，须重点考虑自然 通风、采光等措施。
须严格控制染菌，对生产环境须定期消毒灭菌并经常 更换所使用的消毒剂。
一、设计任务
发酵工厂基本建设程序 设计工作的基本内容
1、发酵工厂基本建设程序
项目决策期 建设期 生产期
2、发酵工厂工程设计的基本内容
两阶段 初步设计 施工图设计
（1）、初步设计阶段的内容
初步设计文件（初步设计说明书）
✓ 文字说明部分 ✓ 图纸：
工艺流程、车间设备布置图、主要生产设备和电动机一览表及主要材料估算表 ✓ 总概算
销售成本=工厂成本+销售费 单位产品成本=销售成本/年产量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、借款利息和还款能力预测
➢ 借款利息
➢ 还款能力预测 还款资金来源： 利润：利润=销售收入-成本-税金 折旧费
5、项目投资的经济评价
综合经济评价 ✓ 借款偿还期 ✓ 投资回收期 ✓ 投资利润率 ✓ 投资利税率 ✓ 内部收益率 ✓ 净现值 盈亏平衡点分析 敏感性分析
本车间为戊类厂房，其中更衣室、变电间等局 部为丙类，卫生等级属3、4 级。
发酵工程设计概论第六讲
（3）搅拌轴功率（通气、单只涡轮） Michel公式 Pg＝2.25*10-3*（P02*N*D3/Q 0.08)0.39
Q－通气量（ml/min)＝装液量×通风比vvmFra bibliotek 6、重量计算
（1）空设备重量 钢板表面积×壁厚×钢板旳比重
（2）附件重量
（3）内容物重量
7、 接管直径旳拟定
根据流体力学方程式计算 例： 设发酵液罐实装醪量77.5 m3 ，2h之内排空，则物料 体积流量 Q＝77.5/3600×2＝0.0108( m3/s)
发酵液流速取v＝1m/s,则管径d＝
Q
取无缝管133×4 mm
v＝ 00..718158（m）
8、支撑方式旳选择
用来支承设备旳重量和固定设备旳位置。 支座一般分为立式设备支座、卧式设备支座两大类。 三种经典旳原则化支座：耳式、支承式和鞍式支座。
三、容器设备选型计算
1、主要尺寸计算公式 设备总容积： V总= V有效/η
圆筒体积：V筒＝π（D/2)2H
封头容积：V封头＝ (π/24)D3 度
求出D
封头高
圆锥容积：V圆锥=1/3*π*（D2/4）*（D/2)ctg(θ/2）
2、间歇操作设备数量计算
N V0 24Va
N——设备旳操作台数（不含备用） τ ——设备旳每一种操作周期 V0——一昼夜内被加工旳原料、半成品旳容量 （ m3 ） Va——每台设备旳容量（m3） φ ——设备旳填充系数
式中：B——搅拌叶宽度； H’——液面高度（m）； D——筒体旳直径； D0—搅拌器旳直径； θ——搅拌叶与旋转平面所成角度
A ＝14＋(B/D)[670×(D0/D－0.6)2＋185] B′＝10exp[1.3－4(B/D－0.5) 2－1.14D0/D] P ＝1.1＋4B/D－2.5(D0/D－0.5)2
发酵工程概论
量等方面符合菌种。
怎样才能得到优
良的菌种呢？
•如果生产的是微生物直接合 成的产物
•如果生产的是一般微生物不能 合成的产品
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产 要求的优良菌种。
可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 以构建工程细胞或工程菌，从而 达到生产相应产品的目的
• 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什 么事项呢？
–接种过程中要注意防止杂菌污染。
发酵过程
• 将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还 需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进 行控制。这是为什么呢？
–发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此， 要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数 目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需 的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间， 以得到更多的发酵产物。同时，还应对发酵条 件进行严格控制。
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种， 整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什 么呢？
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形 成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
– 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌， 则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒 状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了 杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的 青霉素分解掉。
– 用于生产的菌种应选择处于对数期的谷氨酸棒 状杆菌
加料口 放料口 无菌空气入口 排气口 冷却水进口 冷却水出口 PH检测及控制装 置 搅拌器
发酵
• 发酵过程中应该注意控制好哪些条件？
–温度 –Ph –氧气
谷氨酸棒状杆 菌是好氧菌
• 培养过程中不断进行搅拌的目的是什么？
发酵工程技术概论
融合子进一步试验、保藏。 （6）生产性能筛选。
2.影响因素 （1）菌龄：一般采用对数前期的菌体进行酶解。 （2）培养基组分：限制性培养基上比在完全培养
第二，生产各种食品的添加剂。 第三，帮助解决粮食问题。
2.第二阶段：1900-1940——有机酸工业
新的发酵产品不断问世，主要有酵母、甘油、乳 酸、柠檬酸、丁醇和丙酮等。
是第一个进行大规模工业生产的发酵过程，也是 工业生产中首次采用大量纯培养技术的工艺。
河南省郸城金 丹乳酸实业有 限公司
3.第三阶段：1942-1952——抗生素工业 世界上第一个抗生素产品是青霉素，第二个抗
2.获得发酵产品的条件
适宜的微生物 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 进行微生物发酵的设备 精制成产品的方法的设备
三、发酵工业的发展历史
发酵工程发展的4个阶段（了解）
人类利用微生物发酵制造所需产物有几千年的历 史，但对其过程的原理、反应步骤、物质变化、 调控机制等的认识主要在20世纪完成的。其发展 大体可分为以下4个阶段：
原生质体融合于1978年第三届国际工业微生物遗 传学讨论会上提出，是基因重组的一种重要方法
原生质体育种技术主要有原生质体融合、原生质 体转化技术，原生质体诱变育种等。
1.步骤
（1）标记菌株的筛选和稳定性验证。 （2）原生质体制备。 （3）等量原生质体加聚乙二醇促进融合。 （4）涂布于再生培养基，再生出菌落。 （5）选择性培养基上划线生长，分离验证，挑取
发酵工业的生产水平取决于三个要素：生产菌种、发 酵工艺和发酵设备。
思考题
填空 1.在发酵工程发展过程中，——发明了显微
镜，——被称为“生物工程之父”。 2.世界上第二个抗生素是——。 3.发酵工业的生产水平取决于三个要素：——
2.影响因素 （1）菌龄：一般采用对数前期的菌体进行酶解。 （2）培养基组分：限制性培养基上比在完全培养
第二，生产各种食品的添加剂。 第三，帮助解决粮食问题。
2.第二阶段：1900-1940——有机酸工业
新的发酵产品不断问世，主要有酵母、甘油、乳 酸、柠檬酸、丁醇和丙酮等。
是第一个进行大规模工业生产的发酵过程，也是 工业生产中首次采用大量纯培养技术的工艺。
河南省郸城金 丹乳酸实业有 限公司
3.第三阶段：1942-1952——抗生素工业 世界上第一个抗生素产品是青霉素，第二个抗
2.获得发酵产品的条件
适宜的微生物 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 进行微生物发酵的设备 精制成产品的方法的设备
三、发酵工业的发展历史
发酵工程发展的4个阶段（了解）
人类利用微生物发酵制造所需产物有几千年的历 史，但对其过程的原理、反应步骤、物质变化、 调控机制等的认识主要在20世纪完成的。其发展 大体可分为以下4个阶段：
原生质体融合于1978年第三届国际工业微生物遗 传学讨论会上提出，是基因重组的一种重要方法
原生质体育种技术主要有原生质体融合、原生质 体转化技术，原生质体诱变育种等。
1.步骤
（1）标记菌株的筛选和稳定性验证。 （2）原生质体制备。 （3）等量原生质体加聚乙二醇促进融合。 （4）涂布于再生培养基，再生出菌落。 （5）选择性培养基上划线生长，分离验证，挑取
发酵工业的生产水平取决于三个要素：生产菌种、发 酵工艺和发酵设备。
思考题
填空 1.在发酵工程发展过程中，——发明了显微
镜，——被称为“生物工程之父”。 2.世界上第二个抗生素是——。 3.发酵工业的生产水平取决于三个要素：——
发酵工程概论
利用微生物生长与代谢活动，通过现代化 工程技术手段进行工业规模生产的技术；它 将微生物、生物化学和化学工程学的基本原 理和技术有机地结合起来；由于它是以培养 微生物为主，所以又称为微生物工程。
二、发酵工程概况
发酵工程的发展的四个阶段 1、第一阶段 发酵理论的建立——巴斯德
2、第二个里程碑 以微生物的纯种培养技术为主要特征 ——丙 酮丁醇的制造
物。
菌种的筛选：
自然选育 诱变育种 基因工程育种
2、种子的扩大培养
种子扩大培养：是指将保藏菌种接入试 管斜面活化后，再经摇瓶到种子罐逐级 培养而获得的一定数量和质量被称为发 酵种子的纯种微生物的过程。
种子的扩大培养
（1） 菌丝进罐培养
（2） 孢子进罐培养3 Fra bibliotek生物的发酵过程
三、国外发酵工业的发展趋势
1，生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学 公司争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领 域转移
2，生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一
3，利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环 境友好的化工新材料，是化学工业发展的一个重要 趋势。
4，传统的发酵工业已由基因重组菌种取代或 改良。许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、 青霉素等都已开始采用基因工程手段进行 改造，大大地提高了产量。在以基因工程 为主导的现代生物技术产品中，医药生物 技术产品占75％左右。
3、第三个阶段 以深层发酵青霉素为主要特征
4、第四个阶段 以引入基因工程，达到微生物定向育
种为主要特征。
三、发酵工程的内容和生产流程
现代发酵工程的主要内容包括：
工业生产菌株的选育 发酵条件的优化与控制 生物反应器的设计 发酵产物的分离、提取和精制
二、发酵工程概况
发酵工程的发展的四个阶段 1、第一阶段 发酵理论的建立——巴斯德
2、第二个里程碑 以微生物的纯种培养技术为主要特征 ——丙 酮丁醇的制造
物。
菌种的筛选：
自然选育 诱变育种 基因工程育种
2、种子的扩大培养
种子扩大培养：是指将保藏菌种接入试 管斜面活化后，再经摇瓶到种子罐逐级 培养而获得的一定数量和质量被称为发 酵种子的纯种微生物的过程。
种子的扩大培养
（1） 菌丝进罐培养
（2） 孢子进罐培养3 Fra bibliotek生物的发酵过程
三、国外发酵工业的发展趋势
1，生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学 公司争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领 域转移
2，生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一
3，利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环 境友好的化工新材料，是化学工业发展的一个重要 趋势。
4，传统的发酵工业已由基因重组菌种取代或 改良。许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、 青霉素等都已开始采用基因工程手段进行 改造，大大地提高了产量。在以基因工程 为主导的现代生物技术产品中，医药生物 技术产品占75％左右。
3、第三个阶段 以深层发酵青霉素为主要特征
4、第四个阶段 以引入基因工程，达到微生物定向育
种为主要特征。
三、发酵工程的内容和生产流程
现代发酵工程的主要内容包括：
工业生产菌株的选育 发酵条件的优化与控制 生物反应器的设计 发酵产物的分离、提取和精制
发酵工程01第一章 发酵工程概论
19
3、工业上的发酵
• 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程 包括： 1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基 酸、酶制剂等。 • 产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
20
• 提问：发酵工程的应用领域
21
发酵工程应用范围
食品工 程 酶 工 业 氨基酸工业 有机酸工业 饲料工 业 新材料开发 生物化 工 环境保 护
14
• 提问：什么是发酵
15
微生物发酵技术
•
1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了
著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物 作用的结果。” • 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起 作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作 祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等 方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过 人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的 发酵，获得所需的发酵产品。
2
需要注意的问题
认识发酵工程的重要性 如何学习这门课 如何去看书 重视科技文献 尤其要重视实验课 有关考试
3
教材及主要参考书
教材： 教材： 《生物工艺学》 俞俊棠主编 生物工艺学》 华东理工大学出版社， 华东理工大学出版社，1991. 参考书： 参考书： 1.曹军卫, 马辉文. 微生物工程. 科学出版社， 1.曹军卫, 马辉文. 微生物工程. 科学出版社，2002. 曹军卫 2.P.F.斯坦伯里 A 惠特克 发酵工艺学原理 中国医药科 斯坦伯里, 斯坦伯里 惠特克. 发酵工艺学原理. 技出版社. 技出版社 1992. 3.贺小贤 生物工艺原理 化学工业出版社 2003. 贺小贤. 贺小贤 生物工艺原理. 化学工业出版社. 4.尹光琳 战立克 赵根楠 发酵工业全书 中国医药科技 尹光琳,战立克 尹光琳 战立克, 赵根楠. 发酵工业全书.中国医药科技 出版社. 出版社 1992.
发酵工厂设计概论绪论第一章课件
发酵工厂设计概论绪论第一章
第一节 概 述
一、遵循基本建设程序的必要性
1、国家规定基本建设从决策立项到施工建设都 要按程序办事。
发酵工厂设计概论绪论第一章
2．建设期阶段
发酵工厂设计概论绪论第一章
3．生产期阶段
发酵工厂设计概论绪论第一章
第二节 项目建议书
一、项目建议书的任务和意义
项目建议书是设计工作的前奏，其任务是向国家、省、市有 关主管部门直接申请工程项目，以期批准立项，进行厂址选择调 研工作及可行性研究工作。 对于大、中型工程项目国家有严格的管理规定，需要按程序报 国家有关部门批准。 对于小型工程项目，项目建议书由主管部门批准，可按明确的 设计方案，直接进行施工图设计，使设计程序得以简化。
发酵工厂设计概论绪论第一章
二、可行性研究的任务和意义
任务:根据三级经济规划(包括国家、地区与行业的)要
求，或根据市场经济的要求，对拟建(扩、改建)工程 项目的技术性、经济性和工程实施性，进行全面调查、 预测、分析和论证，作出是否合理可行的科学评价， 最后，写出可行性研究报告，为对项目作出决策提供 可靠依据。
发酵工厂设计概论绪论第一章
9．社会及经济效果评价
社会及经济效果要进行静态分析和动态分析。 国家计委委托中国国际工程咨询公司组织编写的 《投资项目可行性研究指南（试用版）》中提供了 “可行性研究报告编制步骤与要求”、“一般工业项 目可行性研究报告编制大纲”，可供遵循。
发酵工厂设计概论绪论第一章
发酵工厂设计概论绪论第一章
发酵工厂设计概论绪论第一章
意义：可行性研究实质是对投建的工程项目，进行全面
的技术经济分析，从而避免和减少建设项目决策的失 误，提高建设投资的综合效益，是决定项目投资命运 的关键。如果没有可行性研究，或者有研究但不深入、 分析预测不准确、经济评价不科学，都会对项目的投 资与投产带来难以弥补的经济损失。
第一节 概 述
一、遵循基本建设程序的必要性
1、国家规定基本建设从决策立项到施工建设都 要按程序办事。
发酵工厂设计概论绪论第一章
2．建设期阶段
发酵工厂设计概论绪论第一章
3．生产期阶段
发酵工厂设计概论绪论第一章
第二节 项目建议书
一、项目建议书的任务和意义
项目建议书是设计工作的前奏，其任务是向国家、省、市有 关主管部门直接申请工程项目，以期批准立项，进行厂址选择调 研工作及可行性研究工作。 对于大、中型工程项目国家有严格的管理规定，需要按程序报 国家有关部门批准。 对于小型工程项目，项目建议书由主管部门批准，可按明确的 设计方案，直接进行施工图设计，使设计程序得以简化。
发酵工厂设计概论绪论第一章
二、可行性研究的任务和意义
任务:根据三级经济规划(包括国家、地区与行业的)要
求，或根据市场经济的要求，对拟建(扩、改建)工程 项目的技术性、经济性和工程实施性，进行全面调查、 预测、分析和论证，作出是否合理可行的科学评价， 最后，写出可行性研究报告，为对项目作出决策提供 可靠依据。
发酵工厂设计概论绪论第一章
9．社会及经济效果评价
社会及经济效果要进行静态分析和动态分析。 国家计委委托中国国际工程咨询公司组织编写的 《投资项目可行性研究指南（试用版）》中提供了 “可行性研究报告编制步骤与要求”、“一般工业项 目可行性研究报告编制大纲”，可供遵循。
发酵工厂设计概论绪论第一章
发酵工厂设计概论绪论第一章
发酵工厂设计概论绪论第一章
意义：可行性研究实质是对投建的工程项目，进行全面
的技术经济分析，从而避免和减少建设项目决策的失 误，提高建设投资的综合效益，是决定项目投资命运 的关键。如果没有可行性研究，或者有研究但不深入、 分析预测不准确、经济评价不科学，都会对项目的投 资与投产带来难以弥补的经济损失。
发酵工厂设计概论课程设计说明
发酵工厂设计概论课程设计说明发酵工厂设计概论课程设计说明一、课程设计目标本课程设计旨在帮助学生深入了解发酵工厂的设计原理和流程，培养学生在实际工程设计中的综合能力。
通过本课程设计，学生将学会利用各种方法和工具对发酵工厂进行合理的规划和设计，为实际工程项目提供有力的支持和指导。
二、课程设计内容1.发酵工厂设计原理概述介绍发酵工厂设计的基本原理，包括选择适当的发酵工艺，合理设计流程和设备选型等内容。
学生将学会通过分析发酵过程中的各种因素并据此进行设计，例如菌种的选择、营养物料的配比、发酵温度的控制等。
2.发酵工厂设计流程分析介绍发酵工厂设计的基本流程，包括前期调研、初步设计、详细设计和施工等阶段。
学生将学会根据实际情况制定设计计划、组织相关工作、控制设计进度等。
3.发酵工厂设备选型与设计介绍发酵工厂中常用的设备及其选择与设计原则，包括搅拌设备、发酵罐、传热设备等。
学生将学会通过综合考虑各种因素选择合适的设备，并进行合理的布局和设计。
4.发酵工厂设计案例分析通过对实际发酵工厂的案例分析，学生将了解发酵工厂设计中的实际应用和解决问题的方法。
学生将学会从实际项目中获得经验，提高自己对发酵工厂设计的理解和应用能力。
三、课程设计要求1.综合应用所学知识对发酵工厂进行设计，包括选取适当的发酵工艺、合理设计流程、选择合适的设备等。
2.编制设计报告，包括前期调研报告、初步设计方案、详细设计方案等。
3.设计成果具有可行性和可操作性，能够实际应用于发酵工厂建设项目中。
4.参与发酵工厂设计案例分析，并从中学习和借鉴经验。
四、课程设计过程1.分组：根据课程设计要求，学生分组进行合作设计工作。
2.中期评审：对初步设计方案进行中期评审，根据评审意见进行调整和完善。
3.编制设计报告：按照要求编写发酵工厂设计报告，包括前期调研报告、初步设计方案、详细设计方案等。
4.设计成果展示：将设计成果进行展示，进行评选和交流讨论。
五、课程设计评价1.设计报告质量：根据设计报告的内容、逻辑性和表达能力进行评价。
发酵工程设计概论
大米水分
13
冷却损失
无水麦芽浸出率
75
发酵损失
无水大米浸出率
95
过滤损失
麦芽用量
65
包装损失
大米用量
35
总损失
百分比 （％）
0.35 0.30
5 1.5 1.5 2 10.65
二、100千克原料生产12°淡色啤酒的物料衡算
•热麦汁量 •冷麦汁量 •发酵液量 •滤过酒量 •成品酒量
•湿麦糟量 •干酵母产量 •CO2量 •空瓶需用量 •瓶盖需用量 •商标用量
6、 年产湿麦糟量为： 16881.2×1800＝30386160 kg
7、年产发酵液量为： 572.15×1800×19900÷100＝204944130 L
8、年产过滤酒量为： 563.57×1800×19900÷100＝201870774 L
9、年耗干酵母量为： 462.277×1800＝832098.6 kg
游离的CO2量为： 21.91－2.29＝19.62 kg
20℃时，CO2的密度为1.834 kg/m3,则体积为： 19.62 /1.834＝10.69 m3
10、空瓶需用量： 设损失率为0.5％，选用640 ml的空瓶
552.30 /0.640 ×（1＋0.5％）＝867.3 个
11、瓶盖需用量： 设损失率为1％，
867.3×（1＋1％）＝876.0 个
12、商标用量： 设商标损失率为1％，
867.3×（1＋1％）＝876.0 张
三、每批次投料量及产量
设该工厂全年工作日为360天，淡季180天，每天糖化4次； 旺季180天，每天糖化6次，全年总糖化1800次。
1、 每次投料量： 200000×78.9/1800＝19878.9 kg ≈ 19900 kg
发酵工程设计概论课件 第十讲
粗实线
细实线
件号尽量在主视图上并在外形尺寸线内，由左下方开 始，按顺时针编号。
2、编写管口符号
（1）原则：小写英文字母（a、b、c…… ） 规格、用途相同管口，编一个符号。如：d1、d2
（2）方法：a、编号应尽量在尺寸线内侧。
b、由左下方开始，按顺时针编号。
(七）图样文字、符号
1、文字、汉字为仿宋体， 字体大小以号数表示，即字体的高度ｈ（单位mm）， 1.8、2.5、3.5、5、7、10、14、20。 2、字母和数字分为A型和B型字体。A型字体宽度ｄ＝ｈ/14, B型字体宽度ｄ＝ｈ/10。 3、剖视图、向视图符号用大写英文字母表示。
（PL——板式平焊法兰，RF——法兰密封面为凸面）
4、管口符号：设备所有管口注。 例：
序号 公称直径 连接尺寸、标准 连接面形式 用途
a
65
Pg10Dg65 HG500-58
平 面
出 料
5、技术特性表：设计压力、设计温度、设备容积等 6、技术要求：设备在制造、检验、安装、表面涂饰等的特殊要求 7、标题栏：设备名称、比例、设计单位、图样编号等。
例：教材141页 补强圈焊接结构的放大图
4、夸大表达
设备的壁厚、垫片、挡板、折流板等，不按比例，适当 夸大地画出它们的厚度（用双线）。
5、管口方位的表达 工艺人员画出单独的管口方位图，或在俯视图上表示管口 方位，标注方位的尺寸和角度，编写设备管口表 6、断开的表达 设备的总体尺寸很大，又有相当部分的形状和结构相同， 或按规律变化重复，可采用断开的画法（两条平行的双点 划线，如糖化锅的升气筒）
俯（左）视图：
表达零部件在设备上的周向方位。 2、选择辅助视图 采用局部放大图等补充表达零部件的连接、焊缝结构等微 小尺寸。
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使用辅料原因
经济因素
大麦加工成麦芽， 干物质损失10%， 价格也提高37%以 上，因此在不降低 啤酒质量的前提下 ，在法律许可的范 围内（各国规定不 一）尽可能使用不 发芽谷物代替麦芽 。
工艺考虑
麦芽质量优良，含水解 酶丰富，不发芽谷物占 总原料25%～30%，麦 芽中淀粉酶足以承担这 部分额外淀粉的糖化， 酿出的啤酒口味清爽， 泡沫细腻洁白，若不发 芽谷物占总原料量超过 35%，麦汁组成差，发 酵缓滞，需要添加酶制 剂。
大米水分
13
冷却损失
无水麦芽浸出率
75
发酵损失
无水大米浸出率
95
过滤损失
麦芽用量
65
包装损失
大米用量
35
总损失
百分比 （％）
0.35 0.30
5 1.5 1.5 2 10.65
二、100千克原料生产12°淡色啤酒的物料衡算
•热麦汁量 •冷麦汁量 •发酵液量 •滤过酒量 •成品酒量
•湿麦糟量 •干酵母产量 •CO2量 •空瓶需用量 •瓶盖需用量 •商标用量
3、 发酵液量为： 580.86×（1－0.015）＝572.15 L
4、滤过酒量： 572.15×（1－0.015）＝563.57 L
5、成品酒量： 563.57×（1－0.02）＝552.30 L
6、12°淡色啤酒密度为1.012kg/L, 则 吨酒耗粮为：
100/(0.55230×1.012)＝178.91 kg/t酒
4、糖化锅料水比 设定麦芽：水=1：4 在实际生产中，糖化锅浓度一般20～40%为宜。
5、糊化锅料水比 设定大米：水=1：5
6、糖化、糊化过程中添加CaCl2、乳酸、α-淀粉酶
设定： CaCl2：水=0.12%
乳酸:水=0.145% α-淀粉酶:水=0.26%
啤酒国家级企业标准（大型厂）
项目名称
7、湿麦糟量：
设排出的湿麦糟水分含量为80％，则湿麦糟量为： [100×65％×（1－0.05）×（1－0.75）＋100×35％ ×（1－0.13）×（1－0.95）]/(1－0.8)＝84.83 kg
8、干酵母产量： 取酵母泥中含水80％，产率转换为2％（w/v)，则干酵母产量 为：
580.86×2％＝11.61 kg 11.61×（1－80％）＝2.322 kg
基准。 （2）以加入设备的一批物料重为计算基准。
例：啤酒物料衡算
每批次投料量（年产啤酒20万吨） 设该工厂全年工作日为360天，淡季180天，每天糖化4次； 旺季180天，每天糖化6次，全年总糖化1800次。
每次投料量： 200000×178.91/1800＝19878.89 kg＝19900 kg 178.91——啤酒吨酒耗粮（kg/t)
1．产品质量 合格率 2.物质消耗
总损失(%)
粮耗(kg/)
水耗(t/t酒)
特级企业 >99
<6 <175 <10
一级企业 >98
<8.0 <180 <20
二级企业 >95
<8.5 <185 <25
煤耗(kg/t酒)
<150
<170
<185
电耗(度/t酒)
3.经济效益
全员劳动生产率 (元/人.年) 资金利税率(%)
9、CO2量：
C12H22O11+H2O == 4C2H5OH + 4CO2 + Q
2、了解整个过程和其中每一个单元操作的物料平衡计算方法。
3、收集设计基础数据和有关物化常数。 生产规模、生产天数、原辅料和产品的规格、组 成及质量、物料的密度、比热容等。
4、确定工艺指标及消耗定额 对照同类型生产工厂实际水平，制定工艺指标、原材 料消耗定额及经验数据。
5、选定计算基准
连续操作：单位时间产品量或原料量为计算基准。 间断操作：（1）以单位重量、单位体积的产品或原料为计算
6、根据计算结果，列出物料衡算表
××阶段物料衡算表
引入物料
排出物料
序号 物料 组成 物料 密度 体积 序号 物料 组成 物料 密度 体积
名称 ％ 量kg kg/L L
名称 ％ 量kg kg/L L
合计
合计
计算实例: 以20万吨12°淡色啤酒工厂为例
一、参数设定 1、原料辅料比例
原料：麦芽 辅料：大米 设定 麦芽：大米=65：35（一般20%---35%）
<100
>25000 >55
<105
>15000 >40
<120
>12000 >30
人均实现利税(元/ 人)
>15000
>1000
>8000
备注
以12度酒计 不计制麦芽和 生活用水 以标煤计不计 生活用煤
不分大中小型 类别
啤酒生产基础数据
项目
百分比（％）
项目
原料利用率
98.5
麦芽净损失
麦芽水分
5
大米净损失
2、每天生产批次
设定 ：旺季6批次，淡季4批次 三锅二槽体系（糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅、回旋 沉淀槽） 现代化的大型啤酒工厂，每天生产批次一般达到8-10批 次，有的甚至10-12批次。
3、全年生产总天数
啤酒生产旺季投料批次多，产量大，设备维修少。 淡季投料批次少，产量小，设备进行维修、检验。 大型啤酒厂不存在淡季、旺季的区别，停产时间很少。 设该工厂全年工作日为360天，淡季180天，每天糖化4次； 旺季180天，每天糖化6次，全年总糖化1800次。
二、物料衡算的意义
1、可求出引入和离开设备的物料各组成的成分、重 量和体积 计算产品的原料消耗定额、每日或每 年消耗量，以及产品、副产品等排出物料量
2、确定生产设备的容量、个数和主要尺寸。 3、水、汽、热量、冷量等平衡计算。 4、工艺流程草图的设计。
三、物料衡算的步骤
1、绘出物料衡算流程示意图 绘出原料、辅料、产品的流程图，尽可能标出物料的流量、 组成、温度等参数。
1、 热麦汁量
麦芽收率： 0.75×（1－0.05）×（1－0.0035）＝71.0％
大米收率：
0.95×（1－0.13）×（1－0.0030）=82.4% 混和原料收率：
(0.65×71.0％＋0.35×82.4％)×98.5％＝73.86％ 由上述可知100kg混合原料可制得的12 °热麦汁为：
100×73.86%÷12%＝615.54kg
又知12°麦汁在20℃时的比重为1.047kg/L，而100℃热麦汁 比20℃时的麦汁体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积 为：
615.54÷1.047×1.04＝611.43 L
2、 冷麦汁量为： 611.43×（1－0.05）＝580.86 L