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1、中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第70 页年产300吨纤维素酶工厂的初步设计摘 要纤维素是年产量巨大的可再生性资源，地球上每年光合作用生成的上亿吨生物质中，纤维素占了近一半。目前，自然界中纤维素只有一小部分得到了利用，绝大多数纤维素不仅被白白浪费，而且还会造成环境污染。利用这一年产量巨大的可再生性资源将其转化为人类急需的能源、食物和化工原料，对于人类社会的可持续性发展具有非常重要的意义。本设计采用目前认为是最好的产纤维素酶的菌种里氏木霉作为发酵菌种，液体深层发酵过程中采用变温发酵的方法分别控制菌种的生长和产酶，提取过程中采用超滤、层析等，提高产品的收率。最后采用喷雾干燥做成固态的酶制剂。
2、本设计的主要内容有：工厂总平面布置、全厂工艺流程设计、工艺计算、设备的计算与选型、成本核算；另外，完成设计图纸8张，有工厂总平面布置图、工艺流程图（3张）、发酵罐设计图、种子罐设计图、发酵车间设备布置图（平面图和立面图）。根据全厂工艺设计和计算结果可以看出，该设计能够达到工业生产的要求。关键词：纤维素酶； 液体深层发酵； 里氏木霉ABSTRACTCellulose is a kind of reproducible resource of great output, it takes about a half of the hundred million biomaterial making
3、by photosynthesis. Presently, only a few cellulose are utilized, most of cellulose are wasted and pollute environment. It is of great importance to transfer these resource to energy ,food, and so on. This design adopt Trichoderma reesei which produce cellulase best. During the liquid submerged ferme
4、ntation course we chang the temperature in order to control the growth that germ grows and produce cellulase respectively. Ultrafiltration and chromatography are used In the extrace process for improve the yield. In the end we make solid zymin by spray dring .The design mainly include the contents h
5、ereinafter: the layout of the whole factory ,the craft argumentation of the whole factory，the calculation of the craft，the calculation and type choosing of main equipments, the calculation of the costs. And design 8 charts , that are the layout of the whole factory, the design of the craft process(3
6、), the design of the fermentation pot, the design of seeding tank, the lay out for equipments of the fermentation workplace(ichnography and space).According to the craft argumentation of the whole factory and the result of the calculation, the design can come up to the request of industrialization.K
7、eywords: Cellulase; liquid submerged fermentation; Trichoderma reesei目 录1 绪论11.1纤维素酶简介11.2纤维素酶的研究状况11.2.1国外研究概况21.2.2国内研究概况31.3 纤维素酶的应用41.3.1 纤维素酶在果实和蔬菜加工上的应用41.3.2 纤维素酶在酱油酿造上的应用41.3.3 纤维素酶在酒精发酵中的应用51.3.4纤维素酶在饲料上的应用51.3.5在麻棉混纺织物后整理中的应用61.3.6其它61.4纤维素酶的发展前景61.5纤维素酶的生产61.5.1固体发酵生产纤维素酶61.5.2液体深层发酵生产纤维素
8、酶71.5.3固定化酶和细胞91.6目前国内的有关情况91.6.1国内的需求情况91.6.2主要技术指标91.6.3国内几大生产厂家101.7本设计的目的和内容101.7.1本设计的目的101.7.2本设计的主要内容102 全厂工艺流程及论证122.1无菌空气工艺论证122.1.1无菌空气制备系统工段工艺论证122.2发酵工段工艺论证132.2.1发酵工艺流程132.2.2菌种选取132.2.3培养基142.2.4生产方法142.2.5发酵过程的控制142.3后提取工段工艺论证152.3.1后提取工艺流程152.3.2提取方法论证153 纤维素酶的工艺计算183.1物料衡算183.1.1工艺指
9、标183.1.2发酵工段的物料衡算183.1.3提取工段的物料衡算193.2热量衡算203.2.1蒸气消耗计算203.3水平衡计算223.3.1种子罐冷却水223.3.2发酵罐冷却水223.4无菌空气衡算223.4.1发酵罐通风量的计算223.4.2种子培养基等其他无菌空气耗量223.4.3发酵车间高峰无菌空气消耗量：223.4.4发酵车间年用气量：224 纤维素酶发酵工段的设备选型与计算244.1发酵罐设备选型与计算244.1.1发酵罐的选型244.1.2生产能力、数量和容积的确定244.1.3发酵罐基本尺寸确定244.1.4冷却面积的计算254.1.5蛇管设计274.1.6壁厚计算294.
10、1.7搅拌器计算294.1.8搅拌轴功率计算304.1.9接管设计324.1.10传动装置设计334.1.11发酵罐支座选择334.2种子罐的设备选型与计算334.2.1种子罐的选型334.2.2种子罐容积和数量确定334.2.3主要尺寸确定344.2.4冷却面积的计算344.2.5设备材料选择354.2.6壁厚计算354.2.7种子罐内部结构的工艺计算364.2.8支座选型384.3空气过滤器设备选型与计算384.3.1种子罐分过滤器384.3.2发酵罐分过滤器394.4无菌空气制备工艺设备选型与计算404.4.1工艺流程404.4.2空气状态的确定414.4.4储罐414.4.5一级冷却装
11、置424.4.6旋风分离器474.4.7二级冷却器484.4.8丝网除雾器504.4.9加热器504.4.10总过滤器524.5提取工段设备计算及选型534.5.1提取工段工艺流程534.5.2提取工段设备选型535 全厂布置的说明555.1工厂总平面布置555.1.1总平面布置依据555.1.2.布置原则：555.1.3布置说明555.1.4车间布置设计565.1.5设计遵循的原则：565.1.6本设计的车间布置说明586 经济核算606.1投资估算606.1.1设备投资606.1.2土建投资606.1.3全厂总投资616.2成本计算616.2.1主要成本计算616.2.2煤耗616.2.3
12、水、电耗616.2.4折旧费及其他费用626.2.5全厂人员安排626.2.6全厂每年销售成本626.2.6全年净收入637 结论64参考文献65附录68英语翻译76英文原文76中文译文841 绪论1.1纤维素酶简介纤维素作为植物光合作用的主要多糖类产物,是地球上最为丰富的可再生性天然资源。据估计,地球纤维素每年通过光合作用的更新量约为4. 01010吨,Liitzen 等在1983 年推算出纤维素的合成速率相当于全人类每人每天70 千克,这一惊人的结果足以显示其对整个人类的价值所在。然而,目前约80 %未被开发利用,具有极为诱人的前景。对纤维素的深入研究和利用必将是解决当前世界许多国家普遍面
13、临的粮食,饲料和能源短缺及环境污染等问题的一条有效途径,并已成为21 世纪各国共同关注的一项重大课题。植物纤维素的高聚合度、毛细管结构、木质素和半纤维素所形成的保护层及其超分子结构中具有高结晶度(crystallinity index) 的结晶区存有大量氢键(包括分子链内、链间及分子链与表面分子之间形成的氢键) 是造成纤维素难以被利用的根本原因。从高效和环保的角度出发,纤维素被彻底分解而无污染的一条有效途径便是利用纤维素酶(cellulase) 的水解作用。可是,当前纤维素酶的高昂费用是其难以在工业上被推广应用的主要因素。过去的一些研表明,对含纤维素物质进行一定的前处理 (方法主要有球磨法,汽
14、爆法,射线照射法,酸碱法和氧化法等) ,但仅是在较低的程度上提高了纤维素酶的水解效率。一些高产菌株的获得,在目前条件下也难以大幅度降低纤维素酶的成本。还需要在这方面开展更广泛而深入地研究。纤维素酶(cellulase)是利用产纤维素酶的菌株经过固体发酵或液体深层发酵提取精制而成的液体状酶制剂。纤维素酶由三种功能不同但又互补的酶组成,能水解天然纤维素成为葡萄糖分子。这三种酶是内切葡聚糖(Endoglucanase.EG.EC 3.2.1.4)、外切纤维素酶(cellobiohydrolase. CBH, EC 3. 2. 1. 91)和-葡萄糖苷酶(-Glucanases. GE, EC3.2.
15、1.21)。木酶属被认为是纤维素酶系最全面,分解天然纤维素活力最高的一类丝状真菌。纤维素酶对能源危机、食品和饲料紧张及环境污染等问题的解决有积极的作用,纤维素酶的开发利用将会产生很大的经济价值。纤维素(cellulose )是植物细胞壁的主要成分，约占植物干重的三分之一至二分之一。世界生产和目前储存的纤维素生物量比任何一种碳水化合物都要多得多，是一种十分巨大的生物质资源，可为人类提供用之不尽的能源。但是目前这一资源的利用大约不到地球上总贮存量的0.5，仅有一小部分被用于纺织、造纸、建筑、饲料、制药、农肥、燃料等方面，大部分未得到利用而被抛弃或焚烧，不仅造成资源的巨大浪费，而且污染环境，危害很大。如果能利用纤
