年产300吨纤维素酶工厂的初步设计Word文档下载推荐.docx
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全厂工艺流程及论证
目
录
1.1纤维素酶简介1
1.2纤维素酶的研究状况1
1.2.1国外研究概况 2
1.2.2国内研究概况 3
1.3纤维素酶的应用4
1.3.1纤维素酶在果实和蔬菜加工上的应用 4
1.3.2纤维素酶在酱油酿造上的应用 4
1.3.3纤维素酶在酒精发酵中的应用 5
1.3.4纤维素酶在饲料上的应用 5
1.3.5在麻棉混纺织物后整理中的应用 6
1.3.6其它 6
1.4纤维素酶的发展前景6
1.5纤维素酶的生产 6
1.5.1固体发酵生产纤维素酶 6
1.5.2液体深层发酵生产纤维素酶 7
1.5.3固定化酶和细胞 9
1.6目前国内的有关情况9
1.6.1国内的需求情况 9
1.6.2主要技术指标 9
1.6.3国内几大生产厂家 10
1.7本设计的目的和内容10
1.7.1本设计的目的 10
1.7.2本设计的主要内容 10
1
绪论
12
2.1无菌空气工艺论证 12
2.1.1无菌空气制备系统工段工艺论证 12
2.2发酵工段工艺论证 13
2.2.1发酵工艺流程 13
2.2.2菌种选取 13
2.2.3培养基 14
2.2.4生产方法 14
2.2.5发酵过程的控制 14
2.3后提取工段工艺论证15
2.3.1后提取工艺流程 15
2.3.2提取方法论证 15
3
纤维素酶的工艺计算
18
3.1物料衡算18
3.1.1工艺指标 18
3.1.2发酵工段的物料衡算 18
3.1.3提取工段的物料衡算 19
3.2热量衡算20
3.2.1蒸气消耗计算 20
3.3水平衡计算 22
3.3.1种子罐冷却水 22
3.3.2发酵罐冷却水 22
3.4无菌空气衡算22
3.4.1发酵罐通风量的计算 22
3.4.2种子培养基等其他无菌空气耗量 22
3.4.3发酵车间高峰无菌空气消耗量：
22
3.4.4发酵车间年用气量：
4.1发酵罐设备选型与计算 24
4.1.1发酵罐的选型 24
4.1.2生产能力、数量和容积的确定 24
4.1.3发酵罐基本尺寸确定 24
4.1.4冷却面积的计算 25
4.1.5蛇管设计 27
4.1.6壁厚计算 29
4.1.7搅拌器计算 29
4.1.8搅拌轴功率计算 30
4.1.9接管设计 32
4.1.10传动装置设计 33
4.1.11发酵罐支座选择 33
4.2种子罐的设备选型与计算33
4.2.1种子罐的选型 33
4.2.2种子罐容积和数量确定 33
4.2.3主要尺寸确定 34
4.2.4冷却面积的计算 34
4.2.5设备材料选择 35
4.2.6壁厚计算 35
4.2.7种子罐内部结构的工艺计算 36
4.2.8支座选型 38
4.3空气过滤器设备选型与计算 38
4.3.1种子罐分过滤器 38
4.3.2发酵罐分过滤器 39
4.4无菌空气制备工艺设备选型与计算 40
4.4.1工艺流程 40
4
纤维素酶发酵工段的设备选型与计算
24
4.4.2空气状态的确定 41
4.4.4储罐 41
4.4.5一级冷却装置 42
4.4.6旋风分离器 47
4.4.7二级冷却器 48
4.4.8丝网除雾器 50
4.4.9加热器 50
4.4.10总过滤器 52
4.5提取工段设备计算及选型53
4.5.1提取工段工艺流程 53
4.5.2提取工段设备选型 53
5
全厂布置的说明55
5.1工厂总平面布置55
5.1.1总平面布置依据 55
5.1.2.布置原则：
55
5.1.3布置说明 55
5.1.4车间布置设计 56
5.1.5设计遵循的原则：
56
5.1.6本设计的车间布置说明 58
6.1投资估算60
6.1.1设备投资 60
6.1.2土建投资 60
6.1.3全厂总投资 61
6.2成本计算61
6.2.1主要成本计算 61
6.2.2煤耗 61
6.2.3水、电耗 61
6.2.4折旧费及其他费用 62
6.2.5全厂人员安排 62
6.2.6全厂每年销售成本 62
6.2.6全年净收入 63
6
经济核算
60
64
7
结论
参考文献
65
英语翻译
英文原文中文译文
76
84
附录
68
1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4.0×
1010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（crystallinityindex）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,汽爆法,γ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,EC3.2.1.91）和β-葡萄糖苷酶（β
-Glucanases.GE,EC3.2.1.21）。
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。
如果能利用纤维素酶将大量的纤维素资源酶解成单糖，再经发酵可生产出化工原料、饲料、燃料、食物和药物等，开辟饲料、发酵工业原料和人类食品的新来源，同时还可以处理废物、减少公害、保护环境。
因此研究纤维素资源的综合利用具有深远的意义，日益引起世界各国的关注和重视。
1.2纤维素酶的研究状况
早期就有研究表明,纤维素酶是一类胞外酶,从培养物滤液中就可以很容易得到。
它又属于诱导酶（但在细菌方面以固有酶居多）,在诱导物存在下,才能大量产生。
纤维素酶的分泌又受分解代谢产物阻遏（cataboliterepression）和反馈抑制（feedbackinhibition）两种作用。
许多不溶性的纤维素、可溶性的纤维衍生物、一些低聚糖类对某些单糖和二糖均可作为纤维素酶的诱导物。
但需要一提的是,纤维二糖、葡萄糖和甘油等低分子可溶性糖在低浓度时有促进作用而较高浓度时便开始抑制。
当然,对于不同微生物来说,同一浓度的同一物质也可能有着不同甚至完全相反的作用。
这方面的研究还甚少。
纤维素酶的分泌与细胞膜的通透性有着密切的关系,这是Reese和Maguire得出的结论,他们在绿色木霉QMa6的培养基中添加一定浓度的油酸钠、亚油酸钠、吐温80和蔗糖单棕榈酯等表面活性剂,结果都大量增加了纤维素酶产量,且缩短了产酶时间。
在纤维素酶的生产过程中,pH值和发酵时间是关键。
Mandles等发现,在分批培养物发酵过程中,起初pH最好是自然下降到3.0～3.5,再加控制以防止
pH降低,消耗纤维素以后自然上升,这样有利于酶的大量分泌。
连续培养的情况不同,保持较低pH时,菌生长受到抑制,酶产量减少,而保持pH5.0时则可提高酶产
量。
纤维素酶的发酵过程中,有分泌高峰期,且高峰期的稳定性因培养基不同而有很大差异。
故准确控制发酵时间是纤维素酶生产的另一个重要参数。
综合上述,这里引发了一个新思路,就是对发酵不同阶段分别进行不同控制（如pH值、温度、通气量、培养基成分）可能在很大程度上提高酶产量。
要获得较高酶产量,发酵方法是非常重要的方面,目前生产纤维素酶的国家主要有日本、美国、德国和荷兰。
日本过去多用固体曲生产,后来由于这种方法难于监控,某些组分常常吸附于固体残余物上,增加了提取难度,不利于现代化流水作业,于是不少改为液体深层发酵。
美国一直都是使用这种方法,并在此基础上出现了流加培养法、分批发酵法、连续发酵法、二次发酵法以及细胞循环法等等。
混合微生物发酵法是纤维素酶生产中的又一新途径。
因不同真菌的纤维素酶系在各组分均衡性方面有互补的现象。
木霉纤维素酶系中含有较多的CBH和EG,缺少βG,而另一类真菌如黑曲霉、海枣曲霉（A.phoenicus）和可可球二孢（Botryodiplodictheobromoe）形成的纤维素酶系却以βG为主。
故以微生物生态学为基础,将以上两类菌混合在一起发酵,寻求二者均能大量分泌纤维素酶的发酵方法和条件,生产出优质高效的混合纤维素酶,目前只有极少关
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