【正文】 業(yè)殘留物。小麥中纖維素、半纖維素、木質素所占比例分別約為 3340， 2025， 1520%（ w/w）。對于化學結構復雜的木質素纖維素來說，預處理、水解、發(fā)酵和蒸餾是麥稈生產乙醇最起碼需要的四步主要操作過程。小麥秸稈生物煉制技術可使小麥成為短期清潔和高效、經濟生產生物乙醇的一種高附加值產品 [5]。 纖維素的酶水解是通脫一類叫纖維素酶催化進行的。需要這三類酶的“協(xié)同”才能完成對纖維素的降解。 使纖維素酶水解效率增高的方法有：（ 1）根據不同原料選擇不同的預處理方式；（ 2）研究不同條件下預處理方式的最佳條件；（ 3）纖維素酶的回收再利用；（ 4）符合工業(yè)化的發(fā) 酵工藝（ 5）加入其它的纖維素酶 [7]。森林生物煉制，像傳統(tǒng)的石油煉制過程那樣，將森林生物原材料，像木材，加工成一系列的燃料和物質產品 [8,9] 。 據預測， 2020 年為止，用生物質原料生產的有機化學品和材料將達到 50%，也就是說 20xx — 2020 年之間，對于世界各國來說都將是一個發(fā)展生物質能源的重點時段 [10]。 在制漿造紙的過程中，只有纖維素和少量的木素半纖維素被利用。清潔生產的需要是制漿造紙工業(yè)尋找多元化產業(yè)結構的原動力和必然性，而當前全球掀起的生物煉制熱潮給制漿造紙工業(yè)的這種轉型提供了難得的機遇。 崔立等人通過對酶水解纖維素的條件的研究，最終在現(xiàn)有基礎上優(yōu)化了工藝條件。 邵震宇等人通過對 纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的應用的研究。 采用酸處理、堿處理和機械粉碎 三 種預處理麥草預處理方式。 荊磊 等人 [20]研究了稻草自水解效率的影響因素及酶活性的影響因素 。 第五節(jié) 生物質乙醇的發(fā)展展望 由于目前乙醇原料（如玉米）的價格將會增加，木質纖維素材料必然會成為生產二次乙醇的唯一可行候選者。 預處理過程占總成本的 33%左右。下一個需要突破的重大技術問題就是酶的成本問題。只有少數的細菌、酵母菌和真菌才能夠直接把戊糖轉化成乙醇，達到滿意的產率。 現(xiàn)在高效混合發(fā)酵也運用了代謝工程的概念?，F(xiàn)代的生物治煉相當于石油精煉廠一樣的存在，有這高價值的部件，能運輸和直接轉化燃料，是一個工廠般的存在。 第六 節(jié) 研究的目的、意義與主要內容 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 6 我國是一個農業(yè)大國，農作物纖維下腳料如稻桿、麥稈、玉米秸稈等十分豐富，估計每年產量為 7 億噸，而這些可再生資源除少量用于飼料、紡織、造紙等行業(yè)外，大部分被白白浪費掉，甚至造成環(huán)境的污染。不僅能夠緩解溫室效應及保護環(huán)境，從長遠意義上來說，對于人類社會的進步和發(fā)展 起 促進作用。 本設計研究了三種不同方式的預處理（稀硫酸、氫氧化鈉、有機溶劑）對麥草后續(xù)酶水解的影響。然后，基于化學機械制漿平臺，實現(xiàn)麥草纖維的分離，并借助生物酶水解實現(xiàn)麥草向可發(fā)酵的單糖的轉化。 （三）進行工藝流程設計。 Wettre Co. Ltd.， 瑞典 第三節(jié) 實驗流程 一、實驗流程圖 本實驗的流程如圖 21所示： 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 9 圖 21 實驗部分工藝流程圖 二、實驗方法與步驟 （一）原料準備 將所選取的麥桿剪成適宜尺寸后分批倒入桶中，加清水，攪拌洗滌三遍以除去灰塵殘渣。 （三）麥稈的預汽蒸和擠壓 將洗滌晾干的麥稈置入桶中，加入 80~90 ℃的熱水，將桶口密封好，浸泡 4個小時，其間適量補充熱水以保持適當的溫度。擠壓疏解機的壓縮比為 4:1。根據測量出的干度，計算，并稱取原料。蒸煮小罐需要提前墊好保險絲以保證小罐的密封性，防止漏液的發(fā)生。此時蒸煮鍋的溫度一般比蒸煮溫度高 50 ℃左右，升溫的時間控制在 50 min 左右。達到保溫時間后，將小罐取出，迅速冷卻。 六 組 預處理的條件如表 24 所示： 表 24 蒸煮條件 化學藥品及用量 蒸煮溫度，℃ 保溫時間， min 空白樣 無 0 0 A1 60% HAc（ v/v）， % H2SO4（ w/w） 115 90 B2 60% HAc（ v/v） 115 90 B1 15% NaOH（ w/w） 130 30 B2 10% NaOH（ w/w） 150 50 C1 % H2SO4（ w/w） 130 30 C2 % H2SO4（ w/w） 150 50 為了實驗的準確性，保證能夠讓蒸煮罐的溫度迅速的達到預定的蒸煮溫度，在把蒸 煮罐放入 設備 前，先進行預熱。預浸漬的條件如下： NaOH 用量為 3%， Na2SO3用量為 4%，預浸漬溫度為 80 ℃，預浸漬時間為 30 min。 關閉所有通汽閥門，將蒸煮鍋內注滿水，密封好后，加熱， 兆帕小放氣一次以消除鍋體內的假壓，同時排出積存在磨漿室外套中的水，便于升溫。通汽加壓結束后，立即關閉所 有的通汽閥門，打開電源開始磨漿，磨漿時間為 5 min。 常壓磨漿機需要提前預熱 40 min，之后調節(jié)常壓磨漿機的磨盤間隙為 mm，打開冷卻水和磨漿機開關，將第一段磨漿磨好的漿料緩慢均勻的加入磨漿機內進行磨漿，將磨好的漿收集起來，平衡水分，等待下一步處理。 2 ℃條件下恒重 4 小時）中，置于烘箱中，于 105177。 將冷藏的漿料取出，用快速水分測定儀測定水分含量，然后稱取絕干 30 g漿料（另取 2 g 絕干漿料測定初始打漿度），加水調節(jié)濃度到 2%后 進行 10000 轉疏解后甩干并調 節(jié) 漿濃到 10%。SR，則另取漿料重新打漿。 第四節(jié) 方法 一、試樣的組分分析方法 （一）試樣制備： 按照 GB/T — 1993 進行原料分析試樣的采取。 （五）綜纖維素含量測定 采用亞氯酸鈉法測定綜纖維素，按照 GB/T — 1995 的國家標準流程進行。 二、預提取液分析與測定 （一）預提取液組分分析 （ 1）取 1 mL用酸處理過的麥草得到的預提取液，提取液先通過 nm微孔濾膜； 后用高效液相色譜 (HPLC)可測定葡萄糖、木糖、乙酸和糠醛濃度。 （二）液相色譜分析條件 色譜柱： Biorad Aminex HPX87H； 檢測器：示差折光檢測器； 流動相： mol/L H2SO4； 流速： mL/min； 進樣量： 10 μL。 （ 4） 1 mg/mL 標準葡萄糖溶液，用移液管準確吸取 mL 葡萄糖標準母液，用純凈水定容于 10 mL 容量瓶中。 （ 8） mg/mL 標準葡萄糖溶液，用移液管準確吸取 mL 葡萄糖標準母液，用純凈水定容于 10 mL 容量瓶中。本實驗分別用三種不同的預處理方式對麥草進行預處理（ 硫酸、氫氧化鈉、乙酸），從表 25 中可以看出，經過預處理的六組麥草都有一定的預提取率，不同條件下麥草的 預提取率差別較大，選擇合適的預處理條件可以有效的增大預提天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 15 取率。想要加強預處理程度可以適當加強堿濃度，延長保溫時間，提高蒸煮溫度。同樣經過預浸漬、一段壓力磨、二段常壓磨、消潛、篩選后，最終的得率與之前相反，用堿預處理法的麥草得率最低，加入硫酸的麥草得率次之，而加入乙酸的得率最高。 表 25 麥草預處理條件、預提取率、最終得率 序號 藥品用量 溫度 ℃ 保溫時間 min 預提取 率 % 最終得 率 % 空白 無 0 0 A1 60% HAc(v/v)， % H2SO4 (w/w) 115 ℃ 90 A2 60% HAc (v/v) 115 ℃ 90 B1 15% NaOH (w/w) 130 ℃ 30 B2 10% NaOH (w/w) 150 ℃ 50 C1 % H2SO4 (w/w) 130 ℃ 30 C2 % H2SO4 (w/w) 150 ℃ 50 二、 預提取液中組分的液相測定 從表 26中可以看出，通過酸法預處理和堿法預處理后，對預提取液進行液相處理。而對于堿法預處理，也是高溫能夠使半纖維素轉化單糖的比例高。從兩組有機溶劑預處理中又可以很明顯的看出，同樣溫度下，加了酸 的預 處理固含量會減小。不適合的生物酶配比反而會使酶水解的效率下降，導致糖的產量降低。圖 25， 26 分別從酶水解轉化率和葡萄糖得率兩個方面說明其酶水解效率。空白樣的酶解液中葡萄糖濃度是 2325 mg/L，其中 A1組即 60%（ v/v） HAc %(w/w)H2SO4 的酶解液中葡萄糖濃度是 2550 mg/L，相比與空白樣增加了 %。因為較高的預處理溫度高，半纖維素的 去除程度高。 B1的酶水解轉化率是 %，比空白樣增加了 %，B2的酶水解轉化率是 %，比空白樣增加了 %， C1比空白樣增加了%， C2比空白樣增加了 %。從酶解轉化率可以得出本實驗中堿預處理效果較好。麥稈送入預蒸倉，將麥稈貯存起來并加熱以融化掉冰和雪，并且將麥稈加熱到適合清洗的溫度。清洗過的麥稈經過木片洗滌機的一個壩被送入木片混合槽，然后再通過麥稈泵泵送到斜螺旋脫水 機。從蒸煮鍋內噴放到噴放鍋內，然后進入下一個螺旋喂料器。為促進麥稈形成料塞，并防止當麥稈散開時造成的液體損失，螺旋喂料器裝配了一個 反噴緩沖器，能起到止逆閥的作用。從反應倉出來后，卸料螺旋輸送機將麥稈輸送到常壓預熱器里。固定在卸料螺旋上方的一個攪拌器可以確保卸料料塞螺旋喂料器的喂料均勻。離心力的作用使纖維通過平盤磨天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 20 區(qū)，平盤磨區(qū)直接將麥稈送到錐形磨區(qū)進行進一步地磨漿。 從卸料器出來，漿料將被送入二段盤磨喂料螺旋，并進行進一步地磨漿以達到所需的游離度。 在二段壓力旋風分離器內，纖維通過離心力和重力與蒸汽分離。 磨漿后，纖維和纖維束需要進一步處理，漿料通過壓力縫篩分離出來。 未通過篩縫的漿渣收集在漿渣池里。良漿不斷的在發(fā)酵槽中翻滾，水解，經 過一段時間水解完成送入膜式過濾器除掉木素用于燃燒，產出的葡萄糖放入儲存罐中等待生產乙醇。漿從消潛池出來被稀釋和泵送到一段壓力篩。 三、 渣子磨 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 21 從未磨渣漿池來的漿渣被泵送到的渣漿磨。 第三節(jié) 漿水平衡計算 具體的漿水平衡計算已在漿水平衡圖中體現(xiàn)，此處只列出幾個主要部分的漿水平衡計算。 Q28=。 預處理后的麥草經過化學預浸漬、機械磨解（一段壓力磨和二段常壓磨）、篩選，打漿 后所制備的底物經過 酶水解 轉化為葡萄糖 。 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 31 展望 在本次的設計中，仍然存在很多的不足。 盡管存在諸多的不足，但仍然算是一次探索，即便失敗也有相應的價值，也為以后的工作積累了相當的經驗。在實驗過程中，心態(tài)很浮躁，在劉葦老師的耐心教導下，端正了態(tài)度。感謝劉葦老師對我設計全程的幫助。也要感謝楊路明同學和吉福曾同學的協(xié)作，很慶幸在最后的實驗能與你們一共完成。 謝謝你們 ! 。相信通過畢業(yè)設計，在以后 的路途中，我能夠走的更遠。讓我懂得團隊合作的重要性，也明白了實驗是嚴謹的，容不得半點粗心大意。除了從設計本身學到了不少的知識，還從劉老師認真負責的態(tài)度中學到了 很多。在設計的最后，我想要對實驗中幫助過我給予我鼓勵支持的老師同學表達我的謝意。工 藝設計只停留在理論的層面， 尚缺乏 實際應用的 有力數據 。 實驗部分的結果表明，經過稀酸處理 所制備的底物酶水解性較好，其酶水解液中的葡萄糖濃度和酶水解轉化率都較高， 預提取液中所含半纖維素含量較高， 且 所需藥品較其他兩種方法更少，所使用藥品的成本較低， 綜合考慮選用該預處理方法進行后續(xù)的工藝流程設計。 砂水分離器排泥濃度 =50% 砂水分離器排泥效率 =90% 計算： Q26=Q24*90%/100= V26=Q26/50%= Q25=Q24Q26= V25=V24V26= Q27=Q26+Q28= V27=V26+V28= 六、 預提取液處理中木素去除部分的漿水平衡計算 天津科技大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 27 已知 : Q29= V29=