【正文】 最后我要感謝學(xué)校給我這次畢業(yè)實習(xí)的機(jī)會，這不單單是對我們四年知識的一個檢查、復(fù)習(xí)，也是對我們心靈的一次洗滌，讓我能夠更清楚的認(rèn)識自己，看到了自己的不足。在他的協(xié)助下完成了實驗。 實驗中，對 設(shè)備 的不熟悉，實驗時間過長都導(dǎo)致了有些數(shù)據(jù)結(jié)果不盡如人意。 V28=。漿渣通過錐形磨腔中心孔送進(jìn)磨漿機(jī)，然后漿料在離心力的作用下分配到錐形磨漿區(qū)。 第二節(jié) 工藝流程分段描述 一、 消潛 磨漿之后，漿被收集在消潛池。 漿料從消潛池出來，然后稀釋、泵送到一段壓力篩。 喂料螺旋將麥稈輸送至磨片的破碎區(qū)。從常壓預(yù)熱器出來，麥稈由卸料料塞螺旋被送到盤磨機(jī)喂料螺旋。麥稈進(jìn)入預(yù)浸器，通過雙螺旋機(jī)將麥稈提升至預(yù)浸器內(nèi)液體液位以上，通水以濾出部分液體。麥稈由斜螺旋脫水機(jī)脫水再送入下一段工序。 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 19 第三章 工藝設(shè)計 第一節(jié) 生產(chǎn)工藝流程論述 制漿過程主要包括 麥稈 洗滌、化學(xué)預(yù)處理、高濃磨漿、漿料篩選和漿渣再磨等環(huán)節(jié)。 圖 26是不同預(yù)處理條件下的底物酶解葡萄糖轉(zhuǎn)化率。 圖 25 不同預(yù)處理條件下葡萄糖濃度圖 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 18 圖 26 不同預(yù)處理條件下的麥草底物的酶水解轉(zhuǎn)化率 本實驗先經(jīng)過 不同預(yù)處理方式（硫酸、氫氧化鈉和有機(jī)溶劑）對麥草進(jìn)行預(yù)處理。由此可以得出一個結(jié)論，想要得到較高的糖濃度，就要采用堿預(yù)處理方法 。大部分的半纖維素都轉(zhuǎn)化為木糖，少部 分轉(zhuǎn)化成葡萄糖。其次是加入硫酸的麥草，麥草的形狀明顯發(fā)生變化，預(yù)處理液為黃色。 （四 ） 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 配置好的 mg/mL， mg/mL， mg/mL， mg/mL， 1 mg/mL，2 mg/mL， 4 mg/mL 的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別進(jìn)行液相色譜分析，得到各種葡萄糖濃度所對應(yīng)的色譜峰面積。 （三 ）溶液的配置 （ 1） 20 mg/mL 標(biāo)準(zhǔn)母液：準(zhǔn)確稱取 2 g（精確到 g）經(jīng)過干燥至恒重的葡萄糖分別用純凈水定容 于 1000 mL 的容量 瓶中。 （六）聚戊糖含量的測定 參照 GB/T — 1994 的國家標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行造紙原料的聚戊糖含量測定。 在 500 mL 錐形瓶中加入 200 mL， pH 為 的 乙酸 乙酸鈉緩沖溶液，二糖酶和內(nèi)切酶用量為 700 IU/g 和 257 IU/g，底物濃度為 %（質(zhì)量濃度），溫度50 ℃，搖床轉(zhuǎn)速為 160 r/min，水解時間為 90 h。2 ℃條件下烘干至恒重，以測定漿渣的含量。磨漿結(jié)束后，打開前蓋閥門放氣，待磨漿室內(nèi)的壓力降到常壓后，開蓋，將磨好的漿料取出，迅速進(jìn)行第二段磨漿。 向裝有一定量麥稈的密封袋中按 3% NaOH 和 4% Na2SO3加入藥品，加蒸餾水使?jié){濃達(dá)到 20%，將密封袋封好，將麥稈和藥品充分地混合均勻后充分浸沒在水浴 鍋 中，每隔 15 min 揉搓一次，以保證預(yù)浸漬的均勻。 卸開小罐，將 預(yù)處理 后的麥草取出。將 50 g 絕干麥草放入密封袋中，按照 1:10 的液比向袋中加入水和相應(yīng)量的藥品并混合均勻之后將原料按照編號依次放入蒸煮小罐中。 將擠壓過的麥草充分混合均勻，在牛皮紙上充分展開，盡量避免堆積，于通風(fēng)干燥處放置一天，此時麥草水分相對均一。將潮濕的麥稈在牛皮紙上充分展開，避免堆積，于通風(fēng)干燥處放置兩天，此時麥稈已經(jīng)晾干，水分相對也比較均 一 ?；趯嶒炇已芯縼碓O(shè)計一種麥草高效酶水解工藝流程。 我國是一個人口大國，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題日益突出，生物質(zhì)能是一種潔凈的可再生能源，同時，以乙醇作為燃料不會引起二氧化碳的劇烈增加。 麥稈可以轉(zhuǎn)化成各種高價值的臘 制品以及一些能源和化工產(chǎn)品。厭氧細(xì)菌發(fā)酵木糖產(chǎn)出乙醇的產(chǎn)量低，所以禁止在較低的糖和乙醇濃度中使用。目前比較先進(jìn)的對于木質(zhì)纖維材料預(yù)處理的方法是資本密集型的。在100~140 ℃ 條件下，較少量的增加了各種聚糖得率，在 160 ℃ 下自水解條件下，很明顯的增大了各種聚糖得率，尤其是葡聚糖的得率，增大的幅度最明顯。 對纖維素酶、酶解作用機(jī)理及其反應(yīng)條件做了簡述。 第四節(jié) 前人對麥草預(yù)處理和纖維素酶水解的研究 目前對于實現(xiàn)麥草高效酶水解的研究主要集中在兩個方面，一個是研究 影響麥草預(yù)水解的因素，從而達(dá)到提高麥草酶水解效率的目的。初步估算 20xx 年我 國生物質(zhì)能源的有效利用量將占到一次能源總消耗量的 1% ，而到 2020 年將增加到 4%[11]。 第三節(jié) 生物精煉 對環(huán)境和能源問題的日益關(guān)注，尤其是對溫室效應(yīng)的關(guān)注以及化石燃料的短缺，已經(jīng)使人們努力去發(fā)展替代能源和可再生能源。纖維素酶是一種使纖維素降解為葡萄糖的酶系的總代名詞，它們通過協(xié)同作用，把纖維素分解，產(chǎn)生寡糖和纖維二糖，最終水解為葡萄糖 [6]。 然而，基于當(dāng)前技術(shù)有限，生產(chǎn)成本依然過高，這就阻止了利用小麥 生產(chǎn)酒精的商業(yè)化過程。其中一個具有吸引力的選擇就是利用小麥秸稈來生產(chǎn)生物酒精。現(xiàn)在，木質(zhì)纖維素類用于生產(chǎn)燃料乙醇包括原料的預(yù)處理、纖維素的酶水解、乙醇發(fā)酵以及分離等主 要幾個操作步驟。因為自然界中木質(zhì)纖維素如麥稈的產(chǎn)量很高，所以使用麥稈作為生產(chǎn)燃料乙醇在原料上不存在短缺問題。世界能源長久以來的消耗以及現(xiàn)在石油市場不穩(wěn)定的形勢，這些事 實，都促使我們必須尋找替代燃料這一新的社會利益。而不論是從唯一的汽車專用引擎燃料，還是從作為一種混合燃料中的一種添加劑，當(dāng)混合的比例高達(dá) 30%時都不需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改動來看，乙醇一直被認(rèn)為是化石燃料合適的替代者 [1]。使用其作為生產(chǎn)原料，不但不會使糧食和動物飼料供應(yīng)有影響，還能減少溫室氣體的排出，對于溫室效應(yīng)及環(huán)境的影響 較小，具有很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。原料預(yù)處理主要的目的有 :把木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)破壞，使其結(jié)晶度降低，纖維素與酶接觸的表面積增大，從而使酶水解效率提高。 小麥作為一種木質(zhì)纖維素，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成，伴有少量可溶性底物（也稱為萃取物）和灰分，是一種混合物。近年來，由于在預(yù)處理和水解上有了進(jìn)展，從而使糖的產(chǎn)量得到了提高。 纖維素酶是一種多組分的酶，包括 EG（內(nèi)切葡聚糖酶）、 CBH（外切葡聚天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 3 糖纖維二糖水解酶）和 CB（ 纖維二糖酶或β 葡萄糖苷酶），在它們的協(xié)同作用下才能將纖維素水解至葡萄糖。木質(zhì)纖維原料，例如木材，是生產(chǎn)生物燃料和可生物降解塑料的重要自然資源，也能成為可持續(xù)工業(yè)發(fā)展的一個重要組件。由于近年來世界各國慢慢的轉(zhuǎn)變政策，減少或者不允許將糧食用于燃料乙醇的生產(chǎn)之后，尋找替代品來生產(chǎn)乙醇成了當(dāng)務(wù)之急，而纖維素和半纖維素不僅量大，還能夠用于生產(chǎn)生物乙醇，成為各國首選。另一個方面就是研究影響麥草酶水解的因素。同時，對于纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的發(fā)展 應(yīng)用情況做了詳細(xì)的介紹，包括酶法廢紙脫墨，纖維的酶改性，酶促打漿及紙張性能的改進(jìn)等 [18]。由此表明，在此條件下纖維素酶水解的效率很高。研究經(jīng)費比較表明，很少有研究預(yù)處理不同方法之間的區(qū)別，預(yù)處理的成本較低但是催化劑或者回收乙醇的成本也上去了。天然木糖發(fā)酵的酵母如畢赤物酵母不能在有毒化合物預(yù)處理過程中進(jìn)行。千萬噸的天然的蠟具有廣泛的工業(yè)用途包括化妝品，個人護(hù)理品，拋光機(jī)和涂料。利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇是一項對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有著重要戰(zhàn)略意義的舉措。 二、研究方法： （一）在實驗室條件下，麥草進(jìn)行預(yù)處理、磨漿等處理，然后將其通過酶水解轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖。將晾干的麥稈用袋子裝好，做好標(biāo)記，置于干燥陰涼處存放好。將晾干的 麥稈用袋子裝好，做好標(biāo)記，置于陰涼處 保存 。將小罐放入墊片，加蓋擰好，沒入水中檢查是否漏氣，若無漏氣則將小罐放入空氣浴中。經(jīng)過充分洗滌后， 脫水，放入密封袋中封好，做好標(biāo)記，置于庫中冷藏。預(yù)浸漬時間達(dá)到 30 min后，迅速取出，開始第一段磨漿。 （ 七 ） 第二段磨漿 第二段磨漿是用常壓磨漿機(jī)進(jìn)行的，可以調(diào)節(jié)兩磨盤間的間隙，從而調(diào)節(jié)磨天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 漿的程度。將收集到的良漿，甩干儲存于密封袋中，置于冷庫中冷藏。分別過 h， h， 1 h， 1 h，1 h， 2 h， 12 h， 12 h， 12 h， 12 h， 12 h， 12 h,從錐形瓶中取出 mL 水解液，置于沸水中煮 5 min，使酶失活，待冷卻至室溫后測 定 葡萄糖含量。 （七）酸不溶木素含量的測定 參照 GB/T — 1994的國家標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行造紙原料的酸不溶木素含量的測定。 （ 2） 4 mg/mL 標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液，用移液管準(zhǔn)確吸取 mL 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)母液，用純凈水定容于 10 mL 容量瓶中。以峰面積為橫坐標(biāo)，以葡萄糖濃度為縱坐標(biāo)繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。同是酸預(yù)處理，在更高的蒸煮溫度和保溫時間下的預(yù)提取率比低溫，高濃下預(yù)提取率明顯高出一大截。同樣是酸預(yù)處理，高溫預(yù)處理會使預(yù)處理液中的葡萄糖濃度上升，木糖濃度上升。 表 27 預(yù) 水解液中的固含量 預(yù)處理條件 水解液中的固含量 % 130 ℃， 15% NaOH (w/w)， 30 min 150 ℃， 10% NaOH (w/w)， 50 min 130 ℃， % H2SO4 (w/w)， 30 min 150 ℃， % H2SO4 (w/w)， 50 min 115 ℃， 60% HAc(v/v)， % H2SO4 (w/w)， 90 min 115 ℃， 60% HAc (v/v)， 90 min 四 、 酶水解轉(zhuǎn)化率的分析 本次試驗使用生物傳感分析儀測定的葡萄糖濃度， 對 150 ℃ 10%NaOH 的底物進(jìn)行酶解通過改變內(nèi)切酶和二糖酶的配比 ， 得到酶解液的葡萄糖濃度，并計算出酶水解轉(zhuǎn)化率，從而對酶的配比進(jìn)行優(yōu)化。圖 25是不同預(yù)處理時酶解液的葡萄糖濃度?？瞻讟拥拿杆廪D(zhuǎn)化率是 %， A1比空白樣增加了 %， A2比空白樣增加了 %。 麥稈進(jìn)入車間時，會帶有金屬、石頭和砂子等雜質(zhì)。 通過螺旋喂料器將麥稈輸送近立式蒸煮鍋內(nèi)。 麥稈從預(yù)浸器的頂部通過卸料螺旋卸料到螺旋輸送機(jī)上。由于喂料螺旋轉(zhuǎn)速快，麥稈只能散布在喂料螺旋的周圍，其中心清潔使返回的蒸汽有一個通路。纖維被離心力甩出平盤磨區(qū)，麥稈從平盤磨區(qū)輸送到圓形區(qū)用于進(jìn)一步地磨漿。良漿進(jìn)入多圓盤進(jìn)行濃縮，而未通過篩縫的纖維和纖維束進(jìn)入二段篩。由于磨漿后漿料冷卻，木素變硬，造成纖維卷曲，通過消潛池內(nèi)的攪拌器攪拌作用把卷曲的纖維伸直。錐形設(shè)計的優(yōu)點是較低的圓周速度和較低的泵送損失。 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(yù)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(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 27 已知 : Q29= V29= 硫酸加入量（對酸沉池中絕干） =% 酸沉池木素得率 =% 酸沉池木素濃度 =% 計算： V30=Q29*%= Q31=Q29= V31=V29+V30= Q33=Q31*5%= V33=Q33/8%= Q32=Q31Q33= V32=V31V33= 七、 對于預(yù)處理液中半纖維素提取部分的漿水平衡計算 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 28 已知： Q34= V34= 乙醇加入量 =400% 乙醇回收率 =90% 膜式過濾器得率 =80% 半纖維素濃度 =8% 計算： V38=Q34*400%/100*90%/100= V39=Q34*400%/100*(190%)/100= Q35=Q34= V35=V34+V38+V39= Q36=Q35*80%= V36=Q35/8%= Q37=Q35Q36= V37=V35V36= 八、 漿水平衡總表 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 29 項目 纖維 漿料 收 支 收 支 麥草 汽蒸倉用汽 立式蒸煮鍋用汽 一段磨漿用汽 硫酸 NaOH