【正文】 Na2SO3 清水用量 精餾用氣 乙醇用量 葡萄糖 木素 渣漿篩渣漿 排泥槽排渣 1弧形篩排渣 污水池排水 噴放鍋排汽 半纖維素 沉淀 池排水 降膜蒸發(fā)器排汽 2弧形篩排渣 一段磨漿回收汽 酶用量 總計 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 30 結(jié)論 本次設(shè)計分兩個部分：實驗部分和設(shè)計部分 。工 藝設(shè)計只停留在理論的層面， 尚缺乏 實際應(yīng)用的 有力數(shù)據(jù) 。除了從設(shè)計本身學(xué)到了不少的知識，還從劉老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度中學(xué)到了 很多。相信通過畢業(yè)設(shè)計，在以后 的路途中，我能夠走的更遠(yuǎn)。也要感謝楊路明同學(xué)和吉福曾同學(xué)的協(xié)作，很慶幸在最后的實驗?zāi)芘c你們一共完成。在實驗過程中，心態(tài)很浮躁，在劉葦老師的耐心教導(dǎo)下，端正了態(tài)度。 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 31 展望 在本次的設(shè)計中，仍然存在很多的不足。 Q28=。 三、 渣子磨 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 21 從未磨渣漿池來的漿渣被泵送到的渣漿磨。良漿不斷的在發(fā)酵槽中翻滾，水解，經(jīng) 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(chǎn)出的葡萄糖放入儲存罐中等待生產(chǎn)乙醇。 磨漿后，纖維和纖維束需要進(jìn)一步處理，漿料通過壓力縫篩分離出來。 從卸料器出來，漿料將被送入二段盤磨喂料螺旋，并進(jìn)行進(jìn)一步地磨漿以達(dá)到所需的游離度。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。為促進(jìn)麥稈形成料塞，并防止當(dāng)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。清洗過的麥稈經(jīng)過木片洗滌機(jī)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(jī)。從酶解轉(zhuǎn)化率可以得出本實驗中堿預(yù)處理效果較好。因為較高的預(yù)處理溫度高，半纖維素的 去除程度高。圖 25， 26 分別從酶水解轉(zhuǎn)化率和葡萄糖得率兩個方面說明其酶水解效率。從兩組有機(jī)溶劑預(yù)處理中又可以很明顯的看出，同樣溫度下，加了酸 的預(yù) 處理固含量會減小。 表 25 麥草預(yù)處理條件、預(yù)提取率、最終得率 序號 藥品用量 溫度 ℃ 保溫時間 min 預(yù)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(yù)提取液中組分的液相測定 從表 26中可以看出，通過酸法預(yù)處理和堿法預(yù)處理后，對預(yù)提取液進(jìn)行液相處理。想要加強(qiáng)預(yù)處理程度可以適當(dāng)加強(qiáng)堿濃度，延長保溫時間，提高蒸煮溫度。 （ 8） 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。 （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(jìn)樣量： 10 μL。 （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(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行。SR，則另取漿料重新打漿。 2 ℃條件下恒重 4 小時）中，置于烘箱中，于 105177。通汽加壓結(jié)束后，立即關(guān)閉所 有的通汽閥門，打開電源開始磨漿，磨漿時間為 5 min。預(yù)浸漬的條件如下： NaOH 用量為 3%， Na2SO3用量為 4%，預(yù)浸漬溫度為 80 ℃，預(yù)浸漬時間為 30 min。達(dá)到保溫時間后，將小罐取出，迅速冷卻。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。擠壓疏解機(jī)的壓縮比為 4:1。 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(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)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(zhǔn)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。然后，基于化學(xué)機(jī)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(zhuǎn)化。不僅能夠緩解溫室效應(yīng)及保護(hù)環(huán)境，從長遠(yuǎn)意義上來說，對于人類社會的進(jìn)步和發(fā)展 起 促進(jìn)作用?，F(xiàn)代的生物治煉相當(dāng)于石油精煉廠一樣的存在，有這高價值的部件，能運(yùn)輸和直接轉(zhuǎn)化燃料，是一個工廠般的存在。只有少數(shù)的細(xì)菌、酵母菌和真菌才能夠直接把戊糖轉(zhuǎn)化成乙醇，達(dá)到滿意的產(chǎn)率。 預(yù)處理過程占總成本的 33%左右。 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 。 邵震宇等人通過對 纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用的研究。清潔生產(chǎn)的需要是制漿造紙工業(yè)尋找多元化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的原動力和必然性，而當(dāng)前全球掀起的生物煉制熱潮給制漿造紙工業(yè)的這種轉(zhuǎn)型提供了難得的機(jī)遇。 據(jù)預(yù)測， 2020 年為止，用生物質(zhì)原料生產(chǎn)的有機(jī)化學(xué)品和材料將達(dá)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(zhì)能源的重點(diǎn)時段 [10]。 使纖維素酶水解效率增高的方法有：（ 1）根據(jù)不同原料選擇不同的預(yù)處理方式；（ 2）研究不同條件下預(yù)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]。 纖維素的酶水解是通脫一類叫纖維素酶催化進(jìn)行的。對于化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)素纖維素來說，預(yù)處理、水解、發(fā)酵和蒸餾是麥稈生產(chǎn)乙醇最起碼需要的四步主要操作過程。因而小麥秸稈是一種數(shù)量龐大且有商業(yè)價值的農(nóng)業(yè)殘留物。麥草生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)是選擇一個適當(dāng)?shù)念A(yù)處理技術(shù)和高效的酶水解效率。 為了擺脫生產(chǎn)原料帶來負(fù)面影響，研究者嘗試使用新的原料生產(chǎn)燃料乙醇，其中使用木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇得到了廣泛的認(rèn)可，并取得了一定的成果。在上個世紀(jì)，長久不斷的燃燒化石燃料，導(dǎo)致了大氣層中的溫室氣體不斷增加。生物乙醇已經(jīng)成為了可再生能源開發(fā)的重要研究趨勢，這是因為其具備環(huán)保、可再生、易儲備和易于轉(zhuǎn)化傳送等諸多優(yōu)勢。我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源產(chǎn)量大，分布廣，品種多。對于酶水解來說，原料預(yù)處理的方法能夠很大程度上影響其效率，從而降低生產(chǎn)成本，天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 2 使燃料乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)可行。小麥的品種、種植的土壤、氣候條件不同，小麥秸稈的化學(xué)成分也略有不同?；陬A(yù)處理方法的運(yùn)用，在酶水解過后，得到糖產(chǎn)量的最大理論值為 74%%。纖維素的降解過程，首先是纖維素酶分子吸附到纖維素表面，然后， EG 在葡聚糖鏈的隨機(jī)位點(diǎn)水解底物，產(chǎn)生寡聚糖； CBH 從葡聚糖鏈的非還原端進(jìn)行水 解，主要產(chǎn)物為纖維二糖；而 CB 可水解纖維素二糖為葡萄糖。生物燃料通過減少溫室氣體的排放，可以幫助減緩氣候變化，同時生物資源可以替代以化石燃料為基礎(chǔ)的碳資源成為塑料生產(chǎn)的原材料。如何利用產(chǎn)量巨大的纖維素生物質(zhì)資源來工藝化生產(chǎn)生物乙醇和其他化學(xué)藥品是一個重要的問題 [12,13]。 趙建等人通過對 麥草在溫水條件下處理、堿性條件下預(yù)浸漬的化學(xué)成分分析結(jié)果表明：熱水易溶物質(zhì)和木聚糖易溶物質(zhì)大量存在于麥草中，通過消除它們的存在，使木素在堿處理環(huán)境下效果更好 [15]。 張木明等人 [19]通過對麥草不同的預(yù)處理方式，研究了麥稈 纖維素酶解產(chǎn)糖及纖維素木質(zhì)素含量的影響因素。經(jīng) 160 ℃ 自水解預(yù)處理的稻草在 40 FPU/g 混合酶用量下， 葡聚糖 和木聚糖的總轉(zhuǎn)化率大約在 68%和 45%，總糖轉(zhuǎn)化天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 率能夠達(dá)到 60%。發(fā)展現(xiàn)在較少使用的能量密集型和更有效的預(yù)處理方法，是較低酶加入也可以水解，大 大降低生產(chǎn)乙醇的成本。來真菌通常因為太慢不適合工業(yè)生產(chǎn)。通過進(jìn)一步的降低酶水解的成本，發(fā)展現(xiàn)代技術(shù)，如規(guī)劃新的乙醇工廠流程，在不久的將來，第二代乙醇毫無疑問會和汽油有著一樣舉足輕重的位置。因此，充分利用農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)資源，不僅可以緩解日益匾乏的能源和環(huán)保的壓 力，也是關(guān)系到人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大問題 [22]。 （二）分析、檢測提取液中的糖類組分，酶水解液中的糖類組分，計算酶水解效率。 （二）試樣組分分析 取適量已風(fēng)干的麥稈，用磨粉機(jī)磨成粉末狀，篩選后，選擇 60 目麥草粉作為試樣，按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法，進(jìn)行原 料的組分分析。 （四）麥草的預(yù)處理 將提前放入陰涼處平衡水分的原料取出，用快速水分測定儀測量原料的水分，測量兩次，兩次的測量值誤差不超過 %。打開加熱和鍋體旋轉(zhuǎn)開關(guān)。 用標(biāo)記好的瓶子分別收集 預(yù) 提取液約 400 mL，貯存?zhèn)溆谩? （六） 第一段磨漿 第一段磨漿的 磨漿條件為：磨漿濃度為 20%，磨漿壓力為 兆帕，通汽加熱時間為 3 min，磨漿時間為 5 min。 第二段磨漿與第一段磨漿濃度相當(dāng)，漿濃都在 20%。 （ 十 ） 打漿和葡萄糖含量測定 打漿用 PFI 打漿機(jī)進(jìn) 行，打漿條件是：漿濃 10%，絕干 30 g 進(jìn)行打漿。用生物傳感分析儀測定葡萄糖的濃度。 （八） 酸溶木素含量的測定 參照 GB/T10337— 1989的國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定造紙原料中的酸溶木素的含量。 （ 3） 2 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。 y = 0 . 7 8 6 1 x + 0 . 0 0 0 6R2 = 1y = 0 . 7 9 1 6 x + 0 . 0 0 1 2R2 = 1y = 0 . 7 3 3 5 x + 0 . 0 0 1 7R2 = 10 1 2 3 4 5 6峰面積* 105濃度（mg/g)葡萄糖木糖阿拉伯糖 圖 23 葡萄糖，木糖，阿拉伯糖標(biāo)準(zhǔn)曲線 （五） 計算方法 水解液中葡萄糖質(zhì)量（ g） =葡萄糖濃度（ mg/mL） 體積 （ 21） 酶水解轉(zhuǎn)化率 =（ 水解液葡萄糖 含量 /底物 葡萄糖含量） 100% （ 22） 第五節(jié) 結(jié)果與討論 一、麥草的預(yù)提取率及最終得率 麥草的化學(xué)法預(yù)處理有三大類 ：酸預(yù)處理法，堿預(yù)處理法和有機(jī)溶 劑預(yù)處理法。加入有機(jī)溶劑乙酸的麥草預(yù)處理效果最差，麥草形狀變化不明顯，發(fā)硬，預(yù)處理液是淺黃色。半纖維素轉(zhuǎn)化成單糖的比例上升。 但是從圖 24 中可以看出各個生物酶之間有著相互制約的關(guān)系。從圖中可以看出預(yù)處理后的底物進(jìn)行酶解時酶解液的葡萄糖濃度均比空白樣高 。 A1與 A2是有機(jī)溶劑對麥草預(yù)處理。通過麥稈的洗滌除掉這些雜質(zhì)使他們不能進(jìn)入盤磨機(jī)，否則，會損壞盤磨機(jī)盤片。因為是間歇蒸煮設(shè)備，所以需要兩個或更多的蒸煮鍋并聯(lián)使用。螺旋傳送機(jī)把麥稈傳送到一個常壓反應(yīng)倉，麥稈將在那兒停留一段時間讓化學(xué)藥品更好地被麥稈吸收，還要向反應(yīng)倉通入蒸汽以保持系統(tǒng)溫度。 高速喂料螺旋將麥稈投到磨片的破碎區(qū)。漿料從圓形區(qū)卸料到磨腔并由蒸汽通過噴放管線輸送到二段壓力旋風(fēng)分離器。 二段篩良漿和一段篩良漿進(jìn)入多圓盤濃縮。 二、 篩選 磨漿之后，纖維或纖維束仍然需要進(jìn)一步處理，漿料通過壓力縫篩分離出來。對盤磨區(qū)磨片的特殊設(shè)計可以提供一個良好的漿渣去除效果和最大程度上增加漿料強(qiáng)度。 在 實驗部分 中 ， 以麥草作為生物原料，研究了三種不 同預(yù)處理方式（稀硫酸預(yù)處理、堿預(yù)處理和乙酸預(yù)處理）對后續(xù)麥草酶水解的影響。由于本人對相關(guān)的制漿流程、工藝和設(shè)備所知不多，所以未進(jìn)行設(shè)備選型，漿水平衡計算的