【正文】 速增加，因此耗氧速度較快，應控制通氣量為 1:1；產(chǎn)酶時期，細胞分裂完全，細胞濃度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗大量的氧氣，應控制通氣量為 1:1[1]。此過程中通入的蒸汽冷凝形成的水可直接補充配制培養(yǎng)基 時未加足的水。 III. 細胞通透性 增加細胞通透性對提高纖維素酶活性有一定的作用。7H2O %、 KH2 PO4 %、 CaCl22H2O、 Tween80、KH2 PO4 （ 3）菌種： 里氏木霉 Rut C30 . 工藝流程圖 原料→粉碎→過篩→高溫高壓殺菌 ↓ 保藏菌種→斜面種子培養(yǎng)→搖 瓶→液體種子擴大培養(yǎng)→液體深層發(fā)酵→過濾→濃縮→硫酸銨沉淀→ （飼料添加用酶為乙醇沉淀） 過濾→溶解酶泥→過單寧瓊脂糖層析柱→濃縮→干燥造粒→固體酶制劑 ↓ 液體酶制劑 圖 1 生產(chǎn)工藝流程圖 [5] Figure 1 Chart of production process . 操作要點 （一）菌種培養(yǎng) （ 1）菌種及菌種保存 一般 選用的 菌種為 里氏木霉 ， 發(fā)酵周期為 70h 左右，纖維素酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的纖維素酶為胞外產(chǎn)物，容易分離純化。 按照生產(chǎn)流程布置，并盡量縮短距離，避免物料的往返運輸。而新開發(fā)的開發(fā)區(qū)為招商引資，往往會出臺一系列的優(yōu)惠政策，有利于企業(yè)的成長。經(jīng)濟開發(fā)區(qū)城市功能健全，基礎設施完善，交 通運輸便利，自然資源豐富，靠近國內(nèi)第三大批發(fā)市場 —臨沂批發(fā)市場，具有巨大的商貿(mào)優(yōu)勢。 由于纖維素酶的廣泛應用，估計我國市場需求量將以每年 25％ ~35％的速度上升，預見用 纖維素酶產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)生物乙醇的關鍵技術將在未來５年內(nèi)得到解決，那時我國的纖維素酶年需求量將增加到25～ 40 萬噸。這是目前生物能源研究的重點，也是纖維素酶的主要應用方向。大多微生物產(chǎn)生的纖維素酶，最主要的有三個部分：內(nèi)切葡聚糖酶；纖維二糖水解酶； β—葡萄糖苷酶。 年產(chǎn) 480 噸工業(yè)用纖維素酶制劑廠設計 摘要： 本設計主要是對年產(chǎn) 480 噸工業(yè)用纖維素酶制劑廠進行了設計。 關鍵詞： 工業(yè)用纖維素酶；工廠設計；物料衡算；技術經(jīng)濟分析 The Plant Design of a 480t/a Production Capacity of Industrial Used Cellulase Xia Fei (College of Life Science, Bioengineering, Grade 2022, Class 2, 042510105) Abstract This study was aimed to design a industrial used cellulase production plant with a 480ton production annual capacity. Workshop horizontal design, the product plan and the craft proof, selection of processing technology and equipment, materials balancing, hygiene and safety, and anization were studied and designed for the industrial used cellulase production, based on the demand of product, geographical environment, governmental policies and the production technology. At last the analysis of technical economy of this project was done. It showed that the fixed assets was million RMB, after the pletion of the project, the plant may yearly produce solid cellulase 240t, liquid cellulase 240t, the annual profit was million RMB, and the return time of investment was 3 years. Key Words Industrial used cellulase。 纖維素是目前地球上唯一產(chǎn)量巨大而未得到充分利用的可再生資源，廣泛而大量存在于自然界。利用纖維素酶能將飼料中一部分難于消化的纖維素轉化為糖和菌體蛋白，改善動物飼料利用性，能使畜禽最大限度的利用飼料，提高飼料利用價值，減少畜禽消化道疾病發(fā)生，同時可減少飼料用量，降低 養(yǎng)殖成本 [3]。因此，利用液體深層發(fā)酵法生產(chǎn)的纖維素酶將會有廣泛的市場前景。該工業(yè)園在交通、原料、資源方面都具有非常大的優(yōu)勢 。 . 項目建設的意義 項目建成后一方面可以吸納當?shù)厥Ｓ鄤趧恿Γ黾赢數(shù)鼐用袷杖?； 另一方面，該項目還可以解決當?shù)剞r(nóng)作物秸稈浪費的問題，增加當?shù)剞r(nóng)民的農(nóng)業(yè)收入，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣還可以作為農(nóng)業(yè)用有機肥。 （ 3）綠化情況：廠區(qū)綠化以普通綠化與重點綠化相結合，沿廠區(qū)主入口的主要道路進行重點綠化，種植有觀賞價值的喬、灌木與草皮結合，并且綠化部分遍植草皮，以創(chuàng)造出一個美麗、怡人的廠區(qū)環(huán)境。 （ 3）種子培養(yǎng)基及種子罐培養(yǎng) 玉米秸稈粉 (20 目篩 ) 1%、酵母膏 %、木質纖維 1%、蛋白胨 %、 MgSO4一般是將玉米秸稈粉碎至 20 目以下后與麥麩等其他輔料混合。預先在拌料罐中添加所需質量的各種成分，然 后加入培養(yǎng)基中所有用水量的 60%左右，使最終兩個發(fā)酵罐中的裝料量為 m3。 ③ 冷卻階段 完成保溫時間后，關一路排汽，再關一路進汽（次序不能顛倒），最后排汽與進汽全部關閉。 ⑤ 泡沫控制 發(fā)酵中往往產(chǎn)生較多的泡沫，其存在阻礙 CO2 排出，影響溶解氧量。同時準備使用板框過濾機對發(fā)酵液進行過濾，以 除 去菌體和未發(fā)酵的培養(yǎng)基原料。然后向收集的清液中加入 ，再靜置 1小時后過濾棄去清液，得到纖維素酶的粗品。 （ 5）纖維素酶的純化 單寧是纖維素酶的天然抑制劑，用單寧結合活化的瓊 脂糖做成親和層析柱，用蒸餾水平衡，再將上一步得到的酶液過柱，使單寧專一性結合纖維素酶，蒸餾水平衡后，用 ～，就可得到純化的液態(tài)纖維素酶 [1]。s，裝于有環(huán)氧樹脂涂覆的容量為 200kg 的鐵桶中以及容量為 25g 的手提桶中。 I． CMC 酶活的測定 5%CMC 溶液（ 、 ， ） ， 適當稀釋后的酶液 ， 40℃ 恒溫水浴 60min，用 3,5二硝基水楊酸法測定還原糖； II． FPA 酶活的測定 取適當稀釋后的酶液 ， 再加入 磷酸緩沖液（ ）和 濾紙條 1張，其余同 CMC 測定。（ 1﹣ 10%） = 年用量 : M1 = 82 = （ 2）麥麩 碳源中玉米秸稈與麥麩的比例為 4:1 時纖維素酶的產(chǎn)量最高。7H2O 的用量為： m6 = % = 年用量 ： M6 = 82 = （ 7） KH2 PO4 KH2 PO4 的用量為 %，一個發(fā)酵周期中 KH2 PO4 的用量為： m7 = % = 年用量 ： M7 = 82 = （ 8） CaCl2在提取過程中，發(fā)酵液經(jīng)過過濾后會有部分體積損失，且過濾后的濾液經(jīng)過真空濃縮。7H2O % KH2 PO4 % CaCl21020247。 = ， P = , C = 3 mm, [б] = 130MPa, Di = 2300 解之得： S = mm 取整 封頭按標準橢圓計算 [7] hi = ha = 封頭壁厚： S = PD/(2[б] 248。本次設計中將吸風塔的高度定為 11m，空氣在吸風塔內(nèi)的截面流速設計為6m/s。 = ② 前置預過濾器 [8] 選擇高效前置過濾器，其外形像一只大型的集裝箱。247。要求壓縮空氣由 104℃ 被冷卻至 25℃ ，冷卻介質為 20℃ 的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為 28℃ . 由條件可得： 空氣的定性溫度： (104+25)/2 = ℃ 水的定型溫度：（ 20+28)/2 = 24℃ 計算過程 [15]為： 查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： ? = kg/m3 ； ? Cp = kJ/(kgh(T2﹣ T1) = 200247。(28﹣ 20) = P = (t2﹣ t1)247。） = m2 IV．初選換熱器型號 由于兩流體溫差大于 50℃ ，可選用浮頭式換熱器 FB500?！?tm） = 105 247。247。 ⑧ 蒸汽過濾器 根據(jù)已選 JPF20 型空氣膜過濾器，查閱 JLSF 蒸汽過濾器的規(guī)格型號，可選 JLSF080蒸汽過濾器， ?114530mm 一臺，配置濾芯 JLSF， ?22260，共 7 個 [8]。VP) = 247。共用4h 將發(fā)酵液過濾完畢。12（ 1－ 247。體積濃縮比 = 247。30 = （ 12）真空蒸發(fā)器二 經(jīng)過層析后的酶液需進行進一步的濃縮以進行下一步的干燥。則真空干燥器的生產(chǎn)能力計算為： W = F/t = 247。3（ 1－ 247。247。則由 V = (D/2) 2H = 可得： D = m ； H = 經(jīng)過鹽析或乙醇沉淀法沉淀出的粗酶經(jīng)過過濾后要用磷酸重新溶解后過丹寧親和層析柱進 行純化。則由 V = (D/2) 2H = 23m3 可得： D = m ； H = m （ 9）真空蒸發(fā)器： 生產(chǎn)工藝中要求在低于 60℃ 的條件下將濾液中 2/3 的水分蒸發(fā)掉。A = (1﹣ ) 247。則由 V = (D/2) 2H = 38m3 可得： D = ； H = m （ 7）板框過濾機 發(fā)酵結束后需過濾的發(fā)酵液的體積 VF 為 m3，含固量 i 約為 25%。根據(jù)發(fā)酵車間的空氣用量，可選用 YUDZ4 型號的總過濾器 ?12003035mm，配濾芯 DMF，總過濾器內(nèi)有 DMF 濾芯 ?3501000， 4 個 [8]。一般絲網(wǎng)除濾器的設計流速取 1~3m/s。 = n ???d?(L－ ) ?N = 124（ 6﹣ ） 3 = m2 采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為： k?！?tm′= = ℃ III．選 k 值，估計傳熱面積 由資料，可取 k = 100 w/( m2103247。℃ ) ； k = ( m2 20℃ 的空氣經(jīng)空氣壓縮機的壓縮，其出口壓強表壓為 ： T2= T1（ P2/ P1） K1/K = (273+20) [(+)/] = 293 = = ℃ 其中： P1 = MPa， K = 。60247。6247。2 = 3 m3 ② 一級種子罐 一級種子罐體積 = 二級種子罐體積 裝料系數(shù) 接種量 247。8247。330247。 則提取過程中 (NH4) 2 SO4 的用量為： m11 = 114﹢ 90%262 = 7210kg = 年用量 ： M11 = 82 = (NH4) 2 SO4 的總用量為 164﹢ = （ 2）乙醇 乙醇作為飼料添加用酶的沉淀劑， 一個發(fā) 酵周期中共有 4 個發(fā) 酵罐用于該酶的生產(chǎn)。一個發(fā)酵周期中的使用量為 m9 = 82370%%﹢ 4375%% = m3 年用量 ： M9 = 82 = m3 . 輔料計算 （ 1）硫酸銨 在整個生產(chǎn)工藝中硫酸銨有兩種 用途：一種是作為氮源；另一用途是在纖維素酶的沉淀粗提中作為沉淀劑。其用量為 1%。發(fā)酵罐的裝料 系數(shù)為 70%，發(fā)酵產(chǎn)率為 %，提取率為 70%，種子罐的裝料系數(shù)為 75%， 發(fā)酵液密度 約為 1020 kg/m3。成品庫要求低溫干燥通風，庫內(nèi)溫度在 0~25℃ 范圍內(nèi)，保質期為半年 。在纖維素酶的生產(chǎn)中一般采用真空蒸發(fā)器，在 50℃ 進行真空濃縮，除 去約 2/3 的水分。乙醇的最適濃度為 70%。經(jīng)過濾后濾液中的纖維素酶的收率為 95%。當發(fā)酵液的 pH 上升 至 5 左右，鏡檢觀察到菌絲自溶、斷裂， 80%以上的菌絲染色著色淺或染不上色時 ，可以放罐 [6]。在實際的發(fā)酵過程中，隨著微生物的代謝活動，發(fā)酵液的 pH 值在不斷變化，要根據(jù)其變化嚴格控制 pH 值 [1]。實罐滅菌過程共分為三個階段： ① 升溫階段 采用直接將活蒸汽通入發(fā)酵罐中的方式把培養(yǎng)基由室溫加熱到滅菌溫度。里氏木霉的最適氮源為硫酸銨和谷氨酸鈉，硫酸銨價格較便宜，因此選用硫酸銨，用 %濃度效果較佳。 （二）發(fā)酵過程 （ 1）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制 ① 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成 [5] 玉米秸稈粉 %、麥麩 5%、酵母膏 %、蛋白胨 %、