年产1000吨纤维素酶工厂设计(附件)【字数：9968】
目前，世界上的化石资源虽存量丰富，但形成速度过于缓慢，属于不可再生资源，以人类现在的消耗速度，总有一天会消耗殆尽，在这一天来临之前，我们必须寻找到可再生能源。纤维素是最便宜的可再生资源，本文设计一家年产1000吨纤维素酶的工厂，设计5台200 m3液态发酵罐，直径5 m，每年生产330天，共生产1000 t纤维素酶，并设计了无菌空气、热量、水量、物料耗量等，预计在三年内收回成本。本设计包括纤维素酶生产工艺流程设计，液体发酵罐设计，工厂平面设计等，也会在环境效益与经济效益方面着重考虑，意在设计一家既对环境危害小，又能生产出合乎要求的纤维素酶工厂。毕业设计说明书（论文）外文
目 录
1 引言 1
2 纤维素酶简介 1
2.1 纤维素酶及其特点 1
2.2 国内外纤维素酶发展现状 1
2.3 本设计的目的和内容 1
3 生产工艺流程 2
3.1 无菌空气工艺论证 2
3.3 发酵工段工艺论证 3
4 工艺设计计算 4
4.1 物料衡算 4
4.2 热量衡算 6
4.3 水平衡计算 7
4.4 无菌空气衡算 8
4.5 种子罐的设备选型与计算 9
4.6 发酵罐的设备选型与计算 13
4.7 空气过滤器设备选型与计算 22
5 车间布置 31
5.1 车间布置的组成 31
5.2 本设计的车间布置说明 31
5.3 三废处理 32
6 成本核算 32
6.1 投资估算 32
6.2 成本计算 33
结 论 36
致 谢 37
参考文献 38
附录 40
1 引言
目前，世界上的化石资源虽存量丰富，但形成速度过于缓慢，属于不可再生资源，以人类现在的消耗速度，总有一天会消耗殆尽，在这一天来临之前，我们必须寻找到可再生能源[1]。而纤维素是最便宜的可再生资源，植物每年在地球上生产1500亿吨干物质，其中约850亿吨 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
是半纤维素和纤维素[2]。如果我们能够将纤维素物质转化为用于生产和养殖的纤维素酶，可以大大改善能源供应不足的问题，还能很大程度上遏制环境污染[3]，可持续发展的人类社会指日可待。
2 纤维素酶简介
2.1 纤维素酶及其特点
纤维素酶是一种多组分酶，能够将纤维素的β1，4糖苷键连接成葡萄糖。 传统上分为3类：β葡萄糖苷酶，内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶[4]。纤维素酶可以在细菌，真菌和动物中生产。在过去几年中，根据同源氨基酸序列和类似的纤维素酶结构，人们将纤维素酶的种类分隔开来。常见的用于生产的纤维素酶有青霉属，木霉属和曲霉属[5~7]。纤维素酶在各种工业中应用非常的广泛，如在酒精发酵中，添加少量纤维素酶就可以大大减少酒精生产过程中的损耗，提高酒质[8]。微生物产生的酶可将纤维素分解成葡萄糖和纤维二糖等寡糖，并将其转化为生物液体燃料，如乙醇和丁醇[9]。这是一种很有前途的纤维素利用策略。
2.2 国内外纤维素酶发展现状
2.2.1 国外纤维素酶发展现状
目前，美国，丹麦，日本，俄罗斯和芬兰等国家研究纤维素酶的转化方法，并通过实验获得了优良的产纤维素酶细菌[10]。并且以纤维素制糖为主要目标，建立了多个试验工厂。
2.2.2 国内纤维素酶发展现状
我们国家从1970年左右渐渐开始了纤维素酶的选育工作，经过数十年的努力，培养了各种优良品种，如黑曲霉，绿色木霉，康氏木霉等[11]。很多菌株都开始了工业应用，并且有了很好的经济效益。
2.3 本设计的目的和内容
目的： 1、满足教学计划培养目标要求。 2、进一步巩固和深化学习的基础理论，基本技能和专业知识，使其系统和全面。 3、掌握发酵厂设计的基本步骤和方法。 4、掌握设计规范和CAD绘图技巧的规范。5、通过毕业论文，综合运用所学知识培养自主科研能力，加强分析和解决问题。
内容： 本设计针对目前国内纤维素酶厂家的设备、技术、工艺等现状，在传统工艺基础上吸收国内外厂家的先进设备， 技术和工艺，并兼顾到投资费用，生产费用，劳动就业等问题，力求缩短生产周期， 降低生产成本，降低劳动强度等。
3 生产工艺流程
图 1 纤维素酶的生产工艺流程图
3.1 无菌空气工艺论证
3.1.1 无菌空气制备系统工段工艺论证
图 2 无菌空气系统工艺流程
纤维素酶是一种需氧菌，发酵时需要很多空气[12]，但空气中又有很多杂菌，所以，耗氧发酵项目有一个重要部分就是空气消毒。灭菌后的空气被称为是无菌空气，细菌含量大约在1050个/m3。
由于世界各地的气候条件、地理位置、温湿度的不同，一般情况下不同发酵厂的空气灭菌方法都不同。本设计以淮安为例，采用适合这里的空气灭菌工艺，即“两段冷却，分离，加热”工艺。虽然是以淮安为例，但也适用于潮湿地区，因为这种工艺可以分离空气中的水分，提高过滤效率[13]。通常情况下第一次冷却至3035℃，第二次降温至2025℃后，去除水分再加热，最后将空气从空气过滤器中去除，达到除去细菌的目的。
1）采风：进气口的位置格外重要，如果采集到的空气细菌较多，那就要用比较繁琐的工序进行除菌；若直接采集到的空气比较干净，就可以大大减少除菌的工作量，所以采风口设置在地面10 m以上，这样就能采集到细菌较少的空气。
2）高效前置过滤：从进气口进入的空气，经过压缩机，被高度过滤后，进入压缩空气机。
3）空气压缩：本设计使用水冷无润滑往复式压缩机，这种空气压缩机没有润滑油的污染，空气不会被带到有雾中，既不会降低加热系数，也不会导致冷却困难，是一种中小型工厂十分适合的空压机。
4）空气贮罐：本设计使用立式贮气罐，贮气罐的作用是消除空气压缩机的动力，保持稳定的气压，否则会对之后的冷却造成较大的影响。
目 录
1 引言 1
2 纤维素酶简介 1
2.1 纤维素酶及其特点 1
2.2 国内外纤维素酶发展现状 1
2.3 本设计的目的和内容 1
3 生产工艺流程 2
3.1 无菌空气工艺论证 2
3.3 发酵工段工艺论证 3
4 工艺设计计算 4
4.1 物料衡算 4
4.2 热量衡算 6
4.3 水平衡计算 7
4.4 无菌空气衡算 8
4.5 种子罐的设备选型与计算 9
4.6 发酵罐的设备选型与计算 13
4.7 空气过滤器设备选型与计算 22
5 车间布置 31
5.1 车间布置的组成 31
5.2 本设计的车间布置说明 31
5.3 三废处理 32
6 成本核算 32
6.1 投资估算 32
6.2 成本计算 33
结 论 36
致 谢 37
参考文献 38
附录 40
1 引言
目前，世界上的化石资源虽存量丰富，但形成速度过于缓慢，属于不可再生资源，以人类现在的消耗速度，总有一天会消耗殆尽，在这一天来临之前，我们必须寻找到可再生能源[1]。而纤维素是最便宜的可再生资源，植物每年在地球上生产1500亿吨干物质，其中约850亿吨 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
是半纤维素和纤维素[2]。如果我们能够将纤维素物质转化为用于生产和养殖的纤维素酶，可以大大改善能源供应不足的问题，还能很大程度上遏制环境污染[3]，可持续发展的人类社会指日可待。
2 纤维素酶简介
2.1 纤维素酶及其特点
纤维素酶是一种多组分酶，能够将纤维素的β1，4糖苷键连接成葡萄糖。 传统上分为3类：β葡萄糖苷酶，内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶[4]。纤维素酶可以在细菌，真菌和动物中生产。在过去几年中，根据同源氨基酸序列和类似的纤维素酶结构，人们将纤维素酶的种类分隔开来。常见的用于生产的纤维素酶有青霉属，木霉属和曲霉属[5~7]。纤维素酶在各种工业中应用非常的广泛，如在酒精发酵中，添加少量纤维素酶就可以大大减少酒精生产过程中的损耗，提高酒质[8]。微生物产生的酶可将纤维素分解成葡萄糖和纤维二糖等寡糖，并将其转化为生物液体燃料，如乙醇和丁醇[9]。这是一种很有前途的纤维素利用策略。
2.2 国内外纤维素酶发展现状
2.2.1 国外纤维素酶发展现状
目前，美国，丹麦，日本，俄罗斯和芬兰等国家研究纤维素酶的转化方法，并通过实验获得了优良的产纤维素酶细菌[10]。并且以纤维素制糖为主要目标，建立了多个试验工厂。
2.2.2 国内纤维素酶发展现状
我们国家从1970年左右渐渐开始了纤维素酶的选育工作，经过数十年的努力，培养了各种优良品种，如黑曲霉，绿色木霉，康氏木霉等[11]。很多菌株都开始了工业应用，并且有了很好的经济效益。
2.3 本设计的目的和内容
目的： 1、满足教学计划培养目标要求。 2、进一步巩固和深化学习的基础理论，基本技能和专业知识，使其系统和全面。 3、掌握发酵厂设计的基本步骤和方法。 4、掌握设计规范和CAD绘图技巧的规范。5、通过毕业论文，综合运用所学知识培养自主科研能力，加强分析和解决问题。
内容： 本设计针对目前国内纤维素酶厂家的设备、技术、工艺等现状，在传统工艺基础上吸收国内外厂家的先进设备， 技术和工艺，并兼顾到投资费用，生产费用，劳动就业等问题，力求缩短生产周期， 降低生产成本，降低劳动强度等。
3 生产工艺流程
图 1 纤维素酶的生产工艺流程图
3.1 无菌空气工艺论证
3.1.1 无菌空气制备系统工段工艺论证
图 2 无菌空气系统工艺流程
纤维素酶是一种需氧菌，发酵时需要很多空气[12]，但空气中又有很多杂菌，所以，耗氧发酵项目有一个重要部分就是空气消毒。灭菌后的空气被称为是无菌空气，细菌含量大约在1050个/m3。
由于世界各地的气候条件、地理位置、温湿度的不同，一般情况下不同发酵厂的空气灭菌方法都不同。本设计以淮安为例，采用适合这里的空气灭菌工艺，即“两段冷却，分离，加热”工艺。虽然是以淮安为例，但也适用于潮湿地区，因为这种工艺可以分离空气中的水分，提高过滤效率[13]。通常情况下第一次冷却至3035℃，第二次降温至2025℃后，去除水分再加热，最后将空气从空气过滤器中去除，达到除去细菌的目的。
1）采风：进气口的位置格外重要，如果采集到的空气细菌较多，那就要用比较繁琐的工序进行除菌；若直接采集到的空气比较干净，就可以大大减少除菌的工作量，所以采风口设置在地面10 m以上，这样就能采集到细菌较少的空气。
2）高效前置过滤：从进气口进入的空气，经过压缩机，被高度过滤后，进入压缩空气机。
3）空气压缩：本设计使用水冷无润滑往复式压缩机，这种空气压缩机没有润滑油的污染，空气不会被带到有雾中，既不会降低加热系数，也不会导致冷却困难，是一种中小型工厂十分适合的空压机。
4）空气贮罐：本设计使用立式贮气罐，贮气罐的作用是消除空气压缩机的动力，保持稳定的气压，否则会对之后的冷却造成较大的影响。
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