燃料乙醇的制備..復(fù)習(xí)過程

1、燃料乙醇的制備.前景前景 最近幾年，由于石油價(jià)格的波動，燃料乙醇的消費(fèi)增長也在提速。隨著國內(nèi)石油需求的進(jìn)一步提高，以乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國能源政策的一個方向。 關(guān)于促進(jìn)玉米深加工業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見 燃料乙醇擁有清潔、可再生等特點(diǎn)，可以降低汽車尾氣中一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧?可作為新的燃料替代品 辛烷值高抗爆性能就好 乙醇可以按較甲基叔丁基醚（MTBE）(可生物降解性差、能迅速遷移至飲用水中危害人體健康的問題)更少的添加量加入汽油中 可再生能源我國現(xiàn)狀我國現(xiàn)狀 我國燃料乙醇的主要原料是陳化糧和以木薯、甜高粱等淀粉質(zhì)或糖質(zhì)非糧作物，今后研發(fā)的重點(diǎn)主要集中在以木質(zhì)纖維

2、素為原料的第二代燃料乙醇技術(shù) 。 目前 ，國家發(fā)改委已核準(zhǔn)了廣西的木薯燃料乙醇、內(nèi)蒙的甜高粱燃料乙醇和山東的木糖渣燃料乙醇等非糧試點(diǎn)等項(xiàng)目 以農(nóng)林廢棄物等木質(zhì)纖維素原料制取乙醇燃料技術(shù)也己進(jìn)入年產(chǎn)萬噸級規(guī)模的中試階段。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù) 一、第一代燃料乙醇技術(shù)是以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)作物為原料生產(chǎn)乙醇。其工藝流程一般分為五個階段，即液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水。 二、是以木質(zhì)纖維素質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇。乙醇技術(shù)首先要進(jìn)行預(yù)處理，即脫去木質(zhì)素，增加原料的疏松性以增加各種酶與纖維素的接觸，提高酶效率。待原料分解為可發(fā)酵糖類后，再進(jìn)入發(fā)酵、蒸餾和脫水。生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝 發(fā)酵法采用各種含糖（雙糖）、淀粉（多糖）、纖

3、維素（多縮己糖）的農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料，經(jīng)過水解（即糖化）、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化為單糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇。淀粉質(zhì)在微生物作用下，水解為葡萄糖，再進(jìn)一步發(fā)酵生成乙醇 乙醇脫水制得燃料乙醇：化學(xué)反應(yīng)脫水法、恒沸精餾、萃取精餾、吸附、膜分離、真空蒸餾法、離子交換樹脂法等。木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精：木薯：木薯 木薯木薯是世界三大薯類之一，廣泛栽培于熱帶和亞熱帶地區(qū)。在我國南亞熱帶地區(qū)，木薯是僅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物。 它在作物布局，飼料生產(chǎn)，工業(yè)應(yīng)用等方面具有重要作用，已成為廣泛種植的主要的加工淀粉和飼料作物。 是熱帶濕地低收入農(nóng)戶的主要食用作物。木

4、薯生淀粉批量發(fā)酵酒精木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精：木薯：木薯 原產(chǎn)于美洲熱帶，全世界熱帶地區(qū)廣為栽培。其塊根可食，可磨木薯粉、做面包、提供木薯淀粉和漿洗用淀粉乃至酒精飲料。木薯可能為墨西哥猶加敦的瑪雅人首先栽培。大多數(shù)品種含有能產(chǎn)生氰化物的糖類衍生物，原始民族會用摩擦、壓榨及加熱等復(fù)雜的工序去毒。木薯極易發(fā)生變異，所以本身可能就是一個雜交種。木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精：木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精：木薯木薯木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精：木薯：木薯木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精：生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝a-淀粉酶 糖化酶 薯干粉碎機(jī)調(diào)漿罐連續(xù)蒸煮器蒸煮醪糖化鍋 廢槽 酒精分子篩脫水 蒸餾

5、成熟發(fā)酵醪發(fā)酵醪糖化醪雜醇油 酵母種斜面試管搖瓶培養(yǎng)小酒母罐大酒母罐 空氣空壓機(jī)過濾器無菌空氣 酒母醪木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精木薯生淀粉批量發(fā)酵酒精:薯干預(yù)處理薯干預(yù)處理薯干預(yù)處理示意圖原料薯干篩選浮選磁選破碎制漿液化（糊化） 纖維、泥沙 石塊、磚塊 鐵雜 糖化冷卻 糖化酶淀粉的液化：是利用淀粉液化酶使糊化的淀粉黏度降低，并水解成糊精和低聚糖的過程。糖化糖化 淀粉的糖化：是利用糖化酶將淀粉液化的產(chǎn)物進(jìn)一步水解成葡萄糖的的過程，并為發(fā)酵提供含糖適量并保持一定酶活力的無菌或極少雜菌的醪液。乙醇酵母的培養(yǎng)乙醇酵母的培養(yǎng) 麥芽汁 麥芽汁 麥芽汁 糖化醪瓊脂 酵母斜面試管液體試管三角瓶培養(yǎng)卡氏罐培養(yǎng)小酒母

6、罐培養(yǎng)大酒母罐培養(yǎng)發(fā)酵罐 糖化醪 乙醇酵母的培養(yǎng)乙醇酵母的培養(yǎng)（酒母（酒母1：10擴(kuò)大培養(yǎng)）擴(kuò)大培養(yǎng)）（1）原菌種斜面培養(yǎng)：麥芽汁瓊脂，2530培養(yǎng)35天（冰箱4保存?zhèn)溆茫?。?）液體試管：10Bx麥芽汁，滅菌冷卻至2530，無菌接種置2530培養(yǎng)20h。（3）三角瓶培養(yǎng)：1/3麥芽汁和2/3糖化醪， 2530培養(yǎng)1214h，pH46（4）卡式罐培養(yǎng)：糖化醪，2530培養(yǎng)1214h，pH46（5）小酒母罐、大酒母罐培養(yǎng)：糖化醪，2530培養(yǎng)1214h，pH46乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵菌種：乙醇酵母； 培養(yǎng)基：薯干糖化醪發(fā)酵醪； pH:4.24.5;（1）前發(fā)酵期：醪液中酵母密度小，酵母進(jìn)行適應(yīng)，發(fā)酵作

7、用不強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)時，酒母量在10左右，前發(fā)酵期時間為68h，連續(xù)發(fā)酵時，前發(fā)酵期基本不存在。（2）主發(fā)酵期：酵母不再大量繁殖，而主要進(jìn)行乙醇發(fā)酵，發(fā)酵作用強(qiáng)烈，糖分消耗迅速，乙醇逐漸增加。主發(fā)酵溫度控制在3034 不得高于3435，發(fā)酵時間一般為1215小時。乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵 （3）后發(fā)酵期：醪液中的糖分已大部分被發(fā)酵，但醪液中殘存的糊精等多糖成分繼續(xù)被轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，酵母把它轉(zhuǎn)化為乙醇。后糖化作用速度比糖發(fā)酵速度要慢得多，乙醇和CO2生產(chǎn)量減少，表觀看來氣泡不斷產(chǎn)生，但醪液不再翻動。后發(fā)酵期一般需40小時左右才能完成，保持醪液溫度在301 。分離純化工藝流程圖分離純化工藝流程圖發(fā)酵罐泵醪塔

8、濃縮塔粗酒精分子篩塔A、B冷凝 蒸汽 蒸汽 無水乙醇木質(zhì)纖維素乙醇的新進(jìn)展木質(zhì)纖維素乙醇的新進(jìn)展 生物質(zhì)原料具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其韌性會導(dǎo)致工藝過程復(fù)雜并且成本昂貴。通過構(gòu)造新纖維素水解酶體系、 改造戊糖發(fā)酵工業(yè)中耐受抑制劑的酵母菌株以及結(jié)合最優(yōu)一體化過程，顯著改善了發(fā)酵工藝過程。 預(yù)處理破壞木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)； 酶水解通過纖維素酶將纖維素降解為葡萄糖； 發(fā)酵將葡萄糖代謝為乙醇， 通常使用酵母菌株； 蒸餾-精餾-去水分離純化乙醇以滿足需求。 木質(zhì)纖維素的預(yù)處理木質(zhì)纖維素的預(yù)處理 將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分離，打破纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，使纖維素酶滲透進(jìn)纖維素內(nèi)部，從而有效降解纖維素 蒸汽爆破、液相熱

9、水預(yù)處理(LHW)、氨纖維爆破(AFEX)、酸預(yù)處理、石灰預(yù)處理、有機(jī)溶膠 蒸汽爆破和烯酸預(yù)處理已經(jīng)應(yīng)用于中試規(guī)模 木質(zhì)纖維素的酶水解木質(zhì)纖維素的酶水解 可采用三種酶協(xié)同作用水解纖維素：內(nèi)切-1，4-葡聚糖酶作用纖維素鏈的內(nèi)部； 纖維二糖水解酶降解聚合物的末端；-葡萄糖苷酶作用于釋放的纖維二糖， 將其裂解為兩分子葡萄糖增強(qiáng)纖維素酶的生產(chǎn)能力增強(qiáng)纖維素酶的生產(chǎn)能力 纖維素酶和半纖維素酶的主要工業(yè)來源是嗜溫軟腐菌 T.richoderma reesei(有性世代 Hypocrea- jecorina)，通過隨機(jī)誘變得到的具有高蛋白分泌能力的突變株。 進(jìn)一步提高這些菌株需要精密的代謝工程，來考慮工藝

10、條件中的基因表達(dá)。 同時研究也著力于采用便宜的碳源(如纖維質(zhì))進(jìn)行酶生產(chǎn)。 木質(zhì)纖維素的乙醇發(fā)酵木質(zhì)纖維素的乙醇發(fā)酵 木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)物的乙醇發(fā)酵需要有機(jī)酵素中含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和戊糖，木糖和樹膠醛糖，以及抑制劑弱堿、糖醛和酚類化合物。 釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)一直是人類歷史上用于生物發(fā)酵乙醇的菌株， 該菌可以耐受木質(zhì)纖維素衍生物代謝的抑制劑。 但 S.cere-visiae 菌缺乏利用戊糖、木糖和阿拉伯糖的能力。 在 S.cerevisiae 菌中導(dǎo)入木糖異構(gòu)酶途徑可以獲得高乙醇產(chǎn)量， 同樣也可導(dǎo)入阿拉伯糖異構(gòu)酶途徑。 戊糖的氧化還原代謝一直是眾多工程途徑中的熱點(diǎn)。 在將來， 隨著實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模研究的不斷提高， 人們會最大程度