燃料乙醇的制备...ppt

燃料乙醇的发酵燃料乙醇的发酵燃料乙醇燃料乙醇是一种被广泛用于运输业的生物燃料。燃料乙醇由富含糖类物质的农作物酿制产生，可加入汽油中制成混合燃料。燃料乙醇主要供汽车、摩托车等交通工具使用，汽油发动机无需做过多改动就可以直接使用燃料乙醇。当汽油价格较高时，燃料乙醇具有明显的成本优势。然而，大规模使用燃料乙醇会导致玉米、甘蔗等农作物供不应求、价格上升。前景前景最近几年，由于石油价格的波动，燃料乙醇的消费增长也在提速。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放可作为新的燃料替代品辛烷值高抗爆性能就好乙醇可以按较甲基叔丁基醚（MTBE）(可生物降解性差、能迅速迁移至饮用水中危害人体健康的问题)更少的添加量加入汽油中可再生能源我国现状我国现状我国燃料乙醇的主要原料是陈化粮和以木薯、甜高粱等淀粉质或糖质非粮作物，今后研发的重点主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术。目前，国家发改委已核准了广西的木薯燃料乙醇、内蒙的甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点等项目以农林废弃物等木质纤维素原料制取乙醇燃料技术也己进入年产万吨级规模的中试阶段。生产技术生产技术一、第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇。其工艺流程一般分为五个阶段，即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。二、是以木质纤维素质为原料生产乙醇。乙醇技术首先要进行预处理，即脱去木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后，再进入发酵、蒸馏和脱水。生产工艺生产工艺发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料，经过水解（即糖化）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下，水解为葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇乙醇脱水制得燃料乙醇：化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。木薯生淀粉批量发酵酒精木薯生淀粉批量发酵酒精：木薯：木薯木薯木薯是世界三大薯类之一，广泛栽培于热带和亚热带地区。在我国南亚热带地区，木薯是仅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物。它在作物布局，饲料生产，工业应用等方面具有重要作用，已成为广泛种植的主要的加工淀粉和饲料作物。是热带湿地低收入农户的主要食用作物。木薯生淀粉批量发酵酒精木薯生淀粉批量发酵酒精：木薯：木薯原产于美洲热带，全世界热带地区广为栽培。其块根可食，可磨木薯粉、做面包、提供木薯淀粉和浆洗用淀粉乃至酒精饮料。木薯可能为墨西哥犹加敦的玛雅人首先栽培。大多数品种含有能产生氰化物的糖类衍生物，原始民族会用摩擦、压榨及加热等复杂的工序去毒。木薯极易发生变异，所以本身可能就是一个杂交种。木薯生淀粉批量发酵酒精：木薯生淀粉批量发酵酒精：木薯木薯木薯生淀粉批量发酵酒精木薯生淀粉批量发酵酒精：木薯：木薯木薯生淀粉批量发酵酒精木薯生淀粉批量发酵酒精：生产工艺：生产工艺a-淀粉酶 糖化酶 薯干粉碎机调浆罐连续蒸煮器蒸煮醪糖化锅 废槽 酒精分子筛脱水 蒸馏成熟发酵醪发酵醪糖化醪杂醇油 酵母种斜面试管摇瓶培养小酒母罐大酒母罐 空气空压机过滤器无菌空气 酒母醪木薯生淀粉批量发酵酒精木薯生淀粉批量发酵酒精:薯干预处理薯干预处理薯干预处理示意图原料薯干筛选浮选磁选破碎制浆液化（糊化）纤维、泥沙 石块、砖块 铁杂 糖化冷却 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过程。糖化糖化淀粉的糖化：是利用糖化酶将淀粉液化的产物进一步水解成葡萄糖的的过程，并为发酵提供含糖适量并保持一定酶活力的无菌或极少杂菌的醪液。乙醇酵母的培养乙醇酵母的培养 麦芽汁 麦芽汁 麦芽汁 糖化醪琼脂 酵母斜面试管液体试管三角瓶培养卡氏罐培养小酒母罐培养大酒母罐培养发酵罐 糖化醪 乙醇酵母的培养乙醇酵母的培养（酒母（酒母1：10扩大培养）扩大培养）（1）原菌种斜面培养：麦芽汁琼脂，2530培养35天（冰箱4保存备用）。（2）液体试管：10Bx麦芽汁，灭菌冷却至2530，无菌接种置2530培养20h。（3）三角瓶培养：1/3麦芽汁和2/3糖化醪，2530培养1214h，pH46（4）卡式罐培养：糖化醪，2530培养1214h，pH46（5）小酒母罐、大酒母罐培养：糖化醪，2530培养1214h，pH46乙醇发酵乙醇发酵菌种：乙醇酵母；培养基：薯干糖化醪发酵醪；pH:4.24.5;（1）前发酵期：醪液中酵母密度小，酵母进行适应，发酵作用不强。实际生产时，酒母量在10左右，前发酵期时间为68h，连续发酵时，前发酵期基本不存在。（2）主发酵期：酵母不再大量繁殖，而主要进行乙醇发酵，发酵作用强烈，糖分消耗迅速，乙醇逐渐增加。主发酵温度控制在3034 不得高于3435，发酵时间一般为1215小时。乙醇发酵乙醇发酵（3）后发酵期：醪液中的糖分已大部分被发酵，但醪液中残存的糊精等多糖成分继续被转化为可发酵性糖，酵母把它转化为乙醇。后糖化作用速度比糖发酵速度要慢得多，乙醇和CO2生产量减少，表观看来气泡不断产生，但醪液不再翻动。后发酵期一般需40小时左右才能完成，保持醪液温度在301。分离纯化工艺流程图分离纯化工艺流程图发酵罐泵醪塔浓缩塔粗酒精分子筛塔A、B冷凝 蒸汽 蒸汽 无水乙醇木质纤维素乙醇的新进展木质纤维素乙醇的新进展 生物质原料具有很多优点，但由于其韧性会导致工艺过程复杂并且成本昂贵。通过构造新纤维素水解酶体系、改造戊糖发酵工业中耐受抑制剂的酵母菌株以及结合最优一体化过程，显著改善了发酵工艺过程。预处理破坏木质纤维素的结构；酶水解通过纤维素酶将纤维素降解为葡萄糖；发酵将葡萄糖代谢为乙醇，通常使用酵母菌株；蒸馏-精馏-去水分离纯化乙醇以满足需求。木质纤维素的预处理木质纤维素的预处理将纤维素、半纤维素和木质素分离，打破纤维素的晶体结构，使纤维素酶渗透进纤维素内部，从而有效降解纤维素蒸汽爆破、液相热水预处理(LHW)、氨纤维爆破(AFEX)、酸预处理、石灰预处理、有机溶胶蒸汽爆破和烯酸预处理已经应用于中试规模 木质纤维素的酶水解木质纤维素的酶水解可采用三种酶协同作用水解纤维素：内切-1，4-葡聚糖酶作用纤维素链的内部；纤维二糖水解酶降解聚合物的末端；-葡萄糖苷酶作用于释放的纤维二糖，将其裂解为两分子葡萄糖增强纤维素酶的生产能力增强纤维素酶的生产能力纤维素酶和半纤维素酶的主要工业来源是嗜温软腐菌 T.richoderma reesei(有性世代 Hypocrea-jecorina)，通过随机诱变得到的具有高蛋白分泌能力的突变株。进一步提高这些菌株需要精密的代谢工程，来考虑工艺条件中的基因表达。同时研究也着力于采用便宜的碳源(如纤维质)进行酶生产。木质纤维素的乙醇发酵木质纤维素的乙醇发酵木质纤维素水解产物的乙醇发酵需要有机酵素中含有葡萄糖、甘露糖、半乳糖和戊糖，木糖和树胶醛糖，以及抑制剂弱碱、糖醛和酚类化合物。酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)一直是人类历史上用于生物发酵乙醇的菌株，该菌可以耐受木质纤维素衍生物代谢的抑制剂。但 S.cere-visiae 菌缺乏利用戊糖、木糖和阿拉伯糖的能力。在 S.cerevisiae 菌中导入木糖异构酶途径可以获得高乙醇产量，同样也可导入阿拉伯糖异构酶途径。戊糖的氧化还原代谢一直是众多工程途径中的热点。在将来，随着实验室和中试规模研究的不断提高，人们会最大程度的利用木质纤维素原料中的每个成分，将其转化成不同的成品，实现原料的充分利用并使产品价值达到最大化，达到商业化生产要求。未来多久能突破瓶颈就进入广泛应用？10、20年？