酒精发酵工艺与能源危机.pptx

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1、酒精发酵工艺与酒精发酵工艺与能源危机能源危机Alcohol fermentation and energy crisis第第一一章章概述概述第第六六章章结论和展望结论和展望第第五五章章乙醇汽油的优缺点乙醇汽油的优缺点第第四四章章燃料乙醇的添加燃料乙醇的添加第第三三章酒精发酵的操作规程章酒精发酵的操作规程第第二二章章酒精发酵的可行性与必要性酒精发酵的可行性与必要性第一章第一章 概述概述发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。酒精发酵是在无氧条件下，微生物（如酵母菌）分解葡萄糖等有机物，产生酒精、二氧化碳等不彻

2、底氧化产物,同时释放出少量能量的过程。酒精发酵和乳酸发酵是两类极具代表性的发酵过程。进入21世纪以来，我们在体验新时代所带来的便利的同时，埋藏已久的危机也逐渐显现。其中，能源危机的影响已经不可忽视了。石油，作为一次性、不可再生、应用最为广泛的能源，目前全球已知的石油储量，约为1万亿桶，够人类消费3640年（按目前的石油消费速度计算）。除了这1万亿桶以外，有待发现的石油大约也有1万亿桶。这就是说，地下总共还有2万亿桶石油可供开采利用，可供人类消费近80年。同时，石油的供应大致上由一些拥有大量石油储藏的国家所控制，主要的产油国成立了石油输出国组织（OPEC），OPEC控制了全球石油出口的大部分产量

3、，对世界油价具有强大的杠杆作用。而作为石油匮乏的国家，如中国，转向其他能源无非是应对这种作用无二的选择。第二章 酒精发酵的可行性与必要性HHCHOCHHH酒精发酵的反应式酒精发酵的反应式2CO2+2NAD+由于生物发酵的生化反应机理明了，同时具有由于生物发酵的生化反应机理明了，同时具有高产、稳产，操作简单，是制备酒精的完美选高产、稳产，操作简单，是制备酒精的完美选择。择。2NADH+2H+2H2OC6H12O6+2NAD+2pi 2CH3COCOOH+2CH3COCOOH+2NADH+2H+2CH3CH2OH+2CH3CH2OH+2CO2C6H12O6CH2OPCHOCHOHCOOHCHOHC

4、H2OP2COOHHCOCH2OHP2COOHCOPCH22COHCOOHCH22OHHCH2OHOHHHOHHOHOHCH2OOHHHOHHOHOPHOHHOHHOHOCH2HoOHHPHOHHOHOCH2HoCH2OHPPCH2OPC=OCH2OHO=COPHCOHCH2OP2COOHC=OCH322NAD+2(NADH+H+COOHCH3CHOHCHOCH3CH2OHCH3+2H+旧能源的枯竭旧能源的枯竭新能源的艰难前进新能源的艰难前进乙醇汽油乙醇汽油目前，巴西是世界上最用乙醇汽油中乙醇含量已达到20%。美国是世界上第二大燃料乙醇的消费大国。1978年含10乙醇汽油（E10汽油）在内布拉

5、斯加州大规模使用，此后，美国联邦政府对E10汽油实行减免税，2000年美国燃料乙醇产量达到500万吨。国内乙醇汽油产量占世界第三位，09年国家发展与改革委员会上呈全国两会的报告统计，全国目前已有每年混配一千万吨乙醇汽油的能力，乙醇汽油的消费量已占全国汽油消费量的20%。十一五规划第十二章第四节里面提到加快开发生物质能，支持发展秸秆、垃圾焚烧和垃圾填埋气发电，建设一批秸秆和林木质电站，扩大生物质固体成型燃料、燃料乙醇和生物柴油生产能力。第三章第三章 酒精发酵及其酒精发酵及其操作规程操作规程第第一一节节燃料乙醇发酵和传统乙醇发酵的不同燃料乙醇发酵和传统乙醇发酵的不同第第二二节节燃料乙醇发酵的操作规

6、程燃料乙醇发酵的操作规程第第三三节节发酵过程中的注意事项发酵过程中的注意事项第第四四节节发酵后处理发酵后处理传统乙醇发酵：酒制品、乳酸制品、醋制品等。比如：酿酒，追求产物中有更多的乙酸乙酯，这就要求控制好初步产物中乙醇和醋酸燃料乙醇发酵：低含水量、低杂质水分含量是车用乙醇汽油的重要指标，GB183502100 GB183512001两项国家标准，已于01年开始实施，标准中严格规定变性燃料乙醇中水分含量不得大于，车用乙醇汽油中只允许加入10的变性燃料乙醇，水分含量不得大于。第一节第一节燃料乙醇发酵燃料乙醇发酵和和传统乙传统乙醇发酵醇发酵的的不同不同第二节第二节燃料乙醇发酵的燃料乙醇发酵的操作规操

7、作规程程原材料的准备提取发酵产物控制发酵过程添加活化酵母一一原料的预处理原料的预处理纤维素：需对其进行水解,使其转化成可发酵性糖。水解是将其降解成可发酵性糖：戊糖和己糖。纤维素水解只有在催化剂存在下才能显著地进行。淀粉：可直接发酵，也可先用酶水解，以加快发酵进程。一般采用生料加工，可以提高原料的利用率。二加入二加入酵母活化液酵母活化液即具有生物活性的酵母液，酵母的活性直接决定了整个过程的生产质量和性能。其活性主要受环境和遗传的影响，所以，应当控制好反应条件，并选取品种优良的酵母。同时，添加一些必要的营养元素也是必要的，比如氨基酸、糖类。三发酵过程的控制三发酵过程的控制通过传统的酒精酵母,使反应

8、在30 条件下进行即可，同时，比如反应的PH值、无菌操作、原料的定时定量添加都是非常重要的。半纤维素构成了农作物秸秆的相当部分,其水解产物为以木糖为主的五碳糖,故五碳糖的发酵效率是定过程经济性的重要因素。同时，木糖的存在对纤维素酶水解抑制作用,将木糖及时转化为乙醇对农作物秸秆的高效率酒精发酵是非常重要的。目前人们研究最多且最有工业应用前景的木糖发酵产乙醇的微生物有3种酵母菌种即管囊酵母(Pachysolen tannophilus)、树干毕赤酵母(Pichia stipits)和体哈塔假丝酵母(Candida shechatae)。利用纤维素类物质为原料发酵生产乙醇,对微生物的要求是很高的。由

9、于自然界中缺乏可以利用纤维素类物质原料有效发酵生产乙醇的微生物,因此有必要对不同微生物进行代谢工程改造,以便构造出更有效的微生物。四发酵产物四发酵产物的提取的提取发酵产物乙醇如果在微生物体内大量残留，一方面会反馈抑制发酵反应，另一方面对微生物本身也有毒害作用，所以要及时的将乙醇从发酵液中分离出来。通过过滤作用将发酵液分离出来，同时添加新的发酵液。一般采用流式发酵罐以避免繁琐的人工操作。发酵过程中的注意事项发酵过程中的注意事项1.原材料的选取。2.灭菌。3.定时检查发酵酵母的含量并及时添加。4.注意监测CO2含量。5.及时从混合液中分离乙酸。第四节发酵后处理第四节发酵后处理主要是提纯和去杂质提纯

10、：普遍做法是先收集发酵残液（白酒）蒸馏，提取摄氏80度的馏分,可得到95%的乙醇（工业酒精）进一步提高纯度,用的是生石灰吸水,一般可得到99%-99.5%的含量（燃料乙醇）。去杂质：化学反应法、萃取精馏、吸附、膜分离、离子交换树脂法等。第四章第四章 燃料乙醇的添加燃料乙醇的添加混合比：不同国家有不同的标准，但是混合必须是有针对性的，主要考虑发动机的耐受性和成本的控制。对于合格的燃料乙醇，可以按照既定的比例添加到汽油中去。搅拌：至透明状，混合液不分层即可。乙醇汽油乙醇汽油中石化、中石油、中海油中石化、中石油、中海油第五章第五章 乙醇汽油的优缺点乙醇汽油的优缺点作为新型的石油替代产品，乙醇拥有其得

11、天独厚的优势，比如说原料来源广泛、可再生。但是，其局限性也较大，主要是传统能源替代的渐进性以及传统石油供应商的垄断法则。优点优点1，辛烷值高，抗爆性好。通常车用汽油的辛烷值一般要求为90或93,乙醇的辛烷值可达到111。2，含氧量高，易于汽油的完全燃烧。乙醇含氧量高达。在汽油中含10的乙醇，含氧量就能达到。3，车用乙醇汽油的使用可有效的降低汽车尾气排放，改善能源结构。国内研究表明，E15乙醇汽油比纯的车用无铅汽油碳烃排量下降，一氧化碳排量下降30。同时，乙醇中不含有S、P、N等对大气能造成污染的元素。4，燃料乙醇的生产资源丰富，技术成熟。当在汽油中掺兑少于10时，对在用汽车发动机无需进行大的改

12、动，即可直接使用乙醇汽油。乙醇汽油在加油站的统一标识分别是E90号、E93号、E97号，E是乙醇（Ethanol）的标号,使用车用乙醇汽油的车辆，可以加入同标号的车用无铅汽油。缺点1.乙醇的汽化潜热大，理论空燃比下的蒸发温度大于常规汽油。影响混合气的形成及燃烧速度，导致汽车动力性，经济型，及冷启动性的下降，不利于汽车的加速性。2，乙醇在燃烧过程中会产生乙酸，对汽车金属特别是铜有腐蚀作用。有关试验表明，在汽油中乙醇的含量在010时，对金属基本没有腐蚀，但乙醇含量超过15时，必须添加有效的腐蚀抑止剂。3，乙醇时一种优良溶剂，易对汽车的密封橡胶及其他合成非金属材料产生轻微的腐蚀，溶涨，软化或龟裂作用

13、。4，乙醇易吸于水，车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后，容易发生液相分离。5.5.成本较高成本较高第六章第六章 结论和展望结论和展望在预处理方面,单纯的物理法和化学法不足以破坏纤维素晶体结构以及去除半纤维素和木质素。应在物理法与化学法相结合的优化方面多进行一些研究工作,而使纤维素和半纤维素更易被水解和发酵。在化学法(酸水解)发酵生产燃料乙醇方面,应着重研究解决如何减少酸的用量,如何高效、经济地回收酸,以及酸解产物毒性问题的解决方案。在生物法(酶工艺发酵)方面,同时糖化发酵法和微生物直接转化法中不同菌种的共培养和不同酶系的协同作用和反应动力学是研究重点。酶的价格直接决定着纤维素类物质发酵生产燃料乙醇的成本,因而纤维素酶和半纤维素酶及微生物应用技术方面的研究也是今后的热门课题,研究内容有对微生物的选择和培养、试验各种形式的发酵器、开发各种酶的回收方法(超滤、再吸附等)、制取纤维酶及半纤维酶基因工程菌,还有纤维素酶、半纤维酶及微生物细胞固定化方面的研究。而混合固定化细胞发酵是固定化细胞的一个新动向,如酵母与纤维二糖酶一起固定化,将纤维二糖基质转化成乙醇。此方法用于同时糖化发酵法,是最有前途的。