能源生物工程总复习.pptx

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1、1沼气技术第1页/共94页2什么是沼气？什么是沼气？平均热值：约平均热值：约21 520 kJ/m3 合合1.45立方煤气或立方煤气或0.69立方天然气立方天然气甲烷CH4（50%70%）、CO2（30%40%）、H2、N2、CO、H2S、NH3 沼气沼气沼泽？沼泽？Marsh gas 第2页/共94页3原料原料纤维素：葡萄糖-原纤维-微纤维-纤维素，难水解；半纤维素：由26个不同的糖苷组成，分子量小，聚合度低，位 于许多纤维素之间，易水解；木质素：是一类由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳键联结成的、具有 三维结构的芳香族化合物，填充于纤维素框架间；木质素和半纤维素包裹着纤维素，使酶难以和纤维素进行

2、接触水解。不同种类的原料含三种物质含量不同。淀粉：淀粉：葡萄糖通过葡萄糖通过糖苷键结合形成的聚合物；糖苷键结合形成的聚合物；蛋白质：蛋白质：由氨基酸单体聚合而成；由氨基酸单体聚合而成；第3页/共94页4复杂有机物复杂有机物（多糖、脂肪、蛋白质等）（多糖、脂肪、蛋白质等）可溶性物质可溶性物质（单糖、脂肪酸、氨基酸等）（单糖、脂肪酸、氨基酸等）丙酸、丁酸、长丙酸、丁酸、长链脂肪酸链脂肪酸H2+CO2CH3COOHCH4+H2OCH4+H2OCH4（50%70%）、CO2（30%40%）、H2、N2、CO、H2S、NH3 水解发酵性细菌水解发酵性细菌产氢产酸菌产氢产酸菌耗氢产酸菌耗氢产酸菌食氢产甲烷

3、菌食氢产甲烷菌食酸产甲烷菌食酸产甲烷菌不产甲烷菌群不产甲烷菌群产甲烷菌群产甲烷菌群共营共营 沼气厌氧发酵的基本原理沼气厌氧发酵的基本原理 第4页/共94页5（1）纤维素的降解）纤维素的降解 半纤维素半纤维素半纤维素酶半纤维素酶多缩糖酶多缩糖酶木糖木糖/甘露糖甘露糖/葡萄糖葡萄糖+糖醛酸糖醛酸（2）半纤维素的降解）半纤维素的降解 糖类的降解糖类的降解 （二）水解发酵（二）水解发酵第5页/共94页6（3）淀粉的降解）淀粉的降解 果胶果胶果胶水解、裂解酶果胶水解、裂解酶果胶酸水解、裂解酶果胶酸水解、裂解酶半乳糖醛酸半乳糖醛酸+甲醇甲醇（4）果胶的降解）果胶的降解 第6页/共94页7糖酵解途径糖酵解途

4、径 （Embden-Mayerhof-Parnas，EMP）是葡萄糖分解产生丙酮酸和是葡萄糖分解产生丙酮酸和ATP的系列反应过程的系列反应过程 单糖的降解（厌氧发酵）单糖的降解（厌氧发酵）糖酵解（EMP）、单磷酸己糖（HMP）、脱氧酮糖（ED）、磷酸解酮酶（PK）四种途径。第7页/共94页8糖糖酵酵解解途途径径第8页/共94页9丙酮酸的进一步分解丙酮酸的进一步分解 -87.0kJ/mol-77.4-66.9-38.9-25.1摩尔反应吉布斯函数摩尔反应吉布斯函数 第9页/共94页10脂类的降解脂类的降解 第10页/共94页11脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化第11页/共94页12乙酰乙酰CoA 参与

5、合成代谢参与合成代谢 TCA循环分解为二氧化碳和水循环分解为二氧化碳和水 生成丙酮酸、乙酰乙酸等有机酸生成丙酮酸、乙酰乙酸等有机酸 琥珀酰琥珀酰CoA TCA循环循环 丙酮酸丙酮酸 第12页/共94页13蛋白质的代谢蛋白质的代谢 胺胺 醛醛 有机酸有机酸 胺氧化酶胺氧化酶 醛脱氢酶醛脱氢酶 H2O蛋白质蛋白质 多肽多肽 氨基酸氨基酸 蛋白酶蛋白酶 肽酶肽酶 脱氨基脱氨基 脱羧基脱羧基 第13页/共94页14（二）产氢产乙酸（二）产氢产乙酸 第一阶段水解产生的有机酸、醇类，除乙酸、甲酸、甲醇外均不第一阶段水解产生的有机酸、醇类，除乙酸、甲酸、甲醇外均不能被产甲烷菌利用，必须由产氢产乙酸菌将其转化

6、为乙酸、氢和二能被产甲烷菌利用，必须由产氢产乙酸菌将其转化为乙酸、氢和二氧化碳，主要反应过程有氧化碳，主要反应过程有丙酸丙酸 CH3CH2COOH+2H2O CH3COOH+CO2+3H2丁酸丁酸 CH3CH2CH2COOH+2H2O 2CH3COOH+2H2乙醇乙醇 CH3CH2OH+2H2O CH3COOH+CO2+2H2乳酸乳酸 CH3CHOHCOOH+H2O CH3COOH+CO2+H276.1kJ/mol48.119.2第14页/共94页15产氢产乙酸菌与产甲烷菌的共营关系产氢产乙酸菌与产甲烷菌的共营关系 产氢产乙酸菌为产甲烷菌提供底物；产氢产乙酸菌为产甲烷菌提供底物；产甲烷菌为产氢

7、产乙酸菌消除产物抑制。产甲烷菌为产氢产乙酸菌消除产物抑制。第15页/共94页16 可以利用己糖、戊糖、多元醇、糖醛酸、丝氨酸、谷氨酸、乳酸、可以利用己糖、戊糖、多元醇、糖醛酸、丝氨酸、谷氨酸、乳酸、3羧基丁酮和乙醇等形成乙酸，同时，它又能代谢氢和二氧化碳为羧基丁酮和乙醇等形成乙酸，同时，它又能代谢氢和二氧化碳为乙酸乙酸。（三）耗氢产乙酸菌群（三）耗氢产乙酸菌群2CO2+4H2 CH3COOH+2H2OC6H12O6 3CH3COOH典型菌株：伍德乙酸杆菌典型菌株：伍德乙酸杆菌第16页/共94页17（四）产甲烷菌群（四）产甲烷菌群 在严格的厌氧条件下，产甲烷细菌能将发酵性细菌、产氢产乙酸在严格的

8、厌氧条件下，产甲烷细菌能将发酵性细菌、产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌的终产物（乙酸、氢和二氧化碳）转化为甲烷、二菌和耗氢产乙酸菌的终产物（乙酸、氢和二氧化碳）转化为甲烷、二氧化碳和水。氧化碳和水。氢氢/二氧化碳二氧化碳 4H2+CO2 CH4+2H2O甲酸甲酸 4HCOOH CH4+2H2O+3CO2 甲醇甲醇 4CH3OH 3CH4+2H2O+CO2 乙酸乙酸 4CH3COOH CH4+CO2 第17页/共94页18复杂有机物复杂有机物（多糖、脂肪、蛋白质等）（多糖、脂肪、蛋白质等）可溶性物质可溶性物质（单糖、脂肪酸、氨基酸等）（单糖、脂肪酸、氨基酸等）丙酸、丁酸、长丙酸、丁酸、长链脂肪酸链脂肪

9、酸H2+CO2CH3COOHCH4+H2OCH4+H2OCH4（50%70%）、CO2（30%40%）、H2、H2S、NH3 水解发酵性细菌水解发酵性细菌产氢产酸菌产氢产酸菌耗氢产酸菌耗氢产酸菌不产甲烷菌群不产甲烷菌群产甲烷菌群产甲烷菌群 消化阶段消化阶段（发酵、液化）（发酵、液化）产产氢氢、产产酸酸阶段阶段产甲烷阶段产甲烷阶段食氢产甲烷菌食酸产甲烷菌厌氧发酵的原理厌氧发酵的原理共营共营 第18页/共94页19厌氧发酵的条件厌氧发酵的条件（1）发酵原料的评估）发酵原料的评估 评估指标：总固体物、悬浮固体、挥发性固体、挥发性悬浮固体、评估指标：总固体物、悬浮固体、挥发性固体、挥发性悬浮固体、化学

10、耗氧量、生化耗氧量。化学耗氧量、生化耗氧量。总固体物（总固体物（TS）即干物质量，是指原料烘干后质量占原有质量的百分数，包括即干物质量，是指原料烘干后质量占原有质量的百分数，包括可溶性和不可溶性固体。可溶性和不可溶性固体。悬浮固体（悬浮固体（SS）即不可溶性固体，指不能通过过滤器（一般为滤纸）的固体物。即不可溶性固体，指不能通过过滤器（一般为滤纸）的固体物。第19页/共94页20挥发性固体（挥发性固体（VS）总固体物中，除总固体物中，除灰分灰分(泥沙等无机物泥沙等无机物)外的有机物质。有机物在外的有机物质。有机物在高温（高温（55050OC）下热解挥发，挥发的质量占总质量的比值即为挥）下热解挥

11、发，挥发的质量占总质量的比值即为挥发性固体物的百分含量。发性固体物的百分含量。挥发性悬浮固体（挥发性悬浮固体（VS）悬浮固体中挥发性固体悬浮固体中挥发性固体,一般用百分含率表示。一般用百分含率表示。化学耗氧量（化学耗氧量（COD）利用重铬酸钾完全氧化水中的有机物时所消耗的氧的量。可准确利用重铬酸钾完全氧化水中的有机物时所消耗的氧的量。可准确反映有机物的量。反映有机物的量。第20页/共94页21生化耗氧量（生化耗氧量（BOD）利用微生物有氧分解水中的有机物时所消耗的氧的量，一般以利用微生物有氧分解水中的有机物时所消耗的氧的量，一般以5天为基准，可反映可被微生物分解的有机物的量。天为基准，可反映可

12、被微生物分解的有机物的量。BOD/COD可用于评价有机物的可降解性可用于评价有机物的可降解性生化耗氧量（生化耗氧量（BOD）利用微生物有氧分解水中的有机物时所消耗的氧的量，一般以利用微生物有氧分解水中的有机物时所消耗的氧的量，一般以5天为基准，可反映可被微生物分解的有机物的量。天为基准，可反映可被微生物分解的有机物的量。产气速率产气速率 不同原料被降解的速率不一样（纤维素等不易降解、而淀粉等易不同原料被降解的速率不一样（纤维素等不易降解、而淀粉等易降解），产气速率可反映原料的结构特性。降解），产气速率可反映原料的结构特性。TS：Total Solids SS:Suspended Solid V

13、S:Volatile Solid VSS:Volatile Suspended SolidCOD：Chemical Oxygen Demand BOD：Biochemical Oxygen Demand VFA：Volatile Fatty Acids TN：Total Nitrogen第21页/共94页22（2）活性污泥）活性污泥厌氧消化细菌厌氧消化细菌+悬浮物悬浮物+胶体物质胶体物质=活性污泥活性污泥色泽：黑色（硫化氢的作用）色泽：黑色（硫化氢的作用）形状：絮状、颗粒状、膜状（生物膜、固定膜）形状：絮状、颗粒状、膜状（生物膜、固定膜）计量：计量：kg VSS/m3活性污泥浓度越大，产气率越

14、大活性污泥浓度越大，产气率越大（3）温度）温度高温发酵：高温发酵：4660oC 55oC 产气率高，能耗大。产气率高，能耗大。中温发酵：中温发酵：2545oC 35oC 产气率相对低，但能耗低，总效率高。产气率相对低，但能耗低，总效率高。来源：旧沼气池、下水道、湖泊、池塘、粪池、食品加工厂等的污泥来源：旧沼气池、下水道、湖泊、池塘、粪池、食品加工厂等的污泥第22页/共94页23（4）pH值值最适最适pH值：值：6.87.4 5.5以下产甲烷菌完全受抑制以下产甲烷菌完全受抑制影响影响pH值的因素：值的因素：原料：如酒精废醪、丙酸丁醇废醪（原料：如酒精废醪、丙酸丁醇废醪（pH3.55.5）负荷：产

15、酸菌与产甲烷菌的平衡失调负荷：产酸菌与产甲烷菌的平衡失调原料：含有无机强酸碱，如味精废水、造纸废水原料：含有无机强酸碱，如味精废水、造纸废水（5）负荷）负荷消化器所承受的有机物的量，消化器所承受的有机物的量，kg COD/（m3d）。）。影响因素：影响因素：活性污泥量、活性；原料结构；工艺类型活性污泥量、活性；原料结构；工艺类型 第23页/共94页24（6）原料的碳氮比）原料的碳氮比启动时启动时HRT 第31页/共94页32微生物滞留期（微生物滞留期（Microbe Residence Time，MRT）微生物细胞从生成到被置换出消化器的时间。微生物细胞从生成到被置换出消化器的时间。MRT大于

16、增代时间：大于增代时间：微生物积累并最终达到平衡，有利于发酵微生物积累并最终达到平衡，有利于发酵；MRT等于增代时间：等于增代时间：微生物数量维持平衡；微生物数量维持平衡；MRT小于增代时间：小于增代时间：微生物流失，数量逐渐减少，发酵失败；微生物流失，数量逐渐减少，发酵失败；第32页/共94页33厌氧消化器厌氧消化器 按储气方式：水压式、浮罩式、气袋式；按储气方式：水压式、浮罩式、气袋式；按发酵机制：常规型、污泥滞留型、附着膜型。按发酵机制：常规型、污泥滞留型、附着膜型。类型类型滞留期特征滞留期特征消化器举例消化器举例常规型常规型MRT=SRT=HRT常规消化器常规消化器塞流式塞流式全混合式

17、全混合式污泥滞留型污泥滞留型（MRT和和SRT）HRT厌氧接触工艺厌氧接触工艺升流式固体反应器升流式固体反应器升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床折流式折流式附着膜型附着膜型MRT(SRT和和HRT)厌氧滤器厌氧滤器流化床和膨胀床流化床和膨胀床第33页/共94页34消化器体积消化器体积 V1消化液体积消化液体积(消化器有效容积消化器有效容积),m3；Q每日进料量，每日进料量，kg/d；c0原料中干物质含量原料中干物质含量,%；HRT水力滞留期水力滞留期,d；q消化液固体物含量，消化液固体物含量，%；消化液密度，消化液密度，kg/m3.有效容积有效容积储气容积储气容积 总体积总体积 第34页/共94

18、页35脱水脱水 1.满足配送的需要：水冷凝产生输送阻满足配送的需要：水冷凝产生输送阻力；力；2.满足脱硫工艺的需要：干法脱硫；满足脱硫工艺的需要：干法脱硫；3.满足燃烧的需要：水使热值降低，腐满足燃烧的需要：水使热值降低，腐蚀性增大；蚀性增大；气水分离器气水分离器 第35页/共94页36冷凝水分离器冷凝水分离器 自动排水自动排水 手动排水手动排水 第36页/共94页37脱硫脱硫 1.满足配送的需要：对管道和设备的腐满足配送的需要：对管道和设备的腐蚀；蚀；2.满足环保的需要：空气污染；满足环保的需要：空气污染；3.满足燃烧的需要：腐蚀灶具；满足燃烧的需要：腐蚀灶具；干法脱硫干法脱硫 Fe2O3H

19、2O+3H2S Fe2S3H2O+3H2O+63kJFe2S3H2O+1.5O2 Fe2O3H2O+3S+609kJ第37页/共94页38干法脱硫干法脱硫 第38页/共94页39燃料乙醇燃料乙醇 第39页/共94页40乙醇发酵的基本原理乙醇发酵的基本原理 原料原料 （1）糖（质类）（小分子糖）：甜菜、甜高粱、玉米；（2）淀粉质：甘薯、木薯、马铃薯、玉米、高粱、小麦、陈化粮等；（3）纤维素原料：农作物秸秆、林业废弃物、甘蔗渣、城市固体废弃物。纤维质原料主要包含纤维素、半纤维素、木质素，纤维素、木质素充填于纤维素链间，使纤维素难以被水解，同时，半纤维素生成的5炭糖不能被酵母利用，因此纤维素原料难以

20、发酵。第40页/共94页41淀粉质原料发酵生产乙醇试管试管 大米大米 米曲米曲 曲汁曲汁 米米曲曲霉霉 曲霉菌曲霉菌 麸皮麸皮 三角瓶三角瓶 种曲种曲 糖化曲糖化曲 糖化糖化 蒸煮蒸煮粉碎粉碎淀粉原料淀粉原料 三角瓶三角瓶 卡代罐卡代罐 小酒母小酒母 试管试管 曲霉菌曲霉菌 试管试管 酵母菌酵母菌 大米大米 米曲米曲 曲汁曲汁 大米大米 米曲米曲 曲汁曲汁 米米曲曲霉霉 酒母糖酒母糖化酶化酶 大酒母大酒母 发酵发酵 蒸馏蒸馏 酒糟酒糟 乙醇乙醇 杂醇油杂醇油 CO2 第41页/共94页42 用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转

21、化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。糖化剂分成固体曲、液体曲和糖化酶，用麸皮为主要原料制成的固体曲叫麸曲，采用液体深层通风培养的称为液体曲，经提取纯化得到的酶制剂为糖化酶。固体曲制备：机械通风制曲工艺包括三角瓶种曲培养、帘子种曲制备和机械通风制曲等几个工段。典型曲霉：根霉、曲酶。液体曲制备：液体曲生产工艺过程包括种子制备、液体曲发酵和无菌空气制备三部分。酶制剂制备：从固体曲、液体曲经提取酶并纯化。糖化剂的制备糖化剂的制备 第42页/共94页43酒母的制备三角瓶三角瓶 卡代罐卡代罐 小酒母小酒母 试管试管 酵母菌酵母菌 大米大米 米曲米曲 曲汁曲汁 米米曲曲酶酶 酒母酒母糖化醪糖化醪大酒

22、母大酒母 批次、半连续、连续批次、半连续、连续 第43页/共94页44发酵主体工艺糖化曲糖化曲 糖化糖化 蒸煮蒸煮粉碎粉碎淀粉原料淀粉原料 大酒母大酒母 发酵发酵 蒸馏蒸馏 酒糟酒糟 乙醇乙醇 杂醇油杂醇油 CO2 第44页/共94页45原料输送：机械法原料输送：机械法 第45页/共94页46原料输送：气流法原料输送：气流法 第46页/共94页47 粉碎的目的主要是增加原料受热面积，有利于淀粉颗粒的吸水膨胀，糊化，缩短后续热处理时间，提高热处理效率。另外，粉末原料加水混合后容易流动输运。原料粉碎的方法要分为干粉碎和湿粉碎两种。目前国内大多采用于粉碎法，设备大多采用锤式粉碎机，采用粗碎和细碎两级

23、粉碎工艺，经细粉碎后颗粒一般小于2.0mm。湿粉碎时，将蒸煮所需水量和原料一起加入粉碎机中，原料粉末不飞扬，省去除尘通风设备，但粉碎后的粉料不能储存，宜立即用于生产。粉 碎 第47页/共94页48其他：其他：辊式粉碎机；鄂式破碎机辊式粉碎机；鄂式破碎机 第48页/共94页49蒸煮淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液化，使蒸煮物料成为均一的糊化醪，为进一步的淀粉转化为糖创造良好的条件；其次蒸料还有灭菌的作用。按投料方式按投料方式 连续蒸煮：连续蒸煮：罐式、管式、柱式；罐式、管式、柱式；间歇蒸煮：间歇蒸煮：罐；罐；按蒸煮温度按蒸煮温度 高温蒸煮：高温蒸煮：1

24、20140速度快、能耗大；速度快、能耗大；低温蒸煮：低温蒸煮：100双酶法，需酶、能耗低；双酶法，需酶、能耗低；无蒸煮：无蒸煮：生料加酶直接糖化，用酶量大，效率偏低；生料加酶直接糖化，用酶量大，效率偏低；第49页/共94页50高温蒸煮过程的化学变化木糖的分解木糖的分解 H2O CH3OH 果胶质的分解果胶质的分解 糖类的分解糖类的分解 糖（果糖）糖（果糖）焦糖焦糖 第50页/共94页51糖化酸水解：高温、高压、酸催化酸水解：高温、高压、酸催化 酶水解酶水解（双酶）：中温、常压、酶催化（双酶）：中温、常压、酶催化 酸酶法：酸液化、酶糖化酸酶法：酸液化、酶糖化 糖化工艺：间歇式、连续式糖化工艺：间

25、歇式、连续式 在一定条件下（温度、在一定条件下（温度、pH），通过催化剂的作用，将淀粉），通过催化剂的作用，将淀粉部分或全部水解为可发酵性糖的工艺过程。部分或全部水解为可发酵性糖的工艺过程。第51页/共94页52淀粉的结构淀粉的结构 淀淀粉粉颗颗粒粒-1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键 第52页/共94页53淀粉霉与淀粉的水解淀粉霉与淀粉的水解 -淀粉酶 -淀粉酶 第53页/共94页54异淀粉酶 葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶 异淀粉酶：异淀粉酶：R酶、脱枝酶酶、脱枝酶 葡萄糖淀粉酶：糖化酶；葡萄糖淀粉酶：糖化酶；-淀粉酶淀粉酶 第54页/共94页55转移葡萄糖苷酶潘糖潘糖 麦芽糖麦芽糖

26、麦芽糖麦芽糖 第55页/共94页56Pi 糊精糊精 磷酸糊精磷酸糊精 磷酸酯酶 Pi+蛋白质蛋白质 蛋白酶 氨基酸氨基酸 纤维素纤维素 纤维素酶 葡萄糖葡萄糖 第56页/共94页57半乳糖醛酸甲酯半乳糖醛酸甲酯 H2O CH3OH 果胶质的分解果胶质的分解 果胶酶第57页/共94页58发酵微生物利用可发酵性糖，通过自身代谢生成乙醇和其他发酵副产物的过程。糖代谢的主要途径：糖代谢的主要途径：酵母：酵母：EMP途径、途径、HMP途径（五碳糖代谢重要途径）；途径（五碳糖代谢重要途径）；细菌：细菌：ED途径；途径；杂菌：杂菌：PK，产生酸；，产生酸；发酵工艺：间歇式、半连续式、连续式；第58页/共94

27、页59EMP 葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADP 己糖激酶 6-磷酸果糖磷酸果糖 磷酸己糖 异构酶ATP ADP 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 磷酸果糖激酶Mg2+Mg2+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二羟基丙酮二羟基丙酮 醛缩酶Zn2+Ca2+Co2+异 构 酶 NAD NADH2 1,3-二磷酸甘油醛二磷酸甘油醛磷酸磷酸 3-磷酸甘油醛 脱氢酶3-磷酸甘油磷酸甘油 磷酸 甘油脱 氢酶ADP ATP 甘油甘油 3-磷酸甘油磷酸酯酶 第59页/共94页601,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 ADP ATP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 激酶Mg2+Zn2+烯醇化酶

28、Mg2+Mn2+2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 变位酶H2O 2-磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸ADP ATP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸丙酮酸 CO2 乙醛乙醛 丙酮酸脱羧酶Mg2+NADH2 NAD 乙醇乙醇 乙醇脱氢酶乳酸乳酸 激酶/磷酸化酶异构酶变位酶脱氢酶脱羧酶pH:4.55.5以下三种情况不能正常生产乙醇：1.发酵初期，乙醛没有产生；2.添加亚硫酸氢钠 乙醛+亚硫酸氢钠乙醛亚硫酸氢钠加成物（沉淀）3.碱性条件 2乙醛+水乙醇+乙酸 第60页/共94页61总反应总反应:6 葡萄糖葡萄糖-6-P 5 葡萄糖葡萄糖-6-P+12 NADPH2+6 CO2+

29、Pi磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 HMP第61页/共94页62EDED途径 葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-葡萄糖酸葡萄糖酸 2-酮酮-3脱氧脱氧-6-磷酸磷酸-葡萄糖酸葡萄糖酸 ATP ADP NADP+NADPH2 激酶激酶 氧化酶氧化酶 脱水酶脱水酶 3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛 丙酮酸丙酮酸 醛缩酶醛缩酶 EMP途径途径 乙醛乙醛 乙醇乙醇 第62页/共94页63磷酸戊糖解同酶途径磷酸戊糖解同酶途径PK途径途径 第63页/共94页64发酵主要副产物的生成正常发酵条件下琥珀酸和甘油的生成正常发酵条件下琥珀酸和甘油的生成 C6H12O6 葡萄糖葡萄糖COOHCH2CH2C

30、HNH2COOH 谷氨酸谷氨酸 H2O +COOHCH2CH2COOH 琥珀酸琥珀酸 C3H8O3 甘油甘油NH3CO2+杂醇油主要是原料中蛋白质水解产生氨基酸，氨基被酵母作为氮源利用，余下部分经脱羧作用生成的。杂醇油的产生杂醇油的产生 有机酸的产生有机酸的产生 由感染的杂菌代谢生成。如乙酸发酵、乳酸发酵、丁酸发酵等。第64页/共94页65典型蒸馏流程典型蒸馏流程 蒸馏气相进塔双塔流程气相进塔双塔流程 利用发酵醪中各利用发酵醪中各物质挥发性的差异，物质挥发性的差异，通过蒸馏的办法分离通过蒸馏的办法分离得到纯度较高的乙醇得到纯度较高的乙醇及其副产物。及其副产物。第65页/共94页66液相进塔双塔

31、流程液相进塔双塔流程 第66页/共94页67无水乙醇的制取目前，制备无水乙醇的方法主要有氧化钙脱水法；分子筛脱水法；共沸精馏法等。第67页/共94页68生物制氢生物制氢 第68页/共94页69生物制氢与传统的化学制氢方法相比，生物制氢具有无污染、可再生和不消耗宝贵的矿物资源的突出优点。按培养条件：光合生物制氢（藻类、光合细菌）、发酵细菌制氢（固氮作用等）、光合生物和发酵细菌联合培养制氢。按产氢机制：光裂解制氢；光发酵制氢、暗发酵制氢；第69页/共94页70第70页/共94页71光反应的主要蛋白舞台 主演 配角第71页/共94页72第72页/共94页73原初反应是指从光合色素分子被光激发，发生能

32、量传递，到引起第一个光化学反应为止的过程。物理过程：光的吸收：天线色素 传递：激子传递、共振传递化学过程：电子传递 p680p680*p680+第73页/共94页74第74页/共94页75第75页/共94页76电子传递过程的能态变化第76页/共94页77电子传递的类型根据电子传递到Fd后去向，将光合电子传递分为三种类型：非环式、环式和假环式。非环式第77页/共94页78环式环式电子传递不发生H2O的氧化，也不形成NADPH，但有H+的跨膜运输，可产生ATP，每传递一个电子需要吸收一个光量子。环式电子传递多存在于无PS的生物中。第78页/共94页79光裂解产氢的原理典型微生物：绿藻、蓝藻（蓝细菌

33、）？H2 固氮酶 氢 酶 ADP+Pi 第79页/共94页80光合细菌产氢光发酵作用 质子和电子源自呼吸链典型代表：典型代表：紫色硫细菌紫色硫细菌紫色非硫细菌紫色非硫细菌第80页/共94页81暗发酵法制氢丙酮酸脱氢途径葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 EMP第81页/共94页82暗发酵法制氢甲酸裂解途径辅酶的氧还平衡调节产氢第82页/共94页83暗发酵过程NADH的产生 第83页/共94页84产氢产乙酸菌的产氢作用丙酸丙酸 CH3CH2COOH+2H2O CH3COOH+CO2+3H2丁酸丁酸 CH3CH2CH2COOH+2H2O 2CH3COOH+2H2乙醇乙醇 CH3CH2OH+2H2O CH3

34、COOH+CO2+2H2乳酸乳酸 CH3CHOHCOOH+H2O CH3COOH+CO2+H276.1kJ/mol48.119.2发酵法制氢的优势发酵法生物制氢技术的产氢稳定性好发酵产氢细菌的产氢能力较高发酵细菌的生长速率快；制氢成本低第84页/共94页85变压吸附法（Pressure Swing Adsorption，PSA）吸附降压解吸逐级升压吸附，各塔轮换操作第85页/共94页86膜分离技术高分子膜、金属膜（钯）氢通过钯膜的分离过程氢通过钯膜的分离过程 一次侧（高压侧）分子氢吸一次侧（高压侧）分子氢吸附到钯表面；附到钯表面；氢离解，形成原子氢；氢离解，形成原子氢；氢原子在渗透压作用下在膜

35、氢原子在渗透压作用下在膜中扩散；中扩散；钯的催化能量使原子氢会合钯的催化能量使原子氢会合成分子氢；成分子氢；分子氢脱离膜。分子氢脱离膜。第86页/共94页87氢的存储氢的体积能量密度是天然气的1/3，石油的1/3000.氢的密度氢的密度（g/L）氢的含量氢的含量（wt%）氢气（标准状态）氢气（标准状态）压缩氢气（压缩氢气（35MPa）液态氢（液态氢（20K）氢吸储合金（氢吸储合金（LaNi5H6）0.0924711051001001001.4压力（压力（MPa）0.101310253570100压缩因子压缩因子11.0651.1661.2361.4891.702氢气的压缩因子：实际体积和理想体

36、积的比值氢气的压缩因子：实际体积和理想体积的比值 第87页/共94页88吸储材料储氢物理吸附材料（多孔材料吸附、晶格吸储石墨、合金）化学反应材料（金属，催化可逆吸氢）高压氢气与吸储材料复合式储氢第88页/共94页89生物柴油生物柴油 第89页/共94页90生物柴油生物柴油是指生物油脂（包括动物油、植物油、微生物油以及废弃油脂）与甲醇或乙醇经酯交换反应而形成的脂肪酸烷基单酯，通常为脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methanol Ester，FAME）。原料：（1）植物油脂：包括农作物与林业资源（2）动物油脂：主要指昆虫油脂（3）微生物油脂：细菌、真菌、藻类（4）废弃油脂：地沟油、变质油脂等第90页/共94页91甘油三酯 H OHCOCR1 OHCOCR2 OHCOCR3 H 第91页/共94页923 甘油三酯的合成代谢乙酰CoA HCO3-乙酰CoA 丙二酸单酰CoA CoA CoA 酯酰ACP CO2 脂肪酸L-磷酸甘油 溶血磷脂酸 磷脂酸 甘油二酯 甘油三酯 第92页/共94页93酯交换反应制备生物柴油 H OHCOCR1 OHCOCR2 OHCOCR3 H O ROCR1 O ROCR2 O ROCR3R =-CH3、-CH2CH3 3 R-OH CH2-OHCH-OHCH2-OH 催化剂 第93页/共94页94感谢您的观看！第94页/共94页