生物质资源转化与利用第八章生物质燃料乙醇技术.pptVIP

酶解法用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。液化：利用α-淀粉酶将淀粉液化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程为液化。糖化：利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解转化为葡萄糖，这个过程为糖化。糖化的温度和pH取决于糖化剂的性质，例如曲霉糖化酶：一般为60oC，pH4.0~5.0根酶糖化酶：一般为55oC，pH5.0第29页，共60页，星期日，2025年，2月5日酶解法优点条件较温和，不需耐高温、高压、耐酸的设备微生物酶作用的专一性强，淀粉水解的副反应少，因此水解糖液纯度高，淀粉转化率高可在较高淀粉乳浓度下水解，而且可采用粗原料糖液颜色浅，无异味，质量高，有利于糖液的充分利用第30页，共60页，星期日，2025年，2月5日酶酸结合水解法酶酸水解法酸酶水解法糖化工艺真空冷却连续糖化工艺混合冷却连续糖化工艺清液发酵糖化工艺第31页，共60页，星期日，2025年，2月5日8.2.5发酵乙醇发酵是不需要氧气的过程，所以要求发酵在密闭条件下进行，如果有空气存在，酵母就不完全进行乙醇发酵，而是部分进行呼吸作用，使乙醇量减少。乙醇发酵主要经历4个阶段和12个反应第一阶段：葡萄糖到1,6-二磷酸果糖第二阶段：1,6-二磷酸果糖降解为3-磷酸甘油醛第三阶段：3-磷酸甘油醛经5步反应生成丙酮酸第四阶段：乙醇的生成第32页，共60页，星期日，2025年，2月5日8.3纤维素原料制乙醇传统的乙醇发酵工业常以粮食（玉米、大米、薯干）或糖蜜等为原料。我国人口众多，耕地面积逐年减少，近年来随着粮食价格的逐步放开，乙醇发酵工业成本剧增，继续寻找能替代粮食的廉价原料。在我国，农作物纤维下脚料、森林和木材加工下脚料、工厂纤维和半纤维素下脚料、城市生活纤维垃圾资源丰富，利用这些生产乙醇具有实际的经济意义和社会意义。第33页，共60页，星期日，2025年，2月5日植物纤维原料成分种类名称半纤维素/%纤维素/%木质素/%单子叶植物茎25~5025~4010~30叶80~8515~20树木纤维5~2080~90硬木24~4040~5518~25软木25~3545~5525~35纸张废纸10~2060~705~10第34页，共60页，星期日，2025年，2月5日8.3.1纤维素原料的预处理由于木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构，天然纤维质原料直接进行水解时，其水解程度时很低的，一般只有10%~20%。因此，用纤维素类物质做原料发酵生产乙醇，为了提高糖化速度，必须对原料进行一定预处理。纤维素的预处理方法物理法化学法物理-化学法生物法第35页，共60页，星期日，2025年，2月5日物理法物理法包括机械粉碎、蒸汽爆破、辐射、微波处理、冷冻、挤压热解等，这些处理的目的在于降低纤维素结晶度，破坏木质素、半纤维素结合层。机械粉碎是传统方法，经过粉碎，物料的结构发生变化，结晶度下降，表面积增大，有利于酶对纤维素的进攻。缺点是能耗大。蒸汽爆破法被认为是最有效的预处理方法之一，原理是水蒸气在高温高压下，渗入细胞壁内部，发生水解作用，使α-和β-烯丙醚键断裂，破坏了结合层结构，然后突然降压，由此产生强大的爆破力，使物料破碎。经过蒸汽爆破后，再用碱性过氧化氢处理，纤维素的聚合度和结晶度显著降低。第36页，共60页，星期日，2025年，2月5日化学法包括酸处理、碱处理、氨处理、溶剂处理、亚硫酸处理、二氧化硫处理或其他使纤维素更容易被降解的化学试剂的处理，这些处理的目的在于降低纤维素的结晶度，溶解脱去木质素。例如，盐酸、硫酸、磷酸等酸类可以除去半纤维素，过氧乙酸可以除去木质素。碱处理可使木质素膨胀和破裂，从而增大比表面积。使用二氧化硫也可以除去木质素。第37页，共60页，星期日，2025年，2月5日纤维素在离子液体中的溶解第38页，共60页，星期日，2025年，2月5日纤维素在离子液体中溶解后的结晶度变化溶解前溶解后第39页，共60页，星期日，2025年，2月5日三氟乙酸处理的纤维素结晶度变化第40页，共60页，星期日，2025年，2月5日物理-化学法和生物法物理-化学法：从技术角度看，比较理想的方法就是将物理与化学法相结合，先用物理法处理，再用化学法处理。生物法：自然界中存在着可以选择分解木质素的微生物。例如木腐菌是能分解木质素的微生物。软腐菌分解木质素的能力很低，褐腐菌只能改变木质素的性质，而不能分解，白腐菌具有较强的分解木质素的能力。总体上，微生物处理方法条件温和，节约化工原料，减轻污染，但处理时间较长。第41页，共60页，星期日，20