Z生物质能源燃料乙醇省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

走进生活生物化学

专题十二：生物质能源燃料乙醇1/58乙醇

（ethanol,ethylalcohol）含有特殊香味和辣味密度为0.789g/cm3m.p.–117.3°C

b.p.78.5°C

能与水以任意比互溶HHHCCOHHH2/58乙醇分子中羟基HHHCCHHOH活泼氢取代2C2H5OH+2Na2C2H5ONa+H2

3/58乙醇分子中羟基HHHCCHHOH脱氢氧化HHHCCHOCH3CH2OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O乙醛C2H5OH+O2CH3CHO+H2O12Cu4/58乙醇分子中羟基HHHCCHHOH羟基-OH与β-H消去HHHCCHCH3CH2OHCH2=CH2+H2O浓H2SO4170°C5/58HHHCCH

HOH乙醇分子中羟基HHHCCHHOH分子间脱水2CH3CH2OHC2H5—O—C2H5+H2O浓H2SO4140°C乙醚6/58乙醇分子中羟基HHHCCHHOH羟基-OH卤代HBrCH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O7/58乙醇转化关系CH3CH2OHCH2=CH2CH3CH2BrCH3CH2ONaC2H5OC2H5CH3CHO8/58乙醇工业合成乙烯水化法小麦玉米番薯麦芽糖葡萄糖酒精淀粉酶麦芽糖酶酒化酶粮食发酵法CH2=CH2+H2OCH3CH2OHcat.9/58乙醇用途是一个良好有机溶剂是一个主要化工原料是一个新型绿色能源可配制安全、高效医用消毒剂是酒类主要成份之一10/58欧盟轻型汽车排放限值标准到年轻型汽车排放限值必须符合以下标准(欧洲4号)：(g／km)CO=1.0以下；

CH=0.1以下；

NOx=0.08以下。11/58新世纪朝阳工业12/58燃料乙醇生产过程13/58生产乙醇燃料原料原料:陈粮农、林业废弃物，各种含纤维素垃圾能源植物Miscanthus（大禾草）Switchgrass（柳枝稷）甜高梁木薯

效益:中国能源战略发展需要处理环境污染，变废为宝增加农民收入，处理“三农”问题14/58生产酒精原料原料種類作物糖質原料甘蔗，甜高梁澱粉質原料小麥、玉米纖維質原料稻稈、舊報紙藻類綠藻、馬尾藻15/58ProductioncapabilityforEthanolisabout5.81milliontoninChina.Fig:mediumandlargeenterprisespatialdistribution

16/58ProvincesforEthanolproductionbyuseofSorghumbicolorinChina17/58Sorghumbicolor18/58Sorghumbicolor19/58酒精車使用概念植物行光合作用酒精工廠分解及發酵二氧化碳酒精車使用概念20/58(glucosepolymer)(xylose/arabinosepolymer)生物质主要成份木质素纤维素半纤维素21/58Feedstock原料Cellulose纤维素Hemi-cellulose半纤维素Lignin木质素Other其它AgriculturalWaste农业废弃物38321713ForestryWaste林业废弃物5023225MunicipalWaste含纤维素垃圾4591036EnergyCrop能源作物45301510生物质主要成份(%)22/58CelluloseFiberHemicelluloseLigninPectinOtherpolysaccharides生物质原料结构纤维素呈结晶状拧合成纤维束半纤维素和其它多聚糖缠绕着纤维束木质素像胶水一样覆盖和凝合着各种物质水解酶或其它化学物质极难渗透到纤维素表面纤维束半纤维素木质素果胶质其它多聚糖

23/58秸杆或其它原料组分分离预处理酶制剂生物降解乙醇分离Costly高消耗过程ThePathfromCellulosetoEthanol从秸杆到乙醇燃料24/58CrystallineRegionAmorphousRegionCelluloseLigninHemicellulosePretreatment预处理作用预处理纤维素木质素无定形区结晶区半纤维素25/58$/galEtOH稀酸热水气爆气渗石灰预处理效果和费用处理效果依方法而异耗能(热水、气爆)，环境污染(稀酸)，周期长(石灰)成本高26/58β-glucoside内切葡聚糖酶外切葡聚糖酶纤维二糖水解酶纤维二糖酶纤维素葡聚糖纤维二糖葡萄糖纤维素水解纤维素水解由纤维素酶系完成

纤维素酶系含最少三种酶，内切葡聚糖酶，纤维二糖水解酶和纤维二糖酶此法成本很高，纤维素酶占总成本36-45%效率常低产物反馈抑制受预处理影响27/58燃料乙醇生产新构想基因工程酵母木质素水解酶酵母半纤维素酶酵母纤维素酶酵母酒精发酵酵母燃料乙醇植物原料原料粉半纤维素纤维素有机酸纤维素单糖有机酸乙醇混合物单糖有机酸28/58基因工程酵母技术可行性酵母适合用于生产重组酶并分泌于细胞外酵母已经用于乙醇生产，转化淀粉和葡萄糖为乙醇能转化五碳糖基因工程酵母已获成功(NancyHoatPurdue)，并用于生产(Iogen,Canada)纤维素酶在酵母里表示已经有先例(Kondoetal.)29/58基因工程酵母技术优势低成本无须高消耗预处理无须价格昂贵纤维素酶高效率水解彻底五、六炭糖全部利用无环境污染建厂投资和技术要求低，适合离秸杆源近农村建厂，处理‘三农’问题30/58木质素水解酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH木质素过氧化物酶Ligninperioxidase锰过氧化物酶Manganeseperoxidase乙二醛氧化酶Glyoxaloxidase漆酶LaccaseCelluloseLigninHemi-cellulose纤维素木质素半纤维素Cellulose纤维素Hemicellulose半纤维素31/58半纤维素酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH内切木聚糖酶endoxylanase乙酰木聚糖酯酶Acetylxylanesterase木糖苷酶Xylosidase阿拉伯呋喃糖苷酶

ArabinofuranosidaseCelluloseHemi-cellulose纤维素半纤维素Cellulose纤维素32/58纤维素酶酵母CHOOCH3OHHCHOOCH3OHHCHOOCH3OHH外切葡聚糖酶Exoglucosidase内切葡聚糖酶Endoglucsidase纤维二糖水解酶Cellobiohydrolase纤维二糖酶CellobiaseCellulose纤维素CHOOCH3OHHCHOOCH3OHH33/58五碳糖代谢酵母木糖还原酶XyloseReductase木糖醇脱氢酶XylitolDehydrogenase木酮糖激酶XylulokinaseCHOOCH3OHHCHOOCH3OHHH-C-C-OHH|H||H|H34/58基因工程酵母成功要素基因源从腐生微生物，白蚁、消化道微生物基因或菌株组合酶组成酶百分比重组基因优化起动子到达最正确表示调控产物到位酶性能优化35/58乙醇燃料电池日本东芝企业研制出甲醇燃料电池，可使笔记本电脑连续工作5小时。美国研制出乙醇燃料电池，效率高出其32倍。36/58我国从开始推广“车用乙醇汽油”。37/58酒精发酵罐38/581、罐型酒精发酵罐筒体为圆柱形，低盖和顶盖均为碟形或锥形。在酒精发酵过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出部分酒精，发酵罐采取密闭式顶有些人孔，视镜及二氧化碳回收管。进料管接种管压力表和测量仪表接口管等。罐底装有排料口和排污口罐身上下装有取样口和温度计接中口对于型发酵罐。为了便于维修和清洗，在近罐底装有些人孔。

39/582.发酵冷却装置

中小型发酵罐，多采取罐顶喷水淋于罐外表面进行膜状冷却；对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐外壁喷洒联合冷却。

40/583.洗涤装置

：水力喷射洗涤装置。

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二.酒精发酵罐计算

（一）发酵罐结构尺寸

发酵罐全体积：

式中V—发酵罐代表容积

V0—进入发酵罐发酵液量

—装液系数，普通取=0.85~0.90

带有锥形底、盖圆柱形

发酵罐全容积为：

42/58酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径尺寸关系可推荐以下：

H=1.1-1.5Dh1=0.1-0.14Dh1=0.05-0.1D依据发酵全容积V和径高比等，即可确定发酵罐结构尺寸。43/58

(二）发酵罐罐数确实定

对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：

N—发酵罐个数（其中一个作备用）（个）n—每24小时内进行加料发酵罐数目（个）t—一次发酵罐周期所需要时间（小时)44/58

（三）发酵罐冷却面积计算

式中Q—总发酵热（J/h）

K—传热总系数J/（m2·h·℃）△tm—对数平均温度差,℃F—冷却面积（m2）

发酵罐冷却面积计算可按传热基本方程式来确定，即：

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(1)

操作开始：糖液及酵母同时加入1-3罐至满，停顿加酵母，继续加糖液，开底部阀使发酵液流入4号，4号流入5号，至9号结束，周期32小时，10、11号为贮存计量罐，轮用。(2)操作结束：换罐（换种），停顿流加糖液，关1号二氧化碳阀，泵转入2号，1号消毒并加新种新料重新开始，1号满时，2号经泵排尽并消毒好，1号流入2号，如止下去，20天换种一次。(3)

1-3号罐为流加罐，一直处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处增殖阶段，并同时伴随发酵醪中淀粉和糊精继续被糖化而后几个罐则起后发酵作用。10、11号为计量罐。

1、淀粉质原料发酵酒精流程46/582、糖蜜发酵酒精流程

47/5848/5849/5850/5851/58無水酒精製法共沸蒸餾(Azeotropic)萃取蒸餾(Extractive)分子篩吸附(Molecularsieves)滲透汽化膜分離(Pervaporation)