生物质能源与废弃物资源利用教学大纲.doc

生物质能源与废弃物资源利用课程教学大纲英文名称：Biomass energy and waste resource utilization课程号：一、课程基本情况1、学分：22、学时：32 （其中：理论学时：32 实验学时：0 上机学时：0）3、课程类别：专业限定选修课4、适用专业：资源循环科学与工程专业5、先修课程：化工原理、化工热力学、化学反应工程6、后续课程：化工设计7、开课单位：化学与化学工程学院二、课程介绍生物质能源与废弃物资源利用是资源循环科学与工程专业的专业方向限定选修课程之一。它是在学生完成化工原理、化工热力学、化学反应工程等课程学习的基础上，应用化学工程的观点和方法来研究生物质能源的利用与开发、生物固体废弃物的资源化技术。本课程主要介绍生物质能转换技术定义及类型、生物能源植物的经济性能及生物能源原料选择、主要能源植物遗传育种、主要能源植物高效生产、生物质的直接燃烧技术、生物柴油技术、燃料乙醇技术、生物质热裂解机理及工艺、生物质气化技术、生物质压缩成型技术、生物质固体废弃物的利用，使学生了解生物能源生产、科研全貌，初步掌握主要能源植物遗传育种、主要生物能源原料高效生产和主要生物质能转换、利用方式技术及其存在的主要问题和发展方向，并帮助学生在研究工作中寻找突破口。三、课程的主要内容及基本要求第一章 生物质的概念、功能及种类（共3学时）（一）教学内容： 第一节 地球生物质循环以及生物质的功能知识点：能源的基本概念，能源在人类发展历史中所起的重要作用，传统能源所面临的问题。生物质分类及资源量，生物质能源利用现状及发展趋势。生物质在物质循环中的功能与意义。第二节 生物质的特征知识点：生物质的类型，生物质的化学组成与特点。第三节 生物质能源及非能源生物基产品的潜力知识点：生物质能源的分类，各种生物质能源简介，非能源生物基产品的潜力。本章教学重点：能源的基本概念，生物质分类及资源量，生物质的化学组成与特点，生物质能源的分类。本章教学难点：各种生物质能源简介。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解课程的结构框架和编排体系，了解能源的现状；掌握生物质能源的分类及特点。2、能力、技能培养：掌握生物质能源开发利用的问题。（三）实践与练习 能源的发展史，生物质能源的分类及特点等。（四）考核要求生物质的类型，生物质能源的分类及特点等。第二章 废弃物资源（共2学时）（一）教学内容： 第一节 农业废弃物知识点：农作物秸秆资源的产量，资源分布。主要禽畜粪便资源量及其所含量。第二节 林业废弃物知识点：林业的“三剩物”，林木资源的分布、能源及其所含能量，国内林木资源的现状。第三节 加工废弃物知识点：农产品加工废弃物，工业加工废弃物。第四节 生活废弃物知识点：城市生活垃圾资源，生活垃圾的资源化利用。本章教学重点：各种废弃物资源的现状，资源量及其所含能量。本章教学难点：废弃物的利用。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解农业废弃物、林业废弃物、加工废弃物、生活废弃物的资源分布，掌握其资源量及其所含能量。2、能力、技能培养：掌握各种废弃物的分类及利用现状。（三）实践与练习 通过查找资料了解各种废弃物的资源分布情况。（四）考核要求农作物秸秆资源、林业三剩物、生活废弃物的分类，分布等。第三章 生物质原料植物资源（共2学时）（一）教学内容： 第一节 含糖类植物资源知识点：含糖类植物资源，甘蔗、甜高粱、菊芋的习性和特点。第二节 含淀粉类植物资源知识点：含淀粉类植物资源，甘薯和木薯的习性和特点。第三节 含油脂类植物资源知识点：含油脂类植物资源，一年生油料作物、木本油料作物，麻风树、文冠果、光皮树、黄连木、石栗的习性和特点。第四节 含纤维类植物资源知识点：纤维能源植物的分类，柳枝稞、芒草、巨菌草的习性和特点。第五节 油藻类植物资源知识点：油藻类植物资源的开发和现状。本章教学重点：含糖类、含淀粉类、含油脂类、含纤维类和油藻类植物资源的分类，及主要代表性植物资源的习性和特点。本章教学难点：含糖类、含淀粉类、含油脂类、含纤维类和油藻类植物资源的应用。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解含糖类、含淀粉类、含油脂类、含纤维类和油藻类植物资源的分类，掌握主要代表性植物资源的习性和特点。2、能力、技能培养：掌握各种植物资源的应用及不同含量物质的应用。（三）实践与练习 各种植物资源的分类和应用。（四）考核要求含糖类、含淀粉类、含油脂类、含纤维类和油藻类植物资源的分类，掌握主要代表性植物资源的习性和特点。第四章 生物质压缩成型燃料技术（共2学时）（一）教学内容： 第一节 概念与原理知识点：生物质压缩成型的发展历史，生物质原料组成成分，生物质压缩成型特性，压缩成型的主要影响因素，生物质压缩成型工艺。第二节 生物质压缩成型技术知识点：螺旋挤压成型技术、活塞压力式成型技术、压辊式成型技术、环模压块成型技术、机械冲压成型技术。第三节 秸秆压缩成型技术应用举例知识点：国外压缩成型技术的发展，国内压缩成型技术的发展。本章教学重点：生物质压缩成型的特性、影响因素及其成型工艺，生物质压缩成型技术。本章教学难点：生物质压缩成型的特性、生物质压缩成型技术。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解生物质压缩成型的发展历史，掌握生物质原料组成成分、生物质压缩成型特性，熟悉生物质压缩成型工艺，了解压缩成型技术。2、能力、技能培养：掌握对不同生物质资源的压缩成型技术。（三）实践与练习 生物质压缩成型特性，压缩成型的主要影响因素，生物质压缩成型工艺。（四）考核要求生物质压缩成型的发展历史，生物质原料组成成分，生物质压缩成型特性，压缩成型的主要影响因素，生物质压缩成型工艺，生物质压缩成型技术。第五章 生物质直接燃烧技术（共3学时）（一）教学内容： 第一节 生物质燃烧原理知识点：生物质燃烧特性，生物质燃烧过程，生物质燃烧过程的计算，影响燃烧的主要因素，生物质直接燃烧技术的特点。第二节 传统炉灶及其改进知识点：旧式炕连灶，炕连灶的综合热效率，旧式炕的改进。第三节 生物质直燃发电知识点：概念及其发电系统，不同种类物质的直燃发电，生物质直燃发电技术的应用现状和展望。本章教学重点：生物质燃烧过程，生物质燃烧过程的计算，影响燃烧的主要因素，生物质直接燃烧技术的特点，生物质直燃发电概念及其发电系统，不同种类物质的直燃发电。本章教学难点：生物质燃烧过程，生物质燃烧过程的计算，影响燃烧的主要因素。 （二）教学基本要求： 1. 基本知识、基本理论：了解生物质燃烧过程及特性，掌握影响燃烧的主要因素和技术特点，了解生物质直燃发电系统及其发展现状。2. 能力、技能培养：运用生物质的燃烧特性和影响因素，确定和设计生物质直燃发电系统。（三）实践与练习 生物质直燃发电技术的注意事项。（四）考核要求生物质燃烧特性，生物质燃烧过程，生物质燃烧过程的计算，影响燃烧的主要因素，生物质直接燃烧技术的特点，生物质直燃发电概念及其发电系统，不同种类物质的直燃发电，生物质直燃发电技术的应用现状和展望。第六章 固体生物质裂解转化技术（共2学时）（一）教学内容： 第一节 生物质汽化技术知识点：生物质汽化技术的分类，能够汽化的生物质的物理性质，与生物质汽化相关的基本现象，生物质汽化的原理，生物质汽化技术的类型，生物质汽化技术的工艺，国内发展现状及面临问题。第二节 生物质裂解油转化技术知识点：生物质裂解油的概念，裂解油的物理化学性质，转化工艺过程，生物质裂解油的工艺过程及设备，国内发展现状。本章教学重点：生物质汽化技术的分类，能够汽化的生物质的物理性质，与生物质汽化相关的基本现象，生物质汽化的原理，生物质汽化技术的类型，生物质汽化技术的工艺，生物质裂解油的概念，裂解油的物理化学性质，转化工艺过程。本章教学难点：生物质汽化的原理，生物质汽化技术的工艺，生物质裂解油的概念及工艺。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解生物质汽化的基本原理、工艺过程，掌握生物质裂解油的原理及转化工艺。2、能力、技能培养：通过对生物质汽化、裂解油的原理及工艺的了解，学会设计生物质汽化和裂解油转化工艺。（三）实践与练习 生物质汽化、裂解油工艺的设计。（四）考核要求生物质汽化技术的分类，能够汽化的生物质的物理性质，与生物质汽化相关的基本现象，生物质汽化的原理，生物质汽化技术的类型，生物质汽化技术的工艺，生物质裂解油的概念，裂解油的物理化学性质，转化工艺过程。第七章 生物质燃料乙醇的转化（共3学时）（一）教学内容： 第一节 概述知识点：燃料乙醇的概念，国内外发展现状。第二节 燃料乙醇的生产原理及工艺类型知识点：燃料乙醇的生产方法，乙醇发酵的生化过程，乙醇发酵的工艺类型，乙醇发酵过程中常见的微生物。第三节 不同原料的乙醇生产知识点：糖类、淀粉类原料的乙醇生产技术，木质纤维类原理生产乙醇的工艺，注意事项。本章教学重点：燃料乙醇的概念，燃料乙醇的生产方法，乙醇发酵的生化过程，乙醇发酵的工艺类型，乙醇发酵过程中常见的微生物，糖类、淀粉类原料的乙醇生产技术，木质纤维类原理生产乙醇的工艺。本章教学难点：糖类、淀粉类、木质纤维原料的乙醇生产技术及工艺。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解燃料乙醇的生产原理及乙醇发酵的生化过程，掌握糖类、淀粉类、木质纤维原料的乙醇生产技术及工艺。2、能力、技能培养：具备能够针对现有的生物质进行燃料乙醇生产工艺的初步设计能力。（三）实践与练习 燃料乙醇的生产原理，不同生物质原料燃料乙醇的生产工艺。（四）考核要求燃料乙醇的概念，燃料乙醇的生产方法，乙醇发酵的生化过程，乙醇发酵的工艺类型，乙醇发酵过程中常见的微生物，糖类、淀粉类原料的乙醇生产技术，木质纤维类原理生产乙醇的工艺。第八章 生物柴油的转化（共3学时）（一）教学内容： 第一节 生物柴油转化原理知识点：生物柴油的概念及特点，生物柴油的发展史，生物柴油生产所涉及的水解反应、酯化反应、酯交换反应。第二节 生物柴油生产技术知识点：物理法生物柴油的生产技术，化学法、酶法、工程微藻法生产生物柴油的原理及工艺。第三节 生物柴油发展现状知识点：国内外生物柴油的发展现状。第四节 生物柴油的应用前景分析知识点：应用前景分析及展望。本章教学重点：生物柴油的概念及特点，生物柴油的发展史，生物柴油生产所涉及的水解反应、酯化反应、酯交换反应，物理法生物柴油的生产技术，化学法、酶法、工程微藻法生产生物柴油的原理及工艺。本章教学难点：生物柴油生产所涉及的水解反应、酯化反应、酯交换反应，物理法生物柴油的生产技术，化学法、酶法、工程微藻法生产生物柴油的原理及工艺。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解生物柴油的生产原理，掌握生物柴油的各种生产技术及工艺。2、能力、技能培养：学会运用生物柴油的生产原理设计生物柴油生产工艺。（三）实践与练习 生物柴油的概念及特点，生物柴油生产所涉及的水解反应、酯化反应、酯交换反应，物理法生物柴油的生产技术，化学法、酶法、工程微藻法生产生物柴油的原理及工艺。（四）考核要求生物柴油的概念及特点，生物柴油生产所涉及的水解反应、酯化反应、酯交换反应，物理法生物柴油的生产技术，化学法、酶法、工程微藻法生产生物柴油的原理及工艺。第九章 沼气发酵（共3学时）（一）教学内容： 第一节 地球上甲烷的产生和分解循环知识点：地球上甲烷的循环过程，甲烷的产生和分解过程，甲烷的产生和分解量，甲烷引起的温室效应。第二节 沼气发酵原理知识点：沼气的物理化学性质，微生物学原理，沼气产生的生理生化机理，沼气的发酵条件。第三节 沼气工程技术知识点：沼气工程的发展现状，常见的沼气发酵工艺及装置，发酵工艺类型。第四节 讨论与展望知识点：我国沼气工程的现状，新型沼气原料的挖掘，沼气高质化利用的探索。本章教学重点：地球上甲烷的循环过程，沼气的物理化学性质，微生物学原理，沼气产生的生理生化机理，沼气的发酵条件，常见的沼气发酵工艺及装置。本章教学难点：沼气的物理化学性质，微生物学原理，沼气产生的生理生化机理，沼气的发酵条件，常见的沼气发酵工艺及装置。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解沼气的理化性质，掌握沼气发酵的原理、工艺及装置，了解我国现有沼气的发展方向。2、能力、技能培养：学会运用沼气的生产原理设计沼气工艺。（三）实践与练习 沼气的物理化学性质，微生物学原理，沼气产生的生理生化机理，沼气的发酵条件，常见的沼气发酵工艺及装置。（四）考核要求地球上甲烷的循环过程，甲烷的产生和分解过程，甲烷的产生和分解量，甲烷引起的温室效应，沼气的物理化学性质，微生物学原理，沼气产生的生理生化机理，沼气的发酵条件，常见的沼气发酵工艺及装置，我国沼气工程的现状，新型沼气原料的挖掘，沼气高质化利用的探索。第十章 生物质制氢（共2学时）（一）教学内容： 第一节 基本理论知识点：氢能的特点，生物制氢的发展历程，产氢微生物及产氢机理。第二节 主要的生物质制氢技术及其发展现状知识点：光合制氢的原料、工艺技术，发酵制氢的原料、工艺技术，生物质快速热解制氢、生物质超临界转换制氢、等离子体热解汽化制氢工艺。第三节 生物制氢存在的问题及展望知识点：生物质制氢存在的问题及展望。本章教学重点：氢能的特点，生物制氢的发展历程，产氢微生物及产氢机理，光合制氢的原料、工艺技术，发酵制氢的原料、工艺技术，生物质快速热解制氢、生物质超临界转换制氢、等离子体热解汽化制氢工艺。本章教学难点：产氢微生物及产氢机理，光合制氢的原料、工艺技术，发酵制氢的原料、工艺技术，生物质快速热解制氢、生物质超临界转换制氢、等离子体热解汽化制氢工艺。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解生物质制氢的原料及工艺技术，熟悉产氢机理。2、能力、技能培养：学会运用生物质制氢的基本技术。（三）实践与练习 产氢微生物及产氢机理，光合制氢的原料、工艺技术，发酵制氢的原料、工艺技术，生物质快速热解制氢、生物质超临界转换制氢、等离子体热解汽化制氢工艺。（四）考核要求氢能的特点，生物制氢的发展历程，产氢微生物及产氢机理，光合制氢的原料、工艺技术，发酵制氢的原料、工艺技术，生物质快速热解制氢、生物质超临界转换制氢、等离子体热解汽化制氢工艺。第十一章 木质纤维素的生物分解及其转化技术（共3学时）（一）教学内容： 第一节 概述知识点：木质纤维素的结构特点，生物转化。第二节 分解木质纤维素的微生物知识点：木质纤维素分解菌株的特点，分解菌株的种类，纯培养微生物分解纤维素的应用、研究进展及存在的问题。第三节 木质纤维素的酶解转化技术知识点：木质纤维素的物理法、化学法、物理-化学法、生物法的预处理技术，纤维素酶的概念及分类，降解原理，纤维素的酶解、糖化技术现状，酶的混合增效及混合酶应用。第四节 微生物复合系及纤维素快速分解知识点：多菌协作促进秸秆快速分解的原理、MC1的构建及纤维素快速分解，纤维素分解菌复合系的应用及存在的问题。第五节 展望知识点：木质纤维素应用展望。本章教学重点：木质纤维素的结构特点，生物转化，木质纤维素分解菌株的特点，分解菌株的种类，纯培养微生物分解纤维素的应用、研究进展及存在的问题，纤维素的物理法、化学法、物理-化学法、生物法的预处理技术，纤维素酶的概念及分类，降解原理，纤维素的酶解、糖化技术现状，酶的混合增效及混合酶应用，多菌协作促进秸秆快速分解的原理、MC1的构建及纤维素快速分解，纤维素分解菌复合系的应用及存在的问题。本章教学难点：木质纤维素分解菌株的特点，纤维素的物理法、化学法、物理-化学法、生物法的预处理技术，纤维素酶的概念及分类，降解原理，纤维素的酶解、糖化技术现状。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解木质纤维素生物转化分解菌株种类，掌握纤维素的酶解、糖化技术。2、能力、技能培养：掌握木质纤维素分解的基本原理。（三）实践与练习 木质纤维素生物转化的基本工艺与原理。（四）考核要求木质纤维素的结构特点，生物转化，木质纤维素分解菌株的特点，分解菌株的种类，纯培养微生物分解纤维素的应用、研究进展及存在的问题，纤维素的物理法、化学法、物理-化学法、生物法的预处理技术，纤维素酶的概念及分类，降解原理，纤维素的酶解、糖化技术现状，酶的混合增效及混合酶应用，多菌协作促进秸秆快速分解的原理、MC1的构建及纤维素快速分解，纤维素分解菌复合系的应用及存在的问题。第十一章 生物基产品转化技术（共2学时）（一）教学内容： 第一节 建筑、家具、再生器具的材料开发知识点：秸秆贮量，秸秆特性及加工方法，秸秆材料的开发途径。第二节 可降解塑料的转化聚乳酸知识点：生物质乳酸菌的特征，发酵特性，聚乳酸的转化机理与工艺。第三节 木糖醇的转化知识点：木糖醇的简介，木糖醇的物化特性、功能特性，木糖醇的生产工艺，生产木糖醇的影响因素，木糖醇的应用。本章教学重点：秸秆贮量，秸秆特性及加工方法，秸秆材料的开发途径，生物质乳酸菌的特征，发酵特性，聚乳酸的转化机理与工艺，木糖醇的简介，木糖醇的物化特性、功能特性，木糖醇的生产工艺，生产木糖醇的影响因素，木糖醇的应用。本章教学难点：生物质乳酸菌的特征、发酵特性，聚乳酸的转化机理与工艺，木糖醇的生产工艺。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解秸秆材料的开发途径，掌握聚乳酸和木糖醇的生产工艺。2、能力、技能培养：掌握生物基产品的生产。（三）实践与练习 秸秆的利用，聚乳酸和木糖醇的生产工艺。（四）考核要求秸秆贮量，秸秆特性及加工方法，秸秆材料的开发途径，生物质乳酸菌的特征，发酵特性，聚乳酸的转化机理与工艺，木糖醇的简介，木糖醇的物化特性、功能特性，木糖醇的生产工艺，生产木糖醇的影响因素，木糖醇的应用。第十二章 固体废弃物处理与堆肥化技术（共2学时）（一）教学内容： 第一节 固体废弃物的概念与特征知识点：固体废弃物的概念、特征。第二节 固体废弃物的来源与分类知识点：工业固体废弃物的分类，城市固体废弃物的分类，危险废弃物的划分。第三节 固体废弃物对环境的危害知识点：固体废弃物对大气的污染，水体污染，土壤污染，环境卫生的影响。第四节 我国固体废弃物的处理与利用概况知识点：我国工业废弃物资源化管理现状和城市废弃物资源化现状，焚烧法、填埋法、堆肥法固体废弃物的综合处理方式。第五节 堆肥化工艺及发展现状知识点：堆肥化工艺及划分，影响堆肥发酵过程的因素，接菌剂对对非过程的影响。本章教学重点：固体废弃物的概念、特征，工业固体废弃物的分类，城市固体废弃物的分类，危险废弃物的划分，固体废弃物对大气的污染，水体污染，土壤污染，环境卫生的影响，焚烧法、填埋法、堆肥法固体废弃物的综合处理方式。本章教学难点：焚烧法、填埋法、堆肥法固体废弃物的综合处理方式。（二）教学基本要求： 1、基本知识、基本理论：了解固体废弃物资源的来源及分类，掌握处理固体废弃物的方法。2、能力、技能培养：能够一句不同方法处理固体废弃物。（三）实践与练习 固体废弃物的分类，处理方法。（四）考核要求固体废弃物的概念、特征，工业固体废弃物的分类，城市固体废弃物的分类，危险废弃物的划分，固体废弃物对大气的污染，水体污染，土壤污染，环境卫生的影响，焚烧法、填埋法、堆肥法固体废弃物的综合处理方式。四、课内实验（上机）环节及要求无五、学时分配知识单元讲课实验上机合计第1章 生物质的概念、功能及种类3003第一节 地球生物质循环以及生物质的功能1001第二节 生物质的特征1001第三节 生物质能源及非能源生物基产品的潜力1001第2章 废弃物资源2002第一节 农业废弃物1001第二节 林业废弃物第三节 加工废弃物1001第四节 生活废弃物第3章 生物质原料植物资源2002第一节 含糖类植物资源1001第二节 含淀粉类植物资源第三节 含油脂类植物资源1001第四节 含纤维类植物资源第五节 油藻类植物资源第4章 生物质压缩成型燃料技术2002第一节 概念与原理1001第二节 生物质压缩成型技术1001第三节 秸秆压缩成型技术应用举例第5章 生物质直接燃烧技术2002第一节 生物质燃烧原理1001第二节 传统炉灶其改进1001第三节 生物质直燃发电第6章 固体生