年產(chǎn)1億升燃料乙醇生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)
2024-07-04 00:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等連接而成的高分枝非均一聚糖。各種糖所占比例隨原料不同而變化，一般木糖占一半以上。半纖維素排列松散，無(wú)晶體結(jié)構(gòu)，故比較容易被水解成單糖。木質(zhì)素是以苯基丙烷為基本結(jié)構(gòu)單元連接的高分枝多分散性高聚物。木質(zhì)素有一定的塑性，不溶于水，一定濃度的酸或堿可使其部分溶解。木質(zhì)素不能水解為單糖，且對(duì)纖維素酶和半纖維素酶降解纖維原料中的碳水化合物有空間阻礙作用，從而降低反應(yīng)速率。表1．1總結(jié)了植物細(xì)胞壁中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。不同的木質(zhì)纖維原料，其所含的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素有一定差異，表1．1列出了幾種農(nóng)林廢棄物的成份組成。表1幾種常見木質(zhì)纖維原料的主要成份含量因此本生產(chǎn)設(shè)計(jì)中選用木質(zhì)纖維為原料，并且以其中最為常見且產(chǎn)量很高的玉米秸稈作為生產(chǎn)主原料。纖維素酶是指能夠水解纖維素β1，4葡萄糖苷鍵生成葡萄糖的一組酶的總稱。大量的真菌纖維素酶體系的分離純化研究證明纖維素酶是一種多組分的復(fù)合酶系；此外，可能參與纖維素降解過程的酶還有纖維二糖脫氫酶、纖維二糖醌氧化還原酶、磷酸化酶和纖維素酶小體等。大部分纖維素酶的活性其環(huán)境的溫度和pH的影響。在最適pH下，酶反應(yīng)具有最大速度，高于或低于此值，反應(yīng)速度下降?！?。溫度也是影響纖維素酶解的重要因素，其最適溫度范圍是40～60℃。 纖維底物結(jié)構(gòu)上的特征在一定程度上決定了酶解的速度，這些結(jié)構(gòu)特征包括纖維素酶可接觸的底物表面積、纖維索的結(jié)晶度、纖維素的聚合度、木質(zhì)素含量與分布情況、底物濃度等，其中纖維素酶可接觸的底物表面積被認(rèn)為是對(duì)酶解具有最大影響的因子之一。同步糖化發(fā)酵工藝,所謂同步糖化發(fā)酵工藝就是在同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行纖維素酶解糖化和乙醇發(fā)酵的過程。由于水解產(chǎn)生的葡萄糖能被酵母菌迅速利用，所以可以解除產(chǎn)物對(duì)纖維素酶的反饋抑制。這種方法既降低了產(chǎn)物抑制，提高了酶解速率和產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，又減少了酶的用量，而且簡(jiǎn)化了設(shè)備，節(jié)約了總生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。這方面研究所面臨的主要問題是酶水解與酵母菌發(fā)酵的最適溫度不一致，前者一般為45～50℃，而后者通常是30～35℃。由于同步酶解發(fā)酵過程中酶解作用是限速的一步，所以篩選耐高溫發(fā)酵的酵母菌株對(duì)提高生產(chǎn)效率無(wú)疑是十分有意義的。三、燃料乙醇生產(chǎn)所用微生物許多細(xì)菌、放線菌和真菌都能產(chǎn)生纖維素酶。目前應(yīng)用于纖維素酶生產(chǎn)的真菌主要有木霉屬、曲霉屬、青霉屬、根霉屬、鐮孢菌屬和漆斑霉屬等； 木霉屬的真菌是目前研究最多的纖維素降解菌，其中最重要的是木霉屬中的里氏木霉。纖維素酶的生產(chǎn)是生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維原料的重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)方式包括液體深層發(fā)酵和體發(fā)酵兩種工藝。液體深層發(fā)酵在通氣攪拌式發(fā)酵罐中進(jìn)行，工藝參數(shù)易于控制，不易污染雜菌，生產(chǎn)效率高，目前已在工業(yè)上普遍使用。木糖的乙醇發(fā)酵是利用木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 ZU10。重組酵母具有乙醇耐受性強(qiáng)、遺傳性能穩(wěn)定、可在厭氧條件下發(fā)酵葡萄糖和木糖產(chǎn)乙醇等優(yōu)良性能， ZU10在厭氧條件下對(duì)玉米秸稈纖維素、半纖維素水解液中的葡萄糖和木糖進(jìn)行共發(fā)酵，66．9g／L葡萄糖和32．1 g/L木糖發(fā)酵生成41．4 g／L乙醇，對(duì)葡萄糖和木糖的乙醇得率達(dá)到0．418。初始pH的適宜范圍為4．5～5．5，最適pH為5．5，適宜的發(fā)酵溫度范圍為3032℃，最適發(fā)酵溫度為30℃。四、燃料乙醇生產(chǎn)常用方法玉米秸稈預(yù)處理常采用的方法是氫氧化鈉預(yù)處理。氫氧化鈉預(yù)處理是利用木質(zhì)素能夠溶于堿性溶液的特點(diǎn)，脫除木質(zhì)纖維原料中的木質(zhì)素，引起木質(zhì)纖維原料潤(rùn)脹，從而促進(jìn)原料酶水解的進(jìn)行。造紙工業(yè)的堿法制漿工藝就是利用氫氧化鈉預(yù)處理來(lái)脫除麥草、稻草等纖維原料中的木質(zhì)素和半纖維素而獲得纖維素組分。本試驗(yàn)采用氫氧化鈉對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理。玉米秸稈經(jīng)氫氧化鈉預(yù)處理后木質(zhì)素的脫除率達(dá)到73．9％，同時(shí)有33．5％的半纖維素被脫除。氫氧化鈉預(yù)處理后纖維殘?jiān)?8 h的酶解得率為81．2％，遠(yuǎn)高于稀酸、氨水／稀酸、以及石灰預(yù)處理玉米秸稈的酶解得率，這是因?yàn)闅溲趸c預(yù)處理有效脫除了纖維原料中的木質(zhì)素，并且可引起
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