纤维质生物乙醇生产预处理及分析方法
用木质纤维原料生产乙醇的预处理工艺
化 学 方 法 主 要 是 指 以 酸 、碱 、有 机 溶 剂 作 为 物 料 的 预 处 理 剂 ，破 坏 纤 维 素 的 结 晶 结 构 ，打 破 木 素 与 纤 维 素 的连接，同时，使半纤维素溶解。 (’" 酸法
酸法预处理可用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸。其中，效果 最好、应用最广泛的是稀硫酸)(*。
浓 酸 水 解 法 适 应 性 强 ，可 处 理 多 种 物 料 ，糖 化 率 高 达 2# 0，糖液浓度高。反应速度较快，"#$"( = 即可完
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纤维素乙醇生产中的预处理技术_田龙
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纤维素乙醇提取工艺的优化和改良
纤维素乙醇提取工艺的优化和改良一、绪论纤维素是天然界中广泛存在的一种多糖类物质。
由于纤维素的结构复杂，导致纤维素乙醇提取工艺复杂且效率低下，针对这个问题，本文将对纤维素乙醇提取工艺进行优化和改良。
二、纤维素乙醇提取工艺1.传统工艺纤维素乙醇提取一般采用蒸煮法。
即将破碎的原料与乙醇一起加入反应釜内，对其进行高温高压下的蒸煮，使纤维素分解成单糖类物质，并通过过滤等工序进行提取。
但是，这种传统工艺存在着一些缺陷：一是能耗较高，对环境造成一定的影响；二是产量不稳定，而且单糖类物质与其他杂质混杂，提取效率低。
2.得到改良工艺得到改良工艺是一种以淀粉为原料，改变反应温度和反应时间，不断调整反应参数，最终在最优条件下得到高品质的乙醇提取物的新工艺。
它使用代替传统工艺的一种新型酶催化技术，可将淀粉等作为原料转化为高纯度的纤维素乙醇提取物。
三、工艺优化1.温度优化传统工艺温度较高，反应时间长，耗能大，环保性差。
通过实验不断改变反应温度，最终优化到86摄氏度时得到最佳提取效果，反应时间也成功缩短了。
2.酶优化酶在提高反应效率方面起着关键作用。
选择一种较高稳定性的天然酶，冷库保存，可以在每次反应前重复利用，提高效率，减少成本。
3.乙醇浓度优化本文中发现乙醇浓度在30%左右时反应速度较快，提取效率也越高，找到了最适宜的乙醇浓度。
过低的乙醇浓度容易导致反应物质形成不完整，而过高的乙醇浓度则容易热失活，导致反应失败。
四、改良方案1.酶催化传统工艺利用高温高压，无法达到高效且环保的提取目的。
对此，我们提出了一种酶催化改良方案。
该方案不需要高温高压和有害的觉得，可以将制作工艺优化到最高水平，与传统工艺相比，不仅产量更稳定，提取效率也有所提高，而且成本更低，更为环保。
2.新型反应器应用我们提出了一种采用新型反应器的改良方案，该反应器既能够调节反应温度，还能够保持两反应物之间的接触，有着更高的提取效率。
3.测量技术的改良我们提出一种目前广泛应用于生物工程学研究的技术——高通量技术。
关于纤维素酒精生产预处理方法的探讨
０ 前言 能源紧张是全人类 面临的共 同问题 ， 目前世界上主要 的
本文研究 了秸秆生产纤维 素酒精 的预处理过程的两种 不
同工艺 ，希望可以为此领域的仁人 志士们提供一些有价值 的
参考 。
１ 材 料 与 方 法
１１ 试验 材 料 ．
能源生产国和能源消费国都在研究能源 的可持续发展问题 。
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［ 中粮生化能源（ 肇东 ） 限公 司， 有 黑龙江
摘
要： 木质纤维素原料 的预处理是 纤维素转化 乙醇过程 中的关键步骤， 其直接影响 着纤维素的水解效率和
纤维素产生 乙醇的生产成本 。 大量试验研 究证 明， 以秸 秆为原料 生产 纤维素酒精的预处理过程 ， 采用蒸汽爆破
ｐ ｅ ｕ ｅ ｔ ａ ｅ ｔｅ ｓ ｐ ｒ ｒ ｙ ｃ ｍｐ ｒｄ ｔ ｈ ｉ ｔ ｄ ａ ｉ ｙ ｍｌ ｓ ，ｅ ｓｅ ０ ｒａ ｉ ｈ ｎ ｕ ｔ ｎａ ｇ ｍｅ ｔ ｍｃ ｄ ｒ ０ ｈ ｖ ｈ ｕ ｅ ｉ ｉ ０ ａ ｅ ０ ｔ ｅ ｄ ｌ ｅ ｃｄ ｈ ｄ ｙ ｉ ａ ｉ ｒ ｔ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ ｉ ｄ ｓ ｙ ｅ ｌｒ ｅ ｎ ． ０ｔ ｕ ｓ ｚ Ｉ Ｋｅ ｒ ｓｓｍｗ ｃ ｙ ｔ Ｕ ｎｔ ；ｒ ｔ ａｍｅ ｔ ｔｅ ｍ ｘ ｌ ｓ ｎ ｃ ｌ ｌ ｓ ｔａ ｏ；ｃｄ ｍｅ ｈ ｄ ｅｈ ｎ ｌｙ ｅｄ ｙ ｗＯ ｄ ： ｔ ；ｒ ｓ ｉ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ห้องสมุดไป่ตู้ ； ｒａ ｅ ｐｏ ｉ ；ｅｌ ０ ｅ ｅｈ ｎ ｌ ｉ ｔ ｏ ；ｔ ａ ｏ ｉｌ ｙ ｒ ｓ ０ ｕ ａ
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利用生物质生产乙醇的方法及其工艺流程
利用生物质生产乙醇的方法及其工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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纤维原料制备生物乙醇工艺
纤维原料制备生物乙醇工艺
纤维原料制备生物乙醇是一种常见的生物燃料工艺。
以下是纤维原料制备生物乙醇的一般工艺步骤：
1. 原料预处理：选择适宜的纤维原料，如稻草、木材、秸秆等，进行切碎、破碎或研磨处理，以增大表面积，便于后续的酶解和发酵过程。
2. 酶解：将经过预处理的纤维原料与适量的水混合，加入纤维酶，进行酶解反应。
纤维酶可以将纤维原料中的纤维素分解为糖类物质，如葡萄糖。
3. 糖化：将酶解后的糖类物质与适量的酵母菌菌种混合，进行糖化反应。
酵母菌将糖类物质经过发酵作用转化为乙醇和二氧化碳。
4. 发酵：将经过糖化的混合物在恒定的温度和pH值下进行发
酵反应。
发酵时间根据纤维原料类型和工艺条件的不同而有所差异。
5. 蒸馏：将发酵产生的混合物进行蒸馏，以分离乙醇和其他杂质。
蒸馏过程可以使用多级蒸馏塔或其他分离技术进行。
6. 脱水：通过进一步的处理，去除乙醇中的水分，提高乙醇的纯度。
常使用分子筛吸附、蒸馏或其他脱水方法进行。
7. 乙醇精制：对脱水后的乙醇进行精制处理，去除余留的杂质，
得到高纯度的生物乙醇。
需要注意的是，纤维原料制备生物乙醇过程中存在一些挑战，如纤维原料的选择和处理、酶解和糖化过程的优化以及废物处理等问题，需要综合考虑各种因素来优化工艺流程。
纤维素乙醇
纤维素乙醇1. 简介纤维素乙醇是一种来源于植物纤维素的可再生能源。
它是通过将纤维素分解为糖，然后经过发酵和蒸馏等过程得到的乙醇产物。
纤维素乙醇不仅具有良好的环境友好性，还可以替代传统石油乙醇作为汽车燃料和化工原料，具有重要的经济和环境效益。
2. 纤维素乙醇的生产过程纤维素乙醇的生产过程主要包括以下几个步骤：2.1 纤维素的预处理在纤维素乙醇的生产过程中，首先需要对纤维素进行预处理。
预处理的目的是破坏纤维素的结构，使其更容易被酶解成糖。
通常采用的方法包括物理处理和化学处理等。
2.2 纤维素的酶解酶解是将纤维素分解成糖的过程，需要加入特定的酶来进行催化反应。
酶解的条件包括适宜的温度、pH值和反应时间等。
2.3 糖的发酵酶解得到的糖溶液经过发酵过程，糖被微生物转化为乙醇。
常用的发酵微生物包括酵母和细菌等。
2.4 乙醇的蒸馏发酵过程得到的发酵液还含有很多杂质和水分，需要经过蒸馏来提纯乙醇。
蒸馏通常采用多级精馏的方式，使得乙醇的纯度达到要求。
3. 纤维素乙醇的应用纤维素乙醇具有广泛的应用领域：3.1 可再生能源纤维素乙醇作为一种可再生能源，可以替代传统的石油乙醇作为汽车燃料。
它可以降低碳排放和对非可再生能源的依赖，有助于保护环境和推动可持续发展。
3.2 化工原料纤维素乙醇还可用于生产各种化工产品。
通过进一步的化学反应，纤维素乙醇可以被转化为醋酸、乙二醇等化工原料，应用于塑料、纤维和涂料等行业。
3.3 生物医药纤维素乙醇还具有潜在的生物医药应用价值。
纤维素乙醇可以作为药物载体，用于控制释放药物和提高药效，具有良好的生物相容性和降解性能。
4. 纤维素乙醇的优势和挑战4.1 优势纤维素乙醇作为可再生能源，具有以下优势：•可再生性：纤维素乙醇的生产基于植物纤维素，具有可再生性，不会对能源资源造成过度损耗。
•环境友好：纤维素乙醇的燃烧产生的二氧化碳排放量比传统燃料少，对环境影响较小。
•经济效益：纤维素乙醇的生产和利用可以带动相关产业链的发展，对经济增长具有积极的促进作用。
纤维素乙醇生产工艺
纤维素乙醇生产工艺纤维素乙醇是一种可再生燃料，可通过生物质材料中的纤维素转化而成。
由于纤维素是植物细胞壁的主要成分，因此纤维素乙醇生产工艺主要涉及纤维素的预处理和生物转化两个步骤。
下面将介绍一种常用的纤维素乙醇生产工艺。
首先，纤维素的预处理是将木质纤维素从生物质材料中提取出来。
这可以通过磨碎、纤维化和蒸煮等方式实现。
首先，生物质材料如玉米秸秆或木材被粉碎成小颗粒以增加表面积。
然后，经过纤维化处理，将材料进一步细化为纤维素纤维。
最后，将纤维素纤维置于高温高压环境下进行蒸煮。
这一步骤中的蒸煮过程有助于分解纤维素颗粒和降低纤维素纤维的结晶度，使其更易于生物转化。
接下来是生物转化步骤，主要包括糖化和发酵两个过程。
首先，经过蒸煮的纤维素纤维被糖化成可发酵的糖分子，例如葡萄糖和木糖。
糖化是通过添加酶来实现的，酶可以将纤维素纤维中的糖链断裂为单糖。
这一过程需要在适当的温度和酸碱度下进行。
接下来，将糖溶液进行发酵，转化为乙醇。
发酵是通过添加酵母等微生物来实现的，它们能够利用糖分子进行代谢并产生乙醇和二氧化碳。
发酵过程需要在适当的温度和pH值下进行，并控制好氧气的供应以维持合适的微生物活性。
生物转化过程中还需要进行废物处理，如处理发酵剩余物和废水。
发酵剩余物可以通过压榨和干燥等方式得到固体废物，并可以用作饲料或肥料。
废水则需要经过处理，以达到环境排放标准。
最后，乙醇产物需要经过蒸馏和精炼等步骤进行纯化。
这些步骤包括蒸馏、脱水、分离等操作，可以将乙醇纯度提高到适用于工业和交通领域的要求。
总而言之，纤维素乙醇生产工艺主要包括纤维素预处理和生物转化两个步骤。
通过这些步骤，纤维素可以被转化为可再生的乙醇燃料，并且废物可以得到有效处理，从而实现了可持续发展的目标。
纤维素乙醇作为一种绿色能源，具有巨大的潜力在减少对化石燃料依赖和减少温室气体排放方面发挥重要作用。
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第26卷,总第149期2008年5月,第3期《节能技术》E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY V ol 126,Sum 1N o 1149May 12008,N o 13纤维质生物乙醇生产预处理及分析方法颜进华(广东轻工职业技术学院,广东 广州 510641)摘 要:生物乙醇取代石油燃料的比例增加,生物乙醇的原料也转向更为安全的纤维天然资源。
本文综述了草本与木本植物资源作为生物燃料的预处理方法,并简要列举了木素化学结构的分析方法和糖类的分析方法。
总体上说,草本植物由于木素含量相对较低及灰分含量较高,应与木本植物的分析方法有所不同。
关键词:生物质;预处理;分析方法中图分类号:T Q51712 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)03-0228-04Bio -fuel Fibrous R esource Analysis Method R evie wY AN Jin -hua(C ollege of G uangdong Light Industry T echnology ,G uangzhou 510641,China )Abstract :Fibrous res ource is known as the main biomass for bio -fuel research 1The paper introduced several pretreatment methods for biomass ,typically for lignin extraction is olation 1Analysis methods for lignin chemical structures were briefly reviewed 1G enerally ,it is believed that herbaceous biomass should be treated differently with w oody sam ples 1K ey w ords :biomass ;pretreatment ;analysis method收稿日期 2008-04-16 修订稿日期 2008-04-22作者简介:颜进华(1970～),女,博士,副教授,研究可再生能源、清洁生产等。
0 前 言能源是每一个国家关心的大事,由于石油供应量有限,人们转向其它能源的开发,如太阳能、核能、氢能及生物能。
生物能由于清洁、可再生、减少环境温室效应而得到特别重视,很多国家都制定了相应的政策,逐渐提高生物燃料的使用比例。
如欧盟要求所有成员国在2010年以前使生物燃料在运输燃料中占5175%;日本已经批准使用含有少量乙醇的混合汽油,为实施将来用生物燃料替代20%的石油需求的长期目标做准备;加拿大将在2010年以前使45%的全国所消费的汽油含有10%的乙醇燃料;泰国打算从明年开始使其汽油中乙醇的含量达到10%,非洲的许多国家正在努力增加生物燃料的生产和使用量〔1〕。
我国是一个生物燃料生产的大国,仅在巴西和美国之后,位于世界第三位。
但是我国的生物燃料的生产主要是以粮食如玉米等作为原料,用传统的发酵方法进行。
生物燃料粮食的过高消耗量已引起国家相关部门的重视,乙醇生产不能争夺“口粮”已形成定论。
于是研究者们把目光转向了植物纤维。
植物纤维有草本和木本之分,草本植物如麦杆、高梁杆、玉米杆、稻草、甘蔗、荻、以及其它反刍动物的草饲料等。
木本植物有阔叶木与针叶木,前者如杨木、桦木、枫木、桉木、榆树等,后者主要是松树、杉树和柏树。
无论草本还是木本植物,主要组成都是纤维素、半纤维素及木素。
纤维素和半纤维素是碳水化合物,木素是芳香族化合物。
另外还有少量的其它组分如树脂、脂肪、果胶、淀粉、以及矿物质等。
对于生物燃料生产,原料主要与其中的碳水化合物・822・有关,因而必须对其它的非发酵成分(非碳水化合物)进行处理,以提高效率,其中尤为突出的是木素的处理。
木素大分子是以苯基丙烷为结构单元的,结构单元上三种主要官能基是甲氧基、羟基、脂肪族双键等。
由官能基的不同形成三个结构单元的基本形式,即愈疮木基、紫丁香基、对羟苯基。
针叶木主要含愈疮木基和少量对羟苯基,阔叶木则主要含愈疮木基G、紫丁香基S及少量对羟苯基H,草类植物则G SH三者都较多。
由于三种结构单元的化学性质不同,脱除或氧化还原作用难易程度很不相同,因而研究脱除木素前必须先了解该种材质木素的化学结构。
但是木素结构单元不均一,化学键也存在差异,聚合度也不相同。
这种不均一性还反映在植物的种类、生长期、植物不同部位等,致使木素结构千变万化,也就有各不相同的研究处理方法。
1 生物燃料木本纤维素原料中木素的抽提木素是木本纤维原料中含量很大的组分,它对生物乙醇的生产没有帮助,需要在原料利用前加以处理或分离。
但原料材质的不同,木素结构与性质有区别,从而影响处理方法。
研究木素的性质很重要。
一般认为要对木素性质进行测定,首先必须将木素从植物纤维原料中分离出来,目前还没有分离完全、结构与原本木素完全一致的方法。
主要的方法有:乙醇木素法:先用冷水和乙醚分别抽提出木粉中的冷水可溶物及树脂、脂肪等物质后,再用乙醇在室温下抽提,最后把可溶于乙醇的木素用乙醚沉淀出来。
这个方法的优点是由于抽提条件温和,得到的木素没有变化。
不足是只能抽提很少部分的总木素。
磨木木素:粉状原料或木屑在振动球磨中碾磨,溶剂用有机无润胀型,然后用含水的二氧六环抽提。
优点是抽提的木素基本不破坏,抽提量也较多。
不足是磨碎过程中会对木素产生破坏。
酵素木素:是酶处理方法,用一种腐败菌处理木材,使碳水化合物受到腐蚀,然后用乙醇抽提。
得到的木素量在前两者之间。
不溶木素:先用浓酸(硫酸或盐酸)溶解纤维原料中的碳水化合物,分离出黑色残渣为酸木素。
这种方法得到的木素量最多,但分离过程木素结构变化太多。
如前所述,研究木素必须先掌握木素的化学结构,而要分析木素化学结构,必须分离出没有改变性质的原木素。
为了得到原木素,原料须进行预处理,抽提方法是采用溶剂对原料进行抽提回流处理,一般不损失细胞壁的结构,是一种很好的预处理方法。
经典的木材和纸浆的抽提方法是用乙醇/苯抽提6 -8小时,后用95%乙醇抽提4小时,再用蒸馏水抽提1小时,残渣用沸水洗涤后,自然干燥。
但如前述,木素在各材质中结构各不相同,因而使处理方法各异。
一步抽提法:即只采用一次抽提过程,溶剂一般用两种相混合,如Balakshin et al〔2〕采用乙醇/甲苯体积比1:2抽提木屑,残渣再用T APPI标准法酸解后分析K las on木素。
Sun〔3〕等制备磨木素过程时抽提采用甲苯/乙醇(体积比2:1)作溶剂,残渣50℃下干燥后,旋转球磨144h,之后用二氧六环与水(体积比90:10)抽提12h,重复抽提一次,只是体积比为50: 50,抽提在氮气环境下进行。
过滤所有抽提物,在40℃下蒸发溶剂,含半纤维素的木素用4倍体积乙醇沉淀出来,余下的溶液蒸发乙醇后再用20%HC L 沉淀得到全磨木素。
也有只用单一溶剂,如G uerra et al〔4〕制备K las on木素时,先磨木片成粉末,用95%乙醇抽提6h,之后用72%硫酸水解,残渣过滤后烘箱干燥,即为酸不溶木素(K las on木素)。
两步抽提法:即是抽提两次,每次采用的溶剂有所不同,以溶解不同的抽提物。
如H oltman et al〔5〕则用乙醇/苯体积比1:2进行抽提,然后再用乙醇抽提相同时间,接着用Wiley磨一周,再用振动球磨48h,溶剂用甲苯,获得了磨木素,并采用相应方法测定了酸溶木素和糖类,如酸溶木素则用波长205nm的吸收率测定,酸溶糖类则用高压液相色谱测定,总的半纤维素和葡聚糖值则用单体葡萄糖和木糖计算得出。
Ikeda et al〔6〕处理木材得到磨木素的方法与上基本同。
木屑抽提先用乙醇/苯以1:2体积比进行,然后用乙醇抽提。
一般认为,磨木素是原木素的最佳代表,在分析木素结构时都进行磨木素的分离过程。
并希望得到更多木素,而碾磨程度高,磨木素得率增大。
但是磨过程中是否有细胞壁的结构破坏、磨木素是否能完全代表原木素,Ikeda et al〔6〕对这个问题进行研究,发现木素结构不受是否与碳水化合物结合一起影响,也即结合的木素与非结合的木素结构上是相同的。
振动球磨在氮气下干磨则改变了木素结构和得率,而甲苯溶剂中进行振动球磨对木素结构没有影响。
因而甲苯溶剂振动球磨方法成了获得原木素的主要方法。
2 草本植物原料的预处理草本植物除了纤维素、半纤维素和木素三个主・922・要组成外,还含有较多的其它成份,因此处理原材料时与木本有些区别。
虽然不少人也采用T APPI标准方法进行,即乙醇-苯、95%乙醇和热水连续抽提〔7〕,如Oever et al〔8〕对柳枝稷草采用乙醇/甲苯以2:1体积比、95%乙醇和热水进行连续抽提,残渣用两步酸解法,先是12M浓硫酸在30℃下处理1h,后用1M硫酸在100℃下处理3h〔9〕。
除此外还有不同的抽提方法。
一步抽提法:只采用一种溶剂进行抽提。
这与上木本材料的内容相似,只是溶剂上有些变化。
Theander〔10〕采用80%乙醇作为单一溶剂进行木素抽提处理。
而Shell et al〔11〕进行改善,采用95%乙醇对草本植物抽提。
Wiselogel et al〔12〕也采用95%乙醇抽提,残渣用酸解,采用气相色谱测量溶解的单糖量。
二步抽提法:即采用两次抽提方法。
如非极性溶剂抽出亲脂性抽提物,再用水抽提出亲水性化合物〔13〕。
Dien et al〔14〕则采用完全不同的草本植物抽提方法得到木素,先用80%的乙醇抽提可溶碳水化合物,上层清液用HP LC分析单糖(葡萄糖与果糖)和低级糖(蔗糖、棉子糖)。
不溶物用水低温下再抽提以除去聚果糖,抽提物中的果聚糖用酮糖测定方法测出。
最后的不溶物用α淀粉酶和淀粉葡萄糖酶在醋酸盐的缓冲溶液中处理,淀粉则转变为葡萄糖,用80%乙醇溶出这些糖,残渣用两段酸解法,溶解的部分为全糖,酸不溶部分计作K las on木素,并用灰分进行校正〔14〕。
但它没有比较与乙醇抽提方法分离K las on木素的差别。
对草本植物化学组成的分析,各个研究者方法不同,使得结果很难进行对比,且结果可能是不同的。
Thammas ouk et al〔15〕研究了三种草本植物在不抽提、95%乙醇抽提与热水抽提方法的比较,发现K las on木素最终含量很不相同,抽提后使含量明显降低,乙醇与水连续抽提后更低,说明在解释木素结构时,不抽提时的结果是由于有很多不溶于K las on 木素测量条件的物质也当作了K las on木素,是一种不纯物〔15〕。
所以分析生物质的组成时,一定要说明它的分析方法。