导 师：吕惠生 教授报告人：连 峰 2013-9-

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以木薯渣为原料生产燃料乙醇的关键技术

目 录

课题拟解决的主要问题

课题在理论和应用方面上的意义

完成课题的条件

课题的进展计划

拟采取的技术措施和办法

拟选课题国内外的研究动态

生物质

蒋剑春，生物质能源应用研究现状与发展前景，林产化学与工业， 2002,22 （ 2 ）： 75-80王长贵，新能源和可再生能源的分类，太阳能， 2003, 01 ： 14-15

拟选课题的背景及国内外研究动态

世界第四大能源，全球各地到处都有生物质能的分布。

分布广泛产量巨大

生物质能源的优点

可再生性好 （ 1 ）可减少有害气体、 烟尘和温室气体的排放（ 2 ）开发利用生物质能可以减少环境公害

生物质能是绿色能源

净初级生产品产生—消亡—产生要合理开发、利用。

刘爱兵，刘星建，生物质能的利用现状及展望，江西林业科技， 2006, 4 ： 37-40

拟选课题的背景及国内外研究动态

拟选课题的背景及国内外研究动态近年来，以生物质为原料生产燃料乙醇成为了人们关注的焦点，并在全球范围内迅速崛起。燃料乙醇燃烧后不会产生氮氧化合物和烃类物质，清洁环保。生产酒精的生物质原料如玉米、木薯等还可循环再生。

Chandra McGee ， Amy B. Chan Hilton. Analysis of federal and state policies and environmental issues for bioethanol production facilities [J]. Environmental Science and Technology ， 2011 ， 45 ， 1780-1791.

计划

美国 欧盟 巴西2017 2020 2020

生物质燃料乙醇产量提高到1.2 亿吨

生物燃料乙醇占运输部门能源总消耗量的比例达到10%

燃料乙醇占到汽油总消费量的 20%

拟选课题的背景及国内外研究动态

木薯（非粮作物）

淀粉含量高

产量大 耐旱，耐贫瘠

种植面积广

在不与人争粮的前提下，相对玉米、小麦、甘蔗等粮食作物原料更具有经济性，能获得良好的经济效益。熊承永，钟娅玲，钟雨明，等 . 非粮薯类酒精蒸馏废液的有效利用途径 [J]. 食品发酵与工业， 2008 ， 34 （ 1 ）： 100-104.张代 . 发展木薯酒精大有可为 [J]. 致富天地， 2006 ，（ 12 ）： 42.

拟选课题的背景及国内外研究动态薯类原料液化酶解单元

酒精发酵单元

乙醇精馏脱水单元废醪液处理单元

木薯燃料乙醇生产过程

张敏华 , 吕惠生 ,董秀芹 ,李永辉 , 欧阳胜利 , 刘成 ,钱胜华 , 张志强 , 刘宗章 . 薯类原料酒精生产方法 [P]. 天津： CN102605003A,2012-07-25.

为了提高原料的利用率，废醪液的资源化利用的重要性凸显出来。

拟选课题的背景及国内外研究动态木薯酒精废醪液

成分：主要含有残余淀粉、糖分、粗蛋白、纤维素、木质素、各种无机盐及菌蛋白等物质

高浓度、高温度、高悬浮物、粘度大、呈酸性的有机废水，治理难度大

开发木薯酒精废醪液高效处理利用技术是薯类酒精实现低碳清洁生产的技术关键，越来越受到业界的关注。

废醪液资源化处理动态拟选课题的背景及国内外研究动态

农灌法 适用于甘蔗酒精废醪液的处理生物蛋白饲料法 一般适用于以玉米为原料的酒精废

醪液处理厌氧发酵产沼气法 适用于处理木薯酒精废醪液

Kim J S ， Kim B G ， Lee C H. Distillery waste recycle through membrane filtration in batch alcohol fermentation [J]. Biotechnology Letters ， 1999 ，21(5) ： 401-405.Wolmarans B ， de Villiers GH. Start-up of a UASB effluent treatment plant on distillery wastewater [J]. Water SA ， 2002 ， 28(1) ： 63-68.

拟选课题的背景及国内外研究动态

清液厌氧处理工艺印辉，魏梅 . “ 全糟厌氧 +UASB+ 好氧”工艺在酒糟废水治理中的应用 [J]. 江苏环境科技， 2005 ， 18(4) ： 21-23.

研究思路

固体废渣焚烧 环境污染资源浪费

（热值低，大约含 70% 的水）

预处理酶解反应纤维素木质素

糖木质素发酵 燃烧乙醇 蒸汽

拟选课题的背景及国内外研究动态

预处理工艺1.酸预处理法

2.碱预处理法3.水热预处理法

Lioyd 等采用 0.98 % 的稀硫酸溶液，在温度 140 ℃ ，停留时间 40 min 条件下对玉米秸秆原料进行预处理，处理后的原料采用纤维素酶对纤维素进行水解，预处理过程及酶水解过程总糖的收率高达 93% 。

Silverstei 等采用浓度为 2 % 的 NaOH溶液。在 121 ℃ 温度下处理棉花秸秆，处理时间为 90 min, 木质素的脱除率为 65 % ，纤维素的转化率为60.8 % 。Lv 等开展了 CO2- 乙醇 -水三元体系预处理玉米秸秆的工艺研究，在预处理温度 180 ℃ ，预处理时间 1 h 条件下，酶解过程葡萄糖的收率为77.8% ，在此条件下，木质素的脱除率为 85 % 。4. 物理方法主要包括机械加工，蒸汽爆破等。

拟选课题的背景及国内外研究动态

Lioyd T A, Wyman C E. Combined sugar yields for dilute sulfuric acid pretreatment of corn stover followed by enzymatic hydrolysis of remaining solids[J]. Bioresource Technology,2005,96(18): 1967-1977

Silverstein R A, Chen Y, Sharma-Shivappa R R. et al. A comparison of chemical Pretreatment methods for improving saccharification of cotton stalks[J]. Bioresource Technology, 2007, 98(16): 3000-3011.

Lv H S, Ren M M, Zhang M H. Pretreatment of Corn Stover Using Supercritical CO2 with Water-Ethanol as Co-solvent. Chinese Journal of Chemical Engineering.2013,21(5):551-557.

任苗苗 . 玉米秸秆超临界 CO2/ 乙醇 -水预处理过程木质素降解脱除行为 [D].天津大学 ,2012.

拟选课题的背景及国内外研究动态

拟选课题的背景及国内外研究动态介质腐蚀性强，对设备材质要求较高。

需要用酸中和，不能回收 NaOH ，碱预处理使纤维素原料利用率低，废弃物量大，生产成本较高。

不需额外添加化学试剂，环境友好，戊糖、己糖收率高，发酵抑制副产物较少，预处理废液可直接采用生化方法处理，减少了生产成本。

酸

碱

水热田龙 ,马晓建 .纤维素乙醇生产中的预处理技术 [J].中国酿造 ,2010(5): 8-12.

赵晓锋 , 张全 ,姚秀清 , 关浩 ,佟明友 . 木薯渣制备乙醇探索研究 [J]. 安徽农业科学 ,2012,20:10588-10589+10608

也有文献叙述 木薯渣中含有纤维素、木质素和半纤维素。

三者的结构较为松散

可直接进行水解

是不是如文献所述，生物质的结构相似？与玉米秸秆中的三者结构是否存在差异，需不需要预处理呢？

拟选课题的背景及国内外研究动态

纤维素 分子式 6 10 5( )nC H O

纤维素的结构图纤维素水解生成葡萄糖Rq:

6 10 5 2 6 12 6( )nC H O nH O nC H O

拟选课题的背景及国内外研究动态

单糖含量分析DNS 法（ 3,5-二硝酸水杨酸法）

DNS测定的酶解产糖率的高低，作为木薯渣预处理效果的评价标准栗微 .纤维素类原料制取燃料酒精过程中预处理工艺和酶水解工艺的研究 [D].华中师范大学 ,2007.

拟选课题的背景及国内外研究动态

课题拟解决的主要问题

木薯燃料乙醇废渣中纤维素的含量 . 木薯燃料乙醇废渣的结构问题，结构是否松散，需不需进行预处理？

酶解过程工艺条件优化

2. 木薯燃料乙醇废渣的充分利用，减轻了环境的负担。

课题在理论和应用方面上的研究意义

1.该课题的提出的方案，是一种废物资源化利用的过程。它在理论上可以将废渣转化成高附加值的产品，提高原料的利用率。

理论意义该课题的提出，丰富了可持续发展理论，在废醪液资源化处理的技术提供了一定的补充。实践意义

完成课题的条件

中心个人 学校

学习相关基础知识并大量阅读相关文献 实验室具备的高温高压反应釜等实验设备 学校具备的 TEM 等大型分析仪器

拟采取的技术措施和办法确定结构

ASPEN

模拟

工艺优化

做两组验证性实验，分别是木薯渣经过预处理后再酶解和木薯渣直接进行酶解两组实验，计算最后各自

的酶解产糖率分别考虑预处理压力，预处理温度，预处理时间， PH值，酶解物浓度等

进行实验选择

想稍微了解学习一下 ASPEN ，打算将该部分放进我的大论文里，尝试一下简单的过程模拟，形成实验+模

拟的模块

STEP 1

STEP 2

STEP 3

实践操作根据制定的实验方案，进行实验操作，分析。

理论总结根据做的实验结果，进行数据处理，并将处理结果予以理论总结，撰写毕业论文。

理论积累大量阅读相关文献并学习相关的理论知识，深入了解这个方向的有关知识，制定可行完善的实验方案。

课题的进展计划

2013.9-2013.11 继续查阅文献，撰写开题报告，制定实验方案2013.11-2014.2 购买药品，学习分析仪器使用方法，进行摸索实验2014.2-2014.5 开始实验，分析实验结果，改进后续实验方案2014.5-2014.9 工艺条件的选择及优化2014.9-2015.1 学习 ASPEN 模拟软件，尝试过程模拟2015.1-2015.3 仔细整理分析实验数据，对先前实验进行补充2015.3-2015.6 总结工作，撰写学位论文

课题的进展计划

敬请老师批评指正