第十四章 生物质制取乙醇
生物质生产乙醇的方法及其工艺流程
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生物质制酒精doc资料
生物质制酒精生物质制酒精Biomass ethanol姓名：陈婷学院：化学化工学院专业：化工专业学号： 1001090303 班级：化工0903班指导老师：孔岩一、题目生物质制酒精二、课题技术背景1、生物质酒精的概况生物质酒精作为可再生能源不会枯竭，并且不会引起温室效应。
微生物发酵糖可以生产酒精。
目前在工业生产中用于发酵产酒精的微生物主要是酿酒酵母和运动发酵单胞菌。
包括秸秆在内的含有糖类物质的生物质都可能作为酒精发酵的原料，大分子物质的利用需先经过酶的降解。
生物酒精作为石油的替代物，其产业链还在继续延伸。
2、生物质酒精发展以及研究意义生物质酒精的应用可以带来巨大的经济、社会和环境效应，世界各国已经有了不同程度的研究和应用。
随着世界生物技术和工程技术的不断发展，高产菌株的获取越来越简单，发酵工艺也得到不断改进，这些都为生物质酒精的大规模生产提供了技术保证。
随着生物质酒精的研究领域和应用范围不断扩大，生物质酒精在可再生燃料市场中将占主要地位。
二、检索过程1 、选择检索词生物质 biomass 酒精alcohol 乙醇 ethanol2 、检索数据库以及检索年代列表三、检索式及检索结果1、中文数据库a、百度搜索引擎检索式：采用百度的高级检索，由于百度只有关键词这一字段，所以选择的检索式为：关键词=生物质生产乙醇，并且是包含以上全部关键词。
检索结果：在“高级搜索”中检索，找到相关网页约1,000,000篇，选择其中1篇：[1] 李东，袁振宏，王忠铭，廖翠萍，吴创之.中国科学院广州能源研究所，中国科学院研究生院.生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展.[J].可再生能源，2006，（2）：1~12. cnki:ISSN:1671-5292.0.2006-02-019b、万方数据库检索式1：Title:"生物质" KeyWords:酒精检索结果命中19条，选择其中1条如下：[1] 段钢，孙长平.杰能科国际生物工程有限公司,无锡. 酶在生物质转化为燃料酒精中的应用.[J].食品与发酵工业，2005，31（05）：73~77.CNKI:SUN:SPFX.0.2005-05-023检索式2：:KeyWords:生物质 Abstract:酒精检索结果：命中50条，选择其中1条如下：[1] 王倩，张伟，王颉，李长文.河北农业大学食品科学院，河北农业大学食品科学院. 生物质生产酒精的研究进展.[J].酿酒科技，2003，（03）. TS262.2 TS261.4 TS261.2C、中国期刊全文数据库(CNKI)（该数据库均提供原文）检索式1：（篇名=（生物质）and关键词=（酒精or 乙醇）and篇名=（酒精or乙醇）检索结果命中60条，选择其中2条如下：[1] 张宁，蒋剑春，程荷芳，曾凡洲.中国林业科学研究院林产化学工业研究所国家林业局林产化学工程重点开放性实验室. 木质纤维生物质同步糖化发酵(SSF)生产乙醇的研究进展.[J].化工进展，2010，29（02）：238~242.CNKI:SUN:HGJZ.0.2010-02-014[2] 曾凡洲，蒋剑春，卫民，陈育如.中国林业科学研究院林产化学工业研究所，生物质化学利用国家工程实验室，国家林业局林产化学工程重点开放性实验室，南京师范大学生命科学学院. 生物质水解发酵生产燃料乙醇的研究进展.[J].生物质化学工程，2009，43（02）. CNKI:SUN:LCHG.0.2009-02-014检索式2：（篇名=（生物质）and摘要=（酒精or 乙醇）and篇名=（酒精or乙醇）检索结果命中52条，选择其中2条如下：[1] 张维特，时旭，欧杰，李柏林，杨建强，胡翔，房建孟，何培民.上海海洋大学水产与生命学院，上海海洋大学食品学院，国家海洋局北海分局. 酸法水解绿潮藻生物质及发酵制乙醇的效果.[J]. 上海海洋大学学报，2011，（01）.CNKI:SUN:SSDB.0.2011-01-022.[2] 施雪华,余敏,曲有鹏,李冬梅,冯玉杰.上哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨工业大学生物工程研究中心. 利用木质纤维素类生物质生产燃料酒精.[J]. 酿酒，2008，（06）. CNKI:SUN:NJZZ.0.2008-06-031.（2）外文数据库（CA）检索结果：[1] Nick Nagle，Kelly Ibsen，Edward Jennings. A process economicapproach to develop a dilute-acid cellulose hydrolysis process to produce ethanol from biomass.[J].Applied Biochemistry andBiotechnology ,1999:595～607．ISSN: 0273-2289.[2] Van Draanen,Arlen,Mello,Steven. Production of ethanol and other fermentation products from biomass.[J].CHEMCATCHEM,2011,3:490～511.10.1002/cctc.20100345.[3] Kadam, K. L.,Schmidt, S. L.Evaluation of Candida acidothermophilum in ethanol production from lignocellulosic biomass.[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 48(6), 709-713(English) 1997 Springer-Verlag．ISSN: 0175-7598.四、综述在世界石油资源加速枯竭、国内粮食阶段性过剩、环境污染日益严重的大背景下，十多年来，我国生物质液体燃料产业发展迅速。
生物质制取燃料乙醇的研究_傅致远
不必要的步骤，研究出更多新型生物质制备乙醇的工艺流 程，以便提高乙醇生产率；（2）培育出高产纤维素酶、木质 素酶菌种，可以大大地降低生产成本和提高乙醇生产率。总 而言之，科学利用生物质制取燃料乙醇必将造福环境和经济 发展。
参考文献
[1] 翁凌云. 国外生物乙醇燃料生产见状和发展趋势分析 [J]. 世界农业, 2010(5): 42-45.
[8] 王欧. 中国生物质能源开发利用现状及发展政策与未 来趋势[J]. 中国农村经济, 2007(7): 10-15.
[9] 陈辉, 陆善祥. 生物质制燃料乙醇[J]. 石油化工, 2007, 36(2): 107-117.
2013 年 第 12 期
42
Chemical Engineering & Equipment
2013 年 12 月
生物质制取燃料乙醇的研究
傅致远
（浙江燃料乙醇有限公司，浙江 舟山 316100）
摘 要：随着许多地方出现严重的环境污染，使得许多人转向乙醇这一清洁能源，乙醇燃烧只产生水和二 氧化碳同时放出大量热。生物质制燃料乙醇具有重要的环保意义，是一种极具前景的石油可替代资源生产 工艺。本文主要介绍了生物质制燃料乙醇的优势以及乙醇生产工艺，并阐述了生物质制取燃料乙醇的应用 情况。这些工艺的研究，为生物质制取燃料乙醇奠定了坚实的基础，相信燃料乙醇在未来将得到更大的推 广。 关键词：清洁能源；生物质；乙醇燃料；优势；应用
（1）生物质燃料具有很好的发热量，发热量约为 4500 千卡/kg。
（2）由于生物质燃料不含硫磷，对空气和环境基本无 影响。
（3）生物质燃料比较纯净，基本不含耗热杂质[3]，且 生物质燃料不含硫磷，不腐蚀锅炉，可延长锅炉的使用寿命，
将直接为企业降低成本。 （4）生物质燃料清洁卫生，投料方便，减少用于劳动
生物质合成气发酵生产乙醇的工艺分析
生物质合成气发酵生产乙醇的工艺分析生物质合成气（Biomass gasification）是一种将复杂的有机废弃物转化为可再生能源的技术。
这种技术能够将废弃物变成气体，通常是一种被称为合成气或者生物质合成气的混合气体。
该气体主要由一氧化碳、氢气、二氧化碳和甲烷等组成，这些气体可以用来产生能源。
生物质合成气发酵生产乙醇是一种以生物质合成气作为发酵原料，通过发酵过程将其转化为乙醇的生产工艺。
生产出来的乙醇可以作为化学品、燃料和溶剂。
生物质合成气发酵生产乙醇已经成为了一种被广泛应用的生产技术。
1.生物质合成气的制备生物质合成气的制备是将生物质通过热化学反应，将其分解成气体。
反应发生在一个密闭的容器内，该容器中储存的是无氧环境。
反应大致分为以下三个阶段：（1）压缩阶段：压缩过程会在容器内形成高压、高温和高密度的气体，这些气体在容器内占据了很小的空间。
（2）热解阶段：在高温和高压下，生物质内部的化学键被破坏。
其中的碳和氢可以和氧气化合，生成一氧化碳和氢气。
热解过程会产生太多的热量，这些热量可以用来支持后续的反应。
（3）效应阶段：在这个阶段，化学反应生成的气体会进行一系列的复杂化学反应，此过程被称为效应。
其结果是生成了一种复合气体，即生物质合成气。
生物质合成气主要由一氧化碳、氢气、二氧化碳和少量的甲烷等组成。
与其他生产气体相比，生物质合成气中的一氧化碳和氢气比例较高，约占70%。
这使得生物质合成气成为一种良好的发酵原料，可以生产出高浓度乙醇。
2.环境和设备对于生产乙醇的工艺而言，其生产过程会产生大量的热能和二氧化碳。
因此需要选择一个具有良好的环保设备的生产工艺。
发酵反应需要在特定的温度和压力下进行，在此之前，一定要对条件进行预先准备。
恒温箱是必要的设备之一。
由于发酵反应需要在恒定的温度下进行，恒温箱被用来维持反应温度。
操作人员需要根据反应过程中的变化来调整恒温箱中的温度设定。
多级恒压式氧气阀门的使用很重要，该阀门可以调节反应过程中的压力水平，以保证反应的顺利进行。
利用生物质废弃物制备合成酒精的可行性论证
利用生物质废弃物制备合成酒精的可行性论证摘要：本文利用生物质废弃物制备合成酒精的可行性进行了科学论证。
通过系统分析生物质废弃物资源的广泛存在以及其化学成分，研究了利用生物质废弃物制备合成酒精的技术路径、关键反应、催化剂等相关因素，并评估了该技术在经济、环境和社会可持续发展方面的优势。
结果表明，利用生物质废弃物制备合成酒精的技术具有可行性，对于减少化石燃料的使用、降低二氧化碳排放、促进可再生能源开发利用具有重要意义。
1. 引言气候变化和能源安全等全球性问题的崛起促使人们转向可再生能源作为替代能源的选择。
生物质废弃物作为一种丰富、可再生的资源，储量大、分布广泛，成为制备合成酒精的潜在原料之一。
本文将论证利用生物质废弃物制备合成酒精的可行性，从技术、经济和环境等多个方面进行分析，并评估其在可持续发展中的潜力与优势。
2. 生物质废弃物的资源概况生物质废弃物包括农作物秸秆、林木废弃物、食品加工废弃物等。
这些废弃物的资源潜力巨大，其主要组分包括纤维素、半纤维素和木质素等。
纤维素和半纤维素是构成生物质的主要有机成分，可通过生物转化和化学过程转化为可燃性物质。
此外，生物质废弃物经过预处理和分离等工艺，可高效地提取出其中的有机物，为制备合成酒精提供了可靠的原料基础。
3. 制备合成酒精的技术路径制备合成酒精的主要技术路径包括生物转化和化学转化两种。
生物转化主要是利用微生物的代谢能力将纤维素和半纤维素转化为酒精。
而化学转化则是通过物理和化学反应将废弃物中的有机物转化为酒精。
两者各有优劣，但无论通过哪种方式，生物质废弃物都可以作为原料进行转化，从而制备合成酒精。
4. 关键反应和催化剂选择在生物转化和化学转化的过程中，关键反应和催化剂的选择对于酒精产率和产物质量具有重要影响。
在生物转化方面，酿酒酵母是常用的微生物菌株，其利用废弃物中的糖类等有机物进行发酵产酒精。
而在化学转化方面，如气相甲醇合成法，催化剂的选择对于反应效率和产物纯度起到至关重要的作用。
生物质制备生物乙醇醇实验报告
生物质制备生物乙醇醇实验报告生物质制备生物乙醇实验报告一、实验目的本次实验旨在探究利用生物质制备生物乙醇的可行性和最佳工艺条件，为开发可持续的生物能源提供实验依据。
二、实验原理生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。
通过预处理、酶解和发酵等步骤，可以将生物质中的碳水化合物转化为可发酵糖，进而发酵生成生物乙醇。
预处理过程旨在破坏生物质的结构，提高后续酶解的效率。
酶解则是利用纤维素酶和半纤维素酶将纤维素和半纤维素分解为葡萄糖和木糖等单糖。
发酵阶段，微生物（通常为酿酒酵母）在适宜的条件下将单糖转化为乙醇和二氧化碳。
三、实验材料与设备（一）实验材料1、生物质原料：玉米秸秆2、酶制剂：纤维素酶、半纤维素酶3、微生物：酿酒酵母4、化学试剂：硫酸、氢氧化钠、葡萄糖标准品等（二）实验设备1、粉碎机2、高压灭菌锅3、恒温培养箱4、摇床5、气相色谱仪6、分光光度计四、实验方法（一）生物质预处理将玉米秸秆粉碎至一定粒度，用稀硫酸在一定温度和时间下进行预处理，然后用氢氧化钠中和至中性。
（二）酶解将预处理后的生物质加入适量的纤维素酶和半纤维素酶，在一定温度和 pH 值下进行酶解反应。
（三）发酵将酶解液过滤，调整糖浓度，接入酿酒酵母，在一定温度和通气条件下进行发酵。
（四）分析检测1、采用 DNS 法测定酶解液中的还原糖含量。
2、使用气相色谱仪测定发酵液中的乙醇浓度。
五、实验结果与分析（一）预处理条件对生物质结构的影响不同的预处理温度、时间和硫酸浓度对玉米秸秆的结构破坏程度不同。
经过优化，发现预处理温度为_____℃，时间为_____小时，硫酸浓度为_____%时，能够较好地破坏生物质的结构，提高后续酶解效率。
（二）酶解条件的优化研究了酶用量、温度、pH 值和反应时间对酶解效果的影响。
结果表明，在酶用量为_____g/L，温度为_____℃，pH 值为_____，反应时间为_____小时的条件下，酶解液中的还原糖含量最高。
生物制乙醇
——王靖,安明泉. 木糖发酵菌种研究进展[J]. 化学与生物工程，2007，24（11）：1-4.
五碳糖发酵菌株的改良 基因水平改良
1、引入五碳糖代谢途径 酿酒酵母和运动发酵单胞菌都 能利用六碳糖且能代谢木酮糖产乙 醇，但不能利用木糖，因此可以引 入木糖向木酮糖转化的代谢途径
例如：将来自嗜热细菌 Thermusthermophilus的木糖异构酶( XI)基因 xy lA 和酿酒酵母(自身的木酮糖激酶( XK)基因 XK S1, 插入酿酒酵母工业菌株NAN-27的染色 体中, 得到工程菌株NAN-114。其对木糖、葡萄 糖共发酵摇瓶实验结果表明, 工程菌NAN-114消 耗木糖4. 6g /L, 产生乙醇6. 9g /L, 较出发菌株分 别提高了43. 8% 和9. 5%。
木糖发酵制乙醇及其菌种 研究
1 2
3 4
研究背景 研究方向 技术改进
实验展望
研究背景 由于石油等化石能源的大量开采，消耗过快，石 油资源储备已经到了濒临枯竭的地步。因此，寻找一 种化石能源替代品已经是解决人类能源问题的必然途 径。生物质乙醇是良好的化石能源替代品，作为一种 可再生能源，其比化石能源更清洁，能有效减少温室 气体的排放。生物质乙醇的生产原料来源于木质纤维 素、淀粉类和糖类物质，传统的乙醇生产以玉米等粮 食为主要原料。然而，粮食为人类生存所必需，世界 范围内的粮食问题并未彻底解决，而且以粮食为原料 生产乙醇价格高，势必会受到限制。木质纤维素原料 丰富，而且价格低廉，因此，利用木质纤维素类物质 为原料生产乙醇非常有前景。
例如：嗜热厌氧纤维素降解细菌Clostridium sp.EVA4 菌株在最适条件下（最适pH 为7 .5 ～ 8 .0, 最适θ为55 ～ 60 ℃）利用1 %纤维素滤纸培 养120 h 产乙醇浓度为1 123mg/L , 纤维素降解率 为59%
9.绿色化学工艺——生物质生产乙醇
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质（biomass)定义 利用太阳能通过光合作用（
photosynthesis)生成的任何有机物质
4
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质包括 林产物：树木（灌木、乔木） 草类 农作物：粮食 秸秆——麦草、稻草、玉米秆 海产物：各类海草 城市废弃物：报纸、天然纤维
纤维素水解反应动力学是一级串联反应
纤维素
糖
分解产物
A
B
C
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
C.序列阶段酸水解 采用浓酸和稀酸水解的三阶段： 第一阶段：预水解，水解和萃取木质素中的半纤
维素，用稀酸。 第二阶段：主水解，在浓酸中将纤维素水解成寡
糖和葡萄糖单体。 第三阶段：最后阶段，寡糖水解。
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
l 水解时间和温度 温度对水解速度影响很大，温度愈高，纤
维素酸水解的速度越快，但已生成单糖的分解也 越快。一般采用高温时，应用稀酸短时间水解， 如温度较低时，可采用较浓的酸和较长的时间水 解。
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2．纤维素酶水解 A.酶水解理论 l 纤维素酶来源
细菌、放线菌、高等霉菌中有不少都可以 在纤维素上生长。
就发酵为酒精，从而解决葡萄糖对水解有反馈和 抑制作用，如果酵母选择合适，纤维二糖也可利 用，水解速度增加，糖产量和酒精收率增加
53
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2. 森林和木材加工废物 森林采伐时
树枝和树梢约占整个树的4～12％ 树桩占4～5％ 森林中不成材的树木占木材储量的15％ 三者相加达木材储量的23～32％。木材加工中， 边角料和木屑占加工木料的25～30％，其中木屑 占1/3。
生物法制备乙醇实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解生物法制备乙醇的原理和方法。
2. 掌握微生物发酵法制备乙醇的操作步骤和注意事项。
3. 学习乙醇的提取和纯化方法。
二、实验原理生物法制备乙醇主要采用微生物发酵法，即利用微生物（如酵母菌）在无氧条件下，将含有糖分的原料（如玉米、高粱、甘蔗等）转化为乙醇和二氧化碳。
反应式如下：C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 玉米淀粉- 高粱淀粉- 甘蔗汁- 酵母菌- 蒸馏水- 碱性酒石酸铜溶液- 酒精计- 碘液- 滤纸- 烧杯- 烧瓶- 漏斗- 滤网- 烧杯架- 温度计- 烧杯夹- 玻璃棒2. 实验仪器：- 烧杯（500mL）- 烧瓶（1000mL）- 漏斗- 滤网- 烧杯架- 温度计- 烧杯夹- 玻璃棒四、实验步骤1. 准备原料：称取一定量的玉米淀粉、高粱淀粉或甘蔗汁，加入适量的蒸馏水，搅拌均匀。
2. 预处理：将原料煮沸，煮沸过程中不断搅拌，使淀粉充分溶解。
煮沸时间为10-15分钟。
3. 冷却：将煮沸后的原料冷却至室温。
4. 接种：将冷却后的原料加入装有酵母菌的培养液，搅拌均匀。
5. 发酵：将接种后的原料放入发酵瓶中，密封，置于恒温培养箱中，发酵温度控制在28-30℃，发酵时间为48-72小时。
6. 检测发酵程度：用碱性酒石酸铜溶液检测发酵液中的酒精含量。
若呈蓝色，则说明酒精含量较低；若呈绿色，则说明酒精含量较高。
7. 提取乙醇：将发酵液过滤，收集滤液。
8. 纯化乙醇：将滤液进行蒸馏，收集蒸馏出的乙醇。
9. 测定乙醇含量：用酒精计测定蒸馏出的乙醇含量。
五、实验结果与分析1. 发酵过程中，原料中的淀粉被酵母菌分解为葡萄糖，葡萄糖在无氧条件下转化为乙醇和二氧化碳。
2. 通过碱性酒石酸铜溶液检测，发酵液中的酒精含量较高，说明发酵过程进行得较好。
3. 经过蒸馏，收集到的乙醇含量较高，说明乙醇的提取和纯化过程较为成功。
六、实验结论1. 生物法制备乙醇是一种可行的方法，具有原料来源丰富、生产成本低、环境友好等优点。
生物质燃料乙醇发酵技术
生物质燃料乙醇及其特点 乙醇发酵过程 淀粉质原料制乙醇
乙醇 发酵 机理
4
纤维质原料制乙醇
生物燃料乙醇发酵机理
淀 粉
纤 维
糖 化 糖 发 酵 乙 醇
糖 化
乙醇发酵技术
淀粉
预处理
化 学 性 质
物 理 特 征
来 源
酸解法:
酶解法：液化，糖化
淀粉
预处理
糖化
糖 酸酶结合法：酸酶、酶酸
糖化工艺
................
酸解法:
酶解法：液化，糖化
纤维
预处理
糖化
酸酶结合法：酸酶、酶 糖 糖化工艺
................
生物质燃料乙醇发酵技术
葡萄 糖
发酵
乙醇
生物质燃料乙醇技术
1.酵母乙醇发酵法：利用酿酒酵母、 管囊酵母、卡尔酵母、清酒酵母在 无氧条件下，得到乙醇 2.细菌乙醇发酵法：利用厌氧发酵 单胞菌、棕榈发酵菌、运动发酵单 胞菌发酵
淀 粉
纤 维
糖 化 糖 发 酵 乙 醇
糖 化
• 中南大学能源动力学院新期，
发 酵
三个阶段
2.主发酵期：繁殖基本停止，主 要厌氧乙醇发酵 3.发酵后期：糖浓度降低，发酵作用 减弱，菌种死去。
1.葡萄糖到二磷酸果糖，3步反应。
四步十二个反应
2.磷酸果糖到磷酸甘油醛，2步反应。 3.磷酸甘油醛到丙酮酸，5步反应 4.丙酮酸降解成乙醇，2步反应。
生物乙醇是怎么来的原理
生物乙醇是怎么来的原理生物乙醇是通过生物质发酵产生的一种可再生能源。
生物乙醇的制备原理包括生物质的预处理、糖类的水解、糖类的发酵和乙醇的提纯。
首先，生物质是指各种有机废弃物、农作物残渣、木材等可生物分解的有机物质。
为了获取高效利用生物质的碳源，需要对生物质进行预处理。
常用的预处理方法有研磨、撕碎、浸泡、蒸煮等，目的是破坏生物质的结构，增加生物质和水的接触面积，方便后续的糖类水解。
然后，糖类水解是将预处理后的生物质通过酶或酸的作用将其转化为可发酵的糖类物质。
对于木质素等难降解的生物质，常使用酸水解法，如硫酸法、盐酸法等。
而对于易降解的纤维素和半纤维素等，一般采用酶解法，如纤维素酶、半纤维素酶等酶类的作用，将其转化为葡萄糖、木糖和其他可发酵的糖类。
随后，将水解得到的糖类物质进行发酵。
发酵是将糖类通过微生物作用转化为乙醇的过程。
常用的发酵微生物是酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae，它能够将糖类分解为乙醇和二氧化碳。
在发酵过程中，需要控制发酵温度、酸度、氧气等条件，以及提供充足的营养物质，使发酵微生物能够充分利用糖类，将其转化为乙醇。
最后，提纯是将发酵得到的乙醇从发酵液中分离出来。
乙醇提纯的方法有很多种，如蒸馏法、吸附法、萃取法等。
其中，常用的是蒸馏法。
蒸馏法是通过升温将乙醇分离出来，通过不同的沸点差异，将乙醇和其他杂质分离出来，得到纯度较高的乙醇。
生物乙醇是一种绿色、可再生的能源，在替代传统燃料和减少二氧化碳排放方面具有巨大的潜力。
然而，生物乙醇的制备过程还面临着一些挑战，如生物质原料的获取、预处理过程的能耗和酶的成本等。
未来，随着技术的发展和环境问题的加剧，我们可以期待生物乙醇制备工艺的进一步改进和优化，以提高其经济性和可持续性。
生物乙醇生产工艺
生物乙醇生产工艺
生物乙醇生产工艺是通过微生物（如酵母菌）在发酵过程中将生物质（如玉米、稻谷、甘蔗等）中的糖类转化为乙醇的过程。
以下是一种常见的生物乙醇生产工艺。
1. 生物质预处理：将原料生物质进行粉碎和热处理，以提高酵母菌对糖的转化效率。
预处理可以包括压热处理、碱处理、酸处理等。
2. 糖化：将经过预处理的生物质与酶（如纤维素酶和淀粉酶）混合，并调节适宜的温度和pH值，使酶能够将生物质中的多
糖（如淀粉和纤维素）分解为单糖（如葡萄糖和木糖等）。
糖化过程一般需要持续几小时到几天。
3. 发酵：将糖化产生的碳水化合物溶液与酵母菌混合，继续调节适宜的温度和pH值，使酵母菌能够将糖类发酵产生乙醇。
发酵过程一般需要几天到几周。
4. 分离和纯化：将发酵液进行离心、过滤和蒸馏等操作，以分离和纯化乙醇。
分离和纯化过程可以使用多级蒸馏、萃取、吸附等技术。
5. 脱水：将分离和纯化得到的乙醇进行脱水，以提高乙醇的浓度。
脱水可以采用蒸馏、吸附剂吸附、分子筛吸附等方法。
6. 精馏和精制：对脱水后的乙醇进行精馏和精制处理，以得到符合工业标准的纯乙醇。
7. 储存和运输：将精制的乙醇按照规定的包装和储存条件进行保存，以便运输和使用。
生物乙醇生产工艺是一个较为复杂的过程，需要严格控制各个环节的条件和参数，以保证产量和质量。
同时，该工艺还需要合理利用废弃物和副产物，如利用废液进行污水处理、利用废渣生产饲料等，以降低生产成本和环境影响。
对于生物乙醇工业化生产来说，还需要考虑能源供应、废弃物处理、环境保护等问题，以推动可持续发展。
生物质制取燃料乙醇工艺流程
生物质制取燃料乙醇工艺流程生物质制取燃料乙醇，这可真是个超有趣的事儿呢！一、生物质是啥？生物质啊，就是那些有生命的、能生长的东西啦，像植物啊、农作物秸秆啊之类的。
这些东西在大自然里到处都是，就像是一个个小小的能源宝库等着我们去开发。
比如说玉米秸秆，在农田里收完玉米之后，那秸秆就被留在地里，以前很多时候就被烧掉或者扔掉了，多浪费呀。
但其实它们可以用来制取燃料乙醇呢。
二、制取燃料乙醇的准备工作。
在开始制取之前呢，得先把生物质处理一下。
就像我们做饭之前要洗菜切菜一样。
对于生物质，要先把它们切碎，切成小小的一块一块的。
这就好比把一个大蛋糕切成小块，方便后续的加工。
而且还得进行预处理，把生物质里的一些杂质去掉，就像挑出菜里的烂叶子一样，让剩下的都是能用来制取乙醇的“精华”部分。
三、发酵过程。
接下来就到了超神奇的发酵环节啦。
这里面会用到微生物，这些微生物就像是小小的酿酒师。
把处理好的生物质和一些特殊的微生物放在一起，在合适的温度和环境下，微生物就开始工作啦。
它们把生物质里的糖分转化成乙醇。
这个过程就像是一场小小的聚会，微生物们在生物质这个大舞池里欢快地跳舞，然后就“变”出了乙醇。
你能想象吗？那些原本看起来普普通通的农作物残渣，在微生物的魔法下，就变成了可以做燃料的乙醇呢。
四、分离与提纯。
发酵完了之后呀，乙醇可不是自己乖乖地就出来了，还得把它从那些混合物里分离出来。
这就有点像从一堆沙子和水的混合物里把水弄出来一样。
要通过一些特殊的方法，像蒸馏之类的。
蒸馏就是利用乙醇和其他物质沸点不一样的特点，把乙醇给蒸出来，然后再进行提纯，让乙醇的纯度变得更高。
这个过程就像是把一个调皮的小孩子从一群小伙伴里单独找出来，然后再把他打扮得漂漂亮亮的，这里就是让乙醇变得更纯净啦。
五、制取燃料乙醇的意义。
制取燃料乙醇可不光是为了好玩哦。
它对我们的环境可好了呢。
你想啊，燃料乙醇燃烧的时候，比传统的汽油产生的污染物要少很多。
这就像是一个环保小卫士，在汽车的发动机里努力工作，让汽车排出的尾气不那么脏脏的。
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第十四章生物醇类燃料技术1生物醇类燃料背景1.1生物醇类燃料及其特性1.2生物醇类燃料发展现状2 生物燃料乙醇制备基础2.1微生物发酵法2.2乙醇发酵的有关微生物3生物燃料乙醇制备工艺3.1糖质原料的乙醇生产3.2淀粉质原料的乙醇生产3.3甜高粱茎秆制取乙醇3.4纤维素原料的乙醇生产3.5燃料乙醇制备新方法4 生物醇类燃料技术的应用与发展4.1糖质原料的乙醇生产案例4.2淀粉质原料的乙醇生产案例4.3甜高粱茎秆制取乙醇生产案例4.4纤维素乙醇生产案例4.5燃料乙醇生产经济性分析4.6其他生物醇类燃料的发展习题·1·1生物质制取乙醇1.1燃料乙醇技术的发展概况1.1.1 燃料乙醇的定义和性质1.1.1.1 燃料乙醇的定义乙醇（ethanol）又称为酒精，是由C、H、O三种元素组成的有机化合物。
中华人民共和国国家标准《变性燃料乙醇》和《车用乙醇汽油》规定，燃料乙醇是未加入变性剂的，可以作为燃料使用的无水乙醇。
1.1.1.2 乙醇的燃料性质乙醇分子由烃基和官能团羟基两部分构成，分子式为C2H5OH，相对分子质量为46.07，常温常压下是无色透明的液体，具有特殊的香味和刺激性，吸湿性很强，易挥发、易燃烧，可与水以任何比例混合并产生热量。
下图为乙醇的主要物理性质。
乙醇的主要物理性质项目数值项目数值冰点/K(℃) 159(-114.1) 混合气热值/(kJ/m3) 3.66常压下沸点/K(℃) 315.42(78.32) 爆炸极限(空气中)/%临界温度/K(℃) 541.2(243.1) 下限 4.3临界压力/kPa 6383.48 上限19.0临界体积/(L/mol) 0.167 自燃点/K(℃) 1066(793)临界压缩因子0.248 闪点/K(℃)密度0.7893 开杯法294.2(21.1)折射率 1.36143 闭皿法287.1(14.0)表面张力(25℃)/(mN/m) 231 热导率(20℃)/[W/(mK)] 0.170粘度(20℃)/(mPa/s) 17 磁化率(20℃) 7.34*10^-7水中溶解度(20℃) 可互溶饱和蒸汽压力(38℃)/kPa 17.33熔化热/(J/g) 104.6 十六烷值8汽化热(在沸点下)/(J/g) 839.31 辛烷值(RON) 111燃烧热(25℃)/(J/g) 29676.69 理论空燃比(质量) 8.98比热容(20℃)/[J/(gK)] 2.72乙醇蒸气与空气混合可以形成爆炸性气体，爆炸极限为4.3%~19.0%(体积分数)。
所以，乙醇可作为内燃机燃料，既可作为汽油机的代用燃料，也可作为柴油机的代用燃料，目前主要作为汽油机的代用燃料，可以部分或全部替代汽油用于汽车发动机。
燃料乙醇的使用有两种方法，其一是以乙醇为汽油的“含氧添加剂”(oxygenate additive)。
这是美国使用燃料乙醇的基本方法，这种无铅汽油约含10%(体积分数)的无水乙醇。
另一种使用方法是用无水乙醇部分或完全代替汽油作为内燃机燃料，这是20世纪70年代起巴西采用的方法，当乙醇与无铅汽油的混配比在25%以内时，不必对汽油发动机作大的改装，基本可以保持原有动力性，混配比超过25%时，需要调整汽油发动机的压缩比、改装燃料供给系统、调整点火时间等改装，以保证发动机的功率和性能。
由于乙醇的辛烷值(RON)较高，可以代替四乙基铅作为汽油的防爆剂，从而大大减少汽油燃烧时对环境的污染。
更重要的是，用生物质原料生产的乙醇是太阳能的一种表现形式，在自然系统中，可形成无污染的闭路循环，可再生、燃烧后的产物对环境没有危害，是一种新型绿色环保型材料，因此越来越受到重视。
1.1.2 燃料乙醇技术发展现状1.1.2.1 美洲国家燃料乙醇技术发展现状美国是世界上开发利用燃料乙醇较早的国家之一，燃料乙醇生产有近百年的历史，1908年，美国人Henry Ford设计并制造了世界上第一台使用燃料乙醇的汽车。
1930年，美国内布拉斯加州（Nebraska）首次使用燃料乙醇与汽油混合燃料，1978年含10%(体积分数)燃料乙醇的混合汽油(E10)在该州大规模使用。
1979年，美国国会为了减少对进口石油的依赖，从寻找替代能源入手，制定并实施了燃料乙醇计划，开始大规模推广使用E10。
日益严峻的世界石油短缺和环境问题是美国燃料乙醇发展的两个主要推动力，而美国政府实行的税收优惠政策实质性地促进了燃料乙醇产业的发展。
自2001年以来，美国对燃料乙醇和生物柴油生产一直实行税收补贴政策，该政策规定，每生产1加仑(3.785 )乙醇，可获得51美分的补贴。
2005年美国政府再次将混合生物燃料的税收优惠政策延长到2008年。
巴西是世界上唯一不供应纯汽油的国家。
从国家能源安全、经济发展、保护农民利益和保护环境的需要出发，自1975年开始大力发展燃料乙醇，1977年将20%乙醇与汽油混配燃料推向市场，1979年推出灵活燃料汽车( flexible fuel vehicle, FFV)和纯乙醇燃料。
20世纪80年代，巴西又将乙醇与汽油混配比提高到22%，20世纪70年代的后5年内，巴西乙醇产量由每年45万吨猛增至268万吨，年均增长率为42.9%。
2005年乙醇产量达到1700万吨，石油替代率经接近40%，该国种植的甘蔗有65%用于乙醇生产，计划到2009年将甘蔗的产量再提高40%，在现有324个以甘蔗为原料的乙醇生产厂的前提下，再建80个新厂，到2025年乙醇产量将达到7200万吨，远景为3.2亿吨。
国内己经形成完整的燃料乙醇供应系统，乙醇和汽油都通过管道输送，与铁路、公路相连接，供应31979个加油站进行零售。
·3·1.1.2.2 欧洲国家燃料乙醇技术发展现状这些年来，欧洲各国基于对能源安全、经济协调发展以及环境保护等问题认识的深入，纷纷采取措施减少对石油等不可再生能源的依赖度，避免因石油等日渐枯竭对经济产生的影响。
其中，增加包括燃料乙醇在内的生物质可再生能源在能源总消耗中的比例是一项主要措施。
2000年欧洲可再生能源会议的白皮书《将来的能源：可再生能源》确定了欧盟的可再生能源策略和行动计划。
即：增加可再生能源的比例以改善能源供应的安全性，减少对矿物燃料的依赖，降低温室气体的排放。
他们计划将可再生能源在能源总产中的比例由现在的6%提高到2010年的12%。
法国、德国、希腊、爱尔兰、意大利、西班牙、瑞典和英国8个欧盟成员国对包括燃料乙醇在内的可再生能源相继采取了减免税政策。
其优惠的原则是将乙醇汽油价格调到与汽油相当的水平，使燃料乙醇等可再生能源生产、经销商有利可图。
此外，欧洲国家农业丰收形成的农产品相对过剩问题也促使其采取相应的转化措施。
法国、西班牙和瑞典已经开始生产和使用乙醇汽油。
欧盟中其他成员国如荷兰、英国、德国、奥地利等国家的农业部门也已向政府提出规划，要求发展燃料乙醇工业。
目前，欧洲一些国家生物质能源消费已占其总能源需求中相当高的比例，如瑞典为16.5%，芬兰为20.2%。
1992年欧洲的生物质燃油产量仅有8万吨，2003年生物燃油产量超过200万吨，比2002年增长了26%。
欧盟各国乙醇年产量在175万吨左右，乙醇汽油的年使用量大约l00万吨，预计到2010年要达到1100万吨。
1.1.2.3 我国燃料乙醇发展现状我国油气资源相对短缺，随着资源的逐年减少及对进口依赖的增加，己经对我国庞大的社会经济发展计划形成制约。
因此，国家能源战略定位于加快替代能源，特别是可再生能源的开发，减少对石油的依赖。
自20世纪70~80年代，我国就开始了生物燃料的科学研究与开发利用研究工作。
2001年，启动了“十五酒精能源计划”，在汽车运输行业中推广使用燃料酒精。
国家有关部门制订并颁布了《变性燃料乙醇》（GB18350-2001）、车用乙醇汽油（GB18351-2001）等一系列国家标准。
2002年在河南省的郑州、洛阳、南阳和黑龙江省的哈尔滨、肇东5个城市进行车用乙醇汽油使用试点。
2004年，车用乙醇汽油的试点进一步扩大到河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁5省全省范围，2005年又在湖北9个地市、山东7个地市、河北6个地市、江苏5个地市进行扩大试点。
为了支持乙醇汽油推广，我国政府还推出了“定点生产、定向流通、定区使用、定额补贴”的配套政策。
2006年1月1日实施了《中华人民共和国可再生能源法》。
首次以国家立法的形式鼓励包括燃料乙醇在内的生物质液体燃料的发展，明确了国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料，鼓励发展能源作物的大政方针。
2006年11月国家财政部、国家发改委、农业部、税务总局、林业局发布并启动了《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》，对生物能源和生物化工行业在财税方面的扶持政策做出了明确的规定，其中包括对行业企业的弹性亏损补贴、原料基地补贴、示范基地补助和税收优惠等具体政策。
其中，以非粮作物及农业废弃物为原料的生物质能源开发被放在资金重点扶持的首位。
并明确界定了制造生物乙醇燃料所用原料是指甘蔗、木薯、甜高粱等。
国家科技部、发改委2007年11月启动的《可再生能源与新能源国际科技合作计划》将太阳能发电与太阳能建筑一体化；生物质燃料与生物质发电；风力发电；氢能及燃料电池；天然气水合物开发等基础与应用研究列为重点扶持的领域。
这一系列法律法规和扶持政策的实施，为生物能源和生物化工的发展提供了产业政策、财税经济的支持。
中国燃料乙醇定点生产企业具体情况见下表。
中国燃料乙醇定点生产企业一览表1.2乙醇发酵机理1.2.1 生物质原料乙醇生产过程五千多年前，人类就开始利用微生物发酵制作酒精饮料。
微生物利用的是生物质原料中的糖类，生物质原料中的糖类以淀粉、单糖或双糖以及纤维素、半纤维素等多糖形式存在，通常的乙醇发酵菌种只能利用单糖或者双糖，不能直接利用淀粉、纤维素、半纤维素等多糖发酵生产乙醇。
这就需要将这些多糖转化为可被酵母直接利用的简单糖类，将这一转化过程统称为预处理。
预处理后，酵母菌利用简单糖类进行乙醇发酵，产生乙醇。
经过蒸馏等工艺从乙醇含量较低的发酵醪液中回收乙醇，再脱水精制成为无水乙醇。
如下图所示，也可以将全过程分为三个阶段：预处理阶段、乙醇发酵阶段、乙醇回收阶段。
·5·其中，乙醇发酵阶段是整个乙醇生产的核心阶段，本节作重点介绍。
原料预处理阶段和乙醇回收阶段将分别在本章后面介绍。
1.2.2 酵母菌乙醇发酵的代谢途径1.2.2.1 酵母菌乙醇发酵代谢途径酵母菌乙醇发酵是酵母菌在厌氧条件下利用其自身酶系进行厌氧呼吸，将糖类生物质原料中的单糖或者双糖转化为乙醇，同时产生其自身生命活动所需要的三磷酸腺苷（A TP）的过程，其总的反应式为下图是酵母菌乙醇发酵的代谢途径。