燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)與工程建設(shè)

前言

進入21世紀后，由于全球經(jīng)濟快速發(fā)展和人口不斷增長，世界一次能源消費量不斷增加，而化石能源仍是能源消費的主體，使得溫室氣體及各種有害物質(zhì)大量排放，生態(tài)環(huán)境不斷受到威脅。1997年的《京都議定書》要求國際社會采取行動，消除人為對氣候系統(tǒng)的破壞；2009年的哥本哈根會議進一步推動了各國在應(yīng)對氣候變化的行動中形成共識，溫家寶總理也在大會上作出莊嚴承諾。在此背景下，世界各國都在積極研究并開發(fā)利用新能源特別是可再生能源，約束和減少全球溫室氣體的排放，中國政府已經(jīng)把大力推動新能源與可再生能源發(fā)展作為國家的一項重大戰(zhàn)略任務(wù)。新能源的各種形式都是直接或者間接地來自于太陽或地球內(nèi)部所產(chǎn)生的熱能，包括了水能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑司圩兡?、海洋能以及氫能等。新能源普遍具有污染少、儲量大的特點，對于解決當(dāng)今全球氣候變化和環(huán)境污染問題，解決化石能源日趨枯竭以及保障能源安全供應(yīng)等問題具有重要意義。從長遠看，我們正處在以化石能源應(yīng)用為主向新能源應(yīng)用轉(zhuǎn)變的過渡階段，應(yīng)抓住這次能源變革的機遇，加強對能源戰(zhàn)略、能源結(jié)構(gòu)、能源布局、能源政策、能源科技、能源價格以及能源合作等一系列重大問題的研究，明確發(fā)展目標，理清發(fā)展思路和工作方向。在緩解能源、環(huán)境危機的雙重壓力下，太陽能熱利用、沼氣、農(nóng)作物秸稈和生物制液體燃料等由于出色的節(jié)能減排效果和經(jīng)濟實用性，多年來已成為國家能源建設(shè)，特別是社會主義新農(nóng)村建設(shè)中優(yōu)先發(fā)展的重點領(lǐng)域。人民郵電出版社順應(yīng)時代的需要，出版了這套“新能源應(yīng)用叢書”。本套叢書包括已具規(guī)模效益的太陽能熱利用工程和沼氣工程，以及前景廣闊的燃料乙醇工程和秸稈能源工程等項目，其作者均是相關(guān)領(lǐng)域有著豐富實踐經(jīng)驗和理論水平的工程技術(shù)專家，各冊書稿貫穿了實用有效的編寫方針，對于新能源工程建設(shè)，有很好的指導(dǎo)性、可操作性和成果連續(xù)性。相信“新能源應(yīng)用叢書”的出版發(fā)行，可以為新能源領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提供一個實用而有效的智力支撐，也可以成為面向廣大干部群眾的科普讀物。

內(nèi)容概要

本書介紹了燃料乙醇的生產(chǎn)原料、工藝流程、菌種培育、發(fā)酵和蒸餾、工程施工以及運行管理的相關(guān)內(nèi)容，并從鼓勵使用非糧原料生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)業(yè)政策出發(fā)，重點介紹了用甜高粱莖稈、木質(zhì)纖維素等非糧食生物質(zhì)原料制取燃料乙醇的生產(chǎn)加工技術(shù)，同時還增加了典型項目的技術(shù)經(jīng)濟環(huán)境評價，適合從事燃料乙醇研制和應(yīng)用的工程技術(shù)人員使用。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　國內(nèi)外燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀　　1.1.1　巴西　　1.1.2　美國　　1.1.3　歐盟　　1.1.4　中國　1.2　燃料乙醇的應(yīng)用　　1.2.1　我國生物燃料乙醇的應(yīng)用特點　　1.2.2　我國生物燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀第2章　燃料乙醇的生產(chǎn)　2.1　燃料乙醇的特性　　2.1.1　一般概念　　2.1.2　乙醇特性　2.2　生產(chǎn)原料種類　　2.2.1　常見原料　　2.2.2　乙醇生產(chǎn)原料的選擇依據(jù)　　2.2.3　碳水化合物和可發(fā)酵性糖　　2.2.4　纖維乙醇原料　　2.2.5　生產(chǎn)中常用輔料　2.3　生產(chǎn)工藝簡介　　2.3.1　發(fā)酵法　　2.3.2　化學(xué)合成法　2.4　工藝流程　　2.4.1　糖蜜原料生產(chǎn)乙醇的工藝流程和工藝參數(shù)　　2.4.2　淀粉類原料生產(chǎn)乙醇的工藝流程和工藝參數(shù)第3章　原料處理　3.1　不同原料處理工藝技術(shù)　3.2　原料儲存及運輸　　3.2.1　原料儲運　　3.2.2　原料供應(yīng)與儲存風(fēng)險　3.3　原料預(yù)處理工藝　　3.3.1　淀粉類原料處理　　3.3.2　生料直接發(fā)酵法　　3.3.3　糖蜜類原料預(yù)處理　　3.3.4　纖維類原料預(yù)處理　3.4　原料處理技術(shù)要求　　3.4.1　淀粉類原料處理技術(shù)要求　　3.4.2　糖蜜類原料處理技術(shù)要求　　3.4.3　纖維類原料處理技術(shù)要求　3.5　原料處理設(shè)備和工藝　　3.5.1　淀粉類原料處理設(shè)備　　3.5.2　糖蜜類原料處理設(shè)備　　3.5.3　纖維類原料處理工藝設(shè)備　3.6　原料處理對發(fā)酵過程的影響　　3.6.1　淀粉原料處理對發(fā)酵效果的影響　　3.6.2　糖蜜原料處理對發(fā)酵效果的影響　　3.6.3　纖維原料處理對發(fā)酵效果的影響第4章　酒母菌種培育　4.1　乙醇生產(chǎn)對酒母菌的要求　4.2　生產(chǎn)中常用酒母菌及其特性　　4.2.1　淀粉類酒母菌　　4.2.2　糖蜜類菌種　4.3　酒母菌所需營養(yǎng)物質(zhì)及數(shù)量　　4.3.1　酒母菌所需營養(yǎng)物質(zhì)　　4.3.2　酒母菌所需營養(yǎng)物質(zhì)數(shù)量　4.4　酒母菌種培育工藝及技術(shù)流程　　4.4.1　酒母培養(yǎng)基的制備　　4.4.2　酒母的擴大培養(yǎng)　　4.4.3　酒母菌培養(yǎng)設(shè)備　　4.4.4　菌種的純培養(yǎng)流程　4.5　影響酒母質(zhì)量的主要因素第5章　發(fā)酵工藝　5.1　發(fā)酵要求及設(shè)備特點　　5.1.1　發(fā)酵要求　　5.1.2　發(fā)酵設(shè)備　5.2　發(fā)酵機理　　5.2.1　乙醇發(fā)酵動態(tài)　　5.2.2　乙醇發(fā)酵中酵母菌的酶　　5.2.3　乙醇發(fā)酵機制　　5.2.4　乙醇發(fā)酵中副產(chǎn)物的生成　5.3　發(fā)酵工藝流程　　5.3.1　淀粉類原料發(fā)酵工藝流程　　5.3.2　糖蜜類原料發(fā)酵工藝流程　5.4　發(fā)酵過程技術(shù)分析　5.5　影響乙醇發(fā)酵的因素及防治辦法第6章　蒸餾工藝第7章　項目建設(shè)及工程施工第8章　運行管理第9章　技術(shù)經(jīng)濟分析第10章　實用案例分析附錄

章節(jié)摘錄

插圖：2.連續(xù)發(fā)酵間歇式發(fā)酵始終在一個容器內(nèi)進行，酵母始終處在一個變動的環(huán)境中，即酵母的繁殖與生命活動是在糖分不斷下降、乙醇含量逐步增加的變化過程中進行的。連續(xù)發(fā)酵與此相反，發(fā)酵的每一個階段都是在各個不同的容器中進行的，對每個容器來講，醪液的濃度、乙醇的含量、pH值、溫度等因素是一定的，這樣，酵母由于適應(yīng)穩(wěn)定外界的環(huán)境，其發(fā)酵能力加強，發(fā)酵率也相應(yīng)提高。整個生產(chǎn)過程連續(xù)化，操作方便，生產(chǎn)管理穩(wěn)定，大大減輕了勞動強度并節(jié)省了勞動力，為實現(xiàn)儀表自動控制提供了有利條件，同時由于連續(xù)發(fā)酵法節(jié)約了非生產(chǎn)時間，提高了發(fā)酵設(shè)備的利用率。（1）	多級連續(xù)發(fā)酵法。多級連續(xù)發(fā)酵法又稱自流式連續(xù)流動發(fā)酵法，是在一組串聯(lián)的幾個發(fā)酵罐中進行的，罐的數(shù)量及位置可以不同。通常采用9～10個罐串聯(lián)起來的方式，它們的位置可以在高度相同的一個平面上或者高度不同的兩個平面上呈梯級式。酒母和基本稀糖液以一定的速度連續(xù)地流入前兩個發(fā)酵罐，發(fā)酵時醪液從1號發(fā)酵罐上部沿連通管流入2號發(fā)酵罐底部，再經(jīng)2號發(fā)酵罐上部流入3號發(fā)酵罐底部，這樣順序連續(xù)地流動，經(jīng)過一組串聯(lián)的發(fā)酵設(shè)備所連接的空間，酵母即完成增殖和發(fā)酵作用的全過程，成熟醪從最后的發(fā)酵罐中連續(xù)排出，送去蒸餾。多級連續(xù)發(fā)酵法可分為單濃度連續(xù)發(fā)酵法和雙濃度連續(xù)發(fā)酵法兩種。單濃度連續(xù)發(fā)酵法的酒母培養(yǎng)與連續(xù)發(fā)酵醪的糖液均采用同一種濃度：22％～25％；雙濃度連續(xù)發(fā)酵法酒母的培養(yǎng)液采用低濃度糖液，濃度為12％～15％；連續(xù)發(fā)酵法添加基本稀糖液采用高濃度糖液，濃度為32％～35％。多級連續(xù)發(fā)酵法的特點是：把前兩個發(fā)酵罐作為主體罐，在酒母與基本稀糖液連續(xù)流加的條件下，酵母處在對數(shù)生長期保持旺盛的生命活動能力，發(fā)酵一開始便達到主發(fā)酵期，發(fā)酵時間可以大大縮短。在間歇分批發(fā)酵過程中，酵母的萌發(fā)期較長，然而在連續(xù)發(fā)酵過程中，酵母萌發(fā)期的時間取決于主罐中醪液交換的速度和第一次加入酵母的數(shù)量。換句話說，如果交換速度過大，在營養(yǎng)物質(zhì)豐富的情況下，雖然酵母的生長速度加大，但不利于酵母的積累，往往酵母來不及繁殖就有可能被流掉，酵母積累便在后面幾個罐內(nèi)進行，并且速度緩慢。為了消除這一現(xiàn)象，主罐的發(fā)酵醪交換速度應(yīng)比其他發(fā)酵罐的速度低一些，為此可加大主發(fā)酵罐的容量，或者利用一組罐的前兩罐作為主罐，這種方法使酵母的積累在第1罐內(nèi)結(jié)束，而使第2、第3發(fā)酵罐中的酵母細胞含量變化不大，使連續(xù)發(fā)酵穩(wěn)定在一定的酵母數(shù)量范圍內(nèi)。酵母在主罐中的積累過程也取決于它的初始含量，在連續(xù)發(fā)酵過程中控制主發(fā)酵罐的酵母數(shù)量甚為重要，需要掌握好發(fā)酵醪的流加速度，使其交換速度與酵母的生長速度達到相對平衡。另外，糖蜜連續(xù)發(fā)酵的一些重要的因子，如糖濃度、pH值、溫度、酵母數(shù)量和乙醇濃度等在各個發(fā)酵罐內(nèi)雖不相同，但能控制其保持相對穩(wěn)定性，因而可以避免間歇發(fā)酵過程中由于代謝產(chǎn)物的反饋抑制作用和乙醇濃度增加而致使酵母出現(xiàn)過早衰亡的現(xiàn)象，從而使酵母連續(xù)發(fā)酵作用得到充分發(fā)揮，發(fā)酵率也相應(yīng)提高。多級連續(xù)發(fā)酵節(jié)約了非生產(chǎn)時間，所以設(shè)備利用率相應(yīng)提高。

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