纖維素乙醇工程概論

第1章 緒論1
1.1引言2
1.1.1豐富的生物質(zhì)資源2
1.1.2發(fā)展燃料乙醇的推動力2
1.1.3原料趨勢4
1.1.4我國的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)5
1.2纖維素乙醇工程概述7
1.2.1開發(fā)進程7
1.2.2纖維素乙醇工程評價8
1.2.3遇到的主要問題9
1.3纖維素乙醇關(guān)鍵過程10
1.3.1預(yù)處理10
1.3.2酶解11
1.3.3發(fā)酵12
1.3.4產(chǎn)品精制13
1.3.5污水處理13
1.4前景展望14
1.4.1面臨巨大需求14
1.4.2基礎(chǔ)研究在突破15
1.4.3誕生了新的學(xué)科分支15
1.4.4進入工程化階段17
1.5結(jié)語 17參考文獻18
第2章 預(yù)處理工程21
2.1引言22
2.2木質(zhì)纖維素酶解的限制因素22
2.3木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)組成24
2.3.1木質(zhì)纖維素的組成25
2.3.2秸稈類原料細胞壁的微觀結(jié)構(gòu)及組成分布30
2.3.3木質(zhì)纖維素生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及其抗降解屏障33
2.4木質(zhì)纖維素分析方法34
2.4.1化學(xué)組成分析34
2.4.2物理特性分析37
2.5木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)38
2.5.1概述38
2.5.2中性預(yù)處理技術(shù)41
2.5.3酸性預(yù)處理48
2.5.4堿性預(yù)處理57
2.5.5生物預(yù)處理62
2.5.6預(yù)處理方法對比與評價64
2.6影響木質(zhì)纖維素降解的因素及評價方法67
2.6.1預(yù)處理強度的評價67
2.6.2預(yù)處理對木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)及組成的影響68
2.6.3預(yù)處理木質(zhì)纖維素的酶解評價方法70
2.6.4預(yù)處理木質(zhì)纖維素中的酶解和發(fā)酵抑制物71
2.7預(yù)處理關(guān)鍵設(shè)備74
2.7.1概述74
2.7.2干法備料設(shè)備75
2.7.3預(yù)處理設(shè)備80
2.7.4預(yù)處理設(shè)備工程化中遇到的主要問題89
2.8展望90
參考文獻91
第3章 酶解工程106
3.1引言107
3.1.1纖維素酶的分子結(jié)構(gòu)的研究107
3.1.2纖維素酶解機理108
3.1.3纖維素酶解過程及動力學(xué)的研究108
3.2纖維素水解方法108
3.2.1酸水解109
3.2.2酶水解113
3.2.3其他降解方法115
3.3木質(zhì)纖維素降解酶系118
3.3.1纖維素酶的組成和分類119
3.3.2纖維素酶的結(jié)構(gòu)與功能123
3.3.3纖維小體126
3.3.4半纖維素酶130
3.3.5嗜熱纖維素酶131
3.3.6纖維素酶作用機理132
3.3.7纖維素酶活力測定139
3.4纖維素酶制備技術(shù)144
3.4.1產(chǎn)纖維素酶的微生物類群144
3.4.2高活力纖維素酶菌株的選育146
3.4.3纖維素酶的生產(chǎn)153
3.4.4纖維素酶的提純161
3.4.5纖維素酶的商業(yè)化生產(chǎn)163
3.5酶解工藝與設(shè)備165
3.5.1纖維素底物特性165
3.5.2影響纖維素酶解的因素166
3.5.3各種酶解工藝評述170
3.5.4酶解反應(yīng)器175
3.5.5提高酶解效率180
3.6研究方向及進展187
3.6.1存在的主要問題187
3.6.2酶解工程的研發(fā)方向187
3.6.3我國酶解工程研究進展189
3.7展望191
3.7.1高效產(chǎn)酶菌株191
3.7.2改進酶制備工藝192
3.7.3酶解新工藝192
3.7.4應(yīng)用基礎(chǔ)研究更加活躍192
參考文獻193
第4章 發(fā)酵工程212
4.1發(fā)酵物料213
4.1.1不同原料酶解液物料組成213
4.1.2抑制物214
4.2纖維素乙醇發(fā)酵途徑215
4.2.1己糖代謝途徑215
4.2.2戊糖代謝途徑218
4.2.3新的代謝途徑設(shè)計221
4.3纖維素乙醇發(fā)酵菌株221
4.3.1自然發(fā)酵菌株221
4.3.2遺傳改造的細菌223
4.3.3遺傳改造的酵母菌226
4.3.4嗜熱菌227
4.3.5菌株改造230
4.3.6示范裝置應(yīng)用的菌株243
4.4發(fā)酵工藝244
4.4.1乙醇發(fā)酵動力學(xué)245
4.4.2發(fā)酵過程流體力學(xué)247
4.4.3纖維素乙醇發(fā)酵方法249
4.4.4纖維素乙醇發(fā)酵工藝類型251
4.4.5影響發(fā)酵的工藝參數(shù)及控制253
4.4.6工藝改進與優(yōu)化262
4.5纖維素乙醇發(fā)酵反應(yīng)器267
4.5.1發(fā)酵物料特性267
4.5.2不同工藝的發(fā)酵反應(yīng)器268
4.5.3反應(yīng)器放大271
4.5.4反應(yīng)器流場模擬272
4.6展望273
參考文獻274
第5章 纖維素乙醇精制288
5.1纖維素發(fā)酵醪液特點289
5.1.1纖維素發(fā)酵醪液289
5.1.2對精餾系統(tǒng)的要求292
5.2纖維素乙醇精餾工藝與設(shè)備292
5.2.1乙醇蒸餾基本原理292
5.2.2乙醇精餾工藝流程297
5.2.3纖維素乙醇精餾工藝流程299
5.2.4萬噸級纖維素乙醇精餾系統(tǒng)節(jié)能分析303
5.2.5纖維素乙醇精餾關(guān)鍵設(shè)備315
5.3脫水精制322
5.3.1特殊精餾脫水322
5.3.2吸附脫水324
5.3.3膜分離脫水328
5.3.4超臨界流體萃取脫水330
5.3.5無水乙醇生產(chǎn)技術(shù)的比較332
5.4技術(shù)展望334
參考文獻334
第6章 “三廢”處理338
6.1引言339
6.2 纖維素乙醇“三廢”主要來源與特性340
6.2.1“三廢”主要來源340
6.2.2廢水理化指標與特性340
6.2.3處理纖維素乙醇廢水的難點344
6.3廢水處理基本原理345
6.3.1厭氧生物處理345
6.3.2好氧生物處理347
6.3.3生物脫氮處理348
6.3.4生物脫磷處理349
6.4 纖維素乙醇廢液處理技術(shù)應(yīng)用349
6.4.1常用廢水處理工藝349
6.4.2廢水處理方法概述362
6.4.3廢水處理技術(shù)應(yīng)用365
6.5典型裝置的污水處理工程實例370
6.5.1按預(yù)處理工藝分類的工程化方法370
6.5.2按廢水處理工藝分類的工程化方法373
6.5.3國外纖維素乙醇污水處理案例377
6.6纖維素乙醇生產(chǎn)中廢氣和廢渣處理方法379
6.6.1廢氣處理379
6.6.2廢渣處理382
參考文獻389
第7章 產(chǎn)品和技術(shù)經(jīng)濟評價392
7.1纖維素能源產(chǎn)品393
7.1.1纖維素乙醇產(chǎn)品394
7.1.2其他纖維素能源產(chǎn)品398
7.1.3產(chǎn)品方案400
7.2纖維素乙醇技術(shù)經(jīng)濟評價基礎(chǔ)403
7.2.1纖維素乙醇工程現(xiàn)狀403
7.2.2纖維素乙醇工藝分析405
7.2.3纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化環(huán)境409
7.3國外纖維素乙醇技術(shù)經(jīng)濟評價415
7.3.1概述415
7.3.2知名評價報告416
7.4國內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟評價案例428
7.4.1技術(shù)經(jīng)濟評價基礎(chǔ)條件428
7.4.2技術(shù)經(jīng)濟評價方法及工藝描述430
7.5纖維素乙醇技術(shù)經(jīng)濟分析432
7.5.1總成本及投資估算432
7.5.2經(jīng)濟性分析434
7.5.3工程化風(fēng)險分析438
7.6展望444
7.6.1纖維素乙醇已具備產(chǎn)業(yè)化環(huán)境445
7.6.2工程化裝置可望實現(xiàn)商業(yè)運行445
7.6.3產(chǎn)品方案還可進一步優(yōu)化446
7.6.4纖維素乙醇工程將日臻完善446
7.6.5纖維素乙醇工程將進一步發(fā)展446
參考文獻447