第三章 工艺学 ppt课件

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半纤维素的种类和数量变化范围很广， 它与植物种类，植物组织的类型、生长阶 段、生长环境、生理条件等都有很大关系。
半纤维素与纤维素不同，它很容易水解。 但由于半纤维素是和纤维素交杂在一起， 所以只有当纤维素也被水解时，才可能全 部水解。
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5. 冷冻处理法
纤维素在水悬浮液中反复冷冻和融化（降 至-0/10/28
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化学方法：
1. NaOH处理
氢氧化钠处理可使木质素结构裂解，半纤维素 部分溶解，纤维素因水化作用膨胀。
处理用量每克物料用碱量0.1-0.15g，纤维素水 解率最高。
该法缺点（与物理法比）是被处理物料体积密 度很低，如悬浮液浓度为4-5%已经太厚，导致搅 拌和传送不利。
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3. 高能辐射 高能辐射（γ射线、电子辐射等）可增加
可溶性。因为照射后纤维素的聚合度（DP） 降低，结晶性减少，吸湿性增加，利用酶 解。
缺点是成本高。
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4.微波处理法
用电磁波处理纤维物料，放在密闭容器 中进行微波处理，维持160-180℃，糖化效 果明显。试验目前停留在实验阶段。
在一定的酸浓度范围内，纤维素水解反应的速 度与酸的浓度成正比。温度增加酸水解反应的速 度也加快。一般温度增加10℃，水解速度提高1.2 倍。
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浓酸水解：
结晶纤维素在较低的温度下（10-45℃）能完 全溶解于72%的硫酸和42%的盐酸中。由于浓酸 中水分较少，所以溶解的纤维素分解生成寡糖而 不是葡萄糖。
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2. 溶剂处理法
已知纤维素的结晶结构在溶解于溶剂中后会部 分解体。当这些纤维素再次沉淀出来时，其结构 是比较容易被纤维素酶水解的。
天然纤维素结构为纤维素Ⅰ，而再沉淀的纤维 素为纤维素Ⅱ。研究发现用磷酸作为溶剂，使棉 绒酶水解程度提高10倍。但价格贵，无法商用。
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工业上纤维素水解可以分阶段进行。第一阶段 在较温和条件下（100℃）左右，使半纤维素分 解，所得半纤维素水解液可用来生产SCP或酒精 产品。剩下的物料进行第二阶段水解，即较强烈 的条件下进行纤维素分解。
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序列阶段水解：
第一阶段是预水解，它是水解和萃取木质纤维 素中的半纤维素的阶段；第二个阶段是主水解阶 段，将纤维素水解成寡糖和葡萄糖单体的阶段； 第三阶段是后水解阶段，它是保证寡糖水解的阶 段，而寡糖中主要是纤维四糖。
纤维素不溶于水，无还原性，与碘不起呈色反 应，但溶于浓磷酸。
常温下实际上不发生水解作用，即使加热到 160℃仍不分解。
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纤维素只有在有催化剂存在时才能进行，常用的 催化剂有无机酸和纤维素酶。
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二、半纤维素结构
半纤维素是一类结构不同的多聚糖的统 称。凡有纤维素的地方就有半纤维素存在。 半纤维素水解可产生己糖、戊糖或糖醛酸 等。主要有D-葡萄糖，D-甘露糖和D-半乳 糖。主要戊糖是D-木糖，L-阿拉伯糖。
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物理方法：
1. 研磨法---将纤维素磨碎增加纤维素酶的 酶解率是一种常用预处理方法。
2.蒸汽爆裂法
与淀粉质原料预处理类似。原料用蒸汽加热 180-200℃，维持5-30min（连续处理）；或者加 热到245 ℃，维持0.2-2min（间歇处理）。
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三、木质素结构
植物纤维中除了纤维素和半纤维素外， 还有一种镶嵌物质---木质素。在用稀酸或 浓酸进行分级水解时，最后剩下的20-30% 非溶性残余物就是木质素。
木质素由苯基丙烷结构单元通过碳碳键 连接的具有三度空间结构高分子聚合物。
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纤维素预处理
天然的木质纤维素直接进行酶水解时，其 水解程度是很低的，即纤维素水解成糖的 百分率很低。一般只有10-20%。
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影响酸水解的因素：
1. 原料的种类和粉碎度 原料和酸的接触面积越大，水解效果越理
想。所以农作物下脚料或其他纤维素进行 水解时，应事先粉碎。一般稻草切成2-3cm， 棉籽壳水解可不粉碎。
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纤维质原料酒精生产工艺
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纤维素是地球上贮量最丰富的有机物质。 纤维素的能量来自太阳，是植物通过光合 作用固定下来的。
每年地球上由光合作用生成的植物体总 量达1.8×1011t，其中40%是纤维素。
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精品资料
一、纤维素结构和性质
纤维素分子是一种葡萄糖苷通过β-1，4葡萄糖 苷键连接起来的链状聚合体（淀粉则是以α-1，4 糖苷键联结）。
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3. 稀酸预处理
用2%浓度的硫酸在100℃对甘蔗渣进行处理。 处理后连续逆向多级萃取将半纤维素水解产生的 糖萃取出来。这种水解液总糖浓度可高达14%。
稀释处理即对纤维物料进行预处理，又可以得 到半纤维素水解的糖液，是一种有发展前途的预 处理方法。
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纤维素酸水解
植物纤维素的水解：
主要是纤维素和半纤维素的水解。纤维 素实质上是一种己聚糖，半纤维素是戊聚 糖。
(C6H10O5)n + n H2O -----n C6H12O6
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(C5H8O4)m + m H2O -----m C5H10O5
132
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理论上，每162kg己聚糖可以得到180kg己糖， 而132kg戊聚糖可得150kg戊糖。一般认为己聚 糖的n为1000-10000，戊聚糖m为60-200。
缺点是浓酸必须回收，但酸回收过程通常是高 成本。另外需求防腐蚀的容器。
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纤维素-----（浓酸）膨胀和溶解----部分水解生成 低分子多糖和少量单糖---（加水稀释加热）进一 步水解生产单糖---单糖进一步分解
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稀酸水解：
用的酸浓度为0.3-3%，温度100-200℃。稀酸 水解时，大部分半纤维素溶解与酸溶液中。