生物乙醇燃料..22页PPT

根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMP途径发酵分为多 种类型，
EMP途径发酵
酵母的乙醇发酵 同型乳酸发酵 丙酸发酵 丁二醇发酵 混合酸发酵 丁酸发酵 丁酸型发酵 丙酮-丁醇发酵
丁醇-异丙酮发酵
由葡萄糖开始的各种类型发酵
类型 乙醇发酵
甘油发酵 同形乳酸发酵 异型乳酸发酵
混合酸发酵 丁二醇发酵 丙酮-丁醇发酵 丁酸发酵 丙酸发酵
糖液酵母 1
乙醇精馏
2
3
三段串联发酵流程
含糖11~17％的 蔗糖液或糖蜜
M-B(Melle-Boinot)法 乙醇发酵实例
该法在乙醇发酵后，用稀硫酸（pH=3）处理杂菌，并离心回收酵母 菌，达成高浓度酵母发酵。可在15h内得到7%以上的乙醇溶液。
淀粉质原料的低温蒸煮发酵工艺
中国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯可经过比较简单的蒸煮 发酵生产酒精。
C6H12O6+ADP+H3PO4
2C2H5OH+ATP+ 2CO2+H2O
乙醇发酵理论产率
相对量
淀粉水解生成葡萄糖
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6
162.14n
18.02n 180.16n
100g
11.11g 111.11g
相对量
葡萄糖乙醇发酵
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
NAD+
H2O
NADH2
COOH
OCOPO3H2
HCOH
ATP ADP HCOH
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
3-磷酸甘油酸 1,3-2磷酸甘油酸
补充知识
呼吸链的递氢体和递电 子体主要分为以下五类 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 黄素蛋白 铁硫蛋白 泛醌

乙醇 发酵 机理
1 生物质燃料乙醇及其特点
2
乙醇发酵过程
3
淀粉质原料制乙醇
4
纤维质原料制乙醇
生物燃料乙醇发酵机理
淀
纤
粉
维
糖
糖
化
化
糖
发 酵
乙 醇
乙醇发酵技术
淀粉 预处理
化物 来 学理 源 性特 质征
淀粉 预处理
糖化
酸解法: 酶解法：液化，糖化
酸糖酶结合法：酸酶、酶酸
糖化工艺
................
粉
维
糖
糖
化
化
糖
发 酵
乙 醇
• 中南大学能源动力学院新能源 C.J change
1.发酵前期：发酵菌种繁殖时期，
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。
四步十二个反应
1.葡萄糖到二磷酸果糖，3步反应。
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。
淀
纤
纤维 预处理
糖化
酸解法: 酶解法：液化，糖......
生物质燃料乙醇发酵技术
葡萄
发酵
糖
乙醇
生物质燃料乙醇技术
两种途径
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

乙醇产生途径
在微生物体内，葡萄糖转化的途径主要是酵解途径。酵解途 径是将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随生成能量形式ATP的过程。
在好氧有机体中，酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸 循环被彻底氧化成CO2和H2O。
在厌氧有机体中，则把酵解产生的丙酮酸脱羧生成乙醛，乙 醛得到由酵解生成的NADH中的氢，就转化成乙醇。这个过 程就叫乙醇发酵。这个过程中涉及的酶被统称为酒化酶。在 此也可看出乙醇发酵是在厌氧条件下进行的。
由葡萄糖到乙醇的过程主要分成两个阶段，即糖酵解阶段和 丙酮酸转化为乙醇的阶段。在糖酵解阶段葡萄糖经过转化形 成丙酮酸。
酵母菌在无氧条件下，丙酮酸继续降解，生成乙醇，其反应
过程为，丙酮酸在Mg2+存在情况下，经脱羧酶的催化，脱羧
生成乙醛。乙醛在乙醇脱氢酶及NADH的催化下，还原成乙
醇。
CO2 丙酮酸脱羧酶 焦磷酸硫胺素, Mg2+ 丙酮酸
为了消化有机氮，许多酵母需要维生素（生物素、泛酸、硫 胺素等）。酵母不能同化蛋白质、甜菜碱、嘌呤和乙胺型胺 类等有机氮。肽是氨基酸链，介于氨基酸和蛋白质间，随着
乙醇生产对酵母要求
酵母的种类很多，能发酵产乙醇的菌株也很多，但是能应用 于生产的酵母菌株必须基本符合以下要求，即能快速并完全 将糖分转化为乙醇，有高的比生长速度，有高的耐乙醇能力， 抵抗杂菌能力强，对培养基适应性强，不易变异。对于糖蜜 发酵用酵母，除了以上特性外，还要具备以下性能，即要耐 渗透压能力强，耐酸耐温能力强，对金属特别是Cu2+的耐受 性强，并且产生泡沫要少。
酵母的生长条件
（1） 温度。酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正 常的生活和繁殖温度是29—30℃。在很高或很低的温度下， 酵母的生命活动消弱或停止。酵母发育的最高温度是38℃， 最低为-5℃；在50℃时酵母死亡。

NaCl + H2SO4 C2H5OH + HCl
NaHSO4 + HCl C2 H5Cl + H2O
启迪思考题
9、当－C上氢原子数目与醇的氧化有何关系？
参考：与－OH相连的碳原子必须有H
才能被氧化。
HH
两个氢脱去与O结合成水
H C—C—H
H O—H
--C被氧化还原
①在--C碳上有2个H时
RCH O Cu RCH=O
3、气温的空间变化及原因
• （1）气温的水平分布（变化）
• 气温的水平分布规律及成因：
• ①气温从低纬向两极递减。
•
原因：太阳辐射（高度）由低纬向高续递减
• ②南半球等温线比北半球平直。
•
原因：南半球海洋较广阔性质较均一
• ③北半球冬季大陆上等温线向低纬凸出，夏季大陆 上等温线向高纬凸出；海洋与大陆相反。
乙醇分子可以看作是水分子里的一个氢原子
被乙基所取代的产物，但乙醇在水溶液里比水还
难于电离。
启迪思考：试比较乙醇和 水的酸性强弱 ？
能否通过此反应测定有机物的羟基数目？
参考答案
化学性质
与氢卤酸反应
C2H5 OH+H Br
C2H5Br+H2O
溴乙烷
HH
乙醇可与氢卤酸发生作用，
H C—C—H 反应时乙醇分子里的羟基键断
参考：能。
让钠与醇反应，通过钠与醇 的物质的量作比较则可有结果。
启迪思考题
7、乙醇与氢卤酸的反应是什么类型反应？
参考：是个取代反应。可看作是卤素
原子取代了乙醇中的羟基（－OH）。
8、 若将乙醇、食盐、浓硫酸(1:1)混合加热时， 反应中硫酸的作用是什么？有关反应是什么？

红军驻扎茅台镇期间，给后人留 下了一个大大的悬疑。索尔兹伯里在 他的《长征———前所未闻的故事》 一书中这样写道，“当时，那些稚气未 消的红军战士不知什么是茅台酒，他 们涌入街道两侧的酿酒作坊，用茅台 酒冲洗他们疲惫和打了泡的脚。”
第三节 生活中两种常见的 有机物
一、乙 醇 （ethanol）
1、乙醇的物理性质
揭开“红军用茅台酒洗脚”之谜
在茅台国酒文化园里讲解员正在讲解当年 红军在茅台镇的故事
茅台酒，因产于贵州茅台镇而得 名茅台镇，因出产国酒茅台而闻名。 然而让茅台镇闻名遐迩的不仅仅是盛 产美酒，这里还是７０年前红军三渡 赤水时的主渡口。循着长征红军四渡 赤水的足迹，长征联合采访团来到了 这个酒香满溢的黔北小镇。
2、乙醇的结构 乙醇与钠反应
3、乙醇的化学性质
氧 催化氧化
化 反
强氧化剂氧化
应 燃烧
小结：
HH
（1）断键位置是 H—C—C—O—H
HH
（2）钠与乙醇反应不如钠与水反应剧烈 说明乙醇分子中羟基上的氢原子不 如水分子中的氢原子活泼
插入无水 乙醇中
2、乙醇的氧化反应
又变红 液体有刺
激性气味
（1）催化氧化
Cu或Ag
2C2H5OH+O2 Δ 2CH3CHO+2H2O
（2）被强氧化剂直接氧化成乙酸 CH3CH2OH 或酸K性2CKrM2On7O4CH3乙CO酸OH
K2Cr2O7
橙色
Cr3＋
绿色
（3）燃烧：
CH3CH2OH + 3O2 点燃 2CO2 + 3H2O
A 碘的是（ ）
A、乙醇
B、苯
C、四氯化碳
A 2．关于乙醇的说法中不正确的是（ ）

01 生物燃料乙醇简介
生物燃料乙醇的优点
从环境保护角度来讲，
用生物燃料替代传统车用燃料，对大气环境而言，首当其冲的贡献就是降低了温室气体 的净排放量。其次，生物燃料使汽车尾气排放的CO、SOx、悬浮颗粒等空气污染物的数 量减少，有利于改善空气质量。生物燃料也可以通过生物降解而消除毒性，因此对土壤 和地下水造成的污染较小。
汇报结束
谢谢观看参考资料： [1]百科、搜狗百科（生物燃料乙醇、甜高粱、糖田宜水,秦世平.中国生物质能产业发展现状及趋势分析[J].农业工程学报,2007(09):276-282. [2]刘瑾,邬建国.生物燃料的发展现状与前景[J].生态学报,2008(04):1339-1353. [3]袁博,冯福应.生物燃料乙醇产业化研究进展[J].河北农业科学,2009,13(04):139-141. [4]张文彬,蔡葆,徐艳丽.我国生物燃料乙醇产业的发展[J].中国糖料,2010(03):58-62+67. [5]俞建良,熊强,张永新,刘劲松,林海龙.燃料乙醇生料发酵技术现状[J].酿酒科技,2019(10):84-90. [6]岳国君,武国庆,郝小明.我国燃料乙醇生产技术的现状与展望[J].化学进展,2007(Z2):1084-1090. [7]刘晓峰,李莉.甘蔗燃料乙醇生产技术研究进展[J].山东食品发酵,2015(04):25-27. [8]韦必钿,何惠欢.糖料作物生产乙醇及糖酒联产的进展[J].甘蔗糖业,2011(03):63-66. [9]柳树海,刘晓峰.木薯非粮燃料乙醇生产技术进展[J].酿酒,2010,37(02):9-11. [10]董平,邵伟,马同庆,齐泮仑.纤维素乙醇生产技术及产业化现状[J].石油化工,2011,40(10):1127-1132.
02 生物燃料乙醇生产流程

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生产酒精的原料
原料種類
作物
糖質原料
甘蔗，甜高梁
澱粉質原料
小麥、玉米
纖維質原料
稻稈、舊報紙
藻類
綠藻、馬尾藻
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Production capability for Ethanol is about 5.81 million ton in China. Fig: medium and large enterprise spatial distribution
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我国从2001年开始推广“车 用乙醇汽油”。
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酒精发酵罐
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1、罐型
➢ 酒精发酵罐筒体为圆柱形， 低盖和顶盖均为碟形或锥形。
➢ 在酒精发酵过程中，为了回 收二氧化碳气体及其所带出 的部分酒精，发酵罐采用密 闭式顶有人孔，视镜及二氧 化碳回收管。
➢ 进料管接种管压力表和测量 仪表接口管等。
➢ 罐底装有排料口和排污口罐 身上下装有取样口和温度计 接中口对于型发酵罐。
乙酰木聚糖酯酶 Acetylxylan esterase
阿拉伯呋喃糖苷酶 Arabinofuranosidase
H OH
OCH3
H
OCH3
OH
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纤维素
Cellulose
纤维素酶酵母
纤维素
Cellulose
CHO
H
OCH3
OH
外切葡聚糖酶 Exoglucosidase
纤维二糖水解酶 Cellobiohydrolase
内切葡聚糖酶 Endoglucsidase
纤维二糖酶 Cellobiase
CHO
H OH
OCH3
CHO
H
OCH3
OH
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（2）降低了炭烟生成的可能性。作为微粒核 心的炭烟，其生成条件是高温和缺氧，在均 匀可燃混合气中，缺氧不多则更多生成CO 很少生成炭烟，而汽油醇中含有氧，C/O比 较纯汽油小，所以生成炭烟的可能性就小。
（3）测量结果显示，烷烃和醇类生成臭氧的 活性（单位质量有机物生成臭氧的质量）较 低。
（4）由于乙醇的加入，使组分中的C/O减小， 也减少了CO排放量。
一、 乙醇汽油介绍
E90#
E93#
E95#
种类
E97#
乙醇汽油概述
一、 乙醇汽油介绍 性质： （1）增加辛烷值 （2）增加雷德蒸汽压（RVP）
乙醇汽油概述
二、燃料乙醇生产技术 合成法(即乙烯水合法) 生物法
需要增加浓缩脱水后处理工艺， 使其水的体积分数降到1%以下。 较新的脱水工艺有：渗透汽化、 吸附蒸馏、特殊蒸馏、加盐萃取 蒸馏、变压吸附和超临界萃取分
引起损害神经系 统贫血等
我国发展乙醇汽油的必要性
二、面临环境保护的巨大压力
乙醇汽油与普通汽油燃烧结果比较
汽油的辛烷值增加１～２个单位 抗爆指数增加２个单位 co排放量减少２５％～３０％ 挥发性物质排放量减少１０％ 碳氢化合物下降１０％
加入１０％的燃料乙醇
我国发展乙醇汽油的必要性
三、有利于解决当前面临的一些农业问题
我国发展乙醇汽油的必要性
一、面临巨大的能源压力 （2）能源安全之需
石油战略储备 平抑国内油价 石油安全问题
我国发展乙醇汽油的必要性
一、面临巨大的能源压力
（3）我国的能源结构不能适应我国经济高速
发 展的要求
50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00%
80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00%