纤维素稀酸水解制取燃料酒精的试验研究

论文题目: 纤维素稀酸水解制取燃料酒精的试验研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 工程热物理

作者: 安宏

导师: 王树荣,骆仲泱,倪明江

关键词: 纤维素转化率,酸水解,还原糖得率,发酵,间歇反应器

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 生物质能源开发利用是缓解当前能源危机与环境压力,建立可持续发展能源系统的有效措施。其中,生物质的水解技术可以将生物质能转化为还原糖,利用水解生成的糖进一步发酵可以制取燃料酒精等液体燃料或者其它高附加值的化工原料。 本文首先对生物质水解制取燃料酒精的研究背景、利用方式以及国内外生物质制取燃料酒精的研究现状和未来的发展趋势进行了归纳总结。 然后在间歇反应器上,以生物质的主要成分纤维素为原料,进行了极低浓度硫酸为催化剂的水解研究,系统研究了反应温度、时间、酸浓度以及压力等参数对水解糖产率和纤维素转化率的影响规律。得出不同酸浓度下获取还原糖的最佳停留时间。得出在0.05%硫酸作为催化剂的条件下,于215℃和40atm等优化条件下得到了46.55%的还原糖得率和55.07%的纤维素转化率。 同时针对乙酸等有机酸作为催化剂的研究发现酸种类对纤维素水解的转化率影响不大,但对糖的得率有着一定的影响,有机酸的研究为利用生物质热裂解技术等生成的有机酸作为水解催化剂提供了一定的参考,可以实现生物质的综合能源化利用。 利用发酵的经验优化条件,对还原糖液进行了发酵,即在发酵温度为28℃,发酵周期为72h,接种比例为1:10的条件下,得到了0.134g/g的酒精产率。整个试验是在无菌条件下的摇瓶中(80～100r/min)进行的,具体应用到工业上还有很长一段距离。 建立了水解动力学模型,研究了停留时间与纤维素转化率的关系。 最后考虑到生物质水解的产率提高,提出了连续床反应,并且在反应过程中不断转移得到的还原糖,来降低还原糖的降解,提高还原糖的产率。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.引言

2.生物质的定义

3.生物质能开发利用的意义

4.生物质开发利用技术及国内外利用现状

4.1 生物质的利用方式

4.2 生物质在国外的利用状况

4.3 生物质在国内的利用状况

4.4 生物质水解制取乙醇的利用展望

5.本章小结

参考文献

第二章 生物质水解制取燃料酒精概述

1.生物质水解原料及其性质

2.生物质水解制取酒精的基本步骤

3.预处理

3.1 预处理的目的

3.2 预处理常用的方法

4.水解

4.1 酸水解工艺

4.2 酶水解工艺

4.3 酸水解与酶水解的比较

5.发酵工艺

5.1 发酵机理

5.2 影响发酵的因素

6.利用状况及研究进展

7.本章小结

参考文献

第三章 纤维素低浓度酸水解的试验研究

1.概述

2.试验所用的原料

3.生物质水解实验系统及研究方法

4.水解产物成分分析方法

4.1 还原糖总含量的测定—DNS法

4.2 单糖转化的测定—HPLC

4.3 副产物的测定—GC-MS联用

5.水解残渣的分析

5.1 水解残渣的扫描电镜分析—SEM

5.2 水解残渣的热重分析—TGA

6.试验结果分析

6.1 停留时间及酸浓度对水解反应的影响研究

6.2 反应过程中PH值的变化

6.3 酸种类对水解反应的影响

6.4 温度对水解产物的影响

6.5 粒径对水解反应的影响

6.6 搅拌转速对水解反应的影响

6.7 液固比对水解反应的影响

6.8 压力对水解反应的影响

6.9 原料种类对水解反应的影响

6.10 水解液副产物的分析

7.固体残渣分析

7.1 残渣的电镜分析

7.2 残渣的热重分析

8.本章小结

参考文献

第四章 纤维素水解液的发酵

1.发酵的定义

2.水解液的发酵

2.1 可发酵性糖

2.2 水解液发酵影响因素

2.3 纤维素酸解产物的解毒

3.稀酸水解液的发酵试验研究

4.发酵所得酒精的测定及分析

5.本章小结

参考文献

第五章 纤维素水解的动力学模型

1.极低浓度酸水解的动力学模型

1.1 天然纤维素的物理结构

1.2 纤维素的超分子结构和化学结构

1.3 酸水解反应历程

1.4 纤维素的多相反应及模型

2.本章小结

参考文献

第六章 全文总结

附录

致谢

发布时间: 2005-10-08

参考文献

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