纤维素乙醇工程概论

第1章 绪论1

1.1引言2

1.1.1丰富的生物质资源2

1.1.2发展燃料乙醇的推动力2

1.1.3原料趋势4

1.1.4我国的燃料乙醇产业5

1.2纤维素乙醇工程概述7

1.2.1开发进程7

1.2.2纤维素乙醇工程评价8

1.2.3遇到的主要问题9

1.3纤维素乙醇关键过程10

1.3.1预处理10

1.3.2酶解11

1.3.3发酵12

1.3.4产品精制13

1.3.5污水处理13

1.4前景展望14

1.4.1面临巨大需求14

1.4.2基础研究在突破15

1.4.3诞生了新的学科分支15

1.4.4进入工程化阶段17

1.5结语 17参考文献18

第2章 预处理工程21

2.1引言22

2.2木质纤维素酶解的限制因素22

2.3木质纤维素的结构组成24

2.3.1木质纤维素的组成25

2.3.2秸秆类原料细胞壁的微观结构及组成分布30

2.3.3木质纤维素生物质结构的复杂性及其抗降解屏障33

2.4木质纤维素分析方法34

2.4.1化学组成分析34

2.4.2物理特性分析37

2.5木质纤维素预处理技术38

2.5.1概述38

2.5.2中性预处理技术41

2.5.3酸性预处理48

2.5.4碱性预处理57

2.5.5生物预处理62

2.5.6预处理方法对比与评价64

2.6影响木质纤维素降解的因素及评价方法67

2.6.1预处理强度的评价67

2.6.2预处理对木质纤维素结构及组成的影响68

2.6.3预处理木质纤维素的酶解评价方法70

2.6.4预处理木质纤维素中的酶解和发酵抑制物71

2.7预处理关键设备74

2.7.1概述74

2.7.2干法备料设备75

2.7.3预处理设备80

2.7.4预处理设备工程化中遇到的主要问题89

2.8展望90

参考文献91

第3章 酶解工程106

3.1引言107

3.1.1纤维素酶的分子结构的研究107

3.1.2纤维素酶解机理108

3.1.3纤维素酶解过程及动力学的研究108

3.2纤维素水解方法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木质纤维素降解酶系118

3.3.1纤维素酶的组成和分类119

3.3.2纤维素酶的结构与功能123

3.3.3纤维小体126

3.3.4半纤维素酶130

3.3.5嗜热纤维素酶131

3.3.6纤维素酶作用机理132

3.3.7纤维素酶活力测定139

3.4纤维素酶制备技术144

3.4.1产纤维素酶的微生物类群144

3.4.2高活力纤维素酶菌株的选育146

3.4.3纤维素酶的生产153

3.4.4纤维素酶的提纯161

3.4.5纤维素酶的商业化生产163

3.5酶解工艺与设备165

3.5.1纤维素底物特性165

3.5.2影响纤维素酶解的因素166

3.5.3各种酶解工艺评述170

3.5.4酶解反应器175

3.5.5提高酶解效率180

3.6研究方向及进展187

3.6.1存在的主要问题187

3.6.2酶解工程的研发方向187

3.6.3我国酶解工程研究进展189

3.7展望191

3.7.1高效产酶菌株191

3.7.2改进酶制备工艺192

3.7.3酶解新工艺192

3.7.4应用基础研究更加活跃192

参考文献193

第4章 发酵工程212

4.1发酵物料213

4.1.1不同原料酶解液物料组成213

4.1.2抑制物214

4.2纤维素乙醇发酵途径215

4.2.1己糖代谢途径215

4.2.2戊糖代谢途径218

4.2.3新的代谢途径设计221

4.3纤维素乙醇发酵菌株221

4.3.1自然发酵菌株221

4.3.2遗传改造的细菌223

4.3.3遗传改造的酵母菌226

4.3.4嗜热菌227

4.3.5菌株改造230

4.3.6示范装置应用的菌株243

4.4发酵工艺244

4.4.1乙醇发酵动力学245

4.4.2发酵过程流体力学247

4.4.3纤维素乙醇发酵方法249

4.4.4纤维素乙醇发酵工艺类型251

4.4.5影响发酵的工艺参数及控制253

4.4.6工艺改进与优化262

4.5纤维素乙醇发酵反应器267

4.5.1发酵物料特性267

4.5.2不同工艺的发酵反应器268

4.5.3反应器放大271

4.5.4反应器流场模拟272

4.6展望273

参考文献274

第5章 纤维素乙醇精制288

5.1纤维素发酵醪液特点289

5.1.1纤维素发酵醪液289

5.1.2对精馏系统的要求292

5.2纤维素乙醇精馏工艺与设备292

5.2.1乙醇蒸馏基本原理292

5.2.2乙醇精馏工艺流程297

5.2.3纤维素乙醇精馏工艺流程299

5.2.4万吨级纤维素乙醇精馏系统节能分析303

5.2.5纤维素乙醇精馏关键设备315

5.3脱水精制322

5.3.1特殊精馏脱水322

5.3.2吸附脱水324

5.3.3膜分离脱水328

5.3.4超临界流体萃取脱水330

5.3.5无水乙醇生产技术的比较332

5.4技术展望334

参考文献334

第6章 “三废”处理338

6.1引言339

6.2 纤维素乙醇“三废”主要来源与特性340

6.2.1“三废”主要来源340

6.2.2废水理化指标与特性340

6.2.3处理纤维素乙醇废水的难点344

6.3废水处理基本原理345

6.3.1厌氧生物处理345

6.3.2好氧生物处理347

6.3.3生物脱氮处理348

6.3.4生物脱磷处理349

6.4 纤维素乙醇废液处理技术应用349

6.4.1常用废水处理工艺349

6.4.2废水处理方法概述362

6.4.3废水处理技术应用365

6.5典型装置的污水处理工程实例370

6.5.1按预处理工艺分类的工程化方法370

6.5.2按废水处理工艺分类的工程化方法373

6.5.3国外纤维素乙醇污水处理案例377

6.6纤维素乙醇生产中废气和废渣处理方法379

6.6.1废气处理379

6.6.2废渣处理382

参考文献389

第7章 产品和技术经济评价392

7.1纤维素能源产品393

7.1.1纤维素乙醇产品394

7.1.2其他纤维素能源产品398

7.1.3产品方案400

7.2纤维素乙醇技术经济评价基础403

7.2.1纤维素乙醇工程现状403

7.2.2纤维素乙醇工艺分析405

7.2.3纤维素乙醇产业化环境409

7.3国外纤维素乙醇技术经济评价415

7.3.1概述415

7.3.2知名评价报告416

7.4国内技术经济评价案例428

7.4.1技术经济评价基础条件428

7.4.2技术经济评价方法及工艺描述430

7.5纤维素乙醇技术经济分析432

7.5.1总成本及投资估算432

7.5.2经济性分析434

7.5.3工程化风险分析438

7.6展望444

7.6.1纤维素乙醇已具备产业化环境445

7.6.2工程化装置可望实现商业运行445

7.6.3产品方案还可进一步优化446

7.6.4纤维素乙醇工程将日臻完善446

7.6.5纤维素乙醇工程将进一步发展446

参考文献447

《纤维素乙醇工程概论》介绍了以农林废弃物为代表的木质纤维素作为原料，结合生物工程和现代化学工程技术，在工业规模通过一系列加工工艺生产燃料乙醇，提高净能量的全过程。内容包括纤维素燃料乙醇的原料工程、预处理工程、酶解工程、发酵工程、精制工程、环保工程，以及纤维素燃料乙醇的产品和技术经济评价。
　　本书涵盖了全流程各主要工序先进的科技成果，体现国内外纤维素乙醇工程领域最新技术进展，可供燃料乙醇及相关领域从事科研、设计、生产、教学的中、高级技术人员及管理人员参考。