“酒精—沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)”工藝影響因子探索與工藝優(yōu)化

【摘要】：基于“發(fā)酵生態(tài)工程學(xué)”理論，本實(shí)驗(yàn)室提出了“酒精-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)”工藝，為燃料酒精行業(yè)進(jìn)一步節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)“零能耗、零污染”提供了新的思路和方法。“雙發(fā)酵耦聯(lián)”體系在燃料酒精行業(yè)率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行，不僅將為檸檬酸等液態(tài)深層發(fā)酵產(chǎn)業(yè)提供模板，還將推動(dòng)整個(gè)液態(tài)深層發(fā)酵產(chǎn)業(yè)向綠色、無廢制造方向轉(zhuǎn)型。 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模（酒精發(fā)酵體積8L）和中試規(guī)模（酒精發(fā)酵體積1m3）的實(shí)驗(yàn)表明，利用工藝中的中溫厭氧沼液直接作為配料水時(shí)，酒精產(chǎn)量比對(duì)照（自來水作為配料水）下降3.47%。前期實(shí)驗(yàn)表明，硫化物、乙酸、丙酸等物質(zhì)對(duì)酒精發(fā)酵具有潛在的抑制作用，但其在中溫厭氧沼液中的含量均低于各自的臨界抑制濃度。為了使該工藝能夠順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，本文對(duì)中溫沼液中的抑制物進(jìn)行了進(jìn)一步查找，并提出和優(yōu)化解除其抑制的方法。本文主要研究結(jié)果如下： （1）通過氣提實(shí)驗(yàn)、氨氮梯度添加實(shí)驗(yàn)，并輔以GC-MS等檢測(cè)手段，確定氨氮是中溫沼液中對(duì)酒精發(fā)酵產(chǎn)生抑制的主要物質(zhì)。在添加及不添加0.05%尿素的條件下，氨氮的臨界抑制濃度分別為300mg/L和500mg/L。氨氮造成酒精產(chǎn)量下降的原因是：①為酵母生長(zhǎng)提供無機(jī)氮源，使得副產(chǎn)物甘油增加；②液化及滅菌階段，氨氮與料液中少量還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，造成還原糖損失，進(jìn)而造成酒精產(chǎn)量下降。 （2）沼液中污泥、微生物及其它物質(zhì)會(huì)對(duì)酒精發(fā)酵產(chǎn)生影響。污泥的臨界抑制濃度為0.7g/L（干重）。實(shí)驗(yàn)還表明，中溫沼液的抑制性強(qiáng)于高溫沼液，原因除了在中溫沼液中氨氮濃度高于高溫沼液外，可能還存在其它的影響因素，具體原因需要進(jìn)一步研究。 （3）在中試規(guī)模下將氣提脫氨分為脫碳、脫氨兩個(gè)階段，對(duì)兩階段的影響因素進(jìn)行了考察。脫碳過程中料液溫度、吹脫時(shí)間與脫碳效率呈正相關(guān)，與氣液比呈負(fù)相關(guān)；而脫氨過程中料液溫度、pH與脫氨效率呈正相關(guān)，與料液在塔內(nèi)流速呈負(fù)相關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)中最終采用何種條件為最優(yōu)工藝條件進(jìn)行脫氨則需通過進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)衡算確定。 （4）在中試平臺(tái)上“酒精-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)”工藝在運(yùn)行過程中，從經(jīng)脫氨資源化后的中溫沼液回用配料的發(fā)酵結(jié)果看(共連續(xù)進(jìn)行38批次)，不管是純木薯、玉米或混合料配料，其中溫沼液回用相比自來水配料，都未發(fā)現(xiàn)有任何的明顯的抑制作用，工藝運(yùn)行是可行的。 （5）考察了利用蒸餾廢液調(diào)節(jié)中溫沼液pH的可行性。實(shí)驗(yàn)表明，蒸餾廢液的回用上限為30%。當(dāng)蒸餾廢液回用比例超過30%時(shí)，非揮發(fā)性的酵母代謝副產(chǎn)物，如甘油、乙酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸等，會(huì)出現(xiàn)明顯累積，并導(dǎo)致酒精產(chǎn)量的下降。在“酒精-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)”工藝中，利用10%蒸餾廢液調(diào)節(jié)中溫沼液pH，可降低硫酸使用量8.07%，并且不會(huì)對(duì)酒精發(fā)酵產(chǎn)生抑制。 【關(guān)鍵詞】：木薯 酒精發(fā)酵 沼氣發(fā)酵 氨氮 氣質(zhì)聯(lián)用
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ223.122
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 酒精的重要作用8
• 1.2 主要相關(guān)的背景技術(shù)研究8-10
• 1.2.1 酒精發(fā)酵技術(shù)研究8-9
• 1.2.2 酒精發(fā)酵廢液處理技術(shù)研究9-10
• 1.2.3 污水中氨氮的去除方法10
• 1.3 目前酒精發(fā)酵的主要問題及“酒精-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)”工藝的建立10-12
• 1.3.1 目前酒精生產(chǎn)存在的主要問題10-11
• 1.3.2 “酒精-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)”工藝的建立11-12
• 1.4 本論文的研究意義和內(nèi)容12-13
• 1.4.1 課題研究意義12
• 1.4.2 本文研究?jī)?nèi)容12-13
• 第二章 材料與方法13-17
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料13-14
• 2.1.1 原料和酵母13
• 2.1.2 試劑13
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)器材13
• 2.1.4 培養(yǎng)基13-14
• 2.1.5 相關(guān)溶液配制14
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法14-17
• 2.2.1 三角瓶發(fā)酵14-15
• 2.2.2 發(fā)酵罐酒精發(fā)酵實(shí)驗(yàn)15
• 2.2.3 色譜條件15-16
• 2.2.4 脫氨條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件16
• 2.2.5 發(fā)酵液各指標(biāo)測(cè)定16-17
• 第三章 結(jié)果與討論17-46
• 3.1 厭氧沼液回用對(duì)酒精發(fā)酵產(chǎn)生影響的因素考察17-23
• 3.1.1 沼液發(fā)酵性能考察17-18
• 3.1.2 污泥對(duì)酒精發(fā)酵的影響18-20
• 3.1.3 沼液中雜菌對(duì)酒精發(fā)酵的影響20-21
• 3.1.4 影響發(fā)酵的物質(zhì)的理化性質(zhì)分析21-23
• 3.1.5 小結(jié)23
• 3.2 氨氮的影響分析23-33
• 3.2.1 氨氮對(duì)酒精發(fā)酵的影響23-26
• 3.2.2 美拉德反應(yīng)的考察26-28
• 3.2.3 質(zhì)譜檢測(cè)沼液中的物質(zhì)成分28-32
• 3.2.4 小結(jié)32-33
• 3.3 脫氨塔脫氨條件優(yōu)化33-37
• 3.3.1 脫碳條件優(yōu)化33-34
• 3.3.2 脫氨條件優(yōu)化34-35
• 3.3.3 中試生產(chǎn)驗(yàn)證35-37
• 3.3.4 小結(jié)37
• 3.4 酒精蒸餾廢液回用分析37-46
• 3.4.1 梯度回用分析38-42
• 3.4.2 部分酒精蒸餾廢液與中溫沼液混合回用分析42-45
• 3.4.3 小結(jié)45-46
• 主要結(jié)論與展望46-48
• 主要結(jié)論46
• 展望46-48
• 致謝48-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文52

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