“酒精—沼气双发酵耦联”工艺影响因子探索与工艺优化

【摘要】：基于“发酵生态工程学”理论，本实验室提出了“酒精-沼气双发酵耦联”工艺，为燃料酒精行业进一步节能减排，实现“零能耗、零污染”提供了新的思路和方法。“双发酵耦联”体系在燃料酒精行业率先实现工业化运行，不仅将为柠檬酸等液态深层发酵产业提供模板，还将推动整个液态深层发酵产业向绿色、无废制造方向转型。 实验室规模（酒精发酵体积8L）和中试规模（酒精发酵体积1m3）的实验表明，利用工艺中的中温厌氧沼液直接作为配料水时，酒精产量比对照（自来水作为配料水）下降3.47%。前期实验表明，硫化物、乙酸、丙酸等物质对酒精发酵具有潜在的抑制作用，但其在中温厌氧沼液中的含量均低于各自的临界抑制浓度。为了使该工艺能够顺利实现产业化，本文对中温沼液中的抑制物进行了进一步查找，并提出和优化解除其抑制的方法。本文主要研究结果如下： （1）通过气提实验、氨氮梯度添加实验，并辅以GC-MS等检测手段，确定氨氮是中温沼液中对酒精发酵产生抑制的主要物质。在添加及不添加0.05%尿素的条件下，氨氮的临界抑制浓度分别为300mg/L和500mg/L。氨氮造成酒精产量下降的原因是：①为酵母生长提供无机氮源，使得副产物甘油增加；②液化及灭菌阶段，氨氮与料液中少量还原糖发生美拉德反应，造成还原糖损失，进而造成酒精产量下降。 （2）沼液中污泥、微生物及其它物质会对酒精发酵产生影响。污泥的临界抑制浓度为0.7g/L（干重）。实验还表明，中温沼液的抑制性强于高温沼液，原因除了在中温沼液中氨氮浓度高于高温沼液外，可能还存在其它的影响因素，具体原因需要进一步研究。 （3）在中试规模下将气提脱氨分为脱碳、脱氨两个阶段，对两阶段的影响因素进行了考察。脱碳过程中料液温度、吹脱时间与脱碳效率呈正相关，与气液比呈负相关；而脱氨过程中料液温度、pH与脱氨效率呈正相关，与料液在塔内流速呈负相关。实际生产中最终采用何种条件为最优工艺条件进行脱氨则需通过进一步的经济衡算确定。 （4）在中试平台上“酒精-沼气双发酵耦联”工艺在运行过程中，从经脱氨资源化后的中温沼液回用配料的发酵结果看(共连续进行38批次)，不管是纯木薯、玉米或混合料配料，其中温沼液回用相比自来水配料，都未发现有任何的明显的抑制作用，工艺运行是可行的。 （5）考察了利用蒸馏废液调节中温沼液pH的可行性。实验表明，蒸馏废液的回用上限为30%。当蒸馏废液回用比例超过30%时，非挥发性的酵母代谢副产物，如甘油、乙酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸等，会出现明显累积，并导致酒精产量的下降。在“酒精-沼气双发酵耦联”工艺中，利用10%蒸馏废液调节中温沼液pH，可降低硫酸使用量8.07%，并且不会对酒精发酵产生抑制。 【关键词】：木薯 酒精发酵 沼气发酵 氨氮 气质联用
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 酒精的重要作用8
• 1.2 主要相关的背景技术研究8-10
• 1.2.1 酒精发酵技术研究8-9
• 1.2.2 酒精发酵废液处理技术研究9-10
• 1.2.3 污水中氨氮的去除方法10
• 1.3 目前酒精发酵的主要问题及“酒精-沼气双发酵耦联”工艺的建立10-12
• 1.3.1 目前酒精生产存在的主要问题10-11
• 1.3.2 “酒精-沼气双发酵耦联”工艺的建立11-12
• 1.4 本论文的研究意义和内容12-13
• 1.4.1 课题研究意义12
• 1.4.2 本文研究内容12-13
• 第二章 材料与方法13-17
• 2.1 实验材料13-14
• 2.1.1 原料和酵母13
• 2.1.2 试剂13
• 2.1.3 实验器材13
• 2.1.4 培养基13-14
• 2.1.5 相关溶液配制14
• 2.2 实验方法14-17
• 2.2.1 三角瓶发酵14-15
• 2.2.2 发酵罐酒精发酵实验15
• 2.2.3 色谱条件15-16
• 2.2.4 脱氨条件优化实验条件16
• 2.2.5 发酵液各指标测定16-17
• 第三章 结果与讨论17-46
• 3.1 厌氧沼液回用对酒精发酵产生影响的因素考察17-23
• 3.1.1 沼液发酵性能考察17-18
• 3.1.2 污泥对酒精发酵的影响18-20
• 3.1.3 沼液中杂菌对酒精发酵的影响20-21
• 3.1.4 影响发酵的物质的理化性质分析21-23
• 3.1.5 小结23
• 3.2 氨氮的影响分析23-33
• 3.2.1 氨氮对酒精发酵的影响23-26
• 3.2.2 美拉德反应的考察26-28
• 3.2.3 质谱检测沼液中的物质成分28-32
• 3.2.4 小结32-33
• 3.3 脱氨塔脱氨条件优化33-37
• 3.3.1 脱碳条件优化33-34
• 3.3.2 脱氨条件优化34-35
• 3.3.3 中试生产验证35-37
• 3.3.4 小结37
• 3.4 酒精蒸馏废液回用分析37-46
• 3.4.1 梯度回用分析38-42
• 3.4.2 部分酒精蒸馏废液与中温沼液混合回用分析42-45
• 3.4.3 小结45-46
• 主要结论与展望46-48
• 主要结论46
• 展望46-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-52
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文52

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