木质纤维素知识

1、以木质素类物质为原料生产乙醇时，一般原料先经过物理或化学方法预处理，再经酵母发酵成燃料乙醇(见图1-2).发酵产乙醇的过程可分成四步:1.预处理纤维素和半纤维素,去除阻碍糖化和发酵的物质,使其更容易降解和发酵;2.用酸或酶水解聚合物成单糖;3.用乙醇发酵菌发酵六碳糖和五碳糖成乙醇;4.分离和浓缩发酵产物-乙醇.木质纤维素原料由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。常用的是半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，而木质素具有网状结构，作为支撑骨架包围并加固着纤维素和半纤维素。影响木质纤维素水解的主要因素有三个：原料内孔面积、纤维素结晶性、木质素和半纤维素的包覆作用。木质素的网状机构和纤维

2、素的结晶度等对纤维素的水解糖化均会产生很大的影响，纤维素的结晶性程度和其水解速率呈反比关系。在生物利用纤维素的过程中，为使微生物更易于利用纤维素，必须对基质进行预处理，以降解木质素的网状结构，增加无定形纤维素的相对结晶指数（RCI），除区半纤维素和木质素以后，纤维素中形成了更理想的反应通道，可使纤维素更好地与酶接触，酶的消化性和半纤维素的去除成正比，可提高对纤维素的利用效率。由于木质素及其衍生物对微生物具有抑制作用，降低基质中木质素的含量有利于微生物及纤维素酶对纤维素的利用，所以对于木质纤维素基质进行预处理是很有必要甚至是必需的。（1）木质纤维素预处理从原理上讲，有效的预处理可以去除木质素和半

3、纤维素，降低纤维素的结晶性，从而增大原料的可接近表面积，使得酶容易接近纤维素表面进行水解。因此预处理必须满足以下几个必要条件：1.提高酶水解的结合率；2.避免碳水化合物的降解和损失；3.避免产生对水解及发酵过程起抑制作用和副产品；4.性价比高。预处理方法分为物理法、化学法和生物法，有些方法兼有物理和化学这两种效果。分类时水和蒸汽是不作为化学品来考虑的，因此将蒸汽爆破法和液相热水法列为物理方法的范畴之内。表1-3比较了不同的预处理方法对生物水解因素的影响。蒸馏纯化 发酵结束后得到含乙醇的混合物，需要蒸馏纯化才能得到所需纯度的乙醇。例如，以玉米为原料的乙醇成熟醪是一种复杂的混合体，按目前生产水平发

4、酵成熟醪的化学组成一般为：含水约80%（质量分数），乙醇及挥发性杂质约8%12%（体积分数），干物质约为6%（质量分数）。乙醇生产过程中由于发酵醪中含有许多杂质，而且都具有不同的挥发系数，这些杂质对成品乙醇质量的影响很大。因此，要把这些发酵过程中产生的必然产物排除，其主要方法还是需要通过蒸馏过程，蒸馏过程拟排除的杂质越彻底，对乙醇蒸馏的操作要求就越高。用普通精馏只能得到乙醇和水的恒沸物（乙醇质量分数在95%），而能作燃料用的是无水乙醇。从95%乙醇生产无水乙醇的工艺很多，从节能考虑，常用分子筛吸附法脱水。1.2 乙醇的物理化学特性（1）乙醇的物化性质乙醇是一种无色透明、易挥发、易燃的液体。内燃

5、机用的石油燃料（汽油、柴油等）是烃类燃料，而醇类的是烃基和羟基组成的化合物，这就从化学性质上决定了醇类可以作为内燃机的代用燃料。从分子组成上来看，乙醇的分子式为CH3 CH2 OH，含有2个碳原子、6 个氢原子和一个氧原子；而汽油、柴油则是碳原子为512或1021的液态烃类混合物，不含氧元素。乙醇和汽油、柴油在自身的物化性质上，有相似的地方，也有不同的地方。车用乙醇汽油车用乙醇汽油是指在不含含氧化合物甲基叔丁醚（MTBE）的专用汽油组分中，按体积比添加一定量的变性燃料乙醇，经过均匀混合后的一种含有变性燃料乙醇的汽油。1993年美国加州开始实施了灵活燃油车辆计划，制定了用于轻型车的E85（85%

6、乙醇+15%汽油）和用于重型载货汽车和公共汽车的E95、E100（95%、100%乙醇）等燃料规格。在巴西，燃料乙醇主要以两种方式应用：作为汽油的辛烷值增加剂，混合比例为22%；作为纯燃料使用（含水4%）。从我国基本国情出发，考虑到现存车辆和加油装置不需任何改装，油耗动力基本不受影响，汽车尾气的污染可大幅降低，又不消耗过多的粮食，燃料乙醇的加入量，初步确定从体积分数为10%起步。在国家标准车用乙醇汽油（GB183502004）中，车用乙醇汽油的调合比例为90%调合组分油+10%变性燃料乙醇。乙醇汽油按研究法辛烷值分为90#、93#、95# 三个牌号。标示方法是在汽油标号前加注字母：“E”，作为

7、车用乙醇汽油的统一标示，三种牌号的汽油标示和含义分别“E90”乙醇汽油90#、“E93”乙醇汽油93#、“E95”乙醇汽油95#。车用乙醇汽油适用于装配点燃式发电机的各类车辆、无论是化油器或电喷供油方式的大、中、小型车辆均可使用。车用乙醇汽油的调合有多种，一般有喷溅调合、罐车调合和管道调合三种工艺。喷溅调和。它是将车用乙醇汽油组分油和变性燃料乙醇同时装入运输罐的隔离仓内，在装罐过程中完成调合。罐车调合。它是将车用乙醇汽油组分油和变形燃料乙醇分别装入汽车槽车内，在运输过程中完成调合。管道调合。它是指车用乙醇汽油组分油和变形燃料乙醇在管线中完成的调合，调合后的乙醇汽油通过鹤管直接装入汽车槽车送往各加油站。由于车用乙醇汽油具有水溶性，如装有车用乙醇汽油的容器无防水措施，48h后其含水量会增加约一倍。因此