生物技术生产大宗化学品

9生物技术生产大宗化学品一、概述生物技术：依靠生物催化剂的作用将物料进行加工生产有用物质的一门多学科综合性的科学技术。生物催化剂：具有催化作用的生物质细胞或酶的总称，具有高效性、高选择性。生物质原料生物质：由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物、海产物…生物质原料特点：生物质的使用对环境无CO2净增长；生物质可被分解成多种结构的材料；由生物质得到的原料含有一定量的氧，减少加氧过程；采用生物质作原料，减少对石油等不可再生资源的依赖；生物质的生长需大量土地与空间，有季节性。生物技术分类与应用基因工程：人工方法改组基因，培养新品种细胞工程：细胞融合及由此衍生的单克隆抗体技术酶工程：生物化学的酶学原理与化工技术相结合的技术，酶是存在于生物细胞中的特殊蛋白质。微生物发酵工程：菌种的选育、生产，代谢产物的发酵及微生物的利用生物化学工程：采用化学工程的技术和方法，设计制造生物反应器及其分离提纯设备生物技术生产化工产品的特点原料为可再生资源生产过程温和，常温常压反应专一性，选择性高设备同一性可进行高难度的化学反应三废污染少应用麸皮、玉米芯、棉籽皮、花生壳、甘蔗渣等农业副产物和农业废物中古有纤维素和半纤维素。纤维素是多缩己糖、半纤维素则由多缩己糖、多缩戊糖等组成。多缩己糖水解得己糖，经发酵可制得乙醇。多缩戊糖不能用酶发酵，但可用酸加热水解为戊糖，戊粳在酸性介质中加热易脱水而转化为糠醛。二、发酵法生产乙醇乙醇生产常用方法：乙烯水合法、发酵法乙醇发酵原料：淀粉质：甘薯、玉米糖质：废糖蜜、甜菜纤维质：森林、木材工业下脚料、其它：亚硫酸纸浆废液，野生植物、乳清等(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6

淀粉水葡萄糖酶C6H12O62CH3CH2OH+2CO2↑葡萄糖乙醇（酒精）二氧化碳酵母菌1.淀粉质原料乙醇生产工艺生产工艺流程：1、原料的预处理。2、原料的水-热处理。3、糖化过程4、乙醇的发酵2.糖质原料乙醇生产工艺3.纤维素原料生产乙醇工艺3.纤维素原料生产乙醇工艺燃料（无水）乙醇的生产与应用指加入汽油或柴油中（10~20%），并作为混合燃料使用的无水乙醇。传统发酵工艺（以谷物为原料）原料成本高，且利用率低，能耗很大，乙醇成本高。大规模用于机动车燃料需降低成本。如基因工程改性；采用更为廉价的纤维素原料。三、生物柴油的生产以植物、动物油脂等可再生生物资源生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃油。化学成分：长链脂肪酸甲酯，M≈300植物油或动物脂肪与甲醇在催化剂作用下进行酯交换反应制得生物柴油的生产方法直接混合法：柴油中掺和20%的植物油作为发动机燃料

微乳液法：将动植物油与溶剂混和制成微乳液，降低动植物油粘度

高温裂解法：在热或/和cat下植物油降解，引起化学键断裂而产生小分子的过程酯交换法：用一种醇(1～8个C)置换甘油三酯中的甘油。

酯交换法甘油三酸酯甲醇脂肪酸甲酯甘油

酯交换反应使天然油脂（甘油三酸酯）的M降至原来的1/3，粘度降低8倍，所生产的生物柴油的粘度与柴油接近。酯交换法均相催化（碱催化、酸催化）非均相催化生物催化剂超临界法碱催化碱cat：NaOH、KOH、碳酸盐和烷基氧化物(例如甲醇钠、乙醇钠、异丙醇钠等)碱催化反应条件温和，常温常压，在较短反应时间内可得到较高的转化率，但原料油游离脂肪酸和水分的含量对反应有明显影响，副产品皂化物难以分离，甘油净化工艺复杂。

酸催化酸cat:硫酸、磷酸、盐酸和有机磺酸适于游离脂肪酸和水分含量高的油脂制备生物柴油，产率高，但反应温度和压力高，甲醇用量大，反应速度慢，反应设备需要不锈钢材料。传统酸碱催化制备生物柴油的共同缺点是工艺复杂，能耗高，醇用量大，反应液色泽深、杂质多，产品难提纯，有废液排放、环境污染大。

植物油甲酯化沉降下层蒸馏甲醇甘油上层蒸馏甲醇甲酯甲醇分离催化剂甘油皂化产品废水生物柴油产品沉降下层甲醇粗甲酯NaOH/甲醇植物油甲酯化蒸馏甲醇蒸馏甲醇剩余物甲醇酸洗、水洗、沉降上层生物柴油清洁生产工艺流程图生物柴油常规生产工艺图生物催化剂三甘油酯和部分甘油酯在酶作用下首先水解，分别生成部分甘油酯和游离脂肪酸，游离脂肪酸和甲醇反应生成甲酯，这与碱催化不同。在酶催化反应过程中，植物油中含有的游离脂肪酸可全部转化成甲酯。酶较贵，如果采用固定化脂肪酶，酶可多次循环使用,则可降低成本。超临界法甲醇处于超临界状态，可在无cat条件下，短时间内获得极高转化率。通过分相可使生物柴油与甘油分开与碱催化相比，此法对原料要求低，反应时间短，工艺简单，成本有优势。生物柴油制备方法比较比较项目酯交换法超临界法（MeOH）酶催化法固体碱法反应时间0.5~8h120~240s60~72h2~5h反应条件常压、常温~65℃>8.09Mpa,>240℃常压、常温~65℃催化剂酸或碱无脂肪酶固体碱游离脂肪酸皂化产品脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯皂化产品除去物甲醇、催化剂和皂化物甲醇甲醇固体催化剂、甲醇和皂化产品纯化与精制生物柴油与甘油甘油甘油甘油过程复杂简单简单催化剂制备困难设备常规高温高压常规常规四、乳酸的生物合成与聚乳酸1.概述乳酸（α-羟基丙酸）CH3CH(OH)COOH，L-乳酸和D-乳酸，旋光性聚乳酸能生物降解，是功能纤维和热塑性材料。在生物体内先转变成生物本身存在的乳酸，在自然界和生物体中都最终转化为CO2和水。2.乳酸发酵机理菌种：细菌和根霉乳酸细菌发酵分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵乳酸细菌不能直接发酵淀粉质原料，必须经过糖化过程，转变为糖质原料才能发酵。乳酸细菌发酵同型乳酸发酵葡萄糖经EMP糖酵解途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下还原为乳酸。异型乳酸发酵

C6H12O6+ADP+Pi→CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATP

乙酰磷酸→乙醇葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸→5-磷酸木酮糖――→3-磷酸甘油醛

CO2↓