超声强化乙醇发酵与纤维素乙醇3E评价分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 孔德柱 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2011-06-03 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 赵兵 ; 袁晓凡 |
| 关键词 | 燃料乙醇 超声 固定化 纤维素 生命周期 |
| 其他题名 | Ultrasound enhancing fuel ethanol fermentation and 3E assessment of no-food fuel ethanol |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 用超声清洗器对锥形瓶中接种后的菌体进行超声处理，得到在56 W/in.2、30 min/2h的条件下处理三次，菌体生长和乙醇合成速率最快。培养18 h时，与对照相比，菌体数量提高了17.6%，但超声不能改变菌体的最终数目；发酵24 h时，发酵液中乙醇含量比对照提高了13.0%，发酵时间可以提前约1 h。通过对菌体表面的电镜观察实验、冷藏菌体发酵实验和溶氧实验，证明了超声对菌体的刺激作用是由于提高了溶液传质、细胞膜的通透性和溶液中氧含量的原因。 进行了超声强化固定化酵母燃料乙醇发酵及作用机理的研究。实验优选了56 W/in.2、处理30 min/2h，前期处理4次的超声处理条件，发现能很好地强化固定化酵母发酵，相比于未超声处理的对照组，超声可以使发酵提前4 h结束。超声强化固定化酵母发酵在于使载体表面留下孔洞，增加传质，从而提高乙醇合成速度。 设计了贴壁式超声强化反应器，研究了其中的超声场分布与衰减规律。超声反应器中的超声场强衰减符合函数衰减规律；在超声反应器底面中心处，在距离超声振子0-3 cm处超声叠加随距离的增大迅速增加，5 cm处达到最大，达65 W/in.2，之后开始降低。 进行了10 L超声强化反应器中超声强化燃料乙醇发酵实验。厌氧发酵条件为：接种6%、种子液OD = 2.1-2.5、装液7 L、加消泡剂1 mL、温度30 ℃、搅拌转速300 r/min、通气0.2 Nm3/h、罐压0.04 MPa、12 h停止通气。在接种后立即进行超声处理，超声电功率700 W，超声时间10 min/2h，超声三次，发现可以促进酵母乙醇的合成，使发酵时间缩短2 h。 在引入生物质分配比率基础上，从土地使用率、能耗、环境和耗水量四个方面分析评价了玉米秸秆、木薯和甜高粱三种生物质原料的生产过程和收集过程。玉米秸秆作为燃料乙醇原料，土地使用率最高，投入能量最低，环境影响最小，耗水量最少，是最有开发前景的原料。甜高粱总体上优于木薯，但耗水量太大，不利于长远发展。 建立了燃料乙醇全生命周期经济、能耗和环境评价模型，通过对玉米秸秆燃料乙醇的初步3E评价分析，发现玉米秸秆纤维素质燃料乙醇生产过程能耗较大，全生命周期的能投比为0.76；秸秆乙醇转化率和发酵终乙醇浓度对评价结果敏感性较大。针对非粮生物质生产乙醇，对玉米秸秆纤维素质燃料乙醇，木薯淀粉质燃料乙醇和甜高粱糖质燃料乙醇建立决策模型进行了初步分析，从总体效用值平面颜色的分布来看，木薯燃料乙醇最优，玉米秸秆次之，甜高粱最差。 |
| 英文摘要 | The ultrasonic assisted fermentation of fuel ethanol and the mechanism of enhancing ethanol fermentation by ultrasound were investigated in this study. The result showed that the growth of yeast was inhibited by a certain concentration of ethanol after the ultrasonic treatment. The ultrasonic stimulation to yeast should be applied in the stagnant phase and the early period of log phase. The yeast cells were treated by ultrasound in an ultrasonic cleaner, then fermented under following conditions: the intensity of ultrasound was 56 W/in.2, the ultrasonic treatment was 30 min every 1.5 h and repeated three times, the fastest growth rate of the cells increased by 17.6%, and the ethanol concentration increased by 13.0%. The fermentation time also reduced 1 h. The SEM of the cell surface, fermentation of the frozen yeast and dissolved oxygen experiments showed that the ultrasound stimulation function to the cells was due to its improving the mass transfer, membrane permeability and dissolved oxygen content in the broth. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-23 |
| 页码 | 119 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1675]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孔德柱. 超声强化乙醇发酵与纤维素乙醇3E评价分析[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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