年产1万吨酒精的工厂设计 谁会写啊

20万吨燃料酒精工厂设计属于本科学士毕业设计。根据调查相关公开信息显示，目前由于美国次贷危机引起全球泛滥的金融危机正在继续蔓延，影响着全球的经济，其中能源需求影响着经济的发展，纵观整个20世纪，为了石油，石油战争70年代开始，能源危机成为了各个国家急需解决的问题。由于石油的不可再生性和一些政治因素的影响，许多国家纷纷开始研究石油替代能源，利用廉价的糖源生产燃料酒精是解决世界能源危机的最有效途径。生物物燃料乙醇作为可再生资源的重要组成部分。

玉米——粉碎——蒸煮（糊化）——糖化（加糖化酶）——发酵（加酵母菌种）——蒸馏塔（蒸馏）——精馏塔（精馏）——酒精

酵母菌将糖发酵成酒精的过程不是简单的化学反应，其机理至今仍莫衷一是。

原料:淀粉类、纤维素类 都是多糖

生产过程是糖发酵 淀粉类发酵，酿酒过程其实就是这样的。一类是以谷物发芽的方式，利用谷物发芽时产生的酶将原料本身糖化成糖份，再用酵母菌将糖份转变成酒精；另一类是用发霉的谷物，制成酒曲，用酒曲中所含的酶制剂将谷物原料糖化发酵成酒。

上面说的是淀粉发酵制得乙醇，生物乙醇要考虑效率一般采用多种酶淀粉使分解为葡萄糖然后利用酵母菌制乙醇。

实际过程就是

淀粉 在淀粉酶、糖化酶等作用下水解为葡萄糖等单糖，葡萄糖在无氧情况下经过酵母菌无氧呼吸将葡糖糖转化为乙醇，并为酵母菌自生提供能量。

酵母菌发酵过程如下图：

纤维素在纤维素酶等作用下分解为葡萄糖等单糖然后再利用酵母菌发酵产生乙醇

2种原料制生物乙醇的共同之处都要在多种酶作用下，把大分子的多糖分解为葡萄糖，再利用酵母菌发酵制乙醇完全一致。

比较两种生物乙醇来说，纤维素制乙醇更好，纤维素可以说在自然界取之不尽用之不竭，像植物秸秆等等，像以甘蔗为原料的制糖厂的废渣富含糖类和纤维素等等，较之要消耗粮食用淀粉发酵来制乙醇来说更具优势。只是现阶段有些技术问题没有很好解决

玉米湿法仅仅是利用淀粉发酵制乙醇，不就是酿酒过程么，这个老祖宗几千年前就会了

2007/7/11 9:36:00

来源：科技日报/李学华

在美国加州大学戴维斯分校周围的农田里，有一排排装满微生物的大桶，这些微生物每天要吞食掉8吨来自宾馆饭店和自助餐厅的残渣剩饭、碎草杂物等垃圾，生产出30万升—60万升生物气体。这种气体可用于燃烧发电，也可以压缩成液化燃料使用。这是由该校生物工程专家张瑞红（音译）设计的利用微生物将各种生活垃圾转化成生物气体的生物反应器。

这个生物反应器与以往要在水中进行的厌氧生物反应器不同，它可以直接对固体，如食物等生活垃圾进行转化，而且转化速度要比通常的系统快30％—50％，产生非常干净的气体（主要是甲烷和氢气），其燃烧后放出的有害物质要远少于目前使用的汽油和柴油。

目前为止，科学家对微生物如何将这些废物转化成气体的机理知之甚少。最近2年来，快速便宜的基因测序手段为微生物学家研究微生物种群提供了新的工具。通过对这些微生物基因进行测序，科学家希望进一步了解它们的作用机理，找到更有效的利用方法。科学家从生物反应器里取一小块泥巴，就可以从中分离出DNA，测出整个微生物种群的基因序列。美国能源部联合基因组研究所计划明年对张瑞红反应器中的微生物进行基因测序，这将有助于科学家了解在反应器中都有哪些微生物，哪些基因是占据主导地位的。同时，科学家还将测试在不同温度和酸碱度条件下，这些微生物种群是如何变化的。这对整个系统的转化效率有极大影响。

张瑞红认为，对这些微生物进行基因测序，将使我们更好地了解谁在唱主角，我们可以更准确地控制条件，改进设计，进一步提高将废物转化成气体的效率。她还说，当地政府和一些食品厂家对这项很有潜力的可以减少垃圾的环保技术很感兴趣，她已和当地一家生物公司合作，准备将这项技术商业化。

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毒气+水=氢气：新的微生物带来新能源？

文/王东

06年01期

论坛

编者按：最近，美国的研究人员发现一种在温泉里生存，并能吸收一氧化碳，与水化合释放出氢气的微生物。这个发现也许给人们对获得氢能源提供了一个新的思路。

取一壶滚烫的热水，除去里面的氧气，混入一些有毒的一氧化碳，最后加入少许的氢气，这听上去像女巫配制毒液的处方。可是，这是像Carboxydothermus hydrogenoformans之类的微生物首选的生存环境。

在2005年11月27日出版的《科学公共图书馆遗传学》（PLoS Genetics）杂志上发表的一篇论文里，美国基因组研究所（The Institute for Genomic Research）科学家领导下的研究小组报道了对这种有机体完整的基因组序列的判定和分析。这种从俄罗斯的火山岛国后岛（Kunashir）的温泉里分离出来的微生物的生命几乎完全依赖一氧化碳。当它正常的消耗有毒气体时，与水混合就产生了“废气”——氢气。

当世界愈加认为氢气是种潜在的生物燃料时，获取这种微生物的基因组就越显得意义非常。“C. hydrogenoformans是种能快速生长的微生物，它能把水和一氧化碳转化成氢气”TIGR 进化学生物学家、PLoS Genetics研究处高级作家乔纳森•埃尔森（Jonathan Eisen）评论说，“如果你对生产一种新的清洁燃料感兴趣，这种微生物将会给你提供一个极好的开始。”

在测定这种微生物的基因组序列中，埃尔森和他的合作者发现在一氧化碳上的C. hydrogenoformans比其它物种生长得更为迅速的原因。值得夸耀的是这种微生物有至少五种不同的蛋白质生成器，它们能把一氧化碳用作脱氢酶，这样生成器能控制有毒气体。每一种生成器看上去都允许生物体用不同的方式利用一氧化碳。依赖一氧化碳存活的其它大部分生物体只有一种这样的生成器。换句话说，如果其他的生物体有适合的混合容器来处理它们的晚餐——一氧化碳，这些物种才能成为真正的食品加工机，才使它们能够整天暴食温泉所提供的“自助餐”。

“发现表明微生物基因组序列对开发地球上广阔领域内的微生物生命的有益功能，具有延续价值。”美国能源部（DOE）科学办公室分部—生物环境研究办公室主任阿里•帕特纳斯（Ari Patrinos）说。资助这一研究的美国能源部正在寻找能生产清洁燃料的技术。

在它的基因组序列被确认之前，人类对这种能排出氢气的生物体知之甚少。利用计算机技术对其它生物体分析和对比，研究人员发现许多显著的特征。例如，基因组能够把一组完整的基因编译成能制造芽孢的密码，一种先前微生物不知名的能力。能制造芽孢的生物体最近引起了研究人员的极大兴趣，因为这一过程是在能引发炭疽热的细菌体内发现的，而炭疽之所以能够被用作生化武器，就是因为芽孢有抗热、抗辐射等特性。用这种基因组与那些制造芽孢的其他物种（包括炭疽病原体）的基因组相对比，埃尔森和他的同事确定对任何微生物形成芽孢可能所必需的最小生物化学机械。这种对吞噬有毒气体的微生物的研究或许能帮助我们更好的理解引起炭疽热的病菌生物学。

为了更好地完成这项研究工作，TIGR的科学家们以这种生物体的基因组为杠杆，对不同温泉里的微生态环境加以研究，他们想知道在不同的温泉会发现什么种类的微生物以及它们存在的原因。为了查明这些，研究人员对美国黄石国家公园、俄罗斯和广泛分布在其他场所的温泉进行研究，并分离和破译在那里发现的微生物的基因组。

“现在，甚至一些简单的问题，我们都无法回答。相似的温泉，孤立的世界能共享类似的微生物吗？微生物是怎样在温泉间游动的？我们的新工作将帮助我们发现这些真相。” 埃尔森说。

文章来源：The Institute for Genomic Research

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生物新能源跟踪

信息来源：人民日报

香港和宝国际控股有限公司采用自主拥有的生物活性引透技术，在以甜菜为原料生产生物质乙醇的研发实践中，取得了突破性成果，并经其设在宁夏银川的工厂近两年的工业化生产实践，使利用非粮食原料、低成本生产乙醇，实现“不与人争粮，不与粮争地，不与财政争钱”成为可能。

香港和宝国际2006年开始拥有自主知识产权并处于世界领先地位的生物活性引透生产非粮食类乙醇技术。该技术具有投资少、成本低、出酒率高、生产工艺兼容性强、污染程度低等一系列明显优势，已获得国内高新技术项目认定。公司2007年在宁夏银川建成年产1.5万吨96%乙醇的工业示范基地，并成功地在世界上第一次用生物活性引透技术以甜菜为原料生产出乙醇，且达到了工业化目标

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首个20万吨项目投产 我国燃料乙醇真正"非粮化"

信息来源：上海证券报

在发改委叫停玉米制乙醇项目后，非粮乙醇的产业优势日益凸显。近日，中粮集团投资的年产20万吨燃料乙醇项目正式在广西北海投产，成为我国迄今为止唯一投入生产的非粮燃料乙醇项目。专家表示，此举意味着中国燃料乙醇的发展路线将真正走向“非粮化”。

作为替代能源，以玉米为主要原料的燃料乙醇近年在国内迅猛增长，在一定程度上缓解了能源紧缺，但过度发展也带来粮食方面的隐患。数据表明，近年来中国生物燃料工业加工产能扩张过快，增长幅度超过玉米生产增长水平。2001年中国玉米工业加工转化消耗玉米仅为1250万吨，2005年增加到2300万吨以上，增长了84%；而同期玉米产量增长了21.9%，远低于工业加工产能扩张的速度。更值得警惕的是，粗放型加工已造成初级产品增多、玉米转化利用效率不高和严重的污染。

针对国内一些地方盲目发展玉米加工乙醇能力的情况，国家发改委去年底下发紧急通知，要求“立即暂停核准和备案玉米加工项目，并对在建和拟建项目进行全面清理。”前不久，原发改委副主任陈德铭明确提出，我国今后将积极发展非粮生物液体燃料，到2020年形成年替代1000万吨石油的能力。

此次投产的我国首个非粮燃料乙醇项目正是在上述背景下应运而生的。和国内其他燃料乙醇项目以玉米为原料有所不同，该项目的原料来源是木薯。广西是国内木薯主产区，北海市木薯种植面积为15万亩，年产鲜薯22.5万吨。20万吨燃料乙醇项目年需鲜木薯150万吨（折成干片为61万吨）。

据介绍，这一项目于2006年12月24日正式动工，选址北海合浦工业园区，占地550亩，总投资14.6亿元，分两期建设。其中，燃料乙醇一期项目建设投资7.6亿元，年产燃料乙醇20万吨、纤维饲料5万吨、沼气2970万立方米、二氧化碳5万吨

记者另从当地获悉，广西壮族自治区政府此前已下文通知，为推动生物质能源产业发展，从2008年2月起，当地将封闭销售车用乙醇汽油，以实现车用乙醇汽油替代其他汽油（军队特需、国家和特种储备用油除外）。

“这是中国燃料乙醇发展真正走向‘非粮化’的一个标志。”一位专家如此评价该项目投产的意义。

酒精（质量分数95%以上），醋酸钙，蒸馏水

1，在烧杯中加入20ml蒸馏水，再加入适量醋酸钙，制备醋酸钙饱和溶液

2，再大烧杯中加入80ml酒精，再慢慢加入15ml饱和醋酸钙溶液，用玻璃棒不断搅拌，烧杯中的物质在开始时出现浑浊，继而变稠并不在流动，最后成为胶冻状。

3，取出胶冻，可捏成各种形状，放在蒸发皿中点燃，胶冻立即着火，并发出蓝色火焰。

原理是：酒精与水可以任意比混溶；醋酸钙只溶于水而不溶于酒精。当饱和醋酸钙溶液注入酒精中时，饱和溶液中的水溶解于酒精中，致使醋酸钙从酒精溶液中析出，成半固态的凝胶状物质——“胶冻”，酒精填充其中。

这是实验报告，所以仪器都是实验仪器，如果生产，可以用大的装置。醋酸钙只是一个代表物，也许有更廉价的。我只知道这种方法，能力有限

资料来自高二化学课本，学生实验

能力有限，帮不上什么忙

乙醛经缩合成丁醇醛，脱水生成丁烯醛，再经加氢后得正丁醇。

微生物发酵法一般以淀粉质、木薯等淀粉质农副产品、纸浆废液、糖蜜、甘蔗、甜菜等糖质产品为原料，经过物理处理得到水解液，然后利用丙酮丁醇菌自身分泌的酶，经过复杂的生物化学变化，将发酵液生成丙酮、丁醇和乙醇等产物，经过精馏即可得到丁醇。其工艺设备与酒精生产相似，原料价廉，来源广泛，设备投资较小；(2)发酵法生产条件温和，一般常温操作，不需贵重金属催化剂等。

丁醇与乙醇相比具有以下优势：①能量含量高，与乙醇相比可多走30%的路程；②丁醇的挥发性是乙醇的1/6倍，汽油的1/13.5，与汽油混合对水的宽容度大，对潮湿和低水蒸气压力有更好的适应能力；③丁醇可在现有燃料供应和分销系统中使用，而乙醇则需要通过铁路、船舶或货车运输；④与其他生物燃料相比，腐蚀性较小，比乙醇、汽油安全；⑤与现有的生物燃料相比，生物丁醇与汽油的混合比更高，无需对车辆进行改造，而且混合燃料的经济性更高；⑥与乙醇相比，能提高车辆的燃油效率和行驶里程；⑦发酵法生产的生物燃料丁醇会减少温室气体的排放。与乙醇一样，燃烧时不产生SOx或NOx，这些对环境有利；

发展中存在的问题及应对策略

早期的丁醇发酵工业因其成本高，不敌于石油化工产品而衰落，这也是当今限制其大规模发展的瓶颈所在，据业内专家分析，如果原油价格保持在40美元/桶以上，2011年以后，生物丁醇的市场机会将会超过10亿美元。

传统丁醇发酵产业普遍存在的问题有：①丁醇产量、产率低。由于丁醇对菌体的毒害作用，丁醇的质量浓度<13 g/L，丁醇产量<4.46s/(L·h)，丁醇产率<25%(质量分数)。②溶剂终浓度低。传统的ABE发酵，总溶剂质量分数≤2%，水分质量分数可达98%以上，采用常规精馏方法加大了设备、电力和能源的消耗，这也是丁醇高成本的关键所在。③丁醇在总溶剂中的比例低，一般只占60%，其余30%为丙酮，10%为乙醇，加大了后期丁醇回收、分离的成本。④传统的丁醇发酵普遍采用玉米、糖蜜为原料生产，随着粮食价格的上涨及世界粮食资源的匮乏，丁醇的发展必将处于劣势。

针对传统丁醇发酵产业存在的问题，可从以下几方面着手，具体策略如下：

(1)改良现有菌株。利用基因工程和代谢工程技术，解除代谢过程中可能存在的产物或者中间产物的抑制，提高菌种对丁醇的耐受性，强化丁醇生产中的关键酶，切断丙酮、乙醇的生成代谢途径，提高丁醇在溶剂中的比例。

(2)研究从稀发酵料液中经济、有效回收丁醇的方法，如渗透蒸发、汽提、液-液萃取等技术。

(3)用酶学、微生物生理、发酵技术等知识优化和再商品化丁醇发酵工艺。

(4)拓展发酵原料品种，改进原料预处理方法，通过系统研究降低丁醇成本：①广泛利用价廉易得的木质纤维类原料。能够发酵产生丁醇的原料有玉米、糖蜜、乳清、葡萄糖等。近年来，一些农业废弃物，如稻草、玉米纤维、果园残次果等也已作为发酵底物使用，其中，以农林副产物、有机废弃物、秸秆等木质纤维素含量丰富的物质生产生物丁醇的成本较玉米、糖蜜等更低，规模化后其价格更接近石油工业丁醇，因此也更有商业前景。目前我国农村的秸秆量产量约6.5亿t/a，到2010年将达7.26亿t/a，而农业加工业的废弃物则高达8 200多万t。充分开发利用农作物秸秆成为农业发展的重要课题之一，既符合我国国情，也顺应国家的大政方针。②研究有效的预处理方法，增加微生物或酶水解木质纤维素的有效性。稀酸高温处理木质纤维类原料会产生糠醛等对微生物发酵有毒的物质，而开发化学和生物方法脱毒水解物，研究脱毒机理，对加快发酵效率，降低工艺成本具有重要意义。③用木质纤维素开展生物燃料的高产量发酵系统研究。采用多级连续发酵、固定化发酵、细胞循环高密度发酵等方法，通过微生物对高底物浓度、发酵抑制剂、有机酸和醇的耐受性的研究，保证微生物的活力。④为提高工艺的经济性，生物反应器中的各项步骤可耦合，通过酶/微生物糖化-发酵-下游技术同时生产生物燃料丁醇。

国内外研究进展

随着石油资源的短缺，石油价格的不断上扬，经济和社会的发展需要进行资源、能源、环境革命。在经济发展和社会发展的双重驱动下，世界许多国家开始重新关注微生物发酵法生产丁醇的研究，其中以美国取得的专利和成果最多。

美国

2006年6月，美国杜邦(Dupont)公司和英国BP公司联合宣布建立合作伙伴关系，共同开发、生产并向市场推出新一代生物燃料--生物丁醇，以满足全球日益增长的燃料需求，该生物丁醇厂将于2009年投入运营。

美国农业部农业研究所(USDA-ARS)研究项目Cost-EffectiveBioprocess Technologies for Production of Biofuels from Lignocellulosic Biomass，利用拜氏梭菌转化纤维素生物质生产生物丁醇，该项目2004年立项，预计2009年完成。

美国绿色生物有限公司(GBL)和专业级公司EKB公司合作，投资85.5万欧元创新丁醇发酵工艺技术，计划开发生产生物燃料丁醇用于交通运输，将其生产成本降低。

加利福尼亚技术研究院(Cahech)、下属公司Gevo、Khosla风险投资公司及Virgin Fuels公司目前已将研究从乙醇转向了丁醇；Gevo公司将利用甘蔗、玉米副产物和草等不同类型的生物质生产生物丁醇。

美国Ener Genetics International Inc.(EGI)用DNA遗传改良菌株，通过代谢工程调控和专利技术开发的连续固定化反应器，采用膜技术回收产物，发酵仅需6h，菌种能耐受4%-5%的丁醇，发酵液中丁醇占总溶剂的90%(传统发酵法丁醇一般占60%)，丁醇产量达4.5-5.0g/(L·h)，产率为40%-50%，比传统丁醇工艺产量提高400%-500%，生产成本不到0.264美元/L，车间成本500万-1 000万美元，而传统丙酮丁醇发酵法生产成本为2.5美元，传统发酵车间至少需要投资1亿美元。

美国ButylFuel公司采用BFL公司专利生产的BioButanolTM，1 L玉米可产丁醇0.27 L，且无乙醇或丙酮产生，而目前报道的研究中1 L玉米最多能产丁醇0.14-0.20L，且仍沿用ABE发酵过程。据初步成本估算，用石油生产丁醇的成本为1.350美元/L，而用玉米产生物丁醇的价格为0.317美元/L(不包括所产氢气)，可以和玉米产乙醇的0.338美元/L的价格相竞争。当用饲料等废弃物代替玉米时，丁醇成本可降至0.225美元/L。

英国

2006年，英国政府计划利用英格兰东部的甜菜生产生物丁醇，将其与传统汽油混合后，用作车辆驱动燃料，并计划加速丁醇和其他生物燃料的生产，使生物燃料销售份额到2010年占所有燃料的5%，到2015年占10%。目前，第一个丁醇燃料工厂正由英国联合食品有限公司(ABNA)建造，设计生产能力为7000万L/a，到2010年，丁醇燃料可在1 250个英国石油公司(British Petroleum，简称BP)、加油站销售。

2007年2月，英国Oxfordshire-basedBiotechnology公司接受英国贸易部和工业引导技术部投资25万英镑，其他股东和商业人士投资31万英镑，计划开发新一代低成本生物燃料--丁醇。

韩国

为应对高油价，韩国产业资源部2007年表示，计划大力研发生化丁醇(Bio-butanol，直接替代汽油的生物燃料)、生物合成石油等下一代新能源技术和天然气固化储存和运输技术。第一阶段从2007年至2010年3年内，计划投入200亿韩元开发上述技术，其中政府投资113亿韩元，由韩国化学研究院、CS精油、SK建设、三星综合技术院(SAlT)和汉城大学(Hansung University)等29个企业和研究机构共同参与。一阶段研发结束时，将开发出生产能力3万L/a生化丁醇、35桶生物合成柴油和20t固化天然气的成套设备。

中国

国内的科研院所以及一些发酵企业也都开始着手丁醇的研究开发，开始这方面研究的科研院所有中国科学院上海植物生理生态研究所、上海工业微生物研究所、清华大学核能与新能源技术研究院等，其中中国科学院上海植物生理生态研究所“七五”期间承担过高丁醇比丙酮丁醇菌的选育，并成功选育出了7：2：1丙酮丁醇菌种。相关的企业有河南天冠集团的子公司上海天之冠可再生能源有限公司、华北制药公司、河北冀州溶剂厂等，其中上海天之冠可再生能源有限公司和中国科学院上海植物生理生态研究所关于发酵法生产丙酮丁醇的项目已经申请了国家“973”、国家"863"计划以及中国科学院计划，项目的重点是构造高产、高底物选择性的丙酮丁醇菌种和开发新的发酵工艺，包括纤维质原料发酵生产丙酮丁醇、溶剂抽提耦联发酵技术以及研究先进的发酵过程装备等。

       更加重要的一点是，按照生命周期评估(life cycle assessment) 的观点，很多研究认为玉米乙醇并没有真正的显著减少温室气体的排放（原因在于在玉米和乙醇的生产制造过程中排放了大量温室气体）。从环境保护和减轻气候变暖的角度，也需要寻找更加高效的能源来源。以上种种，美国政府对于新能源的扶持于2011年开始转向了二代能源，取消了对于玉米乙醇的补贴。这也是造成图一所示玉米乙醇生产趋缓的主要原因。

       二代能源多以多年生草类或者秸秆等农林业副产品为原料，因此最初并不认为会造成粮食问题。另外，相比玉米和甘蔗等作物，有研究也表明switchgrass等多年生草类能够提高土壤的碳含量，起到固碳作用减轻温室气体效应。目前，其在美国受到了政府的较大扶持，美国环境保护署（EPA)要求到2036年必须生产16亿加仑的二代生物能源。如果能够进一步降低成本，我认为以上目标是能够实现的。