木質(zhì)纖維素水熱預處理及連續(xù)效膜蒸餾的過程研究.pdf

1、在木質(zhì)纖維素生化轉(zhuǎn)化為乙醇的過程中,預處理單元作為該過程的核心反應單元,對后續(xù)酶解發(fā)酵步驟的效率起著決定性作用。濃縮單元作為過程的分離單元,可用于預水解液、酶解液和過程廢水等含不揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的濃縮,其性能指標也對整個過程能量的高效利用和公用工程中純水的循環(huán)使用起到?jīng)Q定性作用。本文圍繞預處理和濃縮這兩個關(guān)鍵單元操作,旨在建立從木質(zhì)纖維素到乙醇的高效轉(zhuǎn)化路線和平臺,研究內(nèi)容主要分為兩部分:1)研究植物細胞壁化學組成和超微結(jié)構(gòu)在預處理過程

2、中的變化規(guī)律以及這些變化如何對后續(xù)生化轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生影響;2)研究相關(guān)高效濃縮過程的開發(fā)以達到整個流程較高的熱量利用率和濃縮效率。
　　水熱預處理過程作用于生物質(zhì)本身,會造成葡聚糖、木聚糖和木質(zhì)素三者之間的分離和改變。針對不對稱反應溫度曲線,建立修改過的處理強度因子,統(tǒng)一表征不同條件的反應進程。借助于物料衡算和多維表征手段,研究過程輸入?yún)?shù)包括處理強度、固液比和pH,對各組分水熱反應化學行為的關(guān)聯(lián)及其對后續(xù)酶解發(fā)酵的影響,研究結(jié)果發(fā)

3、現(xiàn)對于熱水/蒸汽處理后酶解整個糖化過程,葡萄糖和木糖得率存在權(quán)衡取舍問題,但通過引入第三個獨立參數(shù)pH,可以同時達到較高的葡萄糖(>90％)和木糖得率(>85%)。木聚糖所涉及到的水解、降解和沉積反應和木質(zhì)素的水解反應同pH密切相關(guān)。預水解液中的可溶性寡糖和某些降解產(chǎn)物會在酶解時表現(xiàn)出不同的抑制作用,而呋喃類物質(zhì)和一些芳香醛/酮/酸則被認為是釀酒酵母發(fā)酵的主要抑制劑?？刂扑疅徇^程的pH在中性范圍,其過程總體指標要優(yōu)于未控制過程。綜合定量

4、和定性實驗數(shù)據(jù),清晰且系統(tǒng)的水熱過程作用機制被呈現(xiàn)出來。
　　連續(xù)效膜蒸餾過程通過將嚴格平行的氣隙式膜蒸餾中空纖維組件同內(nèi)換熱功能耦連一起,使得過程造水比在實驗研究的范圍內(nèi)最高達到了13.8。應用面心式中心復合實驗設計方法,研究過程操作參數(shù),包括冷的進管溫度、熱的進膜溫度和流量對過程性能指標(通量、造水比和蒸發(fā)效率)的影響規(guī)律。通過借助一系列控制傳遞方程組用于解釋并預測過程性能,發(fā)現(xiàn)所建立的數(shù)學模型可以很好的描述實驗數(shù)據(jù)。因此獲得