甜高粱固态发酵生产

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1、甜高粱固态发酵生产燃料乙醇1、甜高粱固态发酵生产燃料乙醇简介随着经济快速增长，能源需求量不断增大，我国已成为世界第二大石油进口国，石油进口依存度接近50%，发展生物能源已成为关系国家能源战略安全的大事。根据国家“可再生能源十·一五规划”，到2010年将增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万吨，鼓励以甜高粱茎杆和薯类作物等非粮生物质为原料的燃料乙醇生产。甜高粱生长迅速、糖分积累快，茎杆中的糖分经过简单发酵就生成燃料乙醇，并且甜高粱具有抗旱、耐涝、耐盐碱，对土壤肥料要求不高，可利用低质土地种植，不挤占耕地，适合我国人均耕地面积少的国情，

2、因而甜高粱乙醇被认为是在我国发展燃料乙醇的最佳选择。甜高粱乙醇存在着产率低和季节性强的问题，每生产1吨燃料乙醇需要16~18吨甜高粱茎杆，同时产生与原料相同重量的固体废渣，并且甜高粱季节性强需要在短时间内集中收获，这导致甜高粱乙醇的运输和贮存成本很高，而且甜高粱种植半径随着生产规模的扩大而增大，运输成本将成倍增长，因而甜高粱乙醇不适于工业化大规模生产。中粮和BP公司曾经联合在河南和山东等地开展甜高粱乙醇试点项目，最终就是由于甜高粱运输和贮存成本过高，不适于工业化大规模生产而放弃。化整为零分散式和土地轮作的生产方式是甜高粱乙醇运输和

3、贮存成本高的有效解决途径。万亩种植面积或村镇为单位，分散建立年产量千吨级的工厂，所产生的固体废料作为饲料就地直接销售，减少周转环节降低运输成本；增加土地轮种次数可以减少工厂与种植基地的运输距离，还可以保障工厂长时间原料供应，减少原料贮存成本。甜高粱适应性很强在南北方均可种植，但是在不同地区甜高粱可轮作的次数不同。东北地区每年可种植一季甜高粱，华北地区每年可种植一季半，南方地区每年可种植两到三季。南方地区更适于甜高粱轮作的生产方式。但是，南方甜高粱乙醇的生产模式目前未见报道，有待于开展系统性的研究。甜高粱乙醇分散式生产方式由多个千吨

4、级的工厂组成，由于每个工厂的生产规模小，这就要求设备工艺简单，易操作维护；环境污染少，无需污染物处理设备。与液态发酵相比，固态发酵具有设备工艺简单，投资成本少，易于操作维护，在小体积下有更好的经济性；基质水分含量低，发酵废渣经干燥就可做成饲料，无废水和废物排放，真正做到清洁生产。固态发酵更符合分散式生产方式的要求。固态发酵生产燃料乙醇还存在一系列问题有待解决，传统固态发酵技术为开放式体系易染杂菌，发酵条件难以精确控制，底物转化率低，产物生成速度慢，机械化和自动化程度低，主要依靠经验操作，劳动强度大。近年来，随着人们对固态发酵认识的

5、不断深入，理论体系的不断完善，开发出一系列新工艺和新型生物反应器及设备，在一定程度上克服了传统固态发酵的缺点，提高了固态发酵的生产效率。这些理论和工程技术的研究成果在甜高粱固态发酵生产燃料乙醇领域的应用，必然将加快甜高粱乙醇产业的形成和发展，促进我国能源结构的优化。2、甜高粱乙醇固态发酵工艺2-1、固态发酵概述固态发酵是指在不含或几乎不含自由水的湿的固体物料中培养微生物的过程，基质水活度低是固态发酵最显著的特点。发酵环境类似于自然环境，固态底物不仅起到一个提供碳源、氮源、水分、无机物和其它营养物的作用，也为微生物的生长提供了一个固

6、定的位置，适于真菌生长。发酵体系多为稳定的复合菌群，代谢产物途径多样，形成复杂的代谢网络，不但提高基质降解和产物生成速度，还可以产生风味物质和香气物质等特殊产物。固态发酵原料来源广泛，成本低廉，多为便宜的天然基质或工业生产的下脚料。设备投入少，易于操作和维护。节约能源，动力成本低。基质水分含量低，产物浓度高，下游加工的成本低。无废渣和废水产生，易实现清洁生产。已被广泛应用于在酿酒、食品、农业、医药和环保等行业，用于生产酶制剂、单细胞蛋白、有机酸、酒精和生物杀虫剂以及生物能的转化、固态废弃物的处理。固态发酵基质含水量低，传热传质差，

7、造成基质中热量和物质分布不均匀。通过有效的通风调节、混合和热的移除来控制温度、水活度、气体的氧浓度等操作参数，维持基质床层内部的均匀性。固态发酵培养微生物种类多样，包括真菌、酵母和细菌，各类微生物对温度、湿度、供氧、搅拌、无菌控制等条件的要求不一。为满足不同微生物生长和产物形成的要求，与液态发酵反应器相比，固态发酵反应器结构更为多样。根据基质运动状态，固态发酵反应器可以分为静态固态发酵反应器和动态固态发酵反应器。在静态固态发酵反应器中，物料在发酵过程中处于静止状态，设备具有结构简单、放大问题小、操作能耗低等优点。但是由于物料处于静

8、止状态，传热与传质即热量和氧气传递困难，导致基质内部温度、湿度不均，菌体生长状态不均匀，在发酵过程中通常需要人工间歇翻动物料。静态固态发酵反应器主要包括塔柱式、浅盘式和强制通风物料静态反应器等。在动态固态发酵反应器中，物料处于间歇或连续的运动状态，