纤维素类底物固态发酵反应模式及动力学模型的建立

【摘要】： 纤维素类物质的固态发酵生产乙醇的研究意义重大,既可以实现变废为宝,把我国每年产生的大量的往往被焚烧掉的农作物秸秆变为可以利用的清洁能源,避免环境污染,又能够在一定程度上缓解能源问题带来的危机。 本课题以玉米秸秆为原料,对纤维素类物质固态发酵的预处理及各个过程控制参数进行了研究,研究了不同发酵模式对于纤维素类物质固态发酵的影响。 选取酸、碱和机械粉碎预处理方法进行研究,综合考虑预处理后的纤维素含量和酶解后的糖转化率,确定了预处理方法采用酸水解法,酸水解采用1%质量分数H2SO4。在单因素实验基础上设计正交实验,考察各个参数对发酵的影响,确定了固态发酵的过程控制参数,温度为34℃,相对湿度为85%,搅拌时间间隔为13h,底物初始pH值为5.0,底物初始含水量为200%,颗粒度为0.16mm,接种量为2.0%。确定了固态发酵底物的灭菌方式为臭氧灭菌,确定了反应釜的外观形状为圆柱形,圆柱底面直径为10cm,圆柱高为20cm。通气孔直径为0.8cm,通气方式为压力脉动通气,压力脉动参数为脉动压力0.4Mpa,脉动间隔时间10min,脉动出气口直径2cm,并确立了纤维素类物质固态发酵的最佳反应模式。通过对固态发酵各个环节的比较和优化,依据不同反应时间底物的反应物浓度,以米氏方程为基础,建立了该反应模式下的纤维素和半纤维素降解动力学模型。并与常见的浅盘模式固态发酵反应动力学模型加以比较,得出结论,该固态发酵反应模式优于浅盘固态发酵模式。