1、玉米生質酒精,組長 - 林亞叡組員 - 紀凱鈞 李哲維 王昱翔 徐宏徳 蔡以利 李浩瑜 王冠堯,前言,生質酒是現今全世界最受矚目的再生能源之一，產豐沛且使用酒替代汽油亦或添加於汽油當中，故可減少溫室氣體淨排放。目前可用生產酒的生質原相當廣泛，主要包括、澱粉及木質纖維素等。基本上，以或澱粉原生產酒的技術已趨於成熟發展，過為避免與人食競爭，造成爭議以及食物價飆漲，則以木質纖維酒為主要發展。,生質酒精來源,第一類:醣質原料富含簡單的醣類 EX-甘蔗，甜高梁等第二類:澱粉質原料EX-小麥、玉米、木薯、甘藷等第三類:纖維質原料 農業廢棄物 EX-玉米桿、稻桿等,製程目標概述,生質酒是現今最具潛之替代能源
2、，可替代汽油亦或與汽油混合使用，具有高純、方儲存與低危險性等優點，可減少溫室氣體淨排放。生物質為地球上最豐富之永續資源，為避免與人食競爭，則以木質纖維酒為主要發展。,以木質纖維素作為生質酒精的優點,1. 原成本低2. 源多樣化 3. 避免食發生衝突,步驟一：前處理,步驟二：纖維素與半纖維素水解醣化,步驟四：酒精純化,製程之流程圖,步驟三：經發酵製程轉換為酒精,採用之製程方式,採用分開酵素水解與醱酵製（Separate Hydrolysis and Fermentation， SHF ） 所謂分開酵素水解與醱酵製程係指先用前處理後之纖維素半纖維素之固態物分解成可溶解醣，再用微生物將酵素水解階段所
3、得含有可醱酵醣之水解液醱酵成乙醇等二階段程序。,1.前處理,前處理概述,前處是提高木質纖維素水解效與低生產成本之最有效程序。主要目的是低纖維素的聚合、結晶、破壞木質素、脫去木質素和增加比表面積。,採用的前處理方式 ：第一步前處理,機械粉碎前處理玉米桿以機械粉碎處，以球磨、研磨或壓縮將纖維質粉碎。經粉碎的纖維素粉末沒有膨潤性，減小原徑，增加原內比表面積並破壞晶體結構，有於提高基質的醣化。,第二步前處理：蒸氣爆裂法,蒸汽爆法是處木質纖維素最常使用之前處方法，具有能源與化學物需求較低等優點。一般而言，蒸汽爆法是將木質纖維素原置於高溫高壓之環境中，然後迅速將壓減小，使木質纖維素原經爆炸性之減壓過程，其
4、所需時間從秒鐘到分鐘 等，其間經溫從160到260、壓從0.69Mpa 到4.83Mpa 之變化。影響蒸汽爆法之因素有停時間、溫、濕與原顆大小等。,2.稀酸水解半纖維素及纖維素,為了因應纖維素與半纖維素差異，稀酸水解製程分成兩個階段：第一階段係於較溫和之條件下，將半纖維素水解成單醣。第二階段則以最佳化之條件，將纖維素水解成葡萄糖。,第一階段：半纖維素水解,半纖維素水解,反應過程： 半纖維素(水解) 木糖(五碳醣),第一階段：半纖維素水解,第一階段水解後之含醣溶液被導入液體萃取器，而呈現泥漿狀之流出物則導入分離器進行固液分離，分離後之液體導入液體萃取器，固體則導入粉碎機增加細度與接觸面積，而後再
5、導入敏化器，透過敏化作用提高纖維素之水解速率，然後將敏化後之固體與液體一起進行第二階段水解。,第一階段水解,液體萃取器,分離器,五碳醣溶液,發酵槽,五碳醣溶液,粉碎器及敏化器,水解後之含糖溶液,稀酸水解半纖維素條件,設備為批式反應器溶液為稀硫酸(0.51 wt%) 反應條件：加熱至190度、時間為510分鐘,第二階段：纖維素水解,纖維素水解,反應過程： 纖維素(水解) 葡萄糖(六碳醣),N(C6H12O6),(C6H10O5)n+ nH2O,第二階段：纖維素水解,第二階段水解後之泥漿狀產物，則導入分離器進行固液分離，分離後之液體則導回第一階段，固體則進行後續之殘渣處理，產製CO2、甲烷、甲酸、
6、甲醇等副產品。,第二階段水解,液體萃取器,分離器,六碳醣溶液,發酵槽,六碳醣溶液,殘渣處理,水解後之含糖溶液,稀酸水解纖維素條件,設備為批式反應器溶液為稀硫酸(0.51 wt%) 反應條件：加熱至230度、時間為60分鐘,4.發酵製程,發酵條件,碳源必須為木糖(半纖維)或葡萄糖(纖維素) 。特定的酵母菌珠：五碳糖(木糖) 主要酵母菌Pichia stipitis。特定的酵母菌珠：六碳糖(葡萄糖)則使用Zymomonas mobilis。,發酵環境,五碳醣必須在微氧的環境下，最適合發酵溫度為30。 六碳醣酵母菌發酵通常在3038度之間。微生物生長在PH值3.57.5之間。微生物耐酒精濃度210%
7、。,5.蒸餾,採用之蒸餾方法,萃取蒸餾法利用蒸餾法使酒精脫水必須先破除酒精-水共沸組成的限制，用夾帶劑改變原有酒精-水之相對揮發度若是夾帶劑具高沸點與水由蒸餾塔底分離出，塔頂得到無水酒精，稱為萃取蒸餾。 由於水的沸點為100，而酒精為78 兩者之間沸點相近，所以需用夾帶劑來提高兩者之間的沸點差，以利於分離純化。,萃取蒸餾脫水,萃取蒸餾的夾帶劑，為沸點較高之溶劑，常用之萃取劑為乙二醇、甘油。 本製成採用之萃取劑：乙二醇、甘油等萃取劑在萃取蒸餾脫水塔內夾帶水至塔底，塔底之萃取劑及水再送入回收塔回收萃取劑再利用。酒精濃度大於99.5wt%之無水酒精由萃取蒸餾脫水塔塔頂產出。,萃取蒸餾之夾帶劑解說,萃
8、取蒸餾法酒精脫水流程圖,無水酒精,參考文獻,http:/agbio.coa.gov.tw/image_doc/09%C5%D6%BA%FB%B0s%BA%EB%A7%DE%B3N%A4%A7%B5o%AEi%281%29.pdf Brink, D. L. 1993. Method of treating biomass material. U.S. Patent No. 5,221,357. DOE. 2006a. U.S. Department of Energy: Energy Efficiency and Renewable Energy. Available at: www.eere.
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