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玉米生質酒精

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. 生質酒精是現今全世界最受矚目的再生能源之一，年產量豐沛且使用酒精替代汽油亦或添加於汽油當中，故可減少溫室氣體淨排放量。目前可用來生產酒精的生質原料相當廣泛，主要包括糖類、澱粉及木質纖維素等。基本上，以糖類或澱粉原料生產酒精的技術已趨於成熟發展，不過為了避免與人類糧食競爭，造成爭議以及糧食物價飆漲，則以木質纖維酒精為主要發展。. 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

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玉米生質酒精

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  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

  2. 前言 生質酒精是現今全世界最受矚目的再生能源之一，年產量豐沛且使用酒精替代汽油亦或添加於汽油當中，故可減少溫室氣體淨排放量。目前可用來生產酒精的生質原料相當廣泛，主要包括糖類、澱粉及木質纖維素等。基本上，以糖類或澱粉原料生產酒精的技術已趨於成熟發展，不過為了避免與人類糧食競爭，造成爭議以及糧食物價飆漲，則以木質纖維酒精為主要發展。

  3. 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

  4. 製程目標概述 • 生質酒精是現今最具潛力之替代能源，可替代汽油亦或與汽油混合使用，具有高純度、方便儲存與低危險性等優點，可減少溫室氣體淨排放量。生物質為地球上最豐富之永續資源，為避免與人類糧食競爭，則以木質纖維酒精為主要發展。

  5. 以木質纖維素作為生質酒精的優點 • 1. 原料成本低 • 2. 來源多樣化 • 3. 避免糧食發生衝突

  6. 製程之流程圖 步驟一：前處理 步驟二：纖維素與半纖維素水解醣化 步驟三：經發酵製程轉換為酒精 步驟四：酒精純化

  7. 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」係指先利用前處理後之纖維素半纖維素之固態物料分解成可溶解醣，再利用微生物將酵素水解階段所得含有可醱酵醣之水解液醱酵成乙醇等二階段程序。

  8. 1.前處理

  9. 前處理概述 • 前處理是提高木質纖維素水解效率與降低生產成本之最有效程序。主要目的是降低纖維素的聚合度、結晶度、破壞木質素、脫去木質素和增加比表面積。

  10. 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理，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，減小原料粒徑，增加原料內比表面積並破壞晶體結構，有利於提高基質的醣化。

  11. 第二步前處理：蒸氣爆裂法 • 蒸汽爆裂法是處理木質纖維素最常使用之前處理方法，具有能源與化學物需求較低等優點。一般而言，蒸汽爆裂法是將木質纖維素原料置於高溫高壓之環境中，然後迅速將壓力減小，使木質纖維素原料歷經爆炸性之減壓過程，其所需時間從數秒鐘到數分鐘不 等，其間歷經溫度從160℃到260℃、壓力從0.69Mpa 到4.83Mpa 之變化。影響蒸汽爆裂法之因素有停留時間、溫度、濕度與原料顆粒大小等。

  12. 2.稀酸水解半纖維素及纖維素

  13. 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。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。

  14. 第一階段：半纖維素水解

  15. 水解 （C5H8O4）n+nH2O n（C5H10O5） H+ 半纖維素水解 反應過程： 半纖維素(水解) 木糖(五碳醣)

  16. 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。

  17. 第一階段水解 發酵槽 五碳醣溶液 液體萃取器 水解後之含糖溶液 分離器 五碳醣溶液 粉碎器及敏化器

  18. 稀酸水解半纖維素條件 • 設備為批式反應器 • 溶液為稀硫酸(0.5~1 wt%) • 反應條件： 加熱至190度℃、時間為5~10分鐘

  19. 第二階段：纖維素水解

  20. 水解 H+ 纖維素水解 (C6H10O5)n+ nH2O N(C6H12O6) 反應過程： 纖維素(水解) 葡萄糖(六碳醣)

  21. 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、甲醇等副產品。

  22. 第二階段水解 發酵槽 六碳醣溶液 液體萃取器 水解後之含糖溶液 分離器 六碳醣溶液 殘渣處理

  23. 稀酸水解纖維素條件 • 設備為批式反應器 • 溶液為稀硫酸(0.5~1 wt%) • 反應條件： 加熱至230度℃、時間為60分鐘

  24. 4.發酵製程

  25. 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。

  26. 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30~38度之間。 • 微生物生長在PH值3.5~7.5之間。 • 微生物耐酒精濃度2~10%。

  27. 5.蒸餾

  28. 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。

  29. 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。

  30. 萃取蒸餾之夾帶劑解說

  31. 萃取蒸餾法酒精脫水流程圖 無水酒精

  32. 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.energy.gov/biomass/ dilute_acid.html. Accessed 10 April 2006.Szebgyel, Z. 2000. Ethanol from wood cellulose enzyme production., Lund University, Sweden: Lund. • http://www.taiwan921.lib.ntu.edu.tw/mypdf/be03-3-1.html • http://designer.mech.yzu.edu.tw/article/articles/technical/(2005-09-13)%20%C5%D6%BA%FB%AF%C0%C2%E0%B4%AB%A5%CD%BD%E8%B0s%BA%EB%A7%DE%B3N%B1M%A7Q%C0%CB%AF%C1%BBP%A4%C0%AAR%B3%F8%A7i.asp • http://web1.nsc.gov.tw/fp.aspx?ctNode=40&xItem=10269&mp=1 • http://www.ema.org.tw/monthlymgz/pdf/35/22-31.pdf • http://www.ncu.edu.tw/~ncu34814/cpg/albums/pinewave972/13/Course.pdf • http://ejournal.stpi.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9801/9801-03.pdf

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