文档介绍：乙醇含量计算方法的改良
第1页，共19页，编辑于2022年，星期四
Contents
生物乙醇及其分类
纤维素乙醇的传统计算
纤维素乙醇改良算法
纤维素乙醇的前景
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乙醇含量计算方法的改良
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Contents
生物乙醇及其分类
纤维素乙醇的传统计算
纤维素乙醇改良算法
纤维素乙醇的前景
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目录
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纤维素乙醇
什么是纤维素生物质？
纤维素生物质是由纤维素（30-50%），半纤维素（20-40%），和木质素（15-30%）组成的复杂材料。纤维质生物质中的糖以纤维素和半纤维素的形式存在。纤维素中的六碳糖和和玉米淀粉中含有的葡萄糖一样，可以用传统的酵母发酵成乙醇。而半纤维素中含有的糖主要为五碳糖，传统的酵母无法经济地将其转化为乙醇每一种植物的确切成分都不尽相同。纤维素存在于几乎所有的植物生命体中，是地球上最丰富的分子。
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生物乙醇定义及其分类
生物乙醇是以生物质为原料，通过微生物发酵而生产的一种可再生能源。
生物乙醇的分类
第一代生物乙醇：利用粮食，比如，在美国是用玉米，在巴西是用甘蔗等等生产乙醇等生物能源。
第二代生物乙醇：利用非粮食生物质生产乙醇（cellulosic ethanol）。来源是秸秆、稻壳、树木枝叶、甘蔗渣等等
第三代生物乙醇：利用藻类（如海藻活淡水藻类），通过对藻类进行养殖，等长成之后进行收获晒干，然后通过酵母菌发酵生产乙醇。
第四代生物乙醇：是一个创新，它是通过对藻类进行改造而生产乙醇。例如对蓝藻进行改造，使其通过光合作用吸收二氧化碳直接生产乙醇、副产物以及氧气。
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传统纤维素乙醇算法
传统生产过程中计算乙醇含量是基于液体体积在生产前后不变的条件下，具体算法如下公式：
其中[ETOH]o和[ETOH]f 分别表示反应前后液体中乙醇浓度（g/L），。
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传统算法的局限性
然而，在密闭的同步糖化和发酵体系中，通过冷淋器的作用，大量的气态液体回流，以及随着液态乙醇的生成而增加以及纤维素原料的水解过程水的消耗而降低，这致使总的液体体积始终在改变。
实际的生产过程中由于高效价乙醇生成的质量大约是纤维素降解过程中水消耗质量的5倍，从而导致液体体积的巨大改变，传统算法使[ETOH]f比实际要小，进而算的乙醇体积比实际的含量要低的多。
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改良算法
改善方法的基本思路和出发点就是把乙醇的浓度从g/L转变成g/g，继而从乙醇和水质量的平衡来建立精确地计算方法。根据Lange的化学手册，℃条件下，基于g/L转化为基于g/g的转换公式为：
[C2]=×10-3 ×[C1]=
其中[C1]、[C2]分别表示基于体积和质量的浓度。水的消耗与乙醇的生成的质量关系如下：
(C6H10O6)n+nH2O-nC6H12O6-2nC2H5OH-2nCO2
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剩余水的质量
由公式可知n mol水生成2n mol的乙醇。现在假设有E（g）的生成，过程中加入W（g）
水，消耗W1（g）水则W1（g）=
那么过程中剩下的水质量为W- （g）
由于CO2 尾气收集发现几乎不随时间变化，故CO2的释放忽略不计。
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改良计算发放推导
[C20] =
其中[C10]（g/L）和[C20]（g/g）分别表示基于体积和质量起始乙醇的浓度。
E0表示同步糖化和发酵体系中乙醇的起始质量，则E0=[C20]×W=
最终的水和生成的乙醇质量之和为E+E0+W- （g），此时乙醇基于质量的浓
度为[C2]=
从而推导出改进的公式E=
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Practical ethanol yield（%）
进而最终Practical ethanol yield（%）=
此公式只做了一个假设：存在于发酵液中的残糖、抑制剂以及其它一些盐类对于混合后水和乙醇体积的缩减影响不大。在实际同步糖化和发酵过程中，发酵液中这些物质的浓度很低，如1L发酵液只含10g残糖、几乎没有抑制剂存在，所以这样的假设是合理的。
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