玉米秸秆固液并行发酵制取燃料乙醇发酵设备与控制技术的研究

摘要

环境污染的程度日趋严重，再加上能源危机的忧虑越来越沉重，利用丰富的可再生资源秸秆纤维素生产生物乙醇越来越得到了各国的重视，以秸秆为代表的纤维素生产燃料乙醇具有广阔的发展前景，但因其生产成本较高、效率低，相关的生产技术还不很成熟，相关的生产设备不完善等，所以研究秸秆纤维素发酵燃料乙醇相关技术和装备很有必要。
　　在对秸秆纤维素发酵工艺进行分析的基础上，本文以玉米秸秆为研究对象，确定了采用蒸汽爆破法的预处理之后，采用纤维素酶水解、同步糖化发酵、蒸馏和提纯的工艺制取燃料乙醇。针对该工艺，设计一种集灭菌、混合、接种、控制和发酵箱等组成的移动床式固态发酵设备，可以承担酶解和发酵过程，确保发酵过程中物料翻滚的均匀性，使得物料能够充分发酵。
　　针对同步酶解发酵工艺中pH值太高或太低都会影响乙醇制取的问题，应用常规PID控制效果不够理想，对对象参数变化敏感，控制参数整定困难的特点，本文提出模糊自整定PID控制算法对pH值进行控制，仿真实验表明:模糊自整定PID控制器的性能好，能够满足对发酵pH值的控制要求;最后设计了基于台达PLC的下位机系统和组态王的上位机控制系统。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外发展现状与趋势

1．3 本论文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 秸秆固液并行发酵制取燃料乙醇的工艺分析

2．1 发酵工艺分析

2．2 非粮生物质秸秆的预处理方法

2．2．1 酸处理法

2．2．2 碱处理法

2．2．3 蒸汽爆破法

2．3 同步糖化发酵法

2．4 乙醇的蒸馏

2．5 SCP饲料

2．6 本章小结

第三章 秸秆发酵制取燃料乙醇的发酵设备设计

3．1 秸秆预处理设备

3．2 固态发酵设备的设计

3．2．1 物料混合灭菌系统

3．2．2 多层移动床式固态发酵箱

3．3 液态发酵设备的设计

3．3．1 液态发酵罐

3．3．2 管路系统的设计

3．3．3 补料系统的设计

3．4 蒸馏设备

3．5 本章小结

第四章 秸秆制取燃料乙醇pH控制研究

4．1 pH建模分析

4．2 控制基础

4．2．1 PID控制原理

4．2．2 模糊控制原理

4．2．3 模糊自整定PID控制器的原理

4．3 发酵系统的pH模糊自整定PID控制器设计

4．3．1 模糊控制器的设计

4．3．2 模糊化

4．3．3 模糊规则及查询表的建立

4．3．4 参数自校正

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

第五章 秸秆发酵制取燃料乙醇的控制系统设计

5．1 控制系统下位机部分的硬件设计

5．1．1 PLC的选型及工作原理

5．1．2 输入／输出端口的功能分配

5．1．3 传感器的选型

5．2 上位机的监控控制系统设计

5．2．1 组态软件的选型

5．2．2 组态王6．52的主要功能

5．2．3 组态王的组态步骤

5．3 秸秆制取乙醇的监控界面和功能

5．3．1 用户登录界面的设计

5．3．2 主界面的监控设计

5．3．3 发酵系统报表和警报设计

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

读研期间发表的论文