球磨玉米秸秆高固体酶解工艺模拟及经济性分析

何丁平，吕 雪，郭东毅，史苏安，韩鲁佳，肖卫华

(中国农业大学 工学院，北京 100083)

能源是人类赖以生存和发展的重要基础，随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求越来越大，据世界能源理事会(World Energy Council)预测，到2030年全球能源需求将增长45%～60%，届时一次能源的消耗将增加至每天3.34亿桶石油，为2000年的2.05亿桶的1.5倍多[1]。同时，化石燃料燃烧后会放出有毒的空气污染物，如颗粒物(PM2.5)、多环芳烃(PAHs)、氮氧化物(NOx)和改变气候的气体二氧化碳(CO2)[2]，这不仅会影响全球气候，而且还会危害人类健康。充分利用林业和农业废弃物等生物资源发展生物质产品(如纤维素乙醇和乳酸)将有助于改善能源结构，缓解气候问题[3]。

我国是农业大国，农作物秸秆年产量巨大，据统计，2015年底，全国农作物秸秆总量10.4亿t，玉米秸秆可收集资源量达3.61亿t[4]。利用丰富的农作物秸秆生产生物乙醇是实现木质生物质高值化的重要方式。生物乙醇的生产过程包括原料的预处理、酶解发酵及乙醇的分离和提纯[5]。通常工业化蒸馏过程要求乙醇质量分数高于4%，即糖的质量浓度不低于80 g/L，相应的固体加载量至少达到15%[6-7]。然而随着固体加载量的增大，酶解体系的黏度增大、流动性变差、传质和传热受限，最终导致酶解效率下降[7]。球磨是一种环境友好、效果显著、高耗能的物理预处理方式，球磨工艺能够显著降低秸秆的粒径和结晶度，增加纤维素对酶的可及性，降低酶解体系中的黏度和屈服应力，从而提高糖产量[8-9]。

Aspen plus是一个基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价分析的大型化工过程模拟软件[10]。……