日科學(xué)實踐生物燃料乙醇進展研究宋雪燕(獻縣環(huán)摘要:人類對化石能源的過度依賴造成能源供需矛盾加劇、全球持續(xù)變梁等。農(nóng)產(chǎn)品及野生植物中的淀粉是現(xiàn)形發(fā)酵法乙醇生產(chǎn)的主要原暖、能源開支負(fù)擔(dān)加重等一系列問題破解能源供應(yīng)瓶頸、降低溫蜜氣體排放料,不同國家、不同地區(qū)依據(jù)資源條件,在具體的原料品種選擇上有量是實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求隨著化石能源尤其是石油資源所側(cè)重。我國薯類資源量大,產(chǎn)量相對集中,一直作為糧食作物而大的日益枯竭,人類不得不努力尋找和開發(fā)化石能源的替代品,生物燃料乙醇面積種植,是發(fā)酵酒精的主體原料。近20年來由于我國糧食產(chǎn)量就是其中一種重要的選擇燃科乙醇是將乙醇以15%-20%的質(zhì)量比播入穩(wěn)定提升,玉米、小麥等谷類相對過剩部分地區(qū)已開展了利用這類汽油中,一方面可以作為汽油的替代物以減少汽油消耗量,另一方面可以減原料進行大規(guī)模乙醇轉(zhuǎn)化的加工。野生植物淀粉適合于中小型乙醇少汽車尾氣污染物的排放,改善城市大氣環(huán)境關(guān)鍵詞:生物燃料乙醇研究生產(chǎn)的原料,對其利用需要實行可持續(xù)性開發(fā),以免對生態(tài)環(huán)境造成國內(nèi)外生物燃料乙醇的發(fā)展?fàn)顩r負(fù)面影響。淀粉質(zhì)原料的開發(fā),必須進行綜合利用,在生產(chǎn)乙醇的同燃料乙醇已有30多年發(fā)展歷史,其中巴西是最早大規(guī)模使用時,獲得飼料油脂以及其他有用的化工原料醫(yī)藥中間體,提高資源乙醇作為替代燃料的國家。巴西從1975年就開始實施“燃料乙醇計利用的附加值劃",以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇替代車用汽油,經(jīng)過多年的努力,達(dá)22糖質(zhì)原料主要是甘蔗、甜菜,還有糖蜜。糖蜜是制糖工業(yè)的到了預(yù)期目的。近年來雖然燃料乙醇產(chǎn)量因油價、糖價和政策影響副產(chǎn)品,甜萊糖蜜的產(chǎn)量是加工甜菜量的35%5%,甘蔗糖蜜的據(jù)美國石油學(xué)會統(tǒng)計2061年,美國的玉米乙醇超過190,總順么蔗量的3%左右。近幾年,甘鷹乙醉占世界生物質(zhì)乙醇有所波動,但平均年產(chǎn)量達(dá)100萬t左右,累計替代石油約2億to產(chǎn)量是與20年的產(chǎn)量相比,增幅超過35%同時,在美國各地出售的汽為甘蔗作為燃料乙醇原科具有下述五大優(yōu)勢,成為最有競爭力的原油中添加乙醇添加劑的汽油超過了40%02007年1月23日,美國料作物。①甘蔗適應(yīng)性廣,適宜邊際性士地是糧食作物的先驅(qū)作物?？偨y(tǒng)布什在發(fā)表國情咨文時提出,未來10年內(nèi),美國將通過開發(fā)替②甘蔗是第一代乙酶中唯一的多年生C4(碳4)非糧作物。③甘蔗能代能源和提高能源利用效率將汽油消耗量壓縮20%。其中,用替代量轉(zhuǎn)化效率最高④甘蔗乙醇生產(chǎn)成本最低。⑤甘蔗燃料乙醇減少排性燃料降低15%的汽油使用量,即到2017年乙醇產(chǎn)量達(dá)到放溫室氣體效果最好23纖維素原料包括半纖維素是地球上最有潛力的乙醇生產(chǎn)原用的生物燃料乙醇主要是用少量乙醇和乙基叔丁基醚(ETBE直接料,主要有農(nóng)作物秸稈、森林采伐和木材加工剩余物柴草、造紙廠調(diào)和而成。相對其他國家歐盟國家生物燃料乙醇的成本最高,這是和造糖廠含有纖維素的下腳料城市生活垃圾的一部分等。由于歐盟主要農(nóng)作物(小麥、黑麥和大麥)都比玉米更難轉(zhuǎn)化為乙4其他原料如造紙廠的亞硫酸鹽紙漿廢液、淀粉廠的甘薯淀醇。對此,丹麥 Novozyers公司開發(fā)出3種能提高生產(chǎn)率達(dá)20%的粉渣和馬鈴薯淀粉渣、奶酪工業(yè)的副產(chǎn)物乳清、一些野生植物等酶,并且可以獲得高質(zhì)量的乙醇。英國已經(jīng)在諾福克建立了該國第13生產(chǎn)生物燃料乙醇的主要方法個生物乙醇工廠一 Sugar公司。2006年2月瑞典宣布,在15年內(nèi)生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的主要過程是先將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖,再將成為世界上第1個不依賴石油的國家。歐盟新的木質(zhì)素和纖維素乙糖發(fā)酵得到乙醇。不同的生物質(zhì)原料糖化步驟不同。糖質(zhì)原料可以醇工程已經(jīng)高速發(fā)展了4年。直接發(fā)酵制取乙醇,淀粉原料的糖解如下式所示20世紀(jì)末我國實行改革開放后,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展糧食生產(chǎn)淀粉酸文楊糖()相對過剩國家在糧食生產(chǎn)和儲備方面的負(fù)擔(dān)日益加重,農(nóng)民收入增乙醇發(fā)酵過程實質(zhì)上是酵母等乙醇發(fā)酵微生物在無氧條件下的幅趨緩。交通基礎(chǔ)設(shè)施的逐漸完善和汽車工業(yè)快速發(fā)展使我國汽車一系列有機質(zhì)分解代謝的生化反應(yīng)過程,如下式所示?？梢赃M行乙醇保有量逐年增多,尾氣污染日益嚴(yán)重環(huán)境保護壓力日漸加大。與此發(fā)酵的微生物種類很多,包括酵母菌、霉菌和細(xì)菌,目前最常用的是同時,隨著對能源需求的增加,我國從石油凈出口國變?yōu)閮暨M囗國,酵母菌。石油資源匱乏和能源安全問題已引起國家的高度重視。為了統(tǒng)籌解葡分糖酵葉成細(xì)的決我國經(jīng)濟社會發(fā)展中存在的上述問題特別是為促進農(nóng)民增收,我(2)纖維素原料由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,需要先經(jīng)過預(yù)處理再進行糖國應(yīng)借鑒巴西、美國等國家的成功經(jīng)驗有組織地進行燃料乙醇和車解,糖解過程如下式所示用乙醇汽油的研究和試點應(yīng)用。2生產(chǎn)生物燃料乙醇的主要原料纖排k酸或纖維系酶乙醇的生產(chǎn)原料主要有3類第一類是含糖作物,如甘蔗、甜菜預(yù)處理的目的就是脫除木素和半纖維素,降低纖維素的結(jié)晶度,甜高粱等第二類是淀粉質(zhì)作物如玉米小麥、高粱、木薯、紅薯、馬增加原料的疏松性。預(yù)處理必須滿足下列要求:①促進糖的形成,或鈴薯及菊芋等第三類是纖維質(zhì)原料如秸稈、木屑、農(nóng)作物殼皮及城者提高后續(xù)酶水解形成糖的能力;②避免碳水化合物的降解或損失鄉(xiāng)固體垃圾等。目前,乙醇的生產(chǎn)技術(shù)仍處于第一代,所采用的原料③避免副產(chǎn)物形成阻礙后續(xù)水解和發(fā)酵過程④有成本效益。目前,包括第一類和第二類,以第三類為原料的纖維素乙醇技術(shù)屬于第二木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理方法包括物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物代生物燃料技術(shù),雖已開發(fā)成功但還不成熟。全球乙醇生產(chǎn)高度集中法。糖解的過程通常采用纖維素酶催化,發(fā)酵通過酵母菌或細(xì)菌實于美國和巴西兩國合計產(chǎn)量占全球的87%。其中,美國的乙醇產(chǎn)量現(xiàn)。影響纖維素水解的因素包括廢棄原料的多孔性(可到達(dá)的表面為265億L,占全球的50%巴西的乙醇產(chǎn)量為190億L,占全球的積),纖維素纖維的結(jié)晶度以及木素和半纖維素的含量。木素和半纖37%。中國、歐盟和加拿大的乙醇產(chǎn)量分別占全球的4%、4%和維素的存在使得纖維素酶很難到達(dá)纖維素降低了水解效率。2%其他國家的乙醇產(chǎn)量僅占全球的3%。美國乙醇生產(chǎn)所需原料木質(zhì)纖維原料生物轉(zhuǎn)化乙醇新技術(shù)快步發(fā)展的同時也面臨著一幾乎全部是玉米巴西的乙醇生產(chǎn)原料幾乎全部來自甘蔗中國歐些新中國煤化工程保持酵母的性質(zhì)穩(wěn)定,開盟、加拿大等國家和地區(qū)生產(chǎn)乙醇所用的原料主要為糧食和甜菜。全發(fā)更的各個部分最佳結(jié)合等。如球所生產(chǎn)的乙醇幾乎全部由農(nóng)作物中所含的淀粉和糖類轉(zhuǎn)化而來,果能CNMHG斗生物轉(zhuǎn)化乙酶必將產(chǎn)生更造成了對農(nóng)業(yè)資源的大量占用并推高了糧價。因此發(fā)展以第三類為大的社會效益和經(jīng)濟效益。原料的纖維素乙醇技術(shù)是今后生物燃料乙醇發(fā)展的方向所在。4燃料乙醇的應(yīng)用前景21淀粉質(zhì)原料是我國乙醇生產(chǎn)的最主要原料,主要有甘薯(又在新興的石油替代燃料中,乙醇是目前為止世界上公認(rèn)最安名地瓜)紅薯、山芋、木薯、玉米、馬鈴薯(又名土豆)大麥、大米、高全、能較大規(guī)模供應(yīng)市場的車用燃料。添加一定比例的燃料乙醇,汽25方數(shù)據(jù)科學(xué)實踐基于CAN總線新型分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)康孝高摘要基于CAN總線新型分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)。MB90F543是 Fujitsu公司推出的一款帶2個CAN控制器的關(guān)鍵詞:CAN總線環(huán)網(wǎng)Wo模塊隔離16位微控制器。系統(tǒng)使用兩套總線(CAN0、CAN1),每一套包含獨立0引言的總線電纜、總線驅(qū)動器和總線控制器,可以實現(xiàn)物理介質(zhì)、物理層本文介紹了CAN-bus,以及基于CAN-bUus通用WO模塊的應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層的全面冗余。兩套總線采用熱備份方式運行用與組網(wǎng),利用控制主機的雙CAN控制器來控制鏈接通用Wo智能個CAN控制器作為系統(tǒng)上電后默認(rèn)的CAN(可稱為主CAN):另模塊,根據(jù)控制系統(tǒng)需要可自由、靈活組成控制采集系統(tǒng)個為系統(tǒng)的備用CAN(稱之為從CAN),作為主CAN的冗余。系統(tǒng)1 CANbUS簡述正常工作時,主CAN總線(CANo)投入運行。當(dāng)主CAN總線發(fā)生故CAN- bus(Controller Area Network即控制器局域網(wǎng),是國際障時,從CAN總線(CAN1)投入運行。如上電檢測到主CAN總線故上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一。作為一種技術(shù)先進、可靠性障,則從CAN總線自動投入運行。這樣在一套總線發(fā)生故障時,另高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式,CAN-bus已被廣套總線自動繼續(xù)工作,保證整個系統(tǒng)的通信功能正常運行,大大提高泛應(yīng)用到各個自動化控制系統(tǒng)中。例如在汽車電子、自動機械、智能了系統(tǒng)的可靠性,實現(xiàn)了CAN總線的全面冗余設(shè)計。CAN驅(qū)動電路大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控、船舶海運、電梯控制、消防安全等各領(lǐng)域,如圖2所示。CAN-bus都具有不可比擬的優(yōu)越性CANTxDO7 CANHOCAN-bus以其開發(fā)維護的低成本、高總線利用率、很遠(yuǎn)的傳輸CA\RTIXTxD距離(最遠(yuǎn)可達(dá)10Km)、高速的傳輸速率(最高可達(dá)1Mbps)、根據(jù)優(yōu)先級的多主結(jié)構(gòu)、可靠的錯誤檢測和處理機制,全面彌補了傳統(tǒng)RS-485網(wǎng)絡(luò)的低總線利用率、單主從結(jié)構(gòu)、無硬件錯誤檢測的不GND足,使用戶能組建起穩(wěn)定、高效的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),從而產(chǎn)生最大RPI 4的實際價值。VCO2原理、作用及特點6 CANDOCANL如圖1所示,主機通過cAN-bus與現(xiàn)場CAN通用Wo智能模PCA82C250塊鏈接。CAN通用o智能模塊完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集以及初期的數(shù)據(jù)處理,并把數(shù)據(jù)提供給主機。其中,CAN通用O智能模塊,有數(shù)U10字量輸入(D、數(shù)字量輸出DO)、模擬量輸入(A、模擬量輸出(AO和CANTIDI7 CANHI脈沖輸入計數(shù)P模塊,不再累述。主要介紹主機的作用和特點。CANRAD-9RP247制主機卜號通用6 CANLI模塊1JO模塊o模塊CANLGNDPCA82C250主機作用是完成于下面各個智能模塊的連接通訊,讀取現(xiàn)場數(shù)圖2據(jù),并把數(shù)據(jù)歸總形成一定協(xié)議模式?；蛘哌M行一定的運算,以及保MB90F543的一個RS232口用于驅(qū)動通用的R485總線協(xié)護輸出。除此之外,還要實現(xiàn)與人機界面的通訊。議用標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS協(xié)議,能與各種控制系統(tǒng)連接,形成一套完整主機是采集系統(tǒng)的一部分,系統(tǒng)的特點是要把數(shù)據(jù)形成標(biāo)準(zhǔn)的,的數(shù)據(jù)呆集系統(tǒng)透明的,公開的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議,讓系統(tǒng)更易于上位的HM人機界4結(jié)論本系統(tǒng)用于DCS的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中多年,包括135MW、面)組態(tài)軟件DCS(分散控制系統(tǒng))以及用戶自己開發(fā)軟件界面系30MNN和60MW火力發(fā)電主控DcS的現(xiàn)場控制總線級的采集模統(tǒng)通訊,實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。3實現(xiàn)方法及電路塊(卡件),實踐證明,本系統(tǒng)工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)傳輸可靠,可靠性良好。為提高現(xiàn)場CAN通信的可靠性我們開發(fā)出一種采用MB90F543參考文彭微控制器的雙CAN冗余通信系統(tǒng)。雖然CAN協(xié)議本身具有較強的檢錯1鄔寬明CAN總線原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北京:北京航空航天大學(xué)出版社1996糾錯能力,但在工業(yè)控制現(xiàn)場,插頭連接的不牢固、傳輸介質(zhì)的損壞12JFUJITSU LIMITED. F2MC-16LX 16-BIT MICROCONTROLLER或總線驅(qū)動器的損壞等都會破壞CAN的可靠通信在要求高可靠性MB9540545 Series HARDWARE MANUAL,2001的應(yīng)用系統(tǒng)中,這些故障如不能自動檢測到并采取相應(yīng)措施克服,將FUJITSU LIMITED. F2MC-16LX 16-BIT MICROCONTROLLER使系統(tǒng)部分甚至完全失去通信能力。而解決這一問題的有效途徑就MB90500 Series PROGRAMMING MANUAL,199是采用冗余通信控制。從而保證通信系統(tǒng)主要功能正常運行,以此提作者簡介:康孝高(1978-),男浙江平陽人,助理工程師工學(xué)士,主要高系統(tǒng)的可靠性研究方中國煤化工(上接第258頁車不但動力不受影響,且能極大降低尾氣的污染排放。隨著一些先國“十CNMH⑦醇產(chǎn)業(yè)取得了重大發(fā)展進農(nóng)業(yè)國勞動生產(chǎn)率的大幅度提高,及七十年代中期以來四次較大隨著國內(nèi)石油需求的進一步提高,以乙醇等替代能源為代表的能源的“石油危機”,燃料乙醇工業(yè)在世界許多國家得以迅速發(fā)展。自巴供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國能源政策的一個方向。隨著化石資源漸西、美國率先于七十年代中期大力推行燃料乙醇政策以來,加拿大、趨枯竭,油價進一步高漲,國際原油價格也有上漲的趨勢,這給燃料法國、西班牙、瑞典等國紛紛效仿,均已形成了規(guī)模生產(chǎn)和使用。我乙醇的價格帶來了一定的升值空間,同時也給燃料乙醇的發(fā)展帶來國內(nèi)數(shù)類搶乙醇為代表的生物能源發(fā)展已歷時五年,作為中了歷史性的機遇59