变频真空微波预处理玉米秸秆的研究

针对目前纤维素乙醇生产中，玉米秸秆预处理工艺存在成本高和产生对后续糖化发酵工艺抑制物质的问题，基于微波化学和多孔介质传热学原理，提出变频真空微波预处理玉米秸秆，通过建立在变频微波真空条件下秸秆物料内部辐射传热传质模型、动力学反应模型和水分在秸秆物料内部和表面的相变及传质模型，定量描述秸秆在真空变频微波预处理系统的能量、结构和物质变化的全过程。通过本课题的研究，有望在保证预处理效果的前提下，降低预处理的温度和时间，为解决预处理抑制产物过多的问题和降低预处理成本奠定基础。

针对目前纤维素乙醇生产中，玉米秸秆预处理工艺存在成本高和产生对后续糖化发酵工艺抑制物质的问题，基于微波化学和多孔介质传热学原理，提出变频真空微波预处理玉米秸秆，通过秸秆干燥实验，利用Page方程对干燥过程进行数值拟合，计算秸秆样品在试验温度范围内的有效湿分扩散系数、活化能和干燥动力学方程，明确了温度对有效湿分扩散系数的具体影响；通过拉伸压缩实验确定最大拉力范围是160.3～275.4N, 弹性模量范围是8.56～20.46 GPa；通过耦合电磁场基本方程、热质传递方程、力学方程，结合秸秆传质参数和脆断参数建立秸秆在微波作用下的数学模型，对秸秆内部温度分布、压强梯度和体积变化进行了数学模拟，通过计算得到秸秆在变频真空微波处理过程中的最大形变，确定最佳工艺参数为：真空度35-65(kPa)，微波功率0.27-0.35(w/g)，微波加热时间10-15(s)，微波关闭时间30-40(s)。在最佳处理条件下，预处理后的秸秆移除25.7%的抽提物等杂质，获得了84%的理论葡萄糖产量和和87%的理论乙醇产量；结合秸秆内部形貌表征和数值模拟结果可知，秸秆在变频真空微波处理条件下，随着处理强度的增加，秸秆内部温度逐渐升高，秸秆内部的水分在真空条件下在较低温度就能气化，使秸秆内部压强增加，体积膨胀，秸秆内部结合较松散的薄壁细胞发生断裂，覆盖厚壁细胞的抽提物去除，秸秆的致密结构破坏，微纤维暴露 利于纤维素酶的作用，由于处理温度较低，在处理过程中没有对纤维素酶和酵母菌的糠醛类毒性物质产生，可以获得较高的酶解率和酒精得率。