能源危机与环境危机的双重压力下,清洁能源受到全社会追捧。生物丁醇以其良好的燃料特性可直接代替汽油,并被认为是潜在的乙醇代替品。实验室开发一套玉米秸秆经碱处理、纤维素酶解,丙丁梭菌发酵产生丙酮、丁醇、乙醇(简称ABE)的新工艺。该工艺在小试水平取得良好的表现,工业化放大被提上议程。为避免浪费大量人力物力财力,使用流程模拟工具对过程进行模拟优化,并进行经济评价。本课题从以下几方面对课题进行研究:使用Aspen Plus工具对实验室的预处理及发酵过程进行模拟,模拟值与实验值相吻合。针对发酵液的分离设计一套四塔精馏模型,能耗为4.21 MJ/kg 丁醇,经过能量优化后分离能量降低38.3%。对年产三万吨生物丁醇过程进行设计,从物料平衡、能量消耗到设备选型、经济评价进行计算。结果表明,当前处于ABE产品价格的低位,经济暂不具可行性,年产三万吨生物丁醇总成本费用为67,195万元,丁醇成本费用为11,690元/吨。使用实验室复配纤维素酶进行计算,丁醇成本费用为9,275元/吨。对比甜高粱秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆生产生物丁醇过程,甜高粱秸秆是可靠的替代原料,每吨生物丁醇较玉米秸秆丁醇成本降低约13元。相同碱处理及酶解条件下,己糖酒精发酵,戊糖丁醇发酵的发酵策略进行计算,乙醇成本费用为7,245元/吨(未计入纤维乙醇补贴)。当前溶剂产品的价格不足以承受工业化规模的生物丁醇生产,酶解及发酵过程的优化是丁醇工业化生产的主要方向。