燃料乙醇工艺的化学工程分析

时间:2017-06-15 化学毕业论文 我要投稿

  乙醇在发酵过程中其发酵过程与早期乙醇的发酵过程有较多的相同点,下面是小编搜集整理的一篇探究燃料乙醇工艺化学工程的论文范文,供大家阅读参考。

  【摘要】乙醇是有多种用途的有机物,在饮料、香精以及医疗上均有应用,伴随着世界范围内能源危机以及新能源的探索开发,乙醇以其成本低、环保等优点逐渐在燃料这一用途方面得到了高度重视。本文主要探讨的是关于燃料乙醇的化学工程问题,在具体的分析中首先对燃料乙醇在发酵过程中的化学工程进行分析,其次对燃料乙醇在提纯过程中的化学工程进行分析,最后阐述了燃料乙醇发酵与分类中的化学工程。

  【关键词】燃料乙醇;化学工程;探究分析

  乙醇作为一种燃料,不管是在生产过程中还是在燃烧过程中均不会产生污染物,属于一种清洁能源。早期的乙醇主要是通过淀粉、纤维素等经过长时间的发酵而来,然而燃料酒精由于其需求大,在生产过程中需要大规模的生产,在生产中涉及到一定的化学工程,了解这些化学工程是燃料乙醇生产的关键,同时也是该调整我国能源结构的重点。本文主要就燃料乙醇工艺的化学工程问题分析如下:

  一、燃料乙醇发酵分析

  1、燃料乙醇发酵的多尺度

  燃料遗传在发酵过程中涉及到的工程领域较多,其中包括微生物工程、化学工程以及生物化学工程等,因此在实际的发酵过程中化学反应相对复杂,正是由于其发酵过程中的复杂性,在研究中仅仅从单一的角度去研究与实际要求不符,因此在生产过程中应该注重多尺度问题,也就是说从多个角度对燃料乙醇的发酵过程进行分析,这样才能更加全面的将乙醇复杂的发酵过程显现出来,因此对于燃料酒精发酵的研究应该涉及到生物学以及化学两个重要方面,这样的研究才更加符合实际研究需要。

  2、发酵中的动力学与放大

  乙醇在发酵前期需要进行相关的准备工作,其中主要与偶乙醇原料的液化以及糖化等,然后在乙醇发酵过程中应该做好相关特性的控制,也就是动力学问题,动力学是乙醇发酵是否可以顺利发酵的基础,其中涉及到两个方面的问题,一个是本征动力学,也就是从早期的原料到发酵微生物固有速率的问题,另外一个就是宏观动力学,这个具体的就是在发酵阶段乙醇的能量传递情况,现阶段对动力学研究应用主要模型是酶催化反应。

  3、发酵中的发酵罐多场

  在遗传发酵过程中需要一定的设备,发酵罐就是主要设备,由于乙醇发酵的复杂性,同时在发酵中还会受到外界环境温度、湿度等各方面因素的影响。这些因素的影响会造成发酵速度缓慢,影响发酵进程,也就是溢出发酵进程的不同在发酵罐内形成了不同的反应场,不同的反应场对于发酵罐正常的发酵造成影响,最终发酵质量也会造成影响,不过这种发酵场也有有利的一面,那就是工作人员可以在发酵中采取措施进行干预,使发酵质量向更高的程度靠近。

  二、燃料乙醇提纯分析

  乙醇在经过发酵后在发酵液中实际含有的乙醇含量非常低,据有关资料显示,这种含量通常只能达到5.0%―12.0%,这种低含量的乙醇基本不能满足燃料的需求,所以在发酵结束后通常还需要进行提纯,当然提纯也是乙醇生产中必不可少的,对于乙醇提纯的技术方法较多,应用较为广泛的主要是蒸馏技术,蒸馏提纯乙醇主要是将乙醇中大量的水分排出,当然在具体的提纯中需要多次提纯才能保证乙醇的含量,不过乙醇通过蒸馏能达到的最大含量约为90.0%,因此想要进一步提出就需要采用其它的提纯方法。在实际对乙醇的提纯中通常是先通过蒸馏的方法将乙醇提纯到一定程度,在达到一定含量后可继续使用萃取、吸附等提纯方法进一步提升乙醇的含量,最终达到工业乙醇要求或者实际需要的浓度[1]。

  三、发酵与分离的耦合

  乙醇在发酵过程中其发酵过程与早期乙醇的发酵过程有较多的相同点,因此其工艺研究内容也是一些基础性的东西。在发酵反应和分离过程中进行的耦合同样是一个复杂过程,因此在技术水平以及操作水平上都应该有严格的要求。

  如果通过直接的化学反应就可以得到最终的成品,那么这个过程就是一个简单的反应过程,而在这个反应过程中采用的干预措施、采用的设备等就属于反应工程,在乙醇提纯中采用一定的方法将乙醇中不需要的一些水分或者杂质清除,在这个过程中采用的试剂、设备以及提纯中遇到的实际问题均属于分离工程。因此乙醇发酵与乙醇分离的耦合在理论上是可行的,当然通过实验证明在实践操作中也是可行的。在这方面也有较多的报道,比如有学者将液体的萃取以及发酵过程结合到了一起,在进行连续发酵过程中将油烯基乙醇作为萃取剂,最终结果表明通过这种方法提取的乙醇质量相对于早期的提纯明显提高。也就是说将生物发酵技术可以简单地看成是反应与分离技术的耦合,这样在工业乙醇生产过程中可大大的提高分离效率,促进乙醇含量的提升,当然对于大范围的推广乙醇生产具有重要意义。在乙醇发酵中可以将反应工程学的原理以及分离学工程理论结合起来,然后研究整个耦合过程,这样的研究对于推动整个燃料乙醇的工业生产起着关键性作用,不过当前大多数学者的报道中报道的内容更多的倾向于工艺条件、生物萃取剂以及膜材料等,但是涉及到多场耦合、传递特性等化学工程的研究却很少,这些在一定程度上抑制了燃料乙醇的工艺生产[2]。

  在未来乙醇生产中新型发酵设备以及分离设备都需要多场耦合的指导,当然在后期的乙醇发酵中将会实现反应、分离以及其其它多种分离技术设备的耦合,也就是说通过一个连续的设备可实现乙醇发酵到成品,这样的设备不仅提高了生产效率,同时乙醇的质量也会得到明显提高。当然这种设备同样的可加快燃料乙醇作为新型能源的步伐。

  结束语

  燃料乙醇生产中过多的涉及到流体流动、热量传递以及发酵生化反应等,这个过程是一个复杂的过程,同时也涉及到多学科,因此在燃烧乙醇工艺的化学工程分析中应该从多个角度对其进行研究,在后期较长时间内的研究目标应该集中在生物发酵反应与提纯分离过程的耦合,这样的研究可以推进乙醇工艺生产的发展,有利于尽早的调整我国能源结构,实现环保绿色可持续发展。

  参考文献

  [1]李扬,曾健,王科,等.醋酸酯化合成乙醇工艺及经济性分析[J].精细化工原料及中间体,2011(11).

  [2]陈叶涛.关于燃烧乙醇工艺的化学工程分析[J].科技风,2014(20).


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