燃料乙醇工藝的化學(xué)工程分析
乙醇在發(fā)酵過(guò)程中其發(fā)酵過(guò)程與早期乙醇的發(fā)酵過(guò)程有較多的相同點(diǎn)，下面是小編搜集整理的一篇探究燃料乙醇工藝化學(xué)工程的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘要】乙醇是有多種用途的有機(jī)物，在飲料、香精以及醫(yī)療上均有應(yīng)用，伴隨著世界范圍內(nèi)能源危機(jī)以及新能源的探索開(kāi)發(fā)，乙醇以其成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)逐漸在燃料這一用途方面得到了高度重視。本文主要探討的是關(guān)于燃料乙醇的化學(xué)工程問(wèn)題，在具體的分析中首先對(duì)燃料乙醇在發(fā)酵過(guò)程中的化學(xué)工程進(jìn)行分析，其次對(duì)燃料乙醇在提純過(guò)程中的化學(xué)工程進(jìn)行分析，最后闡述了燃料乙醇發(fā)酵與分類(lèi)中的化學(xué)工程。
【關(guān)鍵詞】燃料乙醇;化學(xué)工程;探究分析
乙醇作為一種燃料，不管是在生產(chǎn)過(guò)程中還是在燃燒過(guò)程中均不會(huì)產(chǎn)生污染物，屬于一種清潔能源。早期的乙醇主要是通過(guò)淀粉、纖維素等經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵而來(lái)，然而燃料酒精由于其需求大，在生產(chǎn)過(guò)程中需要大規(guī)模的生產(chǎn)，在生產(chǎn)中涉及到一定的化學(xué)工程，了解這些化學(xué)工程是燃料乙醇生產(chǎn)的關(guān)鍵，同時(shí)也是該調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)。本文主要就燃料乙醇工藝的化學(xué)工程問(wèn)題分析如下：
一、燃料乙醇發(fā)酵分析
1、燃料乙醇發(fā)酵的多尺度
燃料遺傳在發(fā)酵過(guò)程中涉及到的工程領(lǐng)域較多，其中包括微生物工程、化學(xué)工程以及生物化學(xué)工程等，因此在實(shí)際的發(fā)酵過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)相對(duì)復(fù)雜，正是由于其發(fā)酵過(guò)程中的復(fù)雜性，在研究中僅僅從單一的角度去研究與實(shí)際要求不符，因此在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該注重多尺度問(wèn)題，也就是說(shuō)從多個(gè)角度對(duì)燃料乙醇的發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行分析，這樣才能更加全面的將乙醇復(fù)雜的發(fā)酵過(guò)程顯現(xiàn)出來(lái)，因此對(duì)于燃料酒精發(fā)酵的研究應(yīng)該涉及到生物學(xué)以及化學(xué)兩個(gè)重要方面，這樣的研究才更加符合實(shí)際研究需要。
2、發(fā)酵中的動(dòng)力學(xué)與放大
乙醇在發(fā)酵前期需要進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作，其中主要與偶乙醇原料的液化以及糖化等，然后在乙醇發(fā)酵過(guò)程中應(yīng)該做好相關(guān)特性的控制，也就是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，動(dòng)力學(xué)是乙醇發(fā)酵是否可以順利發(fā)酵的基礎(chǔ)，其中涉及到兩個(gè)方面的問(wèn)題，一個(gè)是本征動(dòng)力學(xué)，也就是從早期的原料到發(fā)酵微生物固有速率的問(wèn)題，另外一個(gè)就是宏觀動(dòng)力學(xué)，這個(gè)具體的就是在發(fā)酵階段乙醇的能量傳遞情況，現(xiàn)階段對(duì)動(dòng)力學(xué)研究應(yīng)用主要模型是酶催化反應(yīng)。
3、發(fā)酵中的發(fā)酵罐多場(chǎng)
在遺傳發(fā)酵過(guò)程中需要一定的設(shè)備，發(fā)酵罐就是主要設(shè)備，由于乙醇發(fā)酵的復(fù)雜性，同時(shí)在發(fā)酵中還會(huì)受到外界環(huán)境溫度、濕度等各方面因素的影響。這些因素的影響會(huì)造成發(fā)酵速度緩慢，影響發(fā)酵進(jìn)程，也就是溢出發(fā)酵進(jìn)程的不同在發(fā)酵罐內(nèi)形成了不同的反應(yīng)場(chǎng)，不同的反應(yīng)場(chǎng)對(duì)于發(fā)酵罐正常的發(fā)酵造成影響，最終發(fā)酵質(zhì)量也會(huì)造成影響，不過(guò)這種發(fā)酵場(chǎng)也有有利的一面，那就是工作人員可以在發(fā)酵中采取措施進(jìn)行干預(yù)，使發(fā)酵質(zhì)量向更高的程度靠近。
二、燃料乙醇提純分析
乙醇在經(jīng)過(guò)發(fā)酵后在發(fā)酵液中實(shí)際含有的乙醇含量非常低，據(jù)有關(guān)資料顯示，這種含量通常只能達(dá)到5.0%―12.0%，這種低含量的乙醇基本不能滿足燃料的需求，所以在發(fā)酵結(jié)束后通常還需要進(jìn)行提純，當(dāng)然提純也是乙醇生產(chǎn)中必不可少的，對(duì)于乙醇提純的技術(shù)方法較多，應(yīng)用較為廣泛的主要是蒸餾技術(shù)，蒸餾提純乙醇主要是將乙醇中大量的水分排出，當(dāng)然在具體的提純中需要多次提純才能保證乙醇的含量，不過(guò)乙醇通過(guò)蒸餾能達(dá)到的最大含量約為90.0%，因此想要進(jìn)一步提出就需要采用其它的提純方法。在實(shí)際對(duì)乙醇的提純中通常是先通過(guò)蒸餾的方法將乙醇提純到一定程度，在達(dá)到一定含量后可繼續(xù)使用萃取、吸附等提純方法進(jìn)一步提升乙醇的含量，最終達(dá)到工業(yè)乙醇要求或者實(shí)際需要的濃度[1]。
三、發(fā)酵與分離的耦合
乙醇在發(fā)酵過(guò)程中其發(fā)酵過(guò)程與早期乙醇的發(fā)酵過(guò)程有較多的相同點(diǎn)，因此其工藝研究?jī)?nèi)容也是一些基礎(chǔ)性的東西。在發(fā)酵反應(yīng)和分離過(guò)程中進(jìn)行的耦合同樣是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，因此在技術(shù)水平以及操作水平上都應(yīng)該有嚴(yán)格的要求。
如果通過(guò)直接的化學(xué)反應(yīng)就可以得到最終的成品，那么這個(gè)過(guò)程就是一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)過(guò)程，而在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中采用的干預(yù)措施、采用的設(shè)備等就屬于反應(yīng)工程，在乙醇提純中采用一定的方法將乙醇中不需要的一些水分或者雜質(zhì)清除，在這個(gè)過(guò)程中采用的`試劑、設(shè)備以及提純中遇到的實(shí)際問(wèn)題均屬于分離工程。因此乙醇發(fā)酵與乙醇分離的耦合在理論上是可行的，當(dāng)然通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明在實(shí)踐操作中也是可行的。在這方面也有較多的報(bào)道，比如有學(xué)者將液體的萃取以及發(fā)酵過(guò)程結(jié)合到了一起，在進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中將油烯基乙醇作為萃取劑，最終結(jié)果表明通過(guò)這種方法提取的乙醇質(zhì)量相對(duì)于早期的提純明顯提高。也就是說(shuō)將生物發(fā)酵技術(shù)可以簡(jiǎn)單地看成是反應(yīng)與分離技術(shù)的耦合，這樣在工業(yè)乙醇生產(chǎn)過(guò)程中可大大的提高分離效率，促進(jìn)乙醇含量的提升，當(dāng)然對(duì)于大范圍的推廣乙醇生產(chǎn)具有重要意義。在乙醇發(fā)酵中可以將反應(yīng)工程學(xué)的原理以及分離學(xué)工程理論結(jié)合起來(lái)，然后研究整個(gè)耦合過(guò)程，這樣的研究對(duì)于推動(dòng)整個(gè)燃料乙醇的工業(yè)生產(chǎn)起著關(guān)鍵性作用，不過(guò)當(dāng)前大多數(shù)學(xué)者的報(bào)道中報(bào)道的內(nèi)容更多的傾向于工藝條件、生物萃取劑以及膜材料等，但是涉及到多場(chǎng)耦合、傳遞特性等化學(xué)工程的研究卻很少，這些在一定程度上抑制了燃料乙醇的工藝生產(chǎn)[2]。
在未來(lái)乙醇生產(chǎn)中新型發(fā)酵設(shè)備以及分離設(shè)備都需要多場(chǎng)耦合的指導(dǎo)，當(dāng)然在后期的乙醇發(fā)酵中將會(huì)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、分離以及其其它多種分離技術(shù)設(shè)備的耦合，也就是說(shuō)通過(guò)一個(gè)連續(xù)的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)乙醇發(fā)酵到成品，這樣的設(shè)備不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)乙醇的質(zhì)量也會(huì)得到明顯提高。當(dāng)然這種設(shè)備同樣的可加快燃料乙醇作為新型能源的步伐。
結(jié)束語(yǔ)
燃料乙醇生產(chǎn)中過(guò)多的涉及到流體流動(dòng)、熱量傳遞以及發(fā)酵生化反應(yīng)等，這個(gè)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)也涉及到多學(xué)科，因此在燃燒乙醇工藝的化學(xué)工程分析中應(yīng)該從多個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行研究，在后期較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的研究目標(biāo)應(yīng)該集中在生物發(fā)酵反應(yīng)與提純分離過(guò)程的耦合，這樣的研究可以推進(jìn)乙醇工藝生產(chǎn)的發(fā)展，有利于盡早的調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保綠色可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]李揚(yáng)，曾健，王科，等.醋酸酯化合成乙醇工藝及經(jīng)濟(jì)性分析[J].精細(xì)化工原料及中間體，2011(11).
[2]陳葉濤.關(guān)于燃燒乙醇工藝的化學(xué)工程分析[J].科技風(fēng)，2014(20).
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