中國(guó)化工貿(mào)易第12期綜述China Chemical Trade2013年12月淺談燃料乙醇工藝的化學(xué)工業(yè)創(chuàng)新蔡永宏(鹽城華陽(yáng)醫(yī)藥科技有限公司,江蘇鹽城224000)摘要:在這個(gè)能源日趨匱乏的時(shí)代,燃料乙醇作為一種新型能源逐漸昰露其重要地位,在此介紹了燃料♂醇的生產(chǎn)方法以及技術(shù)創(chuàng)新。提出利用化學(xué)工程學(xué)的理論及方法研究燃料乙醇生物反應(yīng)工程的規(guī)律、工程放大及流程創(chuàng)新將是一種主要趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:燃料乙醇工藝創(chuàng)新隨著世界石化能源的日趨匱乏,石油類產(chǎn)品價(jià)格日益攀升,開(kāi)發(fā)在大多數(shù)情況下,只要體系物性、流場(chǎng)、流態(tài)與在實(shí)際操作(熱種綠色可持續(xù)的能源已經(jīng)變得相當(dāng)急迫。乙醇作為一種生產(chǎn)工藝成態(tài))時(shí)比較接近,往往可以用冷模的實(shí)驗(yàn)方法模擬在熱態(tài)下的流體力熟、生產(chǎn)來(lái)源廣泛的替代能源越來(lái)越受到人們的關(guān)注學(xué)狀態(tài),這對(duì)大設(shè)備的放大規(guī)律的研究有幫助。因此,采用大型冷模乙醇俗稱酒精,它以玉米、小麥、薯類、糖蜜木質(zhì)纖維素等為原研究在過(guò)程設(shè)備中流體的流體力學(xué)特性并與小型熱模所進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)料經(jīng)發(fā)酵,蒸餾而制成。所謂燃料乙醇是指對(duì)濃度95%左右的乙醇進(jìn)研究相結(jié)合是研究發(fā)酵設(shè)備放大規(guī)律的一種有效方法。步脫水,再加上5%體積分散(一般為無(wú)鉛汽油或無(wú)鉛的烴類)的3發(fā)酵罐內(nèi)多場(chǎng)分布變性劑使之成為水分小于0.8%,且不可食用的變性無(wú)水乙醇。燃料乙多場(chǎng)分布包括溫度分布、濃度分布和速率分布。發(fā)酵生物反應(yīng)器醇既是一種清潔能源,又是一種良好的汽油増氧劑和辛烷值調(diào)和組分,中的物理因素一傳遞特性將影響到反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)和產(chǎn)物的濃度分布及用以代替四乙基鉛和甲基叔丁基醚(MTBE)或乙基叔丁基醚溫度分布,進(jìn)而影響到反應(yīng)器內(nèi)某一組分的反應(yīng)速率。因此,傳遞特(ETBE),乙醇調(diào)入汽油對(duì)降低汽車尾氣中的一氧化碳含量很有效,性的研究是不可忽視的問(wèn)題,研究發(fā)酵罐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)及傳動(dòng)將是化起到凈化空氣的效果,同時(shí),乙醇用糧食制造,是一種生物轉(zhuǎn)化的太學(xué)工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù),同時(shí)也為更好地控制發(fā)酵過(guò)程提供了理陽(yáng)能,是一種取之不盡,用之不竭的可再生能源,在汽油中加入一定論依據(jù)匕例的乙醇作燃料,能節(jié)約石油、凈化空氣,轉(zhuǎn)化多余的糧食,為人CFD模型在模擬反應(yīng)器內(nèi)的溫度、濃度和速度分布上是一種十分類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供一條簡(jiǎn)單有效的途徑重要的方法,應(yīng)引起重視目前,世界上燃料乙醇的生產(chǎn)方法有合成法(即乙烯水合法)和乙醇純化過(guò)程中的化學(xué)工程問(wèn)題生物法兩種。由于近年來(lái)受原油資源問(wèn)題及乙烯價(jià)格上漲的制約,合采用發(fā)酵的方法生產(chǎn)乙醇,同時(shí)不可避免地會(huì)生成水,要獲得乙成法被生物法所取代。生物法生產(chǎn)燃料乙醇,大部分是以甘蔗、玉為、醇勢(shì)必要對(duì)乙醇和水進(jìn)行分離,從原理講分離乙醇和水的方法有精餾薯干和植物秸杄與農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)林廢棄物為原料酶解糖化發(fā)酵制造的,吸附、滲透汽化膜分離等方法,然后發(fā)酵液中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為其生產(chǎn)工藝有酶解法、酵水解法及一步酶法工藝法等。這段工藝與食5%-12%,而燃料乙醇產(chǎn)品的純度卻要在99%以上。因而從發(fā)酵液中用乙醇的生產(chǎn)工藝基本相同,所不同的是需增加濃縮脫水后處理工藝,分離出乙醇所消耗費(fèi)的能量占總能量的絕大部分。所以從發(fā)酵液中分其水的體積分?jǐn)?shù)降到1%以下,由于乙醇生產(chǎn)過(guò)程中水的存在,使離乙醇一水混合液一般分兩步:先用普通精餾得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為924%得乙醇與水形成二元共沸物,而采用普通精餾方法所得乙醇中水的體的乙醇,再用共沸精餾、萃取精餾、液液萃取、吸附或其它方法得到積分?jǐn)?shù)約為5%,要想控制燃料乙醇水的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1%以下就必須無(wú)水乙醇釆用較新的脫水工藝(目前開(kāi)發(fā)的脫水工藝主要有:滲透汽化、吸附精餾作為具有技術(shù)成熟度和應(yīng)用成熟度較高的分離方法,是分離蒸餾、特殊蒸餾、加鹽萃取蒸餾、變壓吸附和超臨界萃取分離等),脫乙醇—水混合液最早,也是最普遍的方法,但需很高的能耗?，F(xiàn)有3水后制成的燃料乙醇再加少量變性劑就成為變性燃料乙醇種方法替代精餾方法生產(chǎn)乙醇:萃取法、超臨界流體法和滲透蒸發(fā)膜燃料乙醇生物法生產(chǎn)過(guò)程包含發(fā)酵生物化學(xué)反應(yīng)與乙醇分離兩大分離法,這部分工藝幾乎等同于化學(xué)工程的分離工藝技術(shù),可以應(yīng)用主要過(guò)程,其工藝流程與人們熟知的化學(xué)工程中的許多單元操作存在三、生物發(fā)酵反應(yīng)與分離過(guò)程耦合不少共同點(diǎn),如傳遞和反應(yīng)諸多化學(xué)工程問(wèn)題,所不同的是這里反應(yīng)現(xiàn)有燃料乙醇工藝的基礎(chǔ)研究包括生產(chǎn)過(guò)程放大和流程創(chuàng)新、研酵生化反應(yīng)。在理論上來(lái)說(shuō)似乎是簡(jiǎn)單的過(guò)程,但要想在大規(guī)模究生物反應(yīng)與分離過(guò)程耦合探索新的短流程工藝水平上獲得最大效率,卻需要依靠生物學(xué)和化學(xué)工程的結(jié)合。生物發(fā)酵直接看作反應(yīng)并與分離技術(shù)耦合來(lái)提高整個(gè)發(fā)酵及化學(xué)工程的核心仍是“三傳一反”,即使在納米尺度上,反應(yīng)和傳離的效率,將推動(dòng)燃料乙醇工藝的技術(shù)進(jìn)步。遞兩種因素的共同作用是造成形形式式物質(zhì)結(jié)構(gòu)的根本原因,目前發(fā)多場(chǎng)耦合對(duì)開(kāi)發(fā)新型發(fā)酵與分離設(shè)備具指導(dǎo)意義,未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)醇工藝的放大仍停留在經(jīng)驗(yàn)階段,并沒(méi)有上升到理論水平,這與燃料必將是將反應(yīng)與分離以及多種分離結(jié)合一起的設(shè)備。如精餾與吸附乙醇發(fā)展的需求極不相稱,因此,采用化學(xué)工程的成熟理論及先進(jìn)技發(fā)酵與精餾等通過(guò)一個(gè)設(shè)備操作實(shí)現(xiàn)兩者完美結(jié)合,而目前的多塔生術(shù)來(lái)研究燃料乙醇工藝過(guò)程,并進(jìn)行創(chuàng)新具有重要的理論及實(shí)際意義。產(chǎn)工藝將會(huì)被逐漸淘汰而發(fā)展對(duì)應(yīng)短流程工藝這方面研究及發(fā)展將極發(fā)酵過(guò)程的化學(xué)工程分析大地消減成本,同時(shí)也降低能耗,對(duì)改善反應(yīng)與分離過(guò)程,提高效率1.多尺度問(wèn)題具很大潛力由于酒精發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)綜合了微生物學(xué)、生物化學(xué)以及化學(xué)工貫穿于燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程的流體流動(dòng)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞問(wèn)題程等的復(fù)雜過(guò)程,因此,模擬市場(chǎng)計(jì)算該過(guò)程不能僅僅單一采用傳統(tǒng)與發(fā)酵生化反應(yīng)交織在一起,對(duì)燃料乙醇過(guò)程產(chǎn)生決定性的影響。發(fā)生物學(xué)方法或化學(xué)工程的方法,而應(yīng)對(duì)生物反應(yīng)器中多尺度問(wèn)題作酵過(guò)程尤其是同步糖化發(fā)酵技術(shù)背后的物理、生物、化學(xué)機(jī)制及工程綜合考慮。在化學(xué)工程學(xué)角度看來(lái),酒精發(fā)酵罐可以看做是反應(yīng)器,策略,發(fā)酵罐中流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及濃度場(chǎng)的多場(chǎng)耦合,對(duì)生物反應(yīng)器中理論上計(jì)算反應(yīng)器的模型應(yīng)可以適用于酒精發(fā)酵罐多尺度問(wèn)題作綜合考慮,采用人工智能研究流程優(yōu)化組合分析工程策2動(dòng)力學(xué)與放大略,發(fā)展新型分離發(fā)酵設(shè)備等,都是目前急需研究的內(nèi)容,是燃料乙乙醇發(fā)醇過(guò)程前沿課題主要集中在液化、糖化和發(fā)酵過(guò)程節(jié)能降醇領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題耗,包括:耐高溫、高糖濃度、高乙醇濃度的能力以及酵母高效發(fā)酵采用化學(xué)工程學(xué)理論及方法研究燃料乙醇生物反應(yīng)工程規(guī)律、工過(guò)程的基礎(chǔ)研究;液化酶、糖化酶的作用機(jī)制及實(shí)際物系的動(dòng)力學(xué)研程放大及流程創(chuàng)新將是一種主要趨勢(shì)。究;同步糖化發(fā)酵動(dòng)力學(xué)方面的研究。從化學(xué)工程角度看,上述問(wèn)題涵蓋發(fā)酵生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及傳遞特性兩個(gè)方面,動(dòng)力學(xué)方法是發(fā)酵過(guò)是指沒(méi)有傳遞等工程因素影響時(shí),發(fā)酵生物反應(yīng)固有的速率;二是宏張且多尺度線關(guān)放大的理論基礎(chǔ)。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)包括兩個(gè)層次:一是本征動(dòng)力學(xué),它Ⅲ李靜海淺談2世紀(jì)的工學(xué)報(bào),2008,59(8):1879-1883中國(guó)煤化工8武國(guó)慶,羅虎,鄧立康觀動(dòng)力學(xué),它是指在反應(yīng)器內(nèi)所觀測(cè)到的總反應(yīng)速率及其形式和結(jié)構(gòu)、科學(xué):工業(yè)生物技術(shù)專刊的若干思考中國(guó)基礎(chǔ)CNMHG操作方式、物料的流動(dòng)與混合,傳遞與傳熱等。370中國(guó)化工貿(mào)易 China Chemical Tradewww.chemmedia.com.cn中國(guó)化工信息網(wǎng)