科技信息科教前沿口 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第16期乙醇在制冷技術(shù)中的應(yīng)用吳保明畢永偉劉權(quán)衛(wèi)河南天冠燃料乙醇公司河南南陽(yáng)473000)【摘要】通過對(duì)乙醇溶液在實(shí)際制冷系統(tǒng)中作為冷媒應(yīng)用及運(yùn)行中應(yīng)注意問題的分析,表明乙醇作為作為一種冷媒在乙醇生產(chǎn)中是完全可用的。【關(guān)鍵詞】乙醇溶液;制冷;冷媒;冷效應(yīng)0引言隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展,制冷技術(shù)被廣泛地運(yùn)用到各個(gè)行業(yè),配;(2)制冷劑蒸發(fā)壓力的確定。下面以河南天冠燃料乙醇有限公司制對(duì)作為傳遞冷效應(yīng)的物體一冷媒的要求也越來越高。在實(shí)際生產(chǎn)中,冷站為例加以說明:如何選擇一種合適的冷媒將是一門新的研究課題本文主要介紹乙醇河南天冠燃料乙醇有限公司制冷站總制冷量達(dá)5400多萬大卡,作為冷媒在乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用及運(yùn)行中應(yīng)注意的一些問題是目前國(guó)內(nèi)較大的制冷站,主要由7臺(tái)大連冷凍機(jī)股份有限公司生產(chǎn)1.乙醇可作為冷媒運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)的J2KA31.5螺桿氨制冷壓縮機(jī)組和長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司生產(chǎn)的冷媒是傳遞冷效應(yīng)的物體,作為冷媒的物體必須具備下面幾個(gè)條4臺(tái)B800.6機(jī)組組成,其中7臺(tái)螺桿氨制冷機(jī)組所用的冷媒就是件:(1)冰點(diǎn)低;(2)熱容量大;(3)對(duì)設(shè)備的腐蝕性小;(4價(jià)格低廉。工業(yè)濃度為30%()40%()的乙醇溶液。工藝要求冷媒溫度為-5℃-上對(duì)零度以下的冷媒常用水如 Nacl CcChMgcl等的水溶液,但鹽10℃產(chǎn)中,采用乙醇水溶液作為冷媒更有著不可替代的優(yōu)勢(shì):-120-117℃-1103.5-10054394354.1842.643.343142252263.0902.5802.0-7015-60-49.9℃500540300102030405060708090100(濃度-20圖3不同濃度乙醇溶液的粘度曲線-100102030405060708090100(液度(pa×10)7.06.941.1乙醇溶液的冰點(diǎn)點(diǎn)隨其濃60如圖1所示,乙醇溶液的冰點(diǎn)隨其濃度的增加而降低,濃度在5.030%以上時(shí),即可達(dá)-25℃,可滿足一般工業(yè)用冷對(duì)冷媒的要求。1.2乙醇溶液的比熱曲線40405乙醇溶液的比熱隨其濃度的變化曲線如圖2所示。3.0267120L85454.394.354143.643.343.14282552.26 Lo1351.040.830.6830%度⊥010203040506070802.5圖4同一濃度乙醇溶液的粘度曲線20111醇水溶液的粘度曲線由圖(三可知乙醇水溶液在濃度40%以下0.5102030405060708090100(濃度)度最大,故在選作冷媒時(shí),應(yīng)盡量避免選用這一區(qū)域濃度。由圖(四)可2不同濃度乙醇溶液的比熱曲線知,同一濃度的乙醇水溶液粘度隨溫度的升高而降低應(yīng)盡量選擇較高的溫度,故生產(chǎn)中我們?cè)跐M足生產(chǎn)工藝要求的前提下,盡量使冷媒知道作為冷媒的介質(zhì),其比熱越大,傳熱能力就越強(qiáng)。40%的溫度接近-5以減少管道及換熱器中的阻力損失從而降低溶我們()以下的稀乙醇溶液,其比熱都在4KJ/KgK以上,為了增強(qiáng)傳熱效泵的負(fù)荷提高制冷效率。率,應(yīng)選擇濃度為40%(V)以下的稀乙醇溶液。2.2制冷劑蒸發(fā)壓力的確定1.3乙醇的腐蝕性劑制冷劑蒸發(fā)壓力的高低是由冷媒溫度的高低來決定的。一般制冷采用乙醇水溶液可有效避免對(duì)設(shè)備的腐蝕。在乙醇脫水工序中,劑蒸發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度應(yīng)低于冷媒溫度5-7℃,由于工藝要求換熱器較多,換熱管多采用無縫鋼管,如采用乙水溶液作冷媒,可冷媒的溫度-10℃時(shí),取低溫-10℃,可知,蒸發(fā)溫度應(yīng)在-5℃減少對(duì)設(shè)備的腐蝕,一方面可大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命;另一面,采17℃之間。該制冷機(jī)組的制冷劑為R717,查R717熱力性質(zhì)表可知,其用稀乙醇溶液作冷媒,在維修時(shí)也利于保持系統(tǒng)的清潔度,避免用鹽對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)壓力(絕對(duì)壓力)為0.23-0.217pa放應(yīng)在實(shí)際操作中,機(jī)水等作冷媒時(shí)因泄漏系統(tǒng)而造成系統(tǒng)清洗的困難。組的吸氣壓力應(yīng)控制在0.217Mpa以上,以達(dá)到最佳制冷效果。2采用乙醇溶液作冷媒在生產(chǎn)操作中應(yīng)注意的幾個(gè)因素2.3乙醇水溶液濃度的確定由圖1可知:只有濃度大于30%(V)的乙醇水溶液(下轉(zhuǎn)第23頁(yè))科技信息科教前沿 SCIENCE& TECHNOLOGY INFORMATION2008年第16期大,達(dá)到了75.9%。由此可以看出,雖然在乙腈溶液中,酶分子與底物酶的結(jié)合又會(huì)降低乙腈從復(fù)合物上解離的解離常數(shù)估計(jì)乙腈分子既的親和力增加了,但V的顯著降低使酶促反應(yīng)最后表現(xiàn)出顯的抑可以進(jìn)入并結(jié)合到酶的活性中心,又可以結(jié)合到酶分子其他部位上,制效果,為非競(jìng)爭(zhēng)性和競(jìng)爭(zhēng)性的混合抑制作用。改變酶分子的構(gòu)象,使得ESI三元復(fù)合物不能分解出產(chǎn)物。同時(shí)乙腩2.4光譜分析對(duì)a-淀粉酶構(gòu)象的改變也體現(xiàn)在最大反映速度的降低上。a-淀粉酶-淀粉酶經(jīng)乙作用后的紫外光譜和熒光發(fā)射光譜見圖5和圖能產(chǎn)生紫外吸收和熒光,主要原因是Tp和Tr殘基的存在分析1a%6從圖5可以看出a-淀粉酶經(jīng)1%和6%乙處理后,其紫外吸收光和6%濃度處理下的紫外吸收光譜,可知乙腈的加入使原來埋藏在分在峰型與緩沖液中酶本一致。279mm處的吸光值隨乙濃度的增子內(nèi)部的T暴露于酶分子表面,酶分子的部分殘基與乙形成氫加而上升,229m處的吸光值隨乙濃度的增加先降低后升高。說明鍵,而酶分子本身氨基酸之間的氫鍵相應(yīng)減少因此1%和6%乙腈溶酶分子在極低濃度乙中構(gòu)型上沒有發(fā)生改變,隨著乙睛濃度增加,液中酶在279nm處的吸收值都有所增加。熒光光譜也示了酶在不酶分子構(gòu)型發(fā)生輕度的變化。從圖6中可以看出,1%、10%、20%乙腈同濃度乙腈溶液中的構(gòu)象變化。經(jīng)過10%和20%乙腈處理后,熒光發(fā)中發(fā)射峰分別紅移了2nm、7nm、7nm。各個(gè)濃度乙中酶的熒光強(qiáng)度射峰位置向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)了3nm,這可能與分子表面的Tp殘基暴都比緩沖液中酶低隨著乙腈濃度的增加熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)先降后升的露于比緩沖液極性小的溶劑中有關(guān)。熒光強(qiáng)度的降低可能是因?yàn)橐译孚厔?shì)。Abs與酶分子表面的Tyr殘基形成氫鍵的緣故但是20%乙腈溶液中酶的熒光強(qiáng)度又比10%的處理高,可能是因?yàn)殡逆溄Y(jié)構(gòu)變得更加松散,較多的Tp殘基暴露于極性環(huán)境中,改變了Tyr和Trp殘基的微環(huán)境,破壞了原先殘基之間的氫鍵,使處于猝滅狀態(tài)的Ty熒光恢復(fù)。在乙2溶液中,酶活力的喪失速度大于構(gòu)象變化速度,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是乙首先破壞的是酶活性中心的空間構(gòu)象或者必須氨基酸的微環(huán)境而整個(gè)酶分子的空間構(gòu)象尚未發(fā)生明顯變化,這與a-淀粉酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的領(lǐng)域構(gòu)成的特點(diǎn)有關(guān)科5乙中a淀圖6乙中a-淀粉酶的紫外吸收光譜參考文獻(xiàn)】粉酶的紫外差示光譜1]白坤于德貴,周冬穎a-淀酶的性質(zhì)及其液化作用中國(guó)釀1995.573討論10.涌明五種淀粉酶測(cè)活方法的比較研究微生物學(xué)報(bào)在2]史水昶,姜涌明五種a-淀粉酶測(cè)活方法的比較研究微生物學(xué)通報(bào)從酶促反應(yīng)環(huán)境動(dòng)力學(xué)和光分析三個(gè)方面進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)在97-3有機(jī)溶劑中,a-淀粉酶活性降低是由于三級(jí)結(jié)構(gòu)從緊密向松散狀態(tài)【3]史永明吳燕一些理化因子對(duì)a淀粉酶構(gòu)象與活力的影響生物的變化。a-淀粉酶是一種水溶性酶,從其一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)可知,化19905-209米15分布在活性中心的多為帶電的酸性酸活快心用生在純水溶液中,帶電基團(tuán)與極性基團(tuán)一般分布在酶表面,非極性硫水[5]松井都夫a-淀粉酶的活性中心日本農(nóng)藝化學(xué)會(huì)志1998869):1037-基團(tuán)包于內(nèi)部。體系中的水分子與酶分子之間形成分子間氫鍵維1040.持a-淀粉酶在純水溶液中具有一定構(gòu)象的三級(jí)結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)是酶[6羅貴民酶工程[M北京:化學(xué)工業(yè)出版社200320. of suspensions of發(fā)揮催化功能所必需的狀態(tài)(,1997)。當(dāng)在純水體系中加入了7Saraiva Oliveirn HendrickxThermal inactivation kin Bacillus amyloliquefaciens a-Amylase in hydrophobic organic solvents極性比水低的乙腈后,體系的極性會(huì)降低,非極性基團(tuán)翻出到表面,而--35且乙睛的加入會(huì)減少與酶分子形成分子間氫鍵的水分子,從而導(dǎo)致Klibanov97.Why are enaymes less active in organie solvents than in構(gòu)象的改變或者活性中心數(shù)量的變化,使酶活力降低(羅貴民2003) water Trends Biotechnol-而且在酶促反應(yīng)過程中,水分子是作為質(zhì)子供體直接參與的,乙Zaks KlibanovEnuymatic catalysis in organic media at00加入必然會(huì)導(dǎo)致參與酶促反應(yīng)的水分子減少。這種抑制作用隨著乙 Science1942):291251濃度的增加而愈加明顯。從動(dòng)力學(xué)的角度進(jìn)行分析,在10%和20%濃度處理中的K值比緩沖液中酶都低,但隨著乙腈濃度的增加,K值作者簡(jiǎn)介:王,女,項(xiàng)士,2007年業(yè)于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)與分子生是增大的,估計(jì)是因?yàn)橐业拇嬖谠黾恿嗣阜肿拥娜嵝约哟罅嗣概c物學(xué)專業(yè),蛋白質(zhì)方向現(xiàn)在廣東茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電化工系工作主越大,使結(jié)合位點(diǎn)向不利于與底物結(jié)合的構(gòu)象改變,酶分子與底物的現(xiàn)在廣東廣州華南農(nóng)業(yè)大手工作親和力下降。底物淀粉和乙可同時(shí)與a-淀粉酶結(jié)合,兩者之間沒有競(jìng)爭(zhēng)作用,但由于乙和酶的結(jié)合,使得底物的解離常數(shù)降低,淀粉和責(zé)任編輯:張艷芳]上接第41頁(yè))的冰點(diǎn)才可低于-17℃,故應(yīng)選擇的乙醇水溶液濃度應(yīng)濃度的乙醇水溶液作為冷媒是完全可行的,尤其在乙醇工業(yè)生產(chǎn)中更大于30%(V由圖2可知:乙醇水溶液的比熱在其濃度小于40%以下比熱具有極其廣闊的應(yīng)前景均在kgk以上,放應(yīng)選40下的乙水溶液作冷(章克昌參考文獻(xiàn)】40%()其度達(dá)到峰值,其后粘度逐漸下降,故在選擇乙醇的,在昌編酒精工業(yè)92杜出版作者簡(jiǎn)介:畢永偉男,35歲,中共黨頁(yè),1995年業(yè)于華中科技大學(xué)動(dòng)力由圖4可知:同一濃度乙醇水溶液的粘度隨溫度的降低而增大,系后進(jìn)入河南天企業(yè)集團(tuán)二氧化廠工作至今,現(xiàn)任廠長(zhǎng)職務(wù)故在實(shí)際操作中,在滿足工藝要求情況下,盡可能將冷媒溫度制在保明:.33歲,中共員1997年業(yè)于華中科技大學(xué)動(dòng)力系,業(yè)后較高溫度,以降低冷媒的粘度,節(jié)約節(jié)約能耗。進(jìn)入河天冠企業(yè)集團(tuán)二氧化碳廠工作至今,現(xiàn)任技設(shè)科長(zhǎng)職務(wù)。綜合圖1、圖2及圖3可知:我們選擇的乙醇水溶液的濃度應(yīng)在劉權(quán)衛(wèi):男,25歲2005年畢業(yè)于河南極工業(yè)學(xué)院機(jī)電系,現(xiàn)任河南天30-40%()之間機(jī)組的蒸發(fā)壓力(絕對(duì)壓力)應(yīng)在0.236-.217mp之業(yè)集團(tuán)二氧化廠技術(shù)間。3結(jié)論[責(zé)任編輯:韓銘】通過以上分析可知,對(duì)于溫度要求在-25℃以上的冷媒,選用合適