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化學(xué)畢業(yè)論文

乙醇工藝化學(xué)工程論文

時(shí)間:2022-10-08 17:47:08 化學(xué)畢業(yè)論文 我要投稿

關(guān)于乙醇工藝化學(xué)工程論文

  1、發(fā)酵工程的分析

關(guān)于乙醇工藝化學(xué)工程論文

  所謂多場(chǎng)分布,就是指發(fā)酵生物反應(yīng)器中受到的多種物理因素影響,導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)、產(chǎn)物等在濃度和溫度上發(fā)生改變,從而對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生極大的影響,這些物理因素即為溫度分布、速度分布和濃度分布。以發(fā)酵液中的反應(yīng)為例,其反應(yīng)的最終結(jié)果都與這些多場(chǎng)分布因素有關(guān),如氧的傳質(zhì)速率、菌絲團(tuán)以及菌體的內(nèi)反應(yīng)組分傳質(zhì),還有固定化酶等等,都是主要的影響因素。在很多情況下,這些影響因素在影響反應(yīng)過(guò)程的同時(shí),還會(huì)起到主導(dǎo)反應(yīng)的作用,即為發(fā)酵罐內(nèi)反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)。所以,在發(fā)酵罐中的各項(xiàng)反應(yīng)中,傳遞特性的作用十分關(guān)鍵,它的研究對(duì)于發(fā)酵罐內(nèi)化學(xué)工程的研究來(lái)說(shuō)具有良好的現(xiàn)實(shí)意義,并且為以后的發(fā)酵過(guò)程控制理論的完善奠定了基礎(chǔ)。

  2、乙醇提純工藝中所涉及的化學(xué)工程問(wèn)題

  乙醇提純的主要工藝方法在進(jìn)行乙醇的發(fā)酵工藝時(shí),水是反應(yīng)中必須要產(chǎn)生的物質(zhì)之一,于是乙醇的提純工藝就落到了水與乙醇的分離工藝上。基于化學(xué)原理上分析,這種提純工藝可以采用精餾法,可以采用吸附法、共沸精餾、萃取精餾,也可以采用滲透氣化膜分離法等等。一般來(lái)說(shuō),乙醇在發(fā)酵液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%到12%之間,但是工業(yè)用乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻在90%以上,那么這就給乙醇的提純工藝提出了一定的挑戰(zhàn),采用傳統(tǒng)的精餾方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)的要求。

  由此,可以將發(fā)酵液中的乙醇混合物分兩步進(jìn)行提純,首先,利用普通的精餾提純方法得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92、4%的乙醇,然后再利用萃取、共沸、吸附等精餾方法得到高純度的工業(yè)乙醇。精餾這種乙醇提純方法已經(jīng)發(fā)展多年,其工藝與流程也比較成熟,然而在這種精餾過(guò)程中由于產(chǎn)生很高的熱量,造成的能耗很高,并且在此過(guò)程中對(duì)于回流的要求也越來(lái)越高,大大增加了精餾成本。綜上,在傳統(tǒng)的乙醇提純工藝上還具有很大的發(fā)展與創(chuàng)新空間,可以從設(shè)備配置、生產(chǎn)效率以及工程理論上進(jìn)一步研究,得出更適合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的有效方法。

  目前,這種工藝方法已經(jīng)有所突破,如分類(lèi)與反應(yīng)過(guò)程耦合的方法,就是創(chuàng)新的代表。在燃料乙醇方面,乙醇的純化可以采用的方法為多塔精餾,同時(shí)結(jié)合向乙醇混合液中增加原有體系分離因子的萃取精餾等,也可以利用膜蒸發(fā)分離的辦法,其優(yōu)點(diǎn)是降低能耗,避免污染環(huán)境。此外,吸附的辦法在燃料乙醇純化工藝中還沒(méi)有很成熟的使用,需要進(jìn)一步的探討。現(xiàn)階段,燃料乙醇生產(chǎn)工藝的研究,主要集中于單一操作過(guò)程,如吸附脫水共沸物、滲透蒸發(fā)、萃取精餾等,將這些單一過(guò)程組合研究的文章不多。實(shí)際的燃料乙醇純化研究中,計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用開(kāi)始不斷增多,它在進(jìn)行不同單元組合的反應(yīng)規(guī)律研究上十分有利。

  此外人工智能方面在乙醇純化工程模擬中也有很多的應(yīng)用,對(duì)于條件限定后的每個(gè)單元操作以及分離流程耦合的篩選等都是工程模擬中的主要內(nèi)容。由此可見(jiàn),流程組合的研究已經(jīng)上升到計(jì)算機(jī)時(shí)代,不再需要傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行流程與工藝的確定了。

  3、生物發(fā)酵反應(yīng)與分離耦合反應(yīng)

  就目前的燃料乙醇工藝研究而言,主要為基礎(chǔ)研究工作,如過(guò)程放大、生物反應(yīng)與分析過(guò)程耦合、流程創(chuàng)新、工藝流程創(chuàng)新等。生物發(fā)酵反應(yīng)與分離耦合。不是兩者的簡(jiǎn)單結(jié)合,而是一種流程耦合,屬于一種創(chuàng)新的技術(shù)和理論。如果化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后就可以直接得到產(chǎn)品,那么反應(yīng)過(guò)程就是相應(yīng)的過(guò)程,而在工程上所說(shuō)的反應(yīng)過(guò)程則是綜合性的過(guò)程,包括方法、設(shè)備以及問(wèn)題處理的過(guò)程。這其中形成了分離工程,利用能量與物質(zhì)的傳遞、化學(xué)反應(yīng)以及流體力學(xué)等相關(guān)知識(shí),由此說(shuō)明耦合問(wèn)題可以進(jìn)行,并且能夠完成相關(guān)問(wèn)題的解決,并且可以將生物發(fā)酵看作是耦合過(guò)程,用于提高發(fā)酵與分離效率,這種方法大大促進(jìn)了燃料乙醇工藝的發(fā)展。它利用了工藝改善,采用了創(chuàng)新的方法,實(shí)現(xiàn)了工藝過(guò)程最優(yōu)化,這是化學(xué)工程發(fā)展的最新契機(jī),多場(chǎng)耦合的研究意義重大,為未來(lái)的發(fā)展與進(jìn)步指明了方向。

  4、結(jié)語(yǔ)

  燃料乙醇過(guò)程的進(jìn)展取決于多種因素,其中最為重要的因素之一就是在此過(guò)程中存在的流體流動(dòng)、質(zhì)量傳遞、發(fā)酵生物化學(xué)反應(yīng)以及熱量傳遞等。發(fā)酵工程的未來(lái)研究方向,應(yīng)該從傳統(tǒng)的工藝本身研究抽身而出,致力于同步糖化發(fā)酵背后的一些工程問(wèn)題,并且開(kāi)始采用創(chuàng)新的多尺度問(wèn)題研究方式,同時(shí)結(jié)合人工智能、新型分離發(fā)酵裝置等,利用多場(chǎng)耦合,開(kāi)辟燃料乙醇領(lǐng)域進(jìn)展的新篇章。與此同時(shí),在未來(lái)的化學(xué)工程學(xué)理論研究上,也應(yīng)該加大對(duì)生物反應(yīng)工程、流程創(chuàng)新以及工程放大的理論研究,將經(jīng)驗(yàn)上升為理論。

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