燃料乙醇工藝的化學工程分析
乙醇在發酵過程中其發酵過程與早期乙醇的發酵過程有較多的相同點，下面是小編搜集整理的一篇探究燃料乙醇工藝化學工程的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘要】乙醇是有多種用途的有機物，在飲料、香精以及醫療上均有應用，伴隨著世界范圍內能源危機以及新能源的探索開發，乙醇以其成本低、環保等優點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于燃料乙醇的化學工程問題，在具體的分析中首先對燃料乙醇在發酵過程中的化學工程進行分析，其次對燃料乙醇在提純過程中的化學工程進行分析，最后闡述了燃料乙醇發酵與分類中的化學工程。
【關鍵詞】燃料乙醇;化學工程;探究分析
乙醇作為一種燃料，不管是在生產過程中還是在燃燒過程中均不會產生污染物，屬于一種清潔能源。早期的乙醇主要是通過淀粉、纖維素等經過長時間的發酵而來，然而燃料酒精由于其需求大，在生產過程中需要大規模的生產，在生產中涉及到一定的化學工程，了解這些化學工程是燃料乙醇生產的關鍵，同時也是該調整我國能源結構的重點。本文主要就燃料乙醇工藝的化學工程問題分析如下：
一、燃料乙醇發酵分析
1、燃料乙醇發酵的多尺度
燃料遺傳在發酵過程中涉及到的工程領域較多，其中包括微生物工程、化學工程以及生物化學工程等，因此在實際的發酵過程中化學反應相對復雜，正是由于其發酵過程中的復雜性，在研究中僅僅從單一的角度去研究與實際要求不符，因此在生產過程中應該注重多尺度問題，也就是說從多個角度對燃料乙醇的發酵過程進行分析，這樣才能更加全面的將乙醇復雜的發酵過程顯現出來，因此對于燃料酒精發酵的研究應該涉及到生物學以及化學兩個重要方面，這樣的研究才更加符合實際研究需要。
2、發酵中的動力學與放大
乙醇在發酵前期需要進行相關的準備工作，其中主要與偶乙醇原料的液化以及糖化等，然后在乙醇發酵過程中應該做好相關特性的控制，也就是動力學問題，動力學是乙醇發酵是否可以順利發酵的基礎，其中涉及到兩個方面的問題，一個是本征動力學，也就是從早期的原料到發酵微生物固有速率的問題，另外一個就是宏觀動力學，這個具體的就是在發酵階段乙醇的能量傳遞情況，現階段對動力學研究應用主要模型是酶催化反應。
3、發酵中的發酵罐多場
在遺傳發酵過程中需要一定的設備，發酵罐就是主要設備，由于乙醇發酵的復雜性，同時在發酵中還會受到外界環境溫度、濕度等各方面因素的影響。這些因素的影響會造成發酵速度緩慢，影響發酵進程，也就是溢出發酵進程的不同在發酵罐內形成了不同的反應場，不同的反應場對于發酵罐正常的發酵造成影響，最終發酵質量也會造成影響，不過這種發酵場也有有利的一面，那就是工作人員可以在發酵中采取措施進行干預，使發酵質量向更高的程度靠近。
二、燃料乙醇提純分析
乙醇在經過發酵后在發酵液中實際含有的乙醇含量非常低，據有關資料顯示，這種含量通常只能達到5.0%―12.0%，這種低含量的乙醇基本不能滿足燃料的需求，所以在發酵結束后通常還需要進行提純，當然提純也是乙醇生產中必不可少的，對于乙醇提純的技術方法較多，應用較為廣泛的主要是蒸餾技術，蒸餾提純乙醇主要是將乙醇中大量的水分排出，當然在具體的提純中需要多次提純才能保證乙醇的含量，不過乙醇通過蒸餾能達到的最大含量約為90.0%，因此想要進一步提出就需要采用其它的提純方法。在實際對乙醇的提純中通常是先通過蒸餾的方法將乙醇提純到一定程度，在達到一定含量后可繼續使用萃取、吸附等提純方法進一步提升乙醇的含量，最終達到工業乙醇要求或者實際需要的濃度[1]。
三、發酵與分離的耦合
乙醇在發酵過程中其發酵過程與早期乙醇的發酵過程有較多的相同點，因此其工藝研究內容也是一些基礎性的東西。在發酵反應和分離過程中進行的耦合同樣是一個復雜過程，因此在技術水平以及操作水平上都應該有嚴格的要求。
如果通過直接的化學反應就可以得到最終的成品，那么這個過程就是一個簡單的反應過程，而在這個反應過程中采用的干預措施、采用的設備等就屬于反應工程，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清除，在這個過程中采用的`試劑、設備以及提純中遇到的實際問題均屬于分離工程。因此乙醇發酵與乙醇分離的耦合在理論上是可行的，當然通過實驗證明在實踐操作中也是可行的。在這方面也有較多的報道，比如有學者將液體的萃取以及發酵過程結合到了一起，在進行連續發酵過程中將油烯基乙醇作為萃取劑，最終結果表明通過這種方法提取的乙醇質量相對于早期的提純明顯提高。也就是說將生物發酵技術可以簡單地看成是反應與分離技術的耦合，這樣在工業乙醇生產過程中可大大的提高分離效率，促進乙醇含量的提升，當然對于大范圍的推廣乙醇生產具有重要意義。在乙醇發酵中可以將反應工程學的原理以及分離學工程理論結合起來，然后研究整個耦合過程，這樣的研究對于推動整個燃料乙醇的工業生產起著關鍵性作用，不過當前大多數學者的報道中報道的內容更多的傾向于工藝條件、生物萃取劑以及膜材料等，但是涉及到多場耦合、傳遞特性等化學工程的研究卻很少，這些在一定程度上抑制了燃料乙醇的工藝生產[2]。
在未來乙醇生產中新型發酵設備以及分離設備都需要多場耦合的指導，當然在后期的乙醇發酵中將會實現反應、分離以及其其它多種分離技術設備的耦合，也就是說通過一個連續的設備可實現乙醇發酵到成品，這樣的設備不僅提高了生產效率，同時乙醇的質量也會得到明顯提高。當然這種設備同樣的可加快燃料乙醇作為新型能源的步伐。
結束語
燃料乙醇生產中過多的涉及到流體流動、熱量傳遞以及發酵生化反應等，這個過程是一個復雜的過程，同時也涉及到多學科，因此在燃燒乙醇工藝的化學工程分析中應該從多個角度對其進行研究，在后期較長時間內的研究目標應該集中在生物發酵反應與提純分離過程的耦合，這樣的研究可以推進乙醇工藝生產的發展，有利于盡早的調整我國能源結構，實現環保綠色可持續發展。
參考文獻
[1]李揚，曾健，王科，等.醋酸酯化合成乙醇工藝及經濟性分析[J].精細化工原料及中間體，2011(11).
[2]陳葉濤.關于燃燒乙醇工藝的化學工程分析[J].科技風，2014(20).
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