燃料乙醇工藝的化學(xué)工程分析

楊慧博

摘 要：近些年來(lái)，我國(guó)科技水平有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步，在先進(jìn)技術(shù)的幫助下乙醇工藝逐漸升級(jí)，這樣既與新能源材料的應(yīng)用需求相符合，也可以很好的保護(hù)環(huán)境。但是乙醇在制備過(guò)程中，因?yàn)樾枨罅枯^大，所以在制備過(guò)程中會(huì)使用化學(xué)工程，那么作為工作人員必須熟練掌握化工工程的內(nèi)容和操作工序，對(duì)重點(diǎn)進(jìn)行明確，從而就能保證燃料乙醇制備的有效性。

關(guān)鍵詞：燃料乙醇;工藝;化學(xué)工程

1 燃料乙醇發(fā)酵分析

1.1 燃料乙醇發(fā)酵的多尺度

乙醇在發(fā)酵的時(shí)候會(huì)牽涉到很多工程行業(yè)，例如：微生物、化學(xué)及生物化工等工程，所以在具體的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，化學(xué)反應(yīng)具備復(fù)雜性的特征，就是因?yàn)槠鋸?fù)雜性，所以在開(kāi)展研究工作時(shí)只從一個(gè)角度進(jìn)行研究是不符合要求的，因此必須高度重視多尺度問(wèn)題，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是要從很多個(gè)角度出發(fā)對(duì)燃料乙醇發(fā)酵的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析，從而就可以全方位使乙醇復(fù)雜性的特征凸顯出來(lái)，所以在進(jìn)行燃料乙醇發(fā)酵的時(shí)候要對(duì)生物和化學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行高度重視，從而確保研究情況與實(shí)際需求相符合。

1.2 發(fā)酵中的動(dòng)力學(xué)與放大

在發(fā)酵的準(zhǔn)備階段，乙醇要做好一系列的準(zhǔn)備工作，包括原材料的液化和糖化等，之后乙醇在發(fā)酵的時(shí)候還要控制好相關(guān)特性，即動(dòng)力學(xué)方面的問(wèn)題，動(dòng)力學(xué)是發(fā)酵的基礎(chǔ)前提，包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，第一本征動(dòng)力學(xué)，就是原材料到生物發(fā)酵規(guī)定的速度效率，第二是宏觀的動(dòng)力學(xué)，就是在進(jìn)行發(fā)酵工作開(kāi)展的過(guò)程中乙醇能量傳遞的具體現(xiàn)狀，目前酶催化反應(yīng)是進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究和應(yīng)用的重要模型。

1.3 發(fā)酵罐反應(yīng)場(chǎng)的影響

乙醇發(fā)酵工作的實(shí)施是要通過(guò)設(shè)備完善的，其中發(fā)酵罐是主要的設(shè)備，因?yàn)橐掖荚诎l(fā)酵途中特性是非常復(fù)雜的并且容易受到外部環(huán)境溫度和濕度等影響，這些因素會(huì)促使發(fā)酵速度非常緩慢，嚴(yán)重影響發(fā)酵進(jìn)程，這樣發(fā)酵罐內(nèi)部形成的反應(yīng)場(chǎng)也有很大區(qū)別，而不同的反應(yīng)場(chǎng)對(duì)是否發(fā)酵正常有著直接影響，進(jìn)而影響發(fā)酵質(zhì)量。此外發(fā)酵場(chǎng)也有好的一面，工作人員在發(fā)酵環(huán)節(jié)可以采取相應(yīng)的干預(yù)措施，促使發(fā)酵質(zhì)量更高。

2 燃料乙醇提純分析

關(guān)于乙醇，其在發(fā)酵之后發(fā)酵液體中的乙醇含量是十分低的，根據(jù)相關(guān)資料顯示，一般該含量值在5.0%―12.0%之間，這樣就不能滿(mǎn)足燃燒的基本要求和需要，因此在發(fā)酵工作完工之后要提取純度，該環(huán)節(jié)在乙醇生產(chǎn)過(guò)程中是一個(gè)不可缺少的部分。同時(shí)進(jìn)行乙醇純度提取的方法有很多種，其中蒸餾技術(shù)應(yīng)用非常廣泛和普遍，該方法就是把乙醇中的水分大量的排出來(lái)，在實(shí)際的純度提取中重復(fù)提取就可以保證乙醇含量，其中采用蒸餾技術(shù)進(jìn)行乙醇含量的最大值為90.0%。因此要想確保純度更高就應(yīng)該采用其他方法進(jìn)行提純，通?？梢韵炔捎谜麴s技術(shù)將純度提取到一定程度，然后再使用萃取和吸附等方式對(duì)乙醇含量進(jìn)行進(jìn)一步提高，從而促使其達(dá)到工業(yè)乙醇的要求，或者具體的濃度要求。

3 燃料乙醇發(fā)酵與分離的耦合

乙醇在進(jìn)行發(fā)酵的時(shí)候，工藝研究?jī)?nèi)容也是基礎(chǔ)前提，可是其在發(fā)酵反應(yīng)和分離過(guò)程中進(jìn)行的耦合是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，因此對(duì)技術(shù)和操作水平有非常嚴(yán)格的要求。

如果在具體的工作開(kāi)展中要想直接進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)得到產(chǎn)品，這樣該過(guò)程就非常簡(jiǎn)單，其中在這一化學(xué)反應(yīng)中采取相應(yīng)的干預(yù)措施和使用設(shè)備就是反應(yīng)工程，在提取乙醇純度時(shí)可以采取一些方法就乙醇中不適用的水分和雜質(zhì)清理干凈，在此環(huán)節(jié)采用的試劑、設(shè)備和純度提取中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題就是分離工程，所以從理論上分析，乙醇在發(fā)酵和分離上進(jìn)行耦合是切實(shí)可行的，該方面也有很多報(bào)道，例如：有學(xué)者把液體萃取和發(fā)酵過(guò)程兩者相互結(jié)合在一起，其中在連續(xù)發(fā)酵中使用油烯基乙醇來(lái)替代萃取劑，這樣最后的結(jié)果就可以使用這種方法來(lái)進(jìn)行純度提取，確保乙醇質(zhì)量得到大幅度提高，換句話(huà)說(shuō)就是生物發(fā)酵技術(shù)是反應(yīng)與分離兩種技術(shù)的耦合，這樣既促使工業(yè)乙醇在生產(chǎn)的過(guò)程中分離效率有很大程度提高，促使乙醇含量得到大幅度提升，該工藝可以在大范圍內(nèi)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。做好這些工作之后還應(yīng)該對(duì)這個(gè)耦合過(guò)程進(jìn)行研究，就能促使燃料乙醇的整個(gè)過(guò)程對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的作用?？墒悄壳昂芏鄨?bào)道都更加偏于工藝條件、生物萃取劑以及膜材料等，可是有多場(chǎng)耦合、傳遞等特性的研究卻非常少，這樣就促使燃料乙醇的工藝生產(chǎn)受到很大的約束。因此在今后的乙醇生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該采用更加先進(jìn)的發(fā)酵設(shè)備和分離設(shè)備進(jìn)行多場(chǎng)耦合進(jìn)行指導(dǎo)，在后期的乙醇發(fā)酵過(guò)程中也會(huì)更好的實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、分離和其他很多種分離技術(shù)設(shè)備的耦合，換句話(huà)說(shuō)就是采用具有連續(xù)特性的設(shè)備對(duì)乙醇發(fā)酵一直到成品進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這樣既大幅度提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，也提高了乙醇質(zhì)量。此外該設(shè)備可以很大程度加快燃料乙醇發(fā)展進(jìn)度，促使其成為新型能源。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在生產(chǎn)乙醇燃料的時(shí)候，包含流體流動(dòng)、生物和化學(xué)發(fā)酵等，其是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，還涉及很多個(gè)學(xué)科，所以在對(duì)乙醇工藝的化學(xué)工程進(jìn)行分析的過(guò)程中，要從多方面進(jìn)行考慮，將生物發(fā)酵反應(yīng)、純度提取分離整體過(guò)程的耦合作為主要的研究目標(biāo)，從而就能確保乙醇生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步發(fā)展，也可以對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行盡快調(diào)整，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

[1]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）：677.