纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇中高濃度纖維素糖化液納濾膜分離研究.pdf

1、隨著能源的枯竭,新能源的開(kāi)發(fā)已成為社會(huì)熱點(diǎn)。其中纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇因?yàn)槠湓牧县S富和持續(xù)可再生而倍受重視。但其經(jīng)濟(jì)性特別是能耗問(wèn)題是該過(guò)程工業(yè)化的關(guān)鍵。酶水解法纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇是已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的技術(shù)路線之一,由酶水解法的特性所決定,其中各轉(zhuǎn)化單元都在水溶液中進(jìn)行,因此實(shí)現(xiàn)低能耗濃縮糖化液對(duì)酶水解法纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇的經(jīng)濟(jì)性意義重大,而膜分離是最為合適的工藝之一。本文圍繞膜分離方法濃縮糖化液過(guò)程,利用商業(yè)卷式

2、納濾膜組件研究了高濃度糖溶液納濾分離過(guò)程,并進(jìn)行模型構(gòu)建和理論分析,為提高酶水解法纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)燃料乙醇的經(jīng)濟(jì)性提供技術(shù)支持,為高濃度溶質(zhì)水溶液膜分離效率的預(yù)測(cè)以及膜分離過(guò)程的優(yōu)化提供指導(dǎo)。
　　 本論文工作首先以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.11～0.98 mol/L的葡萄糖溶液為模型溶液,探索了高濃度葡萄糖溶液納濾分離工藝。研究了操作壓力、操作溫度以及料液濃度三個(gè)主要操作條件對(duì)納濾分離效率的影響。研究結(jié)果表明在較低濃度下,滲透通量受操

3、作壓力影響較大,截留率受操作壓力影響較小;而在較高濃度下,結(jié)果剛好相反。隨著溫度的升高,壓力增大可以加快滲透通量的增加速率,可以降低截留率的下降速率;濃度增大將降低滲透通量的增加速率,同時(shí)將加快截留率的降低速率。
　　 第二,在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上具體分析了料液濃度對(duì)滲透通量的影響,并對(duì)電中性溶液的納濾分離過(guò)程進(jìn)行建模和模擬分析。研究結(jié)果表明,在較高的料液濃度下,溶劑的滲透通量與外加壓力并不是傳統(tǒng)的線性關(guān)系,根據(jù)大量數(shù)據(jù)擬合,可

4、得到溶劑的滲透通量與外加壓力呈冪函數(shù)關(guān)系。從而建立了高濃度電中性溶液納濾分離過(guò)程中料液濃度對(duì)滲透通量影響的經(jīng)驗(yàn)方程,以此可以預(yù)測(cè)一定的操作條件下該濃度范圍內(nèi)任何濃度下的滲透通量。
　　 第三,理論研究認(rèn)為電中性溶液的納濾分離機(jī)理為篩分效應(yīng),所以學(xué)者們主要研究溶質(zhì)分子直徑與膜孔徑的大小關(guān)系對(duì)其納濾分離效果的影響,而料液濃度對(duì)其納濾分離過(guò)程的影響并沒(méi)有深入的研究。本文利用濃差極化模型分析各濃度下滲透通量實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到濃差極化阻力與料

5、液濃度的函數(shù)關(guān)系。結(jié)合薄膜理論與溶解擴(kuò)散模型,利用圖解法分析各濃度下截留率與滲透通量的關(guān)系,得到質(zhì)量傳遞系數(shù)與料液濃度的函數(shù)關(guān)系。
　　 結(jié)合濃差極化模型和薄膜理論與溶解擴(kuò)散的結(jié)合模型,利用濃度與濃差極化阻力和質(zhì)量傳遞系數(shù)的函數(shù)關(guān)系,由此我們可以預(yù)測(cè)在一定操作條件下,高濃度電中性溶液納濾過(guò)程的滲透通量和表觀截留率。
　　 最后分析了操作條件對(duì)納濾分離過(guò)程能耗利用效率的影響。操作壓力的增大有利于能量利用效率的提高和單位產(chǎn)水