乙醇-水兩組分體系在生物質(zhì)上的氣相吸附過(guò)程研究.pdf

1、具有較高乙醇濃度的乙醇/水混合物存在共沸組成,因此基于精餾的乙醇.水的分離及脫水在乙醇工業(yè)生產(chǎn)的能耗中占有很大的比例.在生物質(zhì)發(fā)酵法制乙醇過(guò)程中,若將作為發(fā)酵原料的生物質(zhì)用作吸附劑進(jìn)行選擇性氣相吸附脫水制無(wú)水乙醇,由于吸附劑再生溫度低,或可直接用于發(fā)酵原料不必再生,因而有可能大幅度降低能耗,這對(duì)于降低乙醇生產(chǎn)成本,特別是對(duì)燃料乙醇的生產(chǎn)具有重要的意義和價(jià)值. 本論文對(duì)乙醇/水兩組分體系在生物質(zhì)上的氣相吸附過(guò)程進(jìn)行研究.設(shè)計(jì)了小試

2、規(guī)模的固定床恒溫吸附塔,塔內(nèi)徑為25mm,有效裝填高度為900mm.考慮到我國(guó)有豐富的淀粉質(zhì)生物質(zhì)資源,以淀粉質(zhì)原料發(fā)酵制乙醇具有十分良好的前景,本研究主要以玉米粉為吸附劑進(jìn)行研究,同時(shí)也研究了稻谷粉的吸附性能,以進(jìn)行比較.實(shí)驗(yàn)測(cè)量了在乙醇/水體系中水在玉米粉上的吸附等溫線和乙醇的擬平衡吸附等溫線；測(cè)量了不同氣速、不同溫度、不同進(jìn)料濃度條件下玉米粉和稻谷粉的平衡吸附選擇性,測(cè)量了不同氣速下透過(guò)點(diǎn)處玉米粉的動(dòng)力學(xué)吸附選擇性；測(cè)量了不同氣速

3、、不同溫度、不同床層高度、不同進(jìn)料濃度條件下玉米粉和稻谷粉的吸附透過(guò)曲線(以99.5wt﹪乙醇濃度為透過(guò)點(diǎn))、不同床層位置的吸附和脫附溫度曲線、壓降曲線以及吸附劑的生產(chǎn)能力.對(duì)不同條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較,得到了操作條件對(duì)生物質(zhì)吸附性能影響的一些基本規(guī)律.乙醇的擬吸附平衡定義為:在同一吸附劑上水達(dá)到平衡條件下乙醇的吸附量.利用吸附勢(shì)理論、線性等溫線模型、Sircar模型和GAB模型對(duì)水在玉米粉上的吸附等溫線進(jìn)行了擬合,模型預(yù)測(cè)效果

4、都很好；利用BET模型給出了水和乙醇分別在玉米粉上的吸附比表面積；基于淀粉葡萄糖單元上的羥基吸附位,對(duì)水和乙醇在生物質(zhì)上的吸附進(jìn)行了分析；利用傳質(zhì)區(qū)模型對(duì)不同條件下的透過(guò)曲線進(jìn)行分析,給出非利用區(qū)長(zhǎng)度(LUB)和床層利用率以用于工業(yè)放大；利用Klinkenberg模型對(duì)不同條件下的透過(guò)曲線進(jìn)行分析,預(yù)測(cè)出玉米粉和稻谷粉吸附過(guò)程的總傳質(zhì)系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù),利用回歸得到的總傳質(zhì)系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)可預(yù)測(cè)其他條件下的透過(guò)曲線. 論文得出

5、的結(jié)論是:105℃對(duì)流烘干8小時(shí)的玉米粉和稻谷粉氣相吸附過(guò)程均能得到99.5wtt﹪乙醇產(chǎn)品:因?yàn)樯镔|(zhì)能夠選擇性吸附水的機(jī)理是水與淀粉上的羥基作用力較乙醇強(qiáng),又由于稻谷粉和玉米粉的主要成分都是淀粉,因此可以推斷稻谷粉與玉米粉的吸附特性相似.若定義99.5wt﹪乙醇濃度為透過(guò)點(diǎn),在91℃和氣相進(jìn)料乙醇濃度為93.8wt﹪下,稻谷粉和玉米粉的吸附生產(chǎn)能力約為0.3g乙醇/g吸附劑,在透過(guò)點(diǎn)處水的吸附量約為0.0198g水/g吸附劑；相同烘