论文部分内容阅读
随着化石能源日趋短缺和空气污染日益严重,燃料乙醇作为一种可再生的洁净能源成为各国的研究热点,我国已将发展燃料乙醇列入了“十五发展计划”。而生产燃料乙醇,尤其是车用燃料乙醇,要求以无水乙醇为原料。因此,开展无水乙醇生产技术研究,将低浓度乙醇中的水分分离出去,是燃料乙醇生产的关键技术之一。由于常压下乙醇-水体系存在共沸组成,因此在制备无水乙醇的过程中,乙醇和水的分离能耗在整个生产能耗中占很大的比例。利用生物质发酵原料作为吸附剂,通过气相吸附乙醇-水体系中的水来制备无水乙醇,吸附剂失效后无需再生可直接作为发酵原料,能够降低生产成本,节约能耗。本试验利用反气相色谱法研究了甘薯粉对乙醇和水的吸附性能;通过工艺优化以甘薯粉为原料制备颗粒状甘薯粉吸附剂,然后利用固定床装置测试制备的颗粒状甘薯粉吸附剂的透过曲线和生产能力,并利用扫描电镜对该吸附剂在吸附前后进行观察。本试验运用反气相色谱法研究了60-80,80-100,100-120,120-140,140-目不同粒度甘薯粉不同柱温下(70-150℃)对水和乙醇的吸附性能,根据气相色谱的保留时间计算出甘薯粉对水和乙醇的分离因子和吉布斯自由能变以及吸附热等热力学参数;以甘薯粉为原料,设计了以β-环状糊精的添加量、黄原胶的添加量、水的添加量和润湿剂的4因素3水平的正交试验,通过优化工艺条件来制备颗粒状甘薯粉吸附剂;利用固定床吸附装置,测试编号为28号的颗粒状甘薯粉吸附剂的透过曲线和生产能力。数据采用DPS软件进行统计分析。试验结果如下:1、反气相色谱试验结果表明,在70-150℃范围内,甘薯粉对水的吸附比对乙醇的吸附强烈;随着温度升高,甘薯粉的分离因子和吸附自由能的绝对值逐渐变小,表明适当的低温更有利于乙醇和水的分离;在60-140目的粒度甘薯粉中,随着粒度的减小,分离因子逐渐增大,140目吸附剂对乙醇和水的吸附分离效果最好,在70-90℃分离因子最大可达1609,可以选择性吸附水分;甘薯粉对乙醇和水的吸附热分别为-3.0--7.2 kJ/mol和-23.7--38.9 kJ/mol,属于物理吸附范围;甘薯粉对水的吸附比对乙醇的吸附要强烈得多,能够选择性吸附水分,可用于吸附法制取无水乙醇。2、颗粒状甘薯粉吸附剂制备的工艺优化结果表明,β-环状糊精的添加量为10g,黄原胶的添加量为7.5g,水的添加量为110g,采用以15%的乙醇(v/v)的作为润湿剂。通过验证试验,得到编号为28号的颗粒状甘薯粉吸附剂,其硬度为5948.9g,吸水量为38.2mg/g,吸乙醇量为0.5mg/g。甘薯粉的吸水量为32.9mg/g。3、利用固定床吸附装置对28号的性能进行测试,结果表明:由于28号吸附剂具有良好的吸附性能,能够作为制备无水乙醇的吸附剂;28号的颗粒状甘薯粉吸附剂的生产能力为0.332g/g,比甘薯粉的生产能力提高了15.7%。颗粒状甘薯粉吸附剂吸水前后形状几乎没有明显变化。