论文部分内容阅读
燃料乙醇作为一种清洁、可再生能源,可以有效地解决能源与环境问题。原料成本高、能耗大是制约燃料乙醇发展的主要因素。优化发酵工艺,可以提高原料利用率,减少能耗,从而降低生产成本,是解决燃料乙醇生产瓶颈的重要方法。本文采用动态模拟方法,对100kt/a燃料乙醇生产的半连续同步糖化发酵过程进行了模拟与优化研究。连续发酵是半连续发酵的前期过程,模拟优化连续发酵为半连续发酵研究提供基础。发酵时间、发酵罐数、酵母接种率以及糖化酶使用量是发酵过程的重要参数。本文运用流程模拟软件Aspen Plus,采用灵敏度分析方法,对上述重要参数进行了优化。模拟结果表明:在糖化酶加入量100U/g,酵母接种率30%条件下,经过80h,8个发酵罐,发酵最终取得乙醇质量浓度11.13%。间歇发酵是半连续发酵的后期过程。本文采用Aspen Dynamics软件对间歇发酵进行了动态模拟研究,并与Aspen Plus软件的间歇模拟进行比较,探究了间歇同步糖化发酵中糖化速率与发酵速率相互作用关系,并优化了加料时间和发酵罐数。结果表明:动态模拟可以考察加料过程对发酵的影响,模拟结果更符合实际;间歇发酵过程中,糖化速率在16h达到最大;当酵母接种率低于5%时,葡萄糖会出现积累;最适进料时间为12.5h,发酵罐为体积1800m3;间歇发酵经过67.5h,取得乙醇质量浓度为11.28%,乙醇生产效率为1.275g/L?h,发酵过程需换热器7台,总换热面积889 m2。半连续发酵前期与后期相结合的匹配状况是影响发酵的重要因素。本文采用Aspen Dynamics软件对半连续同步糖化发酵进行了模拟研究,考察了前期连续发酵和后期间歇发酵的发酵罐个数、发酵时间对发酵的影响,并对换热系统进行了优化。结果表明:前期连续发酵应采用2个1500m3发酵罐,发酵20h;后期发酵应采用5个1800 m3发酵罐组成的间歇发酵罐组;经48h间歇发酵后,取得乙醇质量浓度为11.20%,乙醇生产效率1.332g/L?h,发酵过程需要换热器7台,总换热面积378 m2。通过比较连续、间歇和半连续三种不同发酵方式可知,半连续同步糖化发酵的成熟醪乙醇浓度高于连续发酵,乙醇生产效率高于间歇发酵,所需7个发酵罐,总发酵体积12000m3,在设备投资上明显优于间歇发酵,与连续发酵相近,发酵指标优于连续发酵与间歇发酵相近,在大规模燃料乙醇生产中具有良好的经济效益与发展前景。