燃料乙醇工厂设计.docx
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燃料乙醇工厂设计
题目燃料乙醇
学生姓名张洋学号**********
专业10生物
(2)班班级20071133
指导教师廖湘萍
完成日期2011年6月21日
摘要.....................................................................................................1
引言......................................................................................................2
乙醇生产的意义及发展史.....................................................3—4
乙醇性质及质量指标与乙醇生产和原辅料保藏...........4—7
燃料乙醇
10生物二班张洋
摘要
燃料乙醇被广泛应用于食品、化工医药、染料、国防等行业。
乙醇不仅可作为一种燃料,更是一种战略物资,世界上2/3的乙醇被用作燃料。
发展乙醇不仅可以促进农业的可持续发展,并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂,减少工业大气污染,保护环境,同时也可缓解原油进口的压力。
关键词:
乙醇发酵工艺
TitleThesisForeignAbstract
Abstract
Alcoholiswidelyusedinthefood,chemicalmedicine,dyes,defenseandotherindustries.Alcoholnotonlycanbeusedasafuel,butalsoastrategiccommodities,theworld's2/3ofalcoholtobeusedasfuel.Alcoholcannotonlypromotethedevelopmentofagricultureinsustainabledevelopment,andcouldserveasacleanenergyinsteadofpetrolorgasolineadditivestoreduceindustrialairpollution,theprotectionoftheenvironment,butalsotoeasethepressureoncrudeoilimports.
引言
乙醇,是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物,结构式是CHOH,相对分子质量为46。
乙醇既是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料,又是可再生的清洁能源。
乙醇作为重要的溶剂和化工原料而广泛应用于化学工业和医药卫生事业,它又是饮料酒工业的基础性原料,也是一种方便而较干净的液体(或固体)燃料。
乙醇被广泛应用于食品、化工医药、染料、国防等行业。
乙醇不仅可作为一种燃料,更是一种战略资源,全球2/3的乙醇被用作燃料。
发展乙醇不仅可以促进农业的可持续发展,并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂,减少工业大气污染,保护环境,同时也可缓解原油进口的压力。
其生产方法,有以植物系物质为原料的发酵法和以石油系物质为原料的化学合成法。
现世界上的乙醇生产仍以发酵法为主,我国的发酵法乙醇产量占95%以上。
1乙醇生产的意义及发展史
1.1乙醇生产的意义
人类进入21世纪,社会空前发展,经济科技实力稳步增长,但是世界总是和谐的,有长就有消。
人类在生活富裕的背后还面临着严重的资源危机、环境危机,经济发展和人口增长产生的对资源与环境的需求超出了地球生态系统资源与环境的供给能力。
资源枯竭,尤其是石油、天然气的枯竭,将使人类的生存、发展面临着极其严重的挑战。
人类的可用资源日益减少,人类赖以生存的环境严重恶化。
,一系列的生态问题逐渐显现出来……怎样实现资源的再生利用,怎样达到人与环境的和谐,走可持续发展道路,人类又面临着一个新的挑战。
乙醇作为一种可再生燃料资源引起了广泛关注,这不仅是因为石油储量的日益减少,更是由于乙醇比石油类燃料更环保。
发酵法生产乙醇是一个产品抑制过程,连续移走产物乙醇可减弱甚至消除其抑制作用,得到较高的乙醇体积产率。
目前所采用的原位分离技术有:
真空蒸馏、吸附、萃取、膜蒸馏以及渗透汽化等。
其中渗透汽化与乙醇发酵耦合因其低耗高效且对细胞无毒害而受到国内外许多学者的重视和广泛探讨。
1.2乙醇生产的发展
1.2.1生产量的巨大发展
我国工业化生产乙醇,始于1900年俄国人在哈尔滨和宁安建的乙醇厂,1920年在福建建立以薯干为原料的乙醇厂,新中国成立前,我国的乙醇年产量不足1万吨,专业乙醇厂的生产规模大都是千吨级的小厂。
1965年我国的乙醇产量超过10万吨,1980年达50万吨;在以后的十几年中。
我国乙醇生产以更快的速度发展,1987年超过l00万吨(7年乙醇年产量翻了一番),1995年产量达到237万吨。
此外尚有许多酿酒厂自产自用于白酒的乙醇产量约100万吨。
1979年至1995年这一上阶段,是我国乙醇产量呈直线上升式增长的高速发展时期。
我国现有生产乙醇的企业(车间)千余家,食用乙醇是当前我国乙醇生产中的主导产品。
每年用于新工艺白酒的食用乙醇量在200万吨左右。
我国有规模在万吨以上的乙醇厂近100家,5万吨以上的有10家(最大的已达20万吨级)。
具有国际先进生产技术装备,能够生产特级乙醇的已有多家。
1.2.2生产技术的现代化
新中国成立前,我国乙醇工业的规模很小,生产工艺均为间歇式,以麦芽作淀粉糖化剂,原料不经粉碎,淀粉利用率只有60%左右。
20世纪50年代中期开始进行技术革新,首先在糖化剂方商采用微生物糖化剂代替麦芽,1964年推行机械通风制曲,随后普遍应用液体曲,1978年开发出高活力糖化酶新菌种(UV-11)进入20世纪90年代后逐步使用具有国际水平的耐高温X-淀粉酶和高转化率糖化酶。
在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化。
在发酵方面,出现了应用耐高温乙醇酵母、酿酒用活性干酵母(或鲜酵母)及固定化乙醇酵母的新工艺。
在蒸馏方面乙醇蒸馏的塔器配置从两塔、三塔/四塔、五塔发展到八塔蒸馏,近年来差压蒸馏等新技术正在生产中推广应用。
50年来,我国的乙醇生产技术得到很大发展,淀粉利用率达90%以上,水平高的企业淀粉出酒率达55~56%;发酵液乙醇浓度由5%提高到10%左右;吨乙醇耗煤从过去普遍在2吨以上降到1吨以下(最低达500公斤)。
进入90年代后,随着食用乙醇国家标准的制订和实施,我国乙醇工业的生产技术水平得到了普遍性的提高
2乙醇性质及质量指标与乙醇生产和原辅料保藏
2.1乙醇的物理性质
纯乙醇是无色透明的液体,比水轻,具有特殊的芳香气和刺激味,吸湿性很强,可与水以任何比例混合并产生热量。
乙醇易挥发易燃烧,燃烧时产生大量的热量,燃烧产物是水和。
乙醇蒸汽与空气能形成爆炸性混合气体,爆炸极限为3.5%-18%(体积分数)
纯乙醇的物理指标:
沸点,78.3℃;密度0.7893kg/L;折射率1.36;熔点-114℃,闪点12.8℃;比热熔2.57J/(g.℃)蒸发热918.76KJ/L95%体积分数L乙醇:
密度0.8114kg/L;沸点7二氧化碳8.75℃;蒸发热918.76KJ/L
2.2乙醇的化学性质
3.2.1氧化作用下乙醇的变化
2C2H5OH+O2→2CH3CHO+2H2O
C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O
CHOH+O2CO2+3H2O
3.2.2碱金属,碱土金属与乙醇的作用
2Na+2C2H5OH→2C5H5ONa+H2↑
Mg+2C2H5OH→C(C2H5O)2Mg+H2↑
3.2.3酸与乙醇的反应
CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O
3.2.4乙醇的脱水反应
CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O
2CH3CH2OHC2H5OC2H5+H2O
2.3乙醇的生化性
乙醇能使细胞蛋白质凝固,尤以75%(体积分数)的乙醇作用最为强烈,浓度过高,细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜,阻止乙醇向内部渗透,作用效果反而降低,浓度过低则不能使蛋白质凝固。
因此常选用75%(体积分数)的乙醇作消毒剂
乙醇易被人体肠胃吸收,吸收后迅速解放出热量。
少量乙醇对大脑有兴奋作用,数量较大则有麻醉作用,大量乙醇对肝脏和神经系统有害作用。
2.4乙醇的质量标准
乙醇作为一种原料性的产品,其产品质量必须达到一定的标准。
通常,乙醇按含杂质多少分为:
无水乙醇、试剂乙醇、食用乙醇,医药乙醇,工业乙醇。
其食用乙醇国家标准见下表所示。
2.4.1乙醇的质量指标表
项目
特级
优级
普通级
外观
无色透明
气味
具有乙醇固有的香味,无异味
无异臭
口味
纯净,微甜
纯正,微甜
较纯正
项 目
特级
优级
普通级
色度/号
≤
10
乙醇/%(体积分数)
≥
96.0
95.5
95.0
硫酸试验/号
≤
5
10
60
氧化时间/min
≥
40
30
20
醛/mg/L
≤
1
3
30
甲醇/mg/L
≤
2
50
150
正丙醇/mg/L
≤
2
35
100
异丁醇+异戊醇/mg/L
≤
1
2
30
酸(以乙酸计)/mg/L
≤
7
10
20
酯(以乙酸乙酯计)/mg/L
≤
10
18
25
不挥发物/mg/L
≤
10
20
25
重金属(以Pb计)/mg/L
≤
1
氰化物(以HCN计)/mg/L
≤
5
2.5乙醇的生产方法及原辅料保藏
2.5.1乙醇生产中,液体发酵方法有间歇发酵和连续发酵两种。
各阶段都是在不同的发酵罐内进行,发酵中控制的pH值、精度、温度、乙醇含量等都能相对稳定在酵母菌发酵所需的范围内,即酵母菌的生长、繁殖、代谢间歇发酵法是酵母醪的发酵前、中、后三个阶段,始终在一个发酵罐中进行。
在发酵中,酵母菌处于不断的改变环境之中,由于时间增加,发酵醪中营养物质的消耗、代谢产物的积累,酵母菌的生命活动不断减弱,活细胞数随即减少,菌体细胞会产生过早的衰亡。
当发酵醪中乙醇浓度达5%(容量)以上时,酵母菌的发酵就会开始受到抑制。
酵母菌不能发挥其充分的作用,使发酵成熟醪中残余糖分偏高,有的达到1.5%以上,其中残余的还原糖也要比连续发酵高0.1—0.2%左右。
发酵效率、设备利用率都不如用连续发酵高。
连续发酵与间歇发酵相比,酵母菌发酵的环境稳定,其发酵能力强。
并且酵母菌的发酵几乎不存在适应期,糖化醪或糖密一进发酵罐就能进行发酵,使整个生产周期缩短10—20小时,能提高设备利用率20—25%,连续发酵在当前看来,由于生产技术、原料种类、设备性能等多方面还存在一些问题,特别是淀粉质原料采用连续发酵,还存在醪液输送困难,发酵醪含酒低等不足之处,但是,随着生产技术的提高,连续发酵将在不远的时间内取代间歇发酵。
2.6原料的贮存
为了保证乙醇生产的连续性,原辅料必须有一定量的贮存。
乙醇生产原料无论是谷类原料还是薯类原料,或者糖质原料,在贮存中不仅会受寄生微生物的作用,而且原料自身的呼吸作用产生热量,导致原料升温,造成了所谓的原料自热。
原料的自热导致出芽率下降,酸度显著增加,水溶性化合物,氨态氮及还原糖含量增加,色泽变黑造成淀粉和糖份和糖份的损失。
严重时会造成原料的腐烂变质,水分较高的原料,如新鲜原料尤为突出,严重影响乙醇出率。
原料的自热作用分为5种类型,即穴壮自热,上部自热,下部自热垂直自热和全面自热。
究其原因是屋顶局部漏水,谷物收购水分过大,贮存中水蒸汽由深处上升,在上层凝成水滴,上层谷粒含水量提高;原料水分过高,加之下部热量散发不易等。
为防止自热产生必须根据引起自热的因素不同分别对待。
如谷物原料贮存必须将原料水分控制在安全水分(临界水分)以下,湿谷物必须先干燥后薯类原料尤其是新鲜原料水分高,一定要控制堆积高(一般1.5m以下)且贮存期不超过3d。
参考文献
[1]刘天霞,张鹏.稻壳粉水解液发酵生产燃料乙醇的研究.生命科学与技术学院,2005,vo1.5:
1-4
[2]冯玉杰,李冬梅,任南琪.混合菌群用于纤维糖化和燃料酒精发酵的实验研究.太阳能学报,2007,vo1.28:
1-5
[3]董丹丹,赵黛青,廖翠萍,陈宪笙,唐兆兴.生物基燃料乙醇生产工艺的能耗分析与节能技术综述.化工进展,2007,1-6
[4]胡志远,张成,蒲耿强,王成焘.木薯乙醇汽油生命周期能源、环境及经济性评价.内燃机工程,vo1.2:
1-4
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