燃料乙醇工藝的化學工程探索

潘飛

摘要：隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識到可持續發展的重要。燃料乙醇是一種可再生的新型能源，其對我國能源的發展和利用有著重要的引導作用。由于該種材料易于制造且環保性較強，所以已經成為我國城市化發展中不可或缺的重要能源。本文就燃料乙醇工藝的化學工程展開探討。

關鍵詞：燃料乙醇；工藝；化學工程

引言

乙醇是一種新型的節能燃料，這種燃料在生產和使用的過程中幾乎不會產生污染物，屬于情節能源的一種，早期的乙醇主要是通過發酵淀粉、纖維素制備而來，但是乙醇作為一種燃料來講需要有較大的供應量，制備乙醇燃料時也需要大規模制備，但是生產過程中需要涉及到化學工程的應用，對這些化學工程的了解和應用是制備燃料乙醇的關鍵，同時也是調整我國能源結構的重點，本文主要探討了燃料乙醇工藝的化學工程。

1乙醇燃料的發酵

1.1多尺度發酵

燃料乙醇發酵是一個相對比較復雜的工作，其涉及到很多知識領域，如生物工程、化學工程等等，如果僅僅是從一方面進行研究，將會大大的降低燃料乙醇制備的效率和質量，因此我國正在不斷的加強多尺度燃料乙醇發酵的研究的分析力度，使燃料乙醇的發酵過程更加的全面，從而滿足現今對其的需求。

1.2燃料乙醇發酵中的發酵罐多場

發酵罐是遺傳發酵過程中使用的發酵設備，這主要是由乙醇發酵過程的復雜性決定的，并且溫度、濕度等多個方面都會對乙醇發酵產生影響，這些影響因素作用到乙醇發酵工作當中減緩乙醇的發酵速度、減緩乙醇發酵進程，不同的發酵進程在發酵罐中也會產生不同的反映場，最終產生不同的發酵質量，但是這種發酵也有好處，工作人員可以干預發酵過程，提高發酵中質量。

1.3發酵中的動力學與放大

乙醇在發酵前期需要進行相關的準備工作，其中主要與偶乙醇原料的液化以及糖化等，然后在乙醇發酵過程中應該做好相關特性的控制，也就是動力學問題，動力學是乙醇發酵是否可以順利發酵的基礎，其中涉及到兩個方面的問題，一個是本征動力學，也就是從早期的原料到發酵微生物固有速率的問題，另外一個就是宏觀動力學，這個具體的就是在發酵階段乙醇的能量傳遞情況，現階段對動力學研究應用主要模型是酶催化反應。

2乙醇燃料的提純

在乙醇燃料發酵工作完成后，實際的發酵液中乙醇的濃度相對較低，還不足總濃度的十分之一，為此，工作人員需要在發酵完成后對乙醇進行提純操作，來提升燃料的濃度。目前我國的乙醇燃料提純作業方式較多，其中應用最為廣泛的當屬蒸餾提純法，其主要是利用蒸餾技術，將乙醇中的水分提出，進而提升乙醇的濃度，不過在使用該方式時，需要經過多次反復的操作才能確保乙醇的濃度達到實際的需求。另外蒸餾技術所能提取的乙醇濃度并不是百分百的，如果想要獲得百分百的乙醇，還需要在后續操作中采用萃取法、吸附法等方式，來加強乙醇燃料的濃度。蒸餾法雖然是目前使用最為廣泛、技術水平最為成熟的一種提純方式，但是該方法在使用過程中，會造成大量的能源消耗，且隨著原溶液中乙醇濃度的增加，在蒸餾管中其回流的乙醇濃度也會相應的增加，這就加大了企業成本的投入。因此，很多企業已經在不斷的加強其他提純方式的研究力度，例如萃取法、超臨界流體法、滲透蒸發膜分離法等，盡量降低成本的支出，減少能源損耗，最終緩解城市污染的壓力。

3發酵與分離的耦合

燃料乙醇在發酵的過程中和早期乙醇的發酵極為相似，因此在研究時可以研究其中的相似的基礎性東西，燃料乙醇在發酵和分離的耦合過程是一個復雜的過程，從技術上和操作水平上都應該有嚴格的規定。如在乙醇提純的過程中需要采取科學手段將其中的水分和雜質清理干凈，這個清理過程中采用的試劑、設備和應用的技術、遇到的問題都是分離工程的返程。從理論上將乙醇發酵和乙醇分離的耦合是可行的，并且相關實驗也證明了這個耦合過程是完全可能的，通過調查可以發現，很多專家、學者進行了大量的相關研究，例如，有個實驗完成了某液體的萃取、發酵過程的結合，在連續發酵過程中使用的隨取機為油烯基乙醇，最終實驗結果能夠表明，此次的實驗結果也表明此種耦合法提純的乙醇相對于早期提純方法的濃度提高了很多。生物發酵技術可以看做是反應和分離技術的耦合，利用這種發酵技術能夠提高工業燃料乙醇的分離效率，提高乙醇的含量，能夠促進乙醇生產的大范圍推廣。在乙醇發酵的過程中能夠將梵音干化學工程和分離學工程兩種工程結合到一起，然后對這兩種工程的耦合進行研究，能夠有效地推動整個燃料乙醇制備行業的發展。根據研究可以發現，目前對燃料乙醇的研究更多是工藝條件、萃取劑和膜材料的研究，對多場耦合等化學工程的研究較少，這種情況也在一定程度上抑制了乙醇燃料工藝生產的發展。在未來燃料乙醇的生產過程中需要使用新型的發酵設備、分離設備，當然還需專業技術人員對其進行耦合指導，在乙醇發酵的后期也需要實現反應技術、分離技術的耦合，通俗地講就是通過某個連續設備實現乙醇從發酵到濃度達標這個完整的過程，隨著這種連續多場耦合的出現傳統乙醇的多塔生產工藝必將逐漸退出歷史舞臺，短流程加工工藝應該是未來燃料乙醇發展的主要方向，多場耦合設備能夠提高燃料乙醇的生產效率，提高燃料乙醇的質量，逐步解決制備過程中產生的能耗問題，促進燃料乙醇這種新能源的發展。

結語

燃料乙醇是當前實用性崔強的清潔能源技術形式，其制備工藝的發展對我國能源危機的化解、能源結構的優化具有鮮明的現實意義。燃料乙醇生產中過多的涉及到流體流動、熱量傳遞以及發酵生化反應等，這個過程是一個復雜的過程，同時也涉及到多學科，因此在燃燒乙醇工藝的化學工程分析中應該從多個角度對其進行研究，在后期較長時間內的研究目標應該集中在生物發酵反應與提純分離過程的耦合，這樣的研究可以推進乙醇工藝生產的發展，有利于盡早的調整我國能源結構，實現環保綠色可持續發展。本文從發酵過程中的化學工程問題、提純過程中的化學工程問題和生物發酵反應與分離過程的耦合三個角度對這一問題進行了簡要分析，認為當前燃料乙醇技術存在的主要問題集中在發酵反應過程的控制、分離提純技術的應用兩個方面，針對這一問題應該從乙醇制備的整體角度出發，切實將發酵過程與提純過程結合在一起，從二者耦合的層面出發去解決。

參考文獻

[1]陳葉濤.關于燃燒乙醇工藝的化學工程分析[J].科技風，2016，20：121+125.

[2]姜芹.玉米基原料發酵生產燃料乙醇的分析與探索[D].大連理工大學，2015.

[3]王蓮.水稻秸稈同步糖化發酵法制備乙醇的工藝研究[D].華中農業大學，2015.

[4]石教育.真空膜蒸餾耦合生物質發酵制備燃料乙醇基礎研究[D].北京理工大學，2015.

[5]范文濤.燃料乙醇工藝的化學工程探索[J].民營科技.2018（02）.

[6]燃料乙醇發展現狀及思考[J].李振宇，李頂杰，黃格省，魏和榮.化工進展.2016（07）.

[7]直接精餾法提取纖維素乙醇[J].陳昌旭，謝紅偉.化學工程.2017（12）.

[8]李揚，曾健，王科，等.醋酸酯化合成乙醇工藝及經濟性分析[J].精細化工原料及中間體，2017（11）.

[9]陳葉濤.關于燃燒乙醇工藝的化學工程分析[J].科技風，2016（20）.

（作者單位：定西工貿中等專業學校）