燃料乙醇生产过程中半连续同步糖化发酵模拟与优化

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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。

著录项

作者
胡鹏飞;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科化学工程
授予学位硕士
导师姓名刘成;
年度 2015
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类发酵法制高级醇及多元醇;
关键词
燃料乙醇; 半连续同步糖化发酵工艺; 动态模拟; 参数优化;

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