燃料乙醇工艺的化学工程探索

潘飞

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。燃料乙醇是一种可再生的新型能源，其对我国能源的发展和利用有着重要的引导作用。由于该种材料易于制造且环保性较强，所以已经成为我国城市化发展中不可或缺的重要能源。本文就燃料乙醇工艺的化学工程展开探讨。

关键词：燃料乙醇；工艺；化学工程

引言

乙醇是一种新型的节能燃料，这种燃料在生产和使用的过程中几乎不会产生污染物，属于情节能源的一种，早期的乙醇主要是通过发酵淀粉、纤维素制备而来，但是乙醇作为一种燃料来讲需要有较大的供应量，制备乙醇燃料时也需要大规模制备，但是生产过程中需要涉及到化学工程的应用，对这些化学工程的了解和应用是制备燃料乙醇的关键，同时也是调整我国能源结构的重点，本文主要探讨了燃料乙醇工艺的化学工程。

1乙醇燃料的发酵

1.1多尺度发酵

燃料乙醇发酵是一个相对比较复杂的工作，其涉及到很多知识领域，如生物工程、化学工程等等，如果仅仅是从一方面进行研究，将会大大的降低燃料乙醇制备的效率和质量，因此我国正在不断的加强多尺度燃料乙醇发酵的研究的分析力度，使燃料乙醇的发酵过程更加的全面，从而满足现今对其的需求。

1.2燃料乙醇发酵中的发酵罐多场

发酵罐是遗传发酵过程中使用的发酵设备，这主要是由乙醇发酵过程的复杂性决定的，并且温度、湿度等多个方面都会对乙醇发酵产生影响，这些影响因素作用到乙醇发酵工作当中减缓乙醇的发酵速度、减缓乙醇发酵进程，不同的发酵进程在发酵罐中也会产生不同的反映场，最终产生不同的发酵质量，但是这种发酵也有好处，工作人员可以干预发酵过程，提高发酵中质量。

1.3发酵中的动力学与放大

乙醇在发酵前期需要进行相关的准备工作，其中主要与偶乙醇原料的液化以及糖化等，然后在乙醇发酵过程中应该做好相关特性的控制，也就是动力学问题，动力学是乙醇发酵是否可以顺利发酵的基础，其中涉及到两个方面的问题，一个是本征动力学，也就是从早期的原料到发酵微生物固有速率的问题，另外一个就是宏观动力学，这个具体的就是在发酵阶段乙醇的能量传递情况，现阶段对动力学研究应用主要模型是酶催化反应。

2乙醇燃料的提纯

在乙醇燃料发酵工作完成后，实际的发酵液中乙醇的浓度相对较低，还不足总浓度的十分之一，为此，工作人员需要在发酵完成后对乙醇进行提纯操作，来提升燃料的浓度。目前我国的乙醇燃料提纯作业方式较多，其中应用最为广泛的当属蒸馏提纯法，其主要是利用蒸馏技术，将乙醇中的水分提出，进而提升乙醇的浓度，不过在使用该方式时，需要经过多次反复的操作才能确保乙醇的浓度达到实际的需求。另外蒸馏技术所能提取的乙醇浓度并不是百分百的，如果想要获得百分百的乙醇，还需要在后续操作中采用萃取法、吸附法等方式，来加强乙醇燃料的浓度。蒸馏法虽然是目前使用最为广泛、技术水平最为成熟的一种提纯方式，但是该方法在使用过程中，会造成大量的能源消耗，且随着原溶液中乙醇浓度的增加，在蒸馏管中其回流的乙醇浓度也会相应的增加，这就加大了企业成本的投入。因此，很多企业已经在不断的加强其他提纯方式的研究力度，例如萃取法、超临界流体法、渗透蒸发膜分离法等，尽量降低成本的支出，减少能源损耗，最终缓解城市污染的压力。

3发酵与分离的耦合

燃料乙醇在发酵的过程中和早期乙醇的发酵极为相似，因此在研究时可以研究其中的相似的基础性东西，燃料乙醇在发酵和分离的耦合过程是一个复杂的过程，从技术上和操作水平上都应该有严格的规定。如在乙醇提纯的过程中需要采取科学手段将其中的水分和杂质清理干净，这个清理过程中采用的试剂、设备和应用的技术、遇到的问题都是分离工程的返程。从理论上将乙醇发酵和乙醇分离的耦合是可行的，并且相关实验也证明了这个耦合过程是完全可能的，通过调查可以发现，很多专家、学者进行了大量的相关研究，例如，有个实验完成了某液体的萃取、发酵过程的结合，在连续发酵过程中使用的随取机为油烯基乙醇，最终实验结果能够表明，此次的实验结果也表明此种耦合法提纯的乙醇相对于早期提纯方法的浓度提高了很多。生物发酵技术可以看做是反应和分离技术的耦合，利用这种发酵技术能够提高工业燃料乙醇的分离效率，提高乙醇的含量，能够促进乙醇生产的大范围推广。在乙醇发酵的过程中能够将梵音干化学工程和分离学工程两种工程结合到一起，然后对这两种工程的耦合进行研究，能够有效地推动整个燃料乙醇制备行业的发展。根据研究可以发现，目前对燃料乙醇的研究更多是工艺条件、萃取剂和膜材料的研究，对多场耦合等化学工程的研究较少，这种情况也在一定程度上抑制了乙醇燃料工艺生产的发展。在未来燃料乙醇的生产过程中需要使用新型的发酵设备、分离设备，当然还需专业技术人员对其进行耦合指导，在乙醇发酵的后期也需要实现反应技术、分离技术的耦合，通俗地讲就是通过某个连续设备实现乙醇从发酵到浓度达标这个完整的过程，随着这种连续多场耦合的出现传统乙醇的多塔生产工艺必将逐渐退出历史舞台，短流程加工工艺应该是未来燃料乙醇发展的主要方向，多场耦合设备能够提高燃料乙醇的生产效率，提高燃料乙醇的质量，逐步解决制备过程中产生的能耗问题，促进燃料乙醇这种新能源的发展。

结语

燃料乙醇是当前实用性崔强的清洁能源技术形式，其制备工艺的发展对我国能源危机的化解、能源结构的优化具有鲜明的现实意义。燃料乙醇生产中过多的涉及到流体流动、热量传递以及发酵生化反应等，这个过程是一个复杂的过程，同时也涉及到多学科，因此在燃烧乙醇工艺的化学工程分析中应该从多个角度对其进行研究，在后期较长时间内的研究目标应该集中在生物发酵反应与提纯分离过程的耦合，这样的研究可以推进乙醇工艺生产的发展，有利于尽早的调整我国能源结构，实现环保绿色可持续发展。本文从发酵过程中的化学工程问题、提纯过程中的化学工程问题和生物发酵反应与分离过程的耦合三个角度对这一问题进行了简要分析，认为当前燃料乙醇技术存在的主要问题集中在发酵反应过程的控制、分离提纯技术的应用两个方面，针对这一问题应该从乙醇制备的整体角度出发，切实将发酵过程与提纯过程结合在一起，从二者耦合的层面出发去解决。

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（作者单位：定西工贸中等专业学校）