东海大学化学工程与材料工程所

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1、東海大學化學工程與材料工程所碩士論文指導教授:黃琦聰博士程學恆博士生質丁醇純化之製程設計ProcessDesignforBio-ButanolPurification研究生:甘嘉玲中華民國九十九年七月中文摘要近年來由於能源短缺及油價起伏,開發替代能源已儼然形成一股新的趨勢,生質能為眾所矚目的新興替代能源之ㄧ,其中生質丁醇之熱值轉換較優於乙醇,其具有更高的辛烷值、更低的汽化熱及蒸汽壓,且其轉換能量後不會對環境造成污染,為相當具有前瞻性的一種生質燃料。一般從發酵液來生產生質丁醇的過程中,經過滲透蒸發膜的操作後,惟仍無法移除發酵

2、產物中之乙醇、丙酮、水等物質。本研究目標乃針對此發酵產物,開發生質丁醇之蒸餾分離程序,來獲得高純度99.99%的丁醇燃料。本研究利用模擬軟體Aspenplus對生質丁醇純化之製程進行程序模擬與設計層面探討,並提出了兩個純化系統架構,其中方案一(Scheme1)為未進行熱整合之基本設計,方案二(Scheme2)則在熱整合考量之下將方案一作更進一步演化,進而達到製程節能之目的。由於待純化之物質中存有共沸及近沸問題,本研究藉由分相器及中和反應器來破除共沸(乙醇、丁醇及水)及近沸(丁醇及乙酸)問題,模擬結果顯示方案二較方案一節能1

3、2.4%,在總年度成本花費上節省11.3%,且生質丁醇回收率可達99%。III英文摘要Inrecentyearsasaresultofenergyshortageandfluctuatingoilprices,continueddevelopmentofalternativeenergysourceshasbecomeatrend.Theinterestinn-butanolasabiofuelhasincreasedinrecentyearsbecauseofitsbetter-than-ethanolfuelquali

4、tieshigheroctanenumber,lowerheatofvaporization,lowervaporpressure,andpollution-freecharacteristicsduringenergyconversion,makingitaforward-lookingbiofuel.Intheproductionofbutanolfromfermentationproducts,ethanol,acetone,andwatercannotbeeffectivelyremovedbypervaporat

5、ionalone.Thisstudyisthenaimedtodevelopingadistillation-basesystemtoobtainhigh-puritybio-butanol(≧99.99%)fromtheseproducts.Thisstudyinvestigatesthepurificationofbio-butanolfromprocesssimulationanddesignperspectivesusingAspenplusandproposestwoseparationschemes-abase

6、-designcaseandaheat-integrateddesigncaseevolvedfromthebasecase.Aneutralizerandadecanterareusedtoresolveproblemsassociatedwithazeotropes(ethanol-waterandwater–butanol)andclose-boiler(aceticacid).Simulationresultsshowthata12.4%ofreductioninenergyconsumptionanda11.3%

7、ofsavingintotalannualcostcanberealizedinscheme2,whencomparedwiththoseofthebasecases.Inbothcase,99%ofbio-butanolinthefeedcanberecovered.IV誌謝於求學期間,感謝吾師黃琦聰老師這兩年來的諄諄教誨,不單於專業領域上,於待人處世及做事態度上,使學生收穫良多,近些日子以來,黃老師身體不適,除了祝福老師早日康復之外,也很感謝您對我的教導與幫助,於此向老師您致上最真誠的謝意。感謝程學恆老師,謝謝您給予我

8、的幫助,讓我的研究能夠順利完成,並且於研究上能給予我寶貴的意見,讓我能夠擁有更多的信心。感謝謝樹木老師,謝謝您於研究過程中,能夠指導我,並且於我徬徨時,能夠給予我鼓勵。感謝東海大學化學工程與材料工程系上的所有老師們及學姐們,謝謝你們這些日子以來的關懷。另外要特別感謝何宗仁學長及張文騰學長,模擬過程中,謝

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