试析用于乙醇生产的同步闪蒸汽提发酵过程研究

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1、一阑⑧天洋大薯博士学位论文i-．j啊●■Il■■跚j涠啊一一¨r一一级学科：丝芏王猩与撞盛学科专业：丝堂王i￡作者姓名：!，j握指导教师：重孟塑麴攮置重武副班塞虽天津大学研究生院中文摘要乙醇是用途广、需求量大的化学品之一。随着农业生产的发展及环保的要求，石油资源的枯竭，可再生清洁能源受到了广泛的重视。其中燃料乙醇是当今研究的热点。目前燃料乙醇成本过高还无法与汽油竞争，优化工艺，强化过程是降低成本的重要途径之一。乙醇发酵是典型的产物抑制过程，发酵分离耦合技术，即在发酵过程中同时不断移出产物乙醇，是提高发酵

2、强度的有效手段。为了提高乙醇的在位分离能力，从而提高发酵强度，本文集成闪蒸发酵和汽提发酵两种过程，提出了用于生产乙醇的同步闪蒸汽提发酵过程。实验和理论分析表明，同步闪蒸汽提发酵过程相比汽提发酵和闪蒸发酵，其发酵强度有明显的提高，而且可实现高底物浓度进料，从而节约用水和降低废水处理成本。另外，提高通气量、闪蒸罐进料速度等有关乙醇分离的操作参数，有利于提高发酵强度。实现高温发酵，更有利于显示该过程的优越性。为了实现同步闪蒸汽提发酵过程，本文设计了侧环式反应器，通过增加侧臂，解决闪蒸罐进料液体脱气的问题。本文

3、还对微生物反应动力学进行研究，通过催化反应机理阐述Monod方程的物理意义，并由此引申提出新的细胞生长动力学模型。实验结果表明，新模型与实验值很好的吻合。基于新的动力学模型，建立了同步闪蒸汽提发酵的过程模型，包括对汽提过程的计算进行改进。由实验中发现，通气量的增大对细胞生长呈现先促进后抑制的现象，为此本文提出通气量因子的概念及表达形式，修正存在汽提条件下的细胞生长动力学方程，较好地解决了通气量对过程影响的准确预测问题。本文通过实验，实现了同步闪蒸汽提发酵过程的连续化，利用以上的方法进行计算，模拟预测的结

4、果与连续同步闪蒸汽提发酵的实验值相一致。关键词：乙醇发酵汽提闪蒸耦合过程过程强化发酵动力学反应器计算流体力ABSTRACTEthanolisoneofthemost喇destusedandheaviestdemandedchemical。whichmaymostpossiblebecomethesubstituteforgasoline．Withthedevelopmentoftheagricultureandtherequirementofenvironmentprotection,thedrying

5、uptendencyofgasolineresource，importancehasbeenattachedtotheregeneratecleanenergies．Amongthem,thefuelethanoliSthefocusoftheresearchtoday．EthanolCan’tcompete谢ththegasoline,duetothehighproductioncost,whichcanbereducedbyoptimizingtheprocessandintensifyingthe

6、technology．Ethanolfermentationprocessisatypicalproduct-intfibifingprocess．thein-siteethanolseparatingprocessprocessescanefficientlyincreasestheproductivi锣ofthefermentation,basingonwhichancwethanolfermentationprocess．coupledwitllgasstrippingandvaCUUlTIfla

7、shandnamedasflash-stripfermentation,isproposedinthispaper．Thisprocessisprovidedtheadvantagesofbothstrip—fermentationandflash—fermentation,andimprovestheethanolproductivitybyincreasingthein-situethanolremoval．Theexperimentsandtheoreticallyanalysisindicate

8、thatthestrip·flashfermentationprocess．comparingwiththegasstrippingorvacuumflashprocess，ismoreeffective,andthesugnr(substrate)Canbefedathighlevelofconcentration,thustheusageofwatercanbereducedandthecostinliquidwastedisposal