论文摘要
随着当今世界能源主体化石燃料的过度消耗和对环境保护意识的不断增强,研究与寻找环境友好的石油能源的替代品成为世界技术开发的方向之一。燃料乙醇是替代燃料之一,与普通汽油相比,其燃烧更完全、CO排放量较低、而且其燃烧性能与汽油相似。生产燃料乙醇的首要任务是生产无水乙醇,普通的蒸馏系统可以获得95%(w/w)左右的乙醇,由95%(w/w)左右的乙醇生产无水乙醇最初采用的方法是恒沸蒸馏、萃取蒸馏、加盐萃取等。这些方法能耗较高,最近兴起了分子筛法、膜分离法和生物质吸附法。用生物质吸附剂生产燃料乙醇是一种新的、成本比较低的方法。本实验采用的是郑州大学生化中心开发的一种新型球形生物质吸附剂。本实验主要对固定床内吸附剂的吸附性能进行了研究。固定床由三段φ100×5,每段1米的不锈钢管连接而成。分别做出了两种粒径吸附剂在脱附空气温度在85℃～95℃范围内,柱内压力在0.01MPa～0.08MPa范围内、原料气速质量流量在78.44 g/min～188.73g/min范围内等条件下床层的穿透曲线,通过穿透曲线来考察吸附剂的吸附性能。研究发现脱附空气温度和吸附柱压力均对吸附有影响:低的脱附空气温度有利于吸附,但如果脱附空气流量相同时脱附时间会增加。压力在一定的范围内增高有利于吸附,继续增高对穿透点前的吸附效果影响不大,但可以提高穿透点后的吸附性能。原料气速增大使传质区增长,床层压降增大,穿透时间缩短,可以提高产品质量和单位时间的产品产量;过高的原料气速将导致所得产品酒精的浓度下降,产量减少。研究了吸附过程中床层的温度变化和压降变化。吸附过程中床层的温度不断升高,最终趋于稳定;压降变化则呈现出随机性,而且较小,可以忽略。本实验在脱附空气温度为85℃,柱内压力为0.035MPa,原料气速质量流量为78.44g/min条件下,用小粒径吸附剂装填的吸附柱得到了1000mL平均浓度为99.79%(w/w)的无水酒精。吸附过程中床层的压降变化很小,可以忽略,大粒径的床层压降小于小粒径的床层压降。吸附过程为放热反应,各点温度随时间增加而增加,当吸附剂接近饱和时各点温度基本不变。对脱附的研究主要集中在脱附时间上:固定加热蒸汽量,采用不同的脱附空气流量。同时也研究了脱附过程中的床层压降。脱附空气在高温高流量下可以增大床层的温度梯度,单位时间内可以带走更多的水分,加快脱附速度;在加热蒸汽量一定的情况下,脱附时间随空气流量的增大先减少后增加。蒸汽冷凝量为70g/min,脱附空气流量为56m~3/h时,大粒径脱附最短时间是45min。小粒径的最短脱附时间是51min。脱附空气经脱水后通过床层,脱附过程中床层各点温度先降后升,最低降到60℃。当第一点温度上升到70℃时认为脱附结束。脱附过程中水分不断从吸附剂中脱附出来,吸附剂体积不断减小,所占床层体积减少,床层孔隙率不断增大,床层压降逐渐降低,水分脱除完后,床层压降不再变化。随脱附空气量变化的床层单位压降符合欧根公式。本论文回归出了压降公式。
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