年产1万吨燃料丁醇发酵工段工艺设计(附件)【字数：10836】
因为能源危机日益加剧，地球的环境日益恶化，社会经济快速的发展，使得对现有能源的耗用越来越大，能源储量迅速减少，绿色可再生型能源的研究也就成为各国的主要目标。而作为化学工艺上的一种重要有机溶剂，正丁醇同时也是一种十分具有发展前景的新型生物燃料，符合人们的发展需求。所以，充分地利用玉米秸秆作为生产原料，来替代之前使用的玉米等粮食作物来发酵生产正丁醇，一方面能够响应国家能源政策的号召，另一方面也可以降低发酵的原材料成本，扩大经济效益，这对于发展可再生能源的能源化是十分重要的。毕业设计说明书（论文）外文
目 录
1 绪论 1
1.1 丁醇概述 1
1.2 非粮原料（玉米秸秆）为原料发展正丁醇 2
1.3 正丁醇未来发展 3
1.4 正丁醇的发酵 3
1.5 本设计任务 3
2 工艺设计 3
2.1 工艺流程的选定 3
2.2 课题设计的参数 4
2.3 设计的指导思想 4
2.4 玉米秸秆的处理 5
2.5 原料的预处理 5
2.6 原料的液糖化 6
2.7 原材料的发酵 7
2.8 分离工段 8
3 工艺计算及设备选型 8
3.1 发酵工段的物料衡算 8
3.2 热量衡算 12
3.3 相关设备的选型与计算 12
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附 录 35
1 绪论
1.1 丁醇概述
1.1.1 丁醇的性质及使用
丁醇(nbutanol，1butanol)是一种含有四个碳原子的饱和醇，正丁醇(C4H10O)是一种没有颜色的，气味类似于酒精的液体，相对密度为0.8109 g/cm3，熔点为88.9°C，沸点为117.7°C，与水的溶解度较低为7.7%[1]。正丁醇在化学工艺生产上能够作为乙酸丁酯、丁酸等产物原材料[2]。与乙醇相比，首先就安全性方面来说，丁醇有着比乙醇更高的燃烧温度，在实际应用中比乙醇来的更为安全；其次丁 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
醇比其拥有更高的热值含量，因此在取代汽油作为燃料方面丁醇性能的优先级高于乙醇；最后丁醇作为一种关键的溶剂，它与乙醇相比更加溶于汽油和柴油[3,4,5]。
表1.1 丁醇和乙醇的物化特性比较
名称
密度/(gml1)）
沸点/℃
闪点/℃
辛烷值
十六烷值
乙醇
0.7893
78.4
13—14
100—112
8
丁醇
0.8109
117.7
35—37
95—100
25
1.1.2 丁醇工业的生产方法
一、发酵法：原材料为淀粉，加水，混合搅拌成糊状，再使用高压蒸汽灭菌，然后接入丙酮—丁醇菌株，之后进行丙酮丁醇(ABE)发酵后，发酵液精馏后得产品正丁醇。
二、醇醛缩合法：丁烯醛由两个乙醛分子经缩合后先生成丁醇醛，又脱水生成得到丁烯醛，再氢化得到正丁醇。
三、丙烯羰基合成法：正、异丁醛由加压加温及催化剂存在的条件下，丙烯与CO和H2发生羰基合成反应制得，氢化之后分馏得到正丁醇，这种方法是丁醇在工业生产上的主要方法[6,7,8]。
本次设计主要针对使用发酵法生产燃料丁醇进行研究。
发酵生产丁醇起始于20世纪20年代左右，当时以产溶剂梭菌(Clostridium solani)厌氧发酵生产的丁醇被用作合成橡胶的原料。但由于石油化工的快速发展，在上世纪六十年代左右，ABE发酵产业逐步减少，一直到上世纪七十年代的石油资源冲突之后[9]，人们才再次意识到丙酮和丁醇，包括ABE技术[10,11]对于发酵产业是非常重要的。
1.1.3 发酵法的优点
（1）微生物发酵法的原材料以淀粉质等为主，然后使用由丙酮丁醇菌所产生的酶促使淀粉分解成糖类，丁醇等产物在经过一系列复杂的生物化学变化后生成，酒精工艺设备其极为类似[12]；
（2）发酵过程能够在室温下进行，不需要额外的贵重金属催化剂；
（3）更容易进行分离纯化，同时生产时的安全性高、有较少的副产物，经济效益更好；
（4）帮助国家摆脱对于化石能源过度依赖并且降低了对于化石能源的大量消耗。
1.2 非粮原料（玉米秸秆）为原料发展正丁醇
随着世界人口基数的不断增大，社会发展对于能源的需求量也日益增长，石油资源的匮乏使得国际上的原油价格不断上涨，能源问题已经成为全球急需解决的世界性问题之一。许多国家现在将研究发展的目标转移到了生物燃料领域，而生物丁醇在众多方面以自身所具有的优势展现了能源的多元和极大的发展潜力。
丁醇是一种生物燃料，与同源燃料的物理化学性质和燃烧特性相比，具有以下优点：
（1）丁醇具有较高的能量含量，可以比乙醇运输多30%；
（2）丁醇挥发性是汽油的1/13.5，仅为乙醇的1/6，同样当暴露在潮湿的环境下时，它也具有更好的适应性；
（3）如今的燃料供应系统能直接被丁醇使用，而乙醇的使用则需要经过诸多运输形式；
（4）丁醇的腐蚀性更小，无论是在运输还是使用的过程中都比乙醇和汽油更加安全；
（5）生物丁醇与汽油的混合比更高，应用混合燃料的经济效益更好，就能直接使用几乎100%浓度的丁醇；
目 录
1 绪论 1
1.1 丁醇概述 1
1.2 非粮原料（玉米秸秆）为原料发展正丁醇 2
1.3 正丁醇未来发展 3
1.4 正丁醇的发酵 3
1.5 本设计任务 3
2 工艺设计 3
2.1 工艺流程的选定 3
2.2 课题设计的参数 4
2.3 设计的指导思想 4
2.4 玉米秸秆的处理 5
2.5 原料的预处理 5
2.6 原料的液糖化 6
2.7 原材料的发酵 7
2.8 分离工段 8
3 工艺计算及设备选型 8
3.1 发酵工段的物料衡算 8
3.2 热量衡算 12
3.3 相关设备的选型与计算 12
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附 录 35
1 绪论
1.1 丁醇概述
1.1.1 丁醇的性质及使用
丁醇(nbutanol，1butanol)是一种含有四个碳原子的饱和醇，正丁醇(C4H10O)是一种没有颜色的，气味类似于酒精的液体，相对密度为0.8109 g/cm3，熔点为88.9°C，沸点为117.7°C，与水的溶解度较低为7.7%[1]。正丁醇在化学工艺生产上能够作为乙酸丁酯、丁酸等产物原材料[2]。与乙醇相比，首先就安全性方面来说，丁醇有着比乙醇更高的燃烧温度，在实际应用中比乙醇来的更为安全；其次丁 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
醇比其拥有更高的热值含量，因此在取代汽油作为燃料方面丁醇性能的优先级高于乙醇；最后丁醇作为一种关键的溶剂，它与乙醇相比更加溶于汽油和柴油[3,4,5]。
表1.1 丁醇和乙醇的物化特性比较
名称
密度/(gml1)）
沸点/℃
闪点/℃
辛烷值
十六烷值
乙醇
0.7893
78.4
13—14
100—112
8
丁醇
0.8109
117.7
35—37
95—100
25
1.1.2 丁醇工业的生产方法
一、发酵法：原材料为淀粉，加水，混合搅拌成糊状，再使用高压蒸汽灭菌，然后接入丙酮—丁醇菌株，之后进行丙酮丁醇(ABE)发酵后，发酵液精馏后得产品正丁醇。
二、醇醛缩合法：丁烯醛由两个乙醛分子经缩合后先生成丁醇醛，又脱水生成得到丁烯醛，再氢化得到正丁醇。
三、丙烯羰基合成法：正、异丁醛由加压加温及催化剂存在的条件下，丙烯与CO和H2发生羰基合成反应制得，氢化之后分馏得到正丁醇，这种方法是丁醇在工业生产上的主要方法[6,7,8]。
本次设计主要针对使用发酵法生产燃料丁醇进行研究。
发酵生产丁醇起始于20世纪20年代左右，当时以产溶剂梭菌(Clostridium solani)厌氧发酵生产的丁醇被用作合成橡胶的原料。但由于石油化工的快速发展，在上世纪六十年代左右，ABE发酵产业逐步减少，一直到上世纪七十年代的石油资源冲突之后[9]，人们才再次意识到丙酮和丁醇，包括ABE技术[10,11]对于发酵产业是非常重要的。
1.1.3 发酵法的优点
（1）微生物发酵法的原材料以淀粉质等为主，然后使用由丙酮丁醇菌所产生的酶促使淀粉分解成糖类，丁醇等产物在经过一系列复杂的生物化学变化后生成，酒精工艺设备其极为类似[12]；
（2）发酵过程能够在室温下进行，不需要额外的贵重金属催化剂；
（3）更容易进行分离纯化，同时生产时的安全性高、有较少的副产物，经济效益更好；
（4）帮助国家摆脱对于化石能源过度依赖并且降低了对于化石能源的大量消耗。
1.2 非粮原料（玉米秸秆）为原料发展正丁醇
随着世界人口基数的不断增大，社会发展对于能源的需求量也日益增长，石油资源的匮乏使得国际上的原油价格不断上涨，能源问题已经成为全球急需解决的世界性问题之一。许多国家现在将研究发展的目标转移到了生物燃料领域，而生物丁醇在众多方面以自身所具有的优势展现了能源的多元和极大的发展潜力。
丁醇是一种生物燃料，与同源燃料的物理化学性质和燃烧特性相比，具有以下优点：
（1）丁醇具有较高的能量含量，可以比乙醇运输多30%；
（2）丁醇挥发性是汽油的1/13.5，仅为乙醇的1/6，同样当暴露在潮湿的环境下时，它也具有更好的适应性；
（3）如今的燃料供应系统能直接被丁醇使用，而乙醇的使用则需要经过诸多运输形式；
（4）丁醇的腐蚀性更小，无论是在运输还是使用的过程中都比乙醇和汽油更加安全；
（5）生物丁醇与汽油的混合比更高，应用混合燃料的经济效益更好，就能直接使用几乎100%浓度的丁醇；
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