刘静发 苏云
广西中粮生物质能源有限公司 广西 北海 536100
摘要：我国燃料乙醇生产已有十几年的历史，目前已有约270万吨的规模。但2017年国家几部委提出大力发展燃料乙醇，预计将在未来的几年达到1000万t的生产能力。中粮、国投、象屿集团等都有了新建燃料乙醇新工厂的规划。但笔者认为，新工厂的设计不但要从消化陈化粮的目的出发，还要考虑新技术、环保、节能等多方面因素，积极响应习主席的“绿水青山就是金山银山”的号召。乙醇是一种用途广泛的有机物，在饮料制造、香精、医疗消毒等多个方面都有所应用，乙醇不仅能够解决汽油燃料燃烧时出现的供氧问题，还能对汽油中的高辛烷值进行解决。
关键词：燃料乙醇；工艺；化学工程
1导言
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。
2燃料乙醇工艺发酵中的化学工程问题
2.1多尺度问题
站在整体的角度上来看，燃料乙醇在发酵的过程中，其实是一种具有较强综合性反应的过程，包含了微生物、生物化等相关的工程学，使得乙醇在发酵的过程当中内容是极为复杂的。这也意味着在对于燃料乙醇发酵的过程当中，不应当从片面的角度上对其进行研究，应当站在不同的角度上分析，确保立足于乙醇实际发酵制备，从多尺度的角度上来对其进行研究。而多尺度理论现代科学也逐渐朝向于一种融合化的具象方面发展。
2.2动力学与放大问题
乙醇在进行发酵的过程当中，前期阶段主要的活动内容是作为乙醇原料的液化、糖化等，那么这时在初期阶段活动结束后，就正式进入对乙醇应用特性上的实时控制阶段当中。在这一阶段需要解决的问题，主要是乙醇在发酵过程中，所反应出来的动力学方问题。而这个问题也是作为乙醇发酵反应，能否切实进行的重要关键环节。主要包含以下几点方面：本征动力学动力学，针对这点主要指，当从一种物质本身的属性出发，对相关的发酵生物反应出固有速率的实时研究；宏观动力学，主要指基于乙醇相关的反应器制备的角度上进行分析，优先将所有反应器当中的原料物质的实际传递情况所代表的动力学考虑在其中，在这其中的酶催化反应，则是作为当前我国运营的范围最广，使用频率最高的一种动力学的模型。
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3燃料乙醇工艺的化学工程
3.1燃料乙醇发酵分析
3.1.1多尺度发酵燃料乙醇
燃料乙醇在发酵的过程中会涉及到微生物工程、化学工程、生物化学工程等多个工程领域，并且发酵过程较为复杂，单一角度的研究并不能提高燃料乙醇的制备效率，因此，在研究时应该注重多尺度燃料乙醇的发酵研究，让整个发酵过程显得更加全面，只有全方面的研究才能够保证和实际相符。
3.1.2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。
3.2燃料乙醇提纯
发酵过后的发酵液中实际含有的乙醇浓度较低，根据相关资料的研究可以发现，这种情况的乙醇浓度仅为5%~10%，燃料浓度在这范围内不能达到燃料额要求，因此在完成发酵工作后需要采取提纯措施，这一步骤也是乙醇燃料生产比不可少的环节，乙醇提纯方法较多，但是蒸馏技术的应用是最为广泛的，通过蒸馏技术提出乙醇其实就是排除乙醇当中的水分，提高乙醇的浓度，并且在提纯这一步骤时，往往需要进行多次提纯才能达到规定浓度，需要注意的是蒸馏法得到的乙醇最大浓度为90%，要想进一步提高乙醇的浓度就继续需要采取萃取、吸附等方法，制备符合浓度要求的乙醇。
蒸馏法是一种相对成熟、应用范围交广的分离方法，但是进行蒸馏操作的过程中会产生很高的能耗，并且随着原溶液中乙醇浓度的提高，蒸馏塔中回流浓度必然会提高，加大了企业成本投入，根据对相关文献的研究，目前企业已经可以通过萃取法、超临界流体法、渗透蒸发膜分离法等方法代替蒸馏法，这三种方法相对于蒸馏法成本较低，但是也存在污染大等问题。
3.3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。
4结束语
总之，只有不断的增强燃料乙醇工艺的化学工程重视度，才能够更好的提升我国燃料乙醇发酵、提纯、分离等方面工艺的效率，推动燃料乙醇工艺的发展进程。时代的发展，建设的能耗量不断增加，人们也意识到新能源的作用和重要性，燃料乙醇具有污染小的特点，如果能发展制备技术，降低燃料乙醇的生产成品和生产污染，能够在大范围内进行推广，利用化学工程对燃料乙醇工艺进行探讨必将成为未来发展的趋势。
参考文献
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论文作者:刘静发,苏云
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
标签：乙醇论文; 燃料论文; 化学工程论文; 浓度论文; 过程论文; 过程中论文; 工艺论文; 《防护工程》2018年第24期论文;