燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中半連續(xù)同步糖化發(fā)酵模擬與優(yōu)化.pdf

1、燃料乙醇作為一種清潔、可再生能源，可以有效地解決能源與環(huán)境問(wèn)題。原料成本高、能耗大是制約燃料乙醇發(fā)展的主要因素。優(yōu)化發(fā)酵工藝，可以提高原料利用率，減少能耗，從而降低生產(chǎn)成本，是解決燃料乙醇生產(chǎn)瓶頸的重要方法。本文采用動(dòng)態(tài)模擬方法，對(duì)100kt/a燃料乙醇生產(chǎn)的半連續(xù)同步糖化發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行了模擬與優(yōu)化研究。
　　連續(xù)發(fā)酵是半連續(xù)發(fā)酵的前期過(guò)程，模擬優(yōu)化連續(xù)發(fā)酵為半連續(xù)發(fā)酵研究提供基礎(chǔ)。發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵罐數(shù)、酵母接種率以及糖化酶使用量是發(fā)

2、酵過(guò)程的重要參數(shù)。本文運(yùn)用流程模擬軟件Aspen Plus，采用靈敏度分析方法，對(duì)上述重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。模擬結(jié)果表明：在糖化酶加入量100U/g，酵母接種率30％條件下，經(jīng)過(guò)80h，8個(gè)發(fā)酵罐，發(fā)酵最終取得乙醇質(zhì)量濃度11.13%。
　　間歇發(fā)酵是半連續(xù)發(fā)酵的后期過(guò)程。本文采用Aspen Dynamics軟件對(duì)間歇發(fā)酵進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬研究，并與Aspen Plus軟件的間歇模擬進(jìn)行比較，探究了間歇同步糖化發(fā)酵中糖化速率與發(fā)酵速率相

3、互作用關(guān)系，并優(yōu)化了加料時(shí)間和發(fā)酵罐數(shù)。結(jié)果表明：動(dòng)態(tài)模擬可以考察加料過(guò)程對(duì)發(fā)酵的影響，模擬結(jié)果更符合實(shí)際；間歇發(fā)酵過(guò)程中，糖化速率在16h達(dá)到最大；當(dāng)酵母接種率低于5%時(shí)，葡萄糖會(huì)出現(xiàn)積累；最適進(jìn)料時(shí)間為12.5h，發(fā)酵罐為體積1800m3；間歇發(fā)酵經(jīng)過(guò)67.5h，取得乙醇質(zhì)量濃度為11.28%，乙醇生產(chǎn)效率為1.275g/L·h，發(fā)酵過(guò)程需換熱器7臺(tái)，總換熱面積889 m2。
　　半連續(xù)發(fā)酵前期與后期相結(jié)合的匹配狀況是影響發(fā)酵

4、的重要因素。本文采用Aspen Dynamics軟件對(duì)半連續(xù)同步糖化發(fā)酵進(jìn)行了模擬研究，考察了前期連續(xù)發(fā)酵和后期間歇發(fā)酵的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)、發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵的影響，并對(duì)換熱系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：前期連續(xù)發(fā)酵應(yīng)采用2個(gè)1500m3發(fā)酵罐，發(fā)酵20h；后期發(fā)酵應(yīng)采用5個(gè)1800 m3發(fā)酵罐組成的間歇發(fā)酵罐組；經(jīng)48h間歇發(fā)酵后，取得乙醇質(zhì)量濃度為11.20%，乙醇生產(chǎn)效率1.332g/L·h，發(fā)酵過(guò)程需要換熱器7臺(tái)，總換熱面積378 m2。