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改性木薯吸附剂固定床吸附制无水乙醇的研究

作　者: 李沫林
导　师: 陈砺
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 无水乙醇改性木薯吸附剂吸附等温线固定床
分类号: TQ223.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无水乙醇是一种可再生燃料,可在专用的乙醇发动机中使用,又可按一定的比例与汽油混合,在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。由于乙醇-水的混合物在常压时存在共沸点,因此不能通过普通蒸馏法得到无水乙醇。目前无水乙醇的主要生产工艺为分子筛吸附,但是生产分子筛的过程伴随着高能耗。本实验将可再生农作物木薯改性为吸附剂,采用生物质吸附法制得无水乙醇。本文研究酸法制备改性木薯吸附剂的工艺,通过正交实验分析盐酸浓度、反应时间、反应温度对改性的影响,从而确定酸法制备改性木薯吸附剂的最优条件。对木薯吸附剂和改性吸附剂进行SEM表征,应用BET二参数理论计算比表面积,并对吸附等温线进行Sircar模型预测和分析。通过固定床吸附实验研究改性木薯吸附剂在固定床中对乙醇-水混合蒸气的吸附行为,主要研究在不同操作条件下,床层的透过曲线、不同床层位置的温度曲线以及吸附波速度,吸附剂的生产能力等。实验结果表明:盐酸制备改性木薯吸附剂的最佳工艺条件为:盐酸浓度6 %,反应时间10小时,反应温度45℃。改性木薯吸附剂比未改性木薯吸附剂的吸附性能有了显著的提高。水在改性木薯吸附剂上的吸附等温线属于第Ⅱ种类型,BET模型计算得到的比表面积为401.8 m2/g。改性木薯吸附剂固定床吸附生产能力为0.233~0.308 g/g。适当增加床层高度,降低气速,可以提高改性木薯吸附剂的生产能力,工业生产中应该根据具体需要,选择合适的操作条件。改性木薯吸附剂具有良好的吸附性能,采用固定床吸附工艺制无水乙醇是可行的。木薯作为吸附剂原料具有价格低廉、能耗低,使用失效后可作为发酵法制燃料乙醇的原料等优点。采用改性木薯吸附剂固定床吸附制无水乙醇具有良好的工业应用前景。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-30
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 乙醇燃料的国内外发展背景  12-13
    1.1.2 无水乙醇的能源利用  13-15
  1.2 无水乙醇的生产工艺  15-21
    1.2.1 精馏工艺  16-18
      1.2.1.1 萃取精馏和溶盐精馏  17
      1.2.1.2 加盐萃取精馏  17-18
      1.2.1.3 共沸精馏  18
    1.2.2 膜分离制无水乙醇  18-20
      1.2.2.1 渗透汽化  19
      1.2.2.2 蒸汽渗透  19-20
    1.2.3 吸附法生产无水乙醇  20-21
  1.3 生物质吸附法及木薯吸附剂改性  21-27
    1.3.1 生物质吸附法  21-24
      1.3.1.1 生物质吸附研究进展  21-23
      1.3.1.2 影响生物质吸附的因素  23-24
    1.3.2 木薯吸附剂改性及木薯燃料乙醇系统  24-27
      1.3.2.1 木薯吸附剂改性  25-26
      1.3.2.2 木薯燃料乙醇系统  26-27
  1.4 论文的创新点和主要实验内容  27-29
  1.5 本章小结  29-30
第二章实验装置、测试方法及部分基础实验  30-40
  2.1 实验仪器及装置  30-34
    2.1.1 主要实验仪器  30
    2.1.2 实验装置  30-31
    2.1.3 热电阻数字温度仪的标定  31-34
  2.2 测试方法及相关参数计算  34-37
    2.2.1 气相色谱检测条件  34-35
    2.2.2 本实验定量校正因子的测定与计算  35-36
    2.2.3 痕量水分析方法  36-37
  2.3 原料脱水率及吸附剂床层孔隙率  37-39
    2.3.1 原料脱水率实验  37-38
    2.3.2 吸附剂床层孔隙率实验  38
    2.3.3 床层透过曲线计算方法  38-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章改性木薯吸附剂的制备实验与结果分析  40-48
  3.1 木薯吸附剂改性正交实验  41-43
    3.1.1 正交实验方案设计  41
    3.1.2 制备实验步骤  41-42
    3.1.3 改性效果评价标准  42-43
  3.2 木薯吸附剂改性结果分析  43-47
    3.2.2 正交实验结果与分析  43-45
    3.2.3 扫描电镜（SEM）观察  45-47
  3.3 本章小结  47-48
第四章木薯吸附剂气相吸附等温模型的研究  48-64
  4.1 吸附等温线模型  49-54
    4.1.1 亨利定律  50-51
    4.1.2 Sircar 模型及经验参数  51-53
      4.1.2.1 Sircar 模型  51-52
      4.1.2.2 Westgate 经验参数  52-53
    4.1.3 BET 模型  53-54
  4.2 木薯吸附剂吸附等温线研究结果与讨论  54-63
    4.2.1 线性吸附等温线模型分析  54-56
    4.2.2 Sircar 模型吸附等温线分析  56-59
    4.2.3 BET 模型计算木薯吸附剂比表面积  59-63
  4.3 本章小结  63-64
第五章改性木薯吸附剂固定床吸附实验  64-78
  5.1 吸附和脱附实验步骤及操作条件  64-66
    5.1.1 实验步骤  64-65
      5.1.1.1 吸附实验步骤  65
      5.1.1.2 脱附实验步骤  65
    5.1.2 操作条件  65-66
      5.1.2.1 吸附操作条件  66
      5.1.2.2 脱附操作条件  66
  5.2 改性木薯吸附剂固定床实验结果与分析  66-76
    5.2.1 改性前后木薯吸附剂固定床吸附性能对比  66-67
    5.2.2 床层温度变化曲线分析  67-68
    5.2.3 吸附波移动速度计算及气速因素分析  68-69
    5.2.4 不同操作条件下的破点时间及生产能力  69-70
    5.2.5 气速对固定床吸附透过曲线的影响  70-71
    5.2.6 床层高度对固定床吸附透过曲线的影响  71-72
    5.2.7 床层压降的影响因素及理论分析  72-75
    5.2.8 脱附实验结果及分析  75-76
  5.3 本章小结  76-78
结论与建议  78-80
  结论  78-79
  建议  79-80
参考文献  80-87
攻读硕士学位期间取得的研究成果  87-88
致谢  88

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