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文冠果生物炼制工艺的过程集成研究

作　者: 王继艳
导　师: 滕虎
学　校: 大连理工大学
专　业: 生物化工
关键词: 文冠果生物炼制工艺模拟能量集成
分类号: TQ914.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

文冠果是我国所特有的木本油料植物,具有生产生物能源和保护生态环境的双重效益,因此受到大家的普遍重视。文冠果的潜在经济价值丰富,种仁油可以生产生物柴油,副产物甘油可以生物转化为1,3-丙二醇,果壳和种皮中大量的木质纤维素可生产纤维素乙醇,并且种仁和果壳中含有皂苷、蛋白、淀粉等多种有效成分。为实现文冠果生物炼制过程高效、低成本的生物炼制工艺路线,本文利用化工流程模拟软件Aspen Plus建立文冠果生物炼制过程的模拟模型,从生产工艺整合、物质和能量集成两个角度系统阐述文冠果生物炼制工艺的过程集成,并对整个过程进行了经济分析,为文冠果生物炼制工艺开发提供准确、有效、可量化的基础设计数据。主要研究内容包括：1.采用流程模拟软件Aspen Plus对文冠果生物炼制工艺进行全流程工艺设计与模拟。以纤维素乙醇、生物柴油和1,3-丙二醇的前期研究结果为基础,建立文冠果多产物联产的生物炼制过程的模拟模型,对该生物炼制工艺进行严格的物料和能量衡算,并计算文冠果生物炼制工艺的生产成本。分析表明：年处理30万吨文冠果的生物炼制过程,将生产纤维素乙醇12,960吨,生物柴油37,417吨,1,3-丙二醇1,504吨；文冠果生物炼制过程的年总生产成本为29,369万元,其中原辅料成本和公用工程费用分别占总成本的78%和15%。经济效益估算表明,文冠果生物炼制工艺产品的年销售额总计53,841万元,年净利润为16,396万元。2.采用夹点技术对文冠果生物炼制过程的能量进行分析,将冷、热流股进行匹配换热,提出热集成方案,降低文冠果生物炼制过程中的能耗。对文冠果生物炼制过程能量集成的结果表明：热集成工艺消耗的冷、热公用工程较热集成前工艺分别节省52.8%和67.4%,纤维素乙醇、生物柴油和1,3-丙二醇的单位蒸汽能耗降为1.30、0.28和22.70吨。文冠果生物炼制能量集成工艺的年总生产成本为26,592万元,较原工艺降低了9.2%。3.采用化工流程模拟软件ProⅡ对以甘油为原料微生物法年产千吨1,3-丙二醇的三种不同分离工艺路线(醇沉、双水相、电渗析)进行了工艺设计模拟及技术经济性对比分析。结果表明：醇沉、双水相和电渗析三种工艺的总生产成本分别为14,793、14,201和14,345元／吨。敏感性分析表明,甘油价格是影响工艺单位成本的最关键因素。其次是1,3-丙二醇浓度和转化率,提高这两个指标有利于降低生产成本,提高工艺的经济性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 文献综述  11-32
  1.1 文冠果的开发利用价值  12
  1.2 文冠果生物炼制关键工艺  12-25
    1.2.1 纤维素乙醇生产工艺  12-17
    1.2.2 生物柴油生产工艺  17-21
    1.2.3 生物柴油副产甘油生产1,3-丙二醇工艺  21-25
  1.3 工艺流程模拟技术  25-27
    1.3.1 稳态流程模拟技术  25-26
    1.3.2 流程模拟软件  26-27
  1.4 化工过程系统的能量集成  27-31
    1.4.1 用能一致性原则  27-28
    1.4.2 夹点设计法  28-31
  1.5 本课题的研究内容及意义  31-32
    1.5.1 研究内容  31
    1.5.2 研究意义  31-32
2 文冠果生物炼制工艺设计与模拟  32-48
  2.1 工艺流程简介  32-34
  2.2 模型的建立  34-36
    2.2.1 定义化学组分  34
    2.2.2 热力学方法的确定  34-35
    2.2.3 单元模型的建立  35-36
  2.3 文冠果生物炼制工艺的模拟过程与结果  36-47
    2.3.1 总体工艺设计指标  36-37
    2.3.2 工艺设计  37-41
    2.3.3 模拟结果  41-44
    2.3.4 生产成本核算  44-47
  2.4 小结  47-48
3 文冠果生物炼制工艺的系统能量集成  48-57
  3.1 文冠果生物炼制基本工艺物流数据的选取  48-49
  3.2 文冠果生物炼制工艺的夹点分析  49-55
    3.2.1 夹点位置的确定  49-52
    3.2.2 物流间的匹配换热  52-53
    3.2.3 能量集成工艺的经济评价  53-55
  3.3 小结  55-57
4 微生物法生产1,3-丙二醇不同工艺的生产成本分析  57-68
  4.1 工艺流程介绍  57-59
  4.2 流程模拟方法  59-60
  4.3 流程模拟与生产成本计算的结果与讨论  60-66
    4.3.1 三种工艺的能耗对比分析  60-61
    4.3.2 生产成本分析  61-65
    4.3.3 敏感性分析  65-66
  4.4 小结  66-68
结论  68-69
展望  69-70
参考文献  70-75
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  75-76
致谢  76-77

文冠果生物炼制工艺的过程集成研究

内容摘要

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