基于Aspen Plus平台资源节约型木质纤维素乙醇生产工艺流程模拟

( 化学方法
化 学 方 法 主 要 是 指 以 酸 、碱 、有 机 溶 剂 作 为 物 料 的 预 处 理 剂 ，破 坏 纤 维 素 的 结 晶 结 构 ，打 破 木 素 与 纤 维 素 的连接，同时，使半纤维素溶解。 (’" 酸法
酸法预处理可用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸。其中，效果 最好、应用最广泛的是稀硫酸)(*。
浓 酸 水 解 法 适 应 性 强 ，可 处 理 多 种 物 料 ，糖 化 率 高 达 2# 0，糖液浓度高。反应速度较快，"#$"( = 即可完
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量投入和能量产出基本平衡 。
关键词 :纤维素乙醇微型工厂 ;Aspen plus ;流程模拟 ;水耗 ;能耗
中图分类号 :T Q018
文献标志码 :A
Flowsheet Simulation of Cellulosic Ethanol Mini-plant on Aspen plus Platform
量 3 .605 4 kg , 废水量 8 .061 6 kg , 均低于目前工艺水平下的玉米淀粉生产乙醇的水用量和废水
量 ;1 kg 乙醇消耗各种形式能量 36 .515 2 M J , 产出能量为 53 .574 9 M J , 能量产出大于能量投入 ;
1 kg乙醇的综合能耗折合 1 .826 9 kg 标准煤 , 加工过程中的产出能量折合 1 .828 0 kg 标准煤 , 能
6 98
华 东 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
第 37 卷
Key words:cellulosic ethanol mini-plant ;A spen plus ;f low-sheet simulatio n ;w ater consumption ; energy consumptio n
价模型 , 分析纤维素乙醇生产过程中的平衡关系 , 并 将其用于快速评价新技术的发展对过程设计和经济 效益的影响[ 5] 。A spen plus 流程模拟软件应用于木 质纤维素转化过程的模拟 , 仍存在诸多不足之处 :建 立的流程模型组分物性数据库没有完全包含木质纤
维素转化生产过程中涉及的所有组分 ;过程的收率 、 能耗 、水耗和废水处理等指标没有实际过程或实验 数据的对照 ;流程模型的能耗计算中没有对不同形 式的能量消耗(如蒸汽 、电能等)加以区分等 。

［ 关键词］ 燃料乙醇；本质纤维素； 预处理
［ 图分类 号】Ｑ 中 Ｔ
ｆ 文献标 识码 】 Ａ
［ 文章编 号】Ｏ ７１６ （０００ －０ ８０ ｌ０－８５２ １）３０ １－３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｉ ｅｒ ａ ｍ ｅ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｐｒ ｔ ｅ ｔ ｎ ｆ Ｌｉ ｎｏ ｅｌ ｌ ｓｃＭ ａ ｅ ｉｌ ｏ ｅ ｈ ｎｏ ｏ ｇ ｃ ｌｕ ｏ ｉ ｔ ｒａｓｆ ｒＦｕ ｌ Ｅｔ ａ ｌ Ｐｒ ｄｕｃｉ ｎ ｔｏ
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世界经济发展对能源需 求的持 续增长和 日益 严峻 的环境 问题迫使人们 寻求可再生能源 ， 燃料 乙醇就是其中一种重要的 可再生能源。 目前有很多国家在研究以木质纤维素资源为原料 生产燃料乙醇 。 木质纤维素的主要成分是纤维素 、 半纤维素和 木质素 ，木素 的存在阻碍了纤维素对酶的可及性 ＿。因此，要 ｌ Ｊ 充分利用木质纤维素类资源必须先对其进行有效 的预处理。 ０ ２ 世纪 ９ ０年代初 ，国内外学者开始对木质 纤维素 的预处理进行 研究 Ｊ 。目前 ， 木质纤维素的预 处理方法大致可分为物理法、 化学法、物理化学法以及生物法 。
度和预处理 时问对液态热水法预处理效果的影响非常显著 ， 随 着热 水温度 的提高和预处理 时间的延长 ， 半纤维素 的溶解程 度 相应增加 ，并且增加理是最早被 研究也是研究得最深入的化学法之一。 稀硫 酸是应用最广 泛的预处理方法 ，此外硝 “、盐酸 、 ｊ 磷 酸¨ 也被用于木 质纤维素预处 理。Ｚ ａ 等¨ ｈｏ 采用稀硫酸对 ｃｏ ｏ 茎进行预处理研究 ，结果表明 ，将其在１％ Ｈ２Ｏ４ ｒｆ ｎ ｌ Ｓ ，８ ： 液固比 ，１０ ℃条件下处理１０ｍｉ，４ ｌ ２ ２ ｎ ６％的物质被溶解 ， 还原糖浓度达３ ． ２８ ９％，纤 维素含量提高 到６ ．４％。Ｓ ｎ １ １ ｕ 等 采用稀硫酸处理黑麦杆 ， 结果表 明， 随着硫酸浓度 的提高和反 应 时 间的延 长 ，半 纤 维素 的溶 解 程 度显著 增 加 。在 ０ ％ ． ９ Ｈ Ｓ ４ ０ｍｉ ２Ｏ ，９ ｎ或 １ ． ２％ Ｈ Ｓ ４ ０ｍｉ ２Ｏ ，６ ｎ 条件 下处理黑麦杆 ， 超过５ ％的半纤维素被溶解 。计红果 等… ． Ｏ 在０８％硫酸水溶液 中加 入适量硫酸铁对玉 米秸秆粉于８ ～１０ ℃搅拌、 Ｏ ０ 蒸煮 回流 预处理 。 当底物／ 溶液 比为 １： ５ ／ 铁盐浓度为 １ ｍｏ Ｌ １ ｍＬ， ｇ ． ０ｍ Ｆ 、 处理４ｈ 时效果较好 ，纤维素转化率可 由４ ．％提高到５ ＿％， ６９ ３ １ 酶水解初始速率 由１ ． ｍｇ（ ｈ提高至 １． ｍｇ（ ｈ。龚大 ５０ ／ ｇ． ） ７９ ／ ｇ． ） 春等 研究表 明，酸法一 法结合处理小麦桔杆的最优条件为 酶 在８ ０℃、４％（ 体积分数） 的稀硫酸、固液比为１： ５ ２ 的条件下 水解４ｈ ，再在５ Ｏ℃、ｐ ． Ｈ ５ 、酶量２ Ｐ ｇｌ ２ ５ Ａ． － Ｆ 干物质、０１ ． ｍｇ ＭｇＯ 下水解１ ，葡萄糖得率为３．％，比未经酸处理直接 Ｓ ２ ｈ ４ ５ 酶解葡萄糖的得率提高５ ％。 ０ 稀酸处理法可以有效地提高纤维素水解效率 ， 但处理后一 部分糖转化成有毒 的脱氢化合物 ， 对微 生物具有不同程 度的毒 性 ，并且下游酶水解和发酵 时必须进行中和处理 。 ２２ 碱 法 －

《基于AspenPlus化工模拟的生物油品质提质工艺设计案例教学探讨》篇一一、引言随着化工行业的发展和环境保护意识的增强，对生物油品质的要求也日益提高。

AspenPlus作为一种先进的化工模拟软件，能够为生物油品质提质工艺设计提供有效的技术支持。

本文将通过一个具体的案例，探讨基于AspenPlus化工模拟的生物油品质提质工艺设计的教学价值和应用实践。

二、案例背景本案例以某生物油生产企业的实际需求为背景，该企业生产的生物油在品质上存在一定的问题，如含水量高、热值低等，需要进行提质处理以提高其附加值。

为此，我们采用AspenPlus软件进行工艺设计，以提高生物油的品质。

三、AspenPlus化工模拟在生物油提质工艺设计中的应用1. 模型建立：根据生物油的组成和性质，利用AspenPlus建立准确的物性模型和反应模型。

这些模型能够反映生物油的实际性质和反应过程，为后续的工艺设计提供基础。

2. 工艺流程设计：基于建立的模型，利用AspenPlus进行工艺流程设计。

包括原料预处理、加热、蒸馏、脱氧、脱酸等过程，以及各过程的温度、压力、流量等参数的优化。

3. 模拟与优化：通过AspenPlus的模拟功能，对设计的工艺流程进行模拟验证。

根据模拟结果，对工艺流程进行优化，以提高生物油的品质和产量。

4. 教学应用：在化工教学过程中，教师可以利用AspenPlus 软件进行生物油提质工艺设计的案例教学。

通过让学生参与模型建立、工艺设计、模拟与优化等过程，提高学生的实践能力和创新能力。

四、案例教学探讨1. 教学内容：本案例教学以AspenPlus软件为工具，重点讲解生物油提质工艺设计的原理、方法和应用。

通过案例分析，让学生了解生物油提质的必要性和重要性。

2. 教学方法：采用理论与实践相结合的教学方法，让学生参与模型建立、工艺设计和模拟优化等过程。

同时，结合实际生产中的问题和挑战，引导学生进行思考和讨论。

3. 教学效果：通过本案例教学，学生能够掌握AspenPlus软件在生物油提质工艺设计中的应用方法，提高实践能力和创新能力。