橢球形生物質(zhì)吸附劑吸附性能研究.pdf

1、隨著世界化石能源的日趨枯竭新能源在不斷的被開發(fā)利用，上世紀(jì)六七十年代乙醇濃度為99.5％以上的無水乙醇進(jìn)入了人們的視野；由生物質(zhì)發(fā)酵直接得到的乙醇溶液中含有大量的水，經(jīng)過傳統(tǒng)的蒸餾方法可脫除大部分水分得到濃度為95%左右的高濃度乙醇溶液；但是當(dāng)乙醇溶液中乙醇濃度提高到92%以后，繼續(xù)提純的生產(chǎn)能耗將會(huì)大幅度增加，而且乙醇/水溶液體系在乙醇濃度達(dá)到95.57%（w/w）時(shí)存在共沸點(diǎn)，無法通過普通的蒸餾方法進(jìn)一步提高乙醇的濃度；工業(yè)生產(chǎn)中常

2、用的無水乙醇制備方法有：共沸精餾法、萃取精餾法、膜分離法、分子篩吸附法和生物質(zhì)吸附法等，這些生產(chǎn)方法均在實(shí)際生產(chǎn)中表現(xiàn)出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)；其中生物質(zhì)吸附法的實(shí)驗(yàn)研究近年來取得了良好的進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用生物質(zhì)吸附劑制備無水乙醇污染和能耗均得到了大幅度的降低，能源利用率提高，是最具潛力的無水乙醇生產(chǎn)方法。本實(shí)驗(yàn)采用的吸附劑是由鄭州大學(xué)生化工程中心自主研發(fā)的新型橢球形生物質(zhì)吸附劑。
　　實(shí)驗(yàn)首先對(duì)生物質(zhì)吸附劑固定床層的流體力學(xué)性能進(jìn)行

3、了研究，該實(shí)驗(yàn)分別在直徑為50mm、100mm、200mm，有效裝填高度為3m的吸附塔內(nèi)進(jìn)行，采用的生物質(zhì)吸附劑的粒徑分別為3.25mm、4.26mm、5.09mm、6.43mm，實(shí)驗(yàn)先測(cè)定了不同粒徑吸附劑的裝填密度和空隙率；在實(shí)驗(yàn)操作過程中使空氣從上至下通過裝有吸附劑的吸附塔，吸附塔一側(cè)由下至上均勻布置六個(gè)壓強(qiáng)測(cè)量點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；然后對(duì)采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出床層單位高度壓降與空氣平均流速的關(guān)系并利用流體力學(xué)知識(shí)將復(fù)雜

4、的固定床簡(jiǎn)化為平行管狀通道模型，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合得出了床層流動(dòng)摩擦系數(shù)與空氣雷諾數(shù)之間的關(guān)系。然后實(shí)驗(yàn)對(duì)該橢球形生物質(zhì)吸附劑用于乙醇脫水制備無水乙醇過程中的氣相吸附性能進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)選用直徑100mm，有效裝填高度為3m的吸附塔作為固定床吸附器；實(shí)驗(yàn)中主要考察了各種粒徑的吸附劑在不同進(jìn)料速率以及不同床層高度條件下吸附性能變化，分別測(cè)定了吸附過程中吸附劑固定床的溫度變化曲線、穿透曲線以及脫附再生過程固定床的壓降變化曲線；最后通

5、過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算得出了吸附劑固定床的吸附等溫線并從理論上簡(jiǎn)化計(jì)算了吸附過程的吸附總傳質(zhì)系數(shù)k。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：濃度為95%的乙醇溶液氣相經(jīng)過各種粒徑的吸附劑固定床吸附均可得到濃度為99.5%以上的無水乙醇，其中粒徑為5.09mm的吸附劑吸附性能最好，在相同實(shí)驗(yàn)條件下該粒徑吸附劑的固定床生產(chǎn)出的無水乙醇最多；吸附過程中吸附劑床層溫度隨吸附過程的進(jìn)行呈現(xiàn)先升高后降低的變化，床層溫度最高可達(dá)到129℃，吸附過程是放熱過程；利用