基于Aspen Plus平台的酵母发酵工艺流程模拟

发布时间：2020-05-15 09:38

【摘要】：在计算机上实现生物化工过程全工艺流程的模拟,有助于更准确的分析工艺的物料平衡、能量消耗、成本核算等。然而,由于生物质物性数据库和发酵等单元操作模块的缺少,严重阻碍了工艺流程模拟在生物化工上的应用,因此本文基于Aspen Plus平台围绕酵母发酵对生物化工过程进行工艺流程模拟的研究,具体研究内容如下:1)设计并构建了年处理量40万吨的橡子乙醇发酵工艺的全流程模型,建立了生物质物性数据库,并进行物料衡算、能量优化和能耗分析。本工艺燃料乙醇的产量为90,384t/a,废水排放量为7.6t/t乙醇,副产物单宁的产量为2.5万t/a。经过换热网络优化,系统总能耗减少29.86%,为8.1 GJ/t乙醇,蒸汽消耗量为2.15 t/t乙醇,工艺运行成本为6,580元/t。结果表明橡子乙醇发酵工艺具有一定经济可行性。2)分别利用动力学模型和支持向量机对粘红酵母发酵过程进行数学建模。通过对比可知,支持向量机模型的拟合效果要优于动力学模型。随后,利用遗传算法对粘红酵母发酵过程进行条件优化,结果表明在废水浓度为32.6%(v/v)、补糖量为46.2g/L和发酵时间为221 h的工艺条件下,生物量达到最大值11.87 g/L,油脂含量达到2.18 g/L,提高了 5%。3)针对粘红酵母发酵过程分别开发了基于动力学模型和支持向量机的Aspen Plus用户模型,对比可知后者的模拟计算结果比前者更精确。设计并建立了年处理量100万吨的粘红酵母处理纤维素乙醇废水工艺的全流程模型,并进行物料衡算、能耗分析和成本估算。本工艺油脂的产量为4,938.5t/a,排水量为869,120m3/a,沼气(以100%甲烷计)产量为1,082万m3/a。工艺耗电量为1,560万(kW·h)/a,能源消耗(折标煤)为5,200t/a,所产沼气(折标煤)为14,933t/a,净增热值(折标煤)为9,733t/a。工艺运行成本为7,308.64万元/a,净增热值成本(折标煤)为7,509元/t,为工业化提供数据指导。
【图文】：

帮助系统,物系,物性,非电解质

供的物性方法选择帮助系统进行选择，帮助系统会根据组分的类型和工艺过程的类型逡逑为用户推荐对应的物性方法；二是根据经验进行选择，即通过物系的特征、温度和压逡逑力来选择，选择物性方法的原则见图２－２。逡逑逦逦＾邋电解质——？邋ＥＬＥＣＮＲＴＬ逡逑非电解质——？参考（ｂ）逡逑＾￣Ｌ逡逑—Ｊ逦１逦＞邋ＰＥＮＧ－ＲＯＢ邋ＲＫ－ＳＯＡＶＥ逡逑＇——邋ＰＲ－ＢＭ邋ＲＫＳ－ＢＭ逡逑＞ｌａｔｍ邋ＣＨＡＯＳＥＡＢＫＩＯ逡逑物系逦广邋ＧＡＲＹＳＯＮ逡逑一｜邋虚拟＆逡逑真实逡逑ＢＫ１０邋ＩＤＥＡＬ逡逑（ａ）逡逑是逡逑ＮＲＴＬＵＮ１ＱＵＡＣ逡逑是液逡逑数据？／邋ａ逡逑ＷＩＬＳＯＮ邋ＮＲ邋丁邋Ｌ逡逑Ｐ＜ｌ0ｂａｒ逦ＵＮ，，ＱＵＡＣ逡逑ＵＮＩＦ－ＬＬ逡逑逦邋邋压力＾＞逦ＵＮＩＦＡＣ邋ＵＮＩＦ－ＬＢＹ逡逑ＵＮＩＫ－ＤＭＤ逡逑／ｖ逦％．邋ＰＲＷＳ邋ＲＫＳＷＳ逡逑ｎ、，，、ｗ逦／逦＼邋ｉ逦ＳＲ－ＰＯＬＡＲ逡逑卜ｌ０ｂａ：，＾？交互ｊ逡逑参数逡逑Ｖ－Ｕ－邋ＰＳＲＫ邋ＲＫＳＮＨＶ２逡逑（ｂ）逡逑图２－２选择物性方法的原则逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋

复合曲线,橡子,乙醇发酵,总复合曲线

逦北京化工大学硕士学位论文逦逡逑１２０．０－ｇ［逦／逦ｒ逦」逡逑ｎｏ．逦／逦／逡逑１００．逡逑－邋逦邋逦逦逦■■＿，’逦逦邋＜邋■逦－？＂■＊逡逑９０．００－１逦逦邋ｊ逦—邋逦逦逦一逡逑ｗ邋ｓａ00４逦ｙ７逦ｙ—一一逡逑％邋＼邋「逡逑１—１邋／邋／逡逑Ｉ邋＿１逦，’逦／逡逑Ｈ邋ａａ邋ｏｏ＾逦／逦／逡逑■４０．邋Ｑ0ｉ逦／逦／逡逑３０．００－＝逦逦＂逡逑２０．邋００邋＂１逦ｊ邋，邋ｉ邋，邋ｕ邋ｉ邋ｉ邋ｉ逦ｉ邋ｊ邋ｉ逦逦逦ｉ邋ｉ邋，邋ｉ邋，邋，邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ逦ｉ邋ｊ邋．逦｜邋．逦．邋．邋ｉ邋■邋．邋．逦．邋．邋ｉ邋．邋．邋ｉ邋．邋ｉ邋．邋？邋ｉ邋．邋ｉ逡逑０．００００邋ｉ．邋０００？－００８逦２．０００ｅ－００８逦３．（Ｋ）0－ＯＯＳ邋４．ＧＯＯ？－ＯＯＳ邋Ｓ．ＯＯＯｅ－ＯＯＳ邋Ｃ．ＯＣＯｅ＾ＯＯＳ邋７．０００ｆ＾Ｋ）８逦８．邋ＯＯＯｅ－ＯＯＳ邋９．０００ｅ＾００３逦１．邋ＯＯＯｅ－ＯＯＳ逡逑Ｅｎｔｈａｌｐｙ邋（ｋＪ／ｈ）逡逑图２－５橡子乙醇发酵工艺流程的复合曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２－５邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｒｏｍ邋ａｃｏｒｎ逡逑ｌ４Ｓ邋０－＝
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ920.6

【参考文献】