【摘要】：在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)生物化工過程全工藝流程的模擬,有助于更準(zhǔn)確的分析工藝的物料平衡、能量消耗、成本核算等。然而,由于生物質(zhì)物性數(shù)據(jù)庫和發(fā)酵等單元操作模塊的缺少,嚴(yán)重阻礙了工藝流程模擬在生物化工上的應(yīng)用,因此本文基于Aspen Plus平臺圍繞酵母發(fā)酵對生物化工過程進(jìn)行工藝流程模擬的研究,具體研究內(nèi)容如下:1)設(shè)計并構(gòu)建了年處理量40萬噸的橡子乙醇發(fā)酵工藝的全流程模型,建立了生物質(zhì)物性數(shù)據(jù)庫,并進(jìn)行物料衡算、能量優(yōu)化和能耗分析。本工藝燃料乙醇的產(chǎn)量為90,384t/a,廢水排放量為7.6t/t乙醇,副產(chǎn)物單寧的產(chǎn)量為2.5萬t/a。經(jīng)過換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,系統(tǒng)總能耗減少29.86%,為8.1 GJ/t乙醇,蒸汽消耗量為2.15 t/t乙醇,工藝運(yùn)行成本為6,580元/t。結(jié)果表明橡子乙醇發(fā)酵工藝具有一定經(jīng)濟(jì)可行性。2)分別利用動力學(xué)模型和支持向量機(jī)對粘紅酵母發(fā)酵過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。通過對比可知,支持向量機(jī)模型的擬合效果要優(yōu)于動力學(xué)模型。隨后,利用遺傳算法對粘紅酵母發(fā)酵過程進(jìn)行條件優(yōu)化,結(jié)果表明在廢水濃度為32.6%(v/v)、補(bǔ)糖量為46.2g/L和發(fā)酵時間為221 h的工藝條件下,生物量達(dá)到最大值11.87 g/L,油脂含量達(dá)到2.18 g/L,提高了 5%。3)針對粘紅酵母發(fā)酵過程分別開發(fā)了基于動力學(xué)模型和支持向量機(jī)的Aspen Plus用戶模型,對比可知后者的模擬計算結(jié)果比前者更精確。設(shè)計并建立了年處理量100萬噸的粘紅酵母處理纖維素乙醇廢水工藝的全流程模型,并進(jìn)行物料衡算、能耗分析和成本估算。本工藝油脂的產(chǎn)量為4,938.5t/a,排水量為869,120m3/a,沼氣(以100%甲烷計)產(chǎn)量為1,082萬m3/a。工藝耗電量為1,560萬(kW·h)/a,能源消耗(折標(biāo)煤)為5,200t/a,所產(chǎn)沼氣(折標(biāo)煤)為14,933t/a,凈增熱值(折標(biāo)煤)為9,733t/a。工藝運(yùn)行成本為7,308.64萬元/a,凈增熱值成本(折標(biāo)煤)為7,509元/t,為工業(yè)化提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。
【圖文】：

供的物性方法選擇幫助系統(tǒng)進(jìn)行選擇，幫助系統(tǒng)會根據(jù)組分的類型和工藝過程的類型逡逑為用戶推薦對應(yīng)的物性方法；二是根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行選擇，即通過物系的特征、溫度和壓逡逑力來選擇，選擇物性方法的原則見圖２－２。逡逑邐邐＾邋電解質(zhì)——？邋ＥＬＥＣＮＲＴＬ逡逑非電解質(zhì)——？參考（ｂ）逡逑＾￣Ｌ逡逑—Ｊ邐１邐＞邋ＰＥＮＧ－ＲＯＢ邋ＲＫ－ＳＯＡＶＥ逡逑＇——邋ＰＲ－ＢＭ邋ＲＫＳ－ＢＭ逡逑＞ｌａｔｍ邋ＣＨＡＯＳＥＡＢＫＩＯ逡逑物系邐廣邋ＧＡＲＹＳＯＮ逡逑一｜邋虛擬＆逡逑真實(shí)逡逑ＢＫ１０邋ＩＤＥＡＬ逡逑（ａ）逡逑是逡逑ＮＲＴＬＵＮ１ＱＵＡＣ逡逑是液逡逑數(shù)據(jù)？／邋ａ逡逑ＷＩＬＳＯＮ邋ＮＲ邋丁邋Ｌ逡逑Ｐ＜ｌ0ｂａｒ邐ＵＮ，，ＱＵＡＣ逡逑ＵＮＩＦ－ＬＬ逡逑邐邋邋壓力＾＞邐ＵＮＩＦＡＣ邋ＵＮＩＦ－ＬＢＹ逡逑ＵＮＩＫ－ＤＭＤ逡逑／ｖ邐％．邋ＰＲＷＳ邋ＲＫＳＷＳ逡逑ｎ、，，、ｗ邐／邐＼邋ｉ邐ＳＲ－ＰＯＬＡＲ逡逑卜ｌ０ｂａ：，＾？交互ｊ逡逑參數(shù)逡逑Ｖ－Ｕ－邋ＰＳＲＫ邋ＲＫＳＮＨＶ２逡逑（ｂ）逡逑圖２－２選擇物性方法的原則逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋

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【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ920.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2664831