连续色谱法分离生物燃料丁醇的研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanzhijianer
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世界石油储备的急剧减少和越来越多由于石油燃料使用产生的环境问题,寻找替代能源也愈发引起人们的重视。丁醇作为新一代的生物质能源,受到全球范围内越来越多的关注。相较于燃料乙醇,丁醇具有具有更高的能量密度,并且可直接作为汽油的代替品加入内燃机中。然而,发酵法制备丁醇也存在一些问题亟待解决,如如何进一步提高丁醇发酵液浓度以及去除丙酮、乙醇等低附加值产物等。因此,如何经济有效地提取丁醇成为发展生物丁醇产业的先决条件。  色谱法分离ABE发酵液中的丁醇被认为是一种较为经济,低能耗的有效提取手段。本研究通过使用线性推动力模型,阐述了ABE溶液单-双-三组分在KA-I树脂上的竞争行为和机理,基于之前筛选好的大孔吸附树脂KA-I,进一步研究了ABE溶液中各组分之间竞争性吸附关系。同时通过一系列不同操作条件的柱穿透曲线试验,验证了线性推动力模型的适用性。结果表明,数学模型与试验数据拟合度较好。  基于饱和吸附树脂KA-I,经不同解吸剂和液固比的筛选,确定了甲醇为最优解吸剂,最优液固比为10(mL/g)。研究不同的操作条件(不同解吸剂浓度、不同温度、不同搅拌速率)对丁醇解吸动力学的影响,发现随甲醇浓度的增加,丁醇解吸平衡时间逐渐减少,丁醇解吸收率逐渐增加。温度和搅拌速率对丁醇解吸动力学影响不大。同时研究了不同操作条件对动态柱丁醇解吸曲线的影响,确定单柱最佳解吸条件是解吸流量为5.0mL/min;解吸剂为纯甲醇;解吸剂体积为210mL;柱床层高径比为6.0。此时丁醇解吸收率为98.5%,解吸液中丁醇的最高浓度和平均浓度分别为259.1和46.4g/L,解吸液中丁醇的提浓倍数为3.86倍。  对连续色谱分离技术提取生物燃料丁醇进行了初步研究,在实验操作条件下(进料液流量为6.00 mL/min;洗杂液流量为2.33 mL/min;洗脱液流量为0.85mL/min;再生液流量为2.77mL/min;系统切换时间t=180min),实现了强吸附组分(丁醇和丁酸)与弱吸附组分(丙酮、乙醇和乙酸)的分离。其中丁醇的提浓倍数为7.35倍,丁醇的纯度为97.52%,丁醇的收率为98.89%。  本论文为连续色谱分离系统替代传统蒸馏工艺中的醪塔、将来实现丁醇发酵液后提取过程浓度的富集以及高效清洁制备提供基础数据。
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