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《大连理工大学》 2009年
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甘油发酵生产1,3-丙二醇的技术经济性分析

牟晓佳  
【摘要】: 1,3-丙二醇(英文名1,3-propanediol,简称1,3-PD)是一种重要的化工原料,在制造聚酯和聚氨酯的单体及有机溶剂、抗冻剂和保护剂等方面应用广泛;此外,1,3-PD也是合成新型热塑性聚酯产品——聚对苯二甲酸二醇酯(PTT)的重要单体。利用克雷伯杆菌(Klebsiella pneumoniae)发酵甘油转化1,3-PD是一种有工业化潜力的生物法生产技术,目前已基本形成了完整的工艺路线。但若要使其能够真正应用于工业生产,还需要从技术经济角度出发对整个工艺进行系统性的优化分析。因此,本文以甘油连续发酵生产1,3-PD和醇沉分离技术为研究对象,通过对该路线的发酵反应和分离过程的模拟,得到了不同操作条件下工艺各段的物耗与能耗计算结果,进而对各种操作条件下的生产成本和利润进行了分析,为生产的优化设计提供了依据。 首先,通过甘油连续生物转化1,3-PD的反应动力学模拟,得到了不同稀释速率和底物甘油浓度下的最大产物浓度、生产强度、1,3-PD得率及对应的主要副产物浓度。结果表明,随着稀释速率的升高,产物1,3-PD的最高浓度和得率均随之下降;最大生产强度先升高后略下降,当稀释速率为0.28 h~(-1)时,生产强度达到最大。 其后,选定八组不同操作条件下的反应动力学模拟结果作为发酵液组成的计算基础,并利用化工稳态流程模拟软件PROⅡ对这八组发酵液数据对应的分离过程进行了模拟,之后对模拟结果进行经济性分析。能耗计算结果表明:随着稀释速率的升高,发酵液处理量逐渐升高,分离过程总能耗上升。经济性分析表明:单纯提高1,3-PD生产强度或者得率都未必能显著地提高利润,通过分析可以得到优化的操作条件。 最后,通过经济效益敏感度分析发现利润对甘油成本的波动较为敏感。进一步分析得到:如果利用生物柴油副产的粗甘油(市场价格为2000元/吨,甘油质量纯度为85%)生产1,3-PD,不但可以节约原料成本、提高利润,同时也可以提高企业应对市场波动的能力。经济分析结果还表明:当1,3-PD年产规模扩大时,由于单位设备成本下降,产品单位利润会逐步提高,但边际收益递减。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ923

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