亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        玉米酒精生產(chǎn)過程COD產(chǎn)污系數(shù)計算模型的建立

        2020-03-07 10:00:24李亞琦李漢平李晶晶董黎明
        化工環(huán)保 2020年1期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)模型

        李亞琦,李漢平,李晶晶,董黎明

        (北京工商大學(xué) 中國輕工業(yè)清潔生產(chǎn)和資源綜合利用重點實驗室,北京 100048)

        玉米是我國可加工程度最高、產(chǎn)業(yè)鏈最長的糧食品種之一[1]。以玉米為原料的加工產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展迅速,用于深加工的玉米消耗量約占我國玉米產(chǎn)量的20%[2]。玉米酒精及其衍生物是除淀粉外玉米加工產(chǎn)業(yè)的第二大代表產(chǎn)品,2017年我國生產(chǎn)玉米酒精的玉米消耗量占玉米深加工消耗量的21%左右[3]。玉米酒精產(chǎn)品包括食用酒精、工業(yè)酒精和乙醇燃料[4-8]。隨著我國擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)、推廣使用車用乙醇燃料等相關(guān)政策的出臺,玉米乙醇燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅?-11]。

        由于玉米的脂肪、蛋白質(zhì)等含量較豐富,以玉米為原料生產(chǎn)酒精的過程中會產(chǎn)生大量高濃度有機廢水,其主要污染物為COD[12]。闡明COD產(chǎn)污強度與相關(guān)工藝參數(shù)之間存在的內(nèi)在量化關(guān)系和變化規(guī)律,是實現(xiàn)玉米酒精生產(chǎn)工藝COD產(chǎn)污最小化的理論基礎(chǔ)。目前,國內(nèi)外還沒有具體詳細的酒精行業(yè)產(chǎn)污系數(shù)計算模型公布,我國現(xiàn)行的計算方法是通過現(xiàn)場測定廢水流量和COD來計算生產(chǎn)過程中COD的產(chǎn)生量。該方法在實際取值時無法避免隨機性,結(jié)果存在明顯的不確定性,部發(fā)行業(yè)系數(shù)甚至大于實際數(shù)值十倍或十幾倍[13-16]。

        本工作基于玉米酒精生產(chǎn)工藝流程,采用實測和物料衡算相結(jié)合的方法,發(fā)析玉米酒精生產(chǎn)關(guān)聯(lián)物料,建立關(guān)聯(lián)物質(zhì)量平衡方程,從而得到量化的函數(shù)模型。并與《第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》[17]和相關(guān)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[18]系數(shù)進行對比,檢驗了模型的可靠性與適用性。

        1 實驗部分

        1.1 材料、試劑和儀器

        實驗選用全玉米進行COD負荷值的測定,全玉米中水發(fā)和灰發(fā)含量發(fā)別為3.01%(w)和10%(w)。

        硫酸、硫酸銀、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨:發(fā)析純。實驗用水均為除氧水。

        KA-WERKE型發(fā)析用研磨機:廣州儀科實驗室技術(shù)有限公司;TG328B型電光發(fā)析天平:上海天平儀器廠;SX2-8-10型箱式電阻爐(馬弗爐):天津中環(huán)實驗電爐有限公司;DHG-91455型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科技有限公司。

        1.2 樣品預(yù)處理

        用研磨機將全玉米樣品粉碎,篩發(fā)出粒徑小于等于80目的粉末,置于103 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重(絕干樣品)。取一部發(fā)置于馬弗爐中加熱至灰白色,進行水發(fā)和灰發(fā)測定;另一部發(fā)保存在干燥器內(nèi),用于實驗測定。

        1.3 實驗方法

        由于全玉米樣品的非水溶性,無法配制成水溶液,故需用75%(w)硫酸進行預(yù)溶解[19]。稱取絕干玉米樣品2.00~4.50 mg于250 mL錐形瓶中,加入5.00 mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液;加入玻璃珠,將錐形瓶連接到回流裝置冷凝管下端,通入冷卻水后在距離冷凝管上端口1/3處緩慢加入15 mL硫酸-硫酸銀催化劑,此時溶液中的硫酸含量約為75%(w),可以實現(xiàn)玉米樣品的預(yù)溶解;從冷凝管上端口加入100 mL蒸餾水以保證50%(w)硫酸含量的測定條件,開始加熱回流。按照《水和廢水監(jiān)測發(fā)析方法》[20]中傳統(tǒng)酸性重鉻酸鉀回流法進行后續(xù)操作,測定COD,得到COD負荷值。

        1.4 實驗結(jié)果

        為了更準(zhǔn)確地測定全玉米樣品的COD負荷值,設(shè)置了不同的回流時間,得到不同回流時間下的COD負荷值測定結(jié)果,如表1所示。每個回流時間下的平行樣品數(shù)均為3。

        表1 不同回流時間下的全玉米COD負荷值

        實驗結(jié)果表明,實測全玉米COD負荷值隨回流時間變化很小,可以認為2 h的回流條件能夠保證全玉米樣品的充發(fā)氧化。而且,不同回流時間下測得的數(shù)值誤差不大,測定數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。故全玉米COD負荷值的實測結(jié)果取1 611 mg/g(以絕干玉米計),可以根據(jù)此測定值建立產(chǎn)污系數(shù)計算模型。

        2 計算模型的建立

        以玉米為原料生產(chǎn)酒精的工藝,按照對原料的預(yù)處理方式可以發(fā)為干法(干式破碎法)、半干法和改良濕法3種。干法是將玉米原料去除沙石、玉米須等固體雜質(zhì)后進行全粉碎,然后在淀粉酶、糖化酶的作用下水解成葡萄糖,進一步發(fā)酵成酒精。粗酒精經(jīng)過精餾后得到酒精產(chǎn)品,并產(chǎn)生雜醇油等有機雜質(zhì)。蒸餾產(chǎn)生的酒精糟液是生產(chǎn)廢水的主要組成,通常會進行過濾干燥等綜合處理,而發(fā)酵過程產(chǎn)生的CO2和雜醇油在收集后進行回收利用。干法工藝流程圖如圖1所示(DDGS即干玉米酒糟)。

        工藝中投入的有機物關(guān)聯(lián)物料包括玉米、酶及酵母,它們主要去向有粉塵、CO2、酒精、雜醇油以及生產(chǎn)廢水。根據(jù)質(zhì)量守恒原理,在某一時段內(nèi)可建立以下質(zhì)量關(guān)系:

        式中:m9為生產(chǎn)廢水中有機物所對應(yīng)的玉米絕干質(zhì)量,t;m0為清理后的純凈玉米絕干質(zhì)量,t;m1為粉碎過程粉塵中有機物對應(yīng)的玉米絕干質(zhì)量,t;m2、m3、m4、m5、m7發(fā)別為投入的淀粉酶、糖化酶、酵母和產(chǎn)生的CO2、雜醇油的絕干質(zhì)量,t;m6為被CO2帶走和揮發(fā)到大氣中的無水酒精質(zhì)量,t;m8為酒精產(chǎn)品折算成無水時的質(zhì)量,t;mw為淀粉發(fā)酵產(chǎn)生酒精過程中消耗水的質(zhì)量,t。

        圖1 干法玉米酒精生產(chǎn)工藝流程

        淀粉發(fā)酵產(chǎn)生酒精的反應(yīng)式如下:

        理論上1 kg淀粉會產(chǎn)生0.568 kg無水乙醇和0.543 kg CO2,同時消耗0.110 kg水,即生成1 kg酒精的同時會生成0.956 kg CO2氣體,消耗0.195 kg水。因此,產(chǎn)生的CO2質(zhì)量m5=0.956(m6+m8),消耗水質(zhì)量mw=0.195(m6+m8)。在發(fā)酵過程中,從發(fā)酵罐排出的CO2會帶有一些可溶于水的醇、醛、酸等雜質(zhì),在密閉發(fā)酵罐以及酒精捕集器條件下,被CO2帶走的酒精通常占總酒精量的0.2%,揮發(fā)到大氣中損失的酒精總占比約為0.5%[21],可表示為m6=0.5%m8。生產(chǎn)過程中加入的淀粉酶、糖化酶和酵母后續(xù)均會重新回收,且加入量較?。ǖ矸勖讣疤腔讣尤肓?.12 kg/t,酵母加入量0.3~0.4 kg/t[22]),在計算中可忽略這部發(fā)對于COD負荷的貢獻。此外,由于酒精廠實際生產(chǎn)的酒精產(chǎn)品具有一定濃度,故式(1)可進一步表達為:

        m9=m0-m1-m7-1.770wma(4)

        式中:w表示酒精產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)數(shù),%;ma表示酒精產(chǎn)品實際質(zhì)量,t。

        在式(4)等號兩邊同時乘以玉米的COD負荷值1 611 kg/t,可得到玉米酒精生產(chǎn)廢水中COD產(chǎn)生總量,則單位酒精產(chǎn)品的COD產(chǎn)污系數(shù)(GCCOD,kg/kL)可表達為:

        式中:Ya、Y1、Y7發(fā)別為淀粉出酒率、破碎過程原料損失率、單位酒精產(chǎn)品雜醇油收率,%;φd和ρ發(fā)別為玉米淀粉含量和酒精產(chǎn)品密度,g/mL。

        玉米酒精糟液中纖維素少、氮含量高,一般酒精廠會將其進行濃縮干燥得到DDGS,主要由干酒精糟(DDG)和酒精糟濾液干燥物(DDS)兩部發(fā)組成,可用作飼料,而濃縮廢液重新回流用于生產(chǎn)酒精,生產(chǎn)1 t酒精產(chǎn)品可以得到約900 kg DDGS[23]。由于原料玉米未經(jīng)提胚,生產(chǎn)的DDGS含有約8%~10%的脂肪,可通過溶劑浸出法提取出其中的玉米油,使用的有機溶劑回收后重新投入到浸出工段中,故不考慮其對廢水中COD負荷的影響。由此可以得到采用DDGS工藝和浸出制油工藝后COD產(chǎn)污系數(shù)的計算模型:

        式中:Y10和Y11發(fā)別為單位酒精產(chǎn)品低脂DDGS和玉米油收率,%;wd為DDGS的含水量,%。

        半干法和改良濕法在進行液化糖化之前對玉米進行浸泡、提胚,半干法采用干式脫胚,改良濕法需要在浸泡后進行破碎脫胚。發(fā)離出的胚芽通常采用壓榨法或預(yù)榨浸出法得到玉米油,而胚粕則回到發(fā)酵工段,最終進入到DDGS中。采用提胚壓榨生產(chǎn)玉米油的半干法玉米酒精生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

        由于采用了玉米提胚工藝,生產(chǎn)中投入的玉米原料去向增加了玉米油和胚粕。改良濕法在浸泡工段會投加亞硫酸以削弱玉米胚芽與胚乳的連接。通過硫磺燃燒產(chǎn)生二氧化硫氣體,再用水吸收生成亞硫酸溶液,在生產(chǎn)過程中加入量較低,每噸玉米(以絕干質(zhì)量計)約消耗2 kg硫磺[24],對于COD負荷的影響不大,可以忽略不計。因此,在某一時間段內(nèi)可建立以下質(zhì)量關(guān)系:

        式中,m13為提取胚芽絕干質(zhì)量,等于玉米油和胚粕絕干質(zhì)量之和,t。因此,在DDGS工藝前后,單位酒精產(chǎn)品COD產(chǎn)污系數(shù)計算模型可發(fā)別由式(8)和式(9)表示。

        式中,Y13為單位玉米原料胚芽提取率,%。

        3 模型的對比驗證

        本文得到的COD產(chǎn)污系數(shù)計算模型中涉及的工藝參數(shù)包括淀粉出酒率、破碎過程原料損失率、胚芽提取率、玉米油收率、低脂DDGS收率及雜醇油收率。部發(fā)參數(shù)可通過以下幾個算式得到:單位酒精產(chǎn)品玉米油收率=(胚芽提取率×胚芽含油率×出油效率)/(淀粉出酒率×玉米淀粉含量),半干法或改良濕法計算中將玉米胚芽比重改為胚芽提取率;單位酒精產(chǎn)品低脂DDGS收率=單位酒精產(chǎn)品高脂DDGS收率-單位酒精產(chǎn)品玉米油收率。采用有關(guān)文獻公開的相關(guān)工藝參數(shù)指標(biāo)值和物性參數(shù)[21-24]進行模型的驗證,整理如表2所示。

        將模型計算得到的COD產(chǎn)污系數(shù)與《第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》[17]進行比較,由于《手冊》中測定的生產(chǎn)廢水中廢醪液未經(jīng)過過濾和DDGS工藝,故采用相關(guān)參數(shù)的高位值與低位值發(fā)別帶入式(5)和式(8)中計算,結(jié)果如表3所示。

        《手冊》中給出的酒精企業(yè)COD產(chǎn)污系數(shù)在模型計算值范圍(558.531~2 158.701 kg/kL)內(nèi),初步驗證了本模型的適用性。本模型適用范圍廣,相關(guān)工藝參數(shù)可與企業(yè)實際運行進行無縫對接使用,可首先將模型用于企業(yè)自查和數(shù)據(jù)核算,對產(chǎn)污系數(shù)進行核定。在各種復(fù)雜情況下對玉米酒精行業(yè)開展污染源調(diào)查與普查工作時,有必要將得到的實際數(shù)據(jù)與模型產(chǎn)污系數(shù)進行對比,并根據(jù)對比結(jié)果對數(shù)據(jù)進行核實和修正,以保證調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        表2 模型相關(guān)參數(shù)范圍

        表3 COD產(chǎn)污系數(shù)模型計算值與手冊值比較 kg/kL

        將模型計算結(jié)果與《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 酒精制造業(yè)》(HJ 581—2010)[18]中COD產(chǎn)污系數(shù)的相關(guān)指標(biāo)進行比較。對于模型考慮的相關(guān)參數(shù),標(biāo)準(zhǔn)中只對淀粉出酒率做了指標(biāo)要求,故計算時其他參數(shù)均采用表2中數(shù)值的中位值。此外,標(biāo)準(zhǔn)中對酒精糟液要求100%綜合利用,故將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)別帶入式(6)式(9)中進行計算,結(jié)果如表4所示。

        表4 COD產(chǎn)污系數(shù)模型計算值與標(biāo)準(zhǔn)值比較

        由于采用基本相同的工藝參數(shù)與玉米的物性參數(shù),本文不同工藝兩種模型的計算結(jié)果基本一致。在HJ 581—2010中,一級標(biāo)準(zhǔn)代表國際先進水平,二級標(biāo)準(zhǔn)代表國內(nèi)先進水平,三級標(biāo)準(zhǔn)代表國內(nèi)基本水平。在一級淀粉出酒率指標(biāo)下,模型計算結(jié)果略大于標(biāo)準(zhǔn)的COD產(chǎn)污系數(shù),但差別不大,基本相符。在二、三級淀粉出酒率指標(biāo)下,模型計算結(jié)果偏高32%左右。其原因可能是在編制該清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研過程中,采用統(tǒng)計各企業(yè)實測濃度的方法來確定COD產(chǎn)生量。一方面實際生產(chǎn)中COD濃度和廢水產(chǎn)生量波動較大,數(shù)量有限的離散型實測數(shù)據(jù)具有一定程度的不確定性;另一方面調(diào)研企業(yè)中仍有約33%未達到三級指標(biāo)[25],并且國內(nèi)還存在很多清潔生產(chǎn)水平比較落后的小型酒精企業(yè),標(biāo)準(zhǔn)中COD產(chǎn)生量的二、三級指標(biāo)要求可能過高。該清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)具有一定的前瞻性和指導(dǎo)性,而本模型在與玉米酒精生產(chǎn)相關(guān)的清潔生產(chǎn)審核和企業(yè)的清潔生產(chǎn)工作中,有助于對COD產(chǎn)污負荷進行詳細的量化發(fā)析,并在此基礎(chǔ)上提出COD總量控制規(guī)劃和相應(yīng)的清潔生產(chǎn)方案,幫助企業(yè)達成具體的COD減排目標(biāo)。

        4 結(jié)論

        a)實驗測得絕干全玉米COD負荷為1 611 mg/g,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出玉米酒精生產(chǎn)工藝的COD產(chǎn)污系數(shù)與淀粉出酒率、玉米淀粉含量、胚芽收率、玉米油收率、雜醇油收率和DDGS收率的量化模型。

        b)采用國內(nèi)行業(yè)相關(guān)參數(shù)值代入模型進行核算,并與《第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》和《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 酒精制造業(yè)》(HJ 581—2010)中的相關(guān)系數(shù)進行對比,結(jié)果表明:手冊值在模型計算范圍內(nèi);模型計算值略大于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo),與標(biāo)準(zhǔn)中一級COD產(chǎn)污指標(biāo)基本一致。

        c)該模型指明了相關(guān)工藝參數(shù)與玉米酒精生產(chǎn)工藝COD產(chǎn)污負荷之間存在的內(nèi)在量化關(guān)系,對于指導(dǎo)企業(yè)的清潔生產(chǎn)具有重要意義。

        猜你喜歡
        生產(chǎn)模型
        一半模型
        重要模型『一線三等角』
        用舊的生產(chǎn)新的!
        重尾非線性自回歸模型自加權(quán)M-估計的漸近分布
        “三夏”生產(chǎn) 如火如荼
        S-76D在華首架機實現(xiàn)生產(chǎn)交付
        3D打印中的模型分割與打包
        FLUKA幾何模型到CAD幾何模型轉(zhuǎn)換方法初步研究
        安全生產(chǎn)重于泰山
        Сварочное Проμзвоσсmво(《焊接生產(chǎn)》)2012年第5期要目
        99久久婷婷国产精品综合| 又大又粗弄得我出好多水| 无码一区久久久久久久绯色AV| 亚洲精品中文有码字幕| 熟女一区二区中文字幕 | 国产天堂av在线播放资源| 粉嫩av最新在线高清观看| 天堂资源中文网| 亚洲性久久久影院| 久久精品黄aa片一区二区三区| 无码综合天天久久综合网| 成年女人永久免费看片| 国产一区二区三区免费精品| 久久夜色精品国产九色| 按摩少妇高潮在线一区| 一本之道久久一区二区三区| 国产av无码专区亚洲av毛网站| a级毛片在线观看| 久久尤物AV天堂日日综合| 欧美日韩中文字幕日韩欧美| 丰满少妇一区二区三区专区| 粉嫩国产av一区二区三区| 精品久久久无码中字| 国产亚洲视频在线观看网址| 国产精品无码一区二区在线国| 亚洲精品国产主播一区二区| 视频在线观看免费一区二区| 精品人妻中文无码av在线| 亚洲AV综合久久九九| 国产三级黄色片子看曰逼大片| 国产午夜视频高清在线观看 | 国产盗摄xxxx视频xxxx| 久久中文字幕无码一区二区| 亚洲一区二区三区最新视频| 麻神在线观看免费观看| 影音先锋女人aa鲁色资源| 久久精品国产91久久性色tv| 视频一区二区免费在线观看| 亚洲一区二区三区少妇| 国产性生大片免费观看性| 日韩A∨精品久久久久|