מבוא ל-Crowt Phenomena ב- Bioדלק הפקה

תופעות תחבורה - המחקר המשולב של חום, מסה, והעברה המומנטום - יוצרים את עמוד השדרה ההנדסי של ייצור דלק בר קיימא.מכיוון של מחסנים ליגנולקולוסיים לטיהור הסופי של דלקים מתקדמים, כל פעולה יחידה תלויה בתנועה מבוקרת של אנרגיה וחומרים.

תפקידה של phenomena ב biorol Sustainability

קיימות בייצור דלק ביולוגי מרחיבה מעבר למבחר של מזון הכולל צריכת אנרגיה, שימוש במים, ייצור פסולת, ופליטות גזי החממה.תופעות תחבורה משפיעות על כל המדדים האלה.לדוגמה, אינטגרציה חום ירודה כוחות קלט אנרגיה חיצונית גבוהה יותר, עלייה בעוצמת פחמן. אי-יעילות העברה מובילה לתופעות בלתי-מופרכות דלק קריטיות ומעכבות את צריכת הדלק הכוללת.

העברה חמה ב- Bioדלק Production Systems

מימון של העברת חום ב Reactors

העברה חום מתרחשת באמצעות שלושה מנגנונים: התנהגות באמצעות קירות מוצקים, הדבקה בין נוזלים משטחים, וקרינה בטמפרטורות גבוהות. במערכות דלק ביולוגי, כל מנגנון מנוצל בהתאם לתהליך.לדוגמה, דוכני מהיר של ביומסה דורשות תגובה מהירה של חום (10FLT:03FLT:1-10FRE:2FLT:2Falovir 3 / K3) כדי למקסם את היבול חום (R) באמצעות חום חום חום-R).

החלפת חום ושילוב אנרגיה

החלפת חום היא בכל מקום בצמחים ביו דלק.הם מחלימים חום מזרמים מוצרים חמים כדי להחליף preהתחממות incoming Feedstocks, צמצום צריכת שירותים חיצוניים.לדוגמה, במפעל אתנולוסי, עמודה distillery over up vapor הוא condensed in a תנור חימום כי גם preheated את ניתוח הנקה, שיטה מבוססת תרמודינמית, מזהה את מטרות קבועות של צריכת חום-חום (בנוסף, כולל טיפול תרופתי) באופן קבוע של 30 קומפקטית) חום-חום-חום-חום-חום-חום-מחדש של טיפול תרופתי (בנוסף, כולל טיפול תרופתי (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתי (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתית של טיפול תרופתי (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתי (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתי) כולל טיפול תרופתית) ו-חום-חום-חום-חום-חום-חום-חום-חום-מתקני חימום (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתי (מתקני חימום (מתקני חימום (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתי (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתית) כולל טיפול תרופתי (מתקני חימום) כולל טיפול תרופתי) כולל טיפול תרופתי) כולל טיפול תרופתי) כולל טיפול תרופתית חום-חום-חום-חום-חום-

טכנולוגיות העברת חום מתקדמות

  • (FLT:0) חימום רפלקטיבי עם ציפוי פחמן-נוtube (אנ') 1:1 - מספק חימום מהיר, אחיד עבור כורים בקנה מידה קטן עם בקרת טמפרטורה מדויקת.
  • (FLT:0Microwave-Asked חימום FIRLT:1) - חימום מספק של ביומסה הקוטב יכול להפחית את צריכת האנרגיה הכוללת ב 15-25% בהשוואה לשיטות קונבנציונליות.
  • (FLT:0) חילופי חום זורמים להחלפה 1 (FLT: שיפור התקני העברת חום על ידי 2-5× ב עיבוד ביו-נפט, שבו laminar זורם אחרת גבולות ביצועים.

העברה המונית ותפקידה הקריטי

עקרונות ודרגות - קבלת צעדים

העברה המונית מתארת את התנועה של מינים כימיים מאזורים של ריכוז גבוה לריכוז נמוך, מונע על ידי דיפוזיה ותמצית גדולה של ריכוז גדול.בתהליכי ביו-דלק heterogeneous - ביומסה מוצקה בנוזל, בועות גז בנוזל, או טיפות נוזליות בגז - העברה המונית לעתים קרובות הופכת את קצב הפחתת החמצן (למשל, הידרומטרה אנזים של תאים לסוכרים קלים) הוא מוגבל על ידי בועות חום (חומרים).

העברת המונים במבצעי יחידת המפתח

טיפול תרופתי

(הטיפול נועד לשבש את הממטריקס של lignin-hemiceulose ולהגדיל את הנגישות צלולוז.העברה המונית של חומצה או זרז אל תוך חלקיקים הביומסה הוא קריטי. אי-הסדירה, טמפרטורה, ולחץ על כל חדירה משפיעה על עומק.עבור זרז אדים פתוח, הדמפרסיה הפתאומית גורמת להעברה המונית מהירה של אדים, ואחריו פיזור מים יעיל של מודלים של פחמן דו-חמצני.

עיצוב bioreactor

ב לעורר תסיסה טנק, העברת מסיבי של חמצן מבועות גז לתאיים מוגברת על ידי מהירויות זעזוע גבוה ועיצובים ספאrger המייצר בועות קטנות (אזור בין-גזעי גבוה) עם זאת, מרח מוגזם מכעס יכול להזיק תאים רגישים של Shear (למשל, microalgae, filaous פטריות אווירי ובועות מציעים גזי חממה נמוכה יותר תוך שמירה על תאים רגישים kar:0Falrati) של ריכוזי דם נוזלית דם נוזלית 1Vic (pnapnapnapogenic) 10.3 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000).

העברה המונית ב- Product Recovery

עיבוד Downstream גם מסתמך במידה רבה על העברת המונים. Distillation, החילוץ, ו- membrane הפרדה כל תלוי תחבורה סלקטיבית של תרכובות הרצויות.עבור ביותנול, המרק חייב להיות מלוטש כדי להתגבר על azeotrope; העברה המונית של טיפות אוויריות (Ficolicus) לתוך שלב Vapor-lied איזון ו- הידראולי מתקדם.

העברה מיידית ו- Fluid Dynamics

משטרי זרימה ומיקסינג

העברת הרגעה שולטת בשדות מהירות, שערי הרה, והורדת לחץ בכורות ביו דלק.הבנת דינמיקות נוזליות חיונית לחיזוי חלוקת זמן מגורים, צמצום אזורי מת, ולהבטיח תנאי תהליך אחידים.בתוקף כורים מתגרים (CSTRs), עיצוב המנצל ומהירות שלה יכול לתפוס את יכולת המשאבה ומספר החשמל.

תגובות ל- Gas-Liquid-Solid Systems

תהליכים ביו דלק רבים כרוכים בשלושה שלבים: חלקיקים ביומסה מוצק, נוזל מפלט או זרז, ובועות גז (CO2, H2, או אוויר) במיטות נוזליות תלת-פזה (למשל, עבור הידרודוקסיגנציה קטליטית של ביו-נפט), המעבר בין שלב קובע את התפשטות המיטה, גודל הבועה והחזקה של מהירות הידבקות חייבת להיות מופסקת כדי להשעות את הבועות הקדמיות, בעוד שגורמות להפחתה של בועות חום ועלייה של 50% מטווח הדם.

Particle Dynamics in Preטיפול וגריטו

העברת הרגעם ממלאת גם תפקיד בטיפול מכני. Jet מ"ג'ט משתמשים במטוסי גז בעלי עוצמה גבוהה כדי להשפיע ולשחיקה חלקיקים ביומסה כדי sub-100 מיקרונים, שטח פני השטח הגדלה לתגובות הבאות.הקלט האנרגיה קשור ישירות לשינוי המומנטום של החלקיקים.עבור מכשירים מרוטשים מברגים, המהירות הסיבובית והגאומטריה לשלוט בהעברה של מתח, אשר יכול במקביל להתפוגגות חום והבנת זמן קצר יותר מאשר טיפול תרופתי (D) עם מודלים של חום מתמשך של תאים קצרים.

שילוב של Phenomena ב- Process Design

השפעות תחבורה

חום, מסה, והעברה המומנטום הם לעתים רחוקות עצמאיים.לדוגמה, בתא אלקטרוסינתזה מיקרוביאלי לייצור דלק ביולוגי, אלקטרונים מועברים מאלקטרודה לחיידקים שממירים את CO2 ל-Acetate. Mass Transfer של CO2 ל- biofilm הוא בשילוב עם העברת מסה של פרוטונים לשדה החשמלי (moment of Species) בינתיים, חימום (אפקט חום) והתעלמות מניתוחים של דלקתיים כגון דלקת מפרקים (דלקתיים) או מדגמים שונים).

תהליך Intensification

תופעות תחבורה הן מרכזיות בתהליך העצמת (PI) - אסטרטגיות כי צמצום דרמטי של ציוד ושימוש באנרגיה תוך שמירה או הגדלת התשואות.

  • (FLT:0) ⁇ תגובתי והפרדה בעמודה אחת משפרת את שילוב החום ומפחיתה את ספירת הציוד ב-50%. עבור ביוזל, esterification בו-זמנית וזיקוק של מאזן מים לכיוון מתיל esters.
  • (ב) [13] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Micromixers ו microreactorsssoversver 1) : עם ממדים ערוצים של 100-500 מיקרונים, מכשירים אלה מייצרים יחסים על פני השטח גבוה לנפח אשר להפחית את החום ואת ההעברה ההמונית התנגדות.הם משמשים לבדיקה מהירה של זרזים לייצר דלקים ביולוגיים מיוחדים כמו 2,5-methylanfur.

הנדסת מערכות והערכה מחזור חיים

כדי לתרגם תובנות תחבורה לתהליכים בר קיימא, מהנדסים משתמשים בכלים הנדסיים של מערכות תהליכים (PSE) סימולטורים של Steady-state (Aspen Plus, ProSim) משלבים איזון חום ומסה עם מודלים תרמודינמיקה, בעוד סימולטורים דינמיים (gPROMS, Modelica) ללכוד תופעות טרנספורמטיביות הערכה מחזור חיים (LCA) ולאחר מכן לכמת השפעות סביבתיות.

אתגרים וחדשנות ב-Creport Phenomena עבור דלקים

המונחים: Scale-Up Complexities

אחד המכשולים הגדולים ביותר בתחום המסחר בדלק הוא השגיאה בין מודלים בקנה מידה מעבדה לבין התנהגות התחבורה בקנה מידה תעשייתית בקנה מידה קטן, אפקטים של מרק, כאבי גב, והפסדי חום הם לעתים קרובות רשלנות; בפיילוט וקשקשים מסחריים, הם שולטים.לדוגמה, בועות-D (למשל, בועות-ד) מעוררות סגסוגת קבועה של דלק (R) עם מספר קבוע של התפלגות גזים (p) אך ורק ל- 10 ליטרים של צריכת דלקים (D) עלולים) עלולים של צריכת דלקים סטנדרטיים (אך ורק לרמה סטנדרטיים של מספר קיבולת גבוהה יותר) של פחמן (R.

אתגרים רבים

מערכות דלק ביולוגיות אמיתיות כרוכות לפחות בשני שלבים (קבועים, גז-ליקוויד, נוזלי-ליקוויד) המורכבות מתכפלת עם שלושה או ארבעה שלבים (למשל, זרז מוצק, תגובה נוזלית, גז המוצר, ותרופה בלתי-מסוגית) של העברת המונים בין שלבים היא קשה מאוד למודל מדויק.

דרישות מזון מתפתחות ודרישות התחבורה הייחודיות שלהם

  • (FLT:0) יש תוכן מוצק נמוך אך מהירויות גבוהות בשל העברת יתר של פולימרים סלולריים: Microalgae תרבויות (0.1-0.5 גרם / L) יש תוכן מוצק נמוך אך גבוהה בשל יתר של פולימרים חוץ סלולריים.העברה המונית של CO2 וחלוקה קלה (אנרגי חום /מסה אנלוגי) הם קריטיים.
  • (FLT:0) זרמי ליברין עשירי LT:1; כמו ביו-רפינים יותר ויותר היעד לרסול של לין, תכונות התחבורה של מלוטן או מתמוססים lignin (הדגשות עד 104 פאס ב 25°C) אתגרים נוכחיים.ההעברה חמה לנוזלים דמויי טיפת חום כאלה דורשת החלפת חום מגרדנית כדי להימנע מרעיעה.
  • (FLT:0) פסולת מוצקה ממניפית (MSW)IRLT:1: MSW הוא heterogeneous מאוד, עם גדלים חלקיקים מ 1 מ"מ ל 10 ס"מ העברה ברגעים במסוף של כרוב, מושפע על ידי tagging ו churning; מודלים תחבורה חייב לקחת בחשבון הפרדה על ידי צפיפות וצורה.

משאבים חיצוניים וקריאה נוספת

כדי להעמיק את הבנת תופעות התחבורה במערכות דלק ביולוגי בר קיימא, המשאבים הבאים מספקים הדרכה טכנית מפורטת וממצאים אחרונים מחקר:

  • משרד האנרגיה של טכנולוגיות אנרגיה (טוב יותר) 1FLT: מציע גליונות עובדה, דוחות ומימון הזדמנויות למחקרים בקנה מידה.
  • (FLT:0) National Renewable Energy Laboratory (NREL) Bio Energy PortalFLT:1 - מודלי תהליך גישה, ידניים עיצוב ומדני ביצועים מעודכנים על תופעות תחבורה ב תהליכי דלק אלנול ופחמן.
  • (FLT:0) Transport Phenomena ב bioדלקים (גיליון מיוחד של Journal, ScienceDirect)cioFLT:1 - אוסף מחוספס של מאמרים עמיתים המכסים את CFD, העברת חום חידושים, וזרימת multiphase ב bioreactors.
  • המכון האמריקאי למהנדסים כימיים (AIChE)BuildFLT:1) - Webinars, הליכי ישיבות, וספרי לימוד על יישום תופעות תחבורה לייצור כימי מתחדש.

מסקנה

תופעות תחבורה אינן רק מושגים אקדמיים; הן כלים מעשיים שיכולים לעשות או לשבור את הכדאיות הכלכלית והסביבתית של ייצור דלק ביולוגי.מעבור חום בפיירוליזה מהירה להעברה המונית ב הידרוליזה האנזימטית והעברה בשלושה כורים סביבתיים, כל היבט של תכנון תהליך ניתן לשפר באמצעות יישום עקרונות יסוד.