在大多数情况下，只要体系物性、流场、流态与在实际操作(热态)时比较接近，往往可以用冷模的实验方法模拟在热态下的流体力学状态，这对大设备的放大规律的研究有帮助。因此，采用大型冷模研究在过程设备中流体的流体力学特性并与小型热模所进行的动力学研究相结合是研究发酵设备放大规律的一种有效方法。

　　3.发酵罐内多场分布

　　多场分布包括温度分布、浓度分布和速率分布。发酵生物反应器中的物理因素—传递特性将影响到反应器内基质和产物的浓度分布及温度分布，进而影响到反应器内某一组分的反应速率。因此，传递特性的研究是不可忽视的问题，研究发酵罐内传热、传质及传动将是化学工程领域的一项重要任务，同时也为更好地控制发酵过程提供了理论依据。

　　CFD模型在模拟反应器内的温度、浓度和速度分布上是一种十分重要的方法，应引起重视。

二、乙醇纯化过程中的化学工程问题

　　采用发酵的方法生产乙醇，同时不可避免地会生成水，要获得乙醇势必要对乙醇和水进行分离，从原理讲分离乙醇和水的方法有精馏、吸附、渗透汽化膜分离等方法，然后发酵液中乙醇质量分数一般为5%～12%，而燃料乙醇产品的纯度却要在99%以上。因而从发酵液中分离出乙醇所消耗费的能量占总能量的绝大部分。所以从发酵液中分离乙醇—水混合液一般分两步：先用普通精馏得到质量分数为92.4%的乙醇，再用共沸精馏、萃取精馏、液液萃取、吸附或其它方法得到无水乙醇。

　　精馏作为具有技术成熟度和应用成熟度较高的分离方法，是分离乙醇—水混合液最早，也是最普遍的方法，但需很高的能耗。现有3种方法替代精馏方法生产乙醇：萃取法、超临界流体法和渗透蒸发膜分离法，这部分工艺几乎等同于化学工程的分离工艺技术，可以应用。

三、生物发酵反应与分离过程耦合

　　现有燃料乙醇工艺的基础研究包括生产过程放大和流程创新、研究生物反应与分离过程耦合探索新的短流程工艺。

　　将生物发酵直接看作反应并与分离技术耦合来提高整个发酵及分离的效率，将推动燃料乙醇工艺的技术进步。

　　多场耦合对开发新型发酵与分离设备具指导意义，未来发展趋势必将是将反应与分离以及多种分离结合一起的设备。如精馏与吸附、发酵与精馏等通过一个设备操作实现两者完美结合，而目前的多塔生产工艺将会被逐渐淘汰而发展对应短流程工艺这方面研究及发展将极大地消减成本，同时也降低能耗，对改善反应与分离过程，提高效率具很大潜力。

　　贯穿于燃料乙醇生产过程的流体流动、热量传递、质量传递问题与发酵生化反应交织在一起，对燃料乙醇过程产生决定性的影响。发酵过程尤其是同步糖化发酵技术背后的物理、生物、化学机制及工程策略，发酵罐中流场、温度场及浓度场的多场耦合，对生物反应器中多尺度问题作综合考虑，采用人工智能研究流程优化组合分析工程策略，发展新型分离发酵设备等，都是目前急需研究的内容，是燃料乙醇领域的难点和热点问题。

　　采用化学工程学理论及方法研究燃料乙醇生物反应工程规律、工程放大及流程创新将是一种主要趋势。

参考文献

　　[1] 李静海.浅谈21世纪的化学工程[J]. 化工学报，2008，59(8)： 1879-1883.

　　[2] 张嗣良.多尺度微生物过程优化[M]. 北京：化学工业出版社，2003.

　　[3] 武国庆，罗虎，邓立康，等.中粮生产企业对工业生物技术发展的若干思考[J]. 中国基础科学：工业生物技术专刊，2009(5)：100-104.