Biyoetanol, motorlu araçlarda benzin yerine kullanılan susuz bir etil alkoldür. Biyoetanol yakıtlar, kimyasal olarak da üretilebilmesine rağmen, esas olarak genellikle şeker fermantasyonu sırasında üretilir.
Etanol üretimi için gereken esas şeker kaynakları, özel olarak yetiştirilen yakıt veya enerji bitkileridir: mısır, buğday, şeker kamışı ve sorgum.
Etanol veya etil alkol (C2H5OH) berrak, renksiz biyolojik olarak ayrışan bir sıvıdır. Düşük toksisiteye sahiptir ve döküldüğünde çevreyi kirletmez. Etanol yanarken karbondioksit ve su oluşturur. Yüksek oktanlı bir yakıttır ve benzinde oktan güçlendirici olan kurşunun yerini almıştır.
Etanol benzinle karıştırıldığında, yakıt karışımı oksijenlenir, bu nedenle tamamen yanar – atmosfere egzoz gazı emisyonlarının miktarı azalıyor.
Etanol yakıt karışımları Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Brezilya’da yaygın olarak kullanılmaktadır. En yaygın karışım %10 etanol ve %90 benzindir (E10). Araba motorları, E10’da çalışmaları için herhangi bir değişiklik gerektirmez. %85’e kadar etanol ve %15’e kadar benzin olan E85 modern otomobillerde zaten kullanılabilir.
Biyoetanol üretimi kurmak için aşağıdakileri yapıyoruz:
– gelecekteki üretimin ön proje çalışmasını yapıyoruz (Fizibilite çalışması)
– ana teknik ve ekonomik göstergeleri belirliyoruz
– ham alkol ve dehidrasyon için bir adsorpsiyon ünitesini elde etmek için damıtma-konsantrasyon ünitesinin araçsal ve teknolojik şemasını geliştiriyoruz.
– tüm malzeme ve enerji akışlarının hesabını yapıyoruz
– ekipman için spesifikasyonları ve gereksinimlerı geliştiriyoruz
– ekipman üretimini sipariş ediyoruz ve üretimini takip ediyoruz
– üretim süreçlerinin otomasyon ve kontrol şemalarını geliştiriyoruz
– ekipman ve otomasyon sistemlerini monte ediyoruz
– ekşpmanın ticari işletmeye alınmasını kontrol ediyoruz
– fabrika yönetimi konusunda personele eğitim veriyoruz
Biyoetanol
Biyoetanol ve alkol üretimi. Biyoetanol ve alkol üretim teknolojisi
Nişasta içeren hammadde (tahıl, patates) veya şeker içeren hammadde (melas ve nadiren şeker pancarı) biyoetanol, alkol üretimi için esas hammaddedir. Nişasta içceren hammadde, enzimatik işlem sayesinde şekere dönüştürülür. Şeker, maya enzimlerinin etkisi altında etil alkole (C2H5OH) ve karbon dioksite (CO2) dönüşür ve bunun sonucunda olgun bir mayşe (bundan sonra püre olarak anılacaktır) elde edilir. Püre tahıl, patates, pancar, melas olabileceği gibi karışık da olabilir: melas-tahıl-patates, melas-pancar, pancar-patates, melas-şeker ve şeker-tahıl-patates.
Püre, su (kütlenin %82 … 90), kuru maddeler (kütlenin %4 … 13) ve uçucu safsızlıklarla birlikte etil alkolden (kütlenin %5 … 9 veya hacmın %6) oluşan çok bileşenli bir sistemdir. Pürede her zaman bir miktar karbondioksit bulunmaktadır. Doğrudan fermantasyon aparatından alınan püre içinde onun içeriği 1…1.5 g/dm3’tür. Püreyi damıtma bölümüne verirken, karbondioksitin %35…45’i kaybolur.
Pürenin kuru maddeleri fermente edilmemiş şekerler, dekstrinler, lif, amino asitler ve diğer azotlu maddeler, mineral tuzları ile temsil edilmektedir. Kuru maddeler büyük ölçüde çözünmüş haldedir, kısmen de asılı katı maddeler (kabuğu, maya hücreleri vb.) şeklindedir.
Pürenin kuru maddeleri (maya kütlesi, pelet, lif, alçı, kalsiyum fosfat, karamel, melanoidinler) cihazın duvarlarında birikir ve çalışmasını bozar.
Tahıl-patates püresinde çok sayıda asılı madde içerir, melas değil de, daha çok yapışkandır. Püredeki mineral tuz ve asitler onun asidik reaksiyona neden olur (pH = 3.5…5.6).
Pancar püresi ve genç patatesten elde edilen püre çok köpürüyor; bazen melas püresi de çok köpürür. Melastaki kireç fazlalığı varsa ve seyreltilmiş karışımın sülfürik asit ile asitlenmesi durumunda püreden bol miktarda alçı tortusu ayırılabilir.
Biyoetanol üretimi için ekipman, mayşenin damıtılmasına izin verir, ancak alkol konsantrasyonu %7,5’ten daha düşük olan pürenin damıtılması uygun değildir, çünkü rektifikasyon tesislerin verimliliği büyük bir ölçüde düşürür, buhar tüketimi artıyor, alkol kaybı artıyor.
Püre, alkolle ilişkili 70’den fazla çeşitli uçucu madde (katkı madde) içerir. Onların içeriği azdır, genellikle etil alkol miktarının %1.0’den fazla değildir, ancak bazen esas metanol yüzünden %1.5’e ulaşır.
Kimyasal yapıya göre tüm uçucu katkı maddeler dört gruba ayrılabilir: alkoller (etil hariç olarak), aldehitler, asitler ve esterler. Ek olarak, azotlu madde (amonyak, aminler, amino asitler), kükürt içeren maddeler (hidrojen sülfür, kükürtlü anhidrit, sülfonik asitler, merkaptanlar) vb. grup ayrılmaktadır.
Uçucu katkı maddelerin bileşimi ve içeriği, hammaddenin kalitesine, işlenmesi için kabul edilen teknolojik rejimlerine bağlıdır. Katkı maddeler kısmen ham maddeden, sudan, yardımcı malzemelerden, kısmen de şıranın hazırlanması sırasında oluşur, ama çoğu fermantasyon işlemi sırasında oluşur.
Katkı maddelerin çoğu (etil alkol miktarının %0,4…0,6’sı), fuzel yağının temelini oluşturan alkollerin payına düşer. Ana bileşenlerinin içeriği: toplamının %60…90 izoamil, %8…27 izobütil, %3…20’si n-propil alkoller. Onlar fermantasyon sırasında oluşurlar.
Metil alkol, fuzel alkoller grubuna dahil değildir. Esas olarak hammaddelerin termik işlemi sırasında oluşur, çok az miktarı da fermantasyon sırasında oluşur. Metanolün kaynağı, ham madde ve ekipmanların antiseptiği için kullanılan formalinın fazlalığı olabilir. Ham alkoldeki onun (metanol) içeriği hacımın %0,005…0,5’tir, ama bazı durumlarda (örneğin şeker pancarı işlenirken) hacımın %1.2’ye ulaşır. Melas püresinde, metil alkol hemen hemen yoktur (veya hacımın %0.0001’den fazla değildir).
Ham alkolde, aldehitlerden en çok asetaldehittir. Melas püresinin distilatında aldehitlerin oranı etil alkol miktarının yaklaşık %0.05’tir, bu da tahıl-patates distilatında olan içeriğinden 10…50 kat daha fazladır. Aldehitlerin miktarı, maya oluşumu sırasında şiranın havalandırılmasının artmasıyla artar. Aldehitler esas olarak fermantasyon sırasında oluşur. Asetaldehitten başka propionaldehit, butirikaldehit, valeraldehit vb.
Esterler esas olarak etil asetat (350 mg/dm3’e kadar), etil format, metil asetat, izobütirik-etil, izobütil asetat, propilizovalerat, izoamil asetat ile temsil edilmektedir.
Uçucu asitler (asetik, bütirik, propiyonik, valerik vb.) genellikle alkol miktarının %0,1’inden fazla değildir. Azot bileşimlerden amonyak, trimetilamin, trietilamin, etanolamin olabilir; kükürt içerenlerden – hidrojen sülfür, kükürt dioksit, etil merkaptan ve etil sülfür aldehit olabilir. Bu kükürt bileşimler, kusurlu olmaları durumunda melas püresinde ve diğer ham maddelerden yapılan pürelerde bulunur.
Ham alkolde esterlerden en çok etil asetattır, onun içeriği alkolun 200…400 mg/dm3 ulaşmaktadır; kalan 20’den fazla eterin payı sadece 100…200 mg/dm3 yapmaktadır. Bu büyük grup arasında propiyonik, bütirik, izovalerik, kaproik asitlerin etil esterlerinin yanı sıra izoamil asetat, izobütil asetat ve izoamilisovalerat ağırlıklıdır.
Püreden biyoetanol üretimi, basit damıtma ve rektifikasyon mayşe kolonlarında damıtma yoluyla gerçekleştirilebilir. İlk durumda, işlem periyodik eylem cihazlarında gerçekleştirilir, diğerinde – sürekli eylem cihazlarında. Her iki durumda da, kaynatma sırasında, eşlik eden uçucu katkı maddelerle birlikte püreden alkol ayırılır ve (püre içindeki alkol konsantrasyonuna bağlı olarak) %30…50 alkol, katkı maddeleri ve su içeren mayşe distilat (düşük dereceli ham alkol) elde edilir.
Etil alkol, pğre distilatından veya ham alkolden ayırılır ve rektifikasyon (tekrarlanan damıtma) yoluyla katlı maddelerden saflaştırılır. Damıtma ve rektifikasyon işlemleri, ayrıştırılacak maddelerin uçuculuklarındaki (kaynama noktası) farka dayanmaktadır.
Alkole eşlik eden tüm maddeler uçuculuklarına göre baş (etil alkolden daha uçucu), kuyruk (alkolden daha az uçucu), ara ve son (yerel koşullarda uçuculuğu etil alkolden daha fazla veya daha az olabilir) olarak ayrılır.
Biyoetanol üretimi, alkolün ayırılması ve saflaştırılması sürecinde atıklar, luther suyu, esas fraksiyonu, fusel yağı ve fusel alkol gibi yan ürünlerin elde edilir. Pürenin uçucu olmayan kısmı, atıklar ve luther su ile giderilir; alkole eşlik eden uçucu katkı maddeler esas fraksiyonu, fuzel yağı ve fuzel alkol ile giderilir.
Alkolden, suyun bir kısmından ve uçucu katkı maddelerden sasaflaştırılan püre – atık, pürenin tüm kuru maddelerini ve suyun geri kalanını içerir. Atığın kalitesi tamamen başlangıç mayşenin kalitesi ile belirlenir, bu nedenle, izin verilen maksimum etil alkol içeriği dışında – hacimin %0.015’ten (ağırlığın %0.012 veya %0.0047 mol.) fazla olmaması – bileşimi ile ilgili özel koşullar yoktur.
Pürenin kuru maddeleri ve gliserin, piruvik asit, vb. gibi alkol fermantasyonun uçucu olmayan ürünleri atıkta kalır. Atıktaki kuru madde içeriği %4 ila 12 arasında değişir.
Tahıl atık, doğal halinde değerli bir yem ürünüdür. O kurutulur ve karma yemlere katkı maddesi olarak kullanılır.
Melas atık, önemli miktarda mineral bileşikleri içerir (toplam kuru madde kütlesinin %28…32’si). Halihazırda onu yoğunlaştırıyorlar ve gübre, beton üretiminde plastikleştirici olarak ve kısmi tuzdan arındırma sonrası yem amaçlı kullanılmaktadır. Atığın verimi, püredeki alkol içeriğine bağlıdır ve alkol hacminin 8…12 katına eşittir.
Luther suyu, ham alkolün saflaştırılmasından sonra bir kalıntıdır. Alkolün zor uçucu katkı maddeleri onunla giderilir: asitler, bazı esterler, aldehitler, alkoller ve yüksek kaynama noktasına sahip olan diğer uçucu katkı maddeler ve esas olarak su. Luther suyunun reaksiyonu asidiktir ve karbon çelikleri için aşındırıcıdır.
Luther suyu, tahıl karışımlarının, melas karışımlarının hazırlanmasında, fuzel yağının yıkanmasında kullanılır. Luther suyunun verimi, alkol saflaştırma koşulları ile belirlenir.
Kolay uçan katkı maddeler alkol saflaştırma işlemi sırasında baş fraksiyonu ile ayırılır. Baş fraksiyon (BF), baş katkı maddelerin etil alkol ile bir karışımıdır.
Etil alkolün baş fraksiyonu berrak bir sıvıdır, renksizdir, hafif sarımsı veya yeşilimsidir. İçindeki alkol konsantrasyonu (alkol ölçere göre) hacmın %92 olmalıdır. Bileşiminde 1 g/dm3 asitin; eterlerin 30 g/dm3; füzel yağıın 2 g/dm3; aldehitlerin: nişastalı hammaddelerden 10 g/dm3, melastan 35 g/dm3; metanol: melastan hacmın %0.5, tahıldan hacmın %1.5, patatesten hacmın %2.5, karışık ham maddelerden hacmın %6 bulunmasına izin verilir.
BF’nun bileşimi yaklaşık %90 etil alkol, %2…%6 katkı maddeleri ve yaklaşık %5 su içerir. Katkı maddelerin bileşimi ve içeriği ve BF’nun verimi büyük ölçüde hammaddenin tipine ve kalitesine, fermantasyon koşullarına ve alkolün saflaştırılmasına bağlıdır.
BF’deki esterlerin ve aldehitlerin içeriği, maya oluşumu döneminde şıranın daha iyi havalandırılmasıyla birden çok (% 7’ye kadar) artar. Patates ham maddesinden (ve özellikle pancar işlenirken) elde edilen baş fraksiyonu %4’e kadar metanol içerir. Baş fraksiyonun verimi, tahıl ve patates işlendiğinde genellikle %1.5…3 ve melas işlendiğinde %3…5 yapar.
Baş fraksiyon, etil alkolün ondan ayırılması amacıyla artık özel arıtma tesislerinde damıtılmaya tabi tutulmaktadır.
Baş fraksiyonu işlenirken onun konsantresi elde edilir – genelde su ile sadece kısmen karışabilen, keskin, boğucu bir kokusu olan sarı-yeşil bir sıvı. Susuz kısmında ağırlığın %15…%20 eter, %15…45 aldehit, %20…45 etil alkol ve ağırlığın % 0.1…0.5 asitleri içerir. Baş fraksiyon konsantresi (BFK), yem mayası üretiminde karbon içeren bir yem olarak kullanılır, ama o çözücü ve saf organik ürünleri elde etme kaynağı olabilir: asetaldehit, etil asetat.
Alkolün saflaştırılması sırasında ara katkı maddeler esas olarak fuzel yağı ve fuzel alkol şeklinde ayırılır. Ticari füzel yağı GOST 17071 – 71’e göre aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır: yoğunluk (20°C’de suya göre) 0.837’den yüksek olmamalı; kırılma indisi – min 1.3950; damıtma sınırları – 120°C’ye kadar başlangıç hacminin %50’sinden fazlası damıtılmamalıdır. Açık sarıdan kırmızımsı kahverengiye kadar şeffaf sıvıdır. Çalkalındığında, içinde bulanıklık oluşmamalıdır.
Ticari füzel yağı şunları içerir: ağırlığın %7…15 etil alkol, ağırlığın %8…%15 su, kalan esas olarak C3, C4 ve C5 alkoller ve suda sınırlı çözünürlüğe sahip diğer bazı ara katkı maddelerdir ( yüksek moleküler ağırlıklı esterler, aldehitler, asetiller, asitler, azotlu ve kükürt bileşikler).
Fuzel yağındaki alkoller yaklaşık olarak şu orandadır: izoamil – %40…75, izobütil – %18…22, propil – %10…15. Fuzel yağının bileşimi ve verimi sabit değildir ve ham maddelerin türü ve kalitesine, kullanılan maya türüne, alkolün fermantasyon ve saflaştırılmanın teknolojik koşullarına göre değişir. Genellikle onun verimi alkol verim ağırlığın %0.25…%0.4 yapar.
Fuzel yağı değerli bir üründür. Genellikle ilaç ve kokuların, çözücülerin, özütleyicilerin, yüzdürme reaktiflerinin üretimi için organik sentezde kullanılan kurucu bileşenlerine damıtılır.
Fusel alkol, hacmın %75…85 etanol konsantrasyonu içeren (alkol ölçere göre) içindeki asetik-izoamil eterin varlığından dolayı armut özü kokusu olan renksiz bir sıvıdır. Bileşiminde hacmın %25…%30 su, hacmın %45…60 etanol, hacmın %5…%20 alkoller (C3…C5) (esas olarak propanol ve izobutanol), hacmın %0,3…%0,8 eterler, az miktarda uçucu azotlu maddeler, aldehitler ve asitler bulunmaktadır.
Gerektiğine fusel alkol, toplam alkol miktarının % 0,5…1,5’i miktarında ayırılır ve teknik amaçlar için, örneğin denatüre alkolün hazırlanması için kullanılır veya rektifiye edilmiş alkol ve füzel yağı bileşenlerini ayırmak için damıtmaya tabi tutulur.
Biyoetanol üretim teknolojisi
Biyoetanolun dehidrasyonu
Moleküler eleklerde adsorpsiyon yontemi ile dehidrasyon
Dehidrasyon bölümüne hacmın %93…95 etanol içeren hidroalkolik sıvı (sert ham alkol) veya kondensi aynı sertliğe sahip olan hidroalkolik buhar verilir.
Biyoetanol üretimi için ekipman, ham alkolün yüksek bir basınçla (genellikle yaklaşık 0,2 MPa) çalışan rejenerasyon kolonunun üst tepsisine gireceği şekilde kurulur. Kolon kapalı buharla ısıtılır ve küpten su çıkarılır.
Kuru hidroalkolik buhar kolonun üst kısmından buhar ısıtıcıya girer ve orda sıcaklığı 85…95o C’ye kadar yükselir. Aşırı ısıtılmış buhar, genellikle 2.5…5 mm çapında olan yapay zeolit 3A granülleri ile doldurulmuş adsorberin üst kısmına girer. Granül tabakasından geçen hidroalkolik buhar, granüllerin gözeneklerinde emilen suyu verir ve suyu alınmış buhar adsorberin alt kısmından çıkar ve kondensere yönlendirilir. Kondenserden dehidrate biyoetanol elde edilir, muhasebeye tabi tutulur ve günlük üretim hacmine göre projelendirilmiş bir siloya ve oradan depoya aktarılır.
Adsorbanın suyla doyurulmasından sonra, aşırı ısıtılmış buhar akışı, dehidrasyon işleminin benzer şekilde yapılan ikinci adsorbe ediciye geçirilir. O an ilk adsorbe edici rejenerasyona tabi tutulur – adsorbanın su emme kapasitesinin restorasyonu. Bu işlem, diğer adsorbe ediciden çıkan suyu alınmış buharın bir kısmı (yaklaşık %25…30) aşağıdan yukarıya doğru geçirilerek gerçekleştirilir. Kurutulmuş buhar, suyu adsorbandan uzaklaştırır ve buharlarıyla birlikte, rejenerasyon modunda olan adsorberin üst kısmından çıkar. Bu adsorbe ediciden çıkan hidroalkolik buhar, kondansatöre yönlendirilir. Sertliği olan kondensat (yenilenen) yaklaşık hacmın %70 rejenerasyon kolonuna girer. Ham alkolün buharlarından geri kazanılan su, rejenerasyon kolonunun alt kısmından çıkarılır.
Sorpsiyon modunda adsorbe edici yüksek basınç altındaysa, rejenerasyon modunda ise vakum altındadır. Adsorplayıcıların moddan moda geçişi, teknolojinin yazarlarının know-how olan belirli bir programa göre kontrol edilen bir valf sistemi tarafından her 2…15 dakikada bir gerçekleştirilir.
Tarif edilen işleme Pressure Swing Adsorption (PSA) adı verilir. Su, belirli bir boyuttaki molekülleri “eleme” yeteneği nedeniyle moleküler elek denilen gözeneklerin yüzeyinde adsorbe edilir. Yapay zeolit bu elektir – sodyum formunda bir alkalin alüminosilikat. A tipi zeolitin yapısı, yaklaşık 0,3 nm çapında gözeneklere sahiptir. Bu boyuttaki gözeneklerde su molekülü (0.28 nm) tutulur, ancak bir etanol molekülü (0.44 nm) içine yerleşemez. Biyoetanol üretimi için ekipman, işletmenin belirli kapasitesi için hesaplanır.
Bu işlem için en ünlü yapay zeolit üreticisi İsviçreli şirketi Zeochem AG’dir, onun ZEOCHEM® Z3-03 adsorbanı etanol ve metanol, diğer polar gazlar ve sıvıların dehidrasyonu için tasarlanmıştır. Adsorptifin kısmi basıncını düşürerek veya adsorbanın sıcaklığını 200…230oC’ye kadar yükselterek rejenere edilebilir.
Biyoetanol dehidrasyonu
Biyoetanolun membran dehidrasyonu
Yöntem, su ve etanol buharı için polimer veya seramik membranların farklı geçirgenliklerine dayanmaktadır.
Biyoetanol üretimi için ekipman (biyoetanolün membran dehidrasyonu), suyu alınmamış alkolun buharlaştırıcıdan ve buhar ayırıcıdan, buhar kızdırıcıdan ve uçları çelik boru levhalara sabitlenmiş her biri bir zar paketi olan bir dizi filtreden oluşur. Membran, inert gözenekli bir seramik tüptür, iç yüzeyi sadece su moleküllerinin nüfuz ettiği, gözenek çapı 0,4 nm olan bir yapay zeolit tabakası (NaA tipi) ile kaplıdır. Katmanın tüpün iç yüzeyindeki konumu, membranları pakete yerleştirirken onları hasardan korur.
Filtrenin yapısı, tek geçişli gövde borulu ısı eşanjörünün yapısına benzer. Tüp boşluğunda basınç altında (0,6 MPa) hidroalkolik buharı hareket eder, tüpler arasındaki boşluk ise vakum altındadır. Bu tür birkaç filtreden art arda geçerek, hidroalkolik buhar, gerekli kalıntı konsantrasyonuna kadar su buharlarından arındırılır.
Suyu alınmış alkol buharı ve su buharı, ısı eşanjörlerinde yoğunlaştırılır. Az miktarda etanol (%2…5) içeren su buharın kondensatı rejenerasyon için geri gönderilir.
PSA işlemiyle karşılaştırıldığında, membran dehidrasyonunun birçok avantajı vardır. Birinciden, az miktarda rejenerasyondur – üretilen biyoetanol hacmine göre %4…6 (PSA işleminde yaklaşık %25). İkinciden, etanol rejenerasyonu için daha az buhar gerektiği için biraz daha düşük buhar tüketimi.
Membran dehidrasyon ünitelerinin dezavantajı, PSA prosesine göre ekipmanın fiyatı (membranlar dahil olarak) yaklaşık iki kat daha yüksek olmasıdır. Rejenerasyonun yoğuşması için kullanılan sıcaklığı düşük (5°C) olan suyu elde etmek için bir soğutma ünitesi ve ısıtma buharının daha yüksek potansiyeli de gereklidir.
Membran tesisleri ile biyoetanol üretiminin bir başka önemli dezavantajı vardır – su-etanol buharlarının saflığı için yüksek gereksinimler; daha yüksek alkollerin, aldehitlerin ve diğer ilgili katkı maddeler sınırlı miktarda bulunmasu mümkündür.
Biyoetanol dehidrasyonu, azeotropik rektifiye
BDT ülkelerinde ve yurtdışındaki birçok eski fabrikada, alkolün dehidrasyonu, alkolün absorpsiyonu, üçlü ayrı kaynamayan (azeotropik) karışımların özellikleri kullanılarak gerçekleştirilir. Böyle bir karışım, konsantrasyonu hacmın %95…96.5 olan alkole üçüncü bileşen, örneğin benzen, sikloheksan, trikloroetan veya alkol ve su ile azeotropik karışımlar oluşturan diğer maddeler eklendiğinde oluşur.
Çoğu durumda, şu anda, üçüncü (dehidre edici) bileşen olarak hidrokarbon sikloheksan (C6H12) kullanılır – kaynama noktası 80.8°C, erime noktasın 6.6°C, yoğunluğu 0.778 kg/dm3, suda erimeyen, eter, aseton, benzen, alkolde tamamen eriyen şeffaf, renksiz, oldukça uçucu bir sıvıdır.
Hava ile sikloheksan buharı patlayıcı bir karışım oluşturur. Parlama noktası 18°C, parlama noktası 260°C’dır. Tutuşmanın konsantrasyon limitleri hacmın %1.2…10,6. Sikloheksan toksiktir, endüstriyel tesisler alanında havadaki maksimum izin verilen buhar konsantrasyonu (MBK) 80 mg/m3, ancak benzenden daha az toksiktir ve bu nedenle mutlak alkol teknolojisinde ikincisinin yerini alır.
Alkol dehidrasyonu için işlemin ve ekipmanın özü aşağıdaki gibidir. Damıtma kolonu, konsantrasyonu hacmın %95…96.5 olan alkol verilir ve belirli bir miktarda sikloheksan eklenir. Rektifikasyon işlemi sırasında kolonda oldukça uçucu bir bileşen (OUB) gibi hareket eden ve buhar halinde üst ürün olarak kolonu terk eden azeotropik bir karışım oluşur. Kurutulmuş etil alkol, uçucu olmayan bir bileşen (UOB) olarak kolondan aşağı akar; kolona alkolle beraber giren tüm su azeotropik bir karışımla beraber çıkartırılır.
Yoğunlaşma sırasında bir azeotropik karışımın buharları heterojen (homojen olmayan) bir sıvı karışım verir, bu akrışım katmanlara ayrılarak ağırlığın %93…94 sikloheksan, ağırlığın %6…7 etanol ve az miktarda su içeren üst (hafif) tabakayı ve ağırlığın %69…71 etanol, ağırlığın %21…23 su ve ağırlığın %6…%8 sikloheksan içeren alt (ağır) tabakayı oluşturur.
Başlangıç alkol tipik olarak dehidrasyon kolonunun tepsisine verilir. Kolona üst tepsiye bir miktar sikloheksan verilir. Kolona ısı verildiğinde, etanol, su ve sikloheksan karışımı kolonda azeotropik bir karışıma ve suyu alınmış etil alkole ayrılır. İkincisi kolonun altından çıkarılır, bir ısı eşanjöründe soğutulur ve mutlak alkol silosuna gönderilir.
Azeotropik karışımın buharı, susuzlaştırma kolonun deflegmatöründe ve kondansatöründe yoğunlaşır. Kondensat dekantörde tabakalara ayırılır. Esas olarak sikloheksan içeren üst tabaka, susuzlaştırma kolonunun sulamasına girer (geri akış). Alt tabaka dekantörden buzdolabından geçerek ikinci aşama dekantöre gönderilir ve ordan sikloheksanla zenginleştirilmiş üst tabaka susuzlaştırma kolonuna girer, alt (alkol-su) tabaka ise ısıtıcıdan rejenerasyon kolonunun besleme plakasına akar.
Biyoetanol üretimi için ekipman, azeotropik rektifikasyon ile dehidrasyonu, alkol rejenerasyon kolonunda belirli bir miktar sikloheksan ile konsantre edilir ve kısmen susuzlaştırma kolonunun besleme plakasına ve kısmen rejenerasyon kolonunun geri akışına gönderilir.
rejenerasyon kolonunda belirli bir miktarda sikloheksan içeren alkol konsantre edilecek ve kısmen dehidrasyon kolonunun besleme plakasına ve kısmen rejenerasyon kolonunun sulanmasına gönderilecek şekilde düzenlenmiştir. Rejenerasyon kolonu reflü kondenser ve ile donatılmıştır; ısıtma hem açık, hem de kapalı buharla yapılabilir. Ona gelen güç ısı eşanjöründe ısıtılır. Gerektiğinde rejenerasyon kolonundan fusel fraksiyonu alınır.
Susuzlaştırma ve rejenerasyon kolonları 60…70 çok kapaklı tepsiye sahiptir. Susuzlaştırma kolonunda, kolondan dekantöre su taşıyıcısı olarak hareket eden belirli bir miktarda sikloheksan sürekli dolaşır.
Rejenerasyon kolonu hem yapısına, hem de çalışma moduna göre, herhangi bir rektifikasyon ünitesinin alkol kolonundan pratik olarak farklı değildir. O, alkol konsantrasyonu hacmın %75…80 olan su-alkollü bir sıvı ile beslenir ve konsantrasyonunu hacmın %95…96 kadar sağlamalıdır. Çalışma geri akış oranı, R = 4…5 aralığında kabul edilir. Rejenerasyon kolonu için buhar tüketimi, tesisata verilen koşullu alkolün dekalitre başına 6…8 kg’a eşit olarak alınır. Kolonun alkolle yükleme besleme plakasındaki sıcaklığına göre yapılır.
Susuzlaştırma kolonu bir geri akış oranı R = 4…5 ile çalışır; özgül buhar tüketimi kolona verilen koşullu alkolun 13…14 kg/dal. Kolon, susuz alkol konsantrasyonuna göre alkol ile yüklenir; konsantrasyonu düşürdürüldüğü kolona alkol verimi azalır.
Kolon, alttan sayılarak 15. … 16. plaka üzerindeki sıcaklığa göre sikloheksan ile yüklenir; sıcaklık düştükçe kolonun sikloheksan ile yüklenmesi de azalır, sıcaklık yükseldikçe artar. Ayrıca besleme giriş alanında ve üst plakanın üzerinde de sıcaklık kaydedilir. Besleme tepsisinin ve üst tepsinin üzerindeki sıcaklık, özellikle yakıt amaçlı etanol üretilirke kolonda eşlik eden uçucu katkı maddelerin birikmesine büyük ölçüde bağlıdır.
Mutlak alkol için 18.5…20 kg/dl ısıtma buharı, 0.32…0.33 m3/dl soğutma suyu ve 0.01…0.03 kg/dl sikloheksan tüketir.
Susuz etanol doğrudan püreden elde edildiğinde, azeotropik rektifikasyon ünitesi, tek bir teknolojik hat olarak ham veya damıtma ünitesine ile bağlanır. Bu durumda ham veya damıtma ünitesi, soğutulmadan hemen dehidrasyon kolonuna verilen konsantre alkolün üretilmesini sağlar. Dehidrasyon ünitesi konsantre ham alkol veya teknik alkol ile beslendiğinde teknik mutlak alkol (biyoetanol) elde edilir; ham alkolde bulunan hemen hemen tüm katkı maddeler onun bileşimine aktarılır. Hatta miktarı bile artabilir. Bu alkol esas olarak motor yakıtının bir bileşeni olarak veya bir çözücü olarak kullanılır.
Sorpsiyon veya membran tesisler ile karşılaştırıldığında, azeotropik rektifikasyon ile biyoetanol üretimi için buhar tüketimi çok daha yüksektir – geleneksel alkolun 20 kg/dl’ye kadar. Ek olarak, alkol kapanları ve susuz ürün ile kaybedilen sikloheksan üniteye sürekli olarak verilmelidir. Bu nedenlerle, yeni işletmeler alkol dehidrasyonu için sorpsiyon tesisleri ile donatılmıştır.