Site Loader

Біоетанол – це зневоджений етиловий спирт, використовується як замінник бензину для автотранспортних засобів. Біоетанольне паливо здебільшого виробляється під час ферментації цукру, хоча його також можна добути у хімічний спосіб.
Основними джерелами сировини, необхідної для виробництва етанолу, є кукурудза, пшениця, цукрова тростина та сорго. Їх вирощують спеціально для перетворення на енергію.
Етанол або етиловий спирт (C2H5OH) – прозора рідина без кольору, що біологічно розкладається, має низьку токсичність і не забруднює навколишнє середовище. Під час горіння етанол утворює вуглекислий газ та воду. Він є високооктановим паливом, тому його використовують в бензині замість свинцю.
Коли ми змішуємо етанол із бензином, суміш насичується киснем, завдяки чому паливо згоряє більш повно – таким чином знижується кількість шкідливих викидів. Етанольні паливні суміші широко використовують у США, Європі та Бразилії. Найбільш розповсюджена суміш – Е10: 10% етанолу та 90% бензину. Вона підходить для усіх бензинових двигунів. Сучасні автомобілі уже можуть їздити на суміші E85: 85% етанолу та 15% бензину.

Для створення біоетанольного виробництва ми робимо наступне:

– Проводимо передпроектне дослідження майбутнього виробництва (Feasibility study)
– Визначаємо основні техніко-економічні показники
– Розробляємо апаратурно-технологічну схему дистиляційної установки для отримання сирого спирту та адсорбційної установки для зневодження
– Розраховуємо усі матеріальні та енергетичні потоки
– Розробляємо специфікації та вимоги до обладнання
– Замовляємо виробництво обладнання і стежимо за його виготовленням
– Розробляємо схеми автоматизації та управління виробничими процесами
– Монтуємо обладнання і системи автоматизації
– Контролюємо введення установок у комерційну експлуатацію
– Навчаємо персонал управлінню процесами на заводі

Завантажити презентацію [PDF]

 

 

Виробництво спирту та біоетанолу

Виробництво спирту та біоетанолу потребує сировини, що містить крохмаль (зерно, картопля) або цукровмісну сировину (меляса та рідко цукрові буряки). Крохмальну сировину шляхом ферментативної обробки перетворюють на цукор. Цукор під впливом ферментів дріжджів перетворюється на етиловий спирт (С2Н5ОН) та діоксид вуглецю (СО2) в результаті чого виходить зріла бражка (надалі бражка). Бражка може бути зернова, картопляна, бурякова, мелясна, а також змішана: мелясно-зерно-картопляна, мелясно-бурякова, буряково-картопляна, мелясно-цукрова і цукрово-зерно-картопляна.

Бражка – багатокомпонентна система, що складається з води (82 … 90% мас.), сухих речовин (4 … 13% мас.) і містить етиловий спирт із супутніми летючими домішками (5 … 9% мас. або 6. ..14% об.). У бражці завжди міститься певна кількість діоксиду вуглецю. Його вміст у відібраної безпосередньо з бродильного апарату бражки становить 1 … 1,5 г / дм3. При подачі бражки в ректифікаційне відділення 35 … 45% діоксиду вуглецю втрачається.

 

Сухі речовини бражки представлені незбродженими цукрами, декстринами, клітковиною, амінокислотами та іншими азотистими речовинами, мінеральними солями. Сухі речовини значною мірою знаходяться в розчиненому вигляді, а частково у вигляді суспендованих твердих частинок (шкірка, дріжджові клітини і подібне).Сухі речовини бражки (дріжджова маса, дробина, клітковина, гіпс, фосфорнокислий кальцій, карамелі, меланоїдини) відкладаються на стінках апаратури, порушуючи її роботу.

 

 

У зерно-картопляної бражці міститься багато зважених часток, вона більш в’язка, ніж мелясна. Мінеральні солі і кислоти в бражці обумовлюють її кислу реакцію (рН = 3,5 … 5,6).Бурякова бражка і бражка, отримана з молодої картоплі, сильно піняться; іноді сильно піниться і мелясна бражка. При надлишку вапна в мелясі і підкисленні розсиропки сірчаною кислотою з бражки може виділятися рясний осад гіпсу.

 

Перегонка бражки коли спирт має  концентрацію менш як 7,5%, небажана, тому що різко знижується продуктивність ректифікаційних установок, збільшується витрата пари, збільшується втрата спирту.Брага містить більше 70 супутніх спирту різних летких речовин (домішок). Вміст їх невеликий, зазвичай не більший 1,0% від кількості етилового спирту, але іноді досягає 1,5%, в основному за рахунок метанолу.

 

Всі леткі домішки за хімічною природою можна розділити на чотири групи: спирти (крім етилового), альдегіди, кислоти і складні ефіри. Крім того, виділяють групу азотистих речовин (аміак, аміни, амінокислоти), речовини, що містять сірку (сірководень, сірчистий ангідрид, сульфокислоти,меркаптани) і ін.Склад і вміст летких домішок залежить від якості сировини, прийнятих технологічних режимів її переробки. Домішки частково переходять із сировини, води, допоміжних матеріалів, частково утворюються в процесі приготування сусла, але більша частина їх утворюється в процесі бродіння.

Найбільше домішок (0,4 … 0,6% від кількості етилового спирту) припадає на частку спиртів, що складають основу сивушного масла. Вміст основних його компонентів: ізоамілові спирти 60 … 90%, ізобутіловий 8 … 27%, н-пропіловий 3 … 20% від їх загальної суми. Вони утворюються в процесі бродіння.

Метиловий спирт не входить до групи “сивушних” спиртів. Він утворюється переважно при тепловій обробці сировини, незначна кількість його утворюється в процесі бродіння. Джерелом метанолу може бути надлишок формаліну, що застосовується для антисептування сировини і обладнання. Його (метанолу) вміст в неочищеному спирті становить 0,005 … 0,5% об., але в низці випадків (наприклад, при переробці цукрових буряків) досягає 1,2% об. У мелясній бражці метилового спирту практично немає (або не більше 0,0001% об.).

З альдегідів в неочищеному спирті найбільше оцтового. В дистиляті мелясної бражки альдегідів міститься близько 0,05% від кількості етилового спирту, що в 10 … 50 разів перевищує їх вміст в зерно-картопляному дистиляті. Кількість альдегідів зростає при посиленні аерації сусла в процесі дріжджегенерування. Альдегіди, в основному, утворюються в процесі бродіння. Крім оцтового альдегіду можуть бути пропіоновий, масляні, валеріанові і ін.

Складні ефіри в основному представлені оцтово-етиловим (до 350 мг / дм3), мурашино-етиловим, оцтово-метиловим, ізомасляно-етиловим, оцтово-ізобутиловим, ізовалеріано-пропиловим, оцтово-ізоаміловим та ін. Летких кислот (оцтова, масляна, пропіонова, валеріанова і ін.) зазвичай не більше 0,1% від кількості спирту. З азотистих сполук можуть бути аміак, триметиламін, триетиламін, етаноламін; з сірковмісних – сірководень, сірчистий ангідрид, етилмеркаптан і етілсернистий альдегід. Ці сірчисті сполуки присутні в мелясній бражці і бражці з іншої сировини, якщо вона дефектна.

Зі складних ефірів спирт-сирець найбільше містить оцтово-етилового ефіру  – 200 … 400 мг / дм3 спирту; на частку інших більш ніж 20 ефірів припадає лише 100 … 200 мг / дм3. Серед цієї численної групи переважають етилові ефіри пропіонової, масляної, ізовалеріанової, капронової кислот, а також ізоамілацетат, ізобутілацетат і ізоамілізовалеріат.  Ректифікований спирт

Виділяють спирт із бражки простою перегонкою і за допомогою перегонки в ректифікаційних бражних колонах. У першому випадку процес здійснюється в апаратах періодичної дії, в іншому – безперервної. В обох випадках з бражки при кипінні виділяється спирт разом з супутніми летючими домішками і виходить бражний дистилят (слабоградусний спирт-сирець), який (в залежності від концентрації спирту в бражці) містить 30 … 50% спирту, супутні домішки і воду.

Щоб із бражного дистиляту або спирту-сирцю виділився та очистився від супутніх домішок етиловий спирт, необхідна ректифікація – багаторазова перегонка. Процеси перегонки і ректифікація ґрунтуються на відмінності летючості (температури кипіння) речовин, що їх треба розділити. Всі супутні спирту речовини по летючості поділяються на головні (більш леткі, ніж етиловий спирт), хвостові (менш леткі, ніж спирт), проміжні і кінцеві (летючість яких в різних умовах може бути більше або менше летючості етилового спирту).

У процесі виділення і очищення спирту виходять побічні продукти: барда, лютерна вода, головна фракція, сивушні масла і сивушний спирт. З бардою і лютерною водою виводиться нелетка частина бражки; супутні спирту летючі домішки виводяться з головною фракцією, з сивушним маслом і сивушним спиртом.Звільнена від спирту, частини води і супутніх летючих домішок бражка – барда, містить всі сухі речовини бражки і решту води. Якість барди повністю визначається якістю вихідної бражки, тому ніяких певних умов щодо її складу не існує, за винятком того, що там має бути етиловий спирт з максимально допустимим вмістом – не вище 0,015% об. (0,012% мас. або 0,0047% мол.).

 

У барді залишаються сухі речовини бражки і нелеткі продукти спиртового бродіння: гліцерин, піровиноградна кислота і ін. Вміст сухих речовин в барді коливається в межах 4 … 12%. Зернова барда в натуральному вигляді є цінним кормовим продуктом. Її зневоджують і сушать та використовують як добавку до комбікорму.  Мелясна барда містить значну кількість мінеральних сполук (28 … 32% від загальної маси сухих речовин). Нині її згущують і використовують як добриво, мелясна барда може бути пластифікатором у виробництві бетонів, і використовуватися у кормових цілях після часткового знесолення. Вихід барди залежить від вмісту спирту в бражці і дорівнює 8 … 12 кратному об’єму спирту.

Лютерна вода є залишком після очищення спирту-сирцю. З нею відводяться важколетючі домішки спирту: кислоти, деякі ефіри, альдегіди, спирти та інші леткі домішки з високою температурою кипіння і, в основному, вода. Лютерна вода має кислу реакцію, агресивна по відношенню до вуглецевих сталей.Лютерную воду використовують для приготування зернових замісів, мелясних розсиропок, промивання сивушного масла. Вихід лютерної води визначається умовами очищення спирту-сирцю. Легколетючі домішки в процесі очищення спирту виділяються з головним фракцією. Головна фракція (ГФ) являє собою суміш етилового спирту та головних домішок.

 

Головна фракція етилового спирту є прозорою рідиною, безбарвною, злегка жовтуватою або зеленою. Концентрація спирту в ній (по спиртоміру) повинна бути 92% об. В її складі допускається вміст кислот 1 г / дм3; ефірів 30 г / дм3; сивушного масла 2 г / дм3; альдегідів: з крохмалистої сировини 10 г / дм3, з меляси 35 г / дм3; метанолу: з меляси 0,5% об., з зерна 1,5% об., з картоплі 2,5% об., з змішаного сировини 6% об.У складі ГФ міститься близько 90% етилового спирту, 2 … 6% домішок і близько 5% води. Склад і вміст домішок та вихід ГФ в значній мірі залежать від виду і якості сировини, умов зброджування і очищення спирту.Вміст ефірів і альдегідів в ГФ різко зростає (до 7%) при посиленій аерації сусла в період дріжджегенерування. У головній фракції, одержаної з картопляного сировини (і особливо при переробці буряків), міститься до 4% метанолу. Вихід головної фракції зазвичай становить 1,5 … 3% при переробці зерна і картоплі і 3 … 5% при переробці меляси.Головну фракцію зараз піддають розгонці на спеціальних ректифікаційних установках з метою виділення з неї етилового спирту.При переробці головної фракції отримують її концентрат – жовто-зелену рідину, що, як правило, тільки частково змішується з водою, з різким, задушливим запахом. У його безводній частині міститься 15 … 20% мас. ефірів, 15 … 45% альдегідів, 20 … 45% етилового спирту і 0,1 … 0,5% мас. кислот.

Концентрат головної фракції (КГФ) використовується як живлення, що містить вуглеводи, під час виробництва кормових дріжджів, але він може бути джерелом отримання розчинників і чистих органічних продуктів: оцтового альдегіду, оцтово-етилового ефіру. Проміжні домішки при очищенні спирту виділяються в основному у вигляді сивушного масла і сивушного спирту. Товарне сивушне масло згідно ДСТУ 17071 – 71 повинно відповідати таким вимогам: щільність (при 200 С по відношенню до води) не вище 0,837; показник заломлення – не менше 1,3950; межі перегонки – до 1200 С має переганятися не більше 50% від початкового об’єму. Прозора рідина від світло-жовтого до червоно-бурого кольору. При збовтуванні в ній не повинна утворюватися муть. До складу товарного сивушного масла входить: етилового спирту 7 … 15% мас., Води 8 … 15% мас. Решта припадає в основному на С3, С4 і С5 спирти і деякі інші проміжні домішки з обмеженою розчинністю у воді (високомолекулярні ефіри, альдегіди, ацетали, кислоти, азотисті і сірчисті сполуки).

Спирти в сивушній олії знаходяться приблизно в такому співвідношенні: ізоамілового – 40 … 75%, ізобутилового – 18 … 22%, пропилового – 10 … 15%. Склад і вихід сивушного масла не постійний і змінюється в залежності від виду та якості сировини, раси застосовуваних дріжджів, технологічних умов зброджування і очищення спирту. Вихід його зазвичай становить 0,25 … 0,4% мас. від виходу спирту. Сивушне масло є цінним продуктом. Його зазвичай піддають розгонці на складові компоненти, які використовуються в органічному синтезі для виготовлення медичних препаратів і запашних речовин, розчинників, екстрагентів, флотореагентів. Сивушний спирт являє собою безбарвну рідину з концентрацією етанолу (по спиртоміру) 75 … 85% об. з запахом грушевої есенції, обумовленим присутністю в ньому оцтово-ізоамілового ефіру. У його складі міститься води 25 … 30% об., етанолу 45 … 60% об., спиртів (С3 … С5) – 5 … 20% об. (в основному пропанол і ізобутанол), ефірів 0,3 … 0,8% об., Невелика кількість летючих азотистих речовин, альдегідів і кислот.Відбирають сивушний спирт при необхідності в кількості 0,5 … 1,5% від загальної кількості спирту і використовують для технічних цілей, наприклад для приготування денатурованого спирту, або піддають розгонці – беруть сивушне масло і з його компонентів виділяють ректифікований спирт.

 

 

 

ІНШІ ПОСЛУГИ