Основы природоохранных биотехнологий. Практикум. Учебное пособие

2. По данным, приведенным в табл. 30, провести расчет параметров иловых площадок, учитывая их размещение в Московской области на естественном основании, организованной без дополнительного дренажа. В примере 2 дан образец расчета второго задания.

82

3. В соответствии с расчетными параметрами, приведенными в табл. 31, произвести расчет параметров иловых площадок, на которых предусмотрено отстаивание и удаление скопившейся на поверхности иловой воды. В примере 3 дан образец расчета третьего задания.

5. БИОТОПЛИВО

Практическая работа № 9.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы -формирование умений по модернизации существующих технологических процессов производства энергоносителей биотехнологическим методом.

Теоретические сведения

Биотопливом называют продукты, полученные из биологического сырья, и предназначенные для использования в качестве

83

источника энергии. Такуюпродукцию в зависимости от агрегатного состояния подразделяют на газообразное, жидкое и твердое. К первой группе относятся биоводород и биогаз, ко второй – диметиловый эфир, биометанол, биоэтанол, биобутанол, биодизель, к третьей – продукцию, полученную прессованием твердых отходов лесопользования, сельского хозяйства, животноводческих производств и пищевой промышленности.

В настоящее время в зависимости от технологий производства биотопливо подразделяют на 3 поколения.

Древнейшее биотопливо – топливопервого поколения – дрова, древесная щепа.

К биотопливу второго поколения относят продукцию, произведенную из биомассы с помощью различных методов пиролиза. К биотопливу третьего поколения относят продукцию, получаемую из водорослей.

Наибольшее распространение для использования в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств в настоящее время получило жидкое биотопливо: биометанол, биоэтанол. Расширяется производство биобутанола.

Биометанол представляет собой метиловый спирт, получаемый в результате спиртового брожения биологического сырья. По химическому составу не отличается от традиционного аналога. Биоэтанол относится к самому многотоннажному продукту микробиологической переработки растительного сырья за счет протекания реакции

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.

Синтетический этанол получают прямой гидратацией этилена по формуле

CH2=CH2 + H2O → C2H5OH.

Относится к продукции, обладющей нулевым балансом диоксида углерода. Установлено, что кислород, содержащийся в этаноле, позволяет более полно сжигать углеводороды топлива. При этом введение этанола в бензин до 10 об. % позволяет сокра-

84

тить выброс твердых иаэрозольных загрязняющих веществ до 50 %, а выбросы оксида углерода на 30 %.

Однако при сгорании этанола в выхлопных газах двигателей присутствуют токсичные альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), которые наносят живым организмам не меньший ущерб, чем ароматические углеводороды.

Процесс производства биобутанола также относят к микробиологическим. Традиционно применяют его в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности, в производстве смол и пластификаторов. В рамках расширения сырьевой базы биобутанол стал применяться в качестве компонента к традиционным топливам или как самостоятельное топливо для транспортных средств.

По сравнению эмиссионных характеристик различных видов жидкого биотоплива и бензина установлено, что прииспользовании одинакового сырья биобутанол дает уменьшение эмиссии, в той же степени, что и этанол. При этом низкое давление паров биобутанола (ниже, чем у бензина) означает то, что характеристики давления паров не должны приводить к появлению высоких уровней эмиссии летучих органических соединений, поскольку при его использование в двигателях внутреннего сгорания отсутствует необходимость ослабления давления паров.

Биобутанол, используемый как добавка к топливному биоэтанолу, способен улучшать показатели самих этаноловых смесей за счет того, что но имеет низкое давление насыщенного пара. Это позволяет нивелировать одну из проблем, сдерживающую широкое применение этанола как добавку к бензину.

Для обеспечения высокого качества жидкого биотоплива необходимо проводить удаление из них примесей, образующихся в процессе переработки природного сырья микробиологическими методами. Для этого применяют различные технологии осушки.

Для осушки биотоплива применяется азеотропная перегонка, диффузионное испарение, первапорация или мембранное испарение влаги.

85

Задание

Для вида биотоплива, выбираемого в соответствии с вариантом по табл. 32:

1)проанализировать текущее состояния производства энергоносителя (в соответствии с вариантом) биотехнологическим методом;

2)указать свойства применяемого химического и биохими-

ческого сырья, используемого при производстве указанного вида биотоплива;

3)произвести поиск наиболее подходящих по экономическим показателям источников сырья;

4)привести технологическую схему производства биотоплива (по варианту);

5)оценить возможные способы совершенствования техно-

логии производства указанного энергоносителя биотехнологическим методом;

6) разработать модель (модели) модернизации производства нергоносителяэ биотехнологическим методом (поситьро принципиальную схемы модернизированного производства);

7) привести технико-экономическое обоснование улучшенных способов производства энергоносителя биотехнологическим методом;

8)выбрать оптимальное решение по модернизации производства биотехнологическим методом;

9)подобать возможное (необходимое) оборудование для производства энергоносителя биотехнологическим методом;

10)установить технологические характеристики основного технологического оборудования (производительность, вмести-

мость, пр.); 11) произвести патентный поиск разработок, направленных

на совершенствование методов осушки (обезвоживания) жидкого биотоплива.

Методы осушки биотоплива также устанавливаются по вариантам и соответствуют следующим обозначениям:

АП – азеотропная перегонка;

86

МС – технология молекулярных сит; ДИ – диффузионное испарение; МО - мембранное обезвоживание.

Для технологии обезвоживания на молекулярных ситах и с помощью полупроницаемых мембран указать характеристики этих материалов и методы их регенерации.

87

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Быкова, В.В. Расчет иловых площадок [Текст]: метод. указания / В.В. Быкова. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-

та, 2010. – 17 с.

Ветошкин, А. Г. Технологии защиты окружающей среды от отходов производства и потребления [Текст] : учебное пособие / А. Г. Ветошкин. - 2-е изд., испр. и доп. - СПб. ; М. ; Краснодар :

Лань, 2016. - 304 с.

Зайцев, В. А. Промышленная экология [Текст] : учебное пособие для студ. вузов (гриф УМО) / В. А. Зайцев. - М. : БИНОМ ; Лаборатория знаний, 2012. - 382 с.

Зуева, С. Б. Экозащитные технологии систем водоотведения предприятий пищевой промышленности [Текст] : учебное пособие для студ., обуч. по направлениям 260100, 260200 (гриф УМО) / С. Б. Зуева, С. С. Зарцына, В. И. Шербаков. - СПб. : Проспект науки, 2012. – 202 с.

Прикладная экобиотехнология [Текст] : в 2 т. : учебное пособие для студ. вузов ( гриф УМО). Т. 1 / А. Е. Кузнецов [и др.]. - 2-е изд. - М. : Бином, 2012. - 629 с.

Топалова, О.В. Химия окружающей среды [Текст]: учеб. пособие /О.В. Топалова, Л.А. Пименова. – М.:Лань, 2013. – 160 с.

СНиП 2.04.03-85*. Канализация, наружные сети и сооружения / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 72 с.

Фирсова, Л.Ю. Системы защиты среды обитания. Схемы, сооружения и аппараты для очистки газовых выбросов и сточных вод [Текст] : учеб.пособие /Л.Ю. Фирсова. – М.: ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. – 80 с.

Шубов, Л. Я. Технология отходов [Текст] : учебник для студ., обуч. по направлению 100100 (гриф Пр.) / Л. Я. Шубов, М. Е. Ставровский, А. В. Олейник; под ред. Л. Я. Шубова. - М. : Альфа-М ; Уником Сервис ; Инфра-М, 2013. - 352 с.

88

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

8989

89

90