Ємність
з вихідною речовиною
Реактор
40
m3
Ферментер
170 Cm3
Молекулярні
сита
Ємність
для зберіганняготового продукту
Дистилятор
Використ. 1,8 кг пара/ 1 л
Використ. (8,75+1,8)=10,55 кг пари
Рис. 14. Апаратурно-технологічна схема виробництва
ОТРИМАННЯ ЕТАНОЛУ З ДЕРЕВИНИ
Так як клітковина при гідролізі дає глюкозу, а глюкозу, як відомо, можна перетворити на етанол, то спирт можна одержувати шляхом хімічної переробки деревини. За одним із сучасних способів, отримання етилового спирту з деревини здійснюється наступним чином : в гідролізному апараті з сірчаною кислотою нагрівають деревні відходи, наприклад тирсу і тріску. Клітковина при цьому гідролізується до глюкози. Сірчану кислоту потім нейтралізують вапняним розчином і утворюється осад СаSО4, який потім відокремлюють. Отриманий розчин глюкози піддають бродінню у великих чанах в присутності дріжджів. Після бродіння розчин відокремлюють від дріжджів і в ректифікаційних колонах відганяють з нього спирт; дріжджі направляють знову в бродильний чан. Потім розчин проходить стадії зневоднення та денатурації, про що сказано раніше.
Рис.15. Схема виготовлення етанолу з целюлози
Рис.16. Схема виготовлення етанолу з деревини
РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
Табл.1. Теоретичний вихід етанолу з тонни сировини
|
Сировина |
Вихід, літрів |
|
Кукурудза (зерно) |
470 |
|
Стебла кукурудзи |
427 |
|
Рисова солома |
415 |
|
Відходи очищення бавовни |
215 |
|
Листяна стружка |
381 |
|
Багаса |
421 |
|
Макулатура |
439 |
Гідроліз розведеною кислотою:
HNO3 розв.
Гідроліз розведеною кислотою:
H2SO4
конц.
Ферментативний гідроліз:
ферменти
Табл.2.Порівняння швидкості та ефективності різних видів гідролізу для вилучення моносахаридів з біомаси деревини тополі
|
Час гідролізу, год |
Конверсія целюлози, % | ||||
|
Кислотний гідроліз |
Ферментативний гідроліз | ||||
|
H2SO4 |
HCl |
Aspergillum |
Trichoderma |
Clostridium | |
|
3 |
15 |
13 |
12 |
18 |
19 |
|
24 |
26 |
28 |
24 |
25 |
35 |
|
48 |
39 |
42 |
50 |
49 |
46 |
|
72 |
45 |
49 |
54 |
51 |
49 |
Густина целюлози дорівнює 1, 52 – 1, 54 г/см3, глюкози – 1, 54, води – 1, 33.
Розрахунок матеріального балансу Загальне вираз для матеріального балансу процесу має вигляд: ΣGприх. = ΣGрасх. + ΣGвтрати. де ΣGприх. - Молярний потік, що приходить в реактор; ΣGрасх. - Молярний потік, що йде з реактора; ΣGвтрати- Втрати приймаємо 0,02% Основна реакція: С6Н10О5 + Н2О = С6Н12О6 А В С
Таблиця 3 - Дані матеріального балансу
|
Технологічний вихід продукту, f , % |
Масове співвідношення вихідних реагентів, А:В |
Продуктивність реактора П, моль |
Ступінь перетворення, Ха, % |
Селективність основної реакції, Ф, % |
Склад вихідного реагента, А, %мас |
Состав исходного реагента, В %масс | |
|
целлюлоза |
крахмал |
Н2О | |||||
|
90 |
1:3 |
1 |
96 |
100 |
98 |
1 |
100 |
Розрахунок вихідної маси
1. Розрахуємо продуктивність з урахуванням технологічного виходу:
моль/хв.
Так як целюлоза вреакційній масі знаходиться в недоліку, то необхідну витрату суміші розраховуємо. 2. Кількість целюлози, необхідну для отримання 1,1111 моль / хв продукту.
моль/хв.
3. Підрахуємо кількість целюлози з урахуванням селективності процесу:
моль/хв.
4. Визначаємо кількість целюлози з урахуванням ступеня перетворення:
моль/хв.
г/хв.
5. Визначимо кількість целюлози, що не прореагувала:
моль/хв.
г/хв.
6. Визначимо кількість целюлози з урахуванням її складу:
г/хв.
7. Визначимо кількість води,щонадходить в реактор,
з урахуванням масового
співвідношення:
г/хв.
моль/хв.
8. Визначимо кількість води, яка пішла на основну реакцію:
моль/хв.
9. Кількість води, що не прореагувала:
моль/хв.
г/хв.
Розрахунок видаткової частини балансу: Визначимо кількість цільового продукту, що утворюється в основний реакції:
моль/хв.
г/моль
Табл. 4. Результати розрахунку матеріального балансу
|
Вихід |
Витрати | ||||||||
|
речовина |
моль/хв. |
%, мольн. |
г/хв. |
%, масс. |
Речовина |
моль/хв. |
% моль |
г/хв. |
% мас. |
|
С6Н10О5 целлюлоза |
1,1111 |
3,43 |
187,4988 |
24,87 |
С6Н12О6 |
1,1111 |
3,55 |
199,9980 |
26,53 |
|
Н2О |
31,2498 |
96,49 |
562,4964 |
74,63 |
С6Н10О5 непрореаг. |
0,0463 |
0,15 |
7,5006 |
1,00 |
|
С6Н10О5 крахмал |
0,0118 |
0,035 |
1,9131 |
0,25 |
Н2О непрореаг. |
30,1387 |
96,22 |
542,4966 |
71,97 |
|
всього |
32,3872 |
100 |
753,8214 |
100 |
С6Н10О5 крахмал |
0,0145 |
0,046 |
1,9131 |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
Всього |
31,3224 |
100 |
753,8214 |
100 |
Для отримання одиниці продукції глюкози потрібно взяти 187,5 г целюлози і 562,5 мл Н2О.
Розрахунок теплового балансу
В основі теплового балансу лежить закон збереження енергії:
Табл. 5 .Дані теплового балансу
|
Температура вихідних реагентів, К |
293 |
|
Температура продуктів реакції, К |
308 |
|
Теплові втрати від приходу тепла, % |
2 |
Розрахуємо теплоту освіти і теплоємність учасників реакції.
Целюлоза (С5Н10О5):
Вода (Н2О):
Глюкоза (С6Н12О6):
Табл. 6. Термодинамічні властивості речовин
|
Речовина |
ΔH0298, кДж/моль |
C0p, Дж/(моль·К) |
|
Целюлоза С5Н10О5 |
-435,56 |
433,88 |
|
Н2О |
-159,68 |
77,75 |
|
Глюкоза С6Н12О6 |
-908,73 |
511,63 |