Гідроліз і зброджування тпв
Основними фракціями ТПВ є папір і харчові відходи, що містять значну кількість целюлози. Експерименти по одержанню промислового етилового спирту (етанолу) з целюлози, що міститься в ТПВ, проводилися в США і Великобританії, (мал. ). Етанол одержують у такий спосіб. Спочатку целюлоза піддається гідролізу, у процесі якого вона реагує з водою в присутності соляної кислоти як каталізатор:
Для прискорення процесу і збільшення виходу етанолу реакція проводиться при високій температурі. У результаті одержують цукру. Розчин цукрів зброджується, виходить розчин етилового спирту.
ТПВ подрібнюють і скидають у фракційний сепаратор, що розділяє матеріал на легку і важку фракції. Легка фракція, що містить в основному целюлозу, додатково подрібнюється і подається в реактор для гідролізу. Тиск у реакторі 3 МПа. При температурі 230°С в 0.4%-ном розчині кислоти час одержання максимальної конверсії складає 12 хв. Далі випливає швидке охолодження водою, нейтралізація за допомогою карбонату кальцію і фільтрація. Після цього виробляється зброджування приблизно протягом 20 год при температурі 30...38 0С. Отриманий водяний розчин етилового спирту очищається і переганяється з одержанням 95%-ного спирту.
При гідролізі відбуваються дві реакції: целюлоза відновлюється в цукор, цукор же під дією гарячої розведеної кислоти розпадається, причому швидкість відновлення і розпаду залежить від концентрації кислоти, температури і часу. Енергія реакції не залежить від концентрації кислоти і складає 42900 кал/моль при відновленні целюлози в цукор і 32 800 кал/моль при розпаді цукру.
Збільшення концентрації чи кислоти температури (чи обох факторів одночасно) веде до підвищення ефективності відновлення цукру, причому в діапазоні 170…1900C підвищення температури на 10 °С приводить до збільшення швидкості реакції відновлення цукру на 186% і швидкості розпаду цукру на 125%. Розрахунки дозволяють вибрати концентрацію кислоти і температуру, що відповідають оптимальному виходу цукру.
Нижче приведені результати орієнтованого розрахунку (т/доб) виходу 95 % - ного етанолу при надходженні 250 т ТПВ в добу.
Паперових відходів, % |
40 |
-/-, т/доб |
100 |
Кількість целюлози |
75 |
Максимальна (теоретична) кількість цукру |
83,5 |
Чистий вихід цукрів |
46 |
Вихід етанолу з цукрів (теоретичний) |
23,5 |
Чистий вихід етанолу |
22,4 |
Максимальний вихід 95 %-ного етанолу |
23,5 |
Відходи виробництва етанолу (шлам) |
201,9 |
Експерименти по виробництву промислового етанолу становлять безсумнівний інтерес. Але як і для всякої іншої технології, найважливішими показниками є економічні. Створення заводу з виробництва етанолу не дозволяє поки відмовитися від смітників, тому що шлам заводу, що переробляє 250 т/доб ТПВ, по орієнтованих розрахунках складе 200 т/суг.