مایع به دست آمده با استفاده از این توصیف متانول است. همچنین به عنوان الکل متیل (چوب) شناخته می شود و دارای فرمول - CH 3 OH است.
متانول به صورت خالص به عنوان حلال و به عنوان یک افزودنی با اکتان بالا به سوخت موتور و همچنین به طور مستقیم به عنوان سوخت با اکتان بالا (عدد اکتان => 115) استفاده می شود.
این همان "بنزین" است که برای پر کردن مخزن موتورسیکلت ها و اتومبیل های مسابقه استفاده می شود.
همانطور که مطالعات خارجی نشان می دهد، موتوری که با متانول کار می کند چندین برابر بیشتر از زمانی که از بنزینی که به آن عادت کرده ایم دوام می آورد و قدرت آن با حجم کار ثابت 20٪ افزایش می یابد.
اگزوز موتوری که با این سوخت کار می کند سازگار با محیط زیست است و هنگام آزمایش سمیت، هیچ ماده مضری تشخیص داده نمی شود.
یک دستگاه کوچک برای تولید این سوخت به راحتی ساخته می شود، نیازی به دانش خاص یا قطعات کمیاب ندارد و در کارکرد بدون مشکل است. عملکرد آن به دلایل مختلفی از جمله ابعاد بستگی دارد.
دستگاهی که نمودار و شرح مونتاژ آن در زیر آمده است، با قطر راکتور تنها 75 میلی متر، سه لیتر سوخت نهایی در ساعت تولید می کند. وزن کل سازه حدود 20 کیلوگرم و تقریباً دارای ابعاد زیر است: ارتفاع 20 سانتی متر، طول 50 سانتی متر و عرض 30 سانتی متر.
ما وارد انواع فرآیندهای شیمیایی نمی شویم و برای سادگی محاسبات، فرض می کنیم که در شرایط عادی (20 درجه سانتی گراد و 760 میلی متر جیوه) گاز سنتز از متان مطابق فرمول زیر بدست می آید:
2CH 4 + O 2 -> 2CO + 4H 2 + 16.1 کیلو کالری،
از 44.8 لیتر متان و 22.4 لیتر اکسیژن، 44.8 لیتر مونوکسید کربن و 89.6 لیتر هیدروژن خارج می شود، سپس طبق فرمول از این گازها متانول به دست می آید:
CO + 2H 2<=>CH 3 OH
از 22.4 لیتر مونوکسید کربن و 44.8 لیتر هیدروژن معلوم می شود: 12 گرم (C) + 3 گرم (H) + 16 گرم (O) + 1 گرم (H) = 32 گرم متانول.
این بدان معناست که طبق قوانین حسابی 32 گرم متانول از 22.4 لیتر متان خارج می شود یا تقریباً: از 1 متر مکعب متان سنتز می شود. 1.5 کیلوگرم متانول 100٪(این حدود 2 لیتر است).
در واقع، به دلیل راندمان پایین در شرایط خانگی، از 1 متر مکعب. گاز طبیعی کمتر از 1 لیتر از محصول نهایی را دریافت خواهید کرد (برای این گزینه حد مجاز 1 لیتر در ساعت است!).
برای سال 2011 قیمت 1 متر مکعب است. گاز خانگی در روسیه 3.6-3.8 روبل است و به طور مداوم در حال افزایش است. با توجه به اینکه متیل الکل دوبرابر ارزش حرارتی بنزین دارد، قیمتی معادل 7.5 روبل دریافت می کنیم. و در نهایت، تا 8 روبل گرد کنید. برای سایر هزینه ها - ایمیل. انرژی، آب، کاتالیزورها، تصفیه گاز - هنوز هم بسیار ارزان تر از بنزین است و به این معنی است که "بازی ارزش شمع را دارد" در هر صورت!
قیمت این سوخت شامل هزینه نصب نمی شود (هنگام تغییر به انواع سوخت جایگزین، یک دوره خودکفایی همیشه مورد نیاز است)، در این مورد قیمت بسته به بهره وری از 5 تا 50 هزار روبل متغیر است. اتوماسیون فرآیندها و نیروهایی که تولید خواهند شد.
اگر خودتان آن را مونتاژ کنید، حداقل 2 و حداکثر 10 هزار روبل هزینه خواهد داشت. اساساً این پول صرف کار تراشکاری و جوشکاری و همچنین برای تهیه کمپرسورها می شود (می تواند از یک یخچال معیوب باشد ، سپس ارزان تر خواهد بود) و موادی که این واحد از آنها مونتاژ می شود.
احتیاط: متانول سمی است.این مایع بی رنگ با نقطه جوش 65 درجه سانتیگراد است، بویی شبیه به مشروبات الکلی معمولی دارد و از همه نظر با آب و بسیاری از مایعات آلی قابل اختلاط است. به یاد داشته باشید که نوشیدن 50 میلی لیتر متانول کشنده است؛ در مقادیر کمتر، مسمومیت با محصولات تجزیه متانول باعث کاهش بینایی می شود!
نمودار عملکرد دستگاه در شکل نشان داده شده است. 1.
آب لوله کشی به "ورودی آب" (15) متصل می شود و با عبور از آن به دو جریان تقسیم می شود: یک جریان (که توسط فیلتر از ناخالصی های مضر پاک می شود) و از طریق شیر (14) و سوراخ (C) وارد میکسر می شود. (1) و دیگری جریان از طریق شیر (4) و سوراخ (G) به یخچال (3) می رود و از طریق آن آب که گاز سنتز و میعانات متانول را خنک می کند از سوراخ (Y) خارج می شود.
گاز طبیعی خانگی، تصفیه شده از ناخالصی های گوگرد و معطرهای معطر، به خط لوله "ورودی گاز" متصل می شود (16). سپس گاز از طریق سوراخ (B) وارد میکسر (1) می شود که در آن پس از مخلوط شدن با بخار آب، روی مشعل (12) تا دمای 100 تا 120 درجه سانتی گراد گرم می شود. سپس، از مخلوط کن (1) از طریق سوراخ (D)، مخلوط گرم شده گاز و بخار آب از سوراخ (B) وارد راکتور (2) می شود.
راکتور (2) با کاتالیزور شماره 1 پر شده است، کسر جرمی: 25٪ NiO (اکسید نیکل) و 60٪ Al 2 O 3 (اکسید آلومینیوم)، بقیه 15٪ CaO (آهک سریع) و سایر ناخالصی ها، فعالیت کاتالیزور - باقیمانده کسر حجمی متان در حین تبدیل با بخار گاز هیدروکربن (متان)، کاملاً از ترکیبات گوگردی خالص شده، حاوی متان حداقل 90٪ با نسبت حجمی بخار: گاز = 2: 1، نه بیشتر از:
در 500 درجه سانتیگراد - 37٪
در 700 درجه سانتیگراد - 5٪.
در راکتور، گاز سنتز تحت تأثیر دمای حدود 700 درجه سانتیگراد که از حرارت دادن با مشعل به دست می آید، تشکیل می شود (13). سپس، گاز سنتز گرم شده از طریق سوراخ (E) وارد یخچال (3) می شود، جایی که باید تا دمای 30-40 درجه سانتیگراد یا کمتر خنک شود. سپس گاز سنتز سرد شده از طریق سوراخ (I) یخچال را ترک می کند و از سوراخ (M) وارد کمپرسور (5) می شود که می تواند به عنوان کمپرسور از هر یخچال خانگی استفاده شود.
بعد گاز سنتز فشرده با فشار 5-10 اتمسفر است. از طریق سوراخ (H) از کمپرسور خارج شده و از سوراخ (O) وارد راکتور (6) می شود. راکتور (6) با کاتالیزور شماره 2 پر شده است که از 80% مس و 20% روی تشکیل شده است.
در این راکتور که مهمترین واحد دستگاه است، بخار متانول تشکیل می شود. دمای راکتور نباید از 270 درجه سانتیگراد تجاوز کند که با دماسنج (7) قابل کنترل و با شیر (4) قابل تنظیم است. توصیه می شود دما را بین 200-250 درجه سانتیگراد یا کمتر حفظ کنید.
سپس بخارات متانول و گاز سنتز واکنش نداده از راکتور (6) از سوراخ (P) خارج می شوند و از سوراخ (L) وارد یخچال (W) می شوند، جایی که بخارات متانول متراکم شده و از طریق سوراخ (K) از یخچال خارج می شود.
سپس، میعانات و گاز سنتز واکنش نداده از طریق سوراخ (U) وارد کندانسور (8) می‌شوند، جایی که متانول نهایی جمع می‌شود، که کندانسور را از طریق سوراخ (P) و شیر (9) را به یک ظرف رها می‌کند.
سوراخ (T) در کندانسور (8) برای نصب گیج فشار (10) استفاده می شود که برای نظارت بر فشار در کندانسور ضروری است. در 5-10 اتمسفر یا بیشتر، عمدتاً با کمک یک شیر (11) و تا حدی با یک شیر (9) حفظ می شود.
سوراخ (X) و شیر (11) برای خروج گاز سنتز واکنش نداده از کندانسور ضروری است که از طریق سوراخ (A) به میکسر (1) بازگردانده می شود، اما همانطور که تمرین نشان داده است، گازهای خروجی باید سوزانده شوند. در یک فیتیله، و دوباره به سیستم اجرا نمی شود. بله، این کارایی را کاهش می دهد، اما راه اندازی را بسیار ساده می کند.
شیر (9) طوری تنظیم می شود که متانول مایع خالص بدون گاز دائماً خارج شود.
اگر سطح متانول در کندانسور افزایش یابد بهتر از کاهش خواهد بود. اما بهینه ترین حالت زمانی است که سطح متانول ثابت باشد (که می توان آن را با شیشه داخلی یا روش دیگری کنترل کرد).
شیر (14) طوری تنظیم می شود که آب در متانول وجود نداشته باشد و بخار در مخلوط کن تشکیل شود، ترجیحاً کمتر به جای بیشتر.
دسترسی گاز باز است، آب (14) در حال حاضر بسته است، مشعل ها (12)، (13) در حال کار هستند. شیر (4) کاملا باز است، کمپرسور (5) روشن است، شیر (9) بسته است، شیر (11) کاملا باز است.
سپس شیر (14) را برای دسترسی به آب باز کنید و از شیر (11) برای تنظیم فشار مورد نیاز در کندانسور استفاده کنید و آن را با فشار سنج (10) کنترل کنید. اما به هیچ عنوان شیر (11) را کاملا نبندید!!!
بعد، پس از حدود پنج دقیقه، از یک شیر (14) و یک مشعل روشن (21) استفاده کنید تا دمای راکتور (6) را به 200-250 درجه سانتیگراد برسانید. پس از این، مشعل (21) خاموش می شود؛ فقط برای پیش گرم کردن مورد نیاز است، زیرا متانول با آزاد شدن گرما سنتز می شود. سپس شیر (9) را کمی باز کنید که باید جریانی از متانول از آن جاری شود. اگر دائماً جریان دارد، شیر (9) را کمی بیشتر باز کنید و اگر متانول مخلوط با گاز جریان دارد، شیر (14) را باز کنید.
به طور کلی، هر چه میزان بهره وری دستگاه را تنظیم کنید، بهتر است.
توصیه می شود این دستگاه را از فولاد ضد زنگ یا آهن بسازید. تمام قسمت ها از لوله ساخته شده اند؛ لوله های مسی را می توان به عنوان لوله های نازک اتصال استفاده کرد. در یخچال باید نسبت X:Y=4 را حفظ کرد، به عنوان مثال، اگر X+Y=300 میلی متر باشد، X باید برابر با 240 میلی متر و Y، بر این اساس، 60 میلی متر باشد. 240/60=4. هرچه تعداد چرخش های بیشتری در یخچال از یک طرف یا طرف دیگر جا شود، بهتر است.
تمام شیرها از مشعل های جوش گاز استفاده می شود. به جای شیرهای (9) و (11)، می‌توانید از شیرهای کاهش فشار سیلندرهای گاز خانگی یا لوله‌های مویین یخچال‌های خانگی استفاده کنید.
میکسر (1) و راکتور (2) در موقعیت افقی گرم می شوند (نمودار را ببینید).
خب، احتمالاً همین است. در خاتمه اضافه می‌کنم که طرحی پیشروتر برای تولید خانگی سوخت خودرو در چندین شماره از مجله اولویت در سال‌های 92-93 منتشر شد:
شماره 1-2 - اطلاعات کلی در مورد تولید متانول از گاز طبیعی.
شماره 3-4 - نقشه های کارخانه تبدیل متان به متانول.
شماره 5-6 - نصب، اقدامات ایمنی، کنترل، دستورالعمل روشن کردن تجهیزات.
شکل 1 - نمودار شماتیک دستگاه
شکل 2 - میکسر
شکل 3 - راکتور
شکل 4 - یخچال
شکل 5 - خازن
شکل 6 - راکتور
من به طور تصادفی در یک موتور جستجو با انتشارات شما برخورد کردم و به محتوای آن بسیار علاقه مند شدم. پس از بررسی کوتاه، اشتباهات نویسنده بلافاصله ظاهر شد.
اطلاعات مربوط به "متانول" در مجله "اولویت" در سال های 91، 92، 93 منتشر شد. ، اما پروژه کاملاً تمام شده هرگز منتشر نشد (کاتالیزورهای وعده داده شده برای مشترکین فشرده شدند).
این شماره ها شامل نقشه هایی از راکتور با مدار کنترل الکتریکی و طراحی خنک کننده بود که پس از آن آقای واکس (نویسنده مقاله) مودبانه عذرخواهی کرد و گفت که انتشار بیشتر متوقف خواهد شد. به درخواست نیروهای امنیتی اتحاد جماهیر شورویو برای کسانی که می خواهند این نصب را تکرار کنند، زمینه خلاقیت نامحدود است. شکل 1(a) - نمودار دستگاه اصلاح شده
مرحله 1 - همانطور که قبلا ذکر شد، گاز و آب باید (با فیلتر خانگی یا حتی بهتر با دستگاه تقطیر) تصفیه شود تا بلافاصله کاتالیزورهای راکتورهای 2 و 6 مسموم نشود. به طور دقیق تر، نسبت بخار: گاز را به صورت 2: 1 رعایت کنید. محصولات واکنش نداده نباید به مرحله 1 برگردند.
مرحله دوم - تبدیل متان از t=~400 درجه سانتی گراد شروع می شود، اما در چنین دمای پایین، درصد کمی از گاز تبدیل شده وجود دارد، بهینه ترین t=700 درجه سانتی گراد، توصیه می شود آن را با استفاده از ترموکوپل کنترل کنید.
بعد از راکتور و یخچال، نصب شامل یک فشارسنج (10) و یک شیر کاهش فشار (11) تنظیم شده روی فشار 25-35 اتمسفر است (انتخاب فشار بستگی به درجه سایش کاتالیزور دارد). برای پمپاژ فشار گاز سنتز کافی بهتر است از دو کمپرسور یخچال استفاده کنید.
من به شما توصیه می کنم که کندانسور (8) را نه استوانه ای، بلکه مخروطی (این کار برای کاهش سطح تبخیر متانول انجام می شود) و دارای پنجره ای برای نظارت بر سطح متانول است. محصولات واکنش داده شده از بالای مخروط با استفاده از یک لوله (u) Ø 8 میلی متر آورده می شوند.
لوله در یک ظرف مخروطی 10 میلی متر زیر خروجی دریچه گاز (P) پایین می آید.
گاز سنتز واکنش نداده از طریق یک لوله (x) Ø 5 میلی متر تخلیه می شود که به بالای مخروط جوش داده می شود، گاز خارج شده از این لوله در انتهای آن سوزانده می شود تا از خروج شعله به مخروط جلوگیری شود. انتهای لوله با سیم مسی پر شده است.
سطح متانول در 2/3 ارتفاع کل ظرف حفظ می شود؛ برای این کار بهتر است یک پنجره شفاف ایجاد کنید. برای اطمینان از ایمنی 100٪، می توانید فتیله خروجی را با یک ترموکوپل مجهز کنید، سیگنالی که از آن (به دلیل عدم وجود شعله) به طور خودکار جریان گاز را به نصب قطع می کند؛ هر تنظیم کننده ای از اجاق گازهای مدرن برای این اهداف مناسب است. .
روش کاتالیزوری برای تولید متانول (الکل چوب) از گاز طبیعی به تفصیل شرح داده شده است.
امروزه بسیاری از مردم می دانند که چگونه می توانند حتی با دست خود در خانه متانول تولید کنند. از خاک اره نیز الکل تهیه می کنند. این تولید الکل از خاک اره است که ساده ترین و مقرون به صرفه ترین روش های دیگر شناخته شده امروزی است. در عین حال، تنها در نگاه اول پیچیده و زمان بر به نظر می رسد. در واقع تکرار این فرآیند حتی برای یک مبتدی نیز بسیار ساده خواهد بود. نکته اصلی این است که تمام اصول اولیه ساخت متیل الکل را بدانید و همچنین برخی از ترفندهای این روش را که متخصصان برای همه آشکار می کنند در نظر بگیرید. فناوری استاندارد برای تولید ماده شیمیایی مورد نظر در خانه معمولاً از چند مرحله اصلی تشکیل شده است. ابتدا مالت از محصولات غلات به دست می آید، سپس یک خمیر از سیب زمینی کمی فاسد می شود و در نتیجه نشاسته پردازش می شود.
مرحله بعدی تخمیر است. روی آن، مخمر قبلاً به مخلوط از پیش آماده شده اضافه شده است. هر چه دمای محیط بالاتر باشد، غلبه بر مرحله مورد بحث سریعتر امکان پذیر خواهد بود. اما حتی در شرایط طبیعی طبیعی نیز به تنهایی قادر به تکمیل است. البته اگر مخمر مرغوب انتخاب شده باشد. مرحله ماقبل آخر «تقطیر» نام دارد. می توان آن را پر زحمت ترین و وقت گیرترین نامید. این مرحله همیشه به دستگاه خاصی نیاز دارد که اتفاقاً صنعتگران مدرن می توانند به راحتی آن را با دست خود بسازند. و در نهایت، تنها چیزی که باقی می ماند تمیز کردن است. این آخرین مرحله تولید الکل در خانه است. محصول تقریباً آماده است، اما فاقد شفافیت مطلوب است. این را می توان با استفاده از رایج ترین پرمنگنات پتاسیم، که با آن مایع به مدت 24 ساعت تزریق می شود، به دست آورد. در نهایت، تنها چیزی که باقی می ماند فیلتر کردن محصول است.
از آنجایی که اخیراً مقدار مواد خام فسیلی مناسب برای تولید الکل در خانه به تدریج شروع به کاهش کرده است، نیاز به یافتن گزینه های جدید وجود دارد. همانطور که می دانید کمبود غلات وجود دارد، بنابراین لازم بود جایگزین مناسبی پیدا شود. و به سرعت پیدا شد - خاک اره بود. امروزه این ماده اولیه برای همه قابل دسترس ترین است. پیدا کردن آن کار سختی نیست. و به همان اندازه مهم است که خاک اره ارزان است. و در برخی موارد می توانید آنها را کاملاً رایگان پیدا کنید. جای تعجب نیست که مواد اولیه مورد بحث در بین تمام افرادی که در تولید الکل در خانه فعالیت می کنند بسیار محبوب هستند. درست است، تولید این ماده به مهارت های خاصی از یک فرد و همچنین به دست آوردن برخی تجهیزات اضافی نیاز دارد.
اول از همه، شما باید خاک اره را آماده کنید. مثلا 1 کیلوگرم محصول اصلی. بسیار مهم است که خاک اره کاملاً خرد شود. قبل از شروع تولید متانول، آنها باید کاملاً خشک شوند. بهتر است از استفاده از فر و سایر گزینه های مشابه برای این منظور خودداری کنید. کافی است یک لایه نازک خاک اره را روی یک روزنامه تمیز در یک اتاق تاریک و دارای تهویه مناسب بریزید و آن را برای چند روز به همین صورت بگذارید. البته مواد اولیه نیز نباید دارای ناخالصی یا کثیفی باشد. کارشناسان خاطرنشان می کنند که خاک اره چوب سخت برای این فرآیند مناسب ترین است. اما بهتر است از مواد اولیه درختان سوزنی برگ استفاده نکنید.
از طریق یخچال، که در آن تصعید و یک الکترولیت انجام می شود، که اسید سولفوریک برای آن عالی است، خاک اره کاملاً خشک شده به یک فلاسک مناسب یا ظرف مشابه دیگر فرستاده می شود. باید 2/3 حجم کل آن را پر کنند. بعد باید جرم را تا 150 درجه گرم کنید. مایع تمام شده معمولاً کمی مایل به آبی دارد. البته استفاده از کاتالیزور با کیفیت را نیز نباید فراموش کرد. به عنوان مثال، می توانید از اکسید آلومینیوم - قطعات کوراندوم استفاده کنید. می توانید قسمت بعدی را بلافاصله بعد از سیاه شدن مایع داخل ظرفی که استفاده می کنید بریزید. محافظت از اندام های تنفسی خود با ماسک یا ماسک مخصوص بسیار مهم است. بهتر است دستکش های بادوام را نیز در نظر بگیرید. اتاقی که در آن الکل خاک اره تولید می شود باید جادار و کاملاً تهویه شود. این کار را نباید در آشپزخانه انجام داد، زیرا مواد غذایی در اطراف وجود دارد.
ماده نهایی را می توان به عنوان سوخت و برای اهداف مشابه دیگر استفاده کرد. اما مصرف الکل حاصل در داخل و استفاده از آن برای تهیه بیشتر مشروبات الکلی توصیه نمی شود. فقط از یک کیلوگرم خاک اره خشک می توانید تقریباً نیم لیتر (کمی کمتر) متانول تمام شده بدست آورید.
هیدرولیز پلی ساکاریدهای بافت گیاهی در آب سرد عملاً مشاهده نمی شود. هنگامی که دمای آب به بالای 100 درجه می رسد، هیدرولیز پلی ساکاریدها اتفاق می افتد، اما به کندی که چنین فرآیندی هیچ اهمیت عملی ندارد. نتایج رضایت‌بخشی تنها با استفاده از کاتالیزورها به دست می‌آید، که تنها اسیدهای معدنی قوی از اهمیت صنعتی برخوردارند: سولفوریک و کمتر متداول، هیدروکلریک. هر چه غلظت اسید قوی در محلول و دمای واکنش بیشتر باشد، هیدرولیز پلی ساکاریدها به مونوساکاریدها سریعتر اتفاق می افتد. با این حال، وجود چنین کاتالیزورهایی یک جنبه منفی نیز دارد، زیرا همزمان با واکنش هیدرولیز پلی ساکاریدها، آنها واکنش های تجزیه مونوساکاریدها را نیز تسریع می کنند و در نتیجه بازده آنها را کاهش می دهند.
هنگامی که هگزوزها در این شرایط تجزیه می شوند، ابتدا هیدروکسی متیل فورفورال تشکیل می شود که به سرعت تجزیه می شود و محصولات نهایی را تشکیل می دهد: اسیدهای لوولینیک و فرمیک. پنتوزها در این شرایط به فورفورال تبدیل می شوند.
در این راستا برای به دست آوردن مونوساکاریدها از پلی ساکاریدهای بافت گیاهی، باید مساعدترین شرایط را برای واکنش هیدرولیز فراهم کرد و امکان تجزیه بیشتر مونوساکاریدهای حاصل را به حداقل رساند.
این مشکلی است که محققان و سازندگان هنگام انتخاب رژیم های هیدرولیز بهینه آن را حل می کنند.
از تعداد زیادی گزینه ممکن برای غلظت اسید و دمای واکنش، تنها دو مورد در حال حاضر در عمل استفاده می شود: هیدرولیز با اسیدهای رقیق و هیدرولیز با اسیدهای غلیظ. در طول هیدرولیز با اسیدهای رقیق، دمای واکنش معمولاً 160-190 درجه است و غلظت کاتالیزور در یک محلول آبی از 0.3 تا 0.7٪ است (H2S04، HC1).
واکنش در اتوکلاوها تحت فشار 10-15 انجام می شود دستگاه خودپرداز.هنگام هیدرولیز با اسیدهای غلیظ، غلظت اسید سولفوریک معمولاً 70-80٪ و اسید کلریدریک 37-42٪ است. دمای واکنش در این شرایط 15-40 درجه است.
کاهش تلفات مونوساکاریدها در حین هیدرولیز با اسیدهای غلیظ آسانتر است، در نتیجه بازده قند با این روش تقریباً از نظر تئوری ممکن است، یعنی 650-750 برسد. کیلوگرماز 1 تیمواد گیاهی کاملا خشک
در هنگام هیدرولیز با اسیدهای رقیق، کاهش تلفات مونوساکاریدها به دلیل تجزیه آنها بسیار دشوارتر است و بنابراین بازده عملی مونوساکاریدها در این مورد معمولاً از 1 گرم ماده خام خشک از 450-500 کیلوگرم تجاوز نمی کند.
به دلیل تلفات اندک قند در حین هیدرولیز با اسیدهای غلیظ، محلول های آبی حاصل از مونوساکاریدها - هیدرولیزها - با افزایش خلوص متمایز می شوند که برای پردازش بعدی آنها از اهمیت زیادی برخوردار است.
تا همین اواخر، یک اشکال جدی روش های هیدرولیز با اسیدهای غلیظ، مصرف زیاد اسید معدنی به ازای هر تن شکر تولیدی بود که نیاز به بازسازی بخشی از اسید یا استفاده از آن در صنایع دیگر را به دنبال داشت. این امر ساخت و بهره برداری از این گونه نیروگاه ها را دشوارتر و پرهزینه تر کرد.
همچنین هنگام انتخاب مواد برای تجهیزاتی که در برابر محیط های تهاجمی مقاوم بودند، مشکلات بزرگی به وجود آمد. به همین دلیل، بخش عمده ای از کارخانه های هیدرولیز در حال حاضر با استفاده از روش هیدرولیز اسید سولفوریک رقیق ساخته شده است.
اولین کارخانه آزمایشی هیدرولیز الکل در اتحاد جماهیر شوروی در ژانویه 1934 در Cherepovets راه اندازی شد. شاخص های اولیه و طراحی فنی این کارخانه توسط بخش تولید هیدرولیز آکادمی جنگلداری لنینگراد در سال های 1931 - 1933 توسعه یافت. بر اساس داده های حاصل از بهره برداری از کارخانه آزمایشی، ساخت کارخانه های هیدرولیز صنعتی و الکل در اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد. اولین کارخانه صنعتی هیدرولیز الکل در دسامبر 1935 در لنینگراد راه اندازی شد. پس از این کارخانه، در دوره 1936-1938. کارخانه های هیدرولیز الکلی Bobruisk، Khorsky و Arkhangelsk به بهره برداری رسیدند. در طول جنگ جهانی دوم و پس از آن، بسیاری از کارخانه های بزرگ در سیبری و اورال ساخته شدند. در حال حاضر ظرفیت طراحی این نیروگاه ها در نتیجه بهبود فناوری، 1.5 تا 2 برابر بیشتر شده است.
ماده اولیه اصلی این گیاهان چوب مخروطی به شکل خاک اره و تراشه است که از کارخانه های چوب بری همسایه به دست می آید، جایی که از آسیاب کردن ضایعات کارخانه های چوب بری - دال ها و لت ها - در خرد کن ها به دست می آید. در برخی موارد، هیزم مخروطیان نیز خرد می شود.
طرح به دست آوردن مونوساکاریدها در چنین گیاهانی در شکل نشان داده شده است. 76.
چوب مخروطی خرد شده از انبار مواد اولیه از طریق نوار نقاله 1 وارد قیف راهنما می شود. 2 و بیشتر در گلو
|
|
شراب هیدرولیز 3. این یک استوانه فولادی عمودی با مخروط و گردن بالا و پایین است. سطح داخلی چنین دستگاه هیدرولیزپوشیده شده با کاشی های سرامیکی یا گرافیتی مقاوم در برابر اسید یا آجر ثابت شده بر روی یک لایه بتن با ضخامت 80-100 میلی متردرزهای بین کاشی ها با بتونه مقاوم در برابر اسید پر شده است. گردن های بالایی و پایینی هیدرولیز از داخل در برابر اثر اسید سولفوریک رقیق داغ توسط لایه ای از برنز مقاوم در برابر اسید محافظت می شود. حجم مفید این گونه هیدرولیزها معمولاً 30-37 At3 است، اما گاهی اوقات از هیدرولیزهای با حجم 18، 50 و 70 نیز استفاده می شود. m3.قطر داخلی چنین دستگاه های هیدرولیز حدود 1.5 و ارتفاع 7-13 متر است.در مخروط بالایی دستگاه هیدرولیز در هنگام هیدرولیز از طریق لوله 5 اسید سولفوریک رقیق که در دمای 160-200 درجه حرارت داده می شود عرضه می شود.
یک فیلتر در مخروط پایین نصب شده است 4 برای انتخاب هیدرولیز حاصل. هیدرولیز در چنین دستگاه هایی به صورت دوره ای انجام می شود.
همانطور که در بالا ذکر شد، دستگاه هیدرولیز با مواد خام خرد شده از طریق یک قیف راهنما بارگیری می شود. هنگام بارگیری مواد خام از طریق لوله 5 اسید سولفوریک رقیق گرم شده در دمای 70-90 درجه ارائه می شود که ماده خام را خیس می کند و باعث تراکم آن می شود. با این روش بارگذاری در 1 m3دستگاه هیدرولیز حدود 135 مناسب است کیلوگرمخاک اره یا 145-155 کیلوگرمتراشه، به عنوان چوب کاملا خشک محاسبه می شود. پس از اتمام بارگذاری، محتویات دستگاه هیدرولیز توسط بخار زنده وارد مخروط پایینی آن گرم می شود. به محض رسیدن به دمای 150-170 درجه، اسید سولفوریک 0.5-0.7٪ که تا دمای 170-200 درجه حرارت داده شده است، از طریق لوله 5 شروع به جریان در دستگاه هیدرولیز می کند. به طور همزمان از طریق فیلتر هیدرولیز تشکیل می شود 4 شروع به تخلیه به داخل اواپراتور می کند ب. واکنش هیدرولیز در دستگاه هیدرولیز از 1 تا 3 ساعت طول می کشد. هر چه زمان هیدرولیز کمتر باشد، دما و فشار در دستگاه هیدرولیز بیشتر می شود.
در طی فرآیند هیدرولیز، پلی ساکاریدهای چوب به مونوساکاریدهای مربوطه تبدیل می شوند که در اسید رقیق داغ حل می شوند. برای محافظت از این مونوساکاریدها در برابر تجزیه در دماهای بالا، هیدرولیزات حاوی آنها به طور مداوم از طریق یک فیلتر در کل فرآیند پخت حذف می شود. 4 و به سرعت در اواپراتور خنک می شود 6. از آنجایی که با توجه به شرایط فرآیند، مواد اولیه گیاهی هیدرولیز می شوند. دستگاه هیدرولیز باید همیشه با مایع پر شود، سطح مشخص شده e با ورود اسید داغ از لوله 5 حفظ می شود.
این روش کار پرکولاسیون نامیده می شود. هرچه نفوذ سریعتر اتفاق بیفتد، یعنی اسید داغ سریعتر از محلول هیدرولیز عبور کند، قند حاصل سریعتر از فضای واکنش حذف می شود و کمتر تجزیه می شود. از طرف دیگر، هرچه نفوذ سریعتر انجام شود، اسید داغ بیشتری برای پخت و پز مصرف می شود و غلظت قند در هیدرولیز کمتر می شود و بر این اساس، مصرف بخار و اسید برای پخت و پز بیشتر می شود.
در عمل، برای به دست آوردن بازده به اندازه کافی بالا از قند (با غلظت قابل قبول اقتصادی در هیدرولیز)، لازم است برخی از شرایط نفوذ متوسط را انتخاب کنید. معمولاً آنها در یک بازده قند 45-50٪ وزن چوب کاملاً خشک با غلظت قند در هیدرولیز 3.5-3.7٪ متوقف می شوند - این شرایط واکنش بهینه مطابق با انتخاب از طریق فیلتر پایین از هیدرولیز است - که 12- 15 m3هیدرولیز در هر 1 تیچوب کاملاً خشک که در یک هیدرولیز بارگذاری شده است. مقدار هیدرولیز مصرفی در طول پخت برای هر تن ماده خام هیدرولیز شده هیدرومدول خروجی نامیده می شود و یکی از شاخص های اصلی رژیم هیدرولیز مورد استفاده در کارخانه است.
در طی فرآیند نفوذ، اختلاف فشار معینی بین گردن فوقانی و تحتانی دستگاه هیدرولیز ایجاد می‌شود که به فشرده شدن ماده خام با حل شدن پلی‌ساکاریدهای موجود در آن کمک می‌کند.
فشرده سازی مواد خام منجر به این واقعیت می شود که در پایان پخت و پز، لیگنین حل نشده باقیمانده حدود 25٪ از حجم اولیه ماده خام را اشغال می کند. از آنجایی که با توجه به شرایط واکنش، مایع باید مواد خام را بپوشاند، سطح آن در طول فرآیند پخت کاهش می یابد. نظارت بر سطح مایع در طول فرآیند پخت و پز با استفاده از وزن سنج انجام می شود 30, نشان دادن تغییر در وزن کل مواد خام و مایع در دستگاه هیدرولیز.
در پایان پخت، لیگنین در دستگاه باقی می ماند که حاوی 1 است کیلوگرمماده خشک 3 کیلوگرماسید سولفوریک رقیق شده، تا 180-190 درجه حرارت داده شود.
لیگنین از دستگاه هیدرولیز به یک سیکلون تخلیه می شود 22 از طریق لوله 21. برای این منظور به سرعت دریچه را باز کنید 20, اتصال فضای داخلی دستگاه هیدرولیز با سیکلون 22. به دلیل کاهش سریع فشار بین قطعات لیگنین، آب فوق گرم موجود در آن فورا می جوشد و حجم زیادی بخار تولید می کند. دومی لیگنین را می شکند و آن را به شکل یک سوسپانسیون از طریق لوله حمل می کند 21 تبدیل به یک طوفان 22. لوله 21 به طور مماس به سیکلون نزدیک می شود، به همین دلیل جت بخار با لیگنین، با عجله به داخل سیکلون، در امتداد دیوارها حرکت می کند و یک حرکت چرخشی انجام می دهد. لیگنین با نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره های جانبی پرتاب می شود و با از دست دادن سرعت، به پایین سیکلون می افتد. بخار آزاد شده از لیگنین از طریق لوله مرکزی 23 در جو منتشر شد.
سیکلون 22 معمولاً یک استوانه فولادی عمودی با حجم حدود 100 است m3،مجهز به درب جانبی 31 و همزن چرخان 25, که به تخلیه لیگنین از پایین سیکلون بر روی یک تسمه یا نوار نقاله کمک می کند. 24.
برای محافظت در برابر خوردگی، گاهی اوقات سطح داخلی سیکلون ها با لایه ای از بتن مقاوم در برابر اسید محافظت می شود.همانطور که در بالا ذکر شد، در طی فرآیند نفوذ، اسید سولفوریک رقیق گرم شده به مخروط بالایی دستگاه هیدرولیز عرضه می شود. با مخلوط کردن در مخلوط کن ضد اسید تهیه می شود 17 آب فوق گرم که از طریق لوله تامین می شود 28, با اسید سولفوریک غلیظ سرد که از یک فنجان اندازه گیری می شود 19 از طریق پمپ اسید پیستونی 18.
از آنجایی که اسید سولفوریک غلیظ سرد کمی آهن و چدن را خورده می کند، این فلزات به طور گسترده برای ساخت مخازن، پمپ ها و خطوط لوله در نظر گرفته شده برای ذخیره سازی و حمل آن به مخلوط کن استفاده می شود. از مواد مشابهی برای تامین ید فوق گرم به میکسر استفاده می شود. برای محافظت از دیواره های میکسر از خوردگی، از برنز فسفر، گرافیت یا جرم پلاستیکی - فلوروپلاستیک 4 استفاده می شود که دو مورد آخر برای پوشش داخلی میکسرها استفاده می شود و بهترین نتیجه را می دهد.
هیدرولیز تمام شده از هیدرولیز وارد اواپراتور می شود 6 فشار بالا این یک ظرف فولادی است که تحت فشار عمل می کند و داخل آن با کاشی های سرامیکی پوشیده شده است، درست مانند دستگاه هیدرولیز. در بالای اواپراتور درب با ظرفیت 6-8 لیتر وجود دارد. فشار در اواپراتور در 4-5 حفظ می شود دستگاه خودپردازکمتر از دستگاه هیدرولیز است. به لطف این، هیدرولیز وارد شده به آن فورا می جوشد، تا حدی تبخیر می شود و تا 130-140 درجه خنک می شود. بخار حاصل از قطرات هیدرولیز و از طریق لوله جدا می شود 10 وارد ریشوفر (مبدل حرارتی) می شود 11, جایی که متراکم می شود. هیدرولیز تا حدی خنک شده از اواپراتور 6 لوله 7 وارد اواپراتور می شود 8 فشار کم، جایی که در نتیجه جوشیدن در فشار کمتری که معمولاً از یک اتمسفر تجاوز نمی کند تا 105-110 درجه خنک می شود. بخار تولید شده در این اواپراتور از طریق لوله 14 به راننده دوم داده شد 13, که در آن نیز متراکم می شود. میعانات ناشی از تغییر شکل 11 و 13حاوی 0.2-0.3% فورفورال بوده و برای جداسازی آن در تاسیسات ویژه استفاده می شود که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.
گرمای موجود در بخار که از اواپراتورها خارج می شود 6 و 8, برای گرم کردن آب ورودی به مخلوط کن استفاده می شود 17. برای این منظور از مخزن 16 پمپ آب گردشی 1bآب گرم به دست آمده از بخش تقطیر کارخانه هیدرولیز به نمایندگی فروش کم فشار عرضه می شود. 13, جایی که از 60-80 درجه تا 100-110 درجه گرم می شود. سپس در امتداد لوله 12 آب گرم شده از یک فروشنده فشار بالا عبور می کند 11, که در آن بخار در دمای 130-140 درجه تا 120-130 درجه گرم می شود. سپس دمای آب در ستون گرمایش آب به 180-200 درجه افزایش می یابد 27. دومی یک استوانه فولادی عمودی با پوشش پایین و بالایی است که برای فشار کاری 13-15 طراحی شده است. دستگاه خودپرداز.
بخار از طریق یک لوله عمودی به ستون آب گرم می رسد 26, که در انتهای آن 30 دیسک افقی ثابت شده است 2b.بخار از لوله 26 از شکاف های بین دیسک های جداگانه به ستونی پر از آب می گذرد. دومی به طور مداوم از طریق اتصالات پایینی به ستون وارد می شود، با بخار مخلوط می شود، تا دمای مشخصی گرم می شود و از طریق لوله 28 وارد میکسر می شود 17.
دستگاه های هیدرولیز در یک ردیف 5-8 قطعه روی پایه مخصوص نصب می شوند. در کارخانه های بزرگ تعداد آنها دو برابر می شود و در دو ردیف نصب می شوند. خطوط لوله برای هیدرولیز از مس قرمز یا برنج ساخته شده است. اتصالات، متشکل از دروازه و شیر، از فسفر یا برنز پاسپورت ساخته شده است.
روش هیدرولیز شرح داده شده در بالا به صورت دسته ای است. در حال حاضر، طرح‌های جدیدی از هیدرولپ‌ها در حال آزمایش هستند - دستگاه‌های پیوسته‌ای که با استفاده از فیدرهای ویژه، چوب خرد شده به طور مداوم در آنها تغذیه می‌شود و لیگنین و هیدرولیزات به طور مداوم حذف می‌شوند.
همچنین کار برای خودکارسازی هیدرولیزهای دسته ای در حال انجام است. این رویداد به شما امکان می دهد رژیم پخت مشخص شده را با دقت بیشتری دنبال کنید و در عین حال کار آشپزها را آسان تر می کند.
هیدرولیز اسید از اواپراتور کم فشار 8 (شکل 76) از طریق لوله 9 به تجهیزات برای پردازش بعدی آن تغذیه می شود. دمای چنین هیدرولیز 95-98 درجه است. این شامل (در درصد):
اسید سولفوریک. . . ………………………………………………………………………………………………………….. 0.5 -0.7:
هگزوزها (گلوکز، مانوز، گالاکتوز)……………………………………………………….. 2.5 -2.8;
پنتوز (گزیلوز، آرابینوز)…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 0.8 -1.0;
اسیدهای آلی فرار (فرمیک، استیک) ……………………………….. 0.24-0.30;
اسیدهای آلی غیر فرار (لوولینیک اسید). . 0.2 -0.3;
فورفورال………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 0.03-0.05;
اکسی متیل فورفورال……………………………………………………………………………………. 0.13-0.16;
متانول. ………………………………………………………………………………………………………………………….. 0.02-0.03
هیدرولیزها همچنین حاوی مواد کلوئیدی (لیگنین، دکسترین)، مواد خاکستر، ترپن ها، رزین ها و غیره هستند. محتوای مونوساکاریدها در هیدرولیزهای گیاهی طی مطالعات شیمیایی دقیق توسط کروماتوگرافی کاغذی کمی تعیین می شود.
در آزمایشگاه‌های کارخانه‌ای، برای تعیین سریع جرم قندها، از توانایی آنها در محیط قلیایی برای کاهش ترکیبات پیچیده اکسید مس با تشکیل اکسید مس استفاده می‌شود:
2 Cu (OH) 2 Cu5 O + 2 H2 O + 02.
بر اساس مقدار اکسید مس تشکیل شده، شکافت همزمان مونوساکاریدها در محلول محاسبه می شود.
این روش برای تعیین قندها مشروط است، بنابراینهمراه با مونوساکاریدها، اکسید مس نیز توسط فورفورال، هیدروکسی متیل فورفورال، دکسترین ها و لیگنین کلوئیدی به اکسید تبدیل می شود. این ناخالصی ها در تعیین محتوای قند واقعی هیدرولیزها اختلال ایجاد می کنند. خطای کلی در اینجا به 5-8٪ می رسد. از آنجایی که تصحیح این ناخالصی ها مستلزم کار زیاد است، معمولاً انجام نمی شود و قندهای حاصل برخلاف مونوساکاریدها، مواد احیا کننده یا به اختصار RS نامیده می شوند. در شرایط کارخانه، مقدار قند تولید شده در هیدرولیز به تن مواد رادیواکتیو در نظر گرفته می شود.
برای تولید اتیل الکل، هگزوزها (گلوکز، مانوز و گالاکتوز) با مخمرهای تولید کننده الکل - ساکارومایسس یا شیزوساکارومیست ها تخمیر می شوند.
معادله خلاصه برای تخمیر الکلی هگزوزها
C(i Hf، 06 - 2 C2 NG) OH + 2 C02 هگزوزاتانول
نشان می دهد که با این فرآیند، از نظر تئوری برای هر 100 کیلوگرمقند باید 51.14 باشد کیلوگرم،یا حدود 64 ل 100% اتیل الکل و حدود 49 کیلوگرمدی اکسید کربن.
بنابراین، در طی تخمیر الکلی هگزوزها، دو محصول اصلی در مقادیر تقریباً مساوی به دست می‌آیند: اتانول و دی اکسید کربن. برای انجام این فرآیند، هیدرولیز اسید داغ باید تحت فرآیند زیر قرار گیرد:
1) خنثی سازی؛ 2) رهاسازی از مواد جامد معلق؛ 3) خنک شدن تا 30 درجه؛ 4) غنی سازی هیدرولیز با مواد مغذی لازم برای زندگی مخمر.
هیدرولیز اسید دارای pH=1-1.2 است. یک محیط مناسب برای تخمیر باید دارای pH = 4.6-5.2 باشد. برای دادن اسیدیته لازم به هیدرولیز، اسید سولفوریک آزاد موجود در آن و بخش قابل توجهی از اسیدهای آلی باید خنثی شوند. اگر تمام اسیدهای موجود در هیدرولیز به طور معمول در اسید سولفوریک بیان شوند، غلظت آن حدود 1٪ خواهد بود. اسیدیته باقیمانده هیدرولیز در pH = 4.6-5.2 حدود 0.15٪ است.
بنابراین برای به دست آوردن غلظت مورد نیاز یون های هیدروژن در هیدرولیز باید 0.85 درصد اسیدها خنثی شوند. در این حالت گوگرد آزاد، فرمیک و بخشی از اسید استیک به طور کامل خنثی می شود. اسید لوولینیک و قسمت کوچکی از اسید استیک آزاد می مانند.
هیدرولیز با شیر آهک خنثی می شود، به عنوان مثال، سوسپانسیون هیدرات اکسید کلسیم در آب با غلظت 150-200 گرم CaO در هر لیتر.
طرح تهیه شیر آهک در شکل نشان داده شده است. 77.
آهک سریع CaO به طور مداوم به قیف تغذیه یک درام اطفاء آهک چرخان وارد می شود. 34.
در همان زمان، مقدار آب مورد نیاز به درام تامین می شود. هنگامی که درام می چرخد، آهک زنده آب را می بندد و به هیدرات اکسید کلسیم تبدیل می شود. دومی در آب پراکنده می شود و یک سوسپانسیون تشکیل می دهد. تکه های آهک واکنش نداده در انتهای درام از شیر آهک جدا می شود و در چرخ دستی ریخته می شود. شیر آهک همراه با شن و ماسه از طریق لوله به جداکننده ماسه جریان می یابد 35.
دومی یک فرورفتگی آهنی به صورت افقی با پارتیشن های عرضی و یک شفت طولی با تیغه است.
شیر آهک در این دستگاه به آرامی از راست به چپ و بیشتر در طول لوله جریان دارد 36 در یک مجموعه ادغام می شود 2.
شن و ماسه به آرامی بین پارتیشن های جداکننده شن می نشیند و با استفاده از تیغه هایی که به آرامی می چرخند از دستگاه خارج می شود. قبل از اینکه شیر آهک وارد خنثی کننده شود، آن را با مقدار معینی سولفات آمونیوم مخلوط می کنند که محلول آن از مخزن می آید. 37. هنگامی که شیر آهک با سولفات آمونیوم مخلوط می شود، واکنش رخ می دهد
Ca (OH)3 + (NH4)2 S04-> CaS04 + 2 NH، OH، در نتیجه بخشی از آهک توسط اسید سولفوریک سولفات آمونیوم متصل می شود و کریستال هایی از سولفات کلسیم کم محلول دی هیدرات CaS04-2H20 تشکیل می شود. . در همان زمان، آمونیاک تشکیل می شود که در شیر آهک در حالت حل شده باقی می ماند.
بلورهای کوچک گچ موجود در شیر آهک در خلال خنثی سازی بعدی، مراکز تبلور گچ حاصل هستند و از تشکیل محلول های فوق اشباع آن در هیدرولیز خنثی شده محافظت می کنند. این رویداد در طول تقطیر بعدی الکل از مش مهم است، زیرا محلول های گچ فوق اشباع در ماش باعث ایجاد گچ در ستون های مش می شود و به سرعت آنها را غیرفعال می کند. به این روش کار خنثی سازی با کریستالیزاسیون جهت دار گچ می گویند.
همزمان با شیر آهک وارد خنثی کننده می شود 5 عصاره آبی کمی اسیدی سوپر فسفات از یک کوزه اندازه گیری سرو می شود. 38.
نمک ها به میزان 0.3 به خنثی کننده اضافه می شوند کیلوگرمسولفات آمونیوم و 0.3 کیلوگرمسوپر فسفات در هر 1 m3هیدرولیز کنید.
خنثی کننده 5 (ظرفیت 35-40 متر 3) مخزن فولادی است که با کاشی های سرامیکی مقاوم در برابر اسید روکش شده و مجهز به مخلوط کن های عمودی و تیغه های ترمز است که به طور ثابت روی دیواره های مخزن نصب شده اند. خنثی سازی در گیاهان هیدرولیز قبلا به صورت دوره ای انجام می شد. در حال حاضر، با خنثی سازی مداوم پیشرفته تر جایگزین شده است. در شکل 77 آخرین نمودار را نشان می دهد. این فرآیند در دو خنثی کننده سری 5 و 6 که دارای یک دستگاه هستند انجام می شود. هیدرولیز اسید به طور مداوم از طریق لوله 1 به اولین خنثی کننده وارد می شود، جایی که شیر آهک و نمک های مغذی به طور همزمان عرضه می شوند. کامل بودن خنثی سازی با اندازه گیری غلظت یون های هیدروژن با استفاده از پتانسیومتر 3 با الکترود آنتیموان یا شیشه کنترل می شود. 4. پتانسیومتر به طور مداوم PH هیدرولیز را ثبت می کند و به طور خودکار آن را در محدوده های مشخص شده با ارسال تکانه های الکتریکی به یک موتور برگشت پذیر متصل به شیر قطع کننده لوله که شیر آهک را به اولین خنثی کننده متصل می کند، تنظیم می کند. در خنثی کننده ها واکنش خنثی سازی نسبتاً سریع و فرآیند تبلور گچ از محلول فوق اشباع به کندی صورت می گیرد.
بنابراین، سرعت جریان مایع از طریق نصب خنثی سازی توسط فرآیند دوم تعیین می شود که به 30-40 نیاز دارد. دقیقه
پس از این مدت، هیدرولیز خنثی شده به نام "خنثی سازی" وارد مخزن ته نشینی نیمه پیوسته یا پیوسته 7 می شود.
فرآیند نیمه پیوسته شامل این واقعیت است که خنثی کننده به طور مداوم از طریق مخزن ته نشینی جریان می یابد و گچی که به پایین ته نشین می شود به صورت دوره ای با تجمع آن حذف می شود.
در حین کار مداوم مخزن ته نشینی، کلیه عملیات به طور مداوم انجام می شود. قبل از تخلیه لجن به فاضلاب 8 در گیرنده علاوه بر این با آب شسته می شود. روش دوم به دلیل برخی مشکلات تولید هنوز فراگیر نشده است.
لجن گچ از مخزن ته نشینی معمولاً شامل نیمی از سولفات کلسیم دی هیدرات و نیمی لیگنین و مواد هیومیک ته نشین شده از هیدرولیز می باشد. در برخی از کارخانه های هیدرولیز، لجن گچ را آبگیری، خشک می کنند و به آلابستر ساختمان می ریزند. آنها در فیلترهای خلاء درام آبگیری می شوند و در کوره های درام چرخشی که توسط گازهای دودکش گرم می شوند خشک و پخته می شوند.
محصول خنثی شده، آزاد شده از ذرات معلق، قبل از تخمیر در یخچال خنک می شود. 10 (شکل 77) از 85 تا 30 درجه. برای این منظور معمولا از مبدل های حرارتی مارپیچی یا صفحه ای استفاده می شود که با ضریب انتقال حرارت بالا و ابعاد کوچک مشخص می شود. در هنگام سرد شدن، مواد قیر مانند از خنثی کننده خارج می شود که بر روی دیواره مبدل های حرارتی می نشیند و به تدریج آنها را آلوده می کند. برای تمیز کردن، مبدل های حرارتی به طور دوره ای خاموش می شوند و با محلول آبی داغ 2-4٪ سود سوزآور شسته می شوند که مواد رزینی و هیومیک را حل می کند.
هیدرولیز خنثی، خالص و سرد شده.
مخمرهای چوبی با مخمرهای مخصوص spnrt تشکیل دهنده که در این محیط سازگار شده اند تخمیر می شود. تخمیر طبق یک روش پیوسته در یک باتری از مخازن تخمیر متصل به صورت سری انجام می شود 11 و 12.
سوسپانسیون مخمر، حاوی حدود 80-100 گرم مخمر فشرده در لیتر، به صورت جریانی پیوسته از طریق لوله عرضه می شود. 15 به مخمر 44 و سپس به قسمت بالایی مخزن تخمیر اول یا سر 11. مخمر چوب سرد شده همزمان با سوسپانسیون مخمر به مخمر وارد می شود. به ازای هر متر مکعب سوسپانسیون مخمر، 10-8 متر مکعب مخمر وارد مخزن تخمیر می شود.
مخمرهای موجود در محیط هگزوز ساخاروف،آنها با استفاده از سیستمی از آنزیم ها، قندها را تجزیه می کنند و الکل اتیلیک و دی اکسید کربن تشکیل می دهند. اتیل الکل وارد مایع اطراف می شود و دی اکسید کربن به شکل حباب های کوچکی بر روی سطح مخمر آزاد می شود که به تدریج حجم آن افزایش می یابد و سپس به تدریج به سطح مخمر شناور می شود و مخمر چسبیده را با خود می برد. آنها
هنگامی که آنها با سطح تماس پیدا می کنند، حباب های دی اکسید کربن می ترکند، و مخمر، با وزن مخصوص 1.1، یعنی بیشتر از وزن مخمر (1.025)، فرو می رود تا زمانی که دوباره توسط کربن به سطح بالا برود. دی اکسید حرکت مداوم به سمت بالا و پایین مخمر باعث حرکت جریان مایع در مخزن تخمیر می شود و باعث تحریک یا "تخمیر" مایع می شود. دی اکسید کربن آزاد شده روی سطح مایع از مخازن تخمیر از طریق یک لوله 13 به کارخانه ای برای تولید دی اکسید کربن مایع یا جامد عرضه می شود که برای تولید محصولات شیمیایی (مثلا اوره) استفاده می شود یا در جو منتشر می شود.
مخمر چوب نیمه تخمیر شده همراه با مخمر از مخزن تخمیر سر به مخزن دم منتقل می شود. 12, جایی که تخمیر به پایان می رسد. از آنجایی که غلظت قندها در خمره دنبه کم است، تخمیر در آن شدت کمتری دارد و مقداری از مخمر بدون اینکه زمان تشکیل حباب های دی اکسید کربن داشته باشد، در ته دیگ می نشیند. برای جلوگیری از این امر، مخلوط کردن اجباری مایع با همزن یا پمپ های گریز از مرکز اغلب در مخزن باطله ترتیب داده می شود.
مایع تخمیر شده یا تخمیر شده را ماش می گویند. در پایان تخمیر، پوره به جداکننده منتقل می شود 14, کار بر روی اصل یک سانتریفیوژ. پوره ای که وارد آن می شود، همراه با مخمر معلق در آن، با سرعت 4500-6000 دور در دقیقه شروع به چرخش می کند. نیروی گریز از مرکز به دلیل تفاوت در وزن مخصوص مخلوط و مخمر آنها را جدا می کند. جداکننده مایع را به دو جریان تقسیم می کند: جریان بزرگتر که حاوی مخمر نیست وارد قیف می شود. 16 و کوچکتر که حاوی مخمر است از طریق قیف به داخل لوله می ریزد 15. به طور معمول جریان اول 8-10 برابر بزرگتر از جریان دوم است. از طریق لوله 15 سوسپانسیون مخمر به مخزن تخمیر سر برگردانده می شود 11 از طریق مخمر 44. مخمر دور ریخته شده و آزاد شده از مخمر، در یک مجموعه پوره متوسط جمع آوری می شود 17.
با کمک جداکننده ها، مخمر به طور مداوم در یک سیستم بسته گیاه تخمیر گردش می کند. بهره وری جداکننده 10- 35 متر مکعب در ساعت.
در طی تخمیر و به ویژه در هنگام جداسازی، بخشی از کلوئیدهای هیومیک موجود در خار مریم منعقد می شود و پوسته های سنگینی را تشکیل می دهد که به آرامی در کف مخازن تخمیر می نشیند. اتصالاتی در کف مخازن وجود دارد که از طریق آنها رسوبات به صورت دوره ای به فاضلاب تخلیه می شود.
همانطور که در بالا ذکر شد، بازده نظری الکل در هر 100 کیلوگرمهگزوزهای تخمیری 64 است لبا این حال، عملا به دلیل تحصیلات به دلیل ساخاروفمحصولات جانبی (گلیسیرین، استالدئید، اسید سوکسینیک و غیره) و همچنین به دلیل وجود ناخالصی های مضر برای مخمر در مخمر، عملکرد الکل 54-56 است. ل
برای به دست آوردن بازده الکل خوب، لازم است مخمر را همیشه فعال نگه دارید. برای انجام این کار، باید دمای تخمیر داده شده، غلظت یون های هیدروژن، خلوص مورد نیاز مخمر را با دقت حفظ کنید و مقدار کمی هگزوز، به اصطلاح "درجه پایین" (معمولاً بیش از 0.1٪) باقی بگذارید. شکر در محلول)، در پوره قبل از وارد کردن آن به جداکننده. به دلیل وجود مخمر تخمیر نشده، مخمر همیشه به صورت فعال باقی می ماند.
بطور دوره ای، کارخانه هیدرولیز برای تعمیرات برنامه ریزی شده یا تعمیرات اساسی تعطیل می شود. در این مدت، مخمر باید زنده نگه داشته شود. برای انجام این کار، سوسپانسیون مخمر را با استفاده از جداکننده ها غلیظ می کنند و با خمیر چوب سرد می ریزند. در دماهای پایین، تخمیر به شدت کند می شود و مخمر به میزان قابل توجهی شکر کمتری مصرف می کند.
مخازن تخمیر با ظرفیت 100-200 متر مکعب معمولاً از ورق فولادی یا کمتر متداول از بتن مسلح ساخته می شوند. مدت زمان تخمیر بستگی به غلظت مخمر دارد و از 6 تا 10 ساعت متغیر است. نظارت بر خلوص کشت مخمر تولیدی و محافظت از آن در برابر عفونت توسط میکروارگانیسم های مضر خارجی ضروری است. برای این منظور، تمام تجهیزات باید تمیز نگه داشته شوند و به طور دوره ای استریل شوند. ساده ترین روش استریلیزاسیون بخارپز کردن کلیه تجهیزات و به خصوص خطوط لوله و پمپ ها با بخار زنده است.
در پایان تخمیر و جداسازی مخمر، مش الکل حاوی 1.2 تا 1.6 درصد اتیل الکل و حدود 1 درصد پنتوز است. ساخاروف
الکل از ماش جدا می شود، در دستگاه تصحیح ماش سه ستونی متشکل از پوره خالص سازی و تقویت می شود. 18, اصلاح 22 و متانول 28 ستون ها (شکل 77).
پوره از مجموعه 17 از طریق مبدل حرارتی پمپ می شود 41 روی صفحه تغذیه ستون مش 18. ماش با جریان پایین صفحات قسمت کامل ستون ماش، در مسیر خود با بخار بالارونده مواجه می شود. دومی، به تدریج با الکل غنی شده، به قسمت بالایی و تقویت کننده ستون می رود. پوره ای که به پایین سرازیر می شود به تدریج از الکل و سپس از سمت ثابت ستون خارج می شود 18 از طریق لوله 21 به مبدل حرارتی می رود 41, جایی که ماش ورودی به ستون را تا دمای 60-70 درجه سانتیگراد گرم می کند. سپس، ماش در ستون با بخار زنده که از طریق لوله می آید تا دمای 105 درجه حرارت داده می شود 20. پوره ای که از الکل آزاد می شود، خیس نامیده می شود. از طریق لوله 42 استیلاژ از مبدل حرارتی ساکن خارج می شود 41 و برای تهیه مخمر خوراک از پنتوزها به کارگاه مخمر فرستاده می شود. این فرآیند بعداً به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.
ستون مش در قسمت تقویت کننده بالایی با کندانسور رفلاکس به پایان می رسد 19, که در آن بخارات مخلوط ید و الکل که از صفحه بالایی ستون می آید متراکم می شود.
در 1 متر مکعب پوره در دمای 30 درجه، حدود 1 متر مکعب دی اکسید کربن تشکیل شده در طی تخمیر حل می شود. هنگام گرم کردن دم در مبدل حرارتی 41 و با بخار زنده در قسمت پایینی ستون مش، دی اکسید کربن محلول آزاد می شود و همراه با بخار الکل به قسمت تقویت کننده ستون و بیشتر به کندانسور رفلاکس بالا می رود. 19. گازهای غیر قابل تراکم از طریق دریچه های هوای نصب شده روی خطوط لوله میعانات الکلی بعد از یخچال ها جدا می شوند. فراکسیون های کم جوش متشکل از الکل، آلدهیدها و اترها از یک کندانسور رفلاکس عبور می کنند. 19 و در آخر در یخچال تغلیظ کنید 39uاز جایی که آنها به شکل رفلاکس از طریق آب بند به ستون جریان می یابند 40. گازهای غیر قابل تراکم متشکل از دی اکسید کربن قبل از خروج از یخچال 39 از یک کندانسور اضافی عبور کرده یا در اسکرابر با آب شسته می شوند تا آخرین بقایای بخار الکل را بگیرند.
در صفحات بالایی ستون ماش، فاز مایع حاوی 20-40٪ الکل است.
میعانات را از طریق لوله انجام دهید 25 وارد صفحه تغذیه ستون تقطیر می شود 22. این ستون مشابه ستون ماش عمل می کند، اما در غلظت الکل بالاتر. به پایین این ستون از طریق یک لوله 24 بخار زنده عرضه می شود که به تدریج الکل را از میعانات الکلی که به پایین ستون جریان می یابد می جوشاند. مایع آزاد شده از الکل به نام لوتر از طریق لوله 23 از زهکش پایین می رود محتوای الکل در استیلاژ و لوتر بیش از 0.02٪ نیست.
یک کندانسور رفلاکس در بالای صفحه بالایی ستون تقطیر نصب شده است 26. بخارهایی که در آن متراکم نشده اند در نهایت در کندانسور متراکم می شوند 26aو دوباره به ستون جریان می یابد. بخشی از کسرهای کم جوش از طریق لوله گرفته می شود 43 به شکل یک کسر اتر-آلدهید که در صورت عدم استفاده به مخازن تخمیر بازگردانده می شود.
برای آزادسازی اتیل الکل از اسیدهای آلی فرار، از مخزن وارد ستون می شود. 45 محلول هیدروکسید سدیم 10% که اسیدهای روی صفحات میانی قسمت تقویت کننده ستون را خنثی می کند. در قسمت میانی ستون تقطیر، جایی که قدرت الکل 45-50٪ است، روغن های بدنه جمع می شوند و از طریق لوله گرفته می شوند. 46. روغن های فوزل مخلوطی از الکل های بالاتر (بوتیل، پروپیل، آمیل) هستند که از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند.
اتیل الکل آزاد شده از استرها و آلدئیدها و همچنین روغن های بدنه با استفاده از شانه از صفحات بالایی قسمت تقویت کننده ستون تقطیر و از طریق لوله انتخاب می شود. 27 وارد صفحه تغذیه ستون متانول می شود 28. الکل خام حاصل از ستون تقطیر حاوی حدود 0.7٪ الکل متیل است که در جریان هیدرولیز مواد گیاهی تشکیل شده و همراه با مونوساکاریدها به خار مریم ختم می شود.
در طی تخمیر هگزوزها متیل الکل تشکیل نمی شود. با توجه به مشخصات فنی اتیل الکل تولید شده توسط کارخانه های هیدرولیز، نباید بیش از 0.1٪ متیل الکل داشته باشد. مطالعات نشان داده است که متیل الکل به راحتی از الکل خام جدا می شود که میزان آب آن حداقل باشد. به همین دلیل الکل خام با حداکثر قدرت (94-96 درصد اتانول) وارد ستون متانول می شود. به دست آوردن اتیل الکل بالای 96٪ در ستون های تقطیر معمولی غیرممکن است، زیرا این غلظت مربوط به ترکیب مخلوط آب و الکل به طور جداگانه جوش نیست.
در ستون متانول، کسر کم جوش متانول است که تا بالای ستون بالا می رود و در کندانسور رفلاکس تقویت می شود. 29 و از طریق لوله 30 به مجموعه هایی از کسر متانول حاوی حدود 80٪ متانول تخلیه می شود. برای تولید متانول 100% تجاری، ستون دوم متانول نصب شده است که در شکل 1 نشان داده نشده است. 77.
الکل اتیل که به پایین صفحات می ریزد، به قسمت پایینی ستون متانول می افتد 28 و از طریق لوله 33 در گیرنده های محصول نهایی تخلیه می شود. ستون متانول با بخار خاموش در یک بخاری از راه دور گرم می شود 31, که به گونه ای تعبیه شده است که طبق اصل رگ های ارتباطی فضای بین لوله ای آن با الکل پر می شود. بخار آب وارد شده به بخاری الکل را به جوش می آورد و از بخارات الکل حاصل برای گرم کردن ستون استفاده می شود. بخار وارد بخاری می شود 31, در آن میعان می شود و به صورت میعانات به مجموعه های آب تمیز می رسد و یا به فاضلاب تخلیه می شود.
مقدار و قدرت الکل اتیلیک حاصل در تجهیزات ویژه (چراغ قوه، پرتابه کنترل، الکل سنج) اندازه گیری می شود. از مخزن اندازه گیری، الکل اتیلیک توسط یک پمپ بخار خارج از ساختمان اصلی - به مخازن ثابت واقع در انبار الکل عرضه می شود. از این مخازن، در صورت نیاز، الکل اتیلیک تجاری به مخازن راه آهن ریخته می شود و در آن ها به محل های مصرف منتقل می شود.
فرآیند تکنولوژیکی که در بالا توضیح داده شد امکان به دست آوردن از 1 را فراهم می کند تیچوب مخروطی کاملا خشک 150-180 ل 100% اتیل الکل. در همان زمان، توسط 1 dklمصرف الکل
چوب کاملا خشک به کیلوگرم . . . . 55-66;
TOC o "1-3" h z اسید سولفوریک - moaoidrate در کیلوگرم … . 4,5;
آهک زنده، 85% اینچ کیلوگرم…………………………………………………. 4,3;
جفت فن آوری 3- و 16-اتمسفر
در مگا کالری. ……………………………………………………………………………………….. 0.17-0.26;
آب در مترمکعب……………………………………………………………………………………………………………………… 3.6;
الکگروزنر در کیلووات ساعت…………………………………………………………………….. 4,18
ظرفیت سالانه یک کارخانه هیدرولیز-الکل با ظرفیت متوسط الکل 1-1.5 میلیون است. داد.در این کارخانه ها محصول اصلی اتیل الکل است. همانطور که قبلاً اشاره شد، در همان زمان، دی اکسید کربن جامد یا مایع، فورفورال، مخمر خوراک و محصولات فرآوری لیگنین از ضایعات اصلی تولید در کارخانه هیدرولیز-الکل تولید می شود. این تولیدات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت.
در برخی از کارخانه های هیدرولیز که فورفورال یا زایلیتول را به عنوان محصول اصلی تولید می کنند، پس از هیدرولیز همی سلولزهای غنی از پنتوز، باقیمانده ای که هیدرولیز آن دشوار است، باقی می ماند که شامل سلولز و لیگنین است و سلولینین نامیده می شود.
سلولینین را می توان با روش نفوذی که در بالا توضیح داده شد هیدرولیز کرد و هیدرولیز هگزوز حاصل که معمولاً حاوی 2-2.5٪ قند است، می تواند طبق روشی که در بالا توضیح داده شد به الکل اتیلیک فنی یا مخمر خوراک تبدیل شود. بر اساس این طرح، پوسته پنبه، بلال ذرت، پوست بلوط، پوسته آفتابگردان و ... فرآوری می شود که این فرآیند تولید تنها با مواد اولیه و سوخت ارزان به صرفه است.
کارخانه های هیدرولیز الکل معمولاً الکل اتیلیک فنی تولید می کنند که برای پردازش شیمیایی بعدی استفاده می شود. با این حال، در صورت لزوم، این الکل
با یکسوسازی اضافی و اکسیداسیون با محلول پرمنگنات قلیایی نسبتاً به راحتی خالص می شود. پس از چنین تصفیه، الکل اتیلیک برای اهداف غذایی کاملاً مناسب است.
تولید اتیل الکل از زیست توده خاک اره به سه روش انجام می شود:
با روش هیدرولیز، بازده الکل از 1 تن خاک اره تنها 200 لیتر خواهد بود. و با روش فرآوری پیرولیز، بازده الکل از 1 تن خاک اره 400 لیتر خواهد بود. و هزینه تولید الکل در مورد دوم 10 روبل در لیتر است و به مقیاس تولید و هزینه خاک اره بستگی دارد.
مقایسه انواع سوخت های زیستی
|
سوخت زیستی |
عملکرد سالانه از 1 هکتار زمین |
سوخت زیستی = معادل |
قیمت |
|
روغن کلزا |
1480 لیتر |
1 لیتر = 0.96 لیتر دیزل |
1.18 یورو (مه 2008) |
|
متیل استر روغن کلزا (بیودیزل) |
1550 لیتر |
1 لیتر = 0.91 لیتر دیزل |
1.40 یورو (ژوئن 2008) |
|
بیواتانول |
2560 لیتر |
1 لیتر = 0.65 لیتر بنزین |
|
|
زیست توده به مایع BtL |
4 030 لیتر |
1 لیتر = 0.97 لیتر دیزل |
|
|
بیومتان |
3540 کیلوگرم |
1 کیلوگرم = 1.40 لیتر بنزین |
0.93 یورو (ژوئن 2008) |
بر اساس این داده‌ها، می‌توان نتیجه گرفت که تولید میکروبیولوژیکی اتانول از محصولات تبدیل به گاز زیست توده به روش پیرولیز از نظر اقتصادی امکان‌پذیرتر است.
خواص فیزیکی، وجود در طبیعت و ساختار سلولز/الیاف.
سلولز چوب یا فیبر یک پلی ساکارید است که ماده اصلی است که دیواره های سلول های گیاهی از آن ساخته می شود (سلولز - سلول). فیبر جزء اصلی چوب است (تا 70٪) که در پوسته میوه ها، دانه ها و غیره یافت می شود. و در موجودات حیوانی یافت نمی شود. فیبر یک ماده فیبری جامد است که در آب یا حلال‌های آلی معمولی نامحلول است.پنبه تقریباً الیاف خالص است. الیاف کتان و کنف نیز عمدتاً از فیبر تشکیل شده است. فیبر در چوب حدود 50 درصد است. پارچه های کاغذی و پنبه ای محصولاتی هستند که از الیاف ساخته می شوند. بسیاری از غذاها حاوی فیبر هستند (آرد، غلات، سیب زمینی، سبزیجات)
به طور معمول، الیاف در چوب با به اصطلاح همی سلولزها (نیمه الیاف) همراه است - پلی ساکاریدهای تشکیل شده توسط پنتوزها (پنتوزان ها) و دارای ترکیب (C5H8O4)x و همچنین هگزوزهایی مانند مانوز (مانان) یا گالاکتوز (گالاکتان). علاوه بر این، چوب حاوی لیگنین است - یک ماده بسیار پیچیده حاوی حلقه های بنزن شش عضوی ...
جدول. ترکیب اجزای چوب آسپن و کاه، % گندم
|
مواد خام |
سلولز |
لیگنین |
همی سلولز |
مواد استخراجی |
خاکستر |
|
کاه گندم |
48,7 |
21,4 |
23,2 |
||
|
آسپن معمولی |
46,3 |
21,8 |
24,0 |
وزن مولکولی فیبر بزرگ است و به چند میلیون می رسد. مولکول های فیبر مانند نشاسته از واحدهای C6H10O5 تشکیل شده اند. از چند صد تا چند ده هزار واحد از این قبیل در مولکول های فیبر وجود دارد. بنابراین، ترکیب فیبر مانند نشاسته با فرمول (C6H10O5) بیان می شود.
n با این حال، فیبر در ساختار خود با نشاسته تفاوت دارد زیرا ساختار مولکول های الیاف دارای ساختاری منشعب نیست، بلکه ساختار نخ مانندی دارد که در نتیجه فیبر می تواند الیاف را تشکیل دهد.مطالعه واکنش‌های استریفیکیشن فیبر (به زیر مراجعه کنید) به این نتیجه می‌رسد که هر واحد C 6 H 10 O 5 شامل سه گروه هیدروکسیل است. بر این اساس، فرمول مولکولی فیبر به صورت زیر نشان داده می شود:
خواص شیمیایی و کاربردهای فیبر
در دمای معمولی، فیبر تحت تأثیر اسیدهای رقیق و قلیایی نیست، اما اسیدهای غلیظ تحت تأثیر قرار می گیرند.اگر یک توده پشم پنبه (الیاف) در مخلوطی از اسیدهای غلیظ - نیتریک و سولفوریک (که به عنوان یک عامل حذف کننده آب مورد نیاز است) به مدت 8-10 دقیقه قرار داده شود، یک واکنش استری شدن رخ می دهد: یک استر فیبر و اسید نیتریک به دست می آید - نیترو فیبر. از نظر ظاهری، فیبر نیترو تقریباً هیچ تفاوتی با الیاف معمولی ندارد، اما هنگامی که در هوا مشتعل می شود، فورا می سوزد (یک توده پشم پنبه نیترات شده، وقتی روی کف دست می سوزد، زمانی برای سوزاندن آن ندارد)، هنگامی که در یک فضای محدود گرم می شود. و از انفجار، منفجر می شود. بسته به تعداد گروه های هیدروکسیل استری شده، گل ختمی با محتوای نیتروژن متفاوت تشکیل می شود. نیتراسیون کامل فیبر منجر به تشکیل تری نیتروسلولز می شود:
وقتی فیبر با اسیدهای رقیق گرم می شود، مانند نشاسته، تحت هیدرولیز قرار می گیرد و در نهایت به گلوکز تبدیل می شود:
(C 6 H 10 O 5) n +
nH 2 O ==> nC 6 H 12 O 6محصولات فرآوری سلولز/الیاف با هیدرولیز کاربردهای متنوعی پیدا می کنند (به شکل نگاه کنید به ساختار و پردازش سلولز (فیبر) با هیدرولیز). به شکل چوب برای ساختمان ها و محصولات متعدد استفاده می شود. کاغذ از الیاف (خمیر چوب) ساخته شده است. پارچه ها، نخ ها و طناب ها از الیاف کنف، کتان و پنبه ساخته می شوند. با فرآوری شیمیایی فیبر، الکل، ابریشم مصنوعی، مواد منفجره و بسیاری موارد دیگر تهیه می شود.
تولید الکل هیدرولیتیک از خاک اره.
از آنجایی که فیبر بر اثر هیدرولیز گلوکز تولید می کند، و گلوکز، همانطور که مشخص است، می تواند به الکل اتیلیک (اتانول) یا الکل بوتیل (بوتانول) تبدیل شود، بنابراین، الکل را می توان با پردازش شیمیایی چوب به دست آورد.تولید الکل اتیلیک از خاک اره با استفاده از یکی از روش های زیر انجام می شود. باید درک کرد که تولید الکل از چوب با هیدرولیز چوب و تخمیر متعاقب آن همیشه فلز فشرده‌تر و پرهزینه‌تر از مثلاً تبدیل به گاز چوب با تبدیل کاتالیزوری بعدی گاز سنتز به الکل یا قطعات بنزین است.
در دستگاه هیدرولیز، ضایعات چوب، مانند خاک اره و خرده‌های چوب، با اسید سولفوریک گرم می‌شوند (شکل را ببینید). فیبر به گلوکز هیدرولیز می شود (به بالا مراجعه کنید). سپس اسید سولفوریک با محلول آهک خنثی می شود و رسوب حاصل از CaSO4 جدا می شود. محلول گلوکز حاصل در محفظه های بزرگ در حضور مخمر تخمیر می شود. پس از تخمیر، محلول از مخمر جدا می شود و الکل از آن در ستون های تقطیر تقطیر می شود. مخمر دوباره به مخزن تخمیر فرستاده می شود.
از 1 تن چوب خشک، تا 200 لیتر الکل اتیلیک (اتانول) به این ترتیب به دست می آید. به عبارت دیگر، 1 تن خاک اره می تواند جایگزین 1 تن سیب زمینی یا 300 کیلوگرم غلات در تولید الکل شود. اگر در نظر بگیریم که مقدار زیادی الکل در تولید لاستیک مصنوعی و سایر محصولات مصرف می شود، مشخص می شود که تولید اتیل الکل از چوب چقدر برای صرفه جویی در مواد اولیه غذایی اهمیت دارد.
در روسیه، تولید الکل از خاک اره در تعدادی از کارخانه های هیدرولیز انجام می شود. نمونه ای از به دست آوردن بنزین مخلوط E-85 (85٪ اتانول + 15٪ بنزین) در Kirov BioKhimZavod LLC را ببینید. یک محصول زائد با تناژ بالا از تولید هیدرولیز الکل از خاک اره، لیگنین است که تجزیه آن در محل دفن زباله به وضوح هوا را معطر نمی کند. اما به گفته دانشمندان آمریکایی، کاتالیزور نیکل لیگنین را پردازش خواهد کرد.
روش بعدی، نه کمتر جالب برای پردازش خاک اره چوب، پیرولیز، تولید گاز سنتز (مخلوطی از CO و H2) و سنتز متعاقب آن الکل ها، بنزین مصنوعی، سوخت دیزل و موارد دیگر است.
موفقیت در توسعه کیفی این منطقه توسط دانشمندان موسسه سنتز پتروشیمی به نام به دست آمد. A.V. Topchiev RAS، که فناوری تولید بنزین مصنوعی سازگار با محیط زیست با اکتان بالا را با استفاده از ساده ترین و مقرون به صرفه ترین طرح برای پردازش سلولز چوب با عملکرد خوب محصول نهایی که الزامات امیدوارکننده استاندارد یورو-4 را برآورده می کند، ایجاد کرد.
ماهیت روش آنها برای تولید بنزین مصنوعی از سلولز چوب به شرح زیر است.
ابتدا گاز سنتز حاوی هیدروژن، اکسیدهای کربن، آب، هیدروکربن واکنش نداده باقی مانده پس از تولید و همچنین حاوی یا فاقد نیتروژن بالاست از سلولز چوب در فشار بالا به دست می آید. سپس با چگالش، آب از گاز سنتز جدا شده و خارج می شود و سپس سنتز کاتالیزوری یک مرحله ای دی متیل اتر در فاز گاز انجام می شود. مخلوط گازی که بدین ترتیب به دست می آید، بدون جداسازی دی متیل اتر از آن، تحت فشار از روی یک کاتالیزور - یک زئولیت با سیلیکون بالا اصلاح شده - عبور داده می شود تا بنزین تولید کند، و جریان گاز برای جداسازی بنزین مصنوعی خنک می شود.
گاز سنتز از سلولز چوب به روش های مختلفی تولید می شود، به عنوان مثال، در فرآیند اکسیداسیون جزئی مواد خام هیدروکربنی تحت فشار، که امکان پردازش کاتالیستی آن را بدون فشرده سازی اضافی فراهم می کند. یا با اصلاح کاتالیزوری مواد اولیه هیدروکربنی با بخار یا با رفرمینگ اتوترمال به دست می آید. در این حالت، فرآیند با تامین هوا یا هوای غنی شده با اکسیژن یا اکسیژن خالص انجام می شود. سایر گزینه ها نیز اشکال زدایی شدند. در مرحله سوم، خود فرآیند فیشر-تروپش انجام می شود که در آن سنتز هیدروکربن های مایع بر اساس اجزای گاز سنتز انجام می شود. به عنوان مثال، هنگامی که گاز سنتز (مخلوطی از مونوکسید کربن CO و هیدروژن H2) روی یک کاتالیزور حاوی آهن احیا شده (آهن خالص Fe) که تا دمای 200 درجه سانتیگراد گرم شده است عبور داده می شود، مخلوطی از هیدروکربن های عمدتا اشباع شده (بنزین مصنوعی) تشکیل می شود.
برای اولین بار، سوخت مایع مصنوعی GTL به مقدار قابل توجهی در آلمان در طول جنگ جهانی دوم 1939-1945 تولید شد که به دلیل کمبود نفت بود. سنتز در 170-200 درجه سانتی گراد، فشار 0.1-1 Mn/m2 (1-10 صبح) با یک کاتالیزور مبتنی بر شرکت انجام شد. در نتیجه، بنزین (کوگازین 1 یا سینتین) با عدد اکتان 40-55، سوخت دیزل با کیفیت بالا (کوگازین II) با عدد ستان 80-100 و پارافین جامد به دست آمد. افزودن 0.8 میلی لیتر سرب تترا اتیل به ازای هر لیتر بنزین مصنوعی، عدد اکتان آن را از 55 به 74 افزایش داد. سنتز با استفاده از کاتالیزور مبتنی بر آهن در دمای 220 درجه سانتی گراد و بالاتر، تحت فشار 3-1 Mn/m2 انجام شد. (10-30 صبح). بنزین مصنوعی تولید شده در این شرایط حاوی 60-70٪ هیدروکربن های الفین با ساختار معمولی و شاخه ای است. عدد اکتان آن 75-78 است. پس از آن، تولید سوخت مایع مصنوعی SLT از CO و H2 به دلیل هزینه بالا و راندمان پایین کاتالیزورهای مورد استفاده، به طور گسترده توسعه نیافته است. علاوه بر بنزین مصنوعی و سوخت دیزل، اجزای سوخت با اکتان بالا به صورت مصنوعی تولید شده و برای افزایش خاصیت ضد ضربه به آنها اضافه می شود. اینها عبارتند از: ایزواکتان، به دست آمده از آلکیلاسیون کاتالیزوری ایزوبوتان با بوتیلن. بنزین پلیمری - محصول پلیمریزاسیون کاتالیزوری کسر پروپان- پروپیلن و غیره. رجوع کنید به مطلب: Rapoport I. B., Artificial liquid fuel, 2nd ed., M., 1955; پتروف A.D.، شیمی سوخت موتور، M.، 1953; Lebedev N.N.، شیمی و فناوری سنتز آلی و پتروشیمی پایه، M.، 1971).
بخار (در دمای 200 درجه سانتیگراد یا بیشتر) از روی اتو عبور می کند.
بسته به دما، موارد زیر روی دیواره های راکتور تشکیل می شود: Fe + H2O = FeO + H2 + حرارت (زنگ) یا 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 + حرارت (مقیاس).
اینها واکنش های استاندارد برای تولید هیدروژن در صنعت هستند. سپس اکسیدهای آهن مصرف شده باید دوباره به آهن تبدیل شوند.
این کار به این صورت انجام می شود: FeO + CO = Fe + CO2.
CO زمانی تولید می شود که CH (بنزین) به آهن داغ برخورد کند.
بنزین مصنوعی به دست آمده از هیدروژناسیون کاتالیزوری مونوکسید کربن، دارای عدد اکتان کم است. برای به دست آوردن سوخت با عیار بالا برای موتورهای احتراق داخلی، باید تحت پردازش اضافی قرار گیرد.
متیل الکل (متانول) در صنعت عمدتا از گاز سنتز حاصل از تبدیل گاز طبیعی متان به دست می آید. واکنش در دمای 300-600 درجه سانتی گراد و فشار 200-250 کیلوگرم بر سانتی متر در حضور اکسید روی و سایر کاتالیزورها انجام می شود: CO + H2 -----> CH3OH
تولید متیل الکل (متانول) از گاز سنتز در یک نمودار مدار ساده نشان داده شده است
|
|
همسان سازی متانول به اتانول همسان سازی واکنشی است که در آن یک ترکیب آلی با معرفی یک گروه متیلن CH2 به همولوگ خود تبدیل می شود. در سال 1940، واکنش متانول با گاز سنتز، کاتالیز شده توسط اکسید کبالت در فشار 600 اتمسفر، برای اولین بار انجام شد و اتانول را به عنوان محصول اصلی تولید کرد:
استفاده از کبالت کربونیل Co2(CO)8 به عنوان کاتالیزور باعث کاهش فشار واکنش تا 250 اتمسفر شد، در حالی که درجه تبدیل متانول به اتانول 70٪ بود و محصول اصلی، اتانول، با انتخاب پذیری تشکیل شد. 40 درصد محصولات جانبی واکنش استالدهید و استرهای اسید استیک هستند. متعاقباً کاتالیزورهای انتخابی تری مبتنی بر ترکیبات کبالت و روتنیم با افزودن لیگاندهای فسفین پیشنهاد شد و مشخص شد که واکنش را می توان با معرفی پروموترها - یون های یدید تسریع کرد. در حال حاضر، انتخابی برای اتانول 90٪ به دست آمده است. اگرچه مکانیسم همولوگاسیون به طور کامل مشخص نشده است، اما می توان آن را نزدیک به مکانیسم کربونیلاسیون متانول در نظر گرفت.
ایزوبوتیل الکل برای تولید ایزوبوتیلن، به عنوان حلال و همچنین به عنوان ماده اولیه برای تولید برخی از معرف های فلوتاسیون و شتاب دهنده های ولکانیزاسیون در صنعت لاستیک استفاده می شود.
در صنعت، ایزوبوتیل الکل از مونوکسید کربن CO و هیدروژن H2 مشابه سنتز متانول تولید می شود. مکانیسم واکنش شامل تبدیل های زیر است:
آبگیری ایزوبوتیل الکل به ایزوبوتیلن یک واکنش کاتالیزوری است. حذف آب از مولکول های ایزوبوتیل الکل در دمای 370 درجه سانتی گراد و فشار 3-4 اتمسفر انجام می شود. بخار الکل از روی یک کاتالیزور - آلومینا خالص شده (اکسید آلومینیوم فعال) عبور می کند.
یکی از طرح های تکنولوژیکی کلی برای تولید ایزوبوتیلن با آبگیری ایزوبوتیل الکل در زیر ارائه شده است.
استری شدن بعدی ایزوبوتیلن با الکل اتیلیک، یک افزودنی حاوی اکسیژن به بنزین تولید می کند - اتیل ترت بوتیل اتر دوستدار محیط زیست (ETBE) که دارای عدد اکتان 112 است (روش تحقیق).
اتیل ترت بوتیل اتر ETBE محصولی از سنتز ایزوبوتیلن با اتانول است:
طرح فن آوری بسیار ساده است: اجزای مواد خام، که در یک مبدل حرارتی گرم می شوند، از یک راکتور عبور می کنند، جایی که گرمای اضافی حذف می شود (واکنش بسیار گرمازا است) و در دو ستون از هم جدا می شوند.
در ستون اول یکسوسازی، n-بوتان و بوتیلن ها از مخلوط واکنش جدا شده و سپس برای آلکیلاسیون (ایزومریزاسیون) استفاده می شود و در ستون دوم، ETBE آماده از بالا و متانول اضافی از پایین جدا می شود. که به مخلوط خام برگردانده می شود.
کاتالیزور یک رزین تبادل یونی (مبدل کننده کاتیون سولفونیک) است، درجه تبدیل 94٪ (برای ایزوبوتیلن)، خلوص ETBE حاصل 99٪ است.
برای 1 تن ETBE، 360 کیلوگرم اتانول (100٪ الکل اتیلیک) و 690 کیلوگرم ایزوبوتیلن 100٪ مصرف می شود.
1 - راکتور؛ 2، 3 - ستون های تقطیر. جریان: I - ایزوبوتیلن. II - اتانول؛ III - بوتان و بوتیلن؛ IV - ETBE؛ V - بازیافت اتانول.
ارزش حرارتی ETBE کمتر از بنزین است؛ ETBE به عنوان افزودنی های با اکتان بالا به بنزین استفاده می شود، DNP آنها را افزایش می دهد و توزیع اعداد اکتان را در بین کسرهای کم جوش بنزین اصلاح شده کاتالیزوری بهبود می بخشد. اثر بهینه با افزودن 11٪ مخلوط ETBE به بنزین پایه 89-90٪ با OC و /OC = 85/91 حاصل می شود، پس از آن بنزین AI-93 به دست می آید، اما ارزش حرارتی آن از 42.70 MJ/kg (بدون افزودنی) کاهش می یابد. ) تا 41.95 MJ/kg.
اسید استیک یک ترکیب آلی با فرمول مولکولی CH3COOH است و پیش ماده ای برای ساخت مواد شیمیایی مختلف دیگر است که در صنایع مختلف مصرف کننده نهایی مانند منسوجات، رنگ ها، لاستیک، پلاستیک و غیره کاربرد دارد. بخش‌های اصلی کاربرد آن شامل ساخت مونومر وینیل استات (VAM)، اسید ترفتالیک خالص (PTA)، انیدرید استیک و حلال‌های استر (اتیل استات و بوتیل استات) است.
صلاحیت تولیدکنندگان اسید استیک: BP Plc (بریتانیا)، Celanese Corporation (ایالات متحده)، Eastman Chemical Company (ایالات متحده)، Daicel Corporation (ژاپن)، Jiangsu Sofo (Group) Co. Ltd. (چین)، LyondellBasell Industries NV (هلند)، Shandong Hualu-Hengsheng Chemical Co. Ltd. (چین)، شرکت شانگهای هوایی (گروه) (چین)، شرکت شیمیایی زغال سنگ Yankuang Cathay. Ltd. (چین) و Kingboard Chemical Holdings Ltd. (هنگ کنگ).
Celanese یکی از بزرگترین تولیدکنندگان محصولات استیل در جهان است (واسطه های شیمیایی مانند اسید استیک تقریباً برای تمام صنایع اصلی). استیل واسطه ها حدود 45 درصد از کل فروش را تشکیل می دهند. Celanese از فرآیند کربونیلاسیون متانول (واکنش متانول و مونوکسید کربن) استفاده می کند. کاتالیزور مورد استفاده در واکنش و محصول حاصل (اسید استیک) با تقطیر خالص می شوند.
در ژانویه 2013، Celanese یک حق اختراع ایالات متحده (#7863489) برای یک فرآیند مستقیم و انتخابی برای تولید اتانول از اسید استیک با استفاده از کاتالیزور پلاتین/قلع دریافت کرد. این پتنت روشی را برای تولید انتخابی اتانول با استفاده از واکنش فاز بخار اسید استیک در طول هیدروژناسیون روی یک ترکیب کاتالیزور برای تولید اتانول را پوشش می‌دهد. در یکی از تجسم اختراع حاضر، واکنش اسید استیک و هیدروژن بر روی یک کاتالیزور پلاتین/قلع که روی سیلیس، گرافیت، سیلیکات کلسیم یا آلومینوسیلیکات پشتیبانی می‌شود، به طور انتخابی اتانول را در فاز بخار در دمای حدود 250 درجه سانتیگراد تولید می‌کند.
هزینه تولید الکل اتیلیک از طریق اسید استیک و مزایای کیفی
قیمت اسید استیک، انیدرید استیک، مونومر وینیل استات در ایالات متحده آمریکا
قیمت اسید استیک، انیدرید استیک، مونومر وینیل استات در اروپا
قیمت اسید استیک، انیدرید استیک، مونومر وینیل استات در آسیا
تو جنگلی... تنه های ضخیم و نازک درختان در اطراف شلوغ شده اند. برای یک شیمیدان، همه آنها از یک ماده تشکیل شده اند - چوب که قسمت اصلی آن مواد آلی است - فیبر (C 6 H 10 O 5) x. فیبر دیواره های سلول های گیاهی، یعنی اسکلت مکانیکی آنها را تشکیل می دهد. ما آن را کاملاً خالص در الیاف کاغذ پنبه و کتان داریم. در درختان همیشه همراه با سایر مواد، اغلب لیگنین، با ترکیب شیمیایی تقریباً یکسان، اما با خواص متفاوت، یافت می شود. فرمول اولیه فیبر C 6 H 10 O 5 با فرمول نشاسته مطابقت دارد، قند چغندر دارای فرمول C 12 H 2 2O 11 است. نسبت تعداد اتم های هیدروژن به تعداد اتم های اکسیژن در این فرمول ها مانند آب است: 2:1. بنابراین، این و مواد مشابه در سال 1844 "کربوهیدرات" نامیده شدند، یعنی موادی به ظاهر (اما نه در واقع) از کربن و آب.
فیبر کربوهیدرات وزن مولکولی بالایی دارد. مولکول های آن زنجیره های بلندی هستند که از پیوندهای منفرد تشکیل شده اند. بر خلاف دانه های نشاسته سفید، فیبر رشته ها و الیاف قوی است. این با ساختار ساختاری متفاوت، اکنون دقیقاً مشخص شده، مولکول‌های نشاسته و فیبر توضیح داده می‌شود. فیبر خالص از نظر فنی سلولز نامیده می شود.
در سال 1811، آکادمیک Kirchhoff یک کشف مهم انجام داد. او نشاسته معمولی به دست آمده از سیب زمینی را گرفت و با اسید سولفوریک رقیق درمان کرد. تحت تأثیر H2SO4 وجود داشت هیدرولیزنشاسته و تبدیل به شکر شد:
این واکنش اهمیت عملی زیادی داشت. تولید نشاسته و شربت بر اساس آن است.
اما فیبر همان فرمول تجربی نشاسته را دارد! این بدان معناست که شما می توانید از آن قند نیز دریافت کنید.
در واقع، در سال 1819، برای اولین بار، شیرین سازی الیاف با استفاده از اسید سولفوریک رقیق انجام شد. برای این اهداف می توان از اسید غلیظ نیز استفاده کرد. شیمیدان روسی ووگل در سال 1822 قند را از کاغذ معمولی بدست آورد و بر روی آن با محلول 87٪ H2 SO 4 عمل کرد.
در پایان قرن نوزدهم. مهندسان شاغل قبلاً به بدست آوردن قند و الکل از چوب علاقه مند شده اند. در حال حاضر الکل از سلولز در مقیاس کارخانه تولید می شود. این روش که توسط یک دانشمند در یک لوله آزمایش کشف شد، سپس در دستگاه فولادی بزرگ یک مهندس انجام شد.
بیایید از کارخانه هیدرولیز دیدن کنیم... خاک اره، تراشه ها یا تراشه های چوب در هاضم های بزرگ (پرکولاتور) بارگذاری می شوند. این زباله های کارخانه های چوب بری یا شرکت های فرآوری چوب است. پیش از این، این زباله های ارزشمند سوزانده می شد یا به سادگی در محل دفن زباله پرتاب می شد. محلول ضعیف (0.2-0.6٪) اسید معدنی (اغلب سولفوریک) از طریق پرکولاتورها با جریان مداوم عبور می کند. نگه داشتن همان اسید در دستگاه برای مدت طولانی غیرممکن است: قند موجود در آن که از چوب به دست می آید به راحتی از بین می رود. در پرکلاتورها فشار 8-10 اتمسفر و دما 170-185 درجه است. در این شرایط، هیدرولیز سلولز بسیار بهتر از شرایط عادی، زمانی که فرآیند بسیار دشوار است، پیش می رود. پرکولاتورها محلولی حاوی حدود 4 درصد شکر تولید می کنند. بازده مواد قندی در طول هیدرولیز به 85 درصد از نظر تئوری ممکن می رسد (طبق معادله واکنش).
برنج. 8. نمودار بصری تولید الکل هیدرولیتیک از چوب.
برای اتحاد جماهیر شوروی، که دارای جنگل های وسیع است و به طور پیوسته در حال توسعه صنعت لاستیک مصنوعی است، به دست آوردن الکل از چوب مورد توجه ویژه ای است. در سال 1934، کنگره هفدهم حزب کمونیست اتحاد (بلشویک ها) تصمیم گرفت تا به طور کامل تولید الکل از خاک اره و زباله های صنعت کاغذ را توسعه دهد. اولین کارخانه های هیدرولیز-الکل شوروی در سال 1938 شروع به فعالیت منظم کردند. در طول سال های برنامه پنج ساله دوم و سوم، ما کارخانه هایی برای تولید الکل هیدرولیز - الکل از چوب ساخته و راه اندازی کردیم. این الکل اکنون به طور فزاینده ای در حال تبدیل شدن به لاستیک مصنوعی است. این الکل از مواد خام غیر غذایی است. هر میلیون لیتر اتیل الکل هیدرولیتیک حدود 3 هزار تن نان یا 10 هزار تن سیب زمینی و در نتیجه حدود 600 هکتار سطح زیر کشت برای غذا آزاد می کند. برای به دست آوردن این مقدار الکل هیدرولیتیک به 10 هزار تن خاک اره با رطوبت 45 درصد نیاز دارید که می تواند در هر سال کارکرد یک کارخانه چوب بری با بهره وری متوسط تولید کند.
