ВСТУП
Одержання етанолу - одне з великотоннажних промислових виробництв основного (важкого) органічного синтезу. При його вивченні можна простежити основні тенденції технічного прогресу в хімічній промисловості. Великі масштаби виробництва етанолу висувають певні вимоги до економіці виробництва, в першу чергу у вирішенні проблеми вибору сировини (в собівартості хімічної продукції частка сировини досягає 70%) і раціонального оформлення технологічного процесу. Крім того, ці вимоги спрямовані на скорочення числа стадій виробництва; укрупнення одиничних Потужностей апаратів і установок в цілому; підвищення комплексності використання сировини; створення маловідходних технологічних процесів; забезпечення необхідних заходів по охороні навколишнього середовища; максимальне впровадження на всіх стадіях виробництва АСУ.
ГЛАВА 1. ВИРОБНИЦТВО Етанол ферментації біомаси
Отримання етанолу. Зазвичай етанол отримують відгоном, і, цілком ймовірно, цей спосіб буде застосовуватися і в найближчому майбутньому. Отгонка виробляється у колонах шляхом послідовного відділення етанолу від інших компонентів рідкої фази.
Відділення барди. У першій колоні відокремлюються продукти ферментації (головним чином етанол) і деяку кількість води від неферменті-ючий твердих речовин в рідкій фазі (барді). Ця колона зазвичай називається В«пивним перегінним кубомВ». Бажано, щоб на цьому етапі з рідкого середовища був відігнаний весь етанол. В деяких конструкціях колон можливо збільшення концентрації етанолу в верхньому гонитві шляхом ректифікації. Для відділення твердих речовин з рідкої фази, що рухається вниз, передбачена отпарной секція.
Виробництво безводного етанолу. Послідовність перегонки після В«пивного перегінного кубаВ» залежить від вимог, що пред'являються до етанолу. При виробництві харчового етанолу останній повинен бути очищений відповідно до вимог специфікацій на етанол або продукт, в якому він буде використаний. При виробництві етанолу промислового призначення необхідно видалити з нього всі забруднюючі речовини, в тому числі сивушні масла, які є побічними продуктами ферментації. При отриманні безводного до очищеного продукту додають речовини, що руйнують водно-етанольних азеотропную суміш. Етанол і азотообразующую компоненту відокремлюють один від одного в наступній колоні. У стандартних умовах для виробництва безводного етанолу потрібно принаймні чотириразова перегонка.
Етанол, призначений для використання в якості палива, не повинен містити воду [8]. Разом з тим передбачається, що з такого етанолу немає необхідності відокремлювати сивушні масла. Тому перегоні система для одержання етанолу, призначеного для використання в якості палива, включає В«пивний перегінний куб В»з ректифікацією та колони для азеотропної перегонки і відпарки. Специфікації на готовий продукт. Кількість енергії, що витрачається на очищення етанолу, визначає числа діючих колон. У кожній колоні для підтримки заданого рівноваги пари і рідини над тарілками витрачається значна кількість теплової енергії. Тому з енергетичної точки зору важливе значення має специфікація на готовий продукт. В залежності від специфікації і гнучкості установки для виробництва більш широкого асортименту продуктів експлуатаційні витрати можуть зрости більше або менше.
Глава 2. ЕКОЛОГІЧНІ І ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ виробництва етанолу
Одержання етанолу - одне з великотоннажних промислових виробництв основного (важкого) органічного синтезу. При його вивченні можна простежити основні тенденції технічного прогресу в хімічній промисловості. Великі масштаби виробництва етанолу пред'являють певні вимоги до економіки виробництва, в першу чергу у вирішенні проблеми вибору сировини (у собівартості хімічної продукції частка сировини досягає 70%) і раціонального оформлення технологічного процесу. Крім того, ці вимоги спрямовані на скорочення числа стадій виробництва; укрупнення одиничних Потужностей апаратів і установок в цілому; підвищення комплексності використання сировини; створення маловідходних технологічних процесів; забезпечення необхідних заходів з охорони навколишнього середовища; максимальне впровадження на всіх стадіях виробництва АСУ.
Етанол (метілкарбінол, етиловий, винний спирт) відомий людині з глибокої давнини. Перші згадки про нього відносяться до VIII в. В арабських джерелах (950 р.) описано отримання водного етанолу. У 1050-1150 рр.. етанол отримували ректифікацією вина, в якому він утворюється при бродінні глюкози, і використовували під назвами В«aqua ardensВ» (В«вода горючаВ»), В«aqua vitae (В« вода життя В»),В« spiritus vinb (В«дух винаВ»). Останній термін втримався у фармакології до теперішнього часу,
З XIII в. етанол стали застосовувати в медицині під назвами В«матиВ», В«ГосудариняВ», В«цариця всіх, ліківВ». До 1440 відноситься дослідження складу спирто-водних сумішей (горілки). З 1600 р. етанол використовують в хімічних дослідах для екстракції органічних речовин. У книзі А. Лібава В«АлхіміяВ» (1597) наведено проект хімічної лабораторії, в якій передбачено В«винний льохВ».
У 1682 р. І. Бехер вперше описав метод отримання водного етанолу (Горілки) з картоплі, а в 1748 р. він опублікував повідомлення Шведської академії наук про промислове способі отримання етанолу з картоплі. Спроба отримати в 1775 р. Т. Бергманом. Вперше безводний етанол отримав Т. Е.Ловіц в 1796 р. У 1798 р. А. Арганд описав застосування методу ректифікації для перегонки етанолу. Однак тільки в 1820 р. для цієї мети була сконструйована промислова ректифікаційна колона.
У 1783 р. А. Лавуазьє встановив елементний склад етанолу та спробував пояснити природу спиртового бродіння. Остаточно хімізм цього процесу був з'ясований в XIX в. Дослідження Д. І. Менделєєвим в 1864 р. систем В«етанол - водаВ» стало основою для розробки їм гідратної (хімічної) теорії розчинів.
До 1934 р. в країні етанол отримували виключно з харчового сировини. У 1934 р. було освоєно виробництво етанолу гідролізом деревини, а в 1935 р. побудований перший гідролізний завод в Ленінграді. З 1930 р. в країні велися роботи по отриманню етанолу сернокислотной гідратацією етилену, верб 1936 р, став до ладу дослідний завод в Баку. Пошуки технологічного рішення виробництва етанолу методом прямої f-ідратаціі етилену були перервані війною. У 1952 р. тому методу почалося освоєння виробництва етанолу в м. Сумгаїті, а в період з 1953 по 1958 р. стали до ладу заводи в Саратові, Уфі, Грозному, Самарі.
В результаті цих робіт до 1960 р. частка синтетичного етанолу досягла вже 25% у загальному обсязі його виробництва. У 1988 р. на основі етилену було отримано 26,5 дав. етанолу, що еквівалентно 2,7 млн. тонн картоплі або 0,86 млн. тонн зерна. Однак, незважаючи на більш низьку собівартість -Синтетичного етанолу, його частка в загальному балансі продукції зростала повільно. Так, у 1975 р. в СРСР харчової етанол становив 60,0%, синтетичний - 26,7%, гідролізний - 8,3%, в той час як в США вже в 1970 р. виробництво синтетичного етанолу досягло 83%. З 1964 р. в країні було повністю припинено використання для технічних цілей етанолу, отриманого з харчової сировини, що відповідало рішенням загальної задачі по скороченню частки харчової сировини в сировинному балансі хімічної промисловості.
Розробка промислових методів виробництва етанолу з етилену і гідролізом деревини дозволила свого часу вирішити в країні найважливішу народногосподарську задачу по збільшенню виробництва мономерів для синтетичних каучуків (бутадієн-1, 3) і переведенню виробництва на дешеве нехарчові сировина. В даний час переведення виробництва бутадієну на вуглеводневу сировину (бутану і бутилен-дівінільная фракція продуктів піролізу) вивільняє значна кількість синтетичного етанолу. Його передбачається використовувати як сировина для виробни...
