Основными промышленными продуцентами являются дрожжи Sacch.cerevisiae. Перспективным является использование дрожжей рода Candida, способных сбраживать пентозы сульфитных щелоков; дрожжей Kluyveromyces fradilis и Kl. Lactic, ассимилирующих лактозу (молочная сыворотка).
Некоторые дрожжевые культуры – продуценты этанола обладают высокой амилолитической активностью (Candida fennica); дрожжи C.tropica-lis, Kluyveromyces marxianus образуют этанол из D-ксилозы в аэробных условиях; дрожжи Pichia stipitis и C.
shehata могут использоваться для производства этилового спирта из гидролизатов растительного сырья.
Промышленные способы предусматривают использование трех видов сырья: сахаросодержащие (меласса, сок сахарной свеклы и сахарного тростника); крахмалсодержащее (ячменное и злаковое сусло, кукурузный сироп, рис); целлюлозосодержащее (гидролизаты древесины, сульфитный щелок, початки кукурузы, картофельная мезга, злаковая солома).
Для гидролиза (осахаривания) крахмалсодержащего сырья используют препараты α-амилазы, в т.ч. иммобилизованные; культуры дрожжей, обладающих высокой амилазной активностью. При использовании злаковой муки ее предварительно растворяют при температуре 70-80оС. Гидролиз крахмала осуществляют при 50-60оС, рН 6,0-6,5.
- Целлюлозосодержащее сырье подвергают кислотному гидролизу при рН 1,8-2,2 (слабой серной кислотой) и нейтрализуют до рН, оптимального для культивирования продуцента (4,5-5,5).
- Посевной материал дрожжей выращивают при 28-30оС; рН 4,2-4,5; аэрации, как правило, на мелассных или крахмалсодержащих средах.
- Способы промышленной ферментации:
- — глубинное периодическое культивирование, продуктивность 1,8-2,5 г/л*ч (Zymomonas mobilis – чувствительны к этанолу);
- — отъемно-доливной метод, позволяет повысить выход спирта в 2-2.5 раза;
- — непрерывная ферментация, осуществляется в каскаде бродильных аппаратов; дрожжи выделенные на стадии сепарации рециклируют или концентрируют и высушивают (5-6 г/л*ч);
- — вакуумный процесс – представляет собой одностадийное проточное культивирование; дрожжи рециклируют, культуральную жидкость упаривают под вакуумом (удаляют этанол, СО2) и возвращают в ферментатор (20 г/л*ч);
- — непрерывная ферментация с применением флорулирующих продуцентов и иммобилизованных клеток (30-50 г/л*ч).
В настоящее время наиболее распространенным способом является двухпоточная схема культивирования дрожжей на мелассных средах с добавлением фосфатов К, Mg, Ca, солей аммония и мочевины. Посевной материал, приготовленный двух-трех ступенчатым способом, заливают в дрожжегенераторы и культивируют при температуре 28-30оС, рН 4.2-4,5, интенсивность аэрации 3-4 м3/м3*ч.
Полученный посевной материал с концентрацией АСБ дрожжей 2,5-6,5% подают в главный бродильный аппарат и смешивают с мелассной средой в соотношении (1-1,2):1. Температура ферментации 32-34оС, рН 4,5-5,0. Культивированная жидкость проходит каскад аппаратов. Концентрация остаточных сахаров в последнем аппарате 5,0-6,0%. Общая продолжительность процесса – 24 ч.
Концентрация этанола в культуральной жидкости составляет 9,0-9,5%.
- Выделение спирта из культуральной жидкости включает стадии:
- — отделение дрожжей сепарацией (на рецикл или дальнейшую переработку);
- — дистилляция – отделение летучих компонентов;
- — концентрирование этанола в дистилляте до 30-96%;
- — ректификация.
Этиловый спирт из молочной сыворотки вырабатывают различными способами.
К основным группам можно отнести следующие: производство спирта из натуральной сыворотки с низким содержанием лактозы; производство спирта из концентрированной сыворотки с содержанием лактозы 15-20 %; производство спирта с использованием сыворотки, лактоза которой гидролизована b-галактозидазой; производство спирта с использованием иммобилизованных клеток микроорганизмов-продуцентов. В настоящее время наиболее отработан периодический способ производства спирта из молочной сыворотки.
Для производства спирта этим способом используют все виды молочной сыворотки.
Технологический процесс выработки спирта, предложенный сотрудниками института микробиологии АН Беларуси, осуществляется в следующей последовательности: приемка сырья и оценка его качества; подготовка питательной среды для спиртового брожения; спиртовое брожение; отделение дрожжей из сброженной среды (бражки); дистилляция бражки и получение спирта-сырца.
Молочную сыворотку, очищенную от казеиновой пыли и жира, нагревают до температуры 92-950С, выдерживают при этой температуре в течение 45-60 мин, отделяют денатурированные сывороточные белки и сгущают на вакуум-выпарных аппаратах до массовой доли лактозы в сгущенной осветленной сыворотке 16-18%.
Допускается выделять сывороточные белки ультрафильтрацией, а концентрирование осветленной сыворотки проводить обратным осмосом. В сгущенную сыворотку вносят минеральные соли (сульфат аммония, диаммонийфосфат, соли калия и магния), устанавливают необходимое значение рН (4,0-4,5) и температуру 28-300С.
Питательная среда подготовлена для засева дрожжами.
Производственные дрожжи получают по схеме поэтапного накопления биомассы: коллекционная культура дрожжей (пробирка со скошенным агаризованным слоем) → рабочая культура дрожжей (пробирки с агаризованным пивным суслом или сывороточным агаром) → глубинная культура дрожжей (колбы на качалке) → засевные дрожжи (инокулятор) → производственные дрожжи (дрожжанка). Активную биомассу дрожжей выращивают в ферментерах, поддерживая постоянными рН, температуру и аэрацию. В качестве питательной среды служит осветленная сыворотка, в которую добавлены минеральные соли, необходимые для активного роста дрожжей.
В качестве продуцентов используют штаммы дрожжей Kluyveromyces fragilis или Candida рseudotropicalis, которые вносят в субстрат в количестве 8-10% от содержания лактозы в сыворотке. Также для производства этилового спирта могут использоваться Torula cremoris и Saccharomyces fragilis.
Рост биомассы происходит при температуре 28-300С, рН среды 4,5 и постоянном аэрировании. Полученная суспензия дрожжей используется в качестве посевного материала для проведения спиртового брожения в подготовленной сыворотке. Количество вносимой суспензии должно составлять 15% к массе перерабатываемой сыворотки.
Брожение проводят при температуре 28-300С и рН 4,0-4,5. Процесс брожения подразделяют на три периода. Первый период начинается с момента засева дрожжей в подготовленную сыворотку. Для него характерно почкование дрожжевых клеток и накопление биомассы.
После накопления дрожжевой биомассы процесс брожения ускоряется и с этого момента начинается второй период брожения. Для него характерно замедление процесса размножения клеток и ускорение процесса брожения.
В среде снижается концентрация питательных веществ, идет накопление спирта и других продуктов метаболизма дрожжей. С этого момента начинает снижаться интенсивность брожения и начинается третий период, который называется дображиванием, т.к.
оставшаяся лактоза медленно превращается в спирт. Конец брожения определяют по остаточному количеству лактозы (обычно 0,5 %).
После окончания брожения из сброженной сыворотки выделяют дрожжи фильтрацией на фильтр-прессе или на сепараторах-осветлителях. Осветленную бражку направляют на перегонку и получают спирт-сырец и барду (жидкие отходы). Выход спирта в производственных условиях составляет 80-86% от теоретического. Барду совместно с дрожжами используют на кормовые цели в жидком, сгущенном или сухом видах.
В зависимости от степени очистки спирт этиловый ректифицированный выпускают следующих видов: экстра; высшей очистки и 1-го сорта.
Поиск на сайте:
ПОИСК
С каждым годом все большее число разнообразных процессов микробиологического синтеза реализуется в промышленных условиях, Промышленная биотехнология становится новым перспективным направлением, открывающим необозримые горизонты использования продуктов биосинтеза микроорганизмов в народном хозяйстве.
Увеличивается число биохимических заводов и комбинатов по производству уже освоенной продукции микробиологического синтеза — ферментных препаратов, витаминов, кормовых антибиотиков, аминокислот, микробиологических препаратов для борьбы с вредителями растений, кормовых дрожжей и др.
Широким фронтом ведутся исследования по получению и технологии производства новых биологически активных препаратов, разрабатываемых с использованием современных достижений молекулярной генетики и генной инженерии.
К перспективным задачам промышленной биотехнологии относится также реализация микробиологических процессов, направленных на решение энергетической проблемы, в том числе производство биогаза, топливного этанола, метана, топливного водорода с помощью фотосинтезирующих микроорганизмов и др. [c.
3] Наряду с расширением спектра осваиваемых процессов микробиологического синтеза для промышленной биотехнологии характерно увеличение мощностей биохимических предприятий, их укрупнение с использованием агрегатов большой единичной мощности.
Это присуще ведущей отрасли микробиологической промышленности, обеспечивающей выпуск белковой биомассы микроорганизмов с целью ликвидации белкового дефицита в сельском хозяйстве.
Использование в качестве субстрата для получения белковой биомассы микроорганизмов новых видов сырья, таких, как и-парафины, природный газ, синтетический этанол, метанол, позволяет создавать предприятия большой единичной мощности до 300 тыс. т и более биомассы в год.
Такие биохимические комбинаты представляют собой сложные системы, насыщенные разнообразными технологическими аппаратами, взаимосвязанными между собой и действующими в едином технологическом режиме. [c.3]
Биотехнология призвана не только совершенствовать традиционные методы, широко используемые в пищевой промышленности при производстве молочнокислых продуктов, сыра, пищевых кислот, алкогольных напитков, но и создавать современные технологии для синтеза полимеров, искусственных приправ, сырья (текстильная промышленность), для получения метанола, этанола, биогаза и водорода, для извлечения некоторых металлов из руд. [c.7]
Повышение цен на традиционные источники энергии (природный газ, нефть, уголь) и угроза их исчерпания побудили ученых обратиться к альтернативным путям получения энергии.
Роль биотехнологии в создании экономичных возобновляемых энергетических источников (спиртов, биогенных углеводородов, водорода) чрезвычайно велика. Эти экологически чистые виды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.
Перспективно продолжение исследований по усовершенствованию и внедрению процессов производства метана, этанола, созданию на основе микроорганизмов (и ферментов) элементов, эффективно производящих электричество, а также по организации искусственного фотосинтеза, в частности биофотолиза воды, при котором можно получать богатые энергией водород и кислород. [c.204]
При издании книги Введение в биотехнологию на русском языке текст несколько переработан и дополнен новейшими данными. Дана характеристика новых видов сырья, применяемого для приготовления питательных сред для культивирования микроорганизмов.
Показана возможность производства богатой белком микробной биомассы не только на средах, содержащих растворимые углеводы, но и на средах, содержащих углеводороды нефти, природного газа, этанол, целлюлозу сельскохозяйственных отходов и др.
Расширен раздел о получении ферментных препаратов, в частности показаны принципы иммобилизации ферментов и клеток микроорганизмов, приведены новые данные по микробиологической трансформации органических соединений.
Раздел об использовании микробиологических процессов для защиты окружающей среды дополнен последними работами в области утилизации навоза. [c.6]
Важнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т. е. распад на осколки. Брожению подвергаются в основном гексозы под действием ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. На этих процессах основана биотехнология многих ценных продуктов, таких как этанол, молочная кислота, масляная и муравьиная кислоты, лимонная кислота и др. Спиртовое брожение глюкозы идет, как предполагается, с образования эфиров фосфорной кислоты (из дрожжей). Именно эти эфиры помогают расщеплению глюкозы на диоксиацетон и глицериновый альдегид [c.643]
До тех пор, пока всеобъемлющий термин биотехнология не стал общепринятым, для обозначения наиболее тесно связанных с биологией разнообразных технологий использовали такие названия, как прикладная микробиология, прикладная биохимия, технология ферментов, биоинженерия, прикладная генетика и прикладная биология.
Если не принимать в расчет производства мыла, то первая же из числа возникших технологий такого рода стала предшественницей прикладной микробиологии. Наши предки не имели представления о процессах, лежащих в основе таких технологий.
Они действовали скорее интуитивно, но в течение тысячелетий успешно использовали метод микробиологической ферментации для сохранения пищи (например, при получении сыра или уксуса), улучшения вкуса (например, хлеба и соевого соуса) и производства спиртных напитков.
Пивоварение до сих пор остается наиболее важной (в денежном исчислении) отраслью биотехнологии. Во всем мире ежегодно производится около 10 литров пива стоимостью порядка 100 млн, фунтов стерлингов. В основе всех этих производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых микроорганизмов в анаэробных условиях.
В конце XIX в. благодаря трудам Пастера были созданы реальные предпосылки для дальнейшего развития прикладной (технической) микробиологии, а также в значительной мере и биотехнологии. Пастер установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют разные их виды.
Его исследования послужили основой развития в конце XIX и начале XX вв. бродильного производства органических растворителей (ацетона, этанола, бутанола и изопропанола) и других химических веществ, где использовались разнообразные виды микроорганизмов.
Во всех этих процессах микробы в бескислородной среде осуществляют превращение углеводов растений в ценные продукты. В качестве источника энергии для роста микробы в этих условиях используют изменения энтропии при превращениях веществ. Совсем иначе обстоит дело в аэробных процессах при контролируемом окислении химических веществ до углекислого [c.11]
Поэтому многие полагают, что в качестве доступного и, по-видимому, относительно дешевого сырья для биотехнологии окажутся различные побочные продукты одних биотехнологических процессов для других.
Например, на отходах микробиологического производства этанола можно с успехом культивировать кормовые дрожжи. Или же при получении биомассы путем выраш,ивания дрожжей на гидролизатах растительного сырья на фильтратах можно осуш,ествлять биосинтез грибного белка.
Либо на биомассе одного микроорганизма выраш,ивать другие виды. [c.51]
Достижения биогехнологии позволяют в принципе превратить солнечную энергию, запасенную в биомассе растений, в исходное сырье для химической промышленности. Надо еще учесть, что в настоящее время мы находимся в самом начале развития этой области науки и техники.
Тем не менее уже имеются примеры успешного использования ферментов (биохимических катализаторов с высокой избирательностью действия) для получения ряда веществ. Сейчас методами биотехнологии в широких масштабах получают шесть важных химических соединений, включая этанол и уксусную кислоту.
Они, конечно, сейчас болс е дороги, чем получаемые из нефти. Но со временем цена нефти растет, а биотехнологические способы становятся более конкурентоспособными. Весьма вероятно, в недалеком будущем основой большой химии будут нефть, уголь и биомасса.
Конкретный вклад каждого из источников будет опред, 1яться экономической ситуацией в каждой конкретной стране. [c.229]
В качестве источников углерода дрожжевые клетки могут использовать и низшие спирты — метанол и этанол, получаемые в биотехнологии из природного газа или растительных отходов.
Дрожжевая масса, полученная после культивирования дрожжей на спиртах, содержит больше белков (56 — 62 % от сухой массы) и меньше вредных примесей, чем кормовые дрожжи, выращенные на парафинах нефти, такие, как производные бензола, /)-аминокисло-ты, аномальные липиды, токсины и канцерогенные вещества.
Кроме того, кормовые дрожжи имеют повышенное содержание нуклеиновых кислот — 3 — 6% от сухой массы, которые в этой концентрации вредно воздействуют на организм животных.
В результате их гидролиза образуется много пуриновых оснований, превращающихся затем в мочевую кислоту и ее соли, которые могут быть причиной мочекаменной болезни, остеохондроза и других заболеваний.
Тем не менее кормовые дрожжи хорошо усваиваются и перевариваются в организме животных, а по содержанию таких аминокислот, как лизин, треонин, валин и лейцин, значительно превышают многие растительные белки. Вместе с тем белки дрожжей частично не сбалансированы по метионину, в них мало цистеина и селенцистеина. Оптимальная норма добавления дрожжевой массы в корм сельскохозяйственных животных обычно составляет не более 5 —10 % от сухого вещества. [c.11]
Вопросы, связанные с промышленным производством всех продуктов, дающих биотехнологии источники углерода и энергии для роста микроорганизмов н биосинтеза, в этой главе подробно рассматриваться не будут. Здесь будут кратко изложены основы технологии наиболее важных веществ, в первую очередь субстратов для биосинтеза микробного белка. К ним относятсяУпара-финовые углеводороды нормального строения етанол, этанол, метан как компонент природного газа и углеводы различного происхождения, прежде всего гидролизаты растительного сырья. Белок одноклеточных можно получать с утилизацией некоторых отходов целлюлозно-бумажного производства, химической и нефтехимической промышленности, которые, однако, не применяются в других процессах микробиологического синтеза. [c.33]
Быстрое ферментативное определение этанола представляет интерес как для клинической химии, так и для биотехнологии.
В одной из недавних работ [18] сравнивали результаты определения спирта ферментным электродом на основе полярографического кислородного электрода и ферментным термистором в обоих случаях использовали один и тот же фермент — алкогольоксидазу из andida boidini (ЕС 1.1.3.13). Стабильность алкогольоксидазы на пористом стекле в ферментном термисторе за- [c.466]
Какие же факторы, помимо технологических, оказывают влияние на расширение производства одноклеточного белка Главным образом это политические и социальные аспекты использования дотя его получения нефтепродуктов как субстратов для культивирования продуцентов, поскольку последние могут быть существенно загрязнены канцерогенными веществами. В силу этого обширные программы, связанные с производством одноклеточного белка, в Японии, Италии и Британии в свое время были приостановлены и усилия биотехнологов были направлены на его производство из этанола или метанола либо на основе различных органических отходов, являющихся потенциально менее опасными. [c.58]
Смотреть страницы где упоминается термин Этанол в биотехнологии: [c.167] [c.172] [c.398] [c.154] [c.448] [c.398] [c.94] [c.58]
Биосенсоры основы и приложения (1991) — [ c.466 ]
Биотехнология
Этанол
© 2022 chem21.info Реклама на сайте
Микробиологический синтез
- Спиртовое брожение: это процесс окисления углеводов, в результате которого образуются этиловый спирт, углекислота и выделяется энергия.
- Крахмал (C6H10O5)n — полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа — глюкоза.
- Распространен в растениях:
- Картофель — 20% Кукуруза — 60 — 65% Рис -80%
- Размеры зерен крахмала: от 2 до 150 мкм
- Плотность: Картофельный — 1,64г/см3 Кукурузный — 1,65 г/см3
- воздушно-сухого крахмала 1,5—1,53 г/см3
- Влажность: Картофельный — 20% Кукурузный -13%
Крахмал в холодной воде нерастворим, а в горячей при определённых температурах (для картофельного крахмала 55—65 °С, кукурузного 65—75 °С) зерна его набухают и увеличиваются в объёме в 50—100 раз. происходит так называемая клейстеризация крахмала.
Раствор йода с крахмалом даёт сильное синее окрашивание.
Крахмал существует в двух формах: в форме б-амилозы и амилопектина
Гидролиз крахмала в присутствии кислот или ферментов может протекать ступенчато. В разных условиях можно выделить различные продукты — декстрины, мальтозу или глюкозу:
Установлено, что чрезвычайно важную роль в процессе брожения играют производные фосфорной кислоты. Первой стадией процесса является образование из углевода (гексозы) сложных эфиров фосфорной кислоты.
Источником фосфорной кислоты является аденозинтрифосфорная кислота(в биохимической литературе часто называемая сокращенно АТФ), отдающая один из трех своих остатков фосфорной кислоты и превращающаяся в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ).
При этом сначала образуются монофосфаты, а затем дифосфат гексозы — 1,6-фруктозодифосфат. Открытая форма такого эфира расщепляется при помощи фермента альдолазы на молекулу фосфорнокислого эфира глицеринового альдегида и на молекулу фосфорнокислого эфира диоксиацетона, которые могут изомеризоваться друг в друга.
Фосфорнокислый эфир глицеринового альдегида связывает молекулу фосфорной кислоты, превращаясь в 1,3-дифосфат гидратной формы глицеринового альдегида, который дегидрируется с образованием 1,3-дифосфата глицериновой кислоты.
Присоединение второй молекулы фосфорной кислоты к фосфату глицеринового альдегида, по-видимому, необходимо для практически одновременно идущего дегидрирования. Образовавшийся 1,3-дифосфат глицериновой кислоты, отдавая остаток фосфорной кислоты, находившийся при карбоксильной группе, переходит в 3-фосфат глицериновой кислоты.
Далее 3-фосфат под действием фермента фосфоглицеромутазы изомеризуется в 2-фосфат глицериновой кислоты, который действием фермента енолазы дегидратируется и превращается в фосфат енольной формы пировиноградной кислоты. Это соединение, теряя фосфатный остаток, превращается в пировиноградную кислоту, дающую уксусный альдегид и СО2.
Уксусный альдегид подвергается ферментативному гидрированию и превращается в этиловый спирт.
Фосфорная кислота, отщепляющаяся от енольной формы пировиноградной кислоты, присоединяется к образовавшейся в начале процесса аденозиндифосфорной кислоте, давая снова аденозинтрифосфорную кислоту, необходимую для фосфорилирования и последующего окисленияновой молекулы гексозы.
Таков основной, стационарный ход процесса. Вначале в результате побочного процесса образуется некоторое количество глицерина. Спирты сивушного масла, вероятно, образуются из белковых веществ дрожжевых грибков.
Помимо ряда ферментов в процессе брожения играют важную роль коферменты, являющиеся переносчиками водорода в окислительно-восстановительных процессах (козимаза) и переносчиками фосфорной кислоты (аденозинтрифосфорная кислота).
Получение этанола из пищевого и технического сырья (брожение), методы очистки этанола. выполинил: ст.гр. 418-м 11 к.р.исхакова ст.гр. 418-м 11 з.р.дильмухаметова. — презентация
1 ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ ПИЩЕВОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ (БРОЖЕНИЕ), МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ЭТАНОЛА. Выполинил: ст.гр. 418-М11 К.Р.Исхакова ст.гр. 418-М11 З.Р.Дильмухаметова
2 СОСТАВ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭТАНОЛА Этиловый спирт также используется как топливо, в качестве растворителя, как наполнитель в спиртовых термометрах и как дезинфицирующее средство (или как компонент его) [1].
топливорастворителятермометрах Физическая величина Значение T кипения, °C+78,4 T плавления, °C-114,3 ρ, г/см 30,7893 Т всп, °C13 Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь) одноатомный спирт с формулой C2H5OH, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость[1].
3 ВИДЫ СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭТАНОЛА Пищевое сырье Техническое сырье Плоды злаковых и незлаковых культур и семена зернобобовых культур (далее — зерно) Гидролизные субстраты и щелока сульфитно- целлюлозного производства Картофель Целлюлозосодержащее сырье, в том числе древесная щепа и опилки Сахарная свекла, топинамбур, сахар-сырец, меласса, тапиока (маниока) и другое сахаро- и крахмаласодержащее продовольственное сырье (за исключением плодово-ягодного) Отходы сельскохозяйственных культур: кукурузная кочерыжка, хлопковая шелуха, подсолнечная шелуха, рисовая лузга, просяная лузга, гречневая лузга Различные сырьевые композиции (смеси) зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы, сахара- сырца и другого сахаро- и крахмаласодержащего продовольственного сырья; Попутные газы, образующиеся при производстве нефти и нефтепродуктов Таблица 1-Виды сырья [2]
4 АНАЛИЗ СЫРЬЯ Рисунок 1-Среднее количество этанола, получаемого из различных источников крахмала-и сахаросодержащего сырья, л/га.
Клубни топинамбура являются хорошим источником сбраживаемых сахаров. Эффективность превращения углеводов в сахара находится на высоком уровне — в пределах от 80 до 95%.
Выход спирта из клубней топинамбура составляет л/т. Выход спирта из стеблей – л/т [3].
- 5 ТЕХНОЛОГИЯ ФОГЕЛЬБУШ ПО ПРОИЗВОДСТВУ БИОЭТАНОЛА Минимальная мощность завода по производству питьевого спирта в Европе составляет литров в сутки (= тонн в год); при условии благоприятных цен на сырье и энергию в других регионах эта цифра может быть снижена до литров в сутки [4]. Для производства 1000 л спирта с применением процессов производства биоэтаонола Фогельбуш обычно требуется: кукурузы 2350 кг пшеницы 2630 кг сахарной свеклы кг сахарного тростника кг Рисунок 2-Технология Фогельбуш по производству биоэтанола
- 6 СРЕДНИЕ РАСХОДНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ Сырье Расход,кг Содержан ие крахмала, % Пар,кг Энергия,кВт ч Охлаждаю щая вода,м 3 Производс твенная вода, м 3 Пшеница 2,420621, ,7 Кукуруза 2,285651, Стружка маниоки 2,320651, Таблица 2-Расходные показатели [4]
- 7 Расход на 1000 л биоэтанола Тростниковый сок или сок сахарного сорго, кг kg8,640 Содержание сахара*%18 Пар, кгkg1,200 [2,550] Энергия, к ВтчkWh60 [90] Охлаждающая вода**, м 3m³100 [170] Производственная вода***, м 3 m³1 Таблица 3-Расходные показатели [4]
8 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ Концентрированную барду (вина су) можно продавать как добавку к животному корму или удобрение либо сжигать для выработки пара для технологических нужд В зерновой барде содержатся белки, минералы, жиры и волокна, составляющие ценные вещества корма для животных Прямая продажа барды и сухого остатка из декантера. Барда также может служить непосредственным источником энергии в виде биомассного топлива для котлов или после её переработки в биогаз [4].
9 ВОДО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Латентное тепло от переработки барды, горячий конденсат и лютерная вода снижают не только энергопотребление, но и потребность в воде в ходе подготовки сырья; Предварительная концентрация барды в испарителе дистилляционной установки снижает паро потребление на участке выпаривания; Вторичное использование паров от сушки с участка выпаривания и возврат остаточных паров в сушку (принцип замкнутой цепи) значительно снижает выбросы в атмосферу; Использование в технологических процессах и инженерных сетях конденсата и литерной воды вместо пресной воды минимизирует расход воды и жидкие сбросы [4].
10 КАК СОКРАТИТЬ ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА? Непрерывный процесс ферментации Низкие инвестиционные и операционные затраты; Чрезвычайно высокий выход, концентрация и производительность; Надежная стабильная эксплуатация в течение долгого времени; Легкость в эксплуатации благодаря полной автоматизации. Низкий расход тепловой энергии Восстановление и повторное использование вторичной энергии от производственных потоков; Тепловая интеграция на каждом этапе технологического процесса, а также в целом по заводу [4].
11 КАК СОКРАТИТЬ ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА Экономия воды и уменьшение образования сточных вод Рециркуляция барды; Рециркуляция литерной воды и повторное использование конденсата вторичного пара; Повторное использование обработанной сточной воды в подготовке утилитов (напр., градирни) или для производственных нужд [4].
12 СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЭТАНОЛА Биоэтанол можно по-разному применять в двигателях внутреннего сгорания: Водный этанол (95% объема) содержит воду. Его можно использовать вместо бензина в машинах с модифицированными двигателями. Безводный (или дегидратированный) этанол не содержит воды и в нем не менее 99% чистого спирта.
Его можно смешивать с обычным топливом в пропорции от 5% (E5) до 85% (E85). В настоящее время практически во всех машинах можно использовать Е5, в большинстве из них даже Е10, а вот использовать Е85 могут только машины с так называемым «гибким» топливом. ЭТБЭ (этилтретбутиловый эфир) — топливная присадка, получаемая из биоэтанола [4].
13 ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ МИРОВОГО РЫНКА БИОЭТАНОЛА Согласно оптимистическому прогнозу ожидаемый объем производства биоэтанола в мире в 2020 г. составит 281,5 млрд. литров. Совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) объема рынка биоэтанола в гг. составит 12,8%. Согласно пессимистическому прогнозу ожидаемый объем потребления биоэтанола в мире в 2020 г.
составит 187,5 млрд. литров. Совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) объема рынка биоэтанола в гг. составит 10,0%. В обоих сценариях в 2020 г. объем мировой торговли будет составлять до 10% от мирового объема производства. Лидерами по-прежнему останутся США и Бразилия, их доля в сумме в мировом производстве к 2020 г. будет составлять от 55 до 65% [5].
14 ЦЕНЫ ЭТАНОЛА НА МИРОВОМ РЫНКЕ Страна Цена (евро/м 3 ) Бразилия 160 Бразилия (безводный спирт)220 США (безводный спирт)250 Импорт спирта в Европу Европа (безводный спирт из сахарной свеклы) Импорт спирта в Европу 190
15 ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА ИЗ ДРЕВЕСИНЫ Гидролизная промышленность выпускает из растительных отходов, содержащих целлюлозу, в частности из древесных отходов, ряд продуктов: этиловый спирт, кормовые дрожжи, глюкозу и др.
Гидролизная промышленность комплексно перерабатывает древесину, в результате чего на гидролизно-спиртовых заводах получают, кроме этилового спирта, и другие ценные продукты: фурфурол, лигнин, жидкую углекислоту, кормовые дрожжи [6].
- 16 СЫРЬЕ ГИДРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА [7].
- 17 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Кроме древесины, в качестве сырья для гидролизной промышленности применяются и растительные отходы сельского хозяйства: подсолнечная лузга, кукурузная кочерыжка, хлопковая шелуха, солома зерновых злаков[6].
- 18 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
- 19 ТОВАРНЫЕ ПРОДУКТЫ Спирта этилового, л 187 Жидкой углекислоты, кг 70 или твердой углекислоты, кг 40 Дрожжей кормовых, кг 40 Фурфурола, кг 9,4 Скипидара, кг 0,8 Термоизоляционных и строительных лигно-плит, м 2 75 Алебастра строительного, кг 225 Сивушного масла, кг 0,3
20 ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА ИЗ СУЛЬФИТНЫХ ЩЕЛОКОВ Стадии: 1. подготовка сульфитного щелока к брожению 2. сбраживание сульфитнощелокового сусла 3. перегонка зрелой сульфитной бражки [7].
- 21 ТОВАРНЫЕ ПРОДУКТЫ Спирта этилового, л Спирта метилового, л 1 Жидкой углекислоты, л Сухих кормовых дрожжей, кг 15 Сульфитно-бардяных концентратов влажностью 20%, кг 475
- 22 ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА СИНТЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Синтетический этиловый спирт Сернокислотная гидратация Прямая гидратация ацетилена
- 23 СЕРНОКИСЛОТНАЯ ГИДРАТАЦИЯ ЭТИЛЕНА
- 24 ПРЯМАЯ ГИДРАТАЦИЯ ЭТИЛЕНА
- 25 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
26 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. [Электронный ресурс]. –URL: 2. [Электронный ресурс]. –URL: 3. С.А. Карпов, В.М. Капустин, А.К. Старков «Автомобильные топлива с биоэтанолом» — Москва «КолосС», 2007 г. – 216 с. 4.
[Электронный ресурс]. –URL: ru/#FAQ ru/#FAQ 5. [Электронный ресурс]. –URL: Фертман Г.И., Шойхет М.И. Технология спиртового и ликероводочного производства. — М.: Пищевая промышленность, С Халаим А.Ф. Технология спирта. — М.
: Пищевая промышленность, С
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
- Cтраница 1
- Синтез этанола — РЎ 4 гидрированием ацетальдегида — РЎ24 над никелем Ренея РїСЂРё 170 описан Р�сагулянцем [33]; выход 60 — 75 % РІ расчете РЅР° ацетилен. [1]
- Осуществим ли синтез этанола из углерода, кислорода и водорода при стандартных условиях. [2]
Ртилен для синтеза этанола РїСЂСЏРјРѕР№ гидратацией этилена подают РІ реактор, сжав его предварительно РґРѕ 8 00 РњРџР°.
Рассчитайте плотность газа на выходе из компрессора, если его температура при этом достигает 110 С. [3]
Существует два метода синтеза этанола, одного из органических продуктов, который получают в огромных количествах промышленным путем.
Ртилен для процесса гидратации изготовляют каталитическим гидрированием ацетилена ( РіР».
Второй способ получения этанола состоит в брожении углеводов зерна, картофеля и плодов. [4]
Основным промышленным методом синтеза этанола является гидратация этилена, выделяемого из газов крекинга нефти или продуктов пиролиза низших парафиновых углеводородов ( этана, пропана, бутана), а также легких нефтяных фракций. Схема сернокислотной гидратации дана на стр. [5]
�сточником этилена для синтеза этанола являются продук -, ты термической переработки газообразных и жидких углеводородов нефти и попутных газов.
Некоторое количество этилового спирта получается из древесины на гидролизных заводах и из сульфитных щелоков, являющихся отходом целлюлозно-бумажного производства. [6]
Существует два метода синтеза этанола, одного из органических продуктов, который получают в огромных количествах промышленным путем.
Ртилен для процесса гидратации изготовляют каталитическим гидрированием ацетилена ( РіР».
Второй способ получения этанола состоит в брожении углеводов зерна, картофеля и плодов. [7]
- Другой важный процесс синтеза этанола ( этилового спирта) основан на использовании процесса спиртового брожения. [8]
- Чрезвычайно широкие перспективы имеет синтез этанола гидра-тированием этилена, содержащегося в газах крекинга и пиролиза нефти, в газах коксования, а также этилена, получаемого частичным восстановлением ацетилена. [9]
- Главным современным промышленным методом синтеза этанола является прямая кислотно-катализируемая гидратация этилена. [10]
- Особое внимание было уделено синтезу этанола, как имеющего наибольшее техническое значение. [11]
В промышленных условиях при синтезе этанола может проходить побочная реакция дегидрирования спирта с образованием ацетальдегида. Процесс проводится в газовой фазе при Р20 и 30 атм. В реактор загружается 1 кмоль этена и 1 кмоль воды. [12]
В чем состоит промышленный метод синтеза этанола. [13]
Другим примером такого благоприятствующего отравления является синтез этанола из водяного газа. Над обычными содержащими щелочь катализаторами под давлением получаются лишь высшие спирты ( стр. [14]
Например, этан-этиленовую смесь направляют вначале на синтез этанола гидратацией этилена, а остаточный этан путем пиролиза превращают в этилен ( стр. [15]
Страницы: 1 2 3 4
Получение биогаза, спирта из промышленных отходов
Биометаногенез или метановое «брожение» – давно известный процесс превращения биомассы в энергию.
Биогаз, получаемый из органического сырья в ходе биометаногенеза в результате разложения сложных органических субстратов различной природы при участии смешанной из разных видов микробной ассоциации, представляет собой смесь из 65–75 % метана и 20–35 % углекислоты, а также незначительных количеств сероводорода, азота, водорода.
Неочищенный биогаз используют в быту для обогрева жилищ и приготовления пищи, а также применяют в качестве топлива в стационарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Компремированный газ можно транспортировать и использовать (после предварительной очистки) в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. Очищенный биогаз аналогичен природному газу.
В процессах биометаногенеза решается не только проблема воспроизводства энергии, – эти процессы чрезвычайно важны в экологическим плане, так как позволяют решать проблему утилизации и переработки отходов различных производств и технологий, сельскохозяйственных и промышленных, а также бытовых, включая сточные воды и твердый мусор городских свалок.
В сложных процессах деструкции органических субстратов и образования метана участвует микробная ассоциация различных микроорганизмов.
В ассоциации присутствуют микроорганизмы-деструкторы, вызывающие гидролиз сложной органической массы с образованием органических кислот (масляной, пропионовой, молочной), а также низших спиртов, аммиака, водорода; ацетогены, превращающие эти кислоты в уксусную кислоту, водород и окислы углерода и, наконец, собственно – метаногены – микроорганизмы, восстанавливающие водородом кислоты, спирты и окислы углерода в метан.
С биохимической точки зрения метановое «брожение» – это процесс анаэробного дыхания, в ходе которого электроны с органического вещества переносятся на углекислоту; последняя затем восстанавливается до метана (при истинном брожении конечным акцептором электронов служит молекула органического вещества, являющегося конечным продуктом брожения). Донором электронов для метаногенов является водород, а также уксусная кислота.
Деструкцию органической массы и образование кислот вызывает ассоциация облигатных и факультативных анаэробных организмов, среди которых гидролитики, кислотогены, ацетогены и др.; это представители родов: Enterobacteriaceae, Lactobacilaceae, Sterptococcaceae, Clostridium, Butyrivibrio.
Активную роль в деструкции органической массы играют целлюлозоразрушающие микроорганизмы, так как растительные биомассы, вовлекаемые в процессы биометаногенеза, характеризуются высоким содержанием целлюлозы (лигнинцеллюлозы).
В превращении органических кислот в уксусную существенную роль играют ацетогены – специализированная группа анаэробных бактерий.
«Венцом» метанового сообщества являются собственно метаногенные или метанообразующие бактерии (архебактерии), катализирующие восстановительные реакции, приводящие к синтезу метана. Субстратами для реализации этих реакций являются водород и углекислота, а также окись углерода и вода, муравьиная кислота, метанол и др.
В процессах метаногенеза можно переработать самое разнообразное сырье – различную растительную биомассу, включая отходы древесины, несъедобные части сельскохозяйственных растений, отходы перерабатывающей промышленности, специально выращенные культуры (водяной гиацинт, гигантские бурые водоросли), жидкие отходы сельскохозяйственных ферм, промышленные и бытовые стоки, ил очистных сооружений, а также мусор городских свалок. Важно, что сырье с высоким содержанием целлюлозы, трудно поддающееся методам переработки, также эффективно сбраживается и трансформируется в биогаз.
Установки для биометаногенеза с учетом их объемов и производительности можно подразделить на несколько категорий: реакторы для небольших ферм сельской местности (1–20 м3); реакторы для ферм развитых стран (50–500 м3); реакторы для переработки промышленных стоков (спиртовой, сахарной промышленности) (500–10 000 м3) и реакторы для переработки твердого мусора городских свалок (1 – 20.106 м3). Метанотенки, изготовленные из металла или железобетона, могут иметь разнообразную форму, включая кубическую и цилиндрическую. Конструкции и детали этих установок несколько варьируют, главным образом, это связано с типом перерабатываемого сырья.
Экологическая безопасность применения и калорийность биогаза в сочетании с простотой технологии его получения, а также огромное количество отходов, подлежащих переработке – все это является положительным фактором для дальнейшего развития и распространения биогазовой промышленности.
Получение этилового спирта на основе дрожжей известно с древних времен. И хотя производство спирта намного моложе, чем неперегнанных спиртных напитков, но и его корни теряются в веках.
В последние годы все большие масштабы приобретает химический синтез этанола из этилена, который конвертируется в спирт при высокой температуре в присутствии катализатора и воды.
Однако микробиологический синтез не теряет актуальности.
Перспективы использования низших спиртов (метанола, этанола), а также ацетона и других растворителей в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания вызвали в последние годы большой интерес к возможности их крупномасштабного получения в микробиологических процессах с использованием различного растительного сырья.
Этиловый спирт является прекрасным экологическим чистым горючим для двигателей внутреннего сгорания. Замена дефицитного бензина иными видами топлива является актуальной проблемой современности. Особенно остро вопрос стоит в странах Америки и Западной Европы.
Использование чистого этанола или в смеси с бензином (газохол) существенно снижает загрязнение окружающей среды выхлопными газами, так как при сгорании этанола образуются только углекислота и вода.
Поэтому в странах с большими запасами природного растительного материала и соответствующими почвенно-климатическими условиями, обеспечивающими большие ежегодные урожаи, становится целесообразным ориентировать производство моторных топлив на процессы микробиологического брожения.
Сырьем для процессов спиртового брожения могут быть разнообразные биомассы, включая крахмалсодержащие (зерно, картофель), сахаросодержащие материалы (меласса, отходы деревоперерабатывающей промышленности), а также биомасса специально выращенных пресноводных и морских растений и водорослей. Процесс складывается из нескольких стадий, включающих подготовку сырья, процесс брожения, отгонку и очистку спирта, денатурацию, переработку кубовых остатков.
Этиловый спирт обычно получают из гексоз в процессах брожения, вызываемых бактериями (Zymomonas mobilis, Z. anaerobica, Sarcina ventriculi), клостридиями (Clostridium thermocellum) и дрожжами (Saccharomyces cerevisiae):
Главная задача, которую приходится решать при получении спиртов технического назначения, это замена дорогостоящих крахмалсодержащих субстратов дешевым сырьем непищевого назначения.
Образование этанола дрожжами – это анаэробный процесс, однако для размножения дрожжей в незначительных количествах нужен и кислород.
Процессы, происходящие при конверсии сахаросодержащего субстрата в спирт, включают также процессы метаболизма и роста клеток-продуцента, поэтому в целом биологический процесс получения спиртов зависит от ряда параметров (концентрации субстрата, кислорода, а также конечного продукта).
При накоплении спирта в культуре до определенных концентраций начинается процесс ингибирования клеток. Поэтому большое значение приобретает получение особых штаммов, резистентных к спирту.
Промышленный процесс брожения может осуществляться по разным схемам: непрерывно, периодически и периодически с возвратом биомассы. При периодическом процессе субстрат сбраживается после внесения свежевыращенного инокулята, который обычно получают в аэробных условиях.
После завершения сбраживания субстрата клетки продуцента отделяют, и для нового цикла получают свежую порцию посевного материала. Это достаточно дорогостоящий процесс, так как в аэробном процессе размножения дрожжей расходуется много субстрата.
Экономический выход в процессе составляет около 48 % от субстрата по массе (часть субстрата тратится на процессы роста и метаболизма клеток, а также образование других продуктов – уксусной кислоты, глицерола, высших спиртов).
Если в качестве продуцента в процессах брожения используют дрожжи, продуктивность составляет 1–2 г этанола/г клеток ч. На лабораторном уровне при использовании в качестве продуцента бактериальной культуры Zymomonas mobilis эта величина выше практически в 2 раза.
В промышленных процессах продуктивность аппаратов сильно зависит от физиологических особенностей продуцента, плотности биомассы, типа аппарата и режима ферментации; варьирует очень широко, от 1 до 10 г/л ч. Длительность цикла составляет около 36 ч, конечная концентрация спирта – 5 % (вес/объем).
Побочными продуктами спиртового брожения являются углекислота, сивушные масла, кубовые остатки, дрожжи. Каждый из этих продуктов имеет определенную стоимость и самостоятельную сферу применения.
Загрузка...
