Етиловий спирт з тирси. Як з тирси отримувати спирт або інше рідке паливо
У радянські часи, хто ще пам'ятає, багато жартували на тему спирту, приготовленого з тирси. Ходили чутки, ніби після війни дешеву горілку робили якраз на основі тирси алкоголю. У народі цей напій отримав назву - "сучок".
Взагалі, розмови про виробництво спирту з тирси виникли, звичайно ж, не на порожньому місці. Такий продукт справді вироблявся. Він називався «гідролізним спиртом». Сировиною для його виробництва справді була тирса, точніше – целюлоза, яку витягують з відходів лісової промисловості. Висловлюючись суворо науково – з нехарчової сировини. За приблизними розрахунками, із 1 тонни деревини можна було отримати близько 200 літрів етилового спирту. Це ніби дозволяло замінити 1,5 тонни картоплі або 0,7 тонни зерна. Чи застосовувався такий спирт на радянських лекеро-горілчаних заводах, невідомо. Вироблявся він, ясна річ, для суто технічних цілей.
Треба сказати, що виробництво технічного етанолу з органічних відходів вже давно хвилює уяву вчених. Можна знайти літературу XIX століття, де обговорюються можливості одержання спирту із найрізноманітнішої сировини, у тому числі й нехарчової. У XX столітті ця тема зазвучала із новою силою. У 1920-х роках вчені в Радянській Росії навіть пропонували робити спирт із... фекалій! Був навіть жартівливий вірш Дем'яна Бідного:
Ну настали часи,
Що не день, то диво:
Горілку женуть із гівна –
По три літри з пуду!
Російський розум винайде
У заздрість усієї Європи -
Скоро горілка потече
У рот із самої дупи.
Втім, ідея з фекаліями так і залишилася на рівні жарту. А ось до целюлози поставилися серйозно. Пам'ятаєте, у «Золотому теляті» Остап Бендер розповідає іноземцям про рецепт «табуреткового самогону». Справа в тому, що з целюлозою "хімічили" вже тоді. Причому, треба зауважити, витягувати її можна не лише з відходів лісової промисловості. Вітчизняне сільське господарство щорічно залишає величезні гори соломи – це також чудове джерело целюлози. Не пропадати ж добру. Солома – джерело відновлюване, можна сказати – дарове.
Є тільки в цій справі одна проблема. Крім потрібної і корисної целюлози в частинах рослин, що здервіли (а такими, в тому числі, є і солома) міститься лігнін, який ускладнює весь процес. Через наявність у розчині цього самого лігніну практично неможливо отримати нормальну «бражку», оскільки сировина не оцукорюється. Лігнін гальмує розвиток мікроорганізмів. З цієї причини потрібно «підживлення» - додавання нормальної харчової сировини. Найчастіше у цій ролі виступає борошно, крохмаль чи патока.
Від лігніну, звичайно ж, можна позбутися. У целюлозо-паперовій промисловості це зазвичай робиться хімічним шляхом, наприклад, за допомогою обробки кислотою. Питання лише в тому, куди його потім подіти? В принципі, з лігніну можна одержати непогане тверде паливо. Горить він добре. Так, в Інституті теплофізики СВ РАН навіть розробили відповідну технологію спалювання лігніну. Але, на жаль, той лігнін, що залишається від нашого целюлозо-паперового виробництва, як паливо непридатний через сірку, що міститься в ньому (наслідки хімічної обробки). Якщо його спалювати – отримаємо кислотні дощі.
Є й інші способи – обробляти сировину перегрітою парою (лігнін при високих температурах плавиться), проводити екстракцію органічними розчинниками. Подекуди саме так і роблять, проте ці способи дуже затратні. В умовах планової економіки, де всі витрати брала на себе держава, можна було працювати й у такий спосіб. Однак в умовах ринкової економіки виходить так, що овчинка, образно кажучи, не варта вичинки. І при зіставленні витрат виходить, що дешевше обходиться виробництво технічного спирту (по-сучасному - біоетанолу) з традиційної харчової сировини. Все залежить від того, в яких кількостях ви маєте в своєму розпорядженні таку сировину. У американців, наприклад, має місце надвиробництво кукурудзи. Куди простіше та вигідніше надлишки пустити на виробництво спирту, ніж транспортувати її на інший континент. У Бразилії, як ми знаємо, надлишки цукрової тростини також використовуються як сировина для виробництва біоетанолу. У принципі, у світі не так вже й мало країн, де спирт заливають не тільки в шлунок, а й у бак автомобіля. І все було б непогано, якби деякі відомі світові діячі (зокрема, кубинський лідер Фідель Кастро), не виступили проти такого «несправедливого» використання сільгосппродукції в умовах, коли в деяких країнах люди страждають від недоїдання, а то й взагалі помирають із голоду .
Загалом, йдучи назустріч філантропічним побажанням, вчені, які працюють у сфері виробництва біоетанолу, повинні шукати якісь раціональніші, більш досконалі технології переробки нехарчової сировини. Приблизно десять років тому фахівці Інституту хімії твердого тіла та механохімії СО РАН вирішили піти іншим шляхом – використати для цього механохімічний спосіб. Замість відомої хімічної обробки сировини чи нагрівання вони почали застосовувати особливу механічну обробку. Для чого були сконструйовані спеціальні млини та активатори. Суть методу така. Завдяки механічній активації целюлоза переходить із кристалічного стану в аморфний. Це полегшує роботу ферментів. Але головне тут те, що сировина у процесі механічної обробки поділяється на різні частинки – з різним (великим чи меншим) вмістом лігніну. Потім вже – завдяки різним аеродинамічних характеристик цих частинок – їх легко відокремити одна від одної за допомогою спеціальних установок.
На перший погляд, все дуже просто: розмололи – і кінець. Але лише на перший погляд. Якби справді все було так просто, то вже у всіх країнах мололи б солому та інші рослинні відходи. Насправді, тут необхідно знайти правильну інтенсивність, щоб сировина розділилася на окремі тканини. В іншому випадку у вас вийде однакова маса. Завдання вчених – знайти тут необхідний оптимум. І цей оптимум, як показує практика, досить вузький. Можна і перестаратися. У тому, треба сказати, і полягає робота вченого, щоб виявити золоту середину. Причому тут необхідно враховувати й економічні аспекти – а саме, відпрацювати технологію так, щоб витрати на механіхімічну обробку вихідної сировини (хоч би якою дешевою вона не була) не позначилися на собівартості виробництва.
У лабораторних умовах вже отримано десятки літрів чудового спирту. Найбільш вражаючим виглядає той момент, що спирт отриманий зі звичайної соломи. Причому – без застосування кислоти, лугів та перегрітої пари. Головна підмога тут - «чудо-млина», сконструйовані фахівцями Інституту. В принципі, вже нічого не заважає перейти і до промислових зразків. Але це вже інша тема.
Ось він – перший вітчизняний біоетанол із соломи! Поки що ще у пляшках. Чи дочекаємось, коли його почнуть виробляти цистернами?
Загальна схема отримання етилового спирту з гідролізної чорної патоки така. Сировину в подрібненому вигляді завантажують у багатометрову сталеву гідролізну колону, зсередини фанеровану хімічно стійкою керамікою. Туди подають під тиском гарячий розчин соляної кислоти. В результаті хімічної реакції з целюлози виходить продукт, що містить цукор, так звана чорна патока. Цей продукт нейтралізують вапном і додають туди дріжджі — зброджують патоку. Після чого знову нагрівають, і пари, що виділяються, конденсуються у вигляді етилового спирту (називати його «винним», не хочеться).
Гідролізний спосіб - найекономніший спосіб виробництва етилового спирту. Якщо традиційним біохімічним способом зброджування з однієї тонни зерна можна отримати 50 літрів спирту, то з однієї тонни тирси, гідролізним способом перетворених в «чорну патоку», виганяється 200 літрів спирту. Як то кажуть: «Відчуйте зиск!» Все питання, чи можна «чорну патоку» як осахарену целюлозу називати «харчовим продуктом», нарівні із зерном, картоплею і буряком. Особи, зацікавлені у виробництві дешевого етилового спирту, вважають так: «А че, чому не можна? Адже барда, як залишок «чорної патоки», після її перегонки йде на корм худобі, отже, вона також харчовий продукт». Як тут не згадати слова Ф.М.Достоєвського: «Утворена людина, коли це їй потрібно, може словесно виправдати будь-яку гидоту».
У 30-х роках минулого століття в осетинському селищі Беслан було побудовано найбільший у Європі крохмало-точний комбінат, який відтоді випускає мільйони літрів етилового спирту. Потім потужні заводи з виробництва етилового спирту були збудовані по всій країні, у тому числі при Солікамському та Архангельському целюлозо-паперових комбінатах. І.В. Сталін, вітаючи будівельників гідролізних заводів, які під час війни, незважаючи на труднощі воєнного часу, достроково ввели їх в експлуатацію, зазначив, що це «дає змогу заощадити державі мільйони пудів хліба»(Газета "Правда" від 27 травня 1944 р.). 
Етиловий спирт, отриманий з «чорної патоки», а, по суті, з деревини (целюлози), оцукровеної гідролізним способом, якщо, звичайно, добре очищений, не відрізнити від спирту, отриманого із зерна або картоплі. За чинними стандартами такий спирт буває «вищого очищення», «екстра» та «люкс», останній — найкращий, тобто має найвищий ступінь очищення. Горілкою, приготовленою на основі такого спирту, не отруїшся. На смак такий спирт нейтральний, тобто «ніякий» - несмачний, у ньому лише одні «градуси», він лише обпалює слизову оболонку рота. Зовні розпізнати горілку, зроблену на основі етилового спирту гідролізного походження, досить важко, а різні ароматизатори, що додаються до таких горілок, надають їм деяку відмінність один від одного.
Однак не все так добре, як здається на перший погляд. Генетики провели дослідження: одній партії піддослідних мишей до раціону додавали справжню (зернову) горілку, іншою — гідролізну, з деревини. Миші, які вживали «сучок», вмирали набагато швидше, а їх потомство вироджувалося. Але результати цих досліджень не зупинили випуск псевдоруських горілок. Це як у популярній пісні: «Адже якщо горілку гнати не з тирси, то щоб нам було з п'яти пляшок...»
Зростає попит на біопаливо – горючі рідини, виготовлені із відновлюваних біологічних ресурсів. Один із них – деревина. Чи можна з деревини отримувати паливо, яке не поступається нафтовому?
Перше, що потрібно усвідомити – це те, що саме бензину чи гасу з дерева зробити не можна. Воно не піддається розкладанню на вуглеводні з прямим ланцюгом, з яких головним чином складаються нафтопродукти. Однак це не означає, що з нього не можна отримувати речовини, які можуть замінити нафтопродукти.
Дехто любить табуретування
Перший у списку, звичайно, спирт. З деревини можна отримувати два різні види спирту. Перший, який так і називається деревним – по-науковому метиловий спирт. Ця речовина дуже схожа на звичний етиловий спирт, як за горючістю, так і запахом і смаком. Однак метиловий спирт відрізняється тим, що дуже отруйний, і прийом його може призвести до смертельного отруєння. Разом з тим він є високоякісним моторним паливом, його октанове число навіть вище, ніж у етилового спирту, і набагато вище, ніж у звичайного бензину.
Технологія одержання метилового спирту з деревини дуже проста. Він виходить шляхом сухої перегонки, або піролізу. Точніше, він є однією зі складових частин жижки - суміші кисневмісних органічних речовин, що відокремлюються від свіжовигнаної деревної смоли. Однак вихід отриманого таким чином спирту дуже малий, щоб він міг використовуватися як паливо. Це робить таку технологію отримання палива безперспективною.
Однак з деревини можна отримати і етиловий спирт, у значно більших кількостях. Цей спирт - так званий гідролізний - виходить під час розкладання целюлози, основного компонента деревини, за допомогою сірчаної кислоти. Точніше, під час розкладання целюлози виходять цукру, які у своє чергу може бути перероблені спирт звичайним шляхом. Цей спосіб отримання етилового спирту дуже поширений у промисловості, саме гідролізним способом одержують практично весь технічний спирт, що застосовується в нехарчових цілях.
Етиловий спирт може бути використаний як безпосередньо замість бензину, так і як присадка до бензину. Шляхом таких присадок виходять різні сорти біопалива, популярні, зокрема, у країнах, як Бразилія.
Отримання етилового спирту шляхом гідролізу деревини економічно дещо менш вигідно, ніж одержання його з різних сільськогосподарських культур. Однак вигідною стороною такого способу одержання біопалива є те, що він не вимагає відведення сільськогосподарських площ під «паливні» культури, що не дають харчових продуктів, а дозволяє використовувати для його виробництва території, задіяні в лісовому господарстві. Це робить отримання біопаливного етанолу з деревини досить практичною технологією.
І терпентин на щось корисний
Недоліком етанолу як палива є низька теплота згоряння. При використанні в двигунах у чистому вигляді він дає або меншу потужність, або більшу витрату, ніж бензин. Вирішити цю проблему допомагає змішувати спирт з речовинами з високою теплотою згоряння. І не обов'язково це продукти з нафти: як така присадка цілком годиться скипидар, або терпентин.
Скипидар - теж продукт переробки деревини, а якщо конкретно - хвойний: сосен, ялин, модрин і інших. Він досить широко застосовується як розчинник, а найбільш очищені його сорти знаходять застосування у медицині. Однак лісопереробна промисловість як побічний продукт виробляє велику кількість так званого сульфатного скипидару - нижчого сорту, що містить отруйні домішки, не тільки непридатного в медицині, але і знаходить дуже обмежене застосування в хімічній та лакофарбовій промисловості.
Водночас скипидар із усіх продуктів переробки деревини найбільше схожий на нафтопродукт, точніше – на гас. Він відрізняється дуже високою теплотою згоряння, може використовуватися як пальне в гасових примусах, лампах, керогазах. Придатний він і як моторне паливо, щоправда, нетривалий час: якщо його заливати в баки в чистому вигляді, двигуни незабаром виходять з ладу через засмолення.
Однак скипидар можна використовувати як паливо не в чистому вигляді, а як присадку до етанолу. Така присадка не сильно знижує октанове число спирту етилового, але підвищує теплоту його згоряння. Ще одна позитивна сторона такої технології виготовлення біопалива в тому, що скипидар денатурує спирт, робить його непридатним для вживання як алкоголь. А соціальні наслідки широкого впровадження неденатурованого спирту як паливо можуть стати дуже важкими.
Лігнінові відходи – у доходи!
Такий компонент деревини, як лігнін вважається малокорисним. Його застосування в промисловості значно менш широке, ніж целюлоза. Незважаючи на те, що він знаходить застосування у виробництві будівельних матеріалів та в хімічній промисловості, частіше його просто спалюють прямо на лісохімвиробництві. Однак, як з'ясовується, при піролізі лігніну можна отримати різноманітні продукти, ніж при піролізі целюлози.
Лігнін складається головним чином з ароматичних циклів та коротких прямих вуглеводневих ланцюгів. Відповідно, при його піролізі виходять переважно вуглеводні. Однак, залежно від технології піролізу, можна отримувати як продукт з високим вмістом фенолу і споріднених речовин, так і рідина, що нагадує нафтопродукти. Ця рідина також придатна як присадка до етилового спирту для отримання біопалива.
Розроблено технології та установки для піролізу, які можуть споживати як лігнін з відвалів, так і нерозділені на лігнін та целюлозу відходи деревини. Вищі результати виходять при змішуванні лігніну або деревних відходів зі сміттям, що складається з викинутого пластику або гуми: піролізна рідина виходить більш нафтоподібною.
Мирний атом і тирса
Ще одна технологія отримання біопалива з деревини розроблена нещодавно російськими вченими. Вона відноситься до галузі радіохімії, тобто хімічних процесів, що протікають під впливом радіоактивного випромінювання. У дослідах вчених із ІФХЕ ім. Фрумкіна тирса та інші відходи деревини піддавалися одночасному впливу сильного бета-випромінювання та сухої перегонки, причому нагрівання деревини проводилося саме за допомогою надсильної радіації. Дивно, але під впливом радіації склад продуктів, одержуваних під час піролізу, змінився.
У піролізній рідині, отриманої «радіоактивним» способом, було виявлено високий вміст алканів та циклоалканів, тобто вуглеводнів, що містяться головним чином нафти. Ця рідина вийшла значно легшою за нафту, порівнянну, швидше, з газоконденсатом. Причому експертиза підтвердила придатність цієї рідини для використання як моторне паливо або переробку у високоякісні палива, такі, як автомобільний бензин. Думаємо, що це не заслуговує на особливу згадку, але прояснимо заради заспокоєння страхів радіофобів: бета-випромінювання не здатне викликати наведену радіоактивність, тому паливо, одержуване цим способом, безпечне і не виявляє радіоактивних властивостей саме.
Що пускати у переробку
Зрозуміло, що краще використовувати для виробництва біопалива не цілісні стовбури дерев, а відходи переробки деревини, такі, як тирса, тріска, гілочки, кору, та й той самий лігнін, що йде у відвали та печі. Вихід цих відходів з гектара поваленого лісу, звичайно ж, нижчий, ніж деревини в цілому, але не слід забувати, що вони виходять як побічний продукт у виробничих процесах, які вже йдуть на багатьох підприємствах країни, відповідно, відходи виробництва дешеві і для них отримання не потрібно вирубувати чи засаджувати під вирубку додаткові площі лісу.
У будь-якому випадку, деревина є відновлюваним ресурсом. Способи відновлення лісових площ давно відомі, а в багатьох регіонах країни спостерігається навіть неконтрольоване заростання лісом занедбаних сільськогосподарських земель. Так чи інакше, Російська Федерація не належить до країн, де до заощадження лісу слід ставитись з усією ретельністю; площ нашого лісу та його потенціалу до самовідновлення цілком достатньо, щоб завантажити повністю і лісопереробну промисловість, і виробництво біопалив та багато інших виробництв.
Виробництво спирту з картоплі, зерна, меляси, цукрових буряків потребує витрати великих кількостей цих цінних видів сировини. Заміна такої сировини більш дешевим є одним із джерел економії харчових продуктів та зниження собівартості спирту. Тому останнім часом значно збільшилося виробництво технічного етилового спирту з нехарчової сировини: деревини, сульфітних лугів та синтетичним шляхом з етиленовмісних газів.
Виробництво спирту з деревини
Гідролізна промисловість випускає з рослинних відходів, що містять целюлозу, зокрема з відходів дерев, ряд продуктів: етиловий спирт, кормові дріжджі, глюкозу та ін.
На гідролізних заводах целюлозу гідролізують мінеральними кислотами до глюкози, яка використовується для зброджування у спирт, вирощування дріжджів та випуску у кристалічному вигляді. Існують гідролізні заводи різного профілю: гідролізно-спиртові, гідролізно-дріжджові, гідролізно-глюкозні. гідролізна промисловість має велике народногосподарське значення; воно зумовлено тим, що з малоцінних рослинних відходів одержують цінні продукти. Зокрема, з 1 т абсолютно сухої хвойної деревини отримують 170-200 л етилового спирту, для вироблення якого знадобилося б 0,7 т зерна або 2 т картоплі.
Гідролізна промисловість комплексно переробляє деревину, внаслідок чого на гідролізно-спиртових заводах одержують, крім етилового спирту, та інші цінні продукти: фурфурол, лігнін, рідку вуглекислоту, кормові дріжджі.
Сировина гідролізного виробництва
Сировиною гідролізного виробництва служить деревина у вигляді різних відходів лісової та деревообробної промисловості: тирса, тріска, стружка та ін Вологість деревини коливається від 40 до 60%. Тирса, що переробляються гідролізними заводами, зазвичай мають вологість 40-48%. До складу сухих речовин деревини входять целюлоза, геміцелюлози, лігнін та органічні кислоти.
Геміцелюлози деревини складаються з гексозанів: маннану, галактану та пентозанів: ксилану, арабану та їх метильованих похідних. Лігнін є складною речовиною ароматичного ряду, хімічний склад і будова його ще не встановлені.
Хімічний склад абсолютно сухої деревини наведено у таблиці 1.
Таблиця 1 - Хімічний склад абсолютно сухої деревини
Крім деревини, як сировина для гідролізної промисловості застосовуються і рослинні відходи сільського господарства: соняшникова лушпиння, кукурудзяна качан, бавовняне лушпиння, солома зернових злаків.
Хімічний склад рослинних відходів сільського господарства представлено таблиці 2.
Таблиця 2 - Хімічний склад рослинних відходів сільського господарства Технологічна схема комплексної переробки деревини
Технологічна схема комплексної переробки деревини складається з наступних стадій: гідроліз деревини, нейтралізація та очищення гідролізату; зброджування гідролізного сусла, перегонка гідролізної бражки.
Подрібнену деревину піддають гідролізу розведеною сірчаною кислотою при нагріванні під тиском. При гідролізі геміцелюлози та целюлоза розкладаються. Геміцелюлози перетворюються на гексози: глюкозу, галактозу, маннозу та пентози: ксилозу та арабінозу; целюлоза - у глюкозу. Лігнін при гідроліз залишається у вигляді нерозчинного залишку.
Гідроліз деревини здійснюють у гідролізному апараті - сталевому циліндричному посудині. В результаті гідролізу отримують гідролізат, що містить близько 2-3% моносахаридів, що зброджуються, і нерозчинний залишок-лігнін. Останній можна використовувати безпосередньо у виробництві будівельних плит, у цегляному виробництві, при помелі цементу, як паливо; після відповідної обробки лігнін може застосовуватися у виробництві пластмас, гумової промисловості та ін.
Отриманий гідролізат направляють у випарник, де пара відокремлюється від рідини. Пар, що виділяється, конденсують і використовують для виділення з нього фурфуролу, скипидару і метилового спирту. Потім гідролізат охолоджують до 75-80°С, нейтралізують у нейтралізаторі вапняним молоком до pH 4-4,3 і додають поживні солі для дріжджів (сірчанокислий амоній, суперфосфат). Отриманий нейтралізат відстоюють для звільнення від осаду, що випав, сірчанокислого кальцію та інших зважених частинок. Осілий осад сірчанокислого кальцію відокремлюють, сушать, обпалюють і отримують алебастр, що використовується в будівельній техніці. Нейтралізат охолоджують до 30-32°З направляють на бродіння. Підготовлений таким чином бродіння гідролізат називається суслом. Бродіння гідролізного сусла виробляють безперервним способом у бродильних чанах. При цьому дріжджі безперервно циркулюють у системі; дріжджі відокремлюють від бражки на сепараторах. Вуглекислий газ, що виділяється при бродінні, використовують для випуску рідкої або твердої вуглекислоти. Зрілу бражку, що містить 1,0-1,5% спирту, направляють для перегонки та ректифікації на брагоректифікаційний апарат і отримують етиловий спирт, метиловий спирт та сивушне масло. Барда, отримана після перегонки, містить пентози та її використовують для вирощування кормових дріжджів.
Рисунок 1 - Технологічна схема комплексної переробки деревини на гідролізно-спиртових заводах При переробці за вказаною схемою з 1 т абсолютно сухої хвойної деревини можна отримати такі кількості товарних продуктів:
- Спирту етилового, л ………………….. 187
- Рідкої вуглекислоти, кг …………….. 70
- або твердої вуглекислоти, кг ……… 40
- Дріжджів кормових, кг…………….. .. 40
- Фурфурола, кг …………………………….9,4
- Скипидару, кг ……………………………0,8
- Термоізоляційних та будівельних лігно-плит, м 2 …. 75
- Алебастра будівельного, кг ……..225
- Сивушної олії, до г ………………..0,3
Виробництво спирту із сульфітних лугів
При виробництві целюлози з деревини за сульфітним способом як відхід отримують сульфітний луг - коричневу рідину із запахом сірчистого газу. Хімічний склад сульфітного лугу (%): вода - 90, сухі речовини - 10, у тому числі похідні лігніну - лігносульфонати - 6, гексози - 2, пентози -1, леткі кислоти, фурфурол та інші речовини - близько 1. Тривалий час сульфітні луг спускали в річки, вони забруднювали воду та знищували рибу у водоймах. В даний час у нас є ряд заводів з комплексної переробки сульфітного лугу на етиловий спирт, кормові дріжджі та сульфітно-бардяні концентрати. Виробництво спирту з сульфітних лугів складається з наступних стадій: підготовка сульфітного лугу до бродіння, зброджування сульфітнолужного сусла, перегонка зрілої сульфітної бражки.
Підготовку сульфітного лугу до зброджування здійснюють за безперервною схемою. Луг продувають повітрям для видалення летких кислот і фурфуролу, що затримують процес бродіння. Продутий луг нейтралізують вапняним молоком і потім витримують для укрупнення кристалів, що випали сірчанокислого і сірчанокислого кальцію; при цьому додають поживні солі для дріжджів (сірчанокислий амоній та суперфосфат). Потім луг відстоюють. Осілий осад-шлам - спускають у каналізацію, а освітлений луг охолоджують до 30-32°С. Підготовлений таким чином луг називається суслом. Сусло направляють у бродильне відділення і зброджують так само, як гідролізати деревини, або застосовують метод з рухомою насадкою. Рухливою насадкою називають волокна целюлози, що залишаються в лузі. Метод бродіння з рухомою насадкою заснований на властивості деяких дріжджів сорбуватися на поверхні целюлозних волокон і утворювати пластівці волокнисто-дріжджової маси, яка в зрілій бражці швидко і повно осідає на дно чана. Бродіння проводять у бродильній батареї, яка складається з головного та хвостового чанів. У бродячому суслі волокна целюлози з сорбованими дріжджами знаходяться в безперервному русі під впливом вуглекислого газу, що виділяється. Бражка, що відкинула, надходить з головного чана в хвостовий, де закінчується процес бродіння, і волокна з дріжджами осідають на дно. Осілу дріжджововолокнисту масу насосом повертають у головний чан, куди одночасно подають сусло, а зрілу бражку, що містить 0,5-1% спирту, направляють у брагоректифікаційний апарат і отримують етиловий спирт, метиловий спирт і сивушне масло. Отримана після перегонки барда містить пентози і є живильним середовищем для вирощування кормових дріжджів, які потім відокремлюють, висушують і випускають у вигляді сухих дріжджів. Барду після відділення дріжджів, що містить лігносульфонати, випарюють до вмісту сухих речовин 50-80%. Отриманий продукт називається сульфітно-бардяним концентратом і застосовується у виробництві пластичних мас, будівельних матеріалів, синтетичних дубителів для одержання шкіри, у ливарному виробництві та дорожньому будівництві.
З сульфітно-бардяних концентратів можна отримати цінну ароматичну речовину - ванілін.
Технологічна схема комплексної переробки сульфітних лугів на етиловий спирт, кормові дріжджі та сульфітно-бардяні концентрати показано на малюнку 2.
Рисунок 2 - Технологічна схема переробки сульфітних лугів на спирт При переробці сульфітних лугів одержують у перерахунку на 1т ялинової деревини:
- Спирту етилового, л ……………….. 30-50
- Спирту метилового, л …………………… 1
- Рідкій вуглекислоти, л ………….. 19-25
- Сухих кормових дріжджів, кг. 15
- Сульфітно-бардяних концентратів вологістю 20%, кг. 475
Виробництво спирту синтетичним методом
Сировиною для виробництва синтетичного етилового спирту є гази нафтопереробних заводів, які містять етилен. Крім того, можна використовувати й інші етиленовмісні гази: коксовий газ, що отримується при коксуванні вугілля, та попутні нафтові гази.
В даний час синтетичний етиловий спирт одержують двома способами: сірчанокислотною гідратацією та прямою гідратацією етилену.
Сірчанокисла гідратація етилену
Виробництво етилового спирту цим способом складається з наступних процесів: взаємодії етилену із сірчаною кислотою, при якому утворюються етилсерна кислота та діетилсульфат; гідроліз одержаних продуктів з утворенням спирту; відділення спирту від сірчаної кислоти та очищення його.
Сировиною для сірчанокислої гідратації є гази, що містять 47-50% вагу. етилену, а також гази з меншим вмістом етилену. Процес здійснюється за схемою, наведеною нижче.
Рисунок 3 — Технологічна схема отримання синтетичного спирту способом сірчанокислотної гідратації Етилен взаємодіє з сірчаною кислотою в реакційній колоні, що є вертикальним циліндром. Усередині колони знаходяться ковпачкові тарілки з переливними склянками. У нижню частину колони компресором подають этиленсодержащий газ, зверху колону підводять для зрошення 97-98%-ная сірчана кислота. Газ, піднімаючись нагору, на кожній тарілці барботує через шар рідини. Етилен із сірчаною кислотою взаємодіє за реакціями:
З реакційної колони безперервно витікає суміш етилсерної кислоти, діетилсульфату і сірчаної кислоти, що не прореагувала. Цю суміш охолоджують у холодильнику до 50°З направляють на гідроліз, при якому протікають такі реакції:
Моноетилсульфат, отриманий в результаті другої реакції, піддають подальшому розкладанню з утворенням ще однієї молекули спирту.
Пряма гідратація етилену
Технологічна схема виробництва етилового спирту способом прямої гідратації етилену представлена нижче.
Рисунок 4 - Технологічна схема прямої гідратації етилену під час виробництва етилового спирту Сировиною для способу прямої гідратації є газ з високим вмістом етилену (94-96%). Етилен стискають компресором до 8-9 КПа. Стиснутий етилен змішують з водяною парою у певних співвідношеннях. Взаємодія етилену з водяною парою виробляють в контактному апараті — гідрататорі, що є вертикальною сталевою порожнистою циліндричною колоною, в якій знаходиться каталізатор (фосфорна кислота, нанесена на алюмосилікат).
Суміш етилену і водяної пари при 280-300°З тиском близько 8,0 КПа подають у гідрататор, в якому підтримують такі ж параметри. При взаємодії етилену з водяною парою, крім основної реакції утворення етилового спирту, протікають побічні реакції, в результаті яких виходять діетиловий ефір, оцтовий альдегід та продукти полімеризації етилену. Продукти синтезу виносять з гідрататора невелику кількість фосфорної кислоти, яка може надалі надавати корозійну дію на апаратуру та трубопроводи. Щоб уникнути цього, кислоту, що міститься в продуктах синтезу, нейтралізують лугом. Продукти синтезу після нейтралізації пропускають через солеотделитель, а потім охолоджують у теплообміннику та виробляють конденсацію водно-спиртової пари. Отримують суміш водно-спиртової рідини і етилену, що не прореагував. Непрореагував етилен відокремлюють від рідини в сепараторі. Він являє собою вертикальний циліндр, в якому встановлені перегородки, що різко змінюють швидкість та напрямок газового потоку. Етилен із сепаратора відводять у всмоктувальну лінію циркуляційного компресора і направляють на змішування зі свіжим етиленом. Водно-спиртовий розчин, що з сепаратора, містить 18,5-19% про. спирту. Його концентрують у відпарній колоні і у вигляді пар направляють для очищення в колону ректифікації. Спирт одержують міцністю 90,5% про. На заводах синтетичного спирту застосовується спосіб прямої гідратації етилену.
Виробництво синтетичного спирту, незалежно від способу його одержання, значно ефективніше, ніж виробництво спирту з харчової сировини. Для отримання 1 т етилового спирту з картоплі або зерна необхідно витратити 160-200 осіб, з газів нафтопереробки тільки 10 осіб. Собівартість синтетичного спирту приблизно в чотири рази менша за собівартість спирту з харчової сировини.
На сьогоднішній день чимало людей займається виготовленням домашньої наливки, проте для деяких напоїв потрібна наявність спиртного елемента. Виробництво спирту в домашніх умовах не є дуже трудомістким. Для цього необхідно знати та враховувати деякі аспекти та принципи виготовлення метилового спирту.
Насамперед для виготовлення метанолу потрібна наявність зерна. У ролі зернових культур у разі можуть виступати кукурудза, пшениця. Також можна використовувати картоплю та крохмаль. Але, як відомо, у взаємодії з речовиною крохмаль не дає жодної реакції. З метою виготовлення хімічного елемента використовується метод зацукрування. А для того, щоб його зацукрувати, потрібні певні ферменти, вони присутні в солоді. Роблячи етанол із зерна без хімічних домішок, спостерігається вихід натурального продукту.
Технологія виробництва метанолу
Технологія виробництва спиртової хімічної речовини в домашніх умовах може складатися з декількох етапів.
Нижче надаються найголовніші:
- Виробництво метанолу за допомогою солоду. Зерна культурних рослин необхідно пророщувати в невеликих посудинах, при цьому їх розсипають в один шар приблизно до трьох сантиметрів. Пам'ятайте, що попередньо пророщені зерно необхідно обробити розчином марганцівки. Після обробки насіння поміщається в ємність і змочується водою. Слід враховувати, що наявність сонячних променів або достатність світла безпосередньо залежить від швидкості проростання зерна. Поверх ємності слід накрити поліетиленовий матеріал або тонке скло, тобто він має бути досить прозорим. Якщо спостерігається зменшення кількості води, її потрібно додавати.
- Наступний етап: обробка крохмалю. Для початку добуємо крохмаль із продукту, який обраний для виготовлення етанолу. У цьому випадку це картопля. Злегка зіпсовану картоплю необхідно варити доти, доки з води почне утворюватися клейстер. Далі чекаємо, поки продукт охолоне, тим часом подрібнюємо солод. Потім перемішуємо два продукти. Далі відбувається процедура розщеплення крохмалю, її необхідно проводити при температурі не менше 60 ˚ С. Тепер суміш поміщається у посуд з гарячою водою та залишається на 1 годину. Після закінчення часу виріб повністю остуджують.
- Етап бродіння. Як відомо, бродіння характеризується присутністю в алкоголі елементів, що містять. Проте брагу назвати алкогольним напоєм неможливо. Після остигання суміші додаються дріжджі, які здатні вступити в реакцію навіть за кімнатної температури. Однак якщо температура піднімається вище - бродіння продукту природно відбуватиметься швидше. При значній спеці процедура бродіння закінчиться через три доби. При цьому продукт можна відчувати м'який запах зерна.
- Наступний етап – це перегонка. За допомогою чого вона робиться? Для цього використовують спеціальний апарат для виробництва спирту в домашніх умовах.
- Заключним етапом вважається технологія очищення. Можна сказати, що метиловий спирт готовий, але зауважується, що рідина не прозора. Саме тому і робиться очищення. Вона проводиться шляхом додавання розчину марганцівки. У такому вигляді залишаємо метиловий спирт на добу, потім фільтруємо - продукт готовий.
Як бачимо, технологія виготовлення домашнього спирту досить проста і не вимагає додаткових зусиль.
Виробництво етанолової речовини з тирси
В останні роки значно знизилася викопна сировина, яку можна використовувати для виготовлення етилового спирту. Спостерігається нестача зерна. Однак виробництво спирту з тирси не найгірший варіант, так як цей сировинний продукт постійно оновлюється після закінчення років.
Однак виготовлення речовини з тирси вимагає деяких навичок, і плюс до всього виробник повинен мати спеціальне обладнання, без якого буде трудомістко виготовляти етанол. Виробництво спирту з тирси в домашніх умовах має високу популярність, так не вимагає високих витрат.
Як відомо, свій виготовлений етанол не порівнюється із заводським варіантом. Продукція, виготовлена в господарських умовах, є якіснішою, адже кожен інгредієнт відрізняється своєю унікальністю. З тирси виробляти спирт значно простіше!
Як виготовляти спиртний продукт вдома?
Виробництво етилового спирту у домашніх умовах ведеться при використанні спеціального апарату. Цей апарат здатний проводити процедуру розщеплення певних елементів, і навіть проводити хімічні реакції з-поміж них. Звичайне обладнання виготовлення спиртної продукції може виглядати як міні заводи. Виготовляти у них можна будь-які види алкогольних напоїв.
Вивчити технологію приготування етилової речовини досить просто, при цьому виріб виходить високоякісним. Що із цього можна отримати? По-перше, це продукція алкогольного характеру з високою якістю, а по-друге, повністю відбувається окупність власних витрат, для цього потрібен спеціальний апарат.
Наприклад, якщо використовується цукор у кількості 20 кг, із нього виходить до 12 літрів алкоголю. При цьому відсоток метанолу сягає 96%. З цього розрахунку виходить 25 пляшок горілки по півлітра. Крім того, електрики, яку споживає апарат, буде витрачено близько 25 квт.
Таке обладнання здатне використовувати усі завантажені продукти за призначенням. Вихід продукту, непридатного для пиття, що виробляється при першій обробці, можна використовувати як очищувач для скляних поверхонь та вікон. Також такий апарат можна встановити самостійно, користуючись необхідними схемами та кресленнями. Таке обладнання легко впорається з виробництвом метилового спирту.
Обладнання для виробництва спиртних продуктів має деякі принципи своєї роботи. Апарат має спеціальну горловину, що заповнює бак необхідною рідиною. У вигляді такої рідини може бути брага. За допомогою нагрівальних пальників продукт нагрівається до кипіння. Після цього апарат і устаткування потрібно перевести в нормальний режим.
Далі відбувається охолодження через холодильне відділення з додатковою очисткою пари від непотрібних домішок. Очищена речовина потрапляє в бак, а пари в холодильник, в якому охолоджуються до стану рідини. Апарат для спирту здатний виробити встановлений норматив. Результатом цієї процедури виступає алкоголь високоякісного приготування.
