1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Поэтому зребуется подготовка минимального количества субстрата. Характер предварительной подготовки сырья изменяется в пределах от мокрого измельчения до простой стерилизации. Так, для получения сока сахарного тростника производится его расщепление без экстенсивного разделения или очистки. Процесс ферментации целлюлозы также исключает такие этапы, как разделение или очистка. Склонные к ферменщции твердые вещества, входящие, как правило, в состав биомассы, представляют природные полимеры с ферментирующимися мономерами-сахарами. Полимеры отличаются стойкостью к физическому разрушению, и поэтому их разрушение осуществляется с помощью ферментов или кислот. Сопротивление полимеров к расщеплению находится в прямой зависимости от размера и сложности структуры молекул. Размеры капитальных затрат на приобретение оборудования для ферментации биомассы определяются технологией превращения сырья в ферментирующиеся сахара.
При этом капиталовложения на оборудование для транспортирования, сухого измельчения и расщепления зерна значительно выше затрат на приобретение насоса и стерилизатора для доставки ферментируюшегося потока отходов надлежащей концентрации. 1.2. Расходы на предварительную подготовку Эксплуатационные расходы зависят от технологии переработки сырья, что в свою очередь влияет на количество оборудования и расход энергии и ферментов.
Кроме того, эти эксплуатационные расходы зависят от глубины, с которой могут ферментироваться твердые вещества сырья. 1.3. Стоимость сырья Важное значение имеет стоимость сырья, подаваемого на переработку. Согласно современным оценкам, на сырье этанольной ферментации приходится 2,'3 производственных расходов.
К сожалению, многие из легко ферментирующихся субстратов являются источником других не менее ценных продуктов, что естественно сказывается на их стоимости. По более низкой цене доступно менее надежное сырье, которое обычно требует большей предварительной подготовки и дает меньшие выходы этанола, считая на перерабатываемую массу. Примером такого сырья являешься целлюлоза — дешевое, имеющееся в изобилии, но очень стойкое к ферментации сырье. 1.4. Компенсация расходов за счет реалиэнцни побочных продуктов Для повышения экономичности ферментации важное значение имеет возможность реализации побочных продуктов. Так, например, хлебные злаки, особенно кукуруза, являются очень привлекательным сырьем благодаря ценности неферментирующихся компонентов.
Компенсация расходов на процесс ферментации за счет остатков, образующихся после фермент.ации кукурузы (гак называемой барды), может составить 583,' общих производственных расходов [23. 2. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА Детальный проект системы ферментации может быть разработан после того, как будет выбрано сырье. В зависимости от этого используется различное оборудование. Некоторые схемы технологического процесса представлены на рис.
1, 2 и 3 и в табл. 1. Измельченне. Перед переработкой большая часть твердых материалов измельчается. Для измельчения зернового сырья обычно используют дисковые мельницы, вращающиеся плоские плиты с выступающими зубьями для разрыва зерен. Отделение сока сахарного тростника или тщательное измельчение целлюлозы, чтобы добиться приемлемых выходов ферментирующихся материалов 14, 51, осуществляезся с помощью шаровых мельниц или путем обработки сильными растворителями. ,й а И ~о о о х О, 6 о о й о й, О Ф $ъ~ В ъь $ о О о Ю й з Я 3. й' о о й 3 й Й Мс, Р~ Ц~ 4ь ~ч ~с ь$ Ц ° р ~ Ь ~~3~'~~ о Д В о о 1 б у ~~ 4Э Й о .
Л о р. Й.~ 3 Ф~ 4 ч ф ф 1 з Ь ф $ ОО 8 ф Ж й 3 й о И, 4 Ф Ю 3 И ~ Й й ж 0 Я Я М 5 о о б 5 Я д . о <'3 3 о о 6 . Л Й~ю Ы 329 Компоненты 1 869 263 2295 182 351 Крахмал Протеин Масляная жидкостьужир Прочие твердые вещества Диоксид углерода Вода 3 579 182266 1 433 1 520 ферментацня мелаееы А Поток Б Поток В Непрерывная Компоненты Поток Сахара 7 720 Протеин 728 Масляная жидкость/жир 146 Прочие растворимые вещества 3 204 Диокспд углерода Вода 2 768 Поток Г 767 146 3 551 195134 3 579 1 433 200 682 Итого Компоненты 3 441 Зтанол Вторичные продукты Бензол Вода Немного 17 77 290 3458 77 и ф $;- а о я и и о й р и я о о 8 Й ~ ч * о о и о з б '.
о Ж р Способы получения знсргии из биомассы Гайсина 1. Общий материальный баланс и баланс по компонентам системы фер ментации для производства зтанольного топлива (38 млн. л в год) Периодичеекав ферментвааа зерновых злакев 1-й поток 2-й поток 3-й поток 6 999 1 669 263 2096 12 547 182 266 501 2 186 778 14566 200682 5012 199598 Отгонка зтанола 5-а поток 6.й поток 7-й ноток 8-й поток примечание. питаюитмме ющсства прн работе с мсиассоя н» требуются.
Змачснна есиичнм приаенеим е «с/ч. Гидролиз субстрата. После измельчения субстрат подвергается гидролизу для образования ферментирующихся сахаров из углеводных полимеРов. Наиболее ферментирующейся частью зерен злаков является крахмал, который после обработки высокотемпературными ферментами на этапе «варки» полностью сжижается. Гидролиз завершается образованием глюкозы с помощью второго фермента При ферментации целлю- 33О Часть Н Способы получения энергии из биомассы 331 лозы также образуются стойкие к разложению твердые остатки )63. В современных условиях целлюлоза может быть гидролизована с помощью ферментов или кислот в процессах, более сложных, чем гид олиз к ахмала.
П и р . '. ри получении сока сахарного тростника или мелассы гидронет необходимости в гидролнзе, поскольку образующийся твердый остаток является ферментируюшимся. Стерилизация сырья. После измельчения и суспендирования или растворения субстрат должен быть освобожден от конкурирующих мик оо учаях, когда для стерилизации субстрата недосгаточно высокотемпературного гидролиза.
проводят самостоятельную стерилизацию. Эта операция может быть осушествлена в ферменте ах р дического действия с подводом жидкой среды перед ферментацией после нагревания. Однако при этом сокращается рабочая емкость ферментера. В случае непрерывной ферментации необходима предварительная стерилизация субстрата; для растворимых субстратов могут использоваться стандартные теплообменники и емкости с надлежащим временем удержания. Для стерилизации твердых субстратов, образуюших суспензии, требуешься более сложное оборудование, поскольку должен обеспечиваться прогрев всей массы. Концентрация ферментирующихся твердых вешеств. Конечная стадия подготовки сырья состоит в его разбавлении для получения определенной концентрации твердых веществ, способных к ферментации, Концентрация определяется способностью микроорганизмов выдерживать действие образующегося этанола при эксплуатационных условиях фе ментации.
Такие условия устанавливаются на основании баланса межд р д тельностью при высокой концентрации и большими между выходами при низкой концентрации сырья. 2.1. Этаиольцая фермеитация" Периодическая ферментация. Некоторые виды сырья могут подвергаться только такой ферментации. При ферментации сырья из хлебных злаков неферментируюшуюся часть обычно также приходится пропускать через ферментер. Извлечение дрожжевых клезок из твердых веществ, содержащихся в ферментационной жидкой фазе, при непрерывной реци куляции неэффективно и неэкономично. Суспендированные субстраты чувствительны к загрязнению, которое легче предотвратить при периодической ферментации.
Для периодической фермеитации требуется ряд ферментеров, действуюших последовательно. В типичных случаях полный ферментационный икл в о. но ц д м аппарате периодического действия продолжается 2-3 сут, Емкость аппарата должна быть такой, чтобы обеспечивалась "Вн т ее в В настояшее время этанол в США получают, как правило, синтезом из этилена ) 73. ферментация сырья в присутсгвии отходяших продуктов, а остальная часть установки эксплуатировалась на непрерывном потоке. Поэтому для проведения периодического процесса используются фермеитеры большой емкости.
Непрерывная ферментация. Такая ферментация осушествляется обычно при использовании растворимого сырья. В случае растворимого сырья рециркуляция дрожжевых клеток не вызывает затруднений, и, кроме того, легче осуществляется его стерилизация. При непрерывной ферментации требуется более сложное контрольно-измерительное оборудование и оборудование для извлечения дрожжей. Однако затраты на приобретение в малых установках компенсируются за счет меньших капиталовложений на сооружение ферментеров меньшей емкости. Снабжение лрожжами.
Для нормально1о производства этанола важное значение имеет наличие соответствуюшего штамма дрожжей. Дрожжи могут покупаться на стороне или производиться на месте. Экономически, по-видимому, более выгодно разводить штамм в среде, ~де перерабатывается субстрат. В этом случае штамм приспосабливается к субстрату и окружаюшим условиям. Для приготовления посевных культур с достаточным количеством дрожжевых клеток использую~ся ферментеры меньшего размера, чем для ферменэации субсзрата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
