1598005442-bd41ad96c45193b3fdd4d03a682e8790 (811217), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Периодическая ферментация предпочтительна при производстве спиртных напитков, а также в большинстве случаев производства этилового спирта, так как технология периодического производства относительно проста, не требует тщахельного контроля, как при непрерывном типе производства. Перегонка. Цель начального этапа перегонки — отделение жидкости от твердых частиц в сбраживаемой массе. Фракционирование дистиллята дает раствор, содержащий 50 — 70% спирта, а при последующих (водных) перегонках концентрация спирта может быль 90 — 9 .
90- 94 %. Более высокие концентрации обычно невозможны вследствие образования азеотропной смеси спирт — вода при концентрации этанола около 95 %; таким образом, в последующих перегонках используют азеотропообразователь (например, бензол, циклогексан) с получением 99,9%-ного этанола. К оме спирта, процессы брожения и перегонки дают остатки и стоки, которые следует удалять. Остаток от перегонки имеет высокую споСОбность к поглощению кислорода вследствие наличия несброженныХ сахаров и других компонентов биомассы.
Объем этих остатков в 15 раз 57 Древесина Лигнин и рествориыые в вона вещества Перегоика из куба Рнс. 14. Превращение древесины в спирт. больше объема произведенного спирта. Остатки обычно сбрасывают в реки и моря, а также вносят в почву. На рисунке 14 схематически показан типичный процесс получения топливного спирта из древесины [22] . В литературе описано много дру. тих вариантов с использованием иных источников углеводов, начиная от соломы и отходов бумажной промышленности и кончая городским мусором [23].
Спирт как топливо. Спирт может быть использован в качестве бойлерного топлива при высокой термической эффективности (75 — 80%), но по сравнению с топливной нефтью его теллотворная способность составляет только бб% по массе, или 57% ло объему. Смесь спирта с водой, полученная в результате водной перегонки, может быль использована непосредственно в качестве заменителя бензина в двигателях внутреннего сгорания, правда, они должны быль соответствующим образом приспособлены для этой цели. Основными показателями топлива являются его потребление и рабочие характеристики. Газохол представляет собой смесь 99,9%-ного этанола с автомобильным бензином, которая может содержать до 20% спирта.
Хотя спирт повышает октановое число (антидетонационные свойства) бензина, улучшение рабочих характеристик смеси не доказано; автомобили, однако, могут использовать газохол как после небольших переделок, так и без них. 3.4. АНАЭРОБНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ Некоторые органические молекулы биомассы могут подвергаться анаэробному разложению в результате деятельности микроорганизмов. Основные продукты распада — диоксид углерода, метан и большое число микробных клеток. В природе этот процесс протекает в гнилостной 58 среде. С прошлого века его использовали для обработки больших количеств шлама (осадка сточных вод). Главное преимущество этого метода — сокращение числа и обезвоживание твердых частиц стока, а также снижение количества твердых частиц вторичного отстоя очистительных установок. Только крупные канализационно очистные сооружения используют выделившийся метан как источник энергии; небольшие очистные сооружения, имеющие реакторы, могут сжигать газ или использовать его для подогрева самих реакторов.
Из 5000 канализационно очистных сооружений в Великобритании только около 300 имеют реакторы ° [24]; с появлением фирм, поставляющих готовые реакторы, это число стало увеличиваться. За последние годы была предложена технология удаления навоза на крупных предприятиях интенсивного животноводства; удаления стоков с предприятий, занимающихся переработкой биологических продуктов, например переработкой продуктов питания; превращения биомассы в энергию. Зта технология — одна из наиболее простых среди технологий получения топлива из биомассы. В резулыате эта технология особенно пропагандировалась для использования в странах третьего мира, где устанавливается бо)зьшое число реакторов.
Химия. Среди различных категорий углеродсодержащих соединений биомассы разложение углеводов наиболее важное, и этот процесс в достаточной мере исследован. Лилиды и жиры, белки, а также другие азотистые соединения также катаболизируются. Биомассу могут разлагать различные микроорганизмы. Организмы, участвующие в разложении лолисахаридов, делятся на две группы. В первую группу входят организмы, осуществляющие пщролиз и превращение биомассы в иизкомолекулярные карбоновые кислоты и водород.
Вторая группа превращает продукты первой реакции в метан и диоксид углерода. Скорость гидролиза полисахаридов зависит от их типа. Как было показано в предыдущем разделе, крахмал гидролизуется относительно легко„в то время как целлюлоза в сочетании с лигнином может разлагаться очень медленно или не разлагаться совсем. Образовавшиеся моносахариды, например глюкоза, подвергаются дальнейшему разложению лод действием ферментов до лируватов, а затем — до различных продуктов, основными из которых являются уксусная кислота и водород. Затем под действием других микроорганизмов происходит превращение этих продуктов в диоксид углерода и метан: — [СеНюОз! п-~лСеНООе -+ 2гзСНзСОСООН+ 2лН,; СНзСОСООН+ НзО 'СНзСООН+ СОз + 2Нз, 2СНзСООН+ 4Нз -з ЗСН4 + СОз е 2Нз О. Метаногенные организмы очень легко подвергаются самоотравлению, в результате чего прекращается рост и происходит накопление диоксида углерода, водорода, ацетатов и пропионатов.
59 Белки разлагаются в реакторах до аминокислот и олигопептидов, которые могут дезамннироваться до аммиака или войти в состав живой биомассы. Может также произойти расщепление небелковых азотистых соединений до кислот, диоксида углерода и аммиака. Жиры, по-видимому, расщепляются вследсхвие гидролиза на глицерол и жирные кислоты, Уксусная кислота и водород, образовавшиеся в результате разложения жирных кислот, превращаются в метан под действием метаногенных бакхерий: Триглицерид+ НзО-+ СН, — (СНзСНз) и — СООН+ глицерол; СНз — (СНзСНз) п — СООН+ 2пНз О ь 1п + 1)СНзСООН+ 2пНз.
Технология. Современная очистная установка может быть вмесхимосхью ох 500 до 4500 мз. Крупные емкости строятся из бетона и стали. Стальные емкости покрывают изоляционным материалом( а поверхность, находящуюся в контакте с содержимым реактора, — эпоксидной смолой или аналогичным материалом. Содержимое перемешиваюх с помощью крыльчатки нли винтового насоса, расположенных в емкости, а также путем прокачки жидкости через внешний обводной трубопровод или путем повторной циркуляции отходящих газов.
Перемешивание и нагрев часто чередуются или осуществляются одновременно; перемешивание служит в основном для предотвращения образования лове хиос хных корок, особенно при обработке сельскохозяйсхвенных отходов. п рхНагревание необходимо потому, что при умеренной хемпературе окружающей среды реакция протекает слишком медленно; нагрев до 30— 35 'С одновременно обеспечивает высокую скорость реакции и в то же время позволяех избежать чрезмерных расходов. Реактор должен работать по возможности непрерывно, так как прерывистая работа малоэффективна.
Для обеспечения непрерывной подачи материала устанавливается специальная емкость, а для отвода используется уровень. Небольшие очистные сооружения часто имеют систему загрузки партиями (при наличии первичных и вторичных сточных осадков) . Время нахождения жидкости в реакторе обычно составляет от 10 до 30 дней; в случае хрудносбраживаемых материалов и при теьхпературах, ниже оптимальных, зтн сроки могут увеличивахься до нескольких месяцев. Реакторы для навоза, других органических отходов и растительных остатков мало отличаются от систем, описанных выше. Поскольку схоимосхь реакторов для отбросов и сточных вод при проектировании их только для производства биотоплива крайне высокая, был предложен ряд более дешевых вариантов, например резинопластиковые надувные емкости, емкое~и, вьтрыхые е земле и выстланные спепиальными материалами, р ты должны рассматриваться как экспериментальные, п о так как их срок службы значительно короче, чем срок службь боле р чных и надежных систем, описанных выше.
60 таблица 2ч. 11араметрм процессов ири анаэробном Разложении 40-90 10-50 0,25 — 0,5 0,01-0,025 Свинов навоз Растительные остатки и т. д. 0 001-0 01 Р 0 0$- 0 2 61 В блице 29 показаны выход, продуктивность и степень превраще. ния сырья при анаэробном разложении биомассы. Цифры представляют собой типичные значения, взятые из литературы; совершенно ясно, что все три парамехра невысоки по сравнению с другими методами обогащения биомассы. Наиболее легко превращаемым материалом является навоз нежвачных животных, а также легкогидролизуемый крахмал, белки и моносахариды. Растительные осхатки, отходы целлюлозы и навоз жвачных трудно разлагаются н требуют длихельного нахождения в реакторе.
Загрузка реактора зависит от типа материала; обычно посту. лающий материал содержит 3% твердых частиц при максимальном их содержании 5 %. Были сконструированы реакторы для более концентрированного материала, однако здесь возникает проблема с перекачкой. Разлагаемая часть отходов (летучие хвердые частицы) можех составляхь до 90% общего количества твердых частиц, но обычно их доля составляет около 70%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
