Производство спирта

Что касается этилового спирта как топлива, то почти все существующие способы его производства основаны на переработке сока сахарного тростника, сахарной свеклы, кукурузного крахмала. Процесс состоит из множества стадий: выращивание растений, их уборка, перевозка на заводы, приготовление сусла, сбраживание, перегонка, обезвоживание, денатурация, приготовление смесей и реализация продукции. Кроме того, приходится решать вопрос об удалении и переработке отходов.

При получении этилового спирта из сахарсодержащих культур отжим содержащего сахар сока ведется стандартными способами. Простые сахара из сахарного тростника можно получить механическим отжимом сока, а в случае сахарной свеклы – диффузионным методом.

Крахмальное сырье нужно механически измельчить до консистенции жидкого теста, а затем нагревать до разрушения крахмальных зерен. Далее можно применить различные варианты гидролиза, основанного на использовании разных сочетаний кислот или применении ферментов. Весовой выход продукта зависит от природы используемого сырья: из 1 кг сахарозы можно получить до 0,65 л спирта, а из 1 кг крахмала - 0,68 л спирта.

В настоящее время главные сложности, связанные с производством спирта как горючего, связаны с тем, что сырье для этого процесса является одновременно и сырьем для производства пищевых продуктов и кормов. Из-за этой конкуренции стоимость сырья весьма высока. В зависимости от типа сырья 60-85% конечной продажной цены получаемого сегодня спирта составляет стоимость сырья.

Производство этилового спирта при помощи дрожжей основано на давно устоявшейся технологии. Для получения топливного спирта необходимо осуществить ряд процессов: подготовить сырье, провести брожение, отгонку и очистку, обезвоживание, денатурацию и организовать хранение.

Объем производства крупных спиртовых заводов может быть очень большим: они ежегодно потребляют тысячи тонн сырья и выпускают миллионы литров продукции. Наибольший вклад в энергобаланс страны производство этилового спирта дает в Бразилии. В 1982 г. там было получено 5•10⁹ литров спирта. Схема процесса производства этанола представлена на рисунке 4.

Технический спирт применяют главным образом как горючее для двигателей внутреннего сгорания. Чаще всего его используют в смесях, но при наличии подходящих машин и в чистом виде.

Хотя этиловый спирт можно использовать для приготовления пищи, обогрева, освещения или производства пара и электричества, особой выгоды получить здесь не удается. Дело в том, что в процессе превращения биомассы в этанол происходит значительная потеря энергии. Энергия потребляется на всех стадиях переработки спирта. Больше всего тратится ее на концентрирование и обезвоживание при перегонке. Энергию эту можно получить из отходов сырья (соломы и т.д.), сжигая древесину или ископаемое топливо: газ, нефть или уголь. В целом энергозатраты на переработку спирта близки к количеству энергии, получаемой в форме спирта. По этой причине энергообеспечение всего процесса должно идти либо за счет переработки отходов, либо за счет использования самого дешевого топлива.

Рис. 4. Схема производства этанола

Основную массу вырабатываемого на крупных предприятиях спирта получают сегодня при помощи дрожжей. Существует три основных способа сбраживания сахарсодержащего сырья: периодический, периодический с повторным использованием клеток и непрерывный.

По завершении сбраживания концентрация спирта составляет 6-12%. Она зависит от штамма дрожжей и начальной концентрации сахара. Важно достичь наивысшей концентрации спирта, так как от этого зависит расход пара на перегонку.

Дополнительный пар нужен для получения безводного спирта из смеси вода – зтиловый спирт, кипящей при постоянной температуре. Обычно для этого используют десятикратный по отношению к количеству удаляемой воды объем бензола. Сначала при 64-84 ⁰С отгоняется смесь бензола, воды, спирта, а после удаления всей воды, при 68,25 ⁰С – другая смесь бензола и спирта. После отгонки всего бензола остается лишь абсолютный спирт, который собирают, а бензол используют повторно.

Главным побочным продуктом производства являются: СО₂, дрожжи, сивушные масла и остатки сырья. Каждый из них обладает определенной ценностью, но переработка жидких остатков может быть затруднена. В большинстве случаев, так как за пищевой спирт нужно платить большой налог, его денатурируют. Для этого добавляют вещества, придающие ему горький вкус, или смешивают его с бензином.