Современные технологии при производстве этилового спирта

Введение
Актуальность. Мировое производство этилового спирта из различного сырья в текущий период составляет 6,5-7 млрд дал в год. Ежегодное увеличение объемов производства последние 10 лет составляло 5-10%. При этом только порядка 25% производимого этилового спирта расходуется на пищевые, медицинские цели, а большая часть используется для производства химической продукции, при органическом синтезе, для энергетических целей - получения оксигенатов или в качестве топливной добавки и т.д.
Этиловый спирт активно используется во многих народнохозяйственных сферах: пищевой, химико-фармацевтической, парфюмерной, микробиологической, где он представляет собой первооснову многих видов продукции. Требования к качеству спирта значительно разнятся, что обусловлено спецификой его использования, а также характеристиками и режимами технологических операций в процессе производства.
В состав любого алкогольного напитка входит этиловый спирт. Изготовление такого продукта зависит от того, в какой области он в дальнейшем будет применяться. Не весь этанол используют для создания спиртных напитков, поэтому у многих потребителей нередко возникает вопрос, из чего получают спирт этиловый. Кроме этого, постоянное совершенствование технологий увеличивает интерес к изучению вопросов, касающихся технологии производства этилового спирта.
Цель данной работы заключается в изучении технологий, применяемых при производстве этилового спирта. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- рассмотрена основная технологическая схема получения этилового спирта;
- изучены современные технологии, которые используются в процессе производства этилового спирта.
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступает этиловый спирт, а предметом исследования являются современные технологии, используемые при изготовлении этилового спирта.
1 Основная технологическая схема получения этилового спирта
В спиртовом производстве применяется древесина хвойных пород, при гидролизе которой достигается более высокий выход гексоз по сравнению с пентозансодержащим сырьем. Технологическая схема получения этилового спирта включает в себя:
1. Узел приема, складирования, подготовки и подачи сырья на гидролиз, который функционально разделяется на следующие объекты:
- открытое приемное устройство для привозной щепы и опилок;
- биржа дров с приемным устройством;
- рубительно-сортировочная станция;
- открытый склад подготовленного сырья с системами пневмотранспорта;
- расходный силосный склад сырья бункерного типа с системами пневмотранспорта подачи сырья на гидролиз [1].
2. Гидролизное отделение. Предварительно подготовленное сырье загружается через воронку в верхнюю горловину гидролизаппарата. Концентрированную серную кислоту из мерника плунжерным насосом подают в угловой смеситель, где она разбавляется горячей водой до требуемой концентрации. Гидролиз проводится при температуре 175 ºC в течение 200 минут. Выгрузка твердого остатка после гидролиза – технического лигнина, производится в циклон.
3. Отделение подготовки гидролизата к биохимической переработке. Отбираемый гидролизат температурой 170–180 ºC охлаждается путем самоиспарения в последовательно соединенных испарителях, до температуры 105 ºC и поступает в инвертор для дополнительного гидролиза. Пары самоиспарения от испарителей и инвертора направляются в сборник ФСК, для получения дополнительного количества товарного фурфурола. Гидролизат из сборника подается в нейтрализатор, куда также поступает необходимое количество известкового молока и направляется в выдерживатель для роста кристаллов гипса. Нейтрализат поступает в отстойник. Шлам осаждается на днище отстойника, а осветленный нейтрализат сливается в желоб, откуда отбирается в сборник осветленного нейтрализата

. Осветленный нейтрализат охлаждается путем непрерывного последовательного вакуум-испарения в четырех ступенях испарителя.
4. Бродильное отделение. Уравнение спиртового брожения было предложено Гей-Люссаком в ХIХ веке
С6Н12О6→2С2Н5ОН + 2СО2 + Q (220 кДж/моль). (1)
Подготовленное сусло из сборника направляется в дрожжанку, где происходит смешение сусла с отсепарированной дрожжевой суспензией. В дрожжанке происходит взбраживание. Из дрожжанки смесь сусла и дрожжей подается в головной ферментатор спиртового брожения. В последовательно соединенном хвостовом ферментаторе происходит стадия дображивания. Спиртовое брожение проводится в анаэробных условиях при 32–34 ºC в течение 5–7 ч. В результате брожения образуется промежуточный продукт спиртовая бражка, которая направляется на сепаратор для отделения дрожжевой суспензии.
5. Ректификационное отделение Для получения товарного этанола спиртовая бражка направляется в ректификационное отделение. Для предварительного подогрева бражка подается из сборника на дефлегматоры бражной колонны, а затем на питающую тарелку этой колонны. В исчерпывающей части бражной колонны происходит отгонка этанола до остаточного содержания в барде менее 0,02 %.
Спиртовой конденсат направляется в эпюрационную колонну для очистки от легколетучих примесей. Легколетучие примеси в виде эфирно-альдегидной фракции (ЭАФ) подаются для дополнительного концентрирования на эфирную колонну, спиртовой раствор из кубовой части эфирной колонны возвращается в эпюрационную колонну. ЭАФ конденсируется и направляется на сжигание. В нижней части эпюрационной колонны отбирается эпюрат и направляется для очистки и укрепления в спиртовую колонну. Назначение спиртовой колонны – доведение крепости спирта до установленных стандартом норм и его очистка от сивушных масел.
Высшие спирты, входящие в состав сивушных масел отбираются в укрепляющей части колонны. Отобранные сивушные масла конденсируются в холодильнике, поступают в декантатор, где промываются водой (промывка ведется для снижения потерь этанола). Из кубовой части спиртовой колонны отбирается лютер.
На метанольной колонне производится окончательная очистка этилового спирта от легколетучих примесей, которые отбираются в виде эфирной фракции и метанольной фракции. Для предотвращения разбавления спирта конденсатом греющего пара обогрев метанольной колонны производится глухим паром с помощью выносного подогревателя. Из кубовой части метанольной колонны отбирается этанол, он проходит через холодильник, смотровой фонарь (прибор, который регистрирует крепость спирта). Затем количество полученного спирта регистрируется контрольным снарядом (расходомер) и через сборник готовой продукции направляется на склад [2].
2 Современные технологии при производстве этилового спирта
Наиболее популярны два метода его получения: микробиологический и химический. Первый предусматривает процедуру сбраживания сахаров дрожжами-сахаромицетами. Эта технология широко используется в случае мини производства спирта. По второму методу его получают из этилена путем каталитической гидратации – данная технология тесно связана с применением биологических ферментов-катализаторов. В результате химического синтеза осуществляется производство технического спирта, а при биологическом – пищевого и врачебного [3].
Сырьё для производства этилового спирта нужно выбирать с учётом конечного продукта, который необходимо получить. Для изготовления этанола класса Экстра и Люкс необходимы зерновые культуры, для высшего и первого сорта возможно использование любого продукта с содержанием крахмала.
Виды сырья для переработки довольно разнообразны. Самым продуктивным из них является сахар, из 10 кг этого сырья получают 5 и более кг чистого спирта. Однако сахар - дорогой продукт.
Можно использовать зерновые культуры, в том числе рис и кукурузу. Из пшеницы получают до трёх литров спирта. Сахарная свёкла, картошка и фрукты (виноград, сливы, яблоки) являются наименее производительным сырьём, они дают всего один литр спирта