Fabricação de Etanol a partir de Melaço

1 Introdução


O etanol é um líquido incolor e volátil, inflamável, claro. O etanol é um bom convívio. Também é usado como germicida, bebida, anticongelante, combustível, depressor e intermediário químico.Pode ser feita pelo processo de fermentação de material que contém açúcar ou do composto que pode ser convertido em açúcar. A enzima de fermento facilmente fermenta sacarose para etanol. 
Fórmula molecular -C2H5OH 
Peso molecular- 46,07 
Densidade - 0,791 a 20 ° C 
Ponto de ebulição - 78,3 ° C


Reações químicas:

(a) Reação principal 

 
invertase
 
C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6


zimase 
6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 ΔH = -31,2 kcal 
Etanol de glicose

(b) Reação lateral

2 C 6 H 12 O 6 + H 2 O → ROH + R'CHO 
Óleo de Fusel

O etanol é matéria-prima para muitas indústrias químicas orgânicas a jusante na Índia. 
Matéria-prima: Melaço

29.2. Função funcional de várias unidades

 

(a) Tanque de armazenamento de melaço:

  • • Melaço é licor obtido como produto de indústrias açucareiras.

• O melaço é um material viscoso pesado, que contém sacarose, frutose e glicose (açúcar invertido) a uma concentração de 50-60 (peso / volume).

(b) Tanque de esterilização:

  • • Levedura é esterilizada sob pressão e depois arrefecida.

(c) Tanque de cultivo de fermento:

  • • O fermento cresce na presença de oxigênio por brotação.

• Levedura é cultivada com antecedência.

(d) Tanque de armazenamento de fermento:
  • • O fermento é unicelular, oval e 0,004 a 0,010 mm de diâmetro.

• PH é ajustado para 4,8 a 5 e temperatura até 32 ° C

(e) Tanque de fermentação:

  • • As mudanças químicas são trazidas pela ação das enzimas invertase e zimase secretada por fermento no melaço.

• A fermentação é anaeróbica,

• O calor é desenvolvido, que é removido por bobinas de resfriamento.

• O tempo de permanência é de 30 a 70 horas e a temperatura é mantida a 20-30 ° C

• 8-10% de álcool em volume (cerveja) é produzido por processo de fermentação.

• Adiciona-se HCl ou ácido sulfúrico para obter 4,5 PH.

(f) Diluter:

  • • Aqui o melaço é diluído a 10 a 15% de solução de açúcar.

(g) Scrubber:

  • • O dióxido de carbono é liberado e utilizado como por produto.

• O subproduto CO 2 contém um pouco de etanol devido à evaporação líquida de vapor e pode ser recuperado por lavagem à água.

• A água é enviada de volta ao fluxo de diluente contínuo.

(h) Cerveja ainda:

  • • 50-60% de álcool e aldeído são produzidos.

• Slops são removidos como produto inferior.

• Slop é concentrado por evaporação para alimentação de gado ou descarregado como resíduo.

• Slop contém proteínas, açúcar e vitaminas.

(i) Aldehyde ainda:

  • • Líquido volátil indesejável; O aldeído é retirado do topo da calda.

• Do fluxo lateral, o álcool é alimentado para o decantador.

• É coluna de destilação extrativa, e opera a uma pressão de 
cerca de 0,6-0,7 MPa.

(j) Decanter:

  • • O óleo de Fusel que é álcool de alto peso molecular é recuperado por decantação.

• O óleo de Fusel é fraccionado para produzir álcool amílico ou é vendido diretamente.

• O princípio por trás da extração do óleo de fusel do etanol é que os álcoois superiores são mais voláteis do que o etanol em solução contendo uma alta concentração de água.

(k) Coluna de retificação:

  • • Na coluna, a mistura azeotrópica de álcool e água de 95% de etanol é retirada como produto secundário.

• Este etanol a 95% é condensado em condensador e armazenado no tanque de armazenamento.

• O fluxo lateral é retirado e enviado ao decantador.

• Na parte inferior, a água é descarregada.

• Aqui, as misturas de álcool e água são rectificadas para aumentar a força do álcool.

(l) Tanque de armazenamento:

  • • Do tanque de armazenamento, três fluxos são evoluídos:

• Venda direta como portátil.

• Para uso industrial.

• Ainda anidro para produzir 100% de etanol.

(m) Tanque de mistura:

  • • Para a produção de álcool desnaturado, o desnaturante é misturado com o etanol a 95% produzido a partir da coluna de retificação.

• O desnaturante é normalmente metanol (10% em volume)

(n) Destilação azeotrópica de Ternary:

  • • O produto da coluna de retificação é um azeótropo mínimo de ebulição ternário de etanol, água e benzeno.

• O benzeno é um agente azeotrópico.

• Aqui, principalmente, duas unidades estão presentes; Anidro ainda, decantador, stripper e poucos permutadores de calor.

• O produto anidro de etanol a combustível (100% etanol) é produzido.

• A integração do calor e a recuperação de energia desempenham um papel vital na redução dos requisitos energéticos.

3 Perguntas Técnicas

1. Explique o processo de destilação azeotrópica para a fabricação de etanol a 100%?

Ans: O processo de separação de etanol e água é intensivo em energia. A separação completa do etanol e da água não é possível por simples destilação. Isto é devido ao fato de que o etanol forma um azeótropo de ebulição mínimo com água a uma concentração de etanol de 89 moles (96,4%) na pressão atmosférica e 351K. Portanto, um terceiro componente benzeno é adicionado como agente azeotrópico. Com a adição de benzeno, infelizmente, é formado um azeótropo ternário contendo benzeno (53,9% molar), água (23,3% molar) e etanol (22,8% molar) com um ponto de ebulição de 338 K que é inferior ao ponto de ebulição do etanol. Eventualmente, o anidro ainda produz etanol 100% puro como produto de base e azeótropo ternário na parte superior. O azeótropo ternário no arrefecimento se separa em duas fases na unidade de decantação em que duas fases são formadas:

  • (a) Fase orgânica rica em benzeno

(b) Fase aquosa de benzeno e etanol.

Enquanto a fase orgânica rica em benzeno é reciclada como refluxo para o ainda anidro, a fase aquosa de benzeno e etanol é enviada para uma segunda coluna (separador) que separa o etanol / água do benzeno. É interessante notar aqui que o resfriamento permitiu a separação de fase do azeótropo que eventualmente foi mais separado usando stripping.

2. Por que o armazenamento de fermento é necessário?

Resposta: No devido curso do processo de fermentação, é possível que devido a variações na adição de nutrientes, taxas de fluxo e condições do fermentador, pode haver uma possibilidade na variação da concentração de solução de microorganismos. Além disso, a atividade biológica prolongada também poderia estimular a modificação genética. Portanto, a levedura é sempre armazenada após o tanque de cultura de levedura de modo que sempre um estoque de referência esteja disponível e possa ser usado para o crescimento adicional dos microrganismos como cultura celular de base.

3. Qual é a função do depurador?

Resposta: Nos processos de transferência de massa natural, é inevitável que não seja possível a distribuição separada a 100% de compostos como o etanol. O etanol com um ponto de ebulição de 78,3 o C à pressão atmosférica devido a circunstâncias de pressão de vapor existentes entra no ar saindo do tanque de fermentação. Portanto, o etanol produzido pode se perder se deixado à atmosfera como um fluxo de ventilação. Daqui em diante,

4. Por que o melaço é esterilizado?

Resposta: O melaço consistem em outros tipos de microorganismos que contribuem para a produção de outros tipos de álcoois que não o etanol. Portanto, para permitir a maior produção de etanol em comparação com outros álcoois e cetonas, o melaço é esterilizado para a remoção de outros tipos de microorganismos.

5. O que é álcool desnaturado?

Ans: Álcool desnaturado é o etanol que foi tornado tóxico ou inalterável e, em alguns casos, tingido. É usado para fins como combustível para queimadores espirituosos e fogões de campismo, e como solvente. Alguns agentes, tais como benzoato de denatonium, metanol, nafta, pridina, são adicionados ao etanol.

6. Por que o álcool obtido da coluna de retificação não pode ter mais de 95% de força?

Resina: a água forma uma mistura de ebulição constante binária que possui um ponto de ebulição mais alto que o álcool, o álcool anidro e absoluto.

7. Por que os condensadores parciais são usados ​​no processo?

Ans: Um condensador parcial é tipicamente usado em uma coluna de destilação quando o produto desejado é enviado para processamento posterior e os vapores são apenas arrefecidos para obter as taxas de fluxo de refluxo desejadas. Desta forma, em uma seqüência de colunas de destilação, isso levará a economias de energia. A folha de fluxo do processo de etanol consiste em interações complexas de fluxo de coluna em termos de fluxos de refluxo. Por exemplo, para o refluxo para a coluna de aldeído é fornecido a partir de ambos os vapores de destilado que emanam de aldeído e colunas de retificação. Também é interessante notar que as pressões dessas duas colunas de destilação devem ser diferentes. Por outro lado, a integração de calor usando o conceito de permutadores de pré-calor é incentivada para maximizar a economia de energia. Todos estes foram encorajados factualmente pela presença de condensadores parciais. O desenvolvimento de melhores processos a partir de cenários de base é, obviamente, baseado em estudos de projeto de processo rigorosos, seguidos de estudos de planta piloto das opções mais encorajadoras. Portanto, a utilidade de condensadores parciais é, de fato, um rigoroso processo de projeto e engenharia de sistemas.

Referências :

1. Dryden CE, Outlines of Chemical Technology, East-West Press, 2008

2. Kirk RE, Othmer DF, Enciclopédia da Tecnologia Química, John Wiley and Sons, 1999-2012

http://nptel.ac.in/courses/103103029/29