Розрахунок теплового навантаження стадії нагрівау реакційної суміші

Прихід:

Витрати:

Табл. 7 - Результати розрахунку теплового балансу стадії нагріву реакційної суміші

Прихід			Витрати
Теплові втрати	Дж/хв.	%	Теплові втрати	Дж/хв.	%
∑Qi,1	856125,68	95,13	∑Qi,2	899954,63	100
QF	43828,95	4,87
Вього	899954,63	100	Всього	899954,63	100

Розрахунок теплового навантаження стадії проведення реакції Прихід:

Витрати:

QF>0, следовательно, реакция является экзотермической, то есть необходимо подводить тепло к реактору.

Витрати на виробництво (у відсотках)

• Сировина – 35,5 %

• Хімікати – 6,0%

• Топливо – 35,1

• Трудові витрати – 1,5%

• Обслуговуюче обладнання – 5,4%

• Прямі накладні – 2,3%

• Загальні накладні – 10, 4%

• Інші – 3, 8 %

ТЕХНІКО- ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ Раніше подібні технології вважалися екзотикою, але після того, як в світі вибухнула продовольча криза, ними зацікавилися всерйоз. Правда, рентабельними вони так і не стали. Скажімо, витрати на випуск біоетанолу з соломи в три рази вище, ніж при виробництві з кукурудзи. При тому що собівартість кукурудзяного палива і так на порядок вище звичайного. Проте, у використання непродовольчої сировини є й недоліки. Переробка деревини на біопаливо неминуче спричинить за собою нові вирубки лісу. Який, до речі кажучи, вже й так постраждав через нього. Наприклад, у Бразилії в останні роки були вирубані мільйони гектарів лісу під посіви зернових. Тим часом попит на біоетанол в світі зростає. Хоча поки в цього явища більше політичних причин, ніж економічних. Зерна в світі витрачається на біоетанол близько 120 млн тонн, що становить близько 6% світового споживання зернових в цілому. 

Етанол, як паливо, має ряд переваг перед бензином:

1. Потужність Завдяки тому, що етиловий спирт є хімічною сполукою, що містить в своєму складі кисень, він є сильнішим каталізатором горіння бензину. Стехіометричний склад бензинової суміші повинен містити 14,5 частки повітря на частку палива. При використанні в паливі 30% етилового спирту необхідний вміст повітря знижується до 9 часток. Це означає, що для спалювання такого ж обсягу палива, але має в своєму складі етиловий спирт, необхідно в півтори рази менше повітря, ніж при спалюванні палива, що на 100% складається з чистого бензину. Які від цього плюси? 1) це значне збільшення максимальної потужності двигуна - не змінюючи конструкцію двигуна ми можемо спалювати в 1.5 рази менше палива. У той же час, внаслідок низькотемпературного горіння спиртового палива миттєве навантаження на поршневу і силові елементи набагато нижче, ніж при горінні чистого бензинового палива. 2) збільшується крутний момент двигуна на низьких оборотах через більш раннє запалення паливної суміші. 3) потужність двигуна не знижується при русі по гірських дорогах, на значній висоті над рівнем повітря, на відміну від звичайних двигунів, що працюють на чистому бензині.

2. Економія Спиртове паливо дешевше ніж бензин. Можна заощадити також значні кошти за рахунок зниження витрат на моторне масло,оскільки при згорянні палива відсутня сажа і  знижена кількість інших продуктів горіння бензину, які окислюють моторне масло і ведуть до його почорніння і втрати його експлуатаційних властивостей. Реально зекономити кошти на передчасній заміні свічок запалювання, оскільки при згорянні палива з вмістом етанолу на них не утворюється нагар.

3. Екологія При згорянні етанолу(С2Н2ОН +02) утворюється лише СО2 (вуглекислий газ) і Н20(водяна пара). Зберігається чистим повітря  міста і навколишнє природне середовище.

УМОВИ БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОБЄКТА І ПИТАННЯ ЕКОЛОГІЇ

Використання біоетанолу в якості палива дозволяє знизити викиди діоксиду вуглецю, який є парниковим газом. Скорочення викидів діоксиду вуглецю при використанні біоетанолу залежить від використовуваної сировини, кліматичної зони і накладних витрат на його вирощування, транспорт та переробку, оскільки в цих процесах використовується викопне паливо (агротехнічні роботи, сушка стровини при закладці на зберігання, виробництво добрив, ректифікація спирту і переробка відходів). Максимальне зниження викидів CO2 може бути досягнуто при виробництві етанолу з целюлозовмісних відходів (наприклад, відходів лісової промисловості, 52%) теоретичний максимум зниження викидів - 82% - може бути досягнутий при виробництві етанолу з целюлозної біомаси проса, однак такі виробництва в даний час (2012 р.) відсутні. Виробництво та використання біопалива другого покоління, отриманого з целюлози, набагато вигідніше, ніж раніше вважалося.

Вчені - екологи з американського Університету Міннесоти вперше оцінили і порівняли вартість виробництва і використання одного літра кожного виду палива, використовуваного різними видами транспорту, і врахували екологічні наслідки кожного етапу циклу виробництва і спалювання палива. У своїй роботі автори використовували математичні моделі для оцінки шкідливих викидів і їх вплив на здоров'я і самопочуття людей в перерахунку на літр палива. Сукупна ціна з урахуванням шкоди для навколишнього середовища і здоров'я людей одного літра бензину становить 18 центів. Еквівалентна кількість етанолу, при отриманні його з целюлози, коштуватиме від 5 до 9 центів залежно від того, яка з технологій переробки отримає промислову реалізацію, і який тип целюлозного сировини буде використовуватися. Незважаючи на те, що виробництво етанолу з целюлози ще не стало промисловою технологією, серед його переваг безперечними є зниження витрат на мінеральні добрива та пестициди, необхідні для вирощування великих кількостей кукурудзи, яка є основною сировиною сучасної індустрії біопалива. Ця ж обставина дозволить в майбутньому послабити екологічне навантаження на сільськогосподарські угіддя. Вчені встановили, що при спалюванні целюлозного палива в атмосферу потрапляє і менша кількість аерозолів, що негативно впливають на здоров'я населення великих міст. Ще однією перевагою біопалива з целюлози є те, що при переробці целюлозного сировини в етанол виділяється додаткова корисна енергія, яку можна використовувати у елекриці. Автори дослідження вважають, що в майбутньому біопаливо може стати дешевою і безпечною альтернативою бензину і дизельному паливу.

Біоетанол - звичайний етанол, що отримується в процесі переробки рослинної сировини для використання в якості біопалива. Етанол є менш «енергоплотним» джерелом енергії ніж бензин (це стосується тільки сумішей з високим вмістом етанолу, пробіг машин що працюють на Е85 (суміш 85% етанолу та 15% бензину, буква «Е» від англійського Ethanol ) на одиницю об'єму палива складає приблизно 75% від пробігу стандартних машин. Звичайні автомобільні не можуть працювати на Е85, хоча прекрасно працюють на Е10 (деякі стверджують що можна використовувати навіть Е15 і успішно використовується Е40 (А95-Е)). На «справжньому» етанолі можуть працювати тільки машини «Flex-Fuel» (автомобіль з багатопаливним двигуном). Ці автомобілі також можуть працювати на звичайному бензині (невелика добавка етанолу все ж потрібна) або на довільній суміші того й іншого. Переробити звичайну машину в «Flex-паливо» можна, але економічно недоцільно.

ВИСНОВОК

Все просто як двічі два: беремо рослину і витягаємо з неї целюлозу. Додаємо кілька ферментів і перетворюємо молекули целюлози в цукор, ферментуючи цукор в спирт, очищаємо спирт і отримуємо паливо, яке має ряд переваг перед інщими видами палива.

В даний час немає єдиної думки щодо доцільності виробництва паливного

етанолу ферментацією. Більше того, до цих пір продовжуються дебати з приводу можливого зіставлення вартості енергії, що міститься в етанолі, з вартістю енергії, витраченої на його виробництво. Однак крім цих проблем існують проблеми технічного характеру, пов'язані з виробництвом етанолу. Одна з них полягає в процесі відгонки етанолу. Для того, щоб етанол був конкурентоспроможний за вартістю з бензином, для його виробництва необхідно доступна дешева сировина і ефективний процес переробки субстрату в етанол. На сьогоднішній день таким ефективним способом переробки є тільки дріжджова ферментація. Тому всі зусилля

повинні бути зосереджені на вдосконаленні біохімічного способу переробки субстрату.

Рис. 17. Виробництво целюлозного етанолу

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Книги: один автор	Saeman JF. "Kinetics of wood saccharification: Hydrolysis of cellulose and decomposition of sugars in dilute acid at high temperature"// Industrial and Engineering Chemistry,: 1945.- 43–52 Kathleen Schalch "Georgia plant is first for making ethanol from waste"// NPR. Retrieved, 2008.- 11-28 Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1978. – 720 с. 2. Джатдоева М.Р. Теоретические основы прогрессивных технологий. Химический раздел. – Ессентуки: ЕГИЭиМ, 1998. – 78 с. Баадер В. Биогаз / В. Баадер, Е. Доне, Е. Брендерфер. – М.: Колос, 1982. – 130 с. Бекер М. Е. Биотехнология кормопроизводства и переработки отходов. – Рига: Знатне,1987. – 212 с. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989. - 496 с. 30. Каменный В.И. Новые интенсивные способы гидролиза в аппаратах периодического действия // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1985.-№7.-С. 1-4. ШубертВ. Биохимия лигнина.-М.: Лесная промышленность, 1968.-134с Коновалов С.А. Биохимия бродильных производств. М.: Пищевая промышленность, 1967. - 305 с. Чичкин А.А. Энерго-экологические и экономические аспекты замены нефтяного топлива на биотопливо // Биотехнология. 1988. - Т. 4, № 4. - С. 512-517.
Два автори	1. Olsson L, Hahn-Hägerdal B. “ Fermentation of lignocellulosic hydrolysates for ethanol fermentation. Enzyme Microb Technology, 1996,- 312–331 2. Озерский А.И., Лещук А.Е. О технологии и технике подготовки древесного сырья для гидролиза // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1987. - № 7. — С. 1-3. 3. Андреев А.А., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. М.: Лесная промышленность, 1970. - 296 с. 4. Семушина Т.Н., Монахова Н.И. Использование производственно-ценных штаммов дрожжей в гидролизной промышленности // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1984. - № 8. - С. 3-5. 5. Кретов И.Т., Антипов С.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности. – Воронеж: Издательство государственного университета, 1997. – 624с. 6. Фертман Г.И., Шойхет М.И. Биохимические и технологические основы бродильных производств. М,: Пищевая промышленность, 1970. - 246 с.
Три автори	1. Зурабян С.Э., Колесник Ю.А., Кост А.А. Органическая химия: Учебник. – М.: Медицина, 1989. - 432 с. 2. Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриев О.А. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1973. - 407 с. 3. Ульяновская Р.И., Краев Л.Н., Корольков И.И. Эффективно использовать основное оборудование // Гидролизная и лесохимическая промышленность. -1977,-№8.-С. 15-18. 4. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. и др. Микробиология в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1975. - 500 с. 5. Воронков В.Р., Баум Р.Ф. и др. Метод оптимизации процесса ферментации в производственных условиях // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1981. — № 2. — С. 18-20. 6. Евилевич А.З., Ахмина Е.И. и др. Безотходное производство в гидролизной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1982. - 181 с.
Без автора	http://www.bioethanol.ru/second_generation/biomass/ http://www.mikolenko.info http://patent.ucoz.ru/news/2009-05-14-46 http://www.enelgreenpower.com/en-GB/ http://www.scienceknowledge.org http://www.ximicat.com http://www.ng.ru/energy http://www.itlicorp.com/news http://bibliotekar.ru/spravochnik http://uk.wikipedia.org/ http://yanko.lib.ru/books/biolog/nagl_biochem/312.htm http://mnogoedi.ru/polza-i-vred-etanola/
Матеріали конференцій, зїздів	1. University of Rochester Press Release: Genome Sequencing Reveals Key to Viable Ethanol Production 2. Mueller S and Cuttica J J “ Research investigation for the potential use of Illinois coal in dry mill ethanol plants” (2006) 3. Кухаренко А. А. Комплексная биотехнология на базе производства этилового спирта из зерносырья. Автореф. докт.дис. М., 2000.
Словники	1. Перхач В., Кинаш Б. Російсько-український науково-технічний словник.,- Львiв, 1997 2. Мороз І.В., Мороз Л.І. // Словник-довідник з біології – ГЕНЕЗА., 2001 – 416 3.Буринская Н. Загальна хімія. Тлумачний словник-довідник - Перун - 2010

Додаток 1

Новий підхід до одержання палива із целюлози

Процес виробництва етанолу з целюлозної сировини, наприклад, деревної тріски або паперу, трохи схожий на складний французький рецепт: потрібно багато дорогих компонентів з багатьма стадіями, кожна з яких супроводжується власними параметрами налаштування та інструкціями, тому процес дорогий і не дуже ефективний. Тепер Mascoma ( компанія з виробництва целюлозного біопалива, що знаходиться в Лівані) повідомляє про суттєве спрощення процесу виробництва етанолу з целюлози, шляхом виключення дорогих ферментів, які дозволяють зменшити витрати виробництва етанолу з целюлози на 20 - 30 відсотків. Стратегія Mascoma об'єднала багаторазові стадії виробництва етанолу в один, використовуючи генетику, яка замінює багаторазові стадії. Існуюча технологія для вироблення етанолу з целюлозного сировини побудована на багатостадійному процесі: матеріал, наприклад, папір або подрібнену деревину, спочатку сепарують, відокремлюючи целюлозу від іншої частини рослини. Потім целюлоза змішується з ферментами, які розщеплюють її до цукру. Потім дріжджі переробляють цукор в етанол. Менш дорогою альтернативою дослідники вважають мікроби, щоб об'єднати останні дві стадії процесу: руйнування целюлози і перетворення цукру в етанол. Вони можуть змусити мікроорганізми робити етанол з досить високою продуктивністю, зменшивши при цьому кількість дорогих ферментів, які потрібні для розщеплення целюлози і зазвичай складають половину всіх витрат виробництва етанолу. Компанія досліджує три потенційних організми для виробництва етанолу: два типи бактерій і один штам дріжджів. C. thermocellum і T. saccharolyticum - теплолюбні бактерії, здатні протистояти високим температурам, як в реакторах. Дослідники вивчали обидва бактеріальних штами протягом багатьох років через їх природну здатність перетворювати целюлозу в цукор, а цукор в етанол.

Рис.9. C. Thermocellum переробляють Рис.10. Бактерії T. saccharolyticum

фільтрувальний папір Однак, ці штами виробляють дуже мало етанолу. Обмежуючий фактор - це побічні продукти: обидві бактерії руйнують целюлозу до глюкози та іншого цукру - ксилози. Бактерії можуть перетворити глюкозу в етанол, але залишається ксилоза, яка не перетворюється. До того ж, етанолу виходить мало, тому що бактерії виробляють інші органічні побічні продукти в процесі бродіння, наприклад, ацетат і лактат. Вчені також виявили, що ці бактерії припиняють рости при високій концентрації етанолу. Щоб оптимізувати роботу бактерій і збільшити кількість одержуваного етанолу, дослідники розробили два штама для перетворення ксилози без допомоги додаткових ферментів. Вони також вимкнули гени бактерій, які виробляють побічні продукти, наприклад, лактат і ацетат так, щоб мікроби виробляли тільки етанол. Нарешті, вчені розробили мікроб, який продовжує руйнацію целюлози при високих концентраціях етанолу. У роботі з дріжджами, дослідники додали гени, що не знаходяться в природних штамах. Дріжджі - дуже ефективний виробник етанолу, які можуть зброджувати цукор з високою продуктивністю. Але дріжджі не мають жодної природної здатності руйнувати целюлозу. Таким чином вчені модифікували дріжджі, щоб наділити їх властивостями целюлозоруйнуючих ферментів. Дослідники також додали ці гени в дріжджі, які дозволили їм перетворити ксилозу, збільшуючи кількість отриманого в процесі етанолу. В експериментах з паперовими відходами, модифіковані дріжджі зруйнували і перетворили 85 відсотків целюлози в цукор і виробили етанол без допомоги додаткових ферментів. Це поки що найдешевший процес отримання палива зі всіх існуючих.

Додаток 2