گسترش تولید اتانول به عنوان یک حلال بسیار پرکاربرد، از مهم ترین برنامه های کشورهای پیشرفته در جهت حفظ محیط زیست است.
اتانول مایعی فرار ، قابل اشتعال و بی رنگ است که دارای بوی مشخص کمی است. این ماده روانگردان است و ماده اصلی فعال موجود در نوشیدنی های الکلی است.اتانول به طور طبیعی با تخمیر قندها توسط مخمرها یا از طریق فرآیندهای پتروشیمی تولید می شود.
همچنین دارای کاربردهای پزشکی به عنوان ضد عفونی کننده است. این ترکیب به طور گسترده ای به عنوان یک حلال شیمیایی ، یا برای آزمایش شیمیایی علمی یا در سنتز سایر ترکیبات آلی ، مورد استفاده قرار می گیرد و یک ماده حیاتی است که در انواع مختلف صنایع تولیدی مورد استفاده قرار می گیرد. از اتانول به عنوان منبع سوخت جایگزین نیز استفاده می شود.
راه های تولید الکل
اتانول هم به صورت پتروشیمیایی، هم از طریق هیدروژن دهی اتیلن و هم از طریق فرآیندهای بیولوژیکی، با تخمیر قندها با مخمر تولید می شود. اینکه کدام فرآیند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است ، به قیمتهای ذخایر خوراک نفت و غلات بستگی دارد. در دهه ۱۹۷۰ بیشترین اتانول صنعتی در ایالات متحده با فرآیند پتروشیمی ساخته می شد ، اما در دهه ۱۹۸۰ ایالات متحده یارانه اتانول پایه ذرت را عرضه کرد و امروزه تقریباً تمام آن از آن منبع ساخته می شود.
هیدراسیون اتیلن برای تولید اتانول
اتانول تولید شده در مقیاس صنعتی برای استفاده به عنوان ماده اولیه صنعتی یا حلال (که بعضاً به آن اتانول مصنوعی گفته می شود) از ذخایر خوراک پتروشیمی ساخته می شود ، با هیدراسیون اتیلن کاتالیز شده با اسید:
C2H4 + H2O → CH3CH2OH
کاتالیزور معمولاً اسید فسفریک است ، روی یک محافظ متخلخل مانند ژل سیلیکا یا خاک دیاتومه جذب می شود. این کاتالیزور برای اولین بار برای تولید اتانول در مقیاس بزرگ توسط شرکت نفت شل در سال ۱۹۴۷ استفاده شد. این واکنش در حضور بخار فشار بالا در دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد (۵۷۲ درجه فارنهایت) انجام می شود که در آن نسبت اتیلن به بخار ۵: ۳ حفظ می شود. این فرآیند در مقیاس صنعتی توسط Union Carbide Corporation و دیگران در ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت ، اما اکنون فقط LyondellBasell از آن به صورت تجاری استفاده می کند.
تولید الکل در مقیاس صنعتی
در یک فرآیند قدیمی تر ، که برای اولین بار در مقیاس صنعتی در سال ۱۹۳۰ توسط Union Carbide انجام شد ، اما اکنون تقریباً کاملاً منسوخ شده ، اتیلن با واکنش دادن آن با اسید سولفوریک غلیظ برای تولید اتیل سولفات به طور غیر مستقیم هیدراته شد ، که برای تولید اتانول و بازیابی اسید سولفوریک شد.
C2H4 + H2SO4 → CH3CH2SO4H
CH3CH2SO4H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4
تولید اتانول با CO2
CO2 همچنین می تواند به عنوان ماده اولیه استفاده شود.با استفاده از Clostridium ljungdahlii ، Clostridium autoethanogenum یا Moorella sp می توان CO2 را با هیدروژن کاهش داد تا اتانول ، اسید استیک و مقادیر کمتری از ۲،۳-بوتاندیول و اسید لاکتیک تولید کند.
CO2 را می توان با استفاده از واکنش های الکتروشیمیایی در دما و فشار اتاق تبدیل کرد. در سیستم توسعه یافته در دانشگاه صنعتی دلفت ، یک آرایه نانوسیم مس که به عنوان کاتد استفاده می شود ، مولکول های دی اکسید کربن و گونه های میانی مانند CO و COH را جذب می کند. با این حال ، حتی در بهترین نتایج ، تقریباً نیمی از جریان به تولید هیدروژن اختصاص یافت و فقط مقدار کمی اتانول تولید شد. سایر محصولات تولید شده در مقادیر بیشتر ، اسید فرمیک ، اتیلن ، CO و n-پروپانول بودند.
تولید اتانول به روش تخمیر
اتانول موجود در نوشیدنی های الکلی و سوخت از طریق تخمیر تولید می شود. گونه های خاصی از مخمر (به عنوان مثال Saccharomyces cerevisiae) قند را متابولیزه می کنند و اتانول و دی اکسید کربن تولید می کنند. معادلات شیمیایی زیر نشاندهنده این واکنش هستند:
C6H12O6 → ۲ CH3CH2OH + 2 CO2
C12H22O11 + H2O → ۴ CH3CH2OH + 4 CO2
تخمیر فرآیند کشت مخمر در شرایط حرارتی مطلوب برای تولید الکل است. این فرآیند در حدود ۳۵-۴۰ درجه سانتیگراد (۹۵-۱۰۴ درجه فارنهایت) انجام می شود. مسمومیت اتانول برای مخمر،غلظت اتانول قابل دستیابی را محدود می کند. بنابراین غلظت های بالاتر با تقویت یا تقطیر بدست می آیند. مقاوم ترین نوع مخمر در برابر اتانول می تواند تا حدود ۱۸٪ حجمی اتانول زنده بمانند.
برای تولید اتانول از مواد نشاسته ای مانند تولید الکل از ذرت و تولید الکل از گندم، ابتدا باید نشاسته به قند تبدیل شود. در تولید آبجو، این امر به طور سنتی با اجازه جوانه زدن دانه مالت، که آنزیم آمیلاز را تولید می کند، انجام می شود. وقتی دانه جو له شد، آمیلاز نشاسته باقیمانده را به قند تبدیل می کند. تولید الکل از ملاس نیز مرسوم ترین روش تولید اتانول در ایران است.
مقایسه روش های مختلف تولید اتانول
۱. تولید اتانول از اتیلن (ETO):
- استفاده از ماده اولیه فراوان:
- اتیلن به عنوان یک ماده اولیه فراوان در دسترس است، که موجب اقتصادی بودن این روش میشود.
- فرآیند هیدراتاسیون:
- فرآیند هیدراتاسیون موجب تولید اتانول با خلوص بالا میشود.
- استفاده در صنایع گوناگون:
- اتانول حاصل از این روش به عنوان حلال در صنایع مختلف استفاده میشود.
۲. تولید اتانول از قند و نشاسته:
- استفاده از منابع تجدیدپذیر:
- قند و نشاسته منابعی تجدیدپذیر هستند که به عنوان ماده اولیه در این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- محیط زیست و پایداری:
- این روش از لحاظ زیست‌محیطی مزایایی دارد و به عنوان یک راه حل پایدار در تولید اتانول معرفی میشود.
- پراکندگی و انعطاف پذیری:
- قابلیت استفاده از منابع مختلف نشاسته و قند، این فرآیند را انعطاف پذیرتر میکند.
۳. تولید اتانول از سلولز:
- استفاده از منابع تجدیدپذیر و پسماند:
- سلولز از منابع تجدیدپذیر و پسماند گیاهی استخراج میشود.
- تاثیر کمتر زیست‌محیطی:
- تولید اتانول از سلولز باعث کاهش تاثیرات زیست‌محیطی مرتبط با فعالیت‌های کشاورزی میشود.
- چالش‌های فنی:
- فرآیند تولید اتانول از سلولز به چالش‌های فنی برخورد کرده و نیاز به تکنولوژی پیشرفته دارد.
۴. تولید اتانول از گازهای گلخانه‌ای:
- استفاده از گازهای گلخانه‌ای به عنوان ماده اولیه:
- گازهایی مانند دی‌اکسید کربن و متان به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شوند که میتواند کمک به کاهش آلودگی هوا و گازهای گلخانه‌ای باشد.
- فناوری جدید:
- استفاده از فناوری‌های نوین برای تبدیل گازهای گلخانه‌ای به اتانول نیاز به پژوهش و توسعه دارد.
- بهینه‌سازی عملکرد:
- بهینه‌سازی عملکرد فرآیند تبدیل گازهای گلخانه‌ای به اتانول در جهت افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌ها ضروری است
روشهای خالص سازی اتانول
تقطیر:
تقطیر یک روش مرسوم برای خالص‌سازی سیالات است. برج‌های تقطیر متناسب با فرایند میتواند قطرها و ارتفاع متفاوتی داشته باشد. در فرایند تولید اتانول، جهت جداسازی اتانول از سایر ناخالصی‌ها، از برج تقطیر استفاده میشود. مبنای کار برج تقطیر نقطه جوش مواد است. سیال قبل از ورود به برج تقطیر به طور غیر مستقیم حرارت دیده و به نقطه جوش خود می‌رسد. با توجه به سینی‌دار یا پکینگ بودن برج، سطح تماس بین مواد بهینه میشود. ماده سبک‌تر از بالای برج و ماده سنگین‌تر از پایین برج خارج میشود. چنانچه سیال مورد استفاده بیش از دو نوع ناخالصی داشته باشد بسته به خواص فیزیکی و شیمیایی مواد قسمت‌هایی برای خروج مواد در برج تقطیر تعبیه میشود.
بسته به نیاز، الکل در دو خلوص ۹۶ و ۷۰ درصد از برج خارج می شود که به ترتیب الکل طبی و صنعتی نام گذاری می شوند.
اسمز معکوس و فیلتراسیون
روش دیگری که برای خالص سازی استفاده میشود اسمز معکوس و فیلترکردن است. استفاده از فیلترها و غشاها قسمت اصلی این فرایند است. اخیرا برای بهینه ساختن این فرایند غشاها و فیلترهای پلیمری متعددی ساخته شده است.
فیلترهای زئولیتی و جنس‌های دیگری از غشاها نیز در این فرایند به صورت رایج استفاده میشود. غشاهای مورد استفاده در این روش عمدتا پلیمری هستند. در این روش جریان سیال حاوی اتانول و ناخالصی‌ها، از غشاهای بخصوص عبور کرده و ناخالصی‌های آن جدا میگردد. اتانول و ناخالصی‌ها در طی جریانات مجزا از یکدیگر جدا شده خالص‌سازی انجام میشود.
غربال مولکولی و مواد خشک کننده
در این روش، مواد خاصی وجود دارند که با توجه به ماهیت آن‌ها، در فرایندهای مختلف جهت حذف ناخالصی‌ها استفاده می‌شوند. این مواد که به مولکولار سیو (Molecular sieve) معروف هستند عموما جاذب هستند. این جذب میتواند بر اساس اندازه مولکولی، شکل مولکول و دیگر مشخصه‌ها باشد. از مزایای استفاده از مولکولار سیو قابلیت بازیابی آن برای استفاده مجدد است.
خشک کردن توسط آهک یا نمک
پس از تقطیر، اتانول را می توان با گرفتن آب آن توسط آهک (اکسید کلسیم) یا با استفاده از یک ماده نم زدا مانند سنگ نمک خالص سازی کرد. هنگامی که آهک با آب موجود در اتانول مخلوط می شود، هیدروکسید کلسیم تشکیل میدهد. سپس با جداسازی هیدروکسید کلسیم میتوان به اتانول نسبتا خالص رسید.
افزودن عامل جدا کننده
آزئوتروپ اتانول-آب را می توان با افزودن مقدار کمی بنزن یا سیکلوهگزان تغییر داد. بنزن، اتانول و آب یک آزئوتروپ سه تایی با نقطه جوش ۶۴.۹ درجه سانتیگراد تشکیل می دهند. از آنجایی که این ترکیب از آزئوتروپ اتانول-آب فرارتر است، می توان آن را به صورت جزئی از مخلوط اتانول-آب تقطیر کرد و آب را در این فرآیند جدا کرد. باقی مانده تقطیر اتانول، ترکیب بدون آبی به همراه چند ppm بنزن میباشد. از آنجایی که بنزن برای انسان سمی است، سیکلوهگزان تا حد زیادی جایگزین بنزن در نقش عامل جدا کننده در این فرآیند شده است. با این حال، این روش بقایای شیمیایی در محصول باقی می گذارد که الکل را برای مصرف انسان نامناسب می کند.
استفاده از غشا
همچنین می توان از غشاها برای جداسازی اتانول و آب استفاده کرد. از آنجایی که جداسازی در غشا بر اساس تعادل مایع-بخار نمیباشد، نگرانی بابت وجود آزئوتروپ آب-اتانول وجود ندارد. غشاها اغلب در فرآیند تقطیر غشایی هیبریدی استفاده می شوند. در این فرآیند ابتدا از یک ستون تقطیر به عنوان اولین مرحله جداسازی استفاده میشود. سپس جداسازی بیشتر توسط غشا انجام می پذیرد.
کاهش فشار:
در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر، ترکیب آزئوتروپ اتانول-آب به سمت مخلوطی با درصد بیشتر اتانول میل میکند و در فشارهای کمتر از torr 70 (9.333 کیلو پاسکال)، آزئوتروپ وجود ندارد که میتوان اتانول مطلق را با تقطیر به دست آورد. از آنجایی که استفاده از این روش هنوز توجیه اقتصادی ندارد، مطالعات انجام شده آن محدود به محیط‌های آزمایشگاهی میباشد.
کاربردهای اتانول
استفادههای پزشکی
ضد عفونی کننده
استفاده دارویی
سوخت موتور خودروها و راکتها
خوزاک واحدهای صنعتی مختلف
حلال در صنایع و استفادههای دیگر
استفاده از اتانول در صنعت
اتانول به عنوان یک حلال در ساخت لاک ها و عطرها، به عنوان ماده نگهدارنده برای نمونه های بیولوژیکی، در تهیه اسانس و طعم دهنده ها، در بسیاری از داروها، به عنوان یک ماده ضد عفونی کننده، در سرکه سازی و به عنوان یک افزودنی برای سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرد.در زیر به بخشی از کاربرد های اتانول اشاره میکنیم:
لوازم آرایش و بهداشتی: در برخی از لوازم بهداشتی از جمله لوسیون، اسپری مو و عطر از اتانول استفاده می گردد. در واقع این ماده باعث می شود که مواد موجود در این اقلام، حل و تثبیت شوند. نتیجه استفاده از اتانول بهبود بافت محصول و ایجاد احساس خنکی است.
ضد عفونی کننده: با توجه به ساختاری که اتانول دارد، می توان از آن در از بین بردن میکروارگانسیم هایی از قبیل ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها استفاده نمود. از این رو برای ضد عفونی کردن سطوح، دست ها و تجهیزات پزشکی به کار می رود.
ساخت دارو: برای افزایش جذب دارو و حفظ ثبات آن، از اتانول استفاده می شود. این ماده علاوه بر کاربردهای گفته شده به عنوان یک نگهدارنده یا حلال در ساخت شربت های سرفه و فرآورده های موضعی به کار گرفته می شود.
پاک کننده ها: در پاک کننده های چند منظوره و شیشه، اتانول کاربرد دارد. در واقع این ماده می تواند به سرعت تبخیر شود و لکه های چرب و کثیفی ها را حل کند و در نتیجه آن ها را از بین می برد
.
سوخت: برای اینکه سوختی مثل بنزین تبدیل به یک سوخت زیستی شود، از اتانول کمک گرفته می شود. کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، بهبود یافتن راندمان احتراق و افزایش عدد اکتان از دلایل استفاده اتانول در بنزین است. به عنوان مثال E10 و E85 از سوخت هایی هستند که به ترتیب ۱۰ و ۸۵% اتانول در آن ها وجود دارد.
حلال: در صنایعی مثل رنگ سازی، عطر سازی و… از اتانول به عنوان حلال به کار گرفته می شود. برای فرآیندهای خالص سازی و استخراج، بسیاری از ترکیبات آلی را این حلال مفید می کند.
نتیجه گیری
اتانول یکی از مهمترین و پرکاربردترین محصولات مورد استفاده چه در زندگی روزمره و چه در صنایع مختلف است؛که تولید بسیار بالای این محصول در شرکتهای صنعتی و نیمه صنعتی نشان از این موضوع دارد.
شاید بتوان گفت این ماده بعد از آّب پرکاربردترین مایع مورد استفاده توسط بشر است.
تولید اتانول در کشور های خارجی
در کشورهای خارجی معمولاً اتانول از منابع موجود در هر کشور تولید می شود. صنایع تکمیلی تولید اتانول باعث سودآوری بسیار زیاد این صنعت در کشورهایی مانند برزیل چین و هند شده است. هدف از تولید اتانول در این کشورها جایگزینی بنزین با این سوخت زیستی شده است. اتانول ماده ای است که با توجه به کاربرد آن تقاضای روز افزون را در پی دارد.
امروزه برای خودروهای جدید موتور های طراحی شده است که تنها قادر به سوزاندن اتانول است. خودروهای قدیمی تر از سوخت ترکیبی اتانول و بنزین استفاده می کردند.
راه اندازی خط تولید اتانول
شرکت صنعت آفرین سانیار، مجری راه اندازی خط تولید حلال‌ها از جمله الکل و اتیل استات میباشد. جهت کسب اطلاعات بیشتر یا دریافت مشاوره برای خط تولید خود با متخصصین شرکت سانیار تماس بگیرید
مطالب مرتبط
تصفیه پساب الکل
تصفیه پساب الکل کارخانجات(تولید اتانول) در واقع bottom product ستون‌های تقطیر الکل میباشد که حدوداً ۱۲ تا ۱۵ برابر حجم الکل تولیدی است. این پساب با بار آلی بالایی که دارد قبل از اینکه در رودخانه یا چاه یا … ...
ادامه مطلب
الکل مطلق
الکل مطلق یک نام معمول برای ترکیب شیمیایی اتانول است. اتیل الکل باید به عنوان "مطلق" واجد شرایط باشد، باید بیش از یک درصد آب باشد. به عبارت دیگر، الکل مطلق الکل مایع است که حداقل وزن آن ۹۹ ...
ادامه مطلب
تفاوت الکل طبی و صنعتی
متانول و اتانول هردو به صورت رواج‌یافته‌ای الکل نامیده می‌شوند. این دو الکل از یکدیگر متمایز هستند. یکی جهت مصارف طبی و دیگری جهت مصارف صنعتی استفاده میشود. در ادامه تفاوت الکل طبی و صنعتی از لحاظ خواص، کاربرد و ...
ادامه مطلب
انواع الکل
انواع الکل از دیدگاه علم شیمی، هر ماده‌ای که در ترکیب شیمیایی آن –OH (عامل هیدروکسیل) وجود داشته باشد، یک الکل میباشد. انواع الکل‌ها با ساختارهای ساده و پیچیده بصورت طبیعی در بدن انسان‌ها و جانوران، میوه‌ها، درختان و بطور ...
ادامه مطلب
محصولات جانبی فرآیند تولید اتانول از غلات
همواره در پروسس فرایندهای شیمیایی علاوه بر محصول مدنظر، محصولات و مواد جانبی دیگری نیز خواسته یا ناخواسته تولید میگردد. این محصولات می‌توانند با توجه به نیاز بازار دارای ارزش‌های متفاوت و یا حتی بدون ارزش باشند. پروسه تولید اتانول ...
ادامه مطلب
تغییر کاربری کارخانه الکل
با گسترش کارخانه‌های تولید الکل در ایران، قدرت رقابت یکی از پارامترهای مهم در سودآوری خط تولید الکل خواهد بود. برخی از کارخانه‌داران تمایل دارند با کمترین هزینه برای تغییر کاربری کارخانه الکل خود اقدام کنند. اما شرکت سامیار پیشنهاد ...
ادامه مطلب
سلام برای راه اندازی خط تولید اتانول
چقدر هزینه میگیرید؟ وچقدر هزینه برای
دستگاه و مواد لازمه،،من تهرانم
راه اندازی قطعی است
ایمیل بزنید شماره تماس بدم
بامن تماس بگیرید
سلام و عرض ادب
برای اطلاع از قیمت ها با شماره ۰۹۱۳۵۵۲۶۲۲۸ تماس بگیرید. یا در واتساپ پیام دهید.
با تشکر
سلام وقت بخیر میخواسم بپرسم تو روستا میشه خط
تولید الکل طبی راه انداخت ی انباری ب متراژ ۲۵ در ۸
ارتفاع ۴ متر
سلام و عرض ادب
از آنجا که گرفتن مجوز برای چنین مکانی سخت هست
احداث این کارخانه در محوطه مربوطه توصیه نمی شود.