امروزه صنایع مختلفی از اتانول به عنوان ماده خام برای تولید محصولات خود استفاده می‌کنند. وابستگی صنایع مختلف به این ماده، کارخانه الکل سازی را به یکی از مولدهای تولید ثروت تبدیل کرده است. از آنجایی که فرایندهای صنعتی برای تولید اتانول متنوع می‌باشند، در ادامه به روش‌های تولید الکل، جداسازی و خالص سازی آن میپردازیم. اتانول را میتوان از هر محصول یا گیاهی که حاوی مقدار زیادی قند یا اجزای قابل تبدیل به قند باشد (مانند نشاسته و سلولز) تهیه کرد.
نشاسته و سلولز
چغندر قند و نیشکر به عنوان منابع سرشار از قند در تولید اتانول کاربردهای زیادی دارند. محصولاتی مانند ذرت، گندم و جو حاوی نشاسته هستند که به راحتی میتوان آن را به قند تبدیل کرد و سپس با روش‌های متفاوت از آن اتانول تولید کرد.
بسیاری از قندهای موجود در گیاهان توسط یک ماده فیبری به نام سلولز محبوس شده است که در صورت از بین بردن این پوشش فیبری، میتوان قند موجود در گیاهان را استخراج کرد. منابع سلولزی متعددی را میتوان به عنوان خوراک در کارخانه الکل سازی مصرف نمود، مانند: خاک اره و شاخه‌ها. از بقایای محصولات کشاورزی مانند: ذرت، برگ ذرت، یا ساقه برنج نیز میتواند منابع مفیدی باشند. از آنجایی که منابع اتانول سلولزی خوراکی نیستند، الکل تولیدی از آنها در رقابت مستقیم با محصولات غذایی یا خوراک دام‌ها قرار نمیگیرد.
تولید اتانول از ذرت
فرآیند تولید اتانول یک فرآیند چند مرحله‌ای است. اولین قدم آسیاب ذرت است که میتوان به صورت خشک یا مرطوب انجام داد. برای آسیاب مرطوب، دانه‌های ذرت با حرارت دادن در محلول اسید سولفوریک به نشاسته، فیبر، جوانه ذرت و پروتئین تجزیه می‌شوند. نشاسته ذرت جدا می‌شود و برای تولید نشاسته خوراکی یا شربت ذرت استفاده می‌شود. فرایند آسیاب مرطوب محصولات اضافی از جمله، روغن ذرت و گلوتن را نیز تولید می‌کند. آسیاب خشک فرآیند ساده‌تری نسبت به آسیاب مرطوب است، اما محصولات کمتری نیز تولید می‌کند. محصولات اصلی آسیاب خشک اتانول و CO2 هستند. در ادامه به ۵ مرحله فرایند آسیاب خشک در کارخانه الکل سازی میپردازیم. این پنج مرحله عبارتند از:
- آسیاب کردن
- حرارت دهی و مایع سازی
- ساکاریزه کردن
- تخمیر
- تقطیر
آسیاب کردن
برای آسیاب خشک ذرت از آسیاب چکشی یا آسیاب غلتکی استفاده می‌شود.
مایع سازی
مرحله مایع سازی در واقع هیدرولیز جزئی است که با تبدیل زنجیره‌های نشاسته بلند به زنجیره‌های کوتاه‌تر، ویسکوزیته محلول را کاهش میدهد.
ساکاریزه کردن
مرحله بعدی در فرآیند ساخت اتانول، ساکاره‌سازی است. این فرآیند به معنی هیدرولیز بیشتر قندهای پیچیده به مونومرهای گلوکز است.
تخمیر
در فرایند تخمیر، یک مخمر استفاده می‌شود که یک قارچ تک سلولی است. واکنش در دمای حدود ۳۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲-۳ روز انجام می‌شود. نیتروژن مکمل با استفاده از سولفات آمونیوم یا اوره اضافه می‌شود. دی اکسید کربن تولید شده در طی فرایند تخمیر pH را کاهش میدهد که میتواند خطر آلودگی در مخلوط را کمتر کند. تا اینجا نزدیک به ۹۰-۹۵ درصد از گلوکز به اتانول تبدیل می‌شود.
تقطیر
آخرین مرحله در کارخانه الکل‌سازی، فرآوری اتانول برای افزایش غلظت آن است. بعد از مرحله تخمیر، غلظت اتانول در آب زیاد نیست. تقطیر فرآیندی است برای جداسازی اجزا با استفاده از گرما و برج‌های تقطیر انجام می‌شود. جداسازی اتانول از آب با استفاده از تفاوت نقطه جوش آنها می‌باشد. آب در ۱۰۰ درجه سانتیگراد و اتانول در ۷۸ درجه سانتیگراد به جوش می‌آید. اما به دلیل تشکیل آزئوتورپ اتانول-آب در فشار اتمسفریک نمیتوان اتانول را به طور کامل از آب جدا کرد و درنهایت میتوان به غلظت ۹۵ درصدی از اتانول رسید.
یکی از روش‌های مرسوم برای رسیدن به اتانول خالص، استفاده از غربال مولکولی (استفاده از زئولیت) می‌باشد. در این فرایند، زئولیت آب را عبور میدهد اما اتانول از حفرات زئولیت نمیتواند عبور کند. در پایان این مرحله میتوان انتظار اتانول مطلق را داشت.
استفاده از ضایعات زیستی در تولید اتانول
منبع بالقوه قندهای قابل تخمیر که میتواند برای تولید بیواتانول استفاده شود، زیست توده ناشی از زباله به شکل لیگنوسلولزی یا مواد مبتنی بر نشاسته است. این نوع ضایعات می‌توانند به صورت مواد لیگنوسلولزی یا منشا نشاسته‌ای مانند زباله‌های مواد غذایی، زباله‌های جامد شهری، زباله‌های کشاورزی و ضایعات کاغذ در کارخانه الکل سازی مصرف شوند. مراحل اصلی این فرایند را میتوان در تهیه مواد اولیه، پیش تصفیه، آزادسازی قندهای قابل تخمیر آزاد، تخمیر و خالص سازی طبقه‌بندی کرد.
تولید اتانول از ملاس:
ملاس محصول فرعی تولید شکر است که از روند تولید قند یا شکر تولید می‌شود. معمولاً ملاس از چغندر قند، شکرکشی یا تولید قند از ذرت بدست می آید. فرآیند تولید اتانول از ملاس شامل مراحل زیر است:
هیدرولیز ملاس: در این مرحله، ملاس با استفاده از آنزیم هیدرولیز می‌شود. این فرآیند باعث تجزیه قند موجود در ملاس به گلوکز می‌شود.
تبدیل گلوکز به اتانول: پس از هیدرولیز ملاس، گلوکز حاصل را میتوان با استفاده از مخمرهای مخصوصی به اتانول تبدیل کرد. در این فرآیند، مخمرها با استفاده از گلوکز انرژی لازم برای رشد و تکثیر خود را تأمین می‌کنند و اتانول به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود.
فرآیند تصفیه: پس از تولید اتانول، لازم است پساب تولید شده در فرآیند تصفیه قرار گیرد تا آلودگی‌ها و آلاینده‌های موجود در آن حذف شوند. فرآیند تصفیه پساب میتواند شامل مراحل مختلفی مانند ته‌نشینی، فیلتراسیون، اکسیداسیون بیولوژیکی و تخلیه نهایی باشد.
تصفیه پساب در واحدهای تولید اتانول بسیار حیاتی است زیرا پساب حاوی مواد آلی، مواد رنگزا، مواد محلول، مواد خاموش کننده و سایر آلاینده‌ها است که در صورت تخلیه بدون تصفیه، میتواند آلودگی‌ها و تأثیرات مخرب بر محیط زیست و منابع آبی داشته باشد. تصفیه پساب از طریق مراحل مختلفی انجام می‌شود تا بهبود کیفیت آب حاصل شود و کاهش آلودگی‌ها به حداقل رسانده شود.
در نتیجه، تولید اتانول از ملاس به وسیله هیدرولیز ملاس، تبدیل گلوکز به اتانول توسط مخمرها و تصفیه پساب بعد از تولید اتانول انجام می‌شود تا آلودگی‌ها و آلاینده‌ها از پساب حذف شده و تأثیرات منفی بر محیط زیست به حداقل رسانده شود.
فواید و کاربردهای اتانول:
اتانول و جایگزین سوخت
اتانول امروزه به عنوان یک سوخت حمل و نقل قابل تجدید پذیر در برخی موارد مورد استفاده قرار میگیرد که هنوز به علت نداشتن توجیه اقتصادی نسبت به سوخت‌‌های فسیلی، فراگیر نشده است. استفاده از این ماده به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی میتواند به کاهش انتشار گاز‌های سمی مانند اکسید گوگرد کمک کند. همانند هر سوخت جایگزین، استفاده از اتانول شامل چندین ملاحظات است. از این رو، استفاده از یک خط تولید مقرون به صرفه در کارخانه الکل سازی، مهم‌ترین عامل در نظر گرفته شده توسط سرمایه گذاران است.
تاثیر استفاده از اتانول بر مصرف سوخت برای درصد‌های مختلف آن متفاوت است. برای مثال، E85 که حاوی ۸۳ درصد اتانول است، حدود ۲۷ درصد انرژی کمتری در هر گالن نسبت به بنزین دارد (با کاهش محتوای اتانول در ترکیب، تأثیر آن بر مصرف سوخت کاهش می‌یابد). موتورهای خودروهای بنزینی، برای بنزین بهینه شده اند. اگر آنها برای کار بر روی ترکیبات اتانول بالاتر بهینه سازی شوند، احتمالاً مصرف سوخت در نتیجه افزایش بازده موتور افزایش می یابد. یک کارخانه الکل سازی میتواند غلظت‌های متنوعی از الکل را بسته به ویژگی‌های خط تولید عرضه نماید.
اتانول در محصولات آرایشی و بهداشتی
وقتی صحبت از محصولات آرایشی و بهداشتی می شود، اتانول به عنوان یک عنصور اصلی مطرح می‌شود. اتانول را می توان در محصولات مختلفی از جمله لوسیون ها، عطرها، افترشیو و … یافت. از این الکل به عنوان یک ماده ضد عفونی کننده برای آماده سازی و ضد عفونی سطح پوست استفاده می شود و به جلوگیری از جدا شدن محتویات موجود در لوسیون ها کمک می کند که به عنوان یک حلال آلی مناسب در این محصولات عمل می‌کند
اتیل الکل از دیرباز به عنوان یک ماده آنتی باکتری شناخته شده است که از این رو یک عنصر اصلی در بسیاری از ضدعفونی‌کننده‌های دست به کار می‌رود. به همین دلیل، آن را با توجه به وضعیت فعلی COVID-19، که در آن رعایت بهداشت دست ضروری است، به یک نهاد حیاتی تبدیل می کند. اگر درصد اتانول در محصولات پوستی به ۵ درصد یا کمتر محدود شود، مضر تلقی نمی شود زیرا کاملاً تبخیر می شود. از این رو، خط تولید الکل اهمیت ویژه‌ای در تولید محصولات ضدعفونی برای کاربردهای پزشکی و خانگی پیدا کرده است.
تولید اتانول از طریق روش‌های تبدیل ترموشیمیایی
یکی از مزایای فرآیندهای ترموشیمیایی این است که میتوان از طیف گسترده‌ای از ذخایر خوراک زیست توده صرف نظر از محتوای قند و لیگنین آنها استفاده کرد. این روش شامل تبدیل زیست توده به گاز سنتز و سپس تخمیر گاز و تبدیل کاتالزیوری آن به اتانول و سایر الکل‌ها می‌شود. در فرایند تخمیر گاز، گاز سنتز توسط میکروارگانیسم‌ها برای تولید اتانول یا سایر هیدروکربن‌ها تخمیر می‌شود که میتواند به عنوان سوخت یا مواد اولیه شیمیایی صنایع متنوع استفاده شود. تبدیل کاتالیزوری گاز سنتز به اتانول میتواند مستقیم یا غیر مستقیم باشد. در روش مستقیم، گاز سنتز در یک واکنش کاتالیزوری به اتانول (یا الکل های دیگر) تبدیل می‌شود. سنتز غیرمستقیم از طریق کربونیلاسیون دی متیل اتر (DME) برای تولید اتانول از گاز سنتز انجام می‌شود. سنتز غیرمستقیم کارایی بالاتر و اقتصاد بهتری دارد زیرا سنتز مستقیم گزینش پذیری پایینی دارد که باعث کاهش راندمان در کارخانه تولید اتانول می‌شود.
شرکت صنعت آفرین سانیار با ارائه اتانول طبی و صنعتی مطابق با استانداردهای جهانی، توانسته رضایت مشتریان خود را کسب نماید. جهت خرید و مشاوره با کارشناسان ما در تماس باشید.