طرح توجیهی تولید بوتیل الکل (بوتانول)
کاربرد و موارد مصرف :
بوتانل در تولید حلال ، بوتید استات نرمال ، اترهای گلیکول و استرها ، نرم کننده ها ، رزین های آمینی ، بوتیل اکریلات و بوتیل متاکریلات استفاده می شود .
بررسی جایگاه صنعتی :
از سالیان قدیم (در طول جنگ جهانی اول) ، بوتانل به عنوان یک محصول فرعی استن بوسیله تخمیر نشاسته ذرت تولید می شد . در حقیقت بوتانل یک محصول فرعی بود ، هر چند دو قسمت بوتانل در ازا یک قسمت استن تولید می شد .
اندکی بعد از آن صنایع جلا سازی این طرح را ارائه دادند که بوتانل تولید اصلی و استن یک محصول فرعی آن قرار گرفت.
بوتیل الکل یا بوتانول ( CH3 CH2 CH2 CH2 OH )
تولید بوتیل الکل از کربوهیدرات ها بوسیله تخمیر
واکنش :
H 2 O
C6 H10 O6 * ( C6 H10 O5 )
(گلوگز ) ( نشاسته)
CH3COCH3+CH3CH2CH2CH2OH+C2H5O5+CO2+H2
بازده محصول
1 لیتر ملاس ( 7/0 تا 8/0 کیلوگرم )
200 – 174 گرم بوتانل
78 – 48 گرم استن
12 – 8 گرم ایتل الکل + دی اکسید کربن و هیدروژن
1 متر مکعب ذرت ( 425 کیو گرم نشاسته )
100 – 77 کیلو گرم بوتانل
50 – 39 کیلو گرم استن
20 – 13 کیلو گرم اتیل الکل
205 – 190 کیلو گرم + 60 درصدی اکسید کربن و 40 درصد هیدروژن
مواد اولیه مورد نیاز
جهت تولید 5/1 تن ( متریک ) بوتانل روزانه
ملاس 5425 لیتر
آب 80 متر مکعب
مواد مغذی 5/3 کیلو گرم
روش تولید
بوتیل الکل( بوتانل ) ، استن و اتیل الکل بوسیله تخمیر کربو هیدراتها شامل موادی نظیر ملاس و تفاله حبوبات توسط باکتریهای انتخابی تولید می شوند . ملاس را با آب تا غلظت تقریباً 5 درصد قند رقیق می کنند . سپس استریل نموده و تا درجه حرارت 30 درجه سانتیگراد خنک می کنند و آن را به دستگاه تخمیر پمپ می نمایند کشت و رشد باکتری در ملاس استریل شده با شروع تخمیر آغاز می شود .
ماده ای مغذی پروتئین یک بافر قلیایی جهت کنترل PH به آن اضافه می کنند تا کیفت محصول را بهبود و اصلاح نمایند .
بعد از این که عملیات تخمیر به مدت 48 – 36 ساعت انجام شد آبجو ( مخلوط تخمیر شده ) حاوی 5/2 – 5/1 درصد حلال مخلوط شده را به برج انجام عمل تخمیر پمپ می کنند . البته 50 درصد مخلوط حلال در قسمت فوقانی قرار می گیرد . و ضایعات تقطیر در قسمت تحتانی قرار گرفته و جدا می شوند . این ضایعات را خشک نموده و به عنوان مواد غذایی دام می فروشند و به عنوان منبعی از ویتامین -B کمپلکس مورد استفاده قرار می گیرند . محصول فرعی دیگر ، مخلوط دی اکسید کربن و هیدروژن می باشد که در حین عملیات تخمیر تولید می شوند . بخارات مخلوط حلال از برج آبجو به واحد برج تخمیر هدایت می شوند جایی که سه جزء استن ، اتانل و بوتانل از قسمت فوقانی جدا می گردند و آب در قسمت تحتانی باقی می ماند . جزء استن و الکل بوسیله روش های مرسوم تصفیه و تخلیص می شوند . جزء بوتانل که حاوی 15 درصد آب می باشد ، به برجی که بخارات حاوی 70 درصد بوتانل و 30 درصد آب از قسمت فوقانی آب خارج می گردند ، هدایت می گردد . لایه بالایی (80 درصد بوتانل و 0 درصد آب ) به برج بوتانل برگردانده می شود و لایه تحتانی (4 درصد بوتانل و 96 درصد آب) به برج آبجو هدایت می گردد .
استن حلالهای مخلوط 50 درصد
استریل کردن ملاس گاز H2,Co2
اتانل به ابرج الکل
به سمت برج آبجو
بوتیل 4 درصد آب کشت میکروبی (باکتری)
به برج آبجو
" فرایند تولید بوتیل الکل از کربوهیدراتها بوسیله تخمیر "
بازده محصول مخلوط حلالها تقریباً 30 درصد وزنی می باشد که بستگی به میزان قند موجود در ملاس دارد ، نسبت وزنی بازده محصول عبارتند از 70 درصد بوتانل ، 25 درصد استن و 5 درصد اتانل.
شایان ذکر است که دقت بیشتری بایستی در تخمین بوتانل – استن نسبت به تخمیر اتیل یا اسید استیک بکار برد . در مورد تخمیر اسید استیک ، تخمیر بیولوژیکی با ثباتی می باشد . که معمولاً به سادگی و آسانی انجام می گیرد در تخمیر اتیل الکل ممکن است زمانی که شرایط نامناسب باشد بازده محصول کم است . ولی تخمیر بیولوژیکی بوتانل – استن ناپایدار می باشد و زمانی که آلوده و فاسد گردد ممکن است تخمیر به صورت کامل انجام نگیرد و بی نتیجه بماند . نمونه های متعددی از آلودگی و عفونت بوسیله خوره باکتری از نظر تجارتی مشاهده شده است و در بعضی مواقع مجبور شده اند که عملیات تخمیر را تا زمانی که کشت بطور کامل مصون و ایمن گردد ، به تعویق اندازند .
لیست تجهیزات و ماشین آلات
1- پمپ ها و موتورها
2- مخازن ذخیره سازی و مخلوط کردن
3- مبدل حرارتی
4- برجها
5- مولد بخار
6- تبخیر کننده
7- خشک کن
تولید بوتیل الکل از هیدروژناسیون بوتیر آلدئید
واکنش :
C3H7CHO+H2 C3H7CH2OH
(بازده محصول 95 درصد)
مواد اولیه خام مورد نیاز :
جهت تولید 1 تن بوتانل
بوتیرآلدئید 1030کیلوگرم
هیدروژن 328 متر مکعب
کاتالیزور به مقدار کم
روش تولید :
بوتیل الکل نرمال به وسیله هیدروژن ناسیونال کاتالیتیکی بوتیرآلدئید نرمال در فاز مایع تولید می شود سپس بوتیر آلدئید بوسیله اکسیداسیون پروپیلن ایجاد می شود .
همچنین در حین عمل ، ایزوبوتیرآلدئید نیز تولید می شود . هر دو نوع آلدئبد ممکن است با هیدروژن ترکیب شده و الکلهای مربوطه بوسیله تقطیر جدا می شوند یا ممکن است آلدئید ها را جدا نموده و بطور انفرادی ترکیب کنند . در هر دو حالت هیدروژناسیون تحت فشار (تا 100 اتمسفر) در فاز مایع انجام می گیرد 10-1 درصد آب به مخزن ترکیب هیدروژن اضافه می کنند تا تشکیل اتر را به حداقل خود برسانند .
ممکن است کاتالیست های متنوعی مورد مصرف قرار گیرند که از میان آنها می توان اکسیدها کرم و مس بر روی سلیکا ، کبالت (38-6 درصد)با آلومینیوم یا کاتالیزور نیکل تقویت شده را نام برد .
خصوصیات :
بوتیل الکل مایعی بی رنگ با بوی شراب می باشد . این ماده در اتانل و اتر به هر نسبتی در درجه حرارت اطاق حل می شود . به مقدار کم در آب محلول است (9گرم در 100 میلی لیتر در دمای 15 درجه سانتگراد). وزن مولکولی آن 12/74 ، وزن مخصوص آن 811/0 (در 20 درجه سانتیگراد)، نقطه ذوب آن 53/89 درجه سانتیگراد ، نقطه جوش آن 25/117 درجه سانتیگراد ، و نقطه اشتعال آن (در ظروف سربسته)5/35 -35 درجه سانتیگراد می باشد .
ترکیبات با نقطه جوش پایین جهت بازیافت هیدروژن جهت جریان مجدد
بوتیر آلدئید
هیدروژن
بوتیل الکل
" فرایند تولید بوتیل الکل از هیدروژناسیون بوتیر آلدئید "
تجزیه و تحلیل هزینه ها:
جهت تولید 45 تن بوتیل الکل در هر ماه
1- سوله 800متر مربع
2- تعداد کارکنان 19 نفر
3- زمین و ساختمان (اجاره ماهیانه) 104 $
4- تجهیزات و ماشین آلات 3129 $
5- سرمایه ثابت 3129 $
6- سرمایه لازم جهت یک ماه کار 2101 $
7- سرمایه لازم جهت سه ماه کار 6305 $
8- سرمایه کل 9433 $
9- هزینه های تولید سالیانه 27904 $
10- دریافت سالیانه 37332 $
11- سود سالیانه 9429$
12- میزان برگشت سرمایه 100 درصد
13- نقطه سر به سر 38 درصد
1
9