طرح کارآفرینی تولید اتیل الکل (اتانول) از ملاس
مقدمه
اتیل الکل یکی از مهمترین مواد شیمیایی صنعتی ضروری است که بطور وسیع در ساخت بسیاری از مواد شیمیایی آلی استفاده میگردد. اتانول، سوخت نسبتا خوبی برای موتورهاست و در صنعت، بصورتهای مختلفی استفاده می شود. اتانول مورد مصرف در صنعت را معمولاً به دو طریق مصنوعی (سنتزی) و تخمیر تولید میکنند. در روش تولید سنتزی این ماده از مواد نفتی استحصال می گردد و در روش تخمیر از مواد غذایی و گیاهان حاوی قند استفاده می شود بیشترین اتانول تولیدی در جهان (حدود 93 درصد) از روش تخمیر و فقط حدود 7 درصد از روش مصنوعی تولید می گردد. لازم به ذکر است که از کل تولید الکل جهان به روش تخمیر، حدود 65 درصد از طریق تخمیر از محصولات جانبی صنایع شکر (ملاس) و 35 درصد دیگر از تخمیر سایر مواد قنددار مانند ذرت، گندم، خرما و غیره حاصل می گردد.
امروزه برای تولید تجارتی آسان آن تخمیر مواد آلی زائد مانند خاک اره و از همه با صرفه تر ملاس پیشنهاد شده است. در فرایند تولید شکر، ملاس حاصل می گردد. ملاس شربتی است که حاوی مخلوطی از قندهای کریستال نشده، جامدات غیر قندی باقیمانده از نیشکر یا چغندر، مواد شیمیایی باقیمانده از فرایند تولید و مقداری آب است. ملاس معمولاً چهل درصد وزن چغندر یا نیشکر را تشکیل می دهد و یا به عبارتی بطور متوسط (با در نظر گرفتن شکر چغندری و نیشکری) چهل درصد شکر تولیدی می باشد.
از جمله مهمترین کاربردهای اتانول در صنعت میتوان به صنایع تولید ضد یخ، صنایع رنگ سازی، تولید عطر و ادکلن، تولید مواد ضد عفونی کننده، صنایع تولید دارو و پزشکی، تولید تنتور، بعنوان حلال در تولید جلاها، لاکهای صنعتی و… اشاره نمود. در این طرح توجیهی فرایند کامل تولید اتانول از ملاس بطور کامل تشریح شده است. همچنین لیست تجهیزات مورد نیاز، تجزیه تحلیل هزینهها، بازده و سود دهی طرح آورده شده است.
خواص فیزیکی و شیمیایی
اتانول، مایعی قابل احتراق و بی رنگ بوده، یکی از انواع الکلهای موجود در نوشابه های الکلی است. گرانروی آن، مانند آب است و بوی نسبتا تندی دارد. در صنعت بعنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می شود. بدلیل تشکیل پیوند هیدروژنی با هر نسبتی در آب حل می شود. اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد. به عنوان مثال نقطه جوش پروپان که تقریبا وزن مولکولی برابری با اتانول دارد، 43- درجه سانتی گراد است، درحالی که نقطه جوش اتانول 78 درجه سانتی گراد است. دلیل این اختلاف ، وجود پیوندهای هیدروژنی مربوط به گروه OH است که نیروی جاذبه میان مولکولهای مجاور را افزایش می دهد. اتانول خاصیت ضعیف اسیدی و بازی از خود نشان می دهد که خاصیت بازی آن بدلیل جفت الکترون تنهای اکسیژن بوده و خاصیت اسیدی آن، بخاطر پیوند هیدروژن با عنصر الکترونگاتیو اکسیژن است. اتانول با فلزات فعال ( Naو K و Mgو … ) وارد واکنش شده، اتوکسید ایجاد می کند. اتیل الکل رطوبت گیر بوده و با اکثر مایعات آلی قابلیت امتزاج دارد و یک حلال بسیار خوب محسوب میشود. خواص فیزیکی و شیمیایی اتانول به شرح زیر است:
Molecular formula: C2H6O
Molar mass: 46.07 g mol−1
Appearance colorless liquid
Density: 0.789 g cm-3
Melting point: −114.3 °C, 159 K, -174 °F
Boiling point: 78.4 °C, 352 K, 173 °F
Solubility in water miscible
Acidity (pKa): 15.9
Viscosity: 1.200 cP (20 °C)
Dipole moment: 1.69 D (gas)
Flash point: 13 °C (55.4 °F)
کاربرد و موارد مصرف
اتانول بدلیل نقطه ذوب پائین در صنعت ضد یخ سازی استفاده می شود. حلال بسیار خوبی است و در صنعت عطرسازی ، رنگسازی و … استفاده می شود. محلول %85 – 70 آن بعنوان محلول ضدعفونی کننده کاربرد دارد. اتانول با تغییر دادن پروتئین و حل کردن چربی، میکرو ارگانیسمهای آنها را از بین می برد. البته این عمل فقط در برابر باکتریها و ویروسها و قارچها موثر است، ولی در مقابل هاگ، باکتریها تاثیری ندارد. اتانول همچنین در صنایع مشروبات الکلی به میزان گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.
علاوه بر مصرف اصلی الکل اتیلیک در تهیه مشروبات الکلی، از آن در تهیه و استخراج بعضی از داروها، برای ساخت تنتور و همچنین در تهیه مواد پزشکی و داروئی دیگر و داروهای ضد عرق استفاده میشود.
همچنین اتیل الکل بطور گسترده بعنوان یک حلال برای جلاها، لاکها و رنگهای مختلف کاربرد دارد. اتیل الکل مستقیماً در تهیه و ساخت تعداد زیادی از ترکیبات شیمیایی بکار میرود.
یکی دیگر از کاربردهای اصلی اتانول به صورت خالص به عنوان سوخت در موتور خودروها است. همچنین اتانول را می توان در پیل های سوختی مستقیم DEFC برای تولید برق همراه با محصولات جانبی آب و دی اکسیدکربن بکار برد. اتانول را همچنین در سوخت موشک برای افزایش نیروی پیشرانه بکار می برند. اتانول را در مراکز پزشکی برای ضدعفونی لوازم پزشکی، ضد عفونی زخم و مواد ضد عفونی کننده دست استفاده می کنند. همچنین اتانول بعنوان پاد زهر برای از بین بردن اثر مسمومیت بعضی از مواد مانند متانول و اتیلن گلایکو استفاده می شود.
فرایند تولید اتانول از ملاس
تخمیر الکلی به میزان وسیع بوسیله کشت مخمر قارچ قندی (Sacharomyces Cerevistac) در ظرفهای مخصوص تخمیر و با خمیر مایه اولیه (تخمیر کننده اولیه) انجام میگیرد. سپس توده مایع کشت مخمر مورد نظر را به خمره های مخصوص تخمیر که محتوی ملاس رقیق شده با آب میباشند، انتقال میدهند و pH آن را طوری تنظیم میکنند که برابر 5/4 باشد. ملاسهای رقیق شده با آب تولید یک محلول آبی که حاوی 10 درصد قند میباشد را مینماید. به این محلول مقداری سولفات آمونیوم (72 گرم به ازای هر 10 لیتر از ملاس) اضافه میگردد تا نیتروژن لازم جهت رشد مخمر (قارچ قندی) را فراهم نماید. همچنین مقداری اسید سولفوریک (204 گرم با بومه 60 درجه به ازای هر 10 لیتر ملاس) اضافه میکنند تا محیط کمی اسیدی شده و از رشد باکتریهای مزاحم جلوگیری نماید. بنابراین مخمر به این روش تهیه و به خمره های مخصوص تخمیر انتقال مییابد.
بر اثر گرمای ایجاد شده در حین عملیات تخمیر، درجه حرارت بتدریج افزایش مییابد که لازم است توسط سرد کردن مارپیچی (Cooling Coils) یا پاشیدن آب سرد (Cold Water Spray) دمای آن را کنترل نمود. عملیات تخمیر در ظرف چند ساعت پس از افزایش مخمر شروع میشود و پس از 24 ساعت شدید خواهد شد و معمولا در مدت 30 تا 70 ساعت کامل میشود. در این مدت وزن مخصوص آن ثابت میماند. در این مرحله محصول حاوی 6 تا 8 درصد الکل میباشد. مایع تخمیر شده را برای چند ساعت به حالت ساکن رها میکنند سپس آن را تقطیر کرده تا محصول دارای ماکزیمم غلظت الکل (6/95 درصد الکل و 4/4 درصد آب) گردد. در این مرحله محصول جهت بسته بندی بصورت الکل خالص و الکل تقلیبی و عرضه به بازار آماده است.
نمودار فرایند تولید اتیل الکل از ملاس
لیست تجهیزات و ماشین آلات
1- مخازن ذخیره سازی ملاس
2- مخازن رقیق سازی
3- مخازن خیساننده
4- تخمیر کننده ها
5- مخزن نگهداری عصاره الکلی ضعیف
6- برج تقطیر و جداسازی محصول
7- برج تخلیص الکل
8- مبدلهای حرارتی
9- مخزن نگهداری سوخت کوره
10- مخزن نگهداری اتیل الکل
11- خمره های مخصوص تخمیر (Dectation Vats)
12- بویلر (دیگ بخار)
13- ضد عفونی کننده (Sterilizer)
تجزیه و تحلیل هزینهها
جهت تولید 20000 لیتر اتیل الکل در روز:
1- سوله 1500 متر مربع
2- تعداد کارگران 40 نفر
3- زمین و ساختمان 28500 $
4- ماشین آلات 78500 $
5- سرمایه ثابت 10600 $
6- سرمایه لازم برای یک ماه کار 19500 $
7- سرمایه لازم برای سه ماه کار 58300 $
8- جمع کل سرمایه 164600 $
9- هزینه تولید سالیانه 267000 $
10- دریافت سالیانه 300000 $
11- سود سالیانه 33000 $
12- میزان برگشت سرمایه (بازدهی) 07/20 درصد
13- نقطه سر به سر 3/58 درصد
1