ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА

Полезная модель относится к оборудованию для получения этанола из растительного сырья, включая и его отходы, в том числе из отходов лесопромышленного комплекса.
Известна установка для получения этанола из целлюлозосодержащего сырья, включающая бункер для загрузки подлежащего переработке сырья, связанный транспортером с измельчителем, в котором сырье проходит предварительное измельчение, после чего измельченное сырье подают транспортером на молотковую дробилку, где осуществляют его измельчение до размера компонентов не более 75 мм.
Измельченное сырье разделяют на два потока, один из которых направляют на получение гумуса, а другой - на получение этанола. Данное сырье подается в камеру предварительной обработки, где оно смешивается с разбавленной серной кислотой. Сырье перемешивается при температуре 40-100 градусов. Далее смесь шнековым транспортером подается на пресс, где осуществляется удаление 60-80% жидкости, то есть разделение растворимых и нерастворимых компонентов. Для удаления остатков кислоты осуществляют промывку твердой фазы, после чего осуществляют ее сушку на ленточной сушилке. В итоге, сухой нерастворимый компонент, имеющий легкую рыхлую консистенцию, передается в накопительную емкость.
Жидкая фаза перекачивается в другую накопительную емкость и направляется для повторного использования в измельчителе. Твердая фаза смешивается с сахаром, водой, а кроме того, в ней присутствует остаточная серная кислота (не более 0,1%), после чего раствор пропускают через фильтр обратного осмоса и добавляют в раствор аммоний, а затем из емкости подготовки дрожжей - дрожжевую культуру. Полученная композиция закачивается в промежуточную емкость, откуда подается в ферментаторы, где композицию выдерживают примерно 48 часов, поддерживая температуру ферментации в пределах 38 градусов. По истечении времени, отведенного на ферментацию, культурированная жидкость подается через фильтр в приемную емкость. Дрожжи удаляются в накопительную емкость, а жидкость
передается в отдельную емкость, откуда дозированно направляется в разделительную (перегонную) колонну для получения конечного продукта - этанола. В разделительной колонне осуществляется выделение этанола путем выпаривания и конденсации. Полученный этанол собирают в накопительную емкость. Побочным продуктом получения этанола на данной установке является кубовый остаток в виде крахмальной массы, который можно использовать на корм скоту.
(См. патент РФ, №2159816, кл. С12Р 7/06, 2000 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции известной установки необходимо отметить, что она использует при работе тот же принцип получения этанола, что и заявленная, который основан на проведении гидролиза измельченной в дробилке сырьевой массы, подаче нейтрализованного гидролизата на смешивание с дрожжами для проведения процесса ферментации с целью получения спиртовой бражки, которая направляется в разделительную колонну для получения этанола, собираемого в накопительной емкости.
Однако данная установка характеризуется незначительным выходом этанола. Это связано с тем, что при проведении операций измельчения сырья не достигается достаточного раскрытия клеток сырья, что не обеспечивает доступа реагирующих компонентов к находящимся в данных клетках углеводам, белкам, ценным минеральным веществам, используемым при получении этанола. Процессы гидролиза и ферментации проходят с большим выходом побочных продуктов.
Задачей настоящей полезной модели является разработка линии для производства этанола, из растительного сырья, в том числе и его отходов, обеспечивающей повышенный выход целевого продукта.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в линии для производства этанола, содержащей дробильно-измельчительную установку, вход которой связан с загрузочным бункером, а также нагревательный агрегат, фильтр-пресс, выход которого связан со входом дрожжевой установки, оснащенной устройством приготовления дрожжевой культуры, выход дрожжевой установки связан с установкой дистилляции целевого продукта, связанной с, как минимум, одной емкостью для сбора целевого продукта, новым является то, что линия снабжена холодильником, вход которого связан с выходом нагревательного агрегата, а выход с
фильтр-прессом, причем дробильно-измельчительная и дрожжевая установки, а также установка дистилляции целевого продукта снабжены агрегатами электромагнитного и ультразвукового воздействия, предназначенными для электромагнитного и ультразвукового воздействия на находящийся в них продукт.
Линия для производства этанола по п.1, отличающаяся тем, что емкость для сбора целевого продукта оснащена электромагнитным и ультразвуковым агрегатами, предназначенными для электромагнитного и ультразвукового воздействия на находящийся в ней целевой продукт.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию охраноспособности «новизна».
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Узлы, блоки и агрегаты линии, а также транспортные системы и устройства, конструкция которых не раскрыта в материалах настоящей заявки, являются известными из уровня техники. Естественно, что линия снабжена всеми необходимыми для ее функционирования системами (не показаны): питания, очистки, циркуляции хладагента и др.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема линии для производства этанола.
Линия для производства этанола состоит из бункера 1 для загрузки подлежащего переработке сырья. Бункер 1 связан транспортером с дробильно-измельчительной установкой 2, выход которой связан с нагревательным агрегатом 3. Нагревательный агрегат 3 через холодильник 4 связан с фильтр-прессом 5. Фильтр-пресс 5 имеет два выхода, один из которых предназначен для отвода твердых отходов, а другой связан с дрожжевой установкой 6. Дрожжевая установка 6 связана с устройством 7 для приготовления дрожжей. Выход дрожжевой установки связан с установкой дистилляции 8, один выход которой связан с емкостью 9 для приготовления диэтилового эфира, а другой - с емкостью 10 для приготовления дибутилового эфира.
Установка 8 также имеет выход для отвода воды после дистилляции фильтрата, который каналом 11 связан с дробильно-измельчительной установкой 2. Установка
2 снабжена агрегатом 12 электромагнитного воздействия на обрабатываемое сырье и агрегатом 13 ультразвукового воздействия на обрабатываемое сырье. Дрожжевая установка 6 также снабжена агрегатом 14 и 15 электромагнитного и ультразвукового воздействия на обрабатываемое сырье. Такими же агрегатами 16 и 17 и с аналогичной целью снабжена установка дистилляции 8. Емкости 9 и 10 также могут быть снабжены электромагнитным 18 и ультразвуковым 19 агрегатами.
Линия для производства этанола функционирует следующим образом. Перерабатываемое сырье (в качестве сырья может быть использовано практически любое растительное сырье и его отходы, отходы деревообрабатывающей промышленности, древесные отходы и их смесей в любых сочетаниях) загружают в бункер 1, откуда оно посредством транспортера подается в дозатор (не показан) установки 2. В дозатор также подается необходимое количество щелочи (NaOH). Из дозатора смесь сырья со щелочью порциями подается в установку 2 к ее рабочим органам, осуществляющим переработку сырья за счет приложения к нему ударных воздействий. В процессе измельчения сырья на него осуществляется электромагнитное и ультразвуковое воздействие (электромагнитными и ультразвуковыми волнами) посредством агрегатов 12 и 13. Режимы воздействий зависят от вида и состояния перерабатываемого сырья. После окончания процесса измельчения, измельченное сырье с выхода установки 2 подается в нагревательный агрегат, где оно нагревается до температуры примерно 100 градусов и некоторое время выдерживается при данной температуре. После операции нагрева сырье поступает в холодильник 4, где охлаждается до температуры примерно 40 градусов и подается на фильтр-пресс 5. На фильтр-прессе 5 осуществляется разделение сырьевой массы на твердый и жидкий компоненты. Твердый компонент отводится в накопительную емкость, а жидкий подается в дрожжевую установку 6, куда из устройства 7 подается подготовленная дрожжевая культура. Процесс ферментации в установке 6 осуществляется при электромагнитном и ультразвуковом воздействии на перерабатываемую массу посредством агрегатов 14 и 15. Это значительно увеличивает выход этанола и уменьшает время обработки. Полученный полуфабрикат с установки 6 подается на установку 8 дистилляции, где осуществляется получение целевого продукта, который подается в накопительные
емкости 9 и 10. В процессе дистилляции целевого продукта на находящуюся в установке массу осуществляют электромагнитное и ультразвуковое воздействия с агрегатов 16 и 17.
Находящийся в емкостях 9 и 10 целевой продукт для сохранения свойств может быть подвергнут электромагнитному и ультразвуковому воздействиям посредством агрегатов 18 и 19.
Вода после дистилляции фильтрата может быть подана из установки 8 по каналу 11 на вход измельчительной установки 2.
Разработанная линия обладает широкими функциональными возможностями, так как способна перерабатывать практически любое растительное сырье, его отходы и отходы деревообработки. Использование при измельчении сырья электромагнитного и ультразвукового воздействий ускоряет механо-химические и термические процессы со значительным снижением затрат электрической и тепловой энергии (примерно в 2-3 раза) по сравнению с известными технологиями и оборудованием и способствует увеличению выхода этанола в 2-3 раза по сравнению с традиционными методами.
Применяемое при измельчении сырья сочетание ударно-дробильного воздействия измельчающих элементов установки 2 с электромагнитным и ультразвуковым воздействиями агрегатов 12 и 13, обеспечивает раскрытие растительных клеток, что открывает доступ к находящимся в них углеводам, белкам, минеральным веществам, а также обеспечивает разрушение полисахаридных оболочек с образованием моносахаридов.
Все процессы подготовки и переработки исходного сырья реализуются при нормальном атмосферном давлении и температурах нагрева (где это необходимо) не выше 100 градусов, что исключает образование фурфурола и энергоемкие операции по его удалению.
За счет раскрытия растительных клеток и подготовки питательной среды улучшаются условия для эффективного сбраживания всего объема сахаров гидролизата (до 100%), в сравнении с используемыми технологиями и оборудованием, где объемы сбраживающих сахаров не превышают 40%.