Лаборатория Биоэнергетики

• Биотехническое производство этанола

Структура и функция устройства Этанол является важным сырьем для химической промышленности. Он производится из крахмалистых продуктов, таких как картофель или зерно. С помощью биотехнологического производства этанола CE 640 можно отслеживать и исследовать процесс получения этанола путем сжижения и осахаривания картофеля или картофельного крахмала сырья, путем конверсии глюкозы в этанол. Экспериментальная установка оснащена двумя резервуарами с мешалкой из нержавеющей стали с контролируемой скоростью. Резервуар-мерсеризатор темперирован паром и холодной водой, а значение pH регулируется дозировкой кислоты или щелочи. Резервуар брожения можно темперировать горячей и холодной водой. Для отделения этанола используется дистилляционный модуль. Перекачка между резервуарами осуществляется с помощью мембранных насосов с пневматическим приводом. Система управляется и контролируется на месте с помощью программируемого логического контроллера (ПЛК). Для сбора данных измерений требуется дополнительный ПК.

Целевая группа

Экспериментальная установка CE 640 предназначена для студентов

следующих факультетов:

• Пищевая технология

• Возобновляемые источники энергии

• Технологическое проектирование

• Разработка биопроцессов

Особенно экспериментальная установка подходит для реализации студенческих проектов. В серии экспериментов изучается влияние параметров процесса на характерные величины

производство этанола:

• Содержание этанола,

• Количество этанола и

• Выход этанола в отношении исследуемой массы сырья.

Содержание обучения

Знакомство с необходимыми индивидуальными шагами и компонентами установки для производства этанола:

• Желатинизация путем инъекции пара

• сжижение с использованием α-амилазы

• осахаривание с использованием γ-амилазы

• Производство биодизельного топлива

Конструкция и назначение устройства

В промышленном масштабе процесс является непрерывным. С этой целью исходные материалы (сырье) растительное масло, метанол и гидроксид калия подаются в реакторы с непрерывным перемешиванием. Экспериментальная установка CE 650 воспроизводит этот процесс в небольшом масштабе.

Химическая реакция протекает уже при температуре около 60°С и при времени пребывания в реакторе с непрерывным перемешеванием около двух часов.

Сырье непрерывно подается в реактор. После установленного времени пребывания из реактора выходят продукты. Они представлены в виде двухфазной смеси: биодизельная фаза и фаза с побочными продуктами. Фаза с побочными продуктами откачивается из находящегося ниже по технологической цепочке фазового сепаратора и подается в резервуар для побочных продуктов.

Биодизельная фаза может либо возвращаться в реактор, либо подаваться на следующую стадию процесса. Биодизельная фаза содержит не только биодизель, но также остаточные количества метанола, гидроксида калия и растительного масла. Оставшееся растительное масло может вступать в реакцию с образованием биодизеля во втором реакторе экспериментальной установки. Метанол можно дистиллировать на дополнительной стадии процесса, и затем биодизель можно очистить на следующей стадии процесса.

Наконец, происходит хранение очищенного биодизеля, регенерированного метанола и отделенных побочных продуктов.

Степень преобразования в процессе текущей химической реакции может быть повышена до равновесной путем применения соответствующих мер. К ним относятся увеличение времени реакции и повышение температуры. На равновесие также может влиять отделение побочных продуктов. Следующий второй этап переэтерификации повышает степень преобразования растительного масла путем вступления в реакцию все еще содержащегося растительного масла с новым метанолом и катализатором.

Целевая группа

Экспериментальная установка CE 650 предназначена для студентов,

которые работают в следующих областях:

• Химическая инженерия

• Реакционная технология

• Производственное и технологическое оборудование

• Химическая технология

• Возобновляемые источники энергии

Содержание обучения

• Производство биодизеля из растительного масла

- Влияние времени пребывания

- Влияние температуры

• Химическая переэтерификация

• Разделение фаз в гравитационном поле

• Дистилляция

• Жидкостно-жидкостная экстракция

• Запуск непрерывного процесса, состоящего из нескольких основных

Операций

• Производство биогаза

CE 642 демонстрирует практическое производство биогаза с помощью биомассы. Используемый субстрат представляет собой суспензию измельченных органических твердых веществ. В первом реакторе происходит гидролиз и подкисление субстрата. Во втором реакторе биогаз, содержащий метан и диоксид углерода, образуется параллельно с образованием уксусной кислоты. С помощью этого двухступенчатого режима работы установки окружающие условия в обоих реакторах могут регулироваться и оптимизироваться отдельно друг от друга. Температура и pH контролируются в обоих реакторах. Полученный газ сушат в колонне. Затем регистрируются поток, влажность, содержание метана, содержание двуокиси углерода и температура газа. Управление установкой и сбор данных осуществляется с помощью программируемого логического контроллера (ПЛК), который управляется с помощью сенсорного экрана. Измеренные значения могут быть перенесены на ПК через USB-интерфейс, отображаются и сохраняются с помощью программного обеспечения GUNT.

Целевая группа

CE 642 предназначен для студентов, которые работают в следующих

областях:

• Анаэробная биотехнология

• Регенеративные энергии

• Энергетические и экологические технологии

• Технологическое проектирование

• Разработка биопроцессов

Содержание обучения

• Выработка стабильного режима эксплуатации

• Влияние следующих переменных на производство биогаза:

- температура

- субстрат

- объемная нагрузка

- значение pH

• Влияние процесса контроля на выход биогаза:

- одноступенчатый и двухступенчатый

- с и без вторичного брожения

- непрерывный и прерывистый

• Определение характерных переменных процесса в зависимости от

параметров процесса

- выход биогаза

- скорость производства биогаза