دانلود پایان نامه بررسی فرایند تولید اتانول
صفحه اصلی بازاریابی و همکاری در فروش راهنمای خرید پرسش و پاسخ درباره ما پشتیبانی تبلیغات تماس با ما

صفحه نخست  » جدید  »  بررسی فرایند تولید اتانول

دانلود پایان نامه بررسی فرایند تولید اتانول

بررسی فرایند تولید اتانول

پایان نامه رشته شیمی و مهندسی شیمی

چکیده:
در این پایان نامه تلاش شده است ضمن آشنایی با الکل و انواع آن و تاریخچه، روش های تولید اتانول نیز بررسی شود. سپس به شرح و بررسی انواع روش تولید اتانول پرداخته ایم. در مرحله بعدی با معرفی نرم افزار هایسیس و شرح نحوه ی کار با این نرم افزار با طراحی پارامترهای واحد تولید اتانول و انجام محاسبات مربوط به موازنه های جرمی و انرژی، روش تولید اتانول را در این نرم افزار شبیه سازی نموده ایم.

مقدمه
اتانول به دو طريق مصنوعي (سنتزي) و تخمير توليد مي‌شود. در روش توليد سنتزي اين ماده از مواد نفتي استحصال مي‌گردد و در روش تخمير از مواد غذايي و گياهان حاوي قند استفاده مي‌شود بيشترين اتانول توليدي در جهان (حدود 93 درصد) از روش تخمير و فقط حدود 7 درصد از روش مصنوعي توليد مي‌گردد.لازم به ذكر است كه از كل توليد الكل جهان به روش تخمير، حدود 65 درصد از طريق تخمير از محصولات جانبي صنايع شكر و 35 درصد ديگر از تخمير ساير مواد قنددار مانند ذرت، گندم، خرما و غيره حاصل مي‌گردد.
اتانول یا الکل اتیلیک یا فرمول شیمیاییCO2H5OH رامی توان هم به روش پتروشیمیایی(هیدراسیون یا به عبارتی احیای غیرمستقیم و یا احیای مستقیم گاز اتیلن) و هم به روش بیوتکنولوژی( زیست فناوری) از مواد اولیه گوناگون با منشاو طبیعی( زیستی) تولید کرد به اتانولی که به روش دوم( زیستی) و با بهره گیری از مواد اولیه با منشاء طبیعی، و نه از نفت و گاز(سوخت های فسیلی)، تولید شود” بیواتانول” می گویند.
وجه تمایز اصلی اتانول تولیدی به روش پترو شیمیایی( یا به اصطلاح ، اتانول سنتیتک) با بیواتانول این است که اولی سوختی است تجدید ناپذیر با منشاء فسیلی، اما دومی سوختی است تجدید پذیر با منشاء غیر فسیلی. این دو محصول به عنوان یک سوخت از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی و کاربردی تفاوتی با هم ندارند، اما کاربردهای دارویی، بهداشتی، آرایشی، خوراکی وصنعتیشان با هم متفاوت است.
با توجه به وجود منابع فسیلی غنی و همچنین فرآورده های بالادست صنعت نفت در کشور و پیشرفت در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی ؛ تولید اتانول با روش سنتزی روشی مناسب و پر بازده است .

فصل اول
الکل و انواع آن
1-1)الکل
ازنظر علم شيمي هرماده اي كه در فرمول شيميايي آن عامل هيدروكسيل (OH- ) وجود داشته باشد ،يك الكل محسوب مي شود . الكل ازمشتقات هيدرو كربن هاست كه درآن هر مولكول ، تركيبي ازچند اتم هيدروژن وكربن مي باشد .نهايت ،يك عامل (OH) جانشين يك اتم هيدروژن مي گردد.
و دبنابر تعداد عامل (OH) ،الكل را يك يا چند ظرفيت مي گويند.كلمه الكل ازلغت عربي ال –كهول مشتق شده است كه اين ماده (ال –كهول ) پودر نرم وخالص عنصر فلزي آنتيموان ميباشد كه از راه تقطير فلز آنتيموان بدست مي آيد ودر آرايش چشم به كار مي رود .

درابتدا ,الكل به هر پودر نرم وخالص اطلاق مي شده است ,اما بعداًشيمي دانان قرون وسطي اين اصطلاح رادرمورد مواد خالص تقطير شده به كار بردند كه اين امر موجب هدايت صحيح روند استفاده ازاين اصطلاح شد.
اتانول داراي نقطه ذوب 1/114- سانتي گراد ، نقطه جوش 5/78 سانتي گراد و چگالي 789/0 گرم برميلي ليتر (دردماي 20سانتيي گراد ) مي باشد .
پايين بودن نقطه انجماد اتانول باعث شده است كه اين مايع به عنوان يك ماده مفيد وسودمند دردما سنج ها براي دماهاي زير 40- سانتي گراد (دماي 40- سانتي گراد نقطه انجماد جيوه مي باشد )به كار رود ونيز كاربرد ديگر اين مايع در رادياتور اتوميبل درهواي سرد از اتانول استفاده مي شود . اكنون نوشيدني هاي الكلي و بيش از نيمي از الكل های صنعتي از طريق فرآيند تخمير قندها ساخته مي شود .
قندهاي ساده ، مواد خام مي باشند . زيمار ( يك آنزيم از مواد مخمر ) تبديل كننده قندهاي ساده به اتانول و دي اكيد كربن است .
واكنش تخمير كه در معادله روبرو به صورت ساده C 6 H1206 2CH3CH2OH+2CO2 بيان شده است در واقع داراي پيچيدگي هاي زيادي مي باشد كه از جمله اين پيچيدگي ها مي توان به توليد و پرورش ناخالص مخمر و نيز مقادير مختلف از مواد ديگر شامل گليسيرين و اسيدهاي آلي حاصل از اين واكنش اشاره كرد.
درتوليد نوشيدني هايي از قبيل ويسكي و براندي ، ناخالصي هاي فوق الذكر باعث و سبب تهيه اين مواد مي شوند . دراصل چاشني مواد نوشيدني مذكور ، اين ناخالصي ها مي باشند . همچنين نشاسته هاي موجود درسيب زميني ، ذرت ، گندم وساير گياهان مي تواند در توليد اتانول از طريق فرآيند تخمير ، استفاده شود . با اين وجود ، نشاسته ها بايد ابتدا به قندهاي ساده تبديل (شكسته )شوند .
دياستار (مجموعه اي ازآنزيم ها ي توليد شده درحين جوانه زدن دانه ها ،كه نشاسته رابه دكستروز تبديل مي كند .) آنزيمي است كه حين جوانه زدن گياه جو به وجود مي آيد و نشاسته را به قند هاي ساده تر تبديل مي كند . بنابر اين عمل جوانه زدن جو كه پديده مالتي ناميده مي شود ، اولين گام در درست كردن آبجو ازگياهان نشاسته اي مانند ذرت وگندم مي باشد . (مالت = جوانه خشك شده جو )
اتانول درچند سلسله تخمير كه در غلظتي تقريباًدرحدود 14%صورت مي گيرد ، به وجود مي آيد . اگر غلظت بالاي 14%باشد ، اتانول باعث تخريب آنزيم زيماز شده ودرنتيجه عمل تخمير متوقف مي شود . اتانول حاصل ازتقطير از محلول هاي آبي به طور طبيعي غليظ مي باشد اما مي بينيم كه بخار حاصل ازمحلول آبي اتانول نيز داراي 95% اتانول و 4% آب مي باشد ، بنابراين اتانول خالص را نمي توان از تقطير بدست آورد .
اتانول تجاري داراي 95% اتانول و 5% آب مي باشد كه مي توان با استفاده ازعوامل دهيدرات كننده ، اين 5% آب باقي مانده را هم از بين برد و يك اتانول كاملاً خالص بدست آورد .
براي نوشيدني هايي كه امروزه به طور مصنوعي ساخته مي شوند ، اتانول زيادي ،درنظر گرفته نمي شود . همچنين براي ساختن استالدئين از استيلن و يا اتيلن از نفت خام نيز اتانول زيادي به كار نمي رود . اتانول ابتدا به استالدئيد وسپس به اسيد استيك ، اكسيد مي شود . اين مي تواند همچنين به شكل ديگري هم دهيدرات شود .
اتانول مي تواند در سوخت خودروها (مواد سوختني مصرفي در اتومبيل ها ) استفاده شود به نحوي كه با تركيب اتانول با بنزين مي توان گازوئيل بدست آورد .

1-2)تاريخچه الكل در ايران
كشف الكل اولين بار در ايران و توسط دانشمند معروف ايراني بنام ابوبكر محمدبن زكرياي رازي در قرن دهم ميلادي صورت گرفته است . اين دانشمند از تقطير شراب، الكل بدست آورد و لذا امروزه كشف الكل بنام اين دانشمند معروف در جهان ثبت گرديده است .
اولين كارخانه الكل‌سازي در كشور كارخانه آرارات است . اين كارخانه در سال 1354 در استان تهران تأسيس گرديد . ظرفيت آن 2.000.000 ليتر در سال بوده و نوع توليد آن الكل اتيليك با درجه خلوصيت 96 درصد مي‌باشد . مواد اوليه مصرفي اين كارخانه ملاس چغندر است .
در حال حاضر تعداد سي و دو كارخانه توليد الكل در كشور وجود دارد كه چهار واحد از آنها تعطيل شده است . از نظر پراكنده‌گي جغرافيايي مي‌توان گفت كه اين واحدها در سيزده استان كشور پراكنده مي‌باشند
مجموع ظرفيت اسمي واحدهاي فعال توليد الكل در كشور (بيست و هشت واحد فعال كشور) 62500 هزار ليتر در سال مي‌باشد . ليكن ميزان تقاضا كمتر از اين مقدار بوده و بنوعي مي‌توان گفت كه بازار الكل در کشورمان کاملا در حالت اشباع قرار دارد.

1-3)واکنشهای شیمیایی
1-3-1)پروتون‌زدايي
الكل ‌ها مي‌توانند در حضور بازهاي بسيار قوي به سان يك اسيد عمل كنند و تشكيل يون الكوكسي دهند. براي نمونه در واكنش سديم هيدروكسيد و اتانول ، سديم جانشين هيدروژنِ مثبت(پروتون) الكل شده و سديم متوكسي به دست مي‌دهد .

فهرست مطالب:
چکیده
بخش اول: الکل و انواع آن
1-1) الکل
1-2) تاريخچه الكل در ايران
1-3) واکنشهای شیمیایی
1-3-1)پروتون‌زدايي
1-3-2)  هيدروژن‌زدايي
1-3-3) واكنش‌هاي هسته‌ دوستي
1-3-6) احتراق
1-3-7) هالوژن دار شدن
1-5) طبقه بندی الکل ها
1-5-1) الكل متيليك
1-5-4) الكل اتيليك(Ethylic Alcohol)
1-6) انواع الکل اتیلیک
1-6-1)  الكل اتيليك طبي
1-6-2) الكل اتيليك خالص يا مطلق
1-6-3) الكل تقليب شده
1-6-4) الكل طبي 80 يا 70 درجه
1-7) ویژگی های اتانول
1-8) موارد مصرف
1-9) اتانول به عنوان سوخت
بخش دوم: روش های تولید اتانول
2-1) روش های تولید اتانول
2-2) ساختار شیمیایی بیوماس
2-2-1) قندهای مونومری
2-2-2) نشاسته
2-2-3) سلولز
2-2-4) همی سلولز
2-3) تولید الکل به روش تخمیر یا فرمانتاسیون
2-3-1) آماده سازی مواد اولیه
2-3-2) تخمیر
2-3-3) تقطیر
2-3-4) آبگیری
2-3-5) تغلیظ
2-4) توليد الكل از تركيبات قنددار
2-4-1) فرایند آسیاب خشک
2-5) جداسازی اتانول از طریق تقطیر
2-6) تولید اتانول از نیشکر
2-7) تولید اتانول چغندر قند
2-8) تولید اتانول خرما
2-8-1) روش تولید الکل از خرما
2-9) توليد الكل از تركيبات نشاسته‌دار
2-9-1) تولید اتانول سیب زمینی
2-9-2) تولید اتانول گندم
2-9-3) تولید اتانول ذرت
2-9-3-1) ذخیره سازی مواد اولیه و حمل(PFD-P110-A101)
2-9-3-2) اساس طراحی
2-10) توليد الكل از تركيبات سلولزي
2-11) تولید اتانول باگاس
2-11-1) مطالعات آزمایشگاهی
2-12) توليد الكل اتيليك به روش سنتزي
2-12-1) شرایط
2-12-2) پالایش (تصفیه)
2-13) فرآیند هیدراتاسیون مستقیم از اتیلن برای تولید اتانول مصنوعی
2-13-1) شرح مختصر فرایند
2-13-2) اطلاعات تکمیلی درباره فرایند
2-13-3) بخار آب خالص
2-13-4) تبیین شرایط
2-13-5) دما
2-13-16)در نظر گرفتن Rate
2-13-17)سازگاری
2-13-18)فشار
2-13-19)معایب فشار بالا
2-13-20)کاتالیست
2-14) کاتالیزور
2-15) انواع کاتالیزور
2-15-1)کاتالیزورهای جامد فلزی
2-15-2) کاتالیزورهای اکسید فلزی
2-15-3)  کاتالیزروهای اکسید فلزی- عایق
2-15-4) کاتالیزورهای زیگلر- ناتا
2-16) کاربرد کاتالیزور
2-16-1) صنعت اتومبیل
2-16-2)  صنعت نفت و پالایش مواد نفتی
2-17) مکانیسم اسیدهای کاتالیستی برای هیدراتاسیون اتیلن
2-17-1)مکانیسم عملکرد
2-18) اسید فسفریک
2-18-1) روشهای تولید اسید فسفریک در صنعت
2-19) بهینه سازی انرژی بخش فرایند تولید اتانول سنتزی
2-19-1) بیان مسئله و ضرورت انجام پروژه
2-19-2) شرح روش ارائه شده و مزایای آن
2-20) مراحل تولید درکارخانه الکل خرمشهر
2-20-1) ديگ هاي بخار و آب سرد
2-20-2) خشك كني
2-20-3) آزمايشگاه
2-20-4) افيس
2-20-5) تعميرات و نگهداري
بخش سوم: معرفی و آشنایی با نرم افزار هایسیس
3-1) مقدمه
3-2) شبیه سازی فرایند
3-3) معرفی نرم افزار هایسیس
3-4) توانایی های نرم افزار هایسیس
3-5) روش حل معادلات در هایسیس
3-6) محیط های اصلی هایسیس
3-6-1) محیط اولیه
3-6-2) محیط  اجزای برش های نفتی
3-6-3) محیط Main Flow Sheet
3-6-4) محیط Sub Flow Sheet
3-7) مدل سازی فرآیند
بخش چهارم: طراحی پارامترهای واحد تولید اتانول توسط نرم افزار هایسیس
4-1) شبیه سازی کمپرسور 100 و101
4-1-1) کمپرسور 100: k-100
4-1-2) کمپرسور 101
4-2)  شبیه سازی تجهیزات انتقال حرارت
4-2-1) هیترها و کولر ها
4-2-2) مبدل حرارتی پوسته ولوله
4-2-3) قسمت sizing
4-3) طراحی راکتور واحد
4-3-1)واکنش های شیمیایی
4-3-2) واکنش های تعادلی
4-3-3) شبیه سازی راکتور تعادلی
4-3-4) روش حل معادله واکنش
4-3-5) انواع راکتور ها
4-4) شبیه سازی برج تقطیر
4-4-1) برج های تقطیر Short Cut
4-4-2) تقطیر آزئو تروپیک
4-4-3) شبیه سازی برج تقطیر توسط هایسیس
بخش پنجم: محاسبات مربوط به موازنه های جرمی و انرژی
5-1) طراحی وداده های مربوط به شبیه سازی واحد:
5-2) خوراک ورودی اتیلن :
5-3) جریان خروجی از کمپرسور
5-4) جریان بخار آب ورودی
5-5) جریان بخار خروجی از جداکننده
5-7) جریان ورودی به مبدل پوسته ولوله
5-7-1) مشخصات مبدل
5-8) جریان ورودی سمت لوله (جریان بخار خروجی از راکتور)
5-9) جریان ورودی به کوره
5-10) جریان ورود به راکتور
5-11) جریان ورودی به شیر
5-12) جریان گاز خروجی از راکتور
5-13) جریان ورودی به کولر
5-14) جریان دوفازی وارد به جداکننده
5-15) جریان بخار خروجی از جداکننده حاوی اتیلن واکنش نداده
5-16) جریان ورودی به کمپرسور دوم (جریان برگشتی به راکتور)
5-17) جریان گاز خروجی از کمپرسور دوم
5-18) جریان ورودی به برج تقطیر
5-18-2) جریان خروجی از پایین برج
5-18-4) جریان خروجی از بالای برج
5-18-6) کندانسور
5-18-7) جریان ورودی به کندانسور
5-18-8) جریان خروجی از کندانسور
5-18-10) بار حرارتی ریبویلر
5-18-11) جریان ورودی به ریبویلر
5-18-12) جریان خروجی از ریبویلر
منابع و ماخذ
ضمائم


راهنمای استفاده:
مناسب جهت استفاده دانشجویان رشته شیمی و مهندسی شیمی
در قالب فایل word و قابل ویرایش
دارای فهرست مطالب، چکیده، منابع و ماخذ، ضمائم

بررسی فرایند تولید اتانول

قیمت : 20000 تومان

[ بلافاصله بعد از پرداخت لینک دانلود فعال می شود ]









تبلیغات