7.3 b, Hogy a Kukorica Feldolgozott, hogy az Etanol
7.3 b, Hogy a Kukorica Feldolgozott, hogy az Etanol
A folyamat, hogy a kukorica etanol egy többlépéses folyamat. Az első lépés a kukorica őrlése. Ezt száraz marással vagy nedves őrléssel lehet elvégezni. A 7.10 A. és a 7.10 b. ábra mutatja az egyes nedves és száraz marások folyamatlépéseit. Nedves őrléshez a kukoricamagokat keményítőre, Rostra, kukoricacsíra és fehérjére bontják, a kénsavoldatban 2 napig melegítve., A keményítő elkülönül, és etanolt, kukoricaszirupot vagy élelmiszer-minőségű keményítőt képes előállítani. Amint az a 7.10 A ábrán látható, a nedves őrlési folyamat további termékeket is termel, beleértve a takarmányt, a kukoricaolajat, a gluténlisztet és a glutén takarmányt. A száraz marás egyszerűbb folyamat, mint a nedves marás, de kevesebb terméket is termel. A száraz marás fő termékei az etanol, a CO2, valamint a szárított lepárló gabona oldható (DDGS). Hagyja, hogy menjen át az egyes lépéseket a száraz grind folyamat. Az öt lépés: 1) csiszolás, 2) főzés és cseppfolyósítás, 3) szacharifikálás, 4) erjesztés, és 5) desztilláció.,
a nedves őrlési folyamat vázlata
- az első kukoricát átitatják. A kiáztatod a kukorica a termékek különülnek:
- Keményítő/Glutén
-
A Keményítő/Glutén megy keresztül egy további lépés a távolság, a keményítő párosul a többi keményítő.,l>
-
Szárítás, hogy a keményítő
-
Erjedés, hogy az etanol kémiai
-
Szirup finomítás, hogy a kukorica szirup, dextróz, magas fruktóz tartalmú kukorica szirup
-
- Keményítő/Glutén
-
a Kukorica Csíra/Szál végig csiszolás szűrés hozam
-
Csíra
-
megy keresztül, olaj lesz a kukorica olaj
-
-
Rost
-
Válik, takarmány termék, nedves takarmány
-
-
ábra szerinti szöveges alternatíváért. A szacharifikációból fermentáción megy keresztül, amely CO2-t termel. Az erjedés után desztillációba kerül, amely etanolt termel. Ezután centrifugáljuk és elpárologtatjuk, így a lepárlók magjai oldott állapotban maradnak.
csiszolás
száraz őrléshez kukoricát, hammermill vagy görgős malmot használnak az őrléshez. 7. ábra.,Az 11 egy hammermill vázlata, amelyen kukoricát helyeznek át. A kalapácsok olyan rudakhoz vannak rögzítve, amelyek bekapcsolják a rotort. Ahogy a rotor megfordul ,a takarmány (ebben az esetben a kukorica) a falhoz csapódik. A képernyő alján lehetővé teszi a részecskék, amelyek elég kicsi ahhoz, hogy elhagyja a készüléket, és tartsa a nagyobb részecskék továbbra is kalapált, amíg az összes anyag a megfelelő mérettartományban. Az őrlés segít megtörni a kukoricamag kemény külső bevonatait, ami növeli a keményítő felületét., Miután a kukoricát lebontották, fűtött vízzel összekeverjük/megkeverjük, hogy cefre vagy szuszpenzió alakuljon ki.
főzés és cseppfolyósítás
a kukoricasziszap (cefre) elkészítése után főzés és cseppfolyósítás történik. A főzési stádiumot zselatinizációnak is nevezik. A víz kölcsönhatásba lép a kukoricában lévő keményítőgranulátumokkal, ha a hőmérséklet > 60°C, és viszkózus szuszpenziót képez. Főzött már kukoricakeményítővel, hogy vastag mártást készítsen?, Ábra 7.12 ábra egy képet a keményítő vízzel keverve öntjük egy fűtött mártással, ahogy főz. Hővel sűrűsödik.
a cseppfolyósítási lépés valójában részleges hidrolízis, amely csökkenti a viszkozitást. Lényegében a hosszabb keményítő láncokat kisebb láncokra bontja., Ennek egyik módja a dextróz-ekvivalensek (de) vizsgálata, vagy a cukortermékben lévő redukálócukrok mennyiségének mérése a glükózhoz viszonyítva, száraz alapon százalékban kifejezve. A dextrózt glükóznak is nevezik, a dextróz ekvivalens pedig az eredeti kötések számához képest hasított kötések száma., Az egyenlet:
1. Egyenlet: 100× száma kötvények hasított száma eredeti kötvények
a Tiszta szőlőcukor (dextróz): DE = 100
a Maltóz: DE = 50
Keményítő: DE = 0
Dextrin: DE = 1-13
Dextrin egy csoportja alacsony molekulatömegű szénhidrátok által előállított keményítő hidrolízis, vagy glikogén. A dextrinek α (1,4) vagy α (1,6) glikozidos kötésekkel összekapcsolt D-glükózegységek polimerjeinek keverékei. A dextrineket ragasztókban használják, és élességnövelő lehet az élelmiszer-feldolgozáshoz.
Maltodextrin: de = 3-tól 20-ig
Maltodextrin kerül hozzáadásra a sörhöz.,
emlékezzünk arra, hogy a keményítő-hidrolízis során a víz reagál a cukorral, hogy lebontsa a cukrot, és glükózt képezzen. A víz behatol a H + és OH – ionokba, hogy kölcsönhatásba lépjen a keményítővel, ahogy lebomlik.
a cseppfolyósítás elérése érdekében a reakciónak bizonyos körülmények között kell megtörténnie. A cefre pH-ját 5,9-6,2 tartományban tartják, a pH fenntartása érdekében ammóniát és kénsavat adnak a tartályba., A szükséges enzimtípus, az α-amiláz körülbelül egyharmada hozzáadható a cefrehez a jet főzés előtt (2-7 perc 105-120°C-on) a cefre áramlásának javítása érdekében. A jet főzés sterilizálási lépésként szolgál, hogy elkerülje a bakteriális szennyeződést az erjedés során. Ebben a szakaszban rövidebb dextrineket állítanak elő, de még nem glükóz.
háromféle folyamat használható a cseppfolyósításhoz. Ábra 7.13 mutatja A három lehetőség. Az 1. folyamat során az α-amilázt hozzáadjuk, és az anyagot 85-95°C-on inkubáljuk., Folyamat 2 a cefre a jet tűzhely 105-120ºc 2-7 percig, majd folyik a vaku tartály 90°C-on α-amiláz adunk három órával később. A harmadik lehetőség, a 3. folyamat, hozzáadja az α-amilázt, a sugárhajtású tűzhelyben 150°C-on felmelegszik, majd 90°C-on áramlik a vakutartályba, majd további α-amilázt ad hozzá.
Három folyamatok
a Folyamat Típusa 1
α-amiláz ki; inkubálják 85-95ºC
a Folyamat Típus 2
Jet tűzhely 105-120ºC a 2-7 perc
a Flash Tartály 90ºC; add α-amiláz 3 óra
a Folyamat Típus 3
α-amiláz ki
Fűtés/Jet főzés @ 150ºC
a Flash tartály 90ºC ; adjunk több α-amiláz
Az α-amiláz a cseppfolyósítás hat a belső α (1,4) glycosidic kötvények hozama dextrin, valamint a maltóz (glükóz dimers)., Az α-amiláz egy típusa létezik az emberek nyálában; a hasnyálmirigy egy másik α-amilázt használ fel. A 7.14 a ábra az α-amiláz egyik típusát mutatja. Az α-amiláz egy kicsit gyorsabban működik, mint a β-amiláz, a β-amiláz pedig a második α (1,4) glikozidkötésen működik, így maltóz képződik (lásd a 7.14 B ábrát). a β-amiláz a gyümölcs érési folyamatának része, amely növeli a gyümölcs édességét, ahogy érlelődik.
coming
Szacharifikáció
az etanol előállításának következő lépése a szacharifikáció. A szacharifikáció a glükóz-monomerek további hidrolízisének folyamata. Egy másik enzimet használnak, úgynevezett glükoamilázt (más néven amiloglukozidáz néven is ismert). Hasítja mind az α (1,4), mind az α (1,6) glikozidkötéseket a dextrinből, hogy glükózt képezzen., Az optimális körülmények eltérnek az előző lépéstől, pH-ja 4,5, hőmérséklete 55-65°C. A 7.14 C ábra a glükoamiláz vázlatát mutatja, amelyet ϒ-amiláznak is neveznek. Számos amiláz enzim áll rendelkezésre, amelyek baktériumokból és gombákból származnak. A 7.2. táblázat különböző enzimeket, azok forrását és mindegyik hatását mutatja.
| Enzim | Forrás | Akció |
|---|---|---|
| α-Amiláz | Bacillus amyloliquefaciens ssp | Csak α-1,4-oligosaccharide linkek hasított, hogy egy-dextrin, illetve elsősorban a maltóz (G2), G3, G6, valamint a G7-oligoszacharidok |
| B., szerin-proteáz | Csak α-1,4-oligosaccharide linkek hasított, hogy egy-dextrin, illetve elsősorban a maltóz, G3, G4, valamint G5 oligoszacharidok | |
| az Aspergillus oryzae, A. niger | Csak α-1,4 oligosaccharide linkek hasított, hogy egy-dextrin, illetve elsősorban a maltóz, illetve G3 oligoszacharidok | |
| Saccharifying egy-amiláz | B., subtilis (amylosacchariticus) | Csak α-1,4-oligosaccharide linkek hasított, hogy egy-dextrin a maltóz, G3, G4, de legfeljebb 50% (w/w) glükóz |
| β-Amiláz | Malátás árpa | Csak α-1,4-linkek hasított, a nem-csökkenti a vége, adni limit dextrin, valamint a b-maltóz |
| Glucoamylase | A. niger | α-1,4, illetve α-1,6-linkek hasított, a nonreducing ér véget, hogy a β-glükóz |
| Pullulanase | B., acidopullulyticus | csak α-1,6-linkeket hasítanak, hogy egyenes láncú maltodextrineket adjanak |
A kifejlesztett enzimek (granulált keményítő hidrolizáló enzimek-gshe) lehetővé teszik a cseppfolyósítási stádiumot a keményítő alacsony hőmérsékleten történő hidrolizálásával főzéssel. Az előnyök a következők: 1) csökkentett hő/energia, 2) csökkentett egységművelet (a tőke és a működési költségek csökkentése), 3) csökkentett kibocsátás, 4) magasabb DDGS. Úgy működnek, hogy a keményítőgranulátumokba közvetlenül a víz duzzanata/infúziója nélkül “korbácsolnak”., A hátrányok közé tartozik: 1) az enzimek többet fizetnek, 2) a szennyeződés kockázata.
fermentáció
az etanol keményítőből történő előállításának utolsó kémiai lépése a fermentáció. Az erjedés kémiai reakciója az, amikor 1 mól glükóz 2 mól etanolt és 2 mól szén-dioxidot eredményez. A reakciót az alábbi 2 egyenletben mutatjuk be:
C 6 H 12 O 6 →2 C 2 H 6 OH + 2 CO 2
az erjedés bekövetkezése érdekében élesztőt adunk hozzá. A közös élesztő a Saccharomyces cerevisiae, amely egysejtű gomba. A reakció 30-32°C-on 2-3 napig zajlik egy kötegelt folyamat során., Kiegészítő nitrogént adunk ammónium-szulfát ((NH4)2SO4) vagy karbamid formájában. A proteáz felhasználható a fehérjék aminosavakká történő átalakítására, hogy további élesztő tápanyagként hozzá lehessen adni. A virginiamicint és a penicillint gyakran használják a bakteriális szennyeződés megelőzésére. Az előállított szén-dioxid csökkenti a pH-t is, ami csökkentheti a szennyeződés kockázatát. A glükóz közel 90-95% – a etanolná alakul.
szacharifikálás és erjesztés lehetséges egy lépésben. Egyidejű Szacharifikációnak és fermentációnak (SSF) nevezik, és mind a glükoamilázt, mind az élesztőt együtt adják hozzá., Ez alacsonyabb hőmérsékleten történik, mint a szacharifikáció (32-35°C), ami lassítja a hidrolízist glükózzá. Ahogy glükóz képződik, erjed, ami csökkenti az enzim termék gátlását. Csökkenti a kezdeti glükózkoncentrációt, csökkenti a szennyeződés kockázatát, csökkenti az energiaszükségletet, és magasabb etanolhozamot eredményez. Mivel az SSF-et egy egységben végzik, ez javíthatja a tőkeköltségeket és megtakaríthatja a tartózkodási időt.
az etanol-koncentráció Desztillálása és növelése
az etanol-előállítás utolsó fázisa az etanol-koncentráció növelése érdekében végzett feldolgozás., Az erjesztőktől lefelé az etanol koncentrációja 12-15% etanol vízben (ami azt jelenti, hogy 85-88% víz van az oldatban!). A desztillációt egy korábbi leckében említették; a nyersolajat különféle forró frakciókba kell desztillálni, hogy az olajat felhasználható termékekké lehessen elválasztani. A desztilláció olyan eljárás, amelynek során a komponenseket hővel és speciálisan kialakított tornyokkal elválasztják, hogy a folyadék lefelé áramoljon, és a keletkező gőzök felfelé áramoljanak. A víz 100°C-on forr, míg az etanol 78°C-on forr., Mivel azonban a víz és az etanol alacsonyabb hőmérsékleten párolog el, mint a forráspontjuk, és mivel mindkettőjüknek Oh funkcionális csoportjai vannak, amelyek vonzódnak egymáshoz, az etanol és a vízmolekulák erősen kötődnek egymáshoz, és azeotrópot alkotnak együtt. Ez csak azt jelenti, hogy nem lehet teljesen elválasztani az etanolt a víztől – az etanol frakció körülbelül 5% vizet és 95% etanolt tartalmaz, amikor a desztillációs folyamat végére ér. A 7.15.ábra egy desztillációs egység vázlatát mutatja., Nem akar vizet benzinben vezetni, mert megakadályozza a hatékony égést. Vizet akar az etanolban, ha üzemanyagként használja?
a válasz nem, ezért további módszert kell használnia az összes víz eltávolításához az etanolból. A módszert dehidrációnak nevezik. Az alkalmazott egységet molekulaszűrőnek nevezik, az abban használt anyagot zeolitnak nevezik., Ilyen körülmények között a zeolit elnyeli a vizet, de az etanol nem kerül a zeolitba. Az úgynevezett nyomás-lengő adszorpciós egységet használják. Az egységet úgy tervezték, hogy két üzemmódban működjön. Nagy nyomáson az etanolt az 1. egységben dehidratálják, alacsony nyomáson pedig vízmentes etanolt táplálnak át, hogy eltávolítsák a vizet a 2. egységből(7.16 a ábra). Amikor a zeolitszita elnyeli az összes vizet, az 1-es egység kisnyomású regeneráló ágyzá válik, a 2-es egység pedig nagynyomású egységgé válik (7.16 B ábra). A folyamat tartózkodási ideje 3-10 perc., A zeolit ehhez a folyamathoz egy nagyon rendezett alumínium-szilikát, jól meghatározott pórusméretekkel, amelyek gyöngyökké alakulnak vagy membránba kerülnek. A zeolitok vonzzák mind a vizet, mind az etanolt, de a pórusok mérete túl kicsi ahhoz, hogy az etanol bejusson. Amint az a 7.17. ábrán látható, a zeolitmembrán pórusmérete 0,30 nm, míg a vízmolekula mérete 0,28 nm, az etanol pedig 0,44 nm. Az egység típusától függően a membrán vagy a gyöngyök hővel és vákuummal regenerálhatók, vagy a tiszta etanolt az egységen keresztül, valamint a fent leírtak szerint.,
az ábra azt mutatja, 95% EtOH gőz desztilláció megy egység 1: nagynyomású dehidratáló ágy. Ebből a 60-85% – ból az EtOH a végtermékbe kerül, míg az EtOH 15-40% – a belép a 2. egységbe, egy alacsony nyomású vákuum regeneráló ágyba. Ebből a nedves EtOH gőz visszatér a desztillációhoz.,
tehát miután erjesztettük az anyagot etanolra, egy sor folyamaton megy keresztül, hogy a termékeket olyan formában kapjuk meg, amelyet szeretnénk. 7. ábra.,A 18A a termékvisszanyerés vázlata,a 7.18 B ábra pedig néhány terminológia meghatározását mutatja.
etanol és egyéb termékek termékvisszanyerési diagramjának szöveges alternatívájáért. Az erjedésből a CO2-t a sörrel együtt nyerik: 12-13% etanol. Innen desztilláció történik. Ez visszanyeri a 95% – os etanolt, amely egy molekulaszűrőn keresztül 100% – os etanolrá válik, majd benzinnel denaturált etanoltárba kerül., A lepárlásból az egész halászlét is visszanyerik. Ez megy a szétválasztás / centrifugálás és hozamok vékony stillage és WDG. A vékony állag vagy újrahasznosítható, vagy az elpárologtatóba kerül, és sziruppá válik. A WDG-t és a szirupot kombinálják, hogy WDG-kké váljanak. A WDGS a szárazba kerül és DDGS lesz.
a kép meghatározza a terminológiát.,
A teljes Állóanyag (a desztillációból származó hulladékfolyadék) centrifugába vagy szűrőprésbe kerül.
Vékony Stillage (folyadék a centrifuga) újrahasznosított vagy elpárolgott, hogy
Szirup (oldható maradékai), amelyek hozzáadódnak a
WDG (desztillált Vizes szemek), amelyek akkor a szárított, hogy
DDGS (Lepárló Szárított Gabona együtt oldható maradékai)
összefoglalni, kukorica már 62% keményítő, 19% fehérje 4% – os olaj, 15% – a víz., Ha száraz alapon nézzük a termékeket (nem úgy tekintünk a vízre, mint egy termékre), akkor a kukorica 73% – a keményítő, 27% pedig fehérje, rost és olaj. Minden véka kukorica, reálisan akkor generál 2,8 liter etanol, ~17 Font CO2, és ~17 Font DDGS. Ennek a folyamatnak a gazdaságosságát és néhány más folyamatot egy későbbi leckében vizsgáljuk meg.
Tehát ezen a ponton láthatja, hogyan lehet etanolt előállítani a kukoricából., Ha szeretne létrehozni etanol a cellulóz, a növények, az információ a Leckét 6 generálni glükóz a cellulóz (ez egy nagyobb részt, a folyamat), de ha már glükóz, használhatja ugyanazt a végén lépéseket etanol termelés erjedés, a glükóz. A következő részben megnézzük egy másik alkohol, butanol előállítását.