Ethanol from organic sugar beets versus refined cane sugar/ar

بيانات المشروع

يكتب	الإيثانول محلي الصنع
المؤلفون	أمل
حالة	تم نشره
سنين	2007
صنع	نعم
مُكرر	لا
يكلف	207 دولار أمريكي
بيان OKH	تحميل

الغرض من مشروعي هو تحديد مدخلات التكلفة ومخرجات الطاقة لإنتاج الإيثانول على نطاق صغير من مصادر محلية وتقليدية. قررت استخدام البنجر السكري العضوي المزروع محليًا والمُزروع باستخدام معدات زراعية تعمل بالوقود الحيوي. وبالمقارنة بتكاليف المصدر المحلي، استخدمت أيضًا السكر التقليدي المنقول من المكسيك والمباع في شركة توريد مطاعم محلية. بالإضافة إلى ذلك، قمت بصنع الإيثانول الخاص بأمل لإجراء الاختبارات.

الإيثانول هو كحول حبيبي يمكن استخدامه كوقود في معظم محركات الإشعال بالشرارة ذات الأربع دورات. تبدأ عملية تصنيع الإيثانول باستخراج السكريات من محصول السكر مثل البنجر السكري، أو تحويل النشويات من المحاصيل مثل الذرة أو البطاطس إلى سكريات. تُسمى المحاصيل المستخدمة في إنتاج الإيثانول "مخزون الأعلاف". تتمتع محاصيل النشا والسكر بفوائدها اعتمادًا على المنطقة التي يتم إنتاجها فيها. تتمثل فائدة محاصيل السكر في أنها تتطلب مدخلات طاقة أقل حيث لا تحتاج إلى تحويل النشويات. تتمثل فائدة الذرة في أنها يمكن تخزينها لفترة أطول بكثير من بنجر السكر قبل التعفن. أنا أستخدم بنجر السكر لأنه كان المحصول الأكثر ملاءمة للموسم والمنطقة. يتم استخراج السكريات عن طريق عصر البنجر وغليه بالماء. الآن يسمى المحلول "المزيج" ويمكن تخميره ثم تقطيره لاستخراج الإيثانول. يمكن استخدام وقود الإيثانول في معظم المحركات المحولة إذا كانت نسبة الكحول فيه أكبر من 80٪. نظرًا لقدرة الإيثانول القوية على الارتباط بالماء، لا يمكن لأي جهاز تقطير إزالة آخر 5% من الماء. وبالتالي فإن أعلى إنتاج ممكن من جهاز تقطير هو 95% من الإيثانول. في حالة مزج الإيثانول بالبنزين، يجب إزالة كل الماء لمنع انفصال البنزين والإيثانول.

عملية تصنيع الإيثانول من البنجر السكري

عصير البنجر

بدأت بغسل البنجر ثم تقطيعه إلى شرائح حتى يتناسب مع حجم العصارة. عصرت 18 رطلاً من البنجر، وأنتج ذلك 1.4 جالون من العصير و7.5 رطل من اللب. ثم أضفت 2 جالون من الماء وخلطت العصير واللب معًا للحصول على حجم إجمالي قدره 5 جالونات.

تخمير البنجر

سخنت الهريس إلى 189 فهرنهايت واحتفظت بدرجة الحرارة لمدة 20 دقيقة لقتل البكتيريا. استغرقت عملية التسخين الإجمالية 45 دقيقة. تركت الهريس يبرد إلى 80 فهرنهايت ثم أضفت 100 جرام من خميرة توربو التي تم شراؤها عبر الإنترنت. خميرة توربو هي سلالة خاصة من الخميرة يزعم أنها تنتج ما يصل إلى 14٪ كحول في 48 ساعة. عند تخمير الهريس، من المهم تحقيق أعلى نسبة كحول ممكنة حتى يمكن جمع المزيد من الكحول بمجرد التقطير. بمجرد إضافة الخميرة، حركت المحلول لمدة 20 دقيقة لزيادة تنشيط الخميرة ثم وضعته على الغطاء وقفل الهواء. تركت الهريس يتخمر لمدة 72 ساعة على أمل تحويل جميع السكريات إلى كحول. لم أتمكن من تحديد نسبة الكحول النهائية للهريس لأن المحلول كان سميكًا جدًا للحصول على قراءة دقيقة لمقياس كثافة السوائل.

تقطير هريس البنجر

تم كشط اللب الذي طفا على سطح الهريس المخمر، ثم تم نقل بقية الهريس إلى غلاية المقطر. بدأت عملية التقطير بدرجة حرارة أولية ثابتة تبلغ 20.7 درجة مئوية. بعد 83 دقيقة من التسخين على موقد البروبان، وصلت درجة حرارة المقطر إلى 78 درجة مئوية. بدأ المقطر يتدفق من المقطر وتم جمعه بمعدل 0.18 لتر / دقيقة. مع مرور الوقت، ارتفعت درجة حرارة المقطر مع استخراج الكحول من المرجل. تعني الزيادة في درجة الحرارة فوق 78.5 درجة مئوية نسبة أكبر من الماء في المقطر الذي يتم جمعه، وبالتالي نسبة أقل من إجمالي نسبة الكحول في المقطر الذي يتم جمعه. لخفض درجة حرارة المقطر، تمت زيادة كمية المقطر التي يتم إرسالها إلى العمود الرئيسي من خط العودة عن طريق إغلاق صمام الارتداد بشكل أكبر. مع إغلاق صمام الارتداد، تزداد كمية الارتداد. يتم تحديد كمية الارتداد من خلال كمية المقطر التي يتم إرسالها مرة أخرى إلى العمود من خلال خط الارتداد لكل كمية تتدفق عندما يكون صمام الارتداد مفتوحًا بنسبة 100٪. عندما يتم تحريض المزيد من الارتداد (يتم إرسال نسبة أكبر من المقطر إلى العمود لإعادة تقطيره)، يقطر السائل المرتجع على الجزء العلوي من منصات الغسيل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (تستخدم للحشو) ويقطر لأسفل، مما يخلق تدرجًا في درجة الحرارة من الأعلى إلى الأسفل. عندما يرتفع الإيثانول وبخار الماء إلى أعلى العمود من المرجل، يواجه البخار منصات الغسيل التي تبرد في درجة الحرارة من الأسفل إلى الأعلى. يتم وضع مقياس الحرارة الرقمي المستخدم لتحديد درجة الحرارة الساكنة فوق الجزء العلوي من منصات الغسيل المكدسة لقراءة درجة حرارة الأبخرة التي تمر عبر منصات الغسيل وإلى المكثف. وبالتالي فإن درجات الحرارة الأقرب إلى 78.5 درجة مئوية ستعطي أعلى نسبة من الإيثانول لأن 78.5 درجة مئوية هي نقطة بخار الإيثانول. مع ارتفاع درجة حرارة جهاز التقطير، تزداد أيضًا كمية الماء في البخار مع ارتفاعه نحو 100 درجة مئوية (نقطة بخار الماء). تؤدي زيادة كمية الارتداد إلى انخفاض درجة حرارة جهاز التقطير، مما ينتج عنه نسبة أعلى من الإيثانول. ومع ذلك، عند زيادة كمية الارتداد، فإن ذلك يقلل من كمية المقطر الذي يتم جمعه في الدقيقة ويتطلب تشغيلًا أطول لعملية التقطير.

النتائج والكفاءات

بلغ إجمالي كمية المقطرات التي تم جمعها 22 أونصة من 80% كحول. أصبحت هذه الكمية 18 أونصة من الإيثانول بنسبة 100% بمجرد تجفيفها. يحتوي البنجر السكري على نسبة سكر تبلغ حوالي 20%، لذا فإن العائد النظري للإيثانول المنتج يبلغ حوالي 50% كحول لكل وزن من السكر. لذا فإن رطلًا واحدًا من البنجر مع 0.2 رطل سكر يجب أن ينتج 0.1 رطل من الإيثانول. يزن الإيثانول 6.5 رطل/غالون. لذا من الناحية النظرية فإن 65 رطلاً من البنجر السكري ينتج 1 جالون من الإيثانول.

كانت نتائجي أن 18 رطلاً من بنجر السكر أنتجت 18 أونصة من الإيثانول. وبهذا المعدل من الإنتاج، سيستغرق الأمر 128 رطلاً لإنتاج جالون واحد من الإيثانول. كانت عمليتي فعّالة بنسبة 50.8% عند مقارنتها بالحد الأقصى النظري للإنتاج.

1. تم استهلاك 12 جالونًا من البروبان لإنتاج 14 جالونًا من الإيثانول. بلغت مدخلات وحدة حرارية بريطانية من البروبان المستهلك 194,192 وحدة حرارية بريطانية لإنتاج 10,598 وحدة حرارية بريطانية من الإيثانول. تبلغ كفاءة الإيثانول المنتج بالتقطير لكل وحدة من البروبان المستخدم 5.5%.

عملية تصنيع الإيثانول من السكر التقليدي

صنع غسول السكر

بدأ هريس السكر بغلي 4 جالونات من الماء، واستغرق الأمر 62 دقيقة. تمت إضافة 25 رطلاً من سكر المائدة التقليدي إلى الماء المغلي وخفض الرقم الهيدروجيني إلى 4.0. تمت إضافة المزيد من الماء لصنع حجم نهائي يبلغ 12 جالونًا. أظهرت قراءة مقياس كثافة السوائل كثافة نوعية تبلغ 1.095 والتي ترتبط بنسبة 24٪ سكر و 13٪ كحول محتمل. تم خلط 150 جرامًا من خميرة توربو وتم تخمير الغسيل لمدة 5 أيام.

نتائج التخمير لغسيل السكر

بعد خمسة أيام من التخمير، أظهرت القراءة النهائية لمقياس كثافة السوائل أن هناك إمكانية بنسبة 1.5% من الكحول المتبقي في المخمر وأن الغسيل كان 12 جالونًا من 11.5% من الكحول. 11.5% من 12 جالونًا هو الحد الأقصى النظري لـ 1.38 جالون من 100% كحول ليتم تقطيرها.

تقطير غسيل السكر

لم يكن من الممكن وضع سوى 10 جالونات من الهريس في جهاز التقطير، لذا انخفض الحد الأقصى النظري للكحول المراد تقطيره إلى 1.08 جالون من الإيثانول بنسبة 100%. تم تشغيل جهاز التقطير لمدة 5 ساعات على موقد يعمل بالبروبان وتم جمع المقطر في ثلاث فئات من البداية إلى النهاية (الرؤوس والوسط والذيل). كانت الرؤوس هي أول 32 أونصة من الإيثانول تم جمعها والتي كانت كثافتها النوعية 0.8720 و78% كحول. تم جمع المجموعة التالية (الوسط) على شكل جالون واحد من 81% كحول بكثافة نوعية 0.8655. كانت الذيل هي آخر 32 أونصة تم جمعها بنسبة 54% كحول وكثافة نوعية 0.9250.

النتائج والكفاءات

بلغ إجمالي الكمية التي تم جمعها 144.64 أوقية (1.13 جالون) من الإيثانول بنسبة 100%. وكانت نتائجي مقارنة بالعائد الأقصى النظري (1.38 جالون من الإيثانول بنسبة 100%) فعّالة بنسبة 81.9%. استهلكت عملية التقطير التي استغرقت 5 ساعات 2.65 جالون من البروبان. 2.65 جالون من البروبان مضروبًا في 91600 وحدة حرارية بريطانية/جالون من البروبان هو إجمالي مدخلات وحدة حرارية بريطانية من البروبان تبلغ 242740 وحدة حرارية بريطانية لإنتاج 1.13 جالون من الإيثانول. 1.13 جالون من الإيثانول مضروبًا في 75700 وحدة حرارية بريطانية/جالون من الإيثانول هو 98410 وحدة حرارية بريطانية من الإيثانول المنتج.

لذلك، استُخدم 242,740 وحدة حرارية بريطانية من البروبان لإنتاج 98,410 وحدة حرارية بريطانية من الإيثانول. وتبلغ كفاءة الإيثانول المنتج بالتقطير لكل وحدة من البروبان المستخدم 40.5%.

تكلفة جالون الإيثانول

تكلفة الإيثانول من البنجر العضوي المحلي

تظهر نتائجي أن التقطير باستخدام البروبان يستهلك طاقة أكبر من الطاقة المخزنة في الإيثانول المنتج. من هذه التجربة، يتطلب صنع 14 جالونًا من الإيثانول 18 رطلاً من بنجر السكر الذي تم شراؤه مقابل 1.00 دولار للرطل (18.00 دولارًا). تم تسخين الهريس على موقدين يعملان بالغاز الطبيعي لمدة 45 دقيقة. كمية الطاقة المستخدمة في هذه العملية غير محددة ولن يتم تضمينها. تكلفة 100 جرام من الخميرة التوربينية المستخدمة (4.16 دولارًا). استهلكت عملية التقطير 2.12 جالونًا من البروبان تم شراؤه مقابل 3.00 دولارات للغالون (6.36 دولارًا). كانت التكلفة الإجمالية لإنتاج 14 جالونًا من الإيثانول 28.52 دولارًا. وبالتالي فإن تكلفة صنع الإيثانول من بنجر السكر العضوي المحلي هي 203.71 دولارًا للغالون.

تكلفة إنتاج الإيثانول من السكر التقليدي

من هذه التجربة، تطلب صنع 1.13 جالون من الإيثانول 21 رطلاً من السكر التقليدي الذي تم شراؤه مقابل 0.44 دولار للرطل (9.24 دولار). كما تم تسخين الغسيل على موقدين يعملان بالغاز الطبيعي لمدة 62 دقيقة. كمية الطاقة المستهلكة في هذه العملية غير محددة ولن يتم تضمينها في تكلفة الإنتاج. تم استخدام 150 جرامًا من الخميرة التوربينية (6.23 دولار). استهلكت عملية التقطير 2.65 جالونًا من البروبان تم شراؤه مقابل 7.95 دولار. التكلفة الإجمالية لصنع 1.13 جالونًا من الإيثانول من السكر التقليدي هي 23.42 دولارًا، وبالتالي فإن صنع جالون واحد من الإيثانول من السكر التقليدي الذي يتم شراؤه من المتجر يكلف 20.73 دولارًا.

خاتمة

إن كمية الطاقة التي يتم إنفاقها على إنتاج الإيثانول المحلي من البنجر السكري والإيثانول التقليدي من السكر أكبر من العائد. وكانت العائدات من إنتاج البنجر السكري المحلي أقل بكثير من المتوقع، وربما كان هناك العديد من العوامل التي كانت على المحك. فربما أدى خلط عصير البنجر باللب إلى إعاقة قدرة الخميرة على التحرك حول الهريس وتخمير كل السكريات المتاحة. كما تم تخزين البنجر السكري المستخدم لعدة أشهر مما يعني أن كمية السكريات الموجودة فيه ربما تدهورت. وهناك عامل آخر محتمل وهو عدم تعديل الرقم الهيدروجيني قبل التخمير.

لقد كانت نتائج السكر التقليدي أفضل كثيراً من نتائج البنجر السكري المحلي، ولكن هناك العديد من التكاليف الخارجية الأخرى لأن السكر المستخدم عبارة عن كائن حي معدل تقليدياً يتم زراعته باستخدام المبيدات الحشرية والأسمدة البترولية. ولابد وأن نتساءل عن مدخلات الطاقة اللازمة لزراعة مثل هذا المحصول، ومعالجة الحصاد، وتكرير السكر، والتعبئة، والشحن إلى شمال كاليفورنيا من المكسيك. ولا يمكن قياس كل هذه العوامل في مشروعي ولكن لابد من أخذها في الاعتبار للتأكد من ملاءمتها.

بدأ هذا المشروع كتجربة لصنع وقود للدراجات البخارية. وبعد تحليل مدخلات الطاقة لإنتاج الإيثانول على نطاق صغير، تبين أنه لا معنى لصنع وقود الإيثانول في الفناء الخلفي باستخدام الوقود المكرر مثل الغاز الطبيعي والبروبان. ففي الوقت الذي استغرقه صنع ما يكفي من الإيثانول لتشغيل الدراجة البخارية لمسافة 100 ميل، كان بوسعي أن أقطع نفس المسافة بدراجتي. ولا يكون وقود الإيثانول فعالاً إلا عندما تزرع المحاصيل على نطاق واسع. ولابد أن تكون منشأة المعالجة لصنع الإيثانول محلية بالقرب من المحصول لخفض تكاليف النقل. ولابد أن تعتمد عملية الهريس والتقطير على موارد غير أحفورية. ومن البدائل المتاحة للتدفئة حرق الكتلة الحيوية أو الاستخدام المحتمل للمقطرات الشمسية التي تعمل على تركيز طاقة الشمس.

تكاليف المشروع

بيانات الصفحة

الكلمات الرئيسية	التقطير ، إنتاج الإيثانول ، التخمير ، بنجر السكر ، السكر المكرر ، الوقود الكحولي ، البنجر ، البروبان ، السكر ، الماء
هدف التنمية المستدامة	الهدف الثاني عشر من أهداف التنمية المستدامة الاستهلاك والإنتاج المسؤولان
المؤلفون	أمل
رخصة	نَسب المُصنَّف إلى صاحبه - الترخيص بالمثل - 3.0
المنظمات	Engr305 التكنولوجيا المناسبة ، كال بولي هومبولت
لغة	العربية​
الترجمات	العربية ، الإندونيسية ، الكورية ، التركية ، الإسبانية
متعلق ب	5 صفحات فرعية ، 14 صفحة رابط هنا
أسماء مستعارة	إنتاج الإيثانول وتحويل محرك السكوتر
تأثير	13,267 عدد مرات مشاهدة الصفحة ( المزيد )
مخلوق	3 مايو 2007 بقلم أمل
تم التعديل الأخير	18 يونيو 2024 بقلم فيليبي شينوني
استشهد باسم	أمل (2007-2024). "الإيثانول من البنجر السكري العضوي مقابل سكر القصب المكرر" . Appropedia . تم الاسترجاع في 21 نوفمبر 2024 .
استعلامات API	أساسيات ، دلالات ، HTML ، ملفات ، المزيد