Ethanol from organic sugar beets versus refined cane sugar/th

ข้อมูลโครงการ

พิมพ์	เอธานอลทำเอง
ผู้เขียน	อามัล
สถานะ	นำไปใช้งาน
ปี	2007
ทำ	ใช่
จำลอง	เลขที่
ค่าใช้จ่าย	207 เหรียญสหรัฐ
แถลงการณ์ OKH	ดาวน์โหลด

จุดประสงค์ของโครงการของฉันคือการกำหนดต้นทุนปัจจัยการผลิตและผลผลิตพลังงานของการผลิตเอทานอลขนาดเล็กจากแหล่งในท้องถิ่นและแหล่งทั่วไป ฉันตัดสินใจใช้หัวบีทน้ำตาลอินทรีย์ที่ปลูกในท้องถิ่นซึ่งปลูกโดยใช้อุปกรณ์การเกษตรที่ใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับต้นทุนของแหล่งในท้องถิ่น ฉันยังใช้น้ำตาลธรรมดาที่ขนส่งมาจากเม็กซิโกและขายที่บริษัทจำหน่ายอาหารในท้องที่ นอกจากนี้ ฉันยังผลิตเอทานอลของอามาลเพื่อทำการทดสอบอีกด้วย

เอธานอลเป็นแอลกอฮอล์ในเมล็ดพืชที่สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์แบบจุดระเบิดด้วยประกายไฟสี่จังหวะส่วนใหญ่ กระบวนการผลิตเอธานอลเริ่มต้นจากการสกัดน้ำตาลจากพืชน้ำตาล เช่น หัวบีต หรือแปลงแป้งของพืช เช่น ข้าวโพดหรือมันฝรั่งเป็นน้ำตาล พืชที่ใช้ในการผลิตเอธานอลเรียกว่า "วัตถุดิบอาหารสัตว์" พืชแป้งและน้ำตาลต่างก็มีประโยชน์ขึ้นอยู่กับภูมิภาคที่ผลิต พืชน้ำตาลมีประโยชน์คือต้องใช้พลังงานน้อยกว่าเนื่องจากไม่ต้องแปลงแป้ง ประโยชน์ของข้าวโพดคือสามารถเก็บไว้ได้นานกว่าหัวบีตมากก่อนที่จะเน่า ฉันใช้หัวบีตเพราะเป็นพืชที่เหมาะสมที่สุดสำหรับฤดูกาลและภูมิภาค น้ำตาลสกัดได้โดยการคั้นน้ำหัวบีตแล้วต้มกับน้ำ ปัจจุบันสารละลายเรียกว่า "มัช" และสามารถหมักแล้วกลั่นเพื่อสกัดเอธานอลได้ เชื้อเพลิงเอธานอลสามารถใช้ในเครื่องยนต์ที่แปลงสภาพส่วนใหญ่ได้หากมีเปอร์เซ็นต์แอลกอฮอล์มากกว่า 80% เนื่องจากเอธานอลมีความสามารถในการจับกับน้ำได้ดี จึงไม่มีเครื่องกลั่นใดที่สามารถกำจัดน้ำ 5% สุดท้ายออกไปได้ ดังนั้น ผลผลิตสูงสุดที่เป็นไปได้จากเครื่องกลั่นคือเอธานอล 95% หากจะผสมเอธานอลกับน้ำมันเบนซิน จะต้องกำจัดน้ำออกให้หมดเพื่อป้องกันการแยกตัวของน้ำมันเบนซินและเอธานอล

กระบวนการผลิตเอทานอลจากหัวบีทน้ำตาล

การคั้นน้ำหัวบีท

ฉันเริ่มต้นด้วยการล้างหัวบีทแล้วหั่นเป็นชิ้นๆ เพื่อให้ใส่ในเครื่องคั้นน้ำผลไม้ได้ ฉันคั้นน้ำหัวบีทได้ 18 ปอนด์ ซึ่งได้น้ำ 1.4 แกลลอนและเนื้อ 7.5 ปอนด์ จากนั้นฉันเติมน้ำ 2 แกลลอนแล้วผสมน้ำกับเนื้อเข้าด้วยกัน ทำให้ได้ปริมาตรรวม 5 แกลลอน

การหมักหัวบีท

อุ่นมอลต์ที่อุณหภูมิ 189 องศาฟาเรนไฮต์และรักษาอุณหภูมิไว้เป็นเวลา 20 นาทีเพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรีย กระบวนการให้ความร้อนทั้งหมดใช้เวลา 45 นาที ฉันปล่อยให้มอลต์เย็นลงที่อุณหภูมิ 80 องศาฟาเรนไฮต์ จากนั้นจึงเติม Turbo Yeast 100 กรัมที่ซื้อทางออนไลน์ Turbo Yeast เป็นยีสต์สายพันธุ์พิเศษที่อ้างว่าผลิตแอลกอฮอล์ได้มากถึง 14% ใน 48 ชั่วโมง เมื่อหมักมอลต์ สิ่งสำคัญคือต้องทำให้ได้เปอร์เซ็นต์แอลกอฮอล์สูงสุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อให้สามารถรวบรวมแอลกอฮอล์ได้มากขึ้นเมื่อกลั่นแล้ว เมื่อเติมยีสต์ลงไปแล้ว ฉันก็เขย่าสารละลายเป็นเวลา 20 นาทีเพื่อเพิ่มการทำงานของยีสต์ จากนั้นปิดฝาและล็อกอากาศ ฉันปล่อยให้มอลต์หมักเป็นเวลา 72 ชั่วโมงโดยหวังว่าจะเปลี่ยนน้ำตาลทั้งหมดเป็นแอลกอฮอล์ ฉันไม่สามารถระบุเปอร์เซ็นต์แอลกอฮอล์สุดท้ายของมอลต์ได้เนื่องจากสารละลายมีความหนืดเกินกว่าที่จะอ่านค่าไฮโดรมิเตอร์ได้อย่างแม่นยำ

การกลั่นหัวบีทบด

เยื่อกระดาษที่ลอยอยู่ด้านบนของมวลหมักถูกขูดออก จากนั้นมวลที่เหลือจะถูกถ่ายโอนไปยังหม้อไอน้ำของเครื่องกลั่น การกลั่นเริ่มต้นด้วยอุณหภูมิเริ่มต้นของเครื่องกลั่นที่ 20.7C หลังจากการให้ความร้อนบนเตาโพรเพนเป็นเวลา 83 นาที อุณหภูมิของเครื่องกลั่นจะถึง 78C สารกลั่นเริ่มไหลออกจากเครื่องกลั่นและถูกเก็บรวบรวมด้วยอัตรา 0.18 ลิตรต่อนาที เมื่อเวลาผ่านไป อุณหภูมิของเครื่องกลั่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อสกัดแอลกอฮอล์ออกจากหม้อไอน้ำ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเกิน 78.5C หมายถึงเปอร์เซ็นต์น้ำในสารกลั่นที่ถูกเก็บรวบรวมมากขึ้น ดังนั้นจึงมีเปอร์เซ็นต์แอลกอฮอล์โดยรวมของสารกลั่นที่ถูกเก็บรวบรวมน้อยลง เพื่อลดอุณหภูมิของเครื่องกลั่น ปริมาณสารกลั่นที่ส่งกลับไปยังคอลัมน์หลักจากท่อส่งกลับจะเพิ่มขึ้นโดยการปิดวาล์วรีฟลักซ์เพิ่มเติม เมื่อวาล์วรีฟลักซ์ถูกปิด ปริมาณรีฟลักซ์จะเพิ่มขึ้น ปริมาณการไหลย้อนจะถูกกำหนดโดยปริมาณน้ำกลั่นที่ส่งกลับไปยังคอลัมน์ผ่านท่อส่งกลับต่อปริมาณที่จะไหลเมื่อวาล์วการไหลย้อนเปิด 100% เมื่อมีการเหนี่ยวนำการไหลย้อนมากขึ้น (ปริมาณน้ำกลั่นที่ส่งกลับไปยังคอลัมน์เพื่อกลั่นซ้ำเพิ่มขึ้นเป็นเปอร์เซ็นต์) ของเหลวที่ไหลกลับจะหยดลงบนแผ่นขัดสแตนเลส (ใช้เป็นวัสดุบรรจุ) และหยดลงมา ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิจากบนลงล่าง เมื่อเอธานอลและไอน้ำลอยขึ้นจากหม้อไอน้ำขึ้นไปตามคอลัมน์ ไอจะผ่านแผ่นขัดซึ่งจะเย็นลงจากล่างขึ้นบน เทอร์โมมิเตอร์ดิจิทัลที่ใช้ในการกำหนดอุณหภูมินิ่งจะวางอยู่เหนือแผ่นขัดที่วางซ้อนกันเพื่ออ่านอุณหภูมิของไอที่ผ่านแผ่นขัดและไปที่คอนเดนเซอร์ ดังนั้น อุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับ 78.5C จะให้เปอร์เซ็นต์เอธานอลสูงสุด เนื่องจากจุดไอของเอธานอลคือ 78.5C เมื่ออุณหภูมิของเครื่องกลั่นเพิ่มขึ้น ปริมาณน้ำในไอก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วยเมื่อไอเพิ่มขึ้นจนถึง 100C (จุดไอของน้ำ) การเพิ่มปริมาณรีฟลักซ์จะทำให้อุณหภูมิของเครื่องกลั่นลดลง ซึ่งส่งผลให้ผลิตเอธานอลได้ในปริมาณที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อคุณเพิ่มปริมาณรีฟลักซ์ ปริมาณการกลั่นที่เก็บได้ต่อนาทีจะลดลง และต้องใช้เวลาดำเนินการกลั่นนานขึ้น

ผลลัพธ์และประสิทธิภาพ

ปริมาณน้ำกลั่นทั้งหมดที่เก็บรวบรวมได้คือ 22 ออนซ์ของแอลกอฮอล์ 80% ซึ่งเมื่อผ่านกระบวนการทำให้แห้งแล้วจะกลายเป็นเอธานอล 100% 18 ออนซ์ หัวบีตมีปริมาณน้ำตาลอยู่ที่ประมาณ 20% ดังนั้นผลผลิตเอธานอลตามทฤษฎีที่ผลิตได้จึงอยู่ที่ประมาณ 50% แอลกอฮอล์ต่อน้ำหนักน้ำตาล ดังนั้น หัวบีต 1 ปอนด์ที่มีน้ำตาล 2 ปอนด์จึงควรได้เอธานอล 1 ปอนด์ เอธานอลมีน้ำหนัก 6.5 ปอนด์ต่อแกลลอน ดังนั้นตามทฤษฎี หัวบีต 65 ปอนด์จะให้เอธานอล 1 แกลลอน

ผลการทดลองของฉันคือหัวบีทน้ำตาล 18 ปอนด์ให้เอธานอล 18 ออนซ์ ด้วยอัตราผลผลิตนี้ จะต้องใช้ 128 ปอนด์เพื่อผลิตเอธานอล 1 แกลลอน กระบวนการของฉันมีประสิทธิภาพ 50.8% เมื่อเทียบกับผลผลิตสูงสุดตามทฤษฎี

1. โพรเพน 12 แกลลอนถูกใช้เพื่อให้ได้เอทานอล 14 แกลลอน ปริมาณบีทียูที่ป้อนเข้าของโพรเพนคือ 194,192 บีทียูเพื่อให้ได้เอทานอลที่มีมูลค่า 10,598 บีทียู ประสิทธิภาพของเอทานอลที่ผลิตได้ในการกลั่นต่อหน่วยโพรเพนที่ใช้คือ 5.5%

กระบวนการผลิตเอทานอลจากน้ำตาลธรรมดา

การทำน้ำล้างน้ำตาล

การผสมน้ำตาลเริ่มต้นด้วยการต้มน้ำ 4 แกลลอน ซึ่งใช้เวลา 62 นาที โดยเติมน้ำตาลทรายธรรมดา 25 ปอนด์ลงในน้ำเดือด และลดค่า pH ลงเหลือ 4.0 จากนั้นจึงเติมน้ำเพิ่มเพื่อให้ได้ปริมาตรสุดท้าย 12 แกลลอน การอ่านค่าไฮโดรมิเตอร์แสดงให้เห็นว่ามีความถ่วงจำเพาะ 1.095 ซึ่งสัมพันธ์กับน้ำตาล 24% และศักยภาพแอลกอฮอล์ 13% ยีสต์เทอร์โบ 150 กรัมถูกผสมลงไป และหมักส่วนผสมเป็นเวลา 5 วัน

ผลการหมักของน้ำตาลล้าง

ภายหลังการหมักเป็นเวลา 5 วัน การอ่านค่าไฮโดรมิเตอร์ครั้งสุดท้ายแสดงให้เห็นว่ายังมีศักย์แอลกอฮอล์เหลืออยู่ในถังหมัก 1.5% และปริมาณแอลกอฮอล์ที่ล้างได้คือ 12 แกลลอนที่มีแอลกอฮอล์ 11.5% ซึ่ง 11.5% ของ 12 แกลลอนคือปริมาณสูงสุดทางทฤษฎีที่ 1.38 แกลลอนสำหรับแอลกอฮอล์ 100% ที่จะนำไปกลั่น

การกลั่นน้ำล้างน้ำตาล

สามารถใส่มวลสารลงในเครื่องกลั่นได้เพียง 10 แกลลอน ดังนั้นปริมาณแอลกอฮอล์สูงสุดตามทฤษฎีที่ต้องกลั่นจึงลดลงเหลือเอทานอล 100% 1.08 แกลลอน เครื่องกลั่นทำงานบนเตาโพรเพนเป็นเวลา 5 ชั่วโมง และเก็บสารกลั่นในสามหมวดหมู่ตั้งแต่ต้นจนจบ (หัว เอทานอลกลาง และหาง) หัวเป็นเอทานอล 32 ออนซ์ชุดแรกที่เก็บรวบรวมได้ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงจำเพาะ 0.8720 และมีแอลกอฮอล์ 78% กลุ่มถัดไป (กลาง) เก็บรวบรวมเป็นเอทานอล 81% หนึ่งแกลลอน โดยมีแรงโน้มถ่วงจำเพาะ 0.8655 หางเป็นเอทานอล 32 ออนซ์ชุดสุดท้าย ซึ่งมีแอลกอฮอล์ 54% และความถ่วงจำเพาะ 0.9250

ผลลัพธ์และประสิทธิภาพ

ปริมาณรวมที่เก็บได้คือเอทานอล 100% 144.64 ออนซ์ (1.13 แกลลอน) เมื่อเปรียบเทียบกับผลผลิตสูงสุดตามทฤษฎี (เอทานอล 100% 1.38 แกลลอน) ผลลัพธ์ที่ได้มีประสิทธิภาพ 81.9% กระบวนการกลั่น 5 ชั่วโมงใช้โพรเพน 2.65 แกลลอน โพรเพน 2.65 แกลลอนคูณด้วย 91,600 บีทียูต่อแกลลอนโพรเพน จะได้บีทียูโพรเพนรวมที่ป้อน 242,740 บีทียู เพื่อให้ได้เอทานอล 1.13 แกลลอน เอทานอล 1.13 แกลลอนคูณด้วย 75,700 บีทียูต่อแกลลอนเอทานอล จะได้เอทานอลที่ผลิตได้ 98,410 บีทียู

ดังนั้น จึงต้องใช้โพรเพน 242,740 บีทียู จึงจะได้เอทานอล 98,410 บีทียู ประสิทธิภาพของเอทานอลที่ผลิตได้ในการกลั่นต่อหน่วยโพรเพนที่ใช้คือ 40.5%

ต้นทุนต่อแกลลอนเอธานอล

ราคาเอธานอลจากหัวบีทอินทรีย์ท้องถิ่น

ผลการทดลองของฉันแสดงให้เห็นว่าการกลั่นด้วยโพรเพนใช้พลังงานมากกว่าพลังงานที่เก็บไว้ในเอธานอลที่ผลิตได้ จากการทดลองนี้ การผลิตเอธานอล 14 แกลลอนต้องใช้หัวบีทน้ำตาล 18 ปอนด์ในราคา 1.00 ดอลลาร์ต่อปอนด์ (18.00 ดอลลาร์) มอลต์ถูกทำให้ร้อนด้วยเตาเผาแก๊สธรรมชาติสองเตาเป็นเวลา 45 นาที ปริมาณพลังงานที่ใช้ในกระบวนการนี้ไม่สามารถระบุได้และจะไม่รวมไว้ ยีสต์เทอร์โบ 100 กรัมที่ใช้มีราคา 4.16 ดอลลาร์ กระบวนการกลั่นใช้โพรเพน 2.12 แกลลอนที่ซื้อมาในราคา 3.00 ดอลลาร์ต่อแกลลอน (6.36 ดอลลาร์) ต้นทุนรวมในการผลิตเอธานอล 14 แกลลอนอยู่ที่ 28.52 ดอลลาร์ ดังนั้น ต้นทุนในการผลิตเอธานอลจากหัวบีทน้ำตาลอินทรีย์ในท้องถิ่นจึงอยู่ที่ 203.71 ดอลลาร์ต่อแกลลอน

ต้นทุนการผลิตเอทานอลจากน้ำตาลทรายธรรมดา

จากการทดลองนี้ การผลิตเอธานอล 1.13 แกลลอนต้องใช้น้ำตาลธรรมดา 21 ปอนด์ในราคา 0.44 ดอลลาร์ต่อปอนด์ (9.24 ดอลลาร์) นอกจากนี้ ยังใช้เตาเผาแก๊สธรรมชาติ 2 หัวในการให้ความร้อนเป็นเวลา 62 นาที ปริมาณพลังงานที่ใช้ในกระบวนการนี้ไม่สามารถระบุได้และจะไม่รวมอยู่ในต้นทุนการผลิต โดยใช้ยีสต์เทอร์โบ 150 กรัม (6.23 ดอลลาร์) กระบวนการกลั่นใช้โพรเพน 2.65 แกลลอนที่ซื้อมาในราคา 7.95 ดอลลาร์ ต้นทุนรวมในการผลิตเอธานอล 1.13 แกลลอนจากน้ำตาลธรรมดาคือ 23.42 ดอลลาร์ ดังนั้น การผลิตเอธานอล 1 แกลลอนจากน้ำตาลธรรมดาที่ซื้อจากร้านจึงมีค่าใช้จ่าย 20.73 ดอลลาร์

บทสรุป

ปริมาณพลังงานที่ใช้ในการผลิตเอทานอลจากหัวบีทในท้องถิ่นและเอทานอลจากน้ำตาลทั่วไปนั้นมากกว่าผลตอบแทนที่ได้รับ ผลผลิตจากหัวบีทในท้องถิ่นนั้นต่ำกว่าที่คาดไว้มาก และอาจมีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลเสีย การผสมน้ำหัวบีทกับเนื้ออาจทำให้ยีสต์ไม่สามารถเคลื่อนย้ายน้ำตาลทั้งหมดที่มีอยู่ไปบดและหมักได้ นอกจากนี้ หัวบีทที่ใช้ยังถูกเก็บไว้เป็นเวลาหลายเดือน ซึ่งหมายความว่าปริมาณน้ำตาลอาจลดลง ปัจจัยที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือค่า pH ไม่ได้รับการปรับก่อนการหมัก

น้ำตาลธรรมดาให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าน้ำตาลจากหัวบีทในท้องถิ่นมาก อย่างไรก็ตาม ยังมีต้นทุนภายนอกอื่นๆ อีกมากมาย เนื่องจากน้ำตาลที่ใช้เป็นจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรมแบบธรรมดาที่ปลูกโดยใช้ยาฆ่าแมลงและปุ๋ยน้ำมัน เราต้องตั้งคำถามถึงปริมาณพลังงานที่ใช้ปลูกพืช การแปรรูปผลผลิต การกลั่นน้ำตาล การบรรจุหีบห่อ และการขนส่งจากเม็กซิโกไปยังแคลิฟอร์เนียตอนเหนือ ปัจจัยทั้งหมดนี้ไม่สามารถวัดได้ในโครงการของฉัน แต่ต้องนำมาพิจารณาถึงความเหมาะสม

โครงการนี้เริ่มต้นจากการทดลองผลิตเชื้อเพลิงสำหรับสกู๊ตเตอร์ หลังจากวิเคราะห์ปริมาณพลังงานที่ใช้ในการผลิตเอทานอลในปริมาณน้อยแล้ว จึงไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะผลิตเชื้อเพลิงเอทานอลในสวนหลังบ้านโดยใช้เชื้อเพลิงกลั่น เช่น ก๊าซธรรมชาติและโพรเพน ในเวลาที่ใช้ผลิตเอทานอลให้เพียงพอกับระยะทาง 100 ไมล์ ฉันสามารถขี่จักรยานไปได้ไกลเทียบเท่ากับระยะทางดังกล่าว เชื้อเพลิงเอทานอลจะมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อปลูกพืชในปริมาณมากเท่านั้น โรงงานแปรรูปสำหรับผลิตเอทานอลจะต้องอยู่ในพื้นที่ของพืชผลเพื่อลดต้นทุนการขนส่ง กระบวนการบดและกลั่นจะต้องอาศัยทรัพยากรที่ไม่ใช่เชื้อเพลิงฟอสซิล ทางเลือกในการให้ความร้อน ได้แก่ การเผาชีวมวลหรือการใช้เครื่องกลั่นพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อรวมพลังงานจากดวงอาทิตย์

ต้นทุนโครงการ

ข้อมูลหน้า

คำสำคัญ	การกลั่นการผลิตเอธานอลการหมักหัวบีท น้ำตาลน้ำตาลบริสุทธิ์เชื้อเพลิงแอลกอฮอล์หัวบีทโพรเพนน้ำตาลน้ำ
เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน	SDG12 การบริโภคและการผลิตอย่างรับผิดชอบ
ผู้เขียน	อามัล
ใบอนุญาต	สงวนลิขสิทธิ์ © 2018
องค์กรต่างๆ	Engr305 เทคโนโลยีที่เหมาะสม , Cal Poly Humboldt
ภาษา	ภาษาอังกฤษ (en)
การแปล	ตุรกี , อินโดนีเซีย , เกาหลี , สเปน , เยอรมัน , อาหรับ , ดัตช์
ที่เกี่ยวข้อง	7 หน้าย่อย 16 หน้า ลิงก์ที่นี่
นามแฝง	การผลิตเอธานอลและการแปลงเครื่องยนต์สกู๊ตเตอร์
ผลกระทบ	13,399 ผู้เข้าชมเพจ ( เพิ่มเติม )
สร้าง	3 พฤษภาคม2550โดยอามัล
ปรับปรุงล่าสุด	18 มิถุนายน2024โดยเฟลิเป้ เชอโนเน่
อ้างเป็น	อามัล (2007–2024) "เอธานอลจากหัวบีทน้ำตาลอินทรีย์เทียบกับน้ำตาลอ้อยบริสุทธิ์" Appropedia สืบค้นเมื่อ 26 กุมภาพันธ์ 2025
การสอบถาม API	พื้นฐาน , ความหมาย , html , ไฟล์ , เพิ่มเติม