Ethanol from organic sugar beets versus refined cane sugar

This page is an automatic translation to Turkish of Ethanol from organic sugar beets versus refined cane sugar.This translation is distributed in the hope that it will be useful, but without any guarantee of accuracy.Read more...

Projemin amacı yerel ve konvansiyonel kaynaklardan küçük ölçekli etanol üretiminin maliyet girdilerini ve enerji çıktılarını belirlemektir. Biyoyakıtlı tarım ekipmanlarıyla yetiştirilen, yerel olarak yetiştirilen organik şeker pancarlarını kullanmaya karar verdim. Yerel bir kaynağın maliyetiyle karşılaştırıldığında, Meksika'dan getirilen ve yerel bir restoran tedarik şirketinde satılan geleneksel şekeri de kullandım. Ayrıca testi yapmak içinAmal'ın etanolünü de hazırladım.

Etanol, dört zamanlı buji ateşlemeli motorların çoğunda yakıt olarak kullanılabilen bir tahıl alkolüdür. Etanol yapma süreci, şeker pancarı gibi bir şeker ürününden şekerin çıkarılmasıyla veya mısır veya patates gibi bir ürünün nişastasının şekere dönüştürülmesiyle başlar. Etanol üretimi için kullanılan mahsullere "besleme stokları" adı verilir. Nişasta ve şeker bitkilerinin her ikisinin de üretildikleri bölgeye bağlı olarak yararları vardır. Şeker bitkilerinin faydası, nişastanın dönüştürülmesine gerek olmadığından daha az enerji girdisine ihtiyaç duymalarıdır. Mısırın avantajı şeker pancarına göre çok daha uzun süre çürümeden saklanabilmesidir. Mevsime ve bölgeye en uygun mahsul olduğu için şeker pancarını kullanıyorum. Pancarların suyu sıkılıp su ile kaynatılarak şekerler elde edilir. Artık çözelti "püre" olarak adlandırılıyor ve fermente edilip daha sonra etanolü çıkarmak için damıtılabiliyor. Etanol yakıtı, dönüştürülmüş motorların çoğunda, alkol yüzdesi %80'in üzerindeyse kullanılabilir. Etanolün suyla güçlü bir şekilde bağlanma yeteneği nedeniyle, hiçbir damıtma suyun son %5'ini gideremez. Bu nedenle bir imbikten mümkün olan en yüksek verim %95 etanoldür. Etanolün benzinle karıştırılması durumunda, benzin ve etanolün ayrılmasını önlemek için suyun tamamının çıkarılması gerekir.

Şeker Pancarından Etanol Üretim Süreci

Pancar suyu sıkma

Pancarları yıkayıp ardından meyve sıkacağı içine sığacak şekilde dilimleyerek başladım. 1,4 galon meyve suyu ve 7,5 lb posa veren 18 lb pancarın suyunu sıktım. Daha sonra 2 galon su ekledim ve toplam 5 galonluk bir hacim elde etmek için meyve suyu ve posayı karıştırdım.

Pancar Fermentasyonu

Püre 189F'ye ısıtıldı ve bakterileri öldürmek için sıcaklıkta 20 dakika tutuldu. Toplam ısıtma işlemi 45 dakika sürdü. Pürenin 80F'a soğumasını bekledim ve ardından internetten satın alınan 100g Turbo Mayayı ekledim. Turbo maya, 48 saatte %14'e kadar alkali ürettiği iddia edilen özel bir maya türüdür. Püreyi fermente ederken mümkün olan en yüksek alc yüzdesini elde etmek önemlidir, böylece damıtıldıktan sonra daha fazla alc toplanabilir. Maya eklendikten sonra, maya aktivasyonunu arttırmak için çözeltiyi 20 dakika boyunca çalkaladım, ardından kapağa ve hava kilidine yerleştirdim. Tüm şekerlerin alkole dönüşmesini umarak pürenin 72 saat mayalanmasına izin verdim. Karışımın son alc yüzdesini belirleyemedim çünkü çözelti doğru bir hidrometre okuması için çok kalındı.

Pancar Püresi Damıtma

Fermente pürenin üstüne çıkan posa kazındı, ardından pürenin geri kalanı imbikteki kazana aktarıldı. Damıtma, 20.7°C'lik bir başlangıç ​​sabit sıcaklığıyla başladı. Bir propan brülöründe 83 dakika ısıtıldıktan sonra hareketsiz sıcaklık 78°C'ye ulaştı. Distilat imbikten dışarı akmaya başladı ve 0,18 Litre/dakika hızında toplandı. Zaman geçtikçe kazandan alkol çıkarıldığı için imbikteki sıcaklık arttı. Sıcaklığın 78,5°C'nin üzerine çıkması, toplanan damıtma ürününde daha fazla su yüzdesi anlamına gelir ve dolayısıyla toplanan damıtma ürününde toplam alkol yüzdesi daha az olur. Durgun sıcaklığı düşürmek için, geri akış vanasının daha da kapatılmasıyla, dönüş hattından ana kolona geri gönderilen distilat miktarı arttırıldı. Geri akış valfi kapalıyken, reflü miktarı artar. Geri akış miktarı, geri akış valfi %100 açık olduğunda akacak miktar başına geri dönüş hattı yoluyla sütuna ne kadar damıtılmışın geri gönderildiğine göre belirlenir. Daha fazla geri akış tetiklendiğinde (damıtma ürününün daha büyük bir yüzdesi yeniden damıtılmak üzere kolona geri gönderilir), geri dönen sıvı paslanmaz çelik yıkayıcı pedlerin (paketleme olarak kullanılır) üstüne damlar ve aşağı doğru damlayarak bir sıcaklık gradyanı oluşturur. yukarıdan aşağıya. Etanol ve su buharı kazandan kolonda yukarıya doğru yükselirken, buhar aşağıdan yukarıya doğru sıcaklığı soğuyan temizleme pedleriyle karşılaşır. Durgun sıcaklığı belirlemek için kullanılan dijital termometre, temizleme pedlerinden geçerek yoğunlaştırıcıya giden buharların sıcaklığını okumak için istiflenmiş temizleme pedlerinin üst kısmının üzerine yerleştirilir. Böylece sıcaklıklar 78'e en yakın. 78.5C etanolün buhar noktası olduğundan 5C en yüksek etanol yüzdesini verecektir. Damıtmanın sıcaklığı arttıkça buharın içindeki su miktarı da 100°C'ye (suyun buharlaşma noktası) yükselir. Geri akış miktarının arttırılması imbikteki sıcaklığı düşürür ve bu da daha yüksek bir etanol yüzdesi üretir. Ancak geri akış miktarını arttırdığınızda dakikada toplanan distilat miktarı azalır ve distilasyon işleminin daha uzun süre yapılmasını gerektirir.

Tüm operasyon iş başında

Sonuçlar ve Verimlilikler

Toplanan damıtma ürününün toplam miktarı 22 ons %80 alkali idi. Bu miktar, susuz bırakıldığında 18 ons %100 etanol haline geldi. Şeker pancarının şeker içeriği %20 civarındadır, dolayısıyla üretilen etanolün teorik verimi şeker ağırlığı başına %50 civarındadır. Yani 0,2 lb şekerli 1 lb pancar, 1 lb etanol vermelidir. Etanol 6,5 lbs/gal ağırlığındadır. Yani teorik olarak 65 lb şeker pancarından 1 gal etanol elde edilir.

Sonuçlarım, 18 lbs şeker pancarının 18 ons etanol ürettiğiydi. Bu verim oranında bir galon etanol üretmek için 128 lbs gerekir. Sürecim, teorik maksimum verimle karşılaştırıldığında %50,8 verimliydi.

1. 12 gal propan tüketilerek 14 gal etanol elde edildi. Tüketilen propanın Btu girdisi 194.192Btu olup, 10.598Btu değerinde etanol elde edildi. Kullanılan propan birimi başına damıtmada üretilen etanolün verimliliği %5,5'tir.

Geleneksel Şekerden Etanol Yapma Süreci

Şeker Yıkamanın Yapılışı

Şeker püresi, 62 dakika süren 4 gal suyun kaynatılmasıyla başladı. Kaynayan suya 25 lb geleneksel sofra şekeri ilave edildi ve pH, 4,0'a düşürüldü. 12 galonluk nihai hacmi elde etmek için daha fazla su ilave edildi. Hidrometre okuması, %24 şeker ve %13 alkali potansiyeline karşılık gelen 1,095'lik bir Özgül Ağırlık gösterdi. 150 g Turbo Maya karıştırıldı ve yıkama, 5 gün boyunca fermente edildi.

Şeker Yıkamanın Fermantasyon Sonuçları

Beş günlük fermantasyondan sonra, son bir hidrometre okuması, fermentörde %1,5 oranında alkali potansiyeli kaldığını ve yıkamanın 12 galon %11,5 oranında alkali olduğunu gösterdi. 12 galonun %11,5'i, damıtılacak teorik maksimum 1,38 gal %100 alkoldür.

Laboratuvarımda çamaşırları soğutuyorum.

Şeker Yıkamanın Damıtılması

Damıtıcıya yalnızca 10 galon püre sığabildi, dolayısıyla damıtılacak teorik maksimum alkol miktarı 1,08 gal %100 etanole düşürüldü. İmbik, bir propan yakıcıda 5 saat süreyle çalıştırıldı ve damıtma ürünü, baştan sona üç kategoride (başlar, ortalar ve kuyruklar) toplandı. Kafalar, özgül ağırlığı 0.8720 ve %78 alkali olan toplanan ilk 32 onsluk etanoldü. Sonraki grup (ortalar), 0,8655 özgül ağırlığa sahip bir galon %81 alkali olarak toplandı. Kuyruklar %54 alkali ve 0,9250 özgül ağırlıkla toplanan son 32 onstu.

Etanol şeker püresi damıtılmasından toplanıyor.

Sonuçlar ve Verimlilikler

Toplanan toplam miktar 144,64 ons (1,13 gal) %100 etanoldü. Teorik maksimum verimle (1,38 gal %100 etanol) karşılaştırıldığında sonuçlarım %81,9 verimlidir. 5 saatlik damıtma işleminde 2,65 gal propan tüketildi. 2,65 gal propan çarpı 91,600 btu/gal propan, 1,13 gal etanol elde etmek için 242,740 btu toplam propan Btu girdisidir. 1,13 gal etanolün 75,700 btu/gal etanol ile çarpımı, üretilen 98,410 btu etanoldür.

Bu nedenle 98.410 btu etanol elde etmek için 242.740 btu propan gerekiyordu. Kullanılan propan birimi başına damıtmada üretilen etanolün verimliliği %40,5'tir.

Galon Etanol Başına Maliyet

Yerel Organik Pancardan Elde Edilen Etanolün Maliyeti

Sonuçlarım, propanla damıtmanın, üretilen etanolde depolanan enerjiden daha fazla enerji tükettiğini gösteriyor. Bu deneyde, 14 galon etanol üretmek için 1,00 $/lb (18,00 $) karşılığında 18 lb şeker pancarı satın alınması gerekiyordu. Püre iki doğal gaz ocağında 45 dakika ısıtıldı. Bu süreçte kullanılan enerji miktarı belirsizdir ve dahil edilmeyecektir. 100 gram Turbo Mayanın kullanılan maliyeti (4,16 $). Damıtma işlemi, 3,00 $/gal (6,36 $) karşılığında satın alınan 2,12 gal propan tüketti. 14 galonluk etanol üretmenin toplam maliyeti 28,52 dolardı. Bu nedenle yerel organik şeker pancarından etanol üretmenin maliyeti 203,71 $/gal'dir.

Konvansiyonel Şekerden Üretilen Etanolün Maliyeti

Bu deneyde 1,13 galon etanol elde etmek için 0,44 $/lb (9,24 $) karşılığında satın alınan 21 lb geleneksel şeker gerekiyordu. Ayrıca yıkama iki doğal gaz ocağında 62 dakika süreyle ısıtıldı. Bu süreçte tüketilen enerji miktarı belirsiz olup üretim maliyetine dahil edilmeyecektir. 150g Turbo Maya kullanıldı (6,23$). Damıtma işleminde 7,95 dolara satın alınan 2,65 galon propan tüketildi. Geleneksel şekerden 1,13 galon etanol üretmenin toplam maliyeti 23,42 dolardır, dolayısıyla mağazadan satın alınan geleneksel şekerden bir galon etanol üretmenin maliyeti 20,73 dolardır.

Çözüm

Yerli şeker pancarı etanolüne ve konvansiyonel şeker etanolüne verilen enerji miktarı, getirisinden daha fazladır. Yerel şeker pancarının rekoltesi beklenenden çok daha düşüktü ve pek çok faktör söz konusu olabilirdi. Pancar suyunun posayla karıştırılması, mayanın püre içinde hareket etme ve mevcut tüm şekerleri fermente etme yeteneğini engellemiş olabilir. Ayrıca kullanılan şeker pancarları birkaç aydır depolanmış olduğundan şeker miktarları bozulmuş olabilir. Bir diğer olası faktör ise fermantasyondan önce pH'ın ayarlanmamış olmasıdır.

Geleneksel şeker, yerel şeker pancarından çok daha iyi sonuçlara sahipti, ancak kullanılan şeker, pestisit ve petrol gübreleri kullanılarak yetiştirilen, geleneksel olarak değiştirilmiş bir organizma olduğundan, başka birçok dış maliyet de vardır. Böyle bir mahsulün yetiştirilmesi, hasatın işlenmesi, şekerin rafine edilmesi, paketleme ve Meksika'dan Kuzey Kaliforniya'ya nakliye için gereken enerji girdileri sorgulanmalıdır. Projemde bu faktörlerin tamamı ölçülemedi ancak uygunluğunun dikkate alınması gerekiyor.

Bu proje bir scooter için yakıt üretmeye yönelik bir deney olarak başladı. Küçük ölçekli etanol üretiminin enerji girdilerini analiz ettikten sonra, doğal gaz ve propan gibi rafine edilmiş yakıtların kullanımı yoluyla arka bahçede etanol yakıtı üretmenin bir anlamı yoktur. Scooter'a 100 mil yol kat etmeye yetecek kadar etanol elde etmek için gereken süre içinde, bisikletimle aynı mesafeyi kat edebilirdim. Etanol yakıtı yalnızca mahsullerin kitlesel ölçekte yetiştirilmesi durumunda etkilidir. Taşıma masraflarını azaltmak için, etanol üretimine yönelik işleme tesisinin mahsulün bulunduğu yerde olması gerekir. Ezme ve damıtma işlemi fosil yakıtlı olmayan kaynaklara dayanmalıdır. Isıtma alternatifleri arasında biyokütlenin yakılması veya güneş enerjisini yoğunlaştıran güneş enerjili damıtıcıların olası kullanımı yer alıyor.

Proje Maliyetleri