Удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу на цукровому заводі м. Узин

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І  НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 Кафедра біотехнології

                                                                          ДОПУСТИТИ ДО ЗАХИСТУ

   Завідувач кафедри

   Гаркава К.Г.

                                                                            «___» ______________2013 р.

 

 

 

ДИПЛОМНА  РОБОТА

(ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА)

ВИПУСКНИКА ОСВІТНЬО-КВАЛІФІКАЦІЙНОГО РІВНЯ

«БАКАЛАВР»

 

Тема: Удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу на цукровому заводі м. Узин

 

 

Виконавець:  студент 406 гр.,  ІнЕБ                                Бондар Н. В. 

 

Керівник: старший викладач                                           Горупа В. В.

 

Нормоконтролер з ЄСКД (ЄСПД): асистент кафедри       Лазарєв В. Г.        

 

 

Київ 2013

 

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут екологічної безпеки 1

Кафедра біотехнології 

Напрям __6.051401 „Екологічна Біотехнологія ” 1

 

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри

Гаркава К.Г._______________

«___» ______________2013 р.

 

ЗАВДАННЯ

на виконання  дипломної роботи

____________________Бондар Ніни Вікторівни___________________

 

1. Тема дипломної роботи: Удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу на цукровому заводі м. Узин
2. Затверджена наказом ректора від    «28» березня  2013р. № 649/ст
3. Термін виконання роботи: з «20»березня 2013 р. по «30» травня 2013 р.
4. Вихідні дані: біоетанол, барда, утилізація відходів

Зміст пояснювальної записки: Вступ; РОЗДІЛ 1. ІСНУЮЧІ СПОСОБИ ОТРИМАННЯ БІОЕТАНОЛУ; РОЗДІЛ 2. СИРОВИНА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ; РОЗДІЛ 3. ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ ДЛЯ ЗАВОДУ В М. УЗИН; РОЗДІЛ 4. ХАРАКТЕРИСТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ. Культивування; РОЗДІЛ 5. ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ БІОЕТАНОЛУ; РОЗДІЛ 6. ІСНУЮЧІ СПОСОБИ ПЕРЕРОБКИ БАРДИ; РОЗДІЛ 7. УДОСКОНАЛЕННЯ ІСНУЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

 

 

 

Календарний план-графік

№	Завдання	Термін виконання
1	Узгодження змісту дипломної  роботи з керівником	01.03. 2013
2	Аналіз літературних джерел	02.03. – 20.03.2013
3	Написання вступу та першого  розділу	21.03.- 30.03.2013
4	Написання другого розділу	31.03. - 25.04.2013
5	Написання третього розділу	26.04. - 28.04.2013
6	Написання четвертого розділу	29.04. - 23.05.2013
7	Написання п`ятого та шостого  розділів	24.05. - 31.05.2013
8	Написання висновків	01.06. 2013
9	Оформлення дипломної  роботи та презентації	02.06. - 10.06.2013
10	Попередній захист дипломної  роботи	11.06.13
11	Захист дипломної роботи	26.06.2013

 

 

 

 

      7. Дата видачі завдання  “28”березня 2013 р.

     Керівник дипломної  роботи ________________ /Горупа В.В../

^{(підпис  керівника)}

     Завдання прийняв  до виконання  ________________ /Бондар Н. В../

^{(підпис  випускника)}

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Пояснювальна записка  до дипломної роботи «Удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу на цукровому заводі м. Узин»  57с.,  табл.,  рис.,  36 літературних джерел.

БІОЕТАНОЛ, МІКРООРГАНІЗМИ, САХАРОМІЦЕТИ МЕЛЯСА, БАРДА, КОРМОВІ ДОБАВКИ

В останні роки в м. Узин постала проблема зараження водного та повітряного басейну відходами виробництва біоетанолу. Потрапляючи у довкілля за наявності відповідної температури та вологи, барда негативно впливає на процеси у навколишньому середовищі.

Об`єкт дослідження –  технологія виробництва біоетанолу.

Предмет дослідження –  переробка барди на кормові добавки.

Мета дипломної роботи – удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу.

Для досягнення мети дипломної  роботи було поставлені такі завдання:

• дослідити технологію виробництва біоетанолу на базі цукрового заводу м. Узина;
• визначити та охарактеризувати сировину та мікроорганізми, що використовуються на заводі в м. Узин;
• дослідити можливі способи утилізації відходів;
• удосконалити технологічну схему виробництва біоетанолу

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

 

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. ІСНУЮЧІ СПОСОБИ ОТРИМАННЯ БІОЕТАНОЛУ

1. Виробництва малих обсягів
2. Виробництва середньої потужності
3. Багатотонажні виробництва
4. Світовий досвід виробництва біоетанолу
1. Загальноєвропейський досвід
2. США
3. Китай та Індія

1.4.4. Латинська Америка

1.5. Загальносвітові стандарти

РОЗДІЛ 2. СИРОВИНА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ

2.1. Виробництво біоетанолу  з бульбових

2.2. Виробництво біоетанолу  із злакових

2.2.1. Виробництво біоетанолу  із кукурудзи

2.2.2. Виробництво біоетанолу із тритикале

2.2.3. Виробництво біоетанолу із пшениці

2.2.4.Виробництво біоетанолу  із ячміню

2.2.5. Виробництво біоетанолу  з жита

2.2.6. Виробництво біоетанолу  із целюлози

РОЗДІЛ 3. ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ ДЛЯ ЗАВОДУ В М. УЗИН

3.1. Меляса - сировина для біоетанолу на цукровому заводі в м. Узин

3.2. Підготовка меляси  для виробництва

3.2.2. Двопотокові схеми

3.2.1. Однопотокові схеми

РОЗДІЛ 4. ХАРАКТЕРИСТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ. Культивування

1. Загальна характеристика

4.2. Застосування

4.3. Фази росту Saccharomyces cerevisiae

4. Підготовка МО для зброджування у виробничих умовах

РОЗДІЛ 5. ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ БІОЕТАНОЛУ

1. Етапи виробництва біоетанолу
2. Підготовка сировини

5.3. Зріджування, оцукрювання  і зброджування 

5.4. Дистиляція і ректифікація

5.5. Зневоднення та очистка етанолу

5.5.1. Технологія молекулярних сит

5.5.2. Дифузійне випаровування   біоетанолу

5.5.3. Азеотропна перегонка

5.6. Технологія виробництва  біоетанолу на цукровому заводі  в м. Узин

РОЗДІЛ 6. ІСНУЮЧІ СПОСОБИ ПЕРЕРОБКИ БАРДИ

6.1. Схеми з випарними  станціями 

6.2. Схеми з аеробною  мікробіологічної переробкою рідкої  фази з отриманням кормових  дріжджів

6.3. Схеми з метантанком з отриманням біогазу

6.4. Комбіновані схеми

РОЗДІЛ 7. УДОСКОНАЛЕННЯ ІСНУЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

7.1. Особливості переробки  барди на кормові добавки

7.2. Характеристика отриманих  кормових добавок

7.3. Екологічна доцільність переробки барди

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ  ДЖЕРЕЛ

 

 

 

ВСТУП

 

 

Актуальність  теми. В даний час в усьому світі інтенсивно розвиваються технології, пов’язані  із використанням альтернативних джерел палива, що дозволяють ефективно використовувати природні ресурси. ХХІ сторіччя характеризується активним розвитком біотехнології та впровадженням її результатів у різні галузі діяльності людини. Відбувається пошук нових сфер їх практичного застосування [5].

Існуюча нині технологія виробництва  біоетанолу на цукровому заводі в  м. Узин не враховує використання відходів виробництва. Звідси стає питання про  захист навколишнього середовища. Відомо, що барда забруднюює водний та повітряний басейни міста. Тому проникнення відходів виробництва у біосферу загрожує багатьма наслідками, прогнозувати які поки не представляється можливим через нестачу інформації.

З іншого боку, барда, завдяки  високому вмісту білків, клітковини, вуглеводів і мікроелементів, є цінною сировиною  для виробництва кормів, отже, переробка  барди може істотно збільшити  прибутковість виробництва біоетанолу.

На сьогодні існує декілька видів переробки барди: схеми з випарними станціями,схеми з аеробною мікробіологічної переробкою рідкої фази з отриманням кормових дріжджів, схеми з метантанком з отриманням біогазу та комбіновані схеми.

Для того, щоб утворена в  процесі виробництва біоетанолу барда  не забруднювала навколишнє середовище, потрібно налагодити її переробку на сухі кормові добавки, використовуючи нерозчинну (суху) фракцію барди в якості кормового продукту, необхідного для нормального росту худоби. Багато спиртових виробництв на території України вже мають технологічні лінії для утилізації барди з метою отримання сухих кормових добавок для худоби

Тому, сьогодні стоїть важливе наукове і соціальне завдання – провести ґрунтовні дослідження з вивчення токсичного впливу барди на довкілля, а також запропонувати ефективні методи її утилізації [17].

Мета роботи: удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу.

Завдання до виконання  дипломної роботи:

• дослідити існуючі способи виробництва біоетанолу, в залежності від географічного положення заводів;
• визначити та охарактеризувати сировину та МО, що використовуються на заводі в м. Узин;
• дослідити можливі способи утилізації відходів;
• удосконалити технологічну схему виробництва біоетанолу

Об’єкт дослідження: технологія виробництва біоетанолу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 1

ІСНУЮЧІ СПОСОБИ  ОТРИМАННЯ БІОЕТАНОЛУ

 

 

На даний час в світі  дуже поширеним стає використання альтернативних джерел палива, оскільки існуючі джерела енергії є вичерпними і досить дорогими. Серед них широкого поширення набуває виробництво біоетанолу, що відрізняється за обсягами. Існують як міні-технології, так і великі повноцінні цехи та заводи [18].

 

 

1. Виробництва малих обсягів

 

 

В деяких країнах  світу набула поширення технологія для локального виробництва палива - технологія виробництва біоетанолу в малих обсягах( Рис. 1.1).

Зазвичай малотоннажну технологію використовують для виробництва палива із некондиційних спиртних напоїв (відходів ресторана) або з цукрової сировини.

Виробництва малих обсягів є повністю автоматичними, заявлена собівартість виготовленого палива - 0.25доларів/літр, потужність - 150 літрів в тиждень, ціна установки в США - 10,000 долларів [19].

Рис 1.1 Технологія з малими обсягами

2. Виробництва середньої потужності

 

 

Виробництва середньої потужності характерні для багатьох європейських країн, зокрема і для України.

За оцінками асоціації  «Укрцукор» виробництво біоетанолу на вітчизняних підприємствах складає майже 40 тис. тон в рік, що дає можливість повністю завантажити 5 спиртових заводів середньої потужності, збільшити кількість робочих місць, зайнятих виробництвом та переробкою цукрових буряків, а також зменшити бензинову залежність країни за рахунок виробництва й використання альтернативних видів палива. Такі обсяги виробництва дають можливість зменшити залежність промислових підприємств від імпорту різного роду спиртовмісних компонентів для виробництва охолоджуючих рідин для автотранспорту, авіації, лако-фарбної продукції, виробництва побутової хімії,пластмас, фармації тощо [17].

 

 

3. Багатотонажні виробництва

 

 

Найбільшим виробником біопалива  у світі на сьогодні є Бразилія, яка виробляє близько 16,5 мільярдів літрів палива на рік і експортує близько 2,0 мільярдів літрів етанолу.

У Бразилії біоетанол виробляється з цукрового очерету, що повністю використовується і дає можливість виготовляти 72 літри біопалива з однієї тонни сировини [19].

 

 

 

 

4. Світовий досвід виробництва біоетанолу

 

 

1. Загальноєвропейський досвід

 

 В Європі існує система регулювання виробництва біоетанолу, що розвивалася в Європі протягом останніх років. На початку 90-х років Загальна сільськогосподарська  політика лімітувала посадку непродовольчих культур на землю під паром, але ця система не гарантувала рівні права для різних виробників біопалива в Європі. У 1993 році було вирішено ввести систему тендерів. Зараз ЄК вимагає від країн встановити національні рівні виробництва біопалива і оголошує міжнародні тендери для задоволення цих рівнів. На даний момент Франція та Італія встановили такі квоти. Квоти для виробництва біодизеля у Франції – 317,500 тон на рік, в Італії – 300,000 тон на рік. Німеччина і Австрія немає обмежень в обсязі.