PRODUCEREA   ETANOLULUI

Etanolul este o substanță organică din clasa alcoolilor. Mai poartă denumirea de alcool etilic și are formula moleculară C2H5OH putând fi scris CH3 – CH2 – OH.

Se prezintă ca o substanță lichidă incoloră, solubilă în apă în orice proporții. Solubilitatea se datorează grupării hidroxil din molecula alcoolului prin intermediul careia între moleculele de apă și de alcool se stabilesc legaturi de hidrogen intermoleculare.Etanolul, ca toți alcoolii, prezintă un ușor caracter acid dovedit prin reacția sa cu metalele alcaline; o reacție tipică este reacția cu sodiul în urma căreia se formează ionul etoxid și se eliberează protonul din gruparea hidroxil. Protonul se fixează pe perechea de electroni ai oxigenului din apă, generând ionul hidroniu care oferă aciditate soluției respective.Etanolul nu reacționează cu hidroxizii alcalini, față de fenoli care sunt tot compuși hidrozilici și care reacționează cu hidroxidul de sodiu formând ionul fenoxid. Alte reacții tipice etanolului sunt reacțiile cu acizii carboxilici când rezultă esteri folosiți pe post de aromatizanți.

Utilizare

Utilizare terapeutica – Sub o forma improprie consumului (alcool denaturat sau modificat, adica cu adaugarea unei substante colorante), alcoolul etilic se utilizeaza ca antiseptic contra bacteriilor, doar pentru piele si in absenta oricarei plagi. El este comercializat in grade diferite de diluare: 90, 70 sau 60% in volum. Forma 70% in volum (70 mililitri de alcool diluati in 30 mililitri de apa) asigura cea mai eficienta asepsie (comparativ cu celelalte concentratii).0Etanolul poate fi oxidat pentru a forma acetilena si pe urma acidul acetic. Acesta poate fi deshidratat pentru a forma eter. Alte produse fabricate din etanol sunt butadine, care sunt utilizate in producerea sintetica a cauciucului, si in fabricarea anestezicelor locale. Etanolul poate fi amestecat cu benzina pentru a forma carburant.Etanolul este solubil in apa si cu marera majoriate a solventilor organici.Este un solvent excelent pentru multe substante si este folosit in producerea parfumurilor, lacurilor, a celulozei si a explozivilor. Solutiile alcoolice din substantele nonvolatile

poarta denumirea de tincturi, iar solutiile volatile poarta derturi. Marea majoriata a etanolului industrial este denaturata pentru a nu putea fi consumata pe post de bautura.

Materia prima

Exista doua surse de materie prima.

1.Sursa alimentara

Etanolul poate fi făcut din orice cultura de plante, care conține o cantitate mare de zahăr sau de componente care pot fi transformate în zahăr, cum ar fi amidon sau celuloză.Ca exemplu pot servi sfecla de zahăr și trestia de zahăr care conțin zahăr natural. Culturi, cum ar fi porumbul, grâul și orzul conțin amidon, care pot fi ușor transformat în zahăr. Majoritatea copacilor și ierburile sunt fabricate din celuloza, care poate fi, de asemenea, transformata în zahăr, deși nu la fel de ușor ca și amidonul.Cele mai mult etanolul este produs printr-un proces în patru etape:

1. Selectarea materiei prime pentru producerea etanolului (culturi sau plante) ;2. Zahărul se dizolvă din materialul sol, sau amidon sau celuloză se transformă

în zahăr;

3. Microbii se hranesc cu zaharul, producătoare de etanol și dioxid de carbon ca produse secundare;

4. Etanol este purificat pentru a atinge concentrația corectă.De asemenea, este posibil să se producă etanol printr-un proces umed-frezat, care este utilizat de mulți producători de etanol mari. Acest proces produce, de asemenea, produse secundare, cum ar fi siropul de porumb bogat in fructoza, care este folosit ca un indulcitor in multe alimente preparate.Alta materie prima pentru fabricarea etanolului este celuloza din lemn, respectiv hidratii de carbon obtinuti prin hidroliza cu acizi a celulozei, din deseuri lemnoase, stuf etc. Alcoolul rezultat este impurificat cu mici cantitati de metanol. De asemenea, s-a incercat o valorificare a lesiilor bisulfitice de la industria celulozei, in vederea obtinerii etanolului.

2.Sursa nealimentara de obtinere este prin hidratarea etilenei din metan ,etan.

Chimismul producerii

În timpul fermentarii etanolului , glucoza,culturi de trestie de zahar sau sau de altă natură sunt convertite în etanol și dioxid de carbon .

C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + Q

Fermentare are loc în soluție apoasă și soluția rezultată după fermentarea are un conținut de etanol de aproximativ 15%. Etanol este apoi izolat si purificat printr-o combinație de tehnici de adsorbție și de distilare. Purificare necesita un consum mare de energie.În timpul arderii etanolul reacționează cu oxigenul pentru a produce dioxid de carbon, apa, căldură:

              C 2 H 5 OH + 3 O 2 → 2 CO 2 + 3 H 2 O + Q

Etanolul poate fi, de asemenea, produs pe cale industrială din etilenă, prin hidroliza:

C 2 H 4 + H 2 O → CH 3 CH 2 OH

Instalatiile industriale

Prepararea industriala a etanolului cuprinde mai multe operatii. Ca materii prime se folosesc cereale sau cartofi, pentru continutul lor de amidon. Cerealele sau cartofii sfaramati sunt amestecati cu apa la temperatura de 60oC si, preferabil, sub presiune de cca 3 atm. Pana cand rezulta o coca. Independent, se pregateste malt, prin incoltirea orzului. Maltul terciuit cu apa este amestecat cu coca de amidon in zaharificator, un dispozitiv prevazut cu agitator si serpentina de racire. Temperatura nu trebuie sa depaseasca 60oC, deoarece altfel amilaza este distrusa. Dupa cca o ora, amestecul din zaharificator se transforma intr-un lichid subtire si cu gust dulce, cea mai mare parte din amidon s-a transformat in maltoza. Lichidul obtinut este racit la 15-20oC, dupa care i se adauga drojdie de bere. Aceasta se inmulteste si, dupa un timp, incepe o fermentatie energica. Fermentatia alcoolica dureaza 2-3 zile. Vasele in care se produce fermentatia trebuie racite, deoarece prin fermentarea fiecarui kg. de zahar se degaja 133 kcal. Bioxidul de carbon format in acest timp poate fi colectat. Prin fermentatia alcoolica se produce un lichid, numit plamada, care contine pana la 18 % alcool, restul fiind apa, cantitati mici de glicerina, alcooli propilic, butilic, amilic etc. Acest lichid este supus unei prime distilari, in urma careia rezulta etanolul brut, de 90 % concentratie. Reziduul de la distilare se numeste borhot si este folosit ca nutret pentru vite, deoarece contine proteine, grasimi etc. Alcoolul brut este supus rectificarii, in coloana de rectificare, obtinandu-se ca produs de distilare un alcool de 95,6 %, iar ca reziduu de distilare glicerina si fuzelul,un lichid uleios, format din alcooli superiori (propilic, butilic, amilic). Alcoolul de 95,6 % este un amestec azeotrop, cu punct de fierbere 78,15oC; de aceea, pentru obtinerea unui alcool pur (alcool absolut) nu se poate recurge la inca o distilare, ci se aplica metode speciale, de exemplu tratarea cu substante care se combina cu usurinta cu apa (oxid de calciu, sulfat de calciu calcinat etc.) urmata de distilare.

Schema industriala contine:

1. Schimbator de caldura2. Agitator3. Coloana de sinteza(hidrator)-reactor4. Condensator5. Separator de gaze

Etanolul: un combustibil ecologic costisitor!

In urma unor noi studii realizate, oamenii de stiinta au ajuns la concluzia ca procesul de fabricatie al etanolului necesita o cantitate enorma de apa, facand din acesta un combustibil ecologic costisitorTinind cont de faptul ca resursele de petrol ale lumii se micsoreaza rapid ne asteptam tot mai mult ca etanolul, un combustibil ecologic, sa inlocuiasca benzina sau motorina. In procesul de fabricatie al etanolului se utilizeaza diferite plante, iar amestecat in proportie de 85% cu benzina se obtine E85.

Ultimele studii realizate de Universitatea din Minnesota arata ca producerea combustibilului E85 este mult mai costisitoare decat se credea, procesul tehnologic al acestuia avand nevoie de o cantitate de apa de 3 ori mai mare decat era anticipat. Acest studiu arata ca sunt necesari aproximativ 2000 de litri de apa pentru a produce un litru de etanol.Cercetatorii condusi de Sangwon Suh au ajuns la concluzia ca modul in care este irigata o plantatie influenteaza consumul cantitatii de apa utilizata pentru producerea etanolului. In acelasi timp, Michele Holbrook, profesor de silvicultura in cadrul Universitatii Harvard considera cultivarea plantelor pe camp ca fiind una din cele 6 “ sarcini imposibile” pe care acestea nu le pot indeplini.

“Daca transform masa corpului meu in frunze de floarea soarelui, ar trebui sa beau 2 litri de apa la fiecare 30 de secunde”, a declarat Michele Holbrook. Acelasi profesor a adaugat recent si cea de-a saptea sarcina imposibila pentru plante: producerea in cantitati mari de combustibil lichid din recolte.

Bioetanol

Utilizarea bioetanolului drept carburant pentru motoarele cu ardere interna nu este o inventie recenta, fiind practicata de aproape un secol si jumatate. Ideea folosirii bioetanolului drept carburant pentru motoarele cu aprindere prin scânteie dateaza din primele decade ale secolului al XIX-lea. În 1860 Nicolaus A. Otto a utilizat etanolul pentru alimentarea prototipului motorului sau, precursorul motoarelor cu aprindere prin scânteie de azi.“Redescoperirea” în ultimii ani a bioetanolului ca si carburant s-a datorat necesitatii de gasire a unor surse de energie alternative care sa înlocuiasca treptat resursele minerale Mai mult productia de bioetanol asigura atât o dezvoltare sustenabila, cât si garanteaza disponibilitatea viitoare a combustibilului alaturi de o contributie semnificativa la reducerea emisiilor de CO2.

Principiile stiintifice in producerea etanolului

Proces continuu(circulatie) Crearea de conditii optime Marirea suprafetei de contact Folosirea temperaturii ridicate Contracurent Aplicarea catalizatorului Folosirea presiunii inalte Schimbul de caldura si folosirea caldurii Mecanizarea Electrificarea Automatizarea partiala Protectia mediului inconjurator