Спирт из опилок в домашних условиях: технология производста биотоплива
Ограниченность запасов добываемых топливных ресурсов подталкивает человечество к поиску, выявлению и освоению альтернативных способов получения энергии. Наиболее перспективным направлением подобных изысканий становится получение замены газу и нефти из возобновляемых источников растительного происхождения. После биологической или термохимической обработки растительной массы получают биотопливо.
Одним из вариантов жидкого биотоплива является спирт из опилок. Такой способ применения отходов деревообработки – опилки – заменяет картофель и зерно при производстве спиртов. Для использования в получении спирта, 1 кг опилок равносилен 1 кг картофеля или 0,3 кг зерна. Очевидно, что такая замена сырья помогает сберечь в государственных масштабах огромные объемы пищевого сырья и освободить дополнительные площади для сельскохозяйственного производства.
Содержание
- 1 Как сделать спирт из опилок
- 2 Промышленное получение спирта
- 3 Очистка раствора глюкозы
- 4 Домашний способ получения спирта
- 5 Брожение и перегонка
- 6 Применение биотоплива
Как сделать спирт из опилок
«Строительным» материалом растительных клеток дерева является твердая волокнистая клетчатка (целлюлоза).
Ее содержание в растениях доходит до 70%. В клетчатке много полисахаридов, которые при определенном химическом воздействии переходят в глюкозу. Из последней после сбраживания и перегонки получают спирт. Значит, биомасса мелких опилок и древесной стружки из отходов превращается в ценное сырье для производства спирта – этанола или бутанола.
Получение этилового спирта можно реализовать следующими способами:
- Гидролиз измельченной древесной биомассы и последующее сбраживание полученного продукта с дрожжами. Это наиболее распространенный метод переработки опилок.
- Газификация древесины методом пиролиза и дальнейшее сбраживание образованного газа в спирт.
- Синтез газа при пиролизном разложении клетчатки опилок. Затем из газа получают метанол, который в результате реакции гомологенизации преобразуется в этанол.
Промышленное получение спирта
Производство спирта из древесных опилок на промышленной основе осуществляется двумя способами гидролиза.
При любом из них опилки не требуют дополнительной подготовки, кроме максимально возможного измельчения.
В первом случае опилки в вертикальном бункере заливаются концентрированным (40%) раствором серной кислоты. Массовые объемы опилок и раствора равны. Смесь герметично закрытого бункера доводят до температуры 220-250°С и регулярно перемешивая выдерживают от 1 ч до 1 ч 20 мин. Затем полученные при гидролизе растворы глюкозы и серной кислоты сцеживают. К слитой в другую емкость жидкости добавляют раствор мела для нейтрализации кислоты. Последующей фильтрацией отделяют раствор глюкозы от отходов.
Метод не стал распространенным из-за высокой стоимости и повышенных требований к материалу применяемого оборудования, который должен выдерживать агрессивное воздействие концентрированной серной кислоты.
При втором, менее затратном, способе применяется слабый (0,5-1,0%) раствор кислоты. Процесс протекает 1,2-1,5 ч при температурах 160-190°С и давлении в бункере до 15 атм.
Общие моменты для рассмотренных методов гидролиза:
- Рабочие емкости изнутри выкладывают кислотоупорным материалом для исключения контакта кислоты с металлом.
- Загруженные в бункеры вещества нагревают с помощью подачи внутрь горячего пара. Выпускным клапаном для пара регулируют внутреннее давление рабочей емкости.
- Гидролиз с успехом применяют для переработки опилок любых пород древесины.
- Полученная после химической реакции глюкоза используется для дальнейшего изготовления спирта, метанола, сахара.
- Рабочий процесс сопровождается выделением опасных газов. Для безопасности работников производственные помещения обязаны проветриваться, а сам персонал работает в специальных защитных респираторах и очках.
При производстве биотоплива из древесных опилок, получают побочные вещества, способные принести дополнительную прибыль:
- Лигнин – связующее вещество для получения пеллет и евродров из опилок и других измельченных материалов, активный наполнитель для пластмасс и синтетических каучуков.
- Фурфурол – жидкость, используемая как антисептик для древесины и компонент противогрибковых медикаментов. Также применяется для очистки масел и нефти, производства пластмасс, получения гербицидов, синтетических волокон и красителей. Другие свойства и перспективные варианты применения фурфурола изучаются.
- Скипидар.
- Алебастр.
Также применяется для очистки масел и нефти, производства пластмасс, получения гербицидов, синтетических волокон и красителей. Другие свойства и перспективные варианты применения фурфурола изучаются.Очистка раствора глюкозы
Процесс очистки проходит поэтапно:
- Сепараторная механическая очистка. На данном этапе из раствора выделяют лигнин.
- Нейтрализация серной кислоты при помощи обработки известковым молоком.
- Разделение раствора глюкозы и карбонатов (нужны при получении алебастра) отстаиванием.
Домашний способ получения спирта
Получить спирт из опилок можно в домашних условиях, и также двумя способами.
Первый способ не требует наличия сложного оборудования, но является очень долгим (иногда неудачным) процессом, занимающим до 2-х лет. Собранные в кучу опилки поливают водой и оставляют преть под пленкой. Внутри кучи начинает повышаться температура и создаются условия для активизации процесса гидролиза с последующим получением глюкозы из клетчатки опилок.
Технология дальнейшего использования глюкозы для брожения и получения спирта общеизвестна.
Второй способ копирует заводскую технологию. Сначала самостоятельно или на заказ делают уменьшенные аналоги промышленных установок. В качестве материала для них используют только нержавеющую сталь. Она стойкая к агрессивному воздействию слабого кислотного раствора.
Содержимое установки нагревают с помощью змеевика с циркулирующим разогретым паром (может применяться воздух) или на открытом огне. Регулируя внутреннее давление рабочей камеры, запускают процесс гидролиза. Рекомендуемые значения для эффективности протекания химической реакции – 7-10 атм.
Далее, как и при заводском производстве, из раствора механическим методом удаляется лигнин, затем нейтрализуется кислота и раствор отстаивается для оседания карбонатов. После очистки раствор глюкозы готов для последующего сбраживания.
Брожение и перегонка
При последующем брожении глюкоза разлагается на спирт и углекислый газ.
Для активизации процесса в домашних и промышленных условиях к раствору глюкозы добавляются дрожжи. Температура окружающей среды и порода древесины определяет время брожения – 5-14 суток. Окончание брожения определяется по значительному снижению интенсивности выделения газа. Визуально это характеризуется малым количеством поверхностной пены из пузырьков с углекислотой.
Последний технологический процесс – перегонка. Полученный жидкий материал нагревают до 70-80°С и выходящий пар охлаждают до выпадения спиртового конденсата. Для охлаждения пара, его пропускают через змеевик, который имеет водяное или воздушное наружное охлаждение.
После дальнейших 2-х-4-х перегонок готового продукта его крепость доводится до 80% и более. Теперь полученный спирт может называться биотопливом, на котором смогут эффективно работать двигатели внутреннего сгорания.
Остатки перегонки – скипидар и дрожжевая масса, пригодная для повторного сбраживания следующей партии рабочего раствора и приготовления кормовых дрожжей для животноводческих фермерских хозяйств.
Применение биотоплива
Биотопливо из опилок – биоэтанол – применяют для двигателей разнообразной техники. При такой замене бензину работа агрегата улучшается, увеличивается его мощность, снижается температура нагрева при нагрузках, увеличивается эксплуатационный ресурс поршней и клапанов, так как при сгорании спирта нет сажи и дыма.
Этанол сделал возможным использование каминов в квартирах многоэтажек без привычного дымохода. Теплопотери при обогреве отсутствуют, дым и сажа не образуются, количество выделяемого углекислого газа незначительное.
Как получить спирт из опилок: домашнее получение биотоплива
Спирт из опилок – одна из популярных баек, родом из 80-х, когда в СССР был сухой закон.
Этанол действительно можно получить, но предназначен он исключительно для технических целей. Это связано с особенностями его производства.
Сделать этиловый спирт из опилок можно в домашних условиях, но процесс будет куда сложнее, чем при изготовлении самогона.
Но если вы хотите приобрести уже готовый спирт, вы можете сделать это по ссылке (https://stolichnyy-market.com/spirt-lyuks/)
Можно ли пить спирт из опилок
Этанол полученный из древесины для питья не подходит. Более того, следует ограничить контакт его с кожей. Это связано с тем, что кроме этилового спирта он содержит другие вещества, которые опасны для человека. Так, в спиртах из опилок много метанола, есть фурфурол, остатки смол и соляной кислоты. Удалить их невозможно даже в лаборатории, не говоря уже о домашних условиях.
Какая древесина подходит для получения этанола
Основное вещество, из которого состоит дерево – клетчатка или целлюлоза. Относится она к углеводам, как крахмал и сахар, из которых обычно делают алкоголь.
Проблема заключается в том, что они плохо бродят, а потому спирт добывают при помощи активных химикатов (кислоты) и процесса гидролиза.
Опилки подходят из разных пород древесины, разрешено использование смесей. По возможности следует уменьшить количество хвойных или вовсе их не использовать, так как в них много смол.
Не подходят опилки для производства спирта, если они прелые или пролежали на открытом пространстве больше года.
Способ получения спирта из опилок
В промышленных масштабах в опилки добавляют соляную кислоту и разогревают, поднимают давление. Так спирты начинают образовываться уже через час (сравните с 10-14 днями для обычного брожения). Далее происходит сепарация, чтобы отделить твердые частицы от жидкости. Чтобы нейтрализовать кислоту, добавляют мел и повторно очищают продукт. При этом он все равно остается ядовитым. Дальше он поступает на перегонку.
В домашних условиях спирт из опилок делают при помощи гидролиза. Для этого нужна самодельная установка для получения биотоплива.
Она состоит из герметичной емкости, куда засыпают опилки. Эту емкость нужно разогревать.
Из нее выходит трубка, которая подключена к большому холодильнику. Он похож на тот, который используется в самогоноварении, но больше по размеру.
Процесс гидролиза занимает до 3 часов. Вследствие чего получается мутная жидкость. Ее нужно отстоять одни сутки, а потому перегнать в ректификационной колонне. Финальным продуктом будет спирт из опилок, который будет состоять из этанола и метанола. Продукт хорошо горит, а потому используется в основном как биотопливо или растворитель.
В интернет-магазине Столичный Маркет можно купить пищевой и медицинский спирт. Он изготавливается с соблюдением всех условий, прописанных ГОСТом, благодаря чему безопасен для человека. Также в каталоге есть другие товары (https://stolichnyy-market.com/spirt-alfa/), которые помогут вам устроить хорошее застолье на праздник.
Fuel From Sawdust
Майк Браун
(из Acres, США, 19 июня 1983 г.
)
ПРИМЕЧАНИЕ. Не существует установленного показателя того, сколько серной кислоты необходимо на количество опилок — существует слишком много различных видов опилок, а их состояние и содержание воды сильно различаются. Чтобы определить правильное количество опилок, которые вы используете, сначала приготовьте небольшие тестовые партии в скобках, варьируя количество используемой кислоты, пока не получите наилучший результат.
Это старый способ получения этанола из целлюлозы. Это работает, но не эффективно и не экономично.
Новые способы сделать это получают широкую огласку, но они еще не совсем готовы — см. Этанол из целлюлозы .
Обычная дистилляция работает хорошо, используя крахмал или сахарные культуры или отходы. МНОГО хороших отходов будет потрачено впустую!
В библиотеке Biofuels есть онлайн-руководства по изготовлению этанола своими руками, а также дополнительные инструкции здесь:
— Путешествие в вечность
ВНИМАНИЕ
В этой процедуре используются опасные материалы, и любой, кто пытается ее выполнить, делает это исключительно на свой страх и риск.
Серная кислота – ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО. Примите все меры предосторожности, наденьте защитные очки, перчатки и фартук. Посоветуйтесь со своим поставщиком химикатов по поводу стандартного промышленного защитного оборудования, отвечающего требованиям безопасности. Рядом должен быть водопровод. Не вдыхайте пары! Рабочее место должно тщательно проветриваться. Дети и домашние животные не допускаются. Сначала попробуйте небольшие тестовые партии, чтобы ознакомиться с процессом.
Превращение целлюлозы, такой как опилки, стебли кукурузы, газеты и другие вещества, в спирт представляет собой довольно простой и простой процесс. На данный момент это немного дорого; но вряд ли это проблема, которую нужно решать здесь. Всего несколько лет назад мысль о том, чтобы двигатель автомобиля работал на спирте, казалась нелепой — это было слишком дорого. Конечно, тогда бензин стоил меньше 50 центов за галлон. То, что может быть неэкономичным на момент написания этой статьи, может стать выгодной сделкой к тому времени, когда вы будете это читать.
Допустим, вы хотите сделать спирт из опилок. Есть два типа спирта, которые можно получить из дерева — метанол и этанол. Метанол можно получить из древесины методом деструктивной перегонки при высокой температуре. Метанол также известен как древесный спирт. Другой метод, используемый для получения этанола, включает преобразование опилок в простые сахара, обычное дрожжевое брожение и обычную дистилляцию сброженного раствора. Есть несколько других шагов, предшествующих дистилляции, которые отличаются от стандартных процессов, с которыми знаком почти каждый. Чтобы избавить вас от необходимости вспоминать, чью книгу вы читали на прошлой неделе или где на этой вам нужно покопаться в вспомогательной информации, я приведу обычные инструкции из поваренной книги.
Первый шаг включает в себя получение нашего стандартного химического оборудования — выброшенной 55-галлонной бочки. Вам понадобится больше, чем один.
Вещества, которые вам понадобятся для проведения химической фазы этой операции, это опилки (например), серная кислота, вода и, возможно, немного гидроксида натрия, NaOH.
Для механического сегмента вам потребуются стандартные оконные сетки, которые можно купить в хозяйственном магазине, водопроводные трубы, отводы, муфты, ниппели, фланцы и сварочное оборудование.
Я опишу это так, как мы с напарником делали это в лаборатории, за исключением некоторых сантехнических соединений. Это необходимо, потому что вы не можете взять 55-галлонную бочку между большим и указательным пальцами, как мы делаем пробирку или химический стакан в лаборатории.
Обязательно прочтите до конца, прежде чем прикасаться к химикатам. Вы можете быть неприятно удивлены.
ПОШАГОВЫЕ ПРОЦЕДУРЫ
Насыпьте в барабан опилки, которые вы собираетесь превратить в спирт. Не заполняйте барабан более чем на одну треть, иначе вы рискуете, что часть процесса выльется на края барабана.
Затем вылейте на опилки то, что химики называют 18-молярной серной кислотой h3SO4. Коммерческое обозначение, если вы заказываете его в магазине химикатов, будет 100% серная кислота.
Тем не менее, всего 91% будет работать. Мы попробовали 9,2 Molar, или 51%, в лаборатории, и это просто не сработало. Он просто сидел и смотрел на нас.
Не забудьте сначала положить опилки. Если вы этого не сделаете, опилки будут плавать поверх кислоты, если только вы не насыпете больше опилок, чем может поглотить кислота. В этом случае вам все равно придется влить больше кислоты. Легче сделать это правильно с первого раза.
Когда вы поливаете опилки серной кислотой, реакция происходит почти мгновенно. Опилки и кислота реагируют таким образом, что почти сразу становятся черными. Он напоминает уродливую сборку каменноугольной смолы или ойча. Пузыри поднимаются вверх через раствор. Пузырение происходит в первую очередь из-за воздушных карманов внутри опилок. Несмотря на то, что реакция кажется мгновенной, вы должны оставить смесь на день или два, чтобы дать возможность любой реакции, которая не происходит сразу, протекать сама по себе.
Когда реакция завершится, вы можете просто добавить дрожжи и ожидать, что смесь начнет бродить.
Надлежащая процедура здесь заключается в подаче достаточного количества воды, чтобы поднять уровень pH до уровня, необходимого для брожения или размножения дрожжей — от 5,0 до 6,0. В Кентукки, где вода слегка кислая, разбавление раствора на 50% добавлением равного объема воды повысит рН примерно до 3,0. В районах, где вода имеет тенденцию к щелочности (или является щелочной, с химической точки зрения), pH будет выше. Если вы не хотите продолжать добавлять воду, добавьте немного гидроксида натрия, NaOH, чтобы поднять pH до оптимальных условий.
Хитрость здесь в том, что эту смесь нужно наливать в воду, которой ее разбавляли. Если вы выльете воду на кислоту, что является естественной склонностью, вы услышите громкий шипящий звук, после которого из раствора выйдут пары кислоты, которые атакуют вас.
Происходит экзотермическая реакция. То есть выделяется большое количество тепла. Вы можете получить хорошее представление о том, сколько тепла высвобождается, просто положив руку на контейнер на разных этапах процесса. Ненадолго положите руки на барабан, когда серная кислота льется на опилки, и вы испытаете такой же дискомфорт, как если бы вы поместили руку в середину горячей сковороды. Вы обожжетесь.
После того, как раствор будет доведен до нужного уровня pH, пора вносить дрожжи. Небольшой пакет Fleischman’s, доступный в местном супермаркете, вполне подойдет. Следите за появлением пузырьков углекислого газа. Их может быть трудно распознать, когда они пробираются через черную грязь; 72 часов или 3 дней должно быть достаточно, чтобы он полностью перебродил.
Предостережение. Вы можете подумать, что простое разбавление кислоты наполовину водой перед тем, как вылить ее на опилки, избавит вас от многих проблем.
В некотором смысле это так. Вам не нужно беспокоиться о дистилляции, если вы делаете это так, потому что 50%-ная серная кислота не превратит целлюлозу в сахар, а дрожжи не будут сбраживать ничего другого. Мы попробовали это в лаборатории, и это просто не работает.
ЛИГНИН
Перед тем, как заливать раствор в перегонный аппарат, нужно удалить из раствора как можно больше черной дряни, большие куски. Удалите как можно больше. Материалом является лигнин или вещество, которое связывает молекулы сахара вместе, чтобы сделать из них целлюлозу. В химической лаборатории вы используете воронку Бюхнера и фильтровальную бумагу. Воронка Бюхнера имеет крошечные отверстия в основании. Фильтровальную бумагу кладут на дно, закрывая отверстия, пропуская жидкость и задерживая практически весь лигнин. Для работы на скотном дворе вы можете пробить отверстия для гвоздей в нижней части 55-галлонной бочки и закрыть их газетой.
Учитывая тот факт, что куски лигнина при работе на открытом воздухе будут намного больше, чем в лаборатории, вы, вероятно, захотите установить ряд экранов из проволочной сетки между ферментером и возможной модифицированной воронкой Бюхнера.
Размер ячеек сита по направлению к ферментеру должен увеличиваться, а размер ячеек по направлению к воронке должен уменьшаться.
Жидкость, просачивающаяся сквозь газету, должна быть желтого цвета. Фильтр не все поймает. В лаборатории мы заметили кольцо из мелких коричневых хлопьев, осевших на дно нашей перегонной колбы. Эта жидкость содержит этанол и готова к перегонке.
В этот момент вернитесь назад, соскребите лигнин с экранов и удалите пропитанную лигнином бумагу из воронки. Это топливо, которым можно зажечь свой дистиллятор. Этого будет недостаточно, чтобы выполнить всю работу, но это поможет и устранит проблему, что делать со всей этой черной дрянью. Просто убедитесь, что вы даете всему высохнуть, прежде чем пытаться зажечь его.
Спирт, получаемый при перегонке желтой жидкости, идентичен спирту, получаемому из сахара или крахмала. Мы получили 190 спирта первый раз через ректификационную колонну. Урожайность на фунт оказалась довольно хорошей. Согласно большей части химической литературы, которую мы прочитали до проведения этого эксперимента, коммерческий выход целлюлозы намного ниже, чем у кукурузы или другого обычного сырья.
Вместо гидроксида натрия, NaOH, который мы использовали в лаборатории, вы можете заменить обычный садовый щелок, чтобы отрегулировать pH. Если вы прольете на себя серную кислоту — это сильная кислота, и она обожжется, — разбавьте ее водой и потрите с мылом. Однако мыло должно быть очень хорошо пенящимся, потому что кислота является очень сильной кислотой, а мыло — очень слабым основанием или нейтрализатором. Хорошо вспеньте мыло и используйте его в больших количествах.
После перегонки спирта можно поднять температуру под колонной и выпарить воду. Поскольку серная кислота имеет гораздо более высокую температуру кипения, чем вода, вы просто повторяете процесс дистилляции, чтобы восстановить всю неиспользованную серную кислоту, доступную со дна вашего перегонного куба. Вы не можете восстановить большую его часть, потому что h3SO4 теряет два атома водорода, или протона, в начальной реакции и больше не является серной кислотой.
На коммерческой установке элементы, участвующие в реакции, могут быть извлечены следующим образом. Это слишком долгий и сложный процесс, чтобы вдаваться в подробности здесь:
S02 + h30 —- h3S04
Назад в библиотеку Биотопливо
Biofuels
Biofuels Library
Biofuels supplies and suppliers
Biodiesel
Make your own biodiesel
Mike Pelly’s recipe
Two-stage biodiesel process
FOOLPROOF biodiesel process
Biodiesel processors
Biodiesel in Hong Kong
Nitrogen Oxide emissions
Glycerine
Биодизельные ресурсы в Интернете
Есть ли будущее у дизелей?
Выход и характеристики растительного масла
Стирка
Биодизель и ваш автомобиль
Еда или топливо?
Натуральное растительное масло в качестве дизельного топлива
Этанол
Ресурсы этанола в Интернете
Энергоэффективен ли этанол?
Как сделать древесный спирт
Целлюлоза, составляющая около 50 процентов древесины, может быть частично расщеплена на декстрозу и другие сахара путем обработки кислотами под давлением.
После нейтрализации кислоты сахара или их большую часть можно сбраживать дрожжами, а полученный спирт отделять перегонкой. С точки зрения экономии в качестве материала используются опилки или другие древесные отходы.
Этот процесс был разработан в лабораторных масштабах Классеном из Университета Экс-ла-Шапель и впоследствии опробован в качестве производственного эксперимента в Чикаго. Там было обнаружено, что из одной тонны сосновых опилок можно получить около 300 фунтов сбраживаемых сахаров. После этих демонстраций была создана компания (The Classen Lignin Co.) для коммерческого использования этого процесса, и для этой цели в Америке были построены четыре завода.
Что касается производства спирта, то здесь, безусловно, достигнут успех. Так, в 1919 году сообщалось о заводе, основанном в Джорджтауне, Южная Каролина.11 работал более года, производя более 2000 галлонов спирта в день. Тем не менее, похоже, что к 1914 году только один из четырех заводов оставался в эксплуатации, и процесс все еще считался экспериментальным.
3 Промышленность также была опробована экспериментально в этой стране, но, по-видимому, не смогла успешно конкурировать с установленными методами.
Несмотря на свою простоту в принципе, процесс сопряжен с различными техническими трудностями при эксплуатации. С 1914, однако, в Соединенных Штатах, очевидно, были внесены улучшения в его работу. Согласно одному источнику, в настоящее время в Фуллертоне, штат Луизиана, действует метод, при котором из одного шнура опилок или обычных древесных отходов получается выход 86 галлонов 95-процентного спирта. Беря сосновую древесину весом 920 фунтов на шнур в 128 кубических футов, мы получаем выход 21 галлон на тонну. Утверждается, что качество спирта очень хорошее, большая его часть используется в парфюмерии.
Говорят, что производительность этого завода составляет 2000 галлонов в день. Упомянутая выше винокурня в Джорджтауне была построена позже (1918) получается 2.500 галлонов. Из-за спроса на спирт при изготовлении военного снаряжения этот процесс, без сомнения, был прибыльным в то время, но еще неизвестно, сможет ли в нормальных обстоятельствах произведенный таким образом спирт противостоять спирту из патоки и других источников.
.
По словам г-на К. Ф. Кросса, трудности были преодолены настолько, что теперь можно производить алкоголь в больших масштабах при очень низких затратах. Однако при наиболее благоприятных условиях фактически полученный выход спирта составляет лишь около 8% от содержания целлюлозы в древесине 1. Однако возможны и более высокие выходы; а древесные отходы следует считать очень важным сырьем для потенциального производства спирта в странах с хорошей древесиной.
Значительное количество спирта в настоящее время производится из отработанного щелока, получаемого при производстве древесной массы с помощью «сульфитного» процесса. Этот отработанный щелок содержит от 1 1/2 до 2 процентов сбраживаемых сахаров, образующихся в результате действия сульфитов на древесину; и спирт производится из этих сахаров путем нейтрализации ликера, его ферментации и дистилляции. В Норвегии для этой цели сейчас (1918 г.) действуют два завода, а в Швеции работают четыре и строятся еще три. Четыре шведских партии выпускают около миллиона галлонов спирта в год.