1 . Introducere Creşterea cererii de energie la nivel mondial şi epuizarea progresivă a rezervelor de petrol motiveaza căutarea de energie alternativă din diferite resurse, în special pentru cele derivate din materiale regenerabile cum ar fi biomasa. Preocuparea la nivel mondial pentru schimbările climatice şi necesitatea diminuarii de gaze cu efect de seră au încurajat utilizarea bioetanolului ca o înlocuire sau ca aditiv de benzina. Bioetanolul poate fi, de asemenea, utilizat ca materie prima pentru producţia de substanţe chimice diferite. Bioetanolul este produs din fermentarea zaharurilor obţinute din biomasă. Acesta poate conţine fie zaharoză (de exemplu: din sfeclă de zahăr ,trestie de zahăr) sau amidon (de exemplu: din porumb, grâu), sau poate fi un material lingocelulozic (de exemplu: din resturi rezultate din trestie de zahar, lemn şi paie). Porumbul şi trestia de zahar sunt materii prime utilizate în Statele Unite şi în Brazilia, respectiv, acestia fiind cei mai mari producători de etanol din lume. Trestia de zahar este cea mai eficienta materie prima in productia de bioetanol: consumul de energie fosilă în timpul procesării trestiei de zahar este mult mai mic decât cea de porumb. În plus, optimizarea procesului de producţie de bioetanol din trestia de zahar este încă posibilă, şi reducerea semnificativă a consumului de energie poate fi atinsa. Unul dintre cei mai mari producători de etanol din lume a fost Brazilia, aceasta folosind la scară largă de peste 30 de ani ca materie primă trestia de zahar pentru producerea de bioetanol. De obicei, în prelucrarea trestiei de zahăr, cantităţi mari de resturi rezultate din trestie de zahar sunt : aproximativ 240 kg de resturi rezultate cu umiditate de 50% / 1t de trestie de zahar, care în zilele noastre sunt arse în cazane pentru producerea de abur şi de energie electrică. Cele mai bune tehnologii pentru cogenerare şi optimizarea procesului de producţie a bioetanolului permit să aibă resturi in exces, care pot fi utilizate drept sursă de combustibil pentru producerea de energie electrică sau ca materie primă pentru producerea de bioetanol şi alte produse bio. Bioetanolul din materiale lignocelulozice, cum ar fi resturile din trestia de zahar, a fost studiat in ultimele decenii cu mare interes, dar producţia la scară industrială a nu a devenit încă viabilă. Studiile luate in considerare în procesul de integrare, de creştere a randamentelor de fermentare şi integrare a operaţiunilor unitare sunt încă necesare pentru a pentru a face hidroliza o tehnologie competitivă. Materialele lignocelulozice sunt în principal formate din celuloză, care este un polimer de glucoză, hemiceluloza, un amestec compus în principal din polizaharide de glucoză, manoză, xiloză şi arabinoza, şi lignina. În scopul utilizarii ca materie primă a resturilor rezultate din trestie de zahar pentru producerea de bioetanol, acestea trebuie prelucrate pentru a produce zaharuri fermentabile. Un proces de pre-tratare este necesar pentru a separa lignina şi hemiceluloza de celuloză, reducerea celulozei cristaline şi creşterea porozitatii resturilor, îmbunătăţind astfel hidroliza celulozei. O modalitate posibilă de a realiza acest lucru este prin procesul de hidroliza cu acid diluat. În acest proces, pre-hidroliza hemicelulozei şi hidroliza celulozei pot fi efectuate in trei etape distincte, ducând astfel la diferite fluxuri ce conţin pentoza, lignină şi hexoza.

In această lucrare, simularea procesului de producere a bioetanolului din trestia de zahar si resturi rezultate din trestia de zahar au fost efectuate utilizând software-ul UniSim Design. Tehnologia Pinch a fost utilizată pentru a optimiza consumul de energie şi de a stabili valoarea de resturi rezultate din trestie de zahar disponibile pentru hidroliza, luându-se în considerare producţia de abur şi energie electrică pentru aprovizionarea fabricii.

2. Simularea desfasurarii Simulările au fost efectuate utilizând software-ul UniSim Design de la Honeywell. Exceptie pentru etapa de deshidratare, NRTL (Nom-Random Two Liquid) a fost modelul folosit pe parcursul simularii pentru calculul coeficientului de activitate in faza lichidă, şi SRK EOS (ecuaţia de stare Soave-Redlich-Kwong) pentru modelul de vapori. In scopul stabilirii celui mai adecvat model termodinamic pentru a reprezenta procesul, au fost efectuate calculele pentru punctul de fierbere a amestecului binar apă-zaharoză, deoarece zaharoza este cel mai abundenta in carbohidrati, prezenti in sucul de trestie de zahar. S-a verificat că modelul NRTL ofera cele mai bune estimări pentru temperatura de fierbere a soluţiilor de zaharoză, în comparaţie fie cu UNIQUAC sau ecuaţia de stare Peng-Robinson, ca în Fig. 1.

Fig.1 - Punctul de fierbere al amestecului binar zaharoză-apă, în conformitate cu datele experimentale şi estimate folosind NRTL, EOS Peng-Robinson şi UNIQUAC.

Procesul de distilare extractivă cu monoetilenglicol (MEG) a fost folosit pentru deshidratarea etanolului. Pentru acest pas a fost folosit modelul UNIQUAC pentru calcularea coeficientului de activitate pe faza lichidă, şi EOS SRK a fost utilizat ca model de vapori. Cele mai relevante componente, de obicei, prezente în unităţile industriale au fost considerate ca fiind cele din tabelul 1; a fost necesar sa se creeze insa si unele componente ipotetice pentru acele care nu sunt în baza de date a procesului simulator. Inainte de simulare, a fost facut un bilanţ de masă convenţional procesului de obtinere a bioetanolului pe baza datelor obţinute într-o instalaţie industrială situată în statul San Paulo, în timpul sezonului de recoltare 2006-2007, precum şi din literatura de specialitate.

Tabelul 1 - Componentele utilizate la simulare

Componentele din baza de date

Componentele ipotetice

Apa CelulozaEtanol Hemiceluloza

Dextroza LigninaZahar Gunoi

Dioxid de carbon Fosfat de calciuGlicerol Sare de potasiu

Acid succinic MineraleAcid acetic Acid aconitic

Izo-amil-alcool VarAcid sulfuric Acid fosforic

Furfurol DrojdieEtilen glicol HMF

Amoniac Pentoza

2.1 Procesul de productie a etanolului din trestia de zahar Primii pasi ai procesului de producţie de etanol au loc in sfera recoltarii trestiei de zahar. Trestia de zahar este compusa din rădăcini, tulpină, blaturi (topuri) şi frunze. Tulpinile contin cele mai multe zaharuri, fiind astfel fracţiunea de interes industrial de prelucrare. La recoltarea mecanica, cea mai mare parte din frunze şi topuri, care constituie aşa-numitul "gunoi de trestie de zahar", sunt separate de tulpini şi folosite in diferite domenii, cum ar fi sporirea protecţiei solului, inhibarea creşterii buruienilor şi alte specii de plante. Trestia de zahar care intra în fabrică, compusa în principal din tulpinile sale, conţine apă, fibre, zaharuri, impurităţi şi deseu (nisip, simulată ca dioxid de siliciu). Compoziţia luat în considerare în această lucrare este bazata pe date tipice obţinute în industrie şi este data în tabelul 2.

Tabelul 2 - Componenţa din trestie de zahar primita în fabrica

Componentă Conţinut (%)

Zahăr 13.30

Celuloză 4.77

Hemiceluloză 4.53

Lignina 2.62

Zaharuri reducătoare 0.62

Minerale 0.20

Impurităţi 1.79

Apă 71.57

Deseu 0.60

Toate zaharurile de reducere au fost simulate ca dextroză; fibra (12% din trestia de zahar) este compusă din celuloza, hemiceluloza şi lignina; impurităţile au fost simulate ca acid aconitic şi sare de potasiu, din moment ce acestea sunt considerare pentru majoritatea impurităţi; mineralele au fost simulate în K2O şi deseul sub formă de SiO2. Deseul este tarat, împreună cu trestia de zahar în timpul recoltării; celelalte componente fac parte din structura trestiei de zahar. În această lucrare de distilerie autonoma- fabrica , in care zaharoza este folosită în întregime ca materie prima pentru producerea de etanol, este considerata pentru producţia de 1000 m3 pe zi de etanol anhidru, folosind ca materie prima suc de trestie de zahar. Este necesara o intrare de 493 de tone de trestie de zahar pe oră. Acest lucru este compatibil cu unităţile de funcţionare la scară largă din zilele noastre.

Productia de etanol din trestia de zahar este cuprinsa in următorii paşi: curăţarea trestiei de zahăr şi extracţia de zaharuri; tratamentul sucului, concentrarea şi sterilizarea acestuia; fermentarea; distilarea şi deshidratare. O descriere detaliată a simularii din fiecare dintre aceste etape este prezentata in schema bloc din fig.2

Fig. 2 – Schema bloc al procesului de producţie de bioetanol

din trestia de zahar

2.1.1. Curăţarea trestiei de zahar, extracţia de zaharurisi tratarea sucului

În scopul de a elimina o parte (70%) din deseul adunat împreună cu trestia de zahar rezultat in urma recoltarii, este folosit un sistem de curăţare uscată. Extracţia de zahăr se realizează cu ajutorul unei mori, în care apa, in proportie de 28% este folosita pentru a creşte gradul de recuperare a zahărului, într-un proces numit îmbinare. Recuperarea de zaharuri este considerata a fi egala cu 96%. În mori sunt obţinute suc de trestie de zahăr şi resturi. Sucul de trestie de zahăr, care conţine

zaharuri, alimenteaza operatiile de tratare a sucului , în timp ce resturile rezultate din trestia de zahar (50% umiditate) sunt arse în cazane pentru producerea de abur şi energie electrică. În aceasta etapa de procesare a trestiei de zahar, surplusul de resturi rezultate din sistemul de cogenerare este utilizat ca materie prima pentru producerea de bioetanol, prin procesul de hidroliza.

Sucul de trestie de zahar conţine, în afară de apă şi zaharuri, impurităţi, cum ar fi minerale, săruri, acizi, deseuri şi fibre. În scopul utilizarii în mod eficient ca materie primă pentru producerea de etanol prin fermentare, aceste impuritati trebuiesc eliminate. Astfel, sucul este supus la diferite operatii de tratare fizica si chimica.

In tratarea fizica sunt folosite ecrane şi hidrocicloane, în cazul în care majoritatea particulelor de fibre şi deseuri sunt eliminate. Într-o tratare chimica ulterioară, se adaugă acid fosforic in sucul de trestie de zahar, pentru a creşte conţinutul de fosfaţi si pentru a spori îndepărtarea impurităţilor in timpul sedimentarii , urmată de prima operaţie de încălzire în care creşte temperatura sucului de la 30 la 70 ◦ C. In sucul pre-încălzit se adauga oxid de calciu. Acestea sunt amestecate de un curent recircular ce conţine lichidul filtrat obţinut la turta de filtrare, fiind apoi încălzit din nou la 105 ◦ C. Din sucul fierbinte se vor elimina bulele de aer, şi se va adauga un polimer floculant in sucul fara aer, mai exact in vasul de limpezire . În acesta impurităţile sunt eliminate din suc şi sunt obţinute două fluxuri: noroi, care conţine impurităţi, şi suc fara impuritati . Unul dintre principalele impurităţi eliminate în noroi este de fosfatul de calciu , care este un precipitat format într-o reacţie între acidul fosforic şi oxidul de calciu; in timpul sedimentarii sunt eliminate multe alte impurităţi conţinute în suc, sporind astfel puritatea sucului. In afară de impurităţi, noroiul obţinut în vasul de limpezire conţine zaharuri, prin urmare, este folosit un filtru pentru a creste gradul de recuperare a zaharurilor. În acest filtru se adaugă apă şi particule fine de resturi care contribuie la creşterea eficienţei filtrarii. Lichidul filtrat este apoi reintrodus in proces şi amestecat cu sucul cu oxid de calciu inainte de a doua de încălzire, în timp ce turta de filtrare este utilizata ca îngrăşământ în câmpuri.

2.1.2. Concentratia si sterilizarea sucului dulce

Sucul dulce limpezit contine aproximativ 15 % solid diluat, astfel ca acesta trebuie să fie concentrat înainte de fermentare, în vederea atingerii unui conţinut de etanol adecvat care permite reducerea de energie consumata în timpul etapei de purificare. Concentratia se efectuează în cinci etape – efectele multiple de evaporare (MEE), fiind până la 65 % zaharoza. Concentratia zaharozei în sucul ce intra in reactorul de fermentaţie este de 22 % , astfel doar o fractiune din sucul limpezit este concentrat in MEE. Sucul concentrat obtinut in ultima etapa a MEE este amestecat cu sucul limpede ramas. Cantitatea de suc limpede pentru concentratie este calculata folosind instrumentul de reglare al simulatorului. Simulatorul UniSim folosit nu are operatia care sa reprezinte MEE in baza lui de date, deci un sistem incadrat printr-un separator. Pentru a reprezenta aceasta operatie s-a utilizat supapa si schimbatorul de caldura. Daca este necesar, se va face curatarea cu vapori. In ultima etapa al MEE se va obtine un abur cu presiune joasa si sucul concentrat.

Presiunea si temperatura fiecarei etape a MEE este reprezentata in tabelul 3.

Tabel 3. Presiune si temperature in MEE.

Sucul este sterilizat inainte de a fi trimis in reactorul de fermentare, in scopul evitarii contaminarii, ceea ce ar reduce randamentul de fermentare. In timpul sterilizarii sucul este adus la temperature de 130 ْ C timp de 30 minute, apoi se coboara brusc la temperatura de fermentare.

2.1.3. Fermentarea

Suspensia de drojdie contine circa 28% celule de drojdie, este alimentata la reactorul de fermentatie impreuna cu sucul sterilizat. Drojdia reprezinta aproximativ un sfert din capacitatea reactorului. Pe parcursul reactiilor de fermentare, zaharoza este hidrolizata in fructoza si glucoza, care vor fi convertite in etanol si dioxid de carbon.

C6H12O6 2C2H6O + 2CO2 (1)

In simulare a fost utilizat un reactor de conversie, si convertirea bazata pe consumul de zahar pentru ecuatia (1) este egala cu 90.48%. In jur de 4% din glucoza nu este consumata de drojdie. Parametrii conversiei pentru subproduse, pe baza datelor industriale la scara larga sunt prezentate in tabelul 4.

Tabel 4. Formarea produselor bazate pe consumul de glucoza in fermentator.

Produs Conversia [%]Glicerol 2.67Acid succinic 0.29Acid acetic 1.19Izoamil alcool 3.1*10-4

Drojdie 1.37

Temperatura de fermentare reprezinta un pas important in productia de etanol, deoarece temperaturile mai ridicate afectează comportamentul drojdiei, diminueaza continutul de etanol din lichidul fermentat, care creste consumul de energie din timpul distilarii precum si volumul de vinasa

Evaporator Presiune [kPa] Temperatura [ ْC]I efect 169.6 115.5

Al II – lea efect 135.4 108.8Al III – lea efect 101.0 100.6Al IV – lea efect 52.9 83.8Al V – lea efect 20.0 64.6

pe volum de etanol produs. Pentru reactia de fermentatie se considera a fi necesara o temperatura de 28 ْC, care este considerabil mai mica decat cea folosita in industrie (in jur de 34 ْC).

Echipamentele auxiliare de racire trebuie sa fie utilizate pentru a oferi apa de racire in scopul racirii cuvelor de fermentatie, cum ar fi absorbtia cu bromura de litiu sau ejectoare cu jet de abur. Acest lucru permite producţia de “vin” –fractie lichida rezultata din fermentatie, cu un conţinut mai ridicat de etanol, 10%, in detrimentul investiţiilor mai mari în echipamente.

In fermentator sunt obţinute două fluxuri: fractia lichida si gazoasa. Gazele de fermentare sunt trimise intr- o coloană absorbant, în scopul de a recupera etanolul evaporat, iar lichidul este centrifugat pentru a recupera celule de drojdie. Sunt utilizate doua centrifuge in serie: in prima, concentratia celulelor drojdiei este crescuta pana la 35%; apa este adaugata in a doua centrifuga, in cazul in care se obtine un flux concentrat de drojdie (70% celule,volum de baza). Lichidul centrifugat este amestecat cu soluţie alcoolică de la absorbant şi trimis catre unitatea de distilare. Epurarea se face pe fluxul de drojdii concentrat, fracţia rămasă este supusa unei tratari chimice formate prin adăugarea de acid sulfuric şi apă, care evită contaminarea bacteriană şi produce un flux de drojdie cu concentraţii de aproximativ 28% , care se adaugă la reactor.

2.1.4 Distilarea si deshidratarea

Etanolul hidric , de obicei este produs prin distilare conventionala, a carui configuratie este prezentata in urmatoarea figura:

Fig.3- Configuratia procesului de distilare conventionala pentru productia de etanol hidric

Productia de etanol hidric unde etanolul este in proportie de 92,8 – 93,5 % si este de obicei folosita in industria braziliana printr-o serie de coloane de distilare si rectificare care functioneaza

sub presiunea atmosferica. Lichidul este preincalzit si trimis catre coloanele de distilare (A,A1 si D), unde a doua clasa de etanol este produsa intr-un modul separat, dupa cum apare in schema, in partea de sus,iar vinasa , lichidul , şi faza de vapori (fluxuri bogate in etanol, care conţin în jur de 40-50% etanol) sunt obţinute in partea de jos. Faza lichida si de vapori sunt trimise la coloanele de rectificare (B şi B1), astfel ca etanolul hidric este produs la partea superioara, iar la partea inferioara a coloanei de rectificare rezulta materialul ramas care initial a fost bogat in etanol, acestea fiind evacuate printr-un alt curent. Acest proces de distilare conventionala este prezentat in figura. 3. Intregul ansamblu al instalatiei de distilare este considerat a fi un sistem cu dublu efect, deoarece dupa obtinerea etanolului hidric, in continuare are loc procesul de obtinere a etanolului anhidru,ca produs final. Coloanele de distilare funcţioneaza sub vid, la presiuni cuprinse intre (19-25 kPa), în timp ce coloanele de rectificare opereaza în jurul presiuni atmosferice (101-135 kPa). Aceste nivele de presiuni duc la diferite niveluri de temparatura: la partea inferioara a coloanei A (distilare),temperature ajunge la 65 ْ C , in timp ce la partea superioara a coloanei B (rectificare), temperatura ajunge la 78 ْ C. Astfel este posibil sa se faca o legatura intre cazanul coloanei A si condensatorul coloanei B, in scopul reducerii consumului de abur. Cu toate acestea condensatorul (B) , nu poate sa furnizeze toata caldura necesara cazanului coloanei A. Astfel este nevoie de o a doua legatura pentru a elimina consumul de abur in consumul A. Deoarece faza de vapori este produsa in coloana A si trimisa catre coloana B, compresoarele de abur trebuie sa fie angajate pentru a creste presiunea acestui flux pentru coloana B.

Productia de etanol anhidru ( masa de baza fiind etanol in proportie de 99,5%), se efectueaza folosind un proces de distilare extractivă cu monoetilenglicol (MEG). Procesul de distilare extractiva cu MEG a fost ales, deoarece foloseste o cantitate redusa de energie pentru cazane si produce bioetanol anhidru de inalta calitate. In acest process sunt folosite doua coloane de distilare: extractive si recuperatoare. Coloana extractive opereaza sub presiunea atmosferica, in timp de coloana recuperatoare opereaza la presiune joasa (20 kPa) pentru a evita descompunerea solventului si temperaturile ridicate. Vaporii de etanol hidric sunt trimisi spre partea inferioara , in timp ce solventul (MEG) este trimis catre partea superioara.Etanolul anhidruu este obtinut in partea superioara, in timp ce, daca contine apa si solvent este produs in partea inferioara. Astfel, coloana recuperatoare este folosita prntru a produce solvent pur, care este racit si retrimis catre coloana extractiva.

Temperatura cea mai mare din coloana extractiva este de aproximativ 78 ْ C, deci este posibil sa se faca legatura dintre condensatorul coloanei extractive cu cazanul coloanei A pentru a furzniza caldura necesara ramasa, in scopul functionarii adecvate a procesului. Acest proces de distilare cu efect dublu este reprezentat in figura 4.

Fig.4- Procesul de distilare cu efect dublu.

2.2 Procesul productiei de etanol din resturi de trestie de zahar

Resturile de trestie de zahar sunt unele dintre principalele subproduse generate in timpul productiei conventionale de bioetanol din trestia de zahar. Producţia de bioetanol din resturi rezultate din trestia de zahar poate face parte din infrastructura, unde se produce bioetanol convenţional prin fermentare şi distilare.

Una din posibilele cai de a produce etanol folosind resturi de trestie de zahar ca materie prima este prin intermediul procesului Organosolv care a fost testat pentru producerea a 5000 l/zi in Brazilia.

In figura de mai jos este reprezentata schema bloc a procesului de Organosolv în trei etape distincte.

Aceasta structura permite eliminarea pentozelor inainte de conditiile extreme ale hidrolizei celulozice, care diminueaza descompunerea pentozei si productia ulterioara a inhibatorilor de fermentatie cum ar fi furfurol, lasand celuloza si fractiunile ligninei neschimbate. Intrucat reacţia de hidroliză foloseşte H2SO4 drept catalizator, aceasta configuratie ar permite, de asemenea, producţia de lignină, fără urme de sulfaţi, astfel încât lignina recuperată ar putea fi arsa în cazane convenţionale fara nici un risc de coroziune. Se considera ca acest mod de operare pare a fi cea mai promiţătoare strategie de pretratare lignocelulozica, deoarece permite conversia ligninei şi hemicelulozei în coproduse valoroase, care compenseaza costurile materiilor prime de pretratare. In biorafinarie, pe langa sucul de trestie de zahar, o fractiune din resturile produse in cadrul macinarii (in mori) este folosita ca materie pentru productia de etanol in procesul de hidroliza. Initial se considera ca este in proportie de 70%. Procesul de integrare si tehnologia Pinch sunt folosite pentru a defini cantitatea exacta de resturi in surplus, din care sunt produse aburi si energie electrica pentru a da biorafinariei energia necesara.

2.2.1 Prehidroliza hemicelulozei

Eliminarea si recuperarea hemicelulozei din materiale lignocelulozice sunt caracterisitici importante din procesul producerii de bioetanol si pretratarea de diluare a acidului sulfuric este una din cele mai promitatoare abordari. Resturile de trestie de zahar cu un procent de apa de cca 50 % sunt incalzite cu injectie de abur pana la 122 ْ C . Acidul sulfuric este adaugat in resturile fierbinti, iar acest amestec este trimis catre reactorul de prehidroliza, care opereaza sub o presiune de 200 kPa si o temperatura de aproximativ 122 ْ C. Reactorul functioneaza rapid in scopul mentinerii unei temperaturi constante. Produsele din reator sunt spalate la iesire si filtrate pentru recuperarea pentozelor produse.

In ceea ce priveste aceasta operatiune au fost facute anumite calcule, in scopul obtinerii conversiei pentru conditii optime observate in laborator: 122 ْ C , 2 % H2SO4 si timpul de sedere in reactor fiind de 24,1 minute. Pentru aceste conditii se poate obtine o conversie a hemicelulozei in pentoza intr-un procent de 81,4%, cu descompunerea furfurolului si acidului acetic echivalent cu 1,8% si respective 0,4%. Glucoza este un subprodus obtinut in hidroliza acida a resturilor de trestie de zahar, deoarece aceste conditii nu permit de obicei hidroliza celulozica, glucoza se obtine din hemiceluloza. Calculele demonstreaza ca 1,7% din fractia hemicelulozica este transformata in glucoza.

Solutia de pentoza este obtinuta in filtre si contine aproximativ 9% pentoza.

2.2.2 Delignificarea

S-a demonstra ca o delignificare Organosolv (40-60% etanol si acid sulfuric drept catalizator) de plop si rasinoase au redus continutul de lignina din materialul lignocelulozic si a crescut recuperarea de zaharuri prin etapa de hidroliza enzimatica.

Dupa reactia de prehidroliza, amestecul de lignina si celuloza, care contine 50% apa sufera o delignificare folosind o solutie Organosolv ce contine in jur de 60% etanol. Amestecul de lignina si celuloza este amestecat cu o solutie, rezultata din prehidroliza resturilor la o rata de 5m3/ t, urmand presurizarea pana la 19 bar pentru a mentine amestecul in faza de condens dupa ce este incalzit la o

temperature de 180 ْ C timp de 5 minute. Apoi amestecul printr-un proces rapid trece in faza lichida si este filtrat producand o suspensie de celuloza de inalta calitate. Lignina dizolvata in solventul Organosolv este obtinuta in sistemul cu functionare rapida si filtre, dupa care este trimis la coloana de distilare pentru recuperarea solventului Organosolv.

2.2.3 Hidroliza celulozica si recuperarea solventului

Celuloza este amestecata cu apa pana cand concentrarea solida ajunge la 10%. Acidul sulfuric este adaugat in fluxul de celuloza diluata pentru a creste concentratia acida pana la 0,07%. Amestecul este presurizat (la 36 bar), incalzit (205 ْ C ) si trimis la reactorul de hidroliza. In aceste conditii conversia gradului chimic de celuloza este este cu 80,6%, observata in laborator, asadar aceasta valuare a fost considerata baza in simularea conversiei celulozei in hexoza. Toate hexozele produse au fost simulate in glucoza. Descompunerea glucozei in hidroximetilfurfural (HMF), cu concentratie de 2%, precum si hidroliza hemicelulozei nereactionata, ramasa in amestec ( transformare de 99%) si descompunerea pentozei in furfural (80%) au fost luate in calculul operatiei de hidroliza. Produsul reactiei de hidroliza (ceea ce se extrage) este racit prin schimb de caldura cu fluxul de lignina dizolvata apoi trimis catre coloana de distilare, astfel se incheie procesul de hidroliza. Dupa racire produsul este filtrat pentru eliminarea solidelor nereactionate obtinandu-se solutia de hexoza.

Coloanele recuperatoare de solvent, funcioneaza sub presiunea de 5 bar pentru a evita precipitarea ligninei. Produsul superior contine solvent Organosolv recuperat (etanol), in timp ce produsul inferior, lignina dizolvata in apa. Lignina (50% apa) este obtinuta dupa ce produsul inferior este filtrat. Solutia apoasa obtinuta este amestecata cu solventul Organosolv rezultand solutia Organosolv, folosita la delignificare. Solutia de hexoza contine aproximativ 9% glucoza, deci trebuie concentrata inainte de fermentare. Concentrarea se efectueaza prin vaporizari multiple. La fel se realizeaza si concentrarea sucului de trestie de zahar. O fractie din solutie este concentrata pana la 65% glucoza si amestecata cu solutia rezultata. Astfel se produce o solutie de 25% glucoza. Aceasta solutie este amestecata cu sucul de trestie de zahar sterilizat, producandu-se un amestec ce are aceeasi concentratie de zahar ca si sucul de trestie de zahar sterilizat, ce este trimis la reactorul de fermentare.

3. Concluzii

Ca si concluzii aducem la cunostinta cateva avantaje si dezavantaje ale acestui proces biotehnologic.

Avantaje:

1. Se reduc emisiile gazelor cu efect de sera2. Ajuta la reducerea emisiilor de monoxid de carbon (CO), a hidrocarburilor, din gazele de

evacuare, indeosebi in zone cu clima rece3. ajuta la dezvoltarea rurala

4. sporeste numarul locurilor de munca in sectorul materiilor prime

Dezavantaje:

1. Una dintre principalele temeri in utilizarea biocombustibililor este competitia cu productia de alimente (care va scadea odata cu producerea etanolului din celuloza).

2. Un dezavantaj suplimentar in utilizarea etanolului, ca si majoritatea biocombustibililor, este costul de producere. Cu exceptia Braziliei, nu se poate oferi producerea de etanol la un pret mic, la nivel mondial. Producerea din celuloza va face etanolul mai ieftin.