گروه صنایع غذایی ورودی 92 دانشوران تبریز

روش‌هاي توليد الكل اتيليك

اتانول به دو طريق مصنوعي (سنتزي) و تخمير توليد مي‌شود. در روش توليد سنتزي اين ماده از مواد نفتي استحصال مي‌گردد و در روش تخمير از مواد غذايي و گياهان حاوي قند استفاده مي‌شود بيشترين اتانول توليدي در جهان (حدود 93 درصد) از روش تخمير و فقط حدود 7 درصد از روش مصنوعي توليد مي‌گردد.
لازم به ذكر است كه از كل توليد الكل جهان به روش تخمير، حدود 65 درصد از طريق تخمير از محصولات جانبي صنايع شكر و 35 درصد ديگر از تخمير ساير مواد قنددار مانند ذرت، گندم، خرما و غيره حاصل مي‌گردد.

در ذيل فرايندهاي توليد اتانول بررسي شده است.

1. توليد الكل اتيليك به روش سنتزي

اتانول سنتزي از دو روش هيدراسيون مستقيم و غير مستقيم اتيلن توليد مي‌گردد. فرايند هيدراسيون غير مستقيم قديمي تر از هيدراسيون مستقيم است و بيش از يكصد سال عمر دارد. در اين روش ابتدا خوراك هيدروكربوري شامل 35 تا 95 درصد اتيلن در معرض اسيد سولفوريك 95 تا 98 درصد قرار گرفته و توليد منو و دي اتيلن سولفات مي‌كند.

اين مخلوط سپس به كمك آب هيدروليز شده و محلول 50 تا 60 درجه اسيد سولفوريك بدست مي‌دهد:

سپس اتانول از اسيد سولفوريك رقيق در يك برج جداسازي جدا شده و اسيد پس از غليظ سازي به فرايند باز مي‌گردد. فرايند هيدراسيون مستقيم در سال 1947 بطور صنعتي مورد بهره‌برداري قرار گرفت. در اين فرايند، گاز غني از اتيلن با آب مخلوط شده و پس از عبور از كاتاليست به اتانول تبديل مي‌شود.

فرايندهاي متعدد ديگري نيز جهت سنتز اتانول وجود دارد كه از نظر صنعتي داراي اهميت نمي‌باشند.
2. توليد الكل اتيليك به روش تخمير يا فرمانتاسيون Fermentation))
اتانول تخميري را مي‌توان از مواد اوليه متعددي توليد كرد. اين مواد در سه دسته قنددار، نشاسته‌دار و تركيبات سلولزي طبقه‌بندي و در جدول زير ارائه شده است.

مواد اوليه قنددار معمولاً بطور مستقيم توسط ميكروارگانيسم‌ ها به اتانول تبديل مي‌شوند، در حالي كه نشاسته و سلولز ابتدا بايد هيدروليز شده و به قند تبديل گردند و سپس در فرآيند تخمير تبديل به اتانول شوند.

3ـ توليد الكل از تركيبات قنددار

هم اكنون اين گروه مهمترين ماده اوليه توليد الكل در ايران است. از بين اين گروه ملاس (چغندر قند و نيشكر) مهمترين منبع هيدروكربني ارزان قيمت است. ملاس در كارخانجات توليد قندوشكراز چغندرقند و نيشكر بوجود مي‌آيد كه حاوي حدود 36% قند قابل تبديل به الكل است. (در مورد ملاس چغندر ميزان قند 51 درصد است) در اين فرآيند، ابتدا ملاس با آب رقيق شده و سپس بوسيله مخمر تخمير و تبديل به الكل مي‌گردد. فرايند تخمير و توليد الكل از شكر طبق رابطه زير صورت مي‌گيرد.

از نظر تئوري، طبق رابطه فوق از  هركيلوگرم شكر موجود در ملاس، 511 گرم الكل قابل توليد است. ليكن راندمان فرآيند در عمل بخاطر توليد محصولات جانبي نظير ميكروارگانيسم‌ها و بعضي از محصولات شيميايي ديگر كمتر بوده و بين 400 تا 460 گرم الكل از هر كيلوگرم شكر خواهد بود. بنابراين بطور تئوري مي‌توان گفت كه هر 15ـ14 كيلوگرم ملاس نيشكر حدود يك كيلوگرم الكل توليد مي‌نمايد. ميكروارگانيسم (مخمر)  مورد استفاده در فرآيندهاي صنعتي توليد اتانول از ملاس، از گونه مخمر خمير مايه نانوايي       Baker’s yeast يا Saccharomyces cerevisiae اســت.

4ـ توليد الكل از تركيبات نشاسته‌دار

توليد الكل از تركيبات نشاسته‌دار نظير ذرت، سيب‌زميني و گندم معمولاً در دو مرحله (همزمان و يا متوالي) صورت مي‌گيرد.
نشاسته يك پليمر از منومرهاي گلوكز است. و.اكنش مرحله اول كه شكستن اين پليمر به منومرهاي اوليه آن است، به دو روش اسيدي و آنزيمي قابل انجام است. در روش اول عموماً اسيد سولفوريك و روش دوم آنزيم آلفا ـ آميلاژ براي هيدروليز نشاسته بكار مي‌رود.
با توجه به قيمت مناسب آلفا ـ آميلاژ و راندمان بالاي روش آنزيمي، روش اسيدي تقريباً در دنيا منسوخ شده است.
در مرحله دوم كه شباهت بسياري به فرآيند توليد الكل از تركيبات قندي دارد،گلوكز حاصله در مرحله اول توسط مخمرها به الكل تبديل مي‌شود.

5ـ توليد الكل از تركيبات سلولزي

تركيبات سلولزي نظير چوب، ضايعات جنگلي، ضايعات كشاورزي و كاغذ بازيافتي، حاوي ليگنو سلولز است. توليد الكل از تركيبات ليگنوسلولزي در دو مرحله صورت مي‌گيرد. در مرحله اول كه هيدروليز نام دارد، زنجيره پليمرهاي سلولز و همي سلولز به منومرهاي آنها شكسته شده و محلول قند حاصله در مرحله دوم تخمير مي‌گردد. هيدروليز ليگنوسلولز مي‌تواند به دو روش اسيدي و يا آنزيمي انجام گيرد.