PAPEL TÉCNICO #3
 
                        UNDERSTANDING COMBUSTÍVEL DE ETHANOL
PRODUÇÃO DE                               E USO
 
                                      Por
Precipício de                          Bradley & Ken Runnion
 
                             Technical Revisores
                                Kenneth Brunot
                                C. Gene Haugh
                                Daniel Ingold
 
 
                                 Published Por
 
 
                                     VITA
                       1600 Bulevar de Wilson, Apartamento 500,
                        Arlington, Virgínia 22209 E.U.A.
                    TEL: 703/276-1800. Fac-símile: 703/243-1865
                          Internet: pr-info@vita.org
 
 
                Understanding Ethanol Combustível Produção e Uso
                             ISBN: 0-86619-203-4
               [C]1984, Voluntários em Ajuda Técnica,
 
 
                                   PREFACE
 
Este papel é um de uma série publicada por Voluntários dentro Técnico
Ajuda para prover uma introdução a estado-de-o-arte específica
tecnologias de interesse para pessoas em países em desenvolvimento.
É pretendida que os documentos são usados como diretrizes para ajudar
pessoas escolhem tecnologias que são satisfatório às situações deles/delas.
Não é pretendida que eles provêem construção ou implementação
são urgidas para as Pessoas de details.  que contatem VITA ou uma organização semelhante
para informação adicional e ajuda técnica se eles
achado que uma tecnologia particular parece satisfazer as necessidades deles/delas.
 
Foram escritos os documentos na série, foram revisados, e foram ilustrados
quase completamente por VITA Volunteer os peritos técnicos em um puramente
basis.  voluntário Uns 500 voluntários eram envolvidos na produção
dos primeiros 100 títulos emitidos, enquanto contribuindo aproximadamente
5,000 horas do time.  deles/delas o pessoal de VITA incluiu Leslie Gottschalk
como editor primário, Julie Berman que controla typesetting e plano,
e Margaret Crouch como gerente de projeto.
 
Precipício Bradley e Ken Runnion, co-autores deste papel,
especialize em álcool combustível produção tecnologias.   Bradley é um
microbiologist e Runnion engenheiro químico a Renovável
Tecnologias, Inc.  Eles publicaram vários manuais práticos
e folhetos no campo, e está pesquisando atualmente e
métodos novos desenvolvendo de melhorar o processo de hydrolysis de goma
requerida para produção de combustível de álcool. Revisores de   Kenneth Brunot,
C. Gene Haugh, e Daniel Ingold também são os especialistas dentro o
area.  Brunot, vice-presidente sênior para Wright Technology, era
antigamente o presidente de Wright Energy Corporação de Nevada onde ele
especializada em estudos relativo a ethanol produção usar
energia de geothermal para exigências de energia de processo.   cabeças de Haugh
o Departamento de Engenharia Agrícola a Politécnica de Virgínia
Institute.  Ingold é um biophysicist treinando e um
engenheiro de pesquisa a Corporação de Tecnologia Apropriada.
 
VITA é uma organização privada, sem lucro que apóia as pessoas
trabalhando em problemas técnicos em países em desenvolvimento.   ofertas de VITA
informação e ajuda apontaram a ajudar os indivíduos e
grupos para selecionar e tecnologias de instrumento destinam o deles/delas
situations.  VITA mantém um Serviço de Investigação internacional, um
centro de documentação especializado, e uma lista computadorizada de
voluntário os consultores técnicos; administra projetos de campo a longo prazo;
e publica uma variedade de manuais técnicos e documentos.
 
                UNDERSTANDING ETHANOL COMBUSTÍVEL PRODUÇÃO E USO
 
                Através de VITA Voluntários Precipício Bradley e Ken Runnion
 
EU. INTRODUÇÃO
 
Este papel descreve a produção e uso de ethanol (álcool etílico)
como um fuel.  líquido é A produção de ethanol um bem estabelecido
tecnologia; porém, o uso de ethanol como um líquido
combustível é um assunto complexo.
 
Ethanol era um dos primeiros combustíveis usada em engines.  automóvel Isto
era extensivamente usado na Alemanha durante Segunda Guerra Mundial e também em
Brasil, a Filipinas, e os Estados Unidos.   Durante o pós-guerra
período, como materiais de petróleo ficaram baratos e abundantes,
gasolina substituiu ethanol em grande parte como um fuel.  Not automóvel
até os anos setenta, quando a provisão de óleo era restringida, fez
ethanol re-emergem como uma alternativa para ou extender para petróleo-baseado
combustíveis líquidos (ethanol como um extender é acrescentado a estes
combustíveis para aumentar o volume deles/delas).   Today, 12 países produzem e
use uma quantia significante de ethanol. Por exemplo,   Em Brasil um
terço dos usos de automóveis daquele país puro ethanol como combustível;
o permanecendo duas terceiras misturas de uso de gasolina e ethanol.
França, os Estados Unidos, Indonésia, a Filipinas, Guatemala,
Costa Pica, Argentina, a República de África do Sul, Quênia,
Tailândia, e o Sudão é outros países com governo ou privado
ethanol abastecem programs.  Os programas são projetados para reduzir um
a dependência de país em combustível importado caro e ajudar dentro
criando uma indústria de combustível doméstica nova.
 
Puro ethanol podem substituir gasolina em faísca-ignição modificado
máquinas, ou pode ser misturado com gasolina a até 20 por cento
concentração para abastecer máquinas de gasolina inalteradas. Mistura de  
saques dois propósitos: (1) estende gasolina provê, e (2)
como um enhancer de octano, substitui dianteira compõe em gasolina.
Ethanol também pode ser usado em diesel modificado (ignição de compressão)
máquinas; porém, isto não é comum.
 
A produção e uso de ethanol de combustível podem servir uma variedade indiretamente
de needs.  Em um nível nacional, ethanol podem melhorar equilíbrio
de pagamentos deslocando petróleo importado com domestically
fuel.  produzido Isto pode prover emprego rural também aumentado
e mercados alternativos para artigos agrícolas.   Em uma comunidade
ou nível individual, ethanol abastecem produção é freqüentemente
vista como uns meios para ficar independente de combustíveis comprados, para
mantenha dinheiro dentro da economia local, e prover um seguro
provisão de combustível no caso de escassezes de combustíveis de petróleo.
 
II. PRINCÍPIOS OPERACIONAIS
 
PRODUÇÃO DE ETHANOL
 
Ethanol abastecem produção é uma combinação de biológico e físico
processes.  Ethanol é produzido por fermentação de açúcares com
yeast.  é concentrado para abastecer grau por distillation.  Figure 1

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é uma representação esquemática dos passos principais em combustível
produção de ethanol.
 
Feedstocks, as matérias-primas básicas, são ou adoce ou engomar-contendo
crops.  Estes " Colheitas " de Combustível de Biomassa (tubérculo e grãos)
geralmente inclua beterrabas de açúcar, batatas, milho, trigo, cevada,
Alcachofras de Jerusalém, e doce sorgo.   Sugar colheitas como
são cana-de-açúcar, beterrabas de açúcar, ou doce sorgo para produzir
uma solução açúcar-contendo que pode ser fermentada diretamente
por yeast.  Starch devem ser levados a cabo feedstocks, porém, um
passo de conversão adicional.
 
Goma é um polímero de cadeia " longo " de glicose (i.e., muitas glicose
unidades de polímero uniram em uma cadeia). Gomas de   não podem ser diretamente
fermentada a ethanol.  Eles devem ser quebrados primeiro abaixo no
unidades de glicose mais simples por um processo de hydrolysis.   No
hydrolysis pisam, engome são moidos feedstocks e misturado com
molhe para produzir um triture contendo 15 a 20 por cento tipicamente
starch.  O triture está então cozido a ponto de ebulição ou sobre e
tratada em seqüência com duas preparações de enzima.   O primeiro
hydrolyzes de enzima engomam moléculas a cadeias curtas; o segundo
hydrolyzes de enzima as cadeias curtas para glicose.   O triture é então
esfriada a 30[degrees] C, e fermento é somado.
 
Fermentos são microorganismos que produzem ethanol.   Estes microorganismos
é capaz de converter açúcar em álcool por um biológico
processo chamado fermentação.   A equação seguinte mostra o

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reação biológica básica na conversão através de fermentação de
um quilograma de glicose para ethanol, gás carbônico, e calor:
 
Teoricamente, a eficiência de conversão de máximo de glicose para
ethanol é 51 por cento em uma base de peso.   However, alguma glicose é
usada pelo fermento para a produção de massa de cela e para metabólico
produtos diferente de ethanol.   Em prática, entre 40 e 48,
por cento de glicose é convertida a ethanol.   Com um 45-por cento
eficiência de fermentação, 1,000 quilogramas de açúcar de fermentable,
produza aproximadamente 570 litros de puro ethanol.   Conversely, aproximadamente 1,800,
são exigidos quilogramas de açúcar de fermentable produzir 1,000
litros de ethanol.  Mash contêm tipicamente entre 50 e 100
gramas de ethanol por litro (5 a 10 peso de por cento por volume)
quando fermentação está completa.
 
Ethanol está separado de triture através de destilação--um processo físico
em qual os componentes de uma solução (neste caso, água
e ethanol) está separado através de diferenças em ponto de ebulição ou
pressão de vapor.
 
Ethanol e forma de água um azeotrope, ou solução fervente constante,
de cerca de 95 álcool de por cento e cinco água de por cento.   O
cinco água de por cento não pode ser separada através de destilação convencional.
A produção de puro, água-livre (anhydrous) ethanol
requer para um passo de desidratação destilação seguinte. Desidratação de  ,
um passo relativamente complexo em ethanol abastece produção, é realizado
em um de dois ways.  O primeiro método usa um terço
líquido, geralmente benzeno que é acrescentado ao ethanol /
molhe mixture.  Isto muda as características ferventes do
solução, permitindo separação de ethanol de anhydrous.   O segundo
método emprega peneiras moleculares que selectively absorvem água em
a base da diferença em tamanho molecular entre água e
ethanol.
 
Os sólidos de non-fermentable em destilou triture (stillage) contenha
quantias variáveis de fibra e proteína, dependendo do feedstock.
O líquido também pode conter proteína solúvel e outros nutrientes.
A recuperação da proteína e outros nutrientes em stillage
para uso como alimento de gado pode ser essencial para econômico
ethanol abastecem production.  Proteína conteúdo variará com feedstock.
Um pouco de grãos (por exemplo, salgue, cevada) rendimento um subproduto sólido
--destilador secaram grãos (DDG)--que varia de 25 a 30 por cento
proteína e faz um alimento excelente para gado.   Se o
processando equipamento é construída de imaculado acere e processando
é levada a cabo debaixo de condições bem-controladas, a proteína,
subprodutos também podem ser consumidos por humanos.
 
A produção de ethanol também produz effluent líquido que é
um problema de poluição potencial.   que aproximadamente 9 litros de effluent são
produzida para cada litro de ethanol.   Em plantas bem-projetadas, alguns
do effluent pode ser reciclada.   Effluent pode ter um alto Biológico
Demanda de oxigênio (BOD) que é uma medida de água orgânica
potencial de poluição, e é ácido.   que requer para tratamento
antes de discharge.  Tratamento exigências dependa de feedstock e
regulamentos de controle de poluição locais.   por causa do conteúdo ácido,
cuidado deve ser tomado se o effluent é esparramado em cima de campos.
 
ETHANOL END USO
 
Ethanol é um líquido de alta qualidade, estável.   Alguma da substância química
e são resumidas propriedades físicas de ethanol em Mesa 1.
 
Mesa de                    1.  Resumo de Propriedades de Ethanol
 
Propriedade                                          Ethanol
 
Fórmula química..............................    [C.SUB.2][H.SUB.5]OH
 
Peso molecular..............................    46.07
 
Densidade (20[degrees] C).......................    0.791 G/CC
 
Ponto de ebulição [um].............................    78.5[DEGREES] C
 
Calor de Combustão [b]........................    5625 KCAL/1
 
Calor de Vaporização [c]......................    9.225 KCAL/MOLE
 
Octano que Taxa.................................    106-108
 
Stoichiometric Air/Fuel Relação [d].............    9/1
 
[ponto de ebulição de a]  é a temperatura a qual umas mudanças líquidas
Fase de      e se torna um gás; o ponto a qual a pressão de vapor
     do líquido iguala a pressão de vapor do sistema.
 
[b]  Aquecem de combustão é a quantia de calor emitida quando um
     unidade quantidade de qualquer hidrocarboneto (por exemplo, ethanol) está queimado
     para gás carbônico e água.
 
[c]  Aquecem de vaporização é a contribuição de calor exigiu mudar
     líquido a seu ponto de ebulição para um vapor à mesma temperatura
     (por exemplo, molhe às 100[degrees] C para cozinhar em vapor às 100[degrees] C).
 
[d]  A relação de air/fuel de stoichiometric é a quantia de ar
     necessário completamente oxidar (queime) o combustível.
 
Ethanol Use em Máquinas
 
Ethanol geralmente é usado em transporte e agricultura
abastecer combustão interna, quatro-ciclo, máquinas de faísca-ignição.
É usado como uma substituição direta para gasolina, ou está misturado
com gasolina como um extender e propugnador de octano.
 
O uso de ethanol para substituir gasolina requer modificações para
o carburador, combustível componentes de sistemas, e freqüentemente a compressão
ratio.  que A conversão eficiente de máquinas de gasolina existentes requer
técnicos qualificados, educados.
 
Máquinas especificamente projetaram e fabricaram para operar em
combustível de ethanol geralmente será mais eficiente que modificou gasolina
engines.  concentrações de Ethanol de entre 80 e 95 por cento
pode ser usada como combustível que elimina a necessidade para sofisticado
sistemas de desidratação e simplifica destilação.   Em muitos casos,
a conversão de máquinas para operar em ethanol pode ser mais simples
e mais custo eficiente que desidratação de ethanol.   A desvantagem
de conversão de máquina é aquela distância de viagem de veículo está limitada
pela provisão disponível e distribuição de ethanol.
 
Alguns " sistemas de combustível " duais--quer dizer, máquinas com um carburador que
ou possa operar em ethanol ou em gasolina--foi desenvolvida
em um basis.  limitado No Brasil, uma porção significante do
transporte rápido usa ethanol abastecem especialmente em automóveis com
máquinas projetadas, fabricadas por automóvel internacional principal,
companhias.
 
Em máquinas inalteradas, ethanol podem substituir até 20 por cento de
o gasoline.  Blending ethanol com gasolina estende a gasolina
proveja, e melhora a qualidade de gasolina aumentando seu
octano value.  Como um enhancer de octano, ethanol podem substituir dianteira
combinações em gasoline.  There são vantagens a usar gasolina /
ethanol mistura em lugar de puro ethanol. Misturas de   não requerem
máquina modification.  Em deste modo, podem ser integrados ethanol
rapidamente com provisão de gasolina existente e sistemas de distribuição.
Substituindo dianteira compõe com ethanol remove um do diretor
areje problemas de poluição associados com gasolina.
 
A desvantagem de usar misturas de ethanol/gasoline é que o
ethanol devem ser anhydrous, enquanto requerendo um passo de desidratação em produção.
Se ethanol de non-anhydrous está misturado com gasolina, o
misturas separarão em uma fase de gasolina e um water/ethanol
fase, causando desempenho de máquina irregular.
 
Além de seu uso em automóveis gasolina-abastecidos e em
caminhão ou máquinas de trator, podem ser usados ethanol em outros tipos de
engines.  por exemplo, pequeno, máquinas de gasolina de quatro-ciclo acharam dentro
equipamento agrícola em pequena escala (por exemplo, lavradores, tratores pequenos)
possa queimar freqüentemente 80 a 95 ethanol de por cento como uma substituição direta
para gasoline.  requerem Tais máquinas alimentadas por ethanol
modificações mínimas.
 
O uso de ethanol em máquinas de dois-ciclo especialmente projetadas tem
demonstrada em uma base limitada.   O problema de usar ethanol
nestes máquinas é que o ethanol não mistura bem com
oil.  lubrificando para ir ao redor deste problema, pesquisa está abaixo
modo para achar lubrificando óleos que não são afetado através de ethanol.
 
Embora ethanol usem em máquinas diesel-abastecidas é possível, tem
seu limitations.  Ethanol não acende debaixo de compressão e
não misture bem com combustível de diesel.   Therefore, ethanol não podem ser
usada como uma substituição direta para combustível de diesel ou misturado com
combustível de diesel para uso em máquinas de ignição de compressão.   Ethanol pode
só seja usada como uma substituição para combustível de diesel se a máquina é
provido com tomadas de brilho.
 
Ethanol pode ser gastado em motores dieseis superalimentados para
aproximadamente 25 por cento do combustível total.   Isto é terminado levando o
ethanol em um tanque de gasolina separado e injetando isto no diesel
máquina por uma corrente de ar de supercharger.
 
Ethanol também pode substituir combustível de aviação em máquinas de aeronave.
 
Ethanol Use em Eletrodomésticos
 
Ethanol pode ser usado em uma variedade de cozinhar, aquecendo, e iluminar
appliances.  Em alguns casos, ethanol podem ser usados dentro modificou
eletrodomésticos projetaram para combustíveis convencionais.   Em outros casos,
são requeridos eletrodomésticos especificamente projetados para combustível de ethanol.
 
III. VARIAÇÕES DE DESÍGNIO DE PLANTA
 
Esta seção descreve os processos e equipamento brevemente necessário
para cada passo principal em ethanol abasteça produção.   Isto também
provê uma discussão geral das economias de combustível de ethanol
production.  que não é significado prover informação específica em
desígnio de planta.
 
Processos e equipamento grandemente variam, enquanto dependendo de feedstock, o
precise para hydrolysis de goma, ethanol terminam uso, apoio disponível,
utilidades, fonte de energia de processo, uso de subproduto, e planta
balança.
 
 
PROCESSO DE FEEDSTOCK
 
Estudos de desígnio de planta indicam que uma economia de balança existe para
um 30,000,000 gal/year plantam produzindo hidratou (190 prova) ethanol
e co-gerador, i.e., utilizando em-local gás turbina gerador
jogos abasteceram com ethanol hidratado para prover associado
poder precisa para o plant.  A turbina esvazie gás poderia ser usado
obter vapor de alto-pressão e a turbina quente gasta esvaziam
poderia ser usado gás em curso subproduto Provisão de operations.  secante
produzir subprodutos de processo (destilador secaram grãos
(DDG), gás carbônico, e fusel lubrificam deveriam ser incluídos componentes
no desígnio global para maximizar efetividade de custo.
 
O tipo de feedstock escolhido para ethanol abastece produção tem um
impacto significante em desígnio de planta.   Ethanol é produzido de um
variedade de açúcar - ou engomar-contendo colheitas, com modificações,
no desígnio dos processos de preparação de feedstock.   O
são exigidas modificações acomodar as propriedades físicas
do feedstock, como também a natureza do carboidrato
(i.e., adoce contra goma).
 
Equipamento de preparação é necessário moer, pulverizador ou extrato,
o feedstock antes de pudesse ser processado.   Milling equipamento
para preparação de feedstock varia, enquanto dependendo de tais características
do feedstock como umidade estrutura contente, física,
e conteúdo de fibra.
 
Engome Hydrolysis
 
Feedstocks engomar-contendo requerem equipamento de hydrolysis de goma
inclusive tanques, aquecimento e sistemas refrescantes, sistemas de agitação,
bombas de transferência, e monitorando instrumentos.   feedstocks Engomado
tenha que ser moida antes de hydrolysis a um tamanho de partícula que pode
atravesse uma tela de 20-malha.
 
Vapor circulado por exchangers de calor é os meios mais comuns
de aquecimento o triture; então, engome hydrolysis que aquece exigências
deve ser incluída em capacidade de caldeira de planta.
 
Esfriando o triture de ferver a temperatura de fermentação
(aproximadamente 30[degrees] C) geralmente o fator determinando em exchanger de calor
design.  Isto é especialmente verdade em climas tropicais
onde a temperatura ambiente da água refrescante é relativamente
alto.
 
Os sistemas de agitação para tanques de hydrolysis de goma devem ser adequados
misturar viscoso (grosso) engome soluções eficazmente.   Quando
goma está aquecida em água, forma um gel muito grosso.   Starch
gelatinization é essencial para hydrolysis enzimático eficiente.
Misturando completos de goma de gelled trituram é necessário assegurar
troca de calor eficiente e atividade de enzima.
 
Equipamento monitorando para hydrolysis de goma inclui termômetros
medir trituram temperatura e temperatura de vapor, e pressão
medidas para medir trituram pressão se pressurizou hydrolysis de goma
sistemas são used.  Tests para medir a eficiência de hydrolysis de goma
também é em geral necessary. , o feedstock é
o elemento mais importante determinando as economias de ethanol
produção, e hydrolysis de goma ineficiente podem ter um
impacto econômico principal em produção de ethanol.
 
Engome sistemas de hydrolysis são de dois tipos gerais: sistemas de grupo
e systems.  Grupo sistemas contínuos consistem em tanques que são
classificada segundo o tamanho em relação a tanque de fermentação capacidade e tempo segurando.
O tanque é equipado com exchangers de calor, normalmente interno,
rolos que circulam vapor e água refrescante.   O triture é
agitada por um motor equipado com redução de engrenagem e misturando
impellers.  Transfer bombas capaz de controlar um nível alto de
são usados sólidos para transferir o triture de fermentação tanks.  Com
feedstocks muito viscoso, troca de calor e tritura agitação é
realizada bombeando o triture por um exchanger de calor externo
e atrás nos tank.  Grupo sistemas é operada por
enchendo o tanque, levando a cabo o processo de multistep de enzima,
hydrolysis, e bombeando então o inteiro triture volume em fermenters.
 
Sistemas de hydrolysis de goma contínuos requerem mais sofisticado
equipamento, mas eles são normalmente mais eficientes.   sistemas Contínuos
geralmente use " fogões de jato " em qual tritura e origina de é
misturada debaixo de pressão a temperaturas de 105 a 150[degrees] C.  Water,
feedstock, e enzima é alimentada em um tanque de premix a um controlado
taxe, aquecido, e bombeou debaixo de pressão pelo jet.  O triture
é persistida em pressão alta e temperaturas altas durante alguns minutos,
então libertada do fogão a segurar tanques onde é
esfriada e enzima adicional é somada.   O triture é transferida então
para fermenters.  A pressão alta e temperatura destes
sistemas resultam em gelatinization de goma mais eficiente e hydrolysis.
Estes sistemas requerem caldeiras de alto-pressão e relativamente
sistemas sofisticados por manter o triture debaixo de pressão.
Equipamento é de tamanho em base de capacidade de fermenter de planta
e tritura tempo de residência em fogões.
 
Fermentação
 
Fermentação acontece em tanques equipados com agitação e
aqueça exchangers para remover o calor gerado por fermentação.
Tanque tamanho está baseado na concentração de açúcar dentro o triture,
tempo de fermentação, concentração de ethanol final, e produção de planta
taxa.
 
Final tritura concentração de ethanol é uma função direta de triture
adoce concentration.  Dentro dos limites de feedstocks e fermento
tolerância de ethanol, concentrações de ethanol mais altas são desejáveis.
Máximo tritura concentração de ethanol é aproximadamente 10 peso de por cento por
volume.  A concentrações mais alto que 10 por cento, fermento é
killed.  Generally, feedstocks com conteúdo de umidade alto e
açúcar ou engoma concentrações menos que podem ser fermentadas 20 por cento
sem dilution.  Feedstocks com goma alta ou açúcar
concentrações requerem diluição.   que O açúcar será desperdiçado se o
concentração está mais da quantia necessário produzir o
quantia de máximo de ethanol tolerada pelo fermento.
 
Fermentação requer tipicamente de 12 a 72 horas que dependem em
a quantia de fermento começava fermentação e triturava açúcar
normalmente são equipadas Plantas de concentration.  com fermentação múltipla
tanques no horários cambaleantes para prover um contínuo
proveja de fermentou triture para destilação.
 
Um dos problemas mais significantes em produção de ethanol,
especialmente em plantas em pequena escala, é contaminação de triture por
Bactérias de bacteria.  utilizam açúcares que seriam convertidos caso contrário
para ethanol.  desígnio de planta Bom e fermentação eficiente
possa controlar wihout de contaminação que recorre a esterilização cara
sistemas.
 
Destilação
 
Sistemas de destilação ou podem ser grupo ou contínuo.   Escolhendo
um sistema ou o outro está baseado em balança de planta.   Ambos os tipos
requeira sistemas de aquecimento, normalmente vapor (que pode ser de baixo-pressão
caldeiras), uma coluna de destilação, e um condensador.
Figure 2 mostra schematics destes dois tipos de sistemas.

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Tamanho de coluna de destilação e taxa de produção de ethanol são baseado em
a concentração de ethanol nos fermentaram tritura, fermentação
capacidade, e horários de produção.   plantas Em pequena escala--até
aproximadamente 100,000 litros produção de ethanol anual--possa eficazmente
use sistemas de destilação de grupo.   Em sistemas de grupo, o inteiro triture
volume é passado, ou carregou, para um recipiente grande chamado um ainda,
que é então heated.  Os vapores são permitidos passar no
destilação column.  Though sistemas de grupo são menos eficiente que
sistemas de destilação de alimento contínuos, eles são muito mais fáceis para
construa e opere.
 
Em sistemas de alimento contínuos, fermentou triture é bombeada a um controlado
taxe na coluna de destilação, com calor introduzido,
ao fundo da coluna. Provisão de   é feita ao topo de
a coluna para alimentar unprocessed tritura atrás pelo sistema.
Deveriam ser usadas colunas de alimento contínuas em amplas plantas
onde a eficiência melhorada justifica a complexidade somada.
 
Desidratação
 
O uso planejado do ethanol determina a necessidade por desidratação
sistemas para remover a cinco água de por cento que não pode ser
separou por distillation.  Se ethanol será misturado com
gasolina, desidratação é requerida.   A presença de água em
resultados de gasolina-misturas de ethanol em separação de fase em armazenamento
ou combustível que Desidratação de tanks.  não é requerida se ethanol é ser
substitua gasoline.  Ethanol pode ser usado diretamente dentro modificou
máquinas a concentrações de entre 80 e 95 por cento.
 
Recuperação de subproduto
 
São recuperados subprodutos sólidos de stillage com solid/liquid
separação equipment.  que Este equipamento pode percorrer de simples
telas para tal equipamento complexo como centrífugas ou filtros de vazio.
Proteína solúvel em stillage magro pode ser recuperada por
evaporation.  Se subprodutos serão armazenados ou serão transportados
distâncias significantes, secar é necessário.   Stillage com alto
pode ser alimentado freqüentemente diretamente conteúdo de umidade a gado a ou
se aproxime o local de produção de ethanol com separação mínima ou
processando.
 
Tratamento de Effluent
 
Produção de cada volume de ethanol de combustível gerará aproximadamente
nove volumes de effluent.  que UMA porção do effluent pode ser reciclada
e usado diluir feedstocks de concentração alto.   However,
até mesmo se o effluent é reciclado, ainda pode causar um significante
poluição problem.  para evitar poluição de água de superfície ou
água de chão, o effluent têm que sofrer degradação de microbiological;
quer dizer, o assunto orgânico prejudicial conteve dentro o
effluent devem ser demolidos antes do effluent está disposto de.
Isto é anaerobiamente terminado, aerobiamente, ou por um seqüente
combinação dos dois métodos.   que degradação de Effluent normalmente é
feita em uma lagoa de tratamento simples, seguida por uma estabilização,
lagoa, se necessary.  Alternatively, o effluent podem ser alimentados
digesters de biogas, combinando produção de energia com tratamento desperdício.
 
Utilidades
 
Produção de Ethanol requer água, combustível de caldeira, e transporte
para feedstock, ethanol, e subprodutos. Eletricidade de   pode ser
corra bombas, motores ativos, controles de processo, e instrumentação,
mas há muitas unidades ao longo do mundo que
produza até 10,000 galões por ano sem Água de electricity. 
é requerida para triture diluição e esfriando em exchangers de calor usaram
com sistemas de hydrolysis de goma, fermenters, e condensador.
 
Caldeiras geravam vapor de processo requeira um barato, de baixa qualidade
abasteça como gás natural, biogas, biomassa, carvão, residual,
lubrifique, ou bagasse (bagasse é esmagado cana-de-açúcar ou refugo de beterraba
de fabricação de açúcar) .  combustíveis líquidos De alta qualidade ou eletricidade são
antieconômico e ineficiente para uso como combustível de caldeira.   Finally, o
feedstock precisa ser transportado à planta; e os produtos,
ethanol e subproduto alimento animal, precise ser transportada
para o ponto de uso.
 
As exigências de energia de processo para ethanol abastecem produção varie
dependendo amplamente de equipamento, desígnio de processo, e feedstock.  O
produção de um litro de ethanol com um valor de aquecimento de 5,625
Kcal/liter requereria 800 a 1,200 Kcal tipicamente por cozinhar,
1,300 a 1,500 Kcal para destilação, 800 a 1,000 Kcal para
desidratação, e aproximadamente 300 Kcal para operar motores ativos e
pumps.  O secando de subprodutos da produção de um
litro de ethanol poderia requerer um 600 a 700 Kcal.  adicional O
produção de ethanol de anhydrous e subprodutos secados de
grão--representando a gama alta para energia de processo--vá
requeira 2,800 a 3,800 Kcal/liter.   A produção de 90 por cento
ethanol de feedstock de açúcar sem subproduto que seca--representando
a baixa gama para energia de processo--requereria 1,600 para
1,800 Kcal/liter.
 
A disponibilidade e o custo de utilidades são fatores críticos
ambos na balança e as economias de álcool production.  Dois
fatores contribuíram ao fracasso de projetos de combustível de ethanol
em countries:  em desenvolvimento (1) plantas para a produção de ethanol
combustível seja tão grande que as utilidades de apoio não puderam se encontrar
a energia deles/delas precisa; e (2) as plantas eram sited assim longe do
feedstock que transporte não era econômico.
 
Balança de planta
 
Ethanol abastecem gama de plantas em tamanho de alguns mil litros para
mais de 100 milhões de litros de produção anual.   O desígnio e
operação de plantas em pequena escala grandemente pode ser simplificada por
hydrolysis de goma combinando, fermentação, e destilação de grupo
em tanques de processo de multi-propósito.   As plantas poderiam incluir um ou
vários tanques provendo fermentaram triture para uma única destilação
column.  Plants até aproximadamente 100,000 litros de produção anual
pode ser projetada este way.  que podem ser consideradas plantas de grupo Até maiores
se combustível de caldeira barato está disponível.   Com bem técnico
ajuda, podem ser construídas plantas de grupo em pequena escala e podem ser operadas
com o habitante, recursos de comunidade-nível e habilidades.
 
Pode ser obtida maior eficiência operacional em plantas maiores por
hydrolysis de goma separando e fermentação em especialmente projetou
sistemas e usando colunas de destilação de alimento contínuas.
Geralmente, o maior custo importante e complexidade operacional de
este tipo de planta será devolvido em eficiência operacional.
Amplas plantas de álcool requerem alguns empregados pelo menos com
administração relativamente sofisticada e Planta de skills.  técnica
desígnio, equipamento, e construção requerem freqüentemente recursos fora
a comunidade local.
 
COST/ECONOMICS
 
É difícil de prover informação geral sobre combustível de ethanol
economias porque custos de produção e valor de produto dependem em
plante local, feedstock, balança de produção, e uso de fim.
 
Produção de Ethanol inclui capital e costs.  Dois operacional
fatores importantes em custos de capital para plantas de grupo pequenas são
engome sistemas de hydrolysis e capacidade de caldeira.   Em plantas grandes,
criando, sistemas de destilação, e controle de processo é relativamente
mais significant.  Generally, custos importantes para álcool,
plantas percorrem de $.50 a $1 (o EUA) por litro de produção anual
capacity.  baseado em figuras de plantas de EUA, capital
custos por litro de capacidade de produção anual para muito pequeno e
plantas muito grandes são geralmente maiores que esses para intermediário-balança
plantas--1 a 10 milhões de litros produção anual.
 
O maior custo operacional em produção de ethanol, embora
escale, é feedstock.  Para ethanol abasteça produção para ser lucrativa,
uma provisão econômica de feedstock é essencial.   Em pequeno
plantas, trabalho-custos também podem ser relativamente importantes.
 
Custos indiretos para conversão de máquina, distribuição e marketing,
plante utilidades, e transporte de feedstock e produtos é
também importante avaliando custos de produção de ethanol.
 
Valor de mercado de Ethanol depende de uso de fim.   O valor de mercado de
geralmente seriam medidos ethanol como um combustível de substituição relativo
para gasolina prices.  O valor de mercado de ethanol quando misturado
com gasolina pode ser mais alto que gasolina por causa do
valor de octano aumentado de misturas de ethanol/gasoline.
 
Valor de mercado de subproduto está medido contra o preço local de
feed.  animal O valor é tipicamente determinado comparando o
conteúdo de proteína de alimentos.
 
Outros fatores, aparte de produção de ethanol vale e o mercado
valor de ethanol, também pode ser significante à análise econômica.
Deslocamento de petróleo importado com domestically produzido
combustível renovável pode melhorar déficits de equilibrar-de-pagamento e
possa ser economicamente vantajoso apesar de ethanol relativamente mais alto
Oportunidades de costs.  para emprego rural, mercados alternativos
para artigos agrícolas, e independências de energia podem
proveja vantagens econômicas significantes além de um direto
contabilidade de rentabilidade de planta.
 
IV.  COMPARING AS ALTERNATIVAS
 
COMBUSTÍVEIS QUE COMPETEM COM ETHANOL
 
Metanol, butanol, e alguns tipos de óleo vegetal são três alternativas
para ethanol.  metanol e butanol podem ser usados
substitua ou estenda gasolina ou combustível de diesel. Porém, óleos vegetais de  
é limitada a substituir só combustível de diesel até pesquisa adicional
prova caso contrário.
 
Metanol é a alternativa mais importante.   é um álcool líquido
um átomo de carbono contendo ([CH.sub.3]OH).   Like ethanol, é usado
substituir ou seja misturada com gasolina. Metanol de   é produzido por um
processo químico que usa metano como o feedstock primário.
Metanol também pode ser produzido de carvão ou biomassa.   Em um
balança mundial, a indústria de produção de metanol é relativamente
grande, e usa gás natural para feedstock.   Metanol produção
requer temperatura alta, pressão alta, e catalisadores especiais.
 
Este processo é muito mais complexo que produção de ethanol e é
geralmente econômico em só plantas industriais muito grandes.
 
Butanol é um álcool de quatro-carbono.   tem dois possível substância química
estruturas, dependendo da posição do hydroxyl,:   BUTANOL DE N
([CH.sub.3] [CH.sub.2] [CH.sub.2][CH.sub.2]OH) e 2 butanol ([CH.sub.3] [OH.sub.1] [CH.sub.2] [CH.sub.3]) Fermentação de . 
produz N butanol.  ethanol Distinto ou metanol, butanol podem
substitua para ou seja misturada com combustível de diesel em compressão
ignição engines.  do que é produzido através de fermentação bacteriana
engome - ou açúcar-contendo feedstocks e purificou através de destilação.
As bactérias produzem ethanol e acetona além do
produto principal, butanol.
 
A produção de butanol tem duas desvantagens:  (1) a fermentação
de butanol é difícil comparada com isso de ethanol; e
(2) fermentação de butanol produz combustível menos-útil por unidade de
feedstock que fermentação de ethanol com fermento.   Butanol foi
produzida comercialmente debaixo de condições de tempo de guerra. Porém,   Today
butanol já não é produzido comercialmente para uso como combustível.
 
PESQUISA ATUAL E DESENVOLVIMENTO
 
Ethanol abastecem produção é uma tecnologia comercial bem estabelecido.
Mas também é uma tecnologia que tem quarto para melhorar.
Isso é por que pesquisa e esforços de desenvolvimento em combustível de ethanol
produção é ongoing.  As áreas de pesquisa relativo a isto
tecnologia que continua sendo endereçada inclui (1) feedstock;
(2) engome hydrolysis e desígnio de processo de fermentação; (3)
ethanol e fim de subproduto usa; e (4) integração local-específica
de produção de ethanol com economias agrícolas locais.
 
 
Feedstock é o elemento de custo mais significante em produção de ethanol.
Perguntas de possível competição para início agrícola
pouse, e impactos de produção de ethanol em provisão de comida e distribuição
é crucial ao sucesso social e econômico disto
technology.  Uma área importante de pesquisa é a identificação
de goma - ou açúcar-contendo colheitas nas que podem ser crescidas
terra pobre e aquele requeira uma quantia mínima de cultivo e
contribuições químicas (por exemplo, fertilizantes).   que Tal feedstocks devem ser
compatível com as condições climáticas locais, os recursos de água,
e a terra type.  Eles não deveriam romper o habitante agrícola
economy.  feedstocks Alternativo debaixo de avaliação em
partes várias do mundo incluem palma de sago, bambu, docemente,
batatas, e árvores de gafanhoto de mel.   Once que são identificadas colheitas potenciais,
pesquisa será dirigida para rendimentos crescentes,
colheitas adaptando para situações específicas, e cultivo em desenvolvimento,
colha, e técnicas de armazenamento.
 
Feedstocks alternativo exigirão para pesquisa adaptar goma
hydrolysis e equipamento de fermentação e procedimentos para o particular
características de feedstock e concentração de fermentable
sugars.  Fermentação pesquisa também poderia incluir a seleção
de tensões de fermento para eficiência de fermentação melhorada. Melhorias de  
possa incluir tolerância aumentada a açúcar alto e
concentrações de ethanol, tolerância para temperatura de fermentação alta,
ou adaptação para características de feedstock particulares.
 
Pesquisa precisa em ethanol e usos de fim de subproduto poderia incluir
avaliação de tecnologia e economias para usos de ethanol outro
que como um combustível de motor; avaliação de técnicas de conversão para
tipos específicos de máquinas; e avaliação de feedstocks específico
para recuperação e uso de subprodutos.
 
Pesquise em integração de produção de combustível de ethanol com agrícola
economias poderiam cobrir uma gama larga de tópicos, enquanto incluindo
economias de feedstock e cultivo, planta e desígnio de equipamento
ajustar constrangimentos locais específicos, fontes de combustível de processo, impactos,
em emprego e distribuição de renda, e efeitos em nacional
balança de pagamento.
 
INTEGRAÇÃO DE V. 
 
A introdução próspera de produção de combustível de ethanol e usa dentro
países em desenvolvimento requerem planejamento cuidadoso.   A tecnologia
deve ser integrada com condições econômicas locais, disponível,
recursos, e uso de fim potencial do ethanol e seus subprodutos.
A eficiência operacional de amplas plantas de ethanol
possa ser maior que isso de plantas em pequena escala.   However, isto,
eficiência pode ser de pouco valor se a planta for muito grande para
o feedstock disponível e utilidades de apoio ou se o habitante
são rompidas economias de produção de comida e distribuição.
 
Deveriam ser escaladas plantas de Ethanol de forma que demanda para feedstock faz
não rompa sistemas de distribuição e mercados para agrícola
commodities.  Support utilidades e transporte deveriam ser capazes
apoiar a balança de produção de ethanol.   Um importante, escondido
custo de amplas plantas de ethanol é o custo de construir ou
estradas atualizando, sistemas de provisão de água, sistemas de controle de poluição,
e eletricidade capacidade geradora.   que O método financiava
estes sistemas de apoio são uma pergunta econômica importante.
 
Destilador secaram grãos (DDG) é o artigo de subproduto principal
sendo o resultado de produção de ethanol.   que Este produto de proteína alto é
um alimento de gado excelente, e alimenta poderiam ser localizados lotes próximo
o ethanol plant.  Outro uso de potencial extremamente importante de
este material proteína-rico poderia ser como um suplemento de comida humano.
 
Uso de fim do ethanol e subprodutos deve estar em uma balança que
partidas production.  que recursos Técnicos precisam estar disponível para
conversões de máquina se necessário.   Se ethanol será misturado com
gasolina, marketing e sistemas de distribuição para ethanol e para
misturas de ethanol/gasoline devem ser desenvolvidas dentro paralelo com o
construção e operação de plantas de combustível de ethanol.
 
Própria integração pode aumentar economias de produção de ethanol e
pode ser alcançada com bem-projetada pequeno - e médio-balança
plants.  plantas Em pequena escala podem tirar proveito freqüentemente de baixo valor
ou feedstocks desperdício como comida que processa desperdício ou estragado ou
crops.  deteriorado que UMA variedade de caldeira barata abastece como biogas,
calor desperdício de outra indústria ou plantas de poder, ou biomassa pode ser
usou se as plantas são escaladas para emparelhar os recursos disponível
dentro de distâncias de transporte econômicas. Desidratação de   pode ser eliminada
se ethanol é usado em máquinas convertidas.   Alternatively, um
número de plantas de ethanol pequenas pode prover 80 a 95 ethanol de por cento
para uma planta centralizada para desidratação e Subproduto de distribution. 
processando podem ser reduzidas se a planta é escalada
proveja demanda de alimento de gado na área imediata da planta.
 
Plantas em pequena escala são muito mais simples a construção e operam que
plants.  grande Com apoio técnico, plantas de ethanol em pequena escala
pode ser construída e pode ser operada usando habilidades localmente disponíveis e
resources.  Com a exceção de tal equipamento como motores, caldeiras,
e controles, podem ser construídas plantas em pequena escala razoavelmente em qualquer
loja de máquina bem equipado, contanto que tecnicamente som
planos são available.  nos que também podem ser montadas plantas Em pequena escala
reboques de apartamento-cama assim eles podem ser movidos de local para local.
 
Engome hydrolysis e desidratação de ethanol são os dois passos
compra a longo prazo requerendo de materiais fora do habitante ou
até mesmo level.  nacional A produção de enzimas de hydrolysis de goma
e peneiras moleculares requerem tecnologia relativamente sofisticada.
Enzimas e peneiras moleculares são providas por vários
companies.  Como uma alternativa para comprar estes materiais, eles
pode ser fabricada em plantas centralizadas para distribuição para
plantas de ethanol em pequena escala.
 
VI.  CHOOSING A TECNOLOGIA APROPRIADA
 
A decisão para produzir e usar combustível de ethanol requer se dirigindo
dirija e questions.  técnico e econômico indireto Estes
perguntas são importantes em qualquer balança de desenvolvimento que percorre de
uma decisão local individual para produzir em uma balança pequena para nacional-nivelar
programas.
 
Dirija perguntas técnicas e econômicas na decisão para produzir
e usa ethanol abastecem inclua o custo e a disponibilidade
de feedstock; ethanol e fim de subproduto usa e comercializando; leis
e regulamentos; balança de produção; e seleção de desígnio de planta
e opções de equipamento.
 
Fatores que afetam disponibilidade de feedstock e custo incluem transporte,
armazenamento, desperdiçamento potencial, e variações sazonais
em provisão e preço.
 
Ethanol e usos de subproduto são afetados através de transporte de produto
e distribuição, armazenamento, possível desperdiçamento de subprodutos,
variações sazonais em procura de mercado ou uso de em-local, e se
o ethanol é substituir ou seja misturado com gasolina.   Se ethanol
será misturada com gasolina, os custos e os sistemas para
distribuição, mistura, e marketing precisam ser levadas em
account.  Se ethanol é substituir gasolina, os custos de máquina,
conversão e limitações para uso de veículo são dois fatores importantes.
 
Leis e regulamentos que afetam ethanol abastecem produção variará
de país para Variações de country.  também pode acontecer entre legal
e jurisdições políticas dentro de países. Regulamentos de   devem ser
conferida para cada caso individual.   que Os regulamentos principais são
esses que previnem o uso de ethanol de combustível para consumo humano.
Geralmente, estes regulamentos requerem aquele ethanol seja desnaturada por
agentes químicos somando para o ethanol para fazer isto impróprio para humano
consumption.  prontamente denaturant disponível para ethanol é
gasolina misturou ao uma por cento por volume.   que Outros regulamentos podem
governe descargas de líquido e effluents gasoso e profissional
segurança e Leis de health.  que ditam conformidade a construir
códigos (por exemplo, elétrico, examinando, e segurança de fogo codifica) possa
também aplique.
 
Decisões relativo a balança de planta, equipamento, e desígnio de processo
dependa principalmente de feedstock, a disponibilidade de mercados para
ethanol e seus subprodutos, e a disponibilidade de planta
Economias de financing.  de balança em ethanol abastecem produção é muito
menos importante que bem-planejou integração de produção de combustível de ethanol
com economias agrícolas, transporte local, local,
utilidades, e usos de fim.
 
Reunião social indireta e perguntas econômicas também são muito importantes dentro
a decisão para produzir e usar combustível de ethanol.   decisões Econômicas
relativo a produção de ethanol mais pode confiar na habilidade para se encontrar
tais objetivos como aumentando emprego rural, alcançando energia
independência, e provendo mercados alternativos para colheitas que em
avaliação direta de custos de produção e mercado values.  Technical
decisões relativo a balança de planta, desígnio de processo, e equipamento
pode ser influenciada pela habilidade para conhecer tais objetivos como
o uso de trabalho local e equipamento localmente fabricado, o
criação de mercados alternativos para colheitas agrícolas como feedstocks,
e o uso local de energia de processo.
 
O aparecimento de ethanol como uma alternativa viável para gasolina tem
conduzida a duas controvérsias principais que podem afetar decisões considerando
ethanol abastecem produção.
 
A primeira controvérsia interessa a pergunta de rendimento de energia líquido;
quer dizer, se o conteúdo de energia do ethanol é maior
que a energia consumiu em produção.   Com tecnologia eficiente,
o conteúdo de energia de ethanol excede a em-planta direta
processe contribuições de energia antes de aproximadamente 2 a 1.   However, uma recente análise,
que levou em conta a energia cultivava feedstocks
e transportar feedstock e produtos, calculou isso
produção de ethanol consome mais energia que é produced.  O
resposta técnica para esta análise é aquele ethanol não é um primário
fonte de energia; bastante, é uma conversão de energia e
armazenamento system.  Em produção de ethanol, de baixa qualidade, difunda primário
são atualizadas fontes de energia a um combustível de alta qualidade, líquido.
Energia solar na forma de carboidrato de planta e de baixa qualidade
são convertidos combustíveis de caldeira a um combustível satisfatório para uso em transporte.
Em condições simples, a resposta é isso automóveis
não possa correr em cassava.  Quando ethanol é visto como uma energia
sistema de conversão, a pergunta de energia líquida é largamente irrelevante.
Não obstante, a pergunta é útil porque mostra o
precise selecionar esse feedstocks que requerem relativamente pequeno
cultivo e baixas contribuições de fertilizante e substâncias químicas, e o
precise usar combustíveis de caldeira de baixa qualidade.
 
A segunda controvérsia cerca o assunto de comida contra combustível;
quer dizer, se o uso de colheitas agrícolas para combustível de ethanol
produção afetará a quantia de terra adversamente disponível para
produção de comida e provisão de comida, como também afetando comida
prices.  Esta é uma pergunta complexa para qual há nenhum absoluto
answers.  por um lado, uma ampla diversão de colheitas de comida
para produção de ethanol poderia reduzir comida provê e aumento
comida prices.  por outro lado, um cuidadosamente planejou e bem-integrou
ethanol abastecem indústria necessariamente não resulta dentro
competição direta para terra agrícola e comida Baixo-valor de supplies. 
colheitas crescidas em terra marginal são freqüentemente feedstocks de álcool bom
com comida pobre pode Cultivo de value.  de colheitas de baixo-valor
contribua à economia por conversão para um alto-valor
product.  Increased emprego rural pode aumentar as pessoas é econômico
acesso para comida de alta qualidade.   Ethanol também poderia ser produzido
de artigos agrícolas que seriam exportados caso contrário.
Por exemplo, cana-de-açúcar pode valer mais como um feedstock para
produção de combustível doméstica para deslocar petróleo importado que como
uma exportação crop.  O assunto de comida contra combustível enfatiza o
precise para planejamento cuidadoso mas não signifique aquele combustível de ethanol
produção é uma tecnologia imprópria.
 
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     D. C.:   O Banco Mundial. 1982.
 
Investigações de referência em tópicos específicos relativo a combustível de ethanol
produção pode se referir por VITA ao pessoal de Renovável
Tecnologias, Inc. que preparou este relatório ou para outro VITA
voluntários com perícias em combustível de ethanol.
 
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