在酒精发酵过程中产生大量的二氧化碳。根据酒精发酵的化学方程式计算,二氧化碳的产量为酒精重量的95.5%,但实际生产液体二氧化碳时,只能得到理论产量的50—70%。酒精发酵过程中所产生的二氧化碳纯度很高。如果发酵是在密闭式的发酵罐内进行,则二氧化碳的纯度可达的99—99.5%以上。二氧化碳中以气态存在的杂质有酒精、酯及酸等,其组分相应为。(以CO2重量为准):酒精0.4—0.8%,酯类0.03—0.4%,酸0.08—0.09%。由此可见酒精发酵过程中所产生的二氧化碳的纯度相当高,只要经过简单的提纯处理,便可能得到几乎纯粹的二氧化碳。利用酒精发酵过程中产生的二氧化碳,可以用来生产液体二氧化碳、干冰、纯碱和轻质碳酸钙等。
一、液体二氧化碳与干冰的生产
液体二氧化碳可以用来制汽水、汽酒及灭火剂等。还可用于焊接工业。固体二氧化碳—干冰,可作高效冷冻剂及人工降雨剂等,广泛应用于科学研究和工农业生产上。
酒精发酵过程产生的二氧化碳,经过净化后在较低的温度条件下(12—15℃)加压至637千帕斯卡左右,即可变成液体的二氧化碳。如要制成固体二氧化碳,则将液体二氧化碳送入蒸发器,部分二氧化碳挥发而吸收热量,即可使剩余的二氧化碳变为雪花状的固体,再经过高压,压成硬块,即成为干冰。
1.液体二氧化碳的制备过程
从密闭式发酵罐出来的CO2,经过洗涤塔洗涤,再通过内填焦炭的气体洗涤器,并由顶上注入一定流量的水,把捕集的谈酒液送回成熟醪贮箱,而气体则导入贮气柜中。气体从贮气柜里被吸入压缩机,被压缩到39.2千帕斯卡。这时,升温到l00℃,通过析油器后将其送至冷凝器,冷却至15℃。为了清洗气体中的杂质,须将39.2千帕斯卡压力之下的气体送经一个盛有木炭的容器和三个洗涤器。第一个洗涤器装满10%的KMnO4溶液,第二个装水,第三个则装吸湿剂氯化钙,以使气体干燥。
洗涤过的二氧化碳送入第二级压缩机中,压缩到98千帕斯卡压力,并加热到100—120℃,气体在冷凝器冷却到15℃,再经三级压缩机压缩至637—686千帕斯卡压力,温度为91—95℃。气体再经冷凝器冷至15℃而变成液体,然后注入钢瓶中,于784千帕斯卡压力下,保存于钢瓶中即成为液体二氧化碳产品。其质量要求为纯度不低于98%,无异味,无异臭,水分含量极少,对高锰酸钾的消耗量越低越好。
2.干冰的制造过程
液体二氧化碳进入膨胀箱,压力降至117.6千帕斯卡表压,温度降为-30℃,然后喷进压冰机的固化室再度膨胀,在三相点条件下(51.74千帕斯卡绝对压力,-56.6℃),液体二氧化碳变成雪花状的固体二氧化碳。最后在压冰机中用2058千帕斯卡压力,把雪花状固体二氧化碳压成大的硬冰块,取出盛于有隔热层的干冰箱中,即成为干冰产品。
液体二氧化碳为液态,只能在压力下灌入钢瓶中储运。干冰是固态二氧化碳,放在有隔热层的干冰箱中储运。干冰吸热后变为二氧化碳气体,它的气化温度很低,达-78℃,故不宜用手直接接触干冰,而且使用时必须注意二氧化碳气体的排除。
二、纯碱的制造
盐水吸氨后通入酒精发酵过程产生的二氧化碳,生成碳酸氢钠沉淀,再燃烧成碳酸钠(Na2CO3),即为纯碱。氨可以回收利用。
纯碱为白色粉末,是常用的化工原料。利用酒精发酵废气制纯碱的工艺过程如下:
1.溶盐和净化
在化盐池中加食盐和水,拌匀成饱和盐水,加入石灰乳调整pH值为9.2,通入碳化罐,与煅烧机送来的氨和压缩机送来的二氧化碳气体,借助盐水循环泵充分混合,可以把钙、镁等杂质沉淀除去。所得清净盐水要求清澈透明,不含悬浮物。
2.吸氨
清净盐水用泵送经吸氨管道,与由氨回收罐来的氨气作用,生成氨盐水。要求氨盐水96—102滴度,含氯不低于90滴度。吸氨是放热反应,应有足够的冷却面积进行冷却。要求氨盐水去碳化前温度控制为30—35℃。
3.碳化
氨盐水从贮桶用泵送入碳化罐,与由压缩机送来的二氧化碳作用。碳化作用时间一般为12—16小时,游离氨含量降至25滴度即表示碳化完全。碳化反应也是放热反应,同样在碳化罐内应有足够的冷却面积进行冷却。反应温度要求不超过55℃。
4.分离
从碳化罐放出的碳化液控制在28—30℃,用普通吊篮式离心机分离,分离出来的碳酸氢钠含水约6—8%,母液放入贮箱作回收氨用。
5.燃烧
燃烧机是采用转筒式干燥机,外部为加热器,筒内有刮刀和滚轮,以防结疤并翻动物料。碳酸氢钠进入缎烧机在180℃燃烧40分钟,即变成碳酸钠产品。
6.氨回收
母液用泵送入高位箱,与由石灰乳桶送来的石灰乳混合,流入氨回收罐,受热100℃左右,便可蒸出氨气,回收氨气经冷凝器冷却并除去水分供吸氨管道制备氨盐水。
三、轻质碳酸钙的制造
利用酒精发酵过程排出的二氧化碳气,通入石灰乳中生成轻质碳酸钙,它的化学反应式如:
Ca(OH)2十C02-CaCO3↓十H2O
轻质碳酸钙为白色粉末,不溶于水,中性,遇酸放出二氧化碳,广泛应用于造纸、油漆、橡胶、石棉及日用化学工业等工业。
酒精发酵废气制造轻质碳酸钙的工艺过程:先将石灰块放入化灰桶中,加水化成石灰乳,浓度为5-7Bè。经震筛、沉沙沟除去较大的砂子及团块,再经两次控液分离器(除渣器)除去粗灰粒后流入石灰乳贮箱,搅拌均匀,用泵送至碳化罐,酒精发酵排出的二氧化碳废气用鼓风机压送入碳化罐,石灰乳中的氢氧化钙便与二氧化碳作用,变为碳酸钙沉淀,用离心机分离水分,得含水35-40%的温碳酸钙。最后送入螺旋干燥机(夹套内通蒸汽)和热风气流干燥器,即得含水分0.5%以下的轻质碳酸钙产品。产品规格要求含碳酸钙98%以上,碱度0.2%以下,视比容2.5以上,水分0.5%以下。
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