Гидролиз и сбраживание ТБО

Основными фракциями ТБО являются бумага и пищевые отхо­ды, содержащие значительное количество целлюлозы. Эксперимен­ты по получению промышленного этилового спирта (этанола) из целлюлозы, содержащейся в ТБО, проводились в США и Великобри­тании (рис. 10.6). Этанол получают следующим образом. Первона­чально целлюлоза подвергается гидролизу, в процессе которого она реагирует с водой в присутствии соляной кислоты в качестве катали­затора:

Для ускорения процесса и увеличения выхода этанола реакция проводится при высокой температуре. В результате получают са­хара. Раствор Сахаров сбраживается, получается раствор этилового спирта.

ТБО измельчают и сбрасывают во флотационный сепаратор, разделяющий материал на легкую и тяжелую фракции. Легкая фрак­ция, содержащая в основном целлюлозу, дополнительно измельчает­ся и подается в реактор для гидролиза. Давление в реакторе 3 МПа. При температуре 230 °С в 0,4 %-ном растворе кислоты время полу­чения максимальной конверсии составляет 12 мин. Далее следует быстрое охлаждение водой, нейтрализация с помощью карбоната кальция и фильтрация. После этого производится сбраживание при­мерно в течение 20 ч при температуре 30...38°С. Полученный водный раствор этилового спирта очищается и перегоняется с получением 95 %-ного спирта.

При гидролизе происходят две реакции: целлюлоза восстанав­ливается в сахар, сахар же под действием горячей разбавленной кислоты распадается, причем скорость восстановления и распада за­висит от концентрации кислоты, температуры и времени. Энергия реакции не зависит от концентрация кислоты и составляет 42900 кал/моль при восстановлении целлюлозы в сахар и 32800 кал/моль при распаде сахара.

Увеличение концентрации кислоты или температуры (или обоих факторов одновременно) ведет к повышению эффективности вос­становления сахара, причем в диапазоне 170... 190 °С повышение тем­пературы на 10 "С приводит к увеличению скорости реакции восста­новления сахара на 186 % и скорости распада сахара на 125 %. Расчеты позволяют выбрать концентрацию кислоты и температуру, соответствующие оптимальному выходу сахара.

1 — поступление бытовых отходов; 2— отделение хранения, частично­го измельчения и сортировки отхо­дов; 3 — фильтр; 4 — насосная установка; 5 — пополнение водой; 6 — отвод балластных фракций; 7 — отделение дробления и перека­чивания целлюлозной массы; 8 — перепускная линия для шлама; 9 — редуктор; 10 — подача кислоты; 11, 19 — охлаждение; 12 - питаю­щий подогреватель; 13—резервуар для поды; 14 — подача пара; 15 — нейтрализатор; 16 — подача карбо­ната кальция; 17 — фильтр; 18 — насосные агрегаты и пресс-фильт­ры; 20 — питательные насосы; 21 — резервуар дли сбраживания; 22 — подача дрожжей и питательных веществ; 23 — выход двуокиси уг­лерода; 24 — колонна; 25 — выход этанола; 26 — установка очистки сточных вод

Эксперименты по производству промышленного этанола пред­ставляют несомненный интерес. Но как и для всякой другой техно­логии, важнейшими показателями являются экономические. Созда­ние завода по производству этанола не позволяет пока отказаться от свалок, так как шлам завода, перерабатывающего 250 т/сут ТБО, по ориентировочным расчетам составит 200 т/сут.