طرح توجیهی تولید فورفورال ⭐ از بازیافت ضایعات کشاورزی

: امیر حبیبی; طرحهای توجیهی صنایع شیمیایی و پتروشیمی

(1 vote, average 5 out of 5)

جهت نگارش مطالعات بازار و طرح توجیهی فورفورال از بازیافت ضایعات کشاورزی با اطلاعات کاملاً به روز ، با فرمت DOC و PDF و با گزارش گیری نرم افزار کامفار ، جهت اخذ مجوز یا ارائه به بانک ، این صفحه را مطالعه نموده و سپس با ما تماس بگیرید . ضمنا میتوانید فایل pdf طرح توجیهی تولید فورفورال ( بازیافت ضایعات کشاورزی ) را که در سال های قبل نگارش شده است را صرفا جهت مطالعه از انتهای صفحه دانلود نمایید.

✔️ معرفی طرح توجیهی کارخانه تولید فورفورال از ضایعات کشاورزی !

✳️ فورفورال چیست؟

فورفورال با کد آیسیک 24113543 و تعرفه گمرکی 29321200، یکی از پر مصرف ترین ، مهم ترین و قوی ترین حلال های آلی است که امروزه به روش هیدرولیز اسیدی از انواع ضایعات کشاورزی تولید می شود.

فورفورال از زیست توده حاصل از ضایعات کشاورزی و از گیاهان چوبی مثل چوب ذرت ، باگاس ، سبوس برنج و جو و ... که حاوی پنتوزان ها (قندهای آلدوزی) هستند ، تهیه می شود (برادی و همکاران ، 2000).

✳️ ویژگی های محصول مورد بررسی در طرح توجیهی تولید فورفورال !

فورفورال مایعی است وقتی تازه تقطیر شده باشد مانند آب بی رنگ و سیال با بویی شبیه (بنزآلدئید - بادام) می باشد ولی در مجاورت با هوا ، اکسایش خود به خودی در آن اتفاق افتاده و به رنگ قرمز تا قهوه ای تیره تغییر می کند. فرمول مولکولی آن C₅H₄O₂ است.

فورفورال صنعتی دارای رنگ زرد کم رنگ تا قهوه ای می باشد و می توان بدون هیچ گونه احتیاطی آن را در ظرف های فولادی نگه داری نمود اگرچه به تدریج در مجاورت هوا سیاه می شود و خاصیت اسیدی و پلیمر شدن آن افزایش می یابد ولی با نگهداری آن دور از اکسیژن جو می توان از اتو اکسیداسیون آن جلوگیری کرد.

فورفورال از مهم ترین اعضای ترکیبات هتروسیکلیک با حلقه غیر اشباعی است. فورفورال منو آلدئیدی است مشتق از فورفورال که گروه CHO ، اتصال اتری C-O-C و سیستم متناوب پیوند یگانه و دوگانه ، تماماً باعث شده اند تا فورفورال به عنوان یک ماده شیمیایی فعال با مصارف صنعتی گسترده مطرح باشد.

قندهای منومری نظیر پنتوزها و هگزوزها را می توان از هیدرولیز چوب و ضایعات کشاورزی به دست آورد که در اثر عمل هیدرولیز به پنتوز تبدیل می شوند.

زایلوز یکی از مهم ترین پنتوزها است که دارای فرمول شیمیای C₅H₁₀O₅ بوده و به میزان زیادی در سبزیجات وجود دارد وقتی سه مولکول آب از زایلوزها جدا می گردد فورفورال تهیه می شود در عمل واکنش های پیچیده بسیاری رخ می دهد که منجر به تشکیل مواد میانی متعددی می گردد.

✔️ موارد مصرف و کاربرد محصول مورد بررسی در طرح توجیهی تولید فورفورال !

✳️ موارد مصرف و کاربرد فورفورال چیست؟

استفاده مهم فورفورال برای ساختن ترکیبات فوران و تترا هیدروفوران می باشد. (از قبیل فورفوریل الکل ، تتراهیدرو فورفوریل الکل ، فوران ، تتراهیدرو فوران (THF) و فورفورال استن).

فورفورال به عنوان یک حلال انتخاب شده برای جدا کردن ترکیبات اشباع شده از ترکیبات اشباع نشده در نفت روغن های چرب کننده (گریس) ، نفت گاز و سوخت دیزل ، همچنین در روغن نباتی به عنوان یک عامل ترکیبی در رزین ها و مخصوصاً در رزین های فنل ، آلدئیدها به عنوان عامل رنگ بر باقی مانده تقطیر روغن ترپانتین چوب ، به عنوان حلال رزین و در تقطیر استخراجی بوتادین و سایر هیدروکربن های C₄ که در ساختن لاستیک سنتزی به کاربرده می شود مورد استفاده واقع می شود.

فورفورال حد واسط شیمیایی مهم است و برای ساختن انواع گوناگون محصولات تجاری که از قطر صنعتی اهمیت به سزایی دارند به کار می رود ، از جمله پیرول ، پیرولیدین ، پای پیریدین ، متیل فوران ، متیل تتراهیدروفوران ، دی هیدروفوران ، تتراهیدروپیران و ... مورد استفاده واقع می گردد.

فورفورال یکی از حلال های است که در تصفیه روغن های چرب کننده برای ازدیاد ثبات در هنگام کار ، اصلاح نسبت بین ویسکوزیته و درجه حرارت مورد استعمال بسیار وسیعی دارد.

ترکیبات مازاد آروماتیک و اولفینیک روغن به طور دلخواه در فورفورال حل شده و با این ترتیب از ترکیبات مورد احتیاج پارافینیک و نفتالینیک جدا می شود. با استفاده از حلال فورفورال ، روغن های گلیسرید طبیعی به دو یا چند قسمت تقسیم شده و جدا شدن این گلیسرید بستگی به درجه غیر اشباع بودن آن ها دارد.

فورفورال را نیز به عنوان عامل رنگ بر از مواد باقی مانده تقطیر چوب مورد استفاده قرار می دهند. همچنین به عنوان محیط تقطیر استخراجی در یکی از روش های ساختن بوتادین در نفت که به وسیله شرکت فیلیپ پترولیوم توسعه یافت به کار می رود.

تمام هیدروکربن ها با چهار کربن از قبیل نرمال بوتان ، ایزو بوتان ، 1-2 بوتن ، 2- بوتن ، و بوتادین دارای نقطه جوش متشابه ، ولی قابلیت حل متفاوت هستند.

صنایع شیمیایی ، بهداشتی و دارویی از فورفورال به عنوان ماده پایه جهت سنتز انواع ترکیبات استفاده می کنند. در ضمن خود فورفورال نیز موارد مصرف متعددی دارد.

از این لحاظ کاربردها و موارد مصرف فورفورال را به دو دسته تقسیم می کنند. کاربردهای مستقیم و کاربردها ی غیر مستقیم و یا به عبارتی کاربردهایی که از خود فورفورال بدون اینکه هیچ گونه تغییر ی در ساختار شیمیایی آن داده شود و کاربردهایی که نقش ماده خام اولیه را به عهده دارد.

✳️ کاربردهای مستقیم فورفورال :

الف- از فورفورال به عنوان ماده استخراج کننده دیگر مواد می توان استفاده نمود :

فورفورال قادر است مواد آروماتیک را از روغن های روان کننده استخراج کند و بدین ترتیب رابطه ویسکوزیته و دما را برا ی این روغن ها بهبود بخشد.
استخراج مواد آروماتیک از سوخت ها ی دیزلی جهت بهبود ویژگی ها ی احتراق (به صورت موردی می توان به جای فورفورال در استخراج آروماتیک ها در فرآیند تولید روغن روان کاری از N- متیل پیرولیدون استفاده نمود.)
برا ی استخراج ترکیبات سیر نشده از روغن ها ی گیاهی نظیر روغن دانه سویا و تهیه روغن ها ی خشک شونده مورد مصرف در رنگ ها و جلا دهنده ها که در هوا اکسید شده و تشکیل پلیمرهای شبکه ای را می دهند.

ب- فورفورال به عنوان قارچ کش نیز مورد استفاده قرار می گیرد. جالب است بدانیم که برا ی جلوگیری از رشد کپک پنی سیلین به غلظت ها ی 10 تا 15 درصد فرمالدهید نیاز است در حالی که فورفورال با غلظت 0.5 درصد نیز می تواند جلوی رشد این کپک را بگیرد.

پ- از فورفورال می توان به عنوان کرم کش (Nematocide) نیز استفاده نمود.

✳️ کاربردهای غیرمستقیم فورفورال :

فورفورال را نه تنها می توان به دیگر مواد شیمیایی تبدیل نمود بلکه در فرآیند تهیه فورفورال برخی اسیدهای کربوکسیلیک نیز به دست می آیند که بسته به نوع ماده خام این اسید می تواند اسید استیک ، اسید فورمیک ، اسید پروپیونیک ، اسید بوتیریک و یا اسیدهای کربوکسیلیک با تعداد کربن بالاتر باشد.

تحت شرایط خاصی به دلخواه می توان همراه با تولید فورفورال ، دی استیل و 2 و3 پنتان دی اون تهیه کرد که به عنوان مواد معطر کاربرد دارند.

در واقع این مواد محصول جانبی واحد تولید فورفورال محسوب می شوند. از فورفورال می توان به عنوان ماده خام اولیه جهت تولید بسیاری از مواد شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.

مواد مشتق شده از فورفورال به شرح زیر هستند :

الف- فورفوریل الکل :

فورفوریل الکل مهم ترین مشتق فورفورال محسوب می گردد و در حال حاضر تقریباً 65 درصد فورفورال تولیدی به این ماده تبدیل می شود. فورفوریل الکل ، عمدتا در تولید رزین های فوران به کار می رود.

این رزین ها نیز برای اتصال شن در کارخانه ذوب فلزات مورد استفاده قرار می گیرد ، و مهم ترین بازار مصرف فورفورال می باشد.

ب- فوران (Furan)

پ- اسید فوریک (Fuoric Acid)

از این ماده در صنایع دارویی و شیمیایی و کشاورزی استفاده می شود و اکثرا به کلرید فوریل تبدیل شده و جهت تولید انواع دارو و حشره کش به کار برده می شود.

ت- دی فورفورال (5و5- دی فورمیل -2 و 2- دی فوران) :

از این ماده می توان پلیمرهای مقاوم در دماهای بالا تهیه کرد.

ث- 2- هیدروکسی فورانون (5) (Hydroxy furanone.5-2)

ج- استوین (Acetoin) :

این ماده در واقع استیل متیل کاربینول است و مهم ترین مشتق دی استیل می باشد.

ح- پیرازین ها (Pyrazines)

خ- تتراهیدروفوران (THF) :

این ماده از هیدروژن دار کردن فوران تهیه می شود که خود فوران نیز از فورفورال به دست می آید.

چ- رزین های فوران (Faran Resins) :

این رزین ها را می توان هم از فورفورال و هم فورفوریل الکل تهیه کرد. این رزین ها از لحاظ ساختار و خواص مانند رزین های فنول-فرمالدهید می باشند و در محیط های اسیدی یا قلیایی می توان آن ها را تهیه کرد.

د- تترا هیدروفورفوریل الکل (Tetrahydrofurfural Alcohol)

ذ- دی هیدروپیران (Dihydropyran) -(DHP)

ر- اسیدمالئیک‌ (Matyl furan)

ژ- پلیمرهای فورفورال (Furfural Polymers) :

که شامل هموپلیمرهای فورفورال می شود این پلیمرها زمانی که در غیاب اکسیژن گرما داده شوند به محصولات شبکه ای با ساختار بسیار مقاوم در دماهای بالا تبدیل می شوند.

س- فورفیل الکل پلیمر (Furfural Alcohol Polymers) :

این پلیمرهای از فورفوریل الکل که یک مونومر دو عاملی می تواند در نظر گرفته شود طی مکانیسم رادیکال آزاد تهیه می شوند.

ش- وران پلی (Furan Polymers):

این گروه از پلیمر در واقع پلیمرهای رنگ ساز هستند و به دلیل داشتن ساختار ویژه رنگی می باشند.

ص- فورفوریل استات پل (Furfural Acetate Polymers):

این دسته پلیمرها را از فورفوریل استات طی یک فرآیند پلیمریزاسیون در شرایط اسیدی تهیه می کنند و محلول های حاصله از این پلیمرها سبز پر رنگ می باشند. این پلیمرها در حالت محلول از خاصیت رسانایی الکتریکی برخوردار هستند.

فورفورال نیز به خوبی سایر مشتقاتش نظیر فورفوریل الکل ، می تواند به تنهایی یا در ترکیب با فنول ، استون ، یا اوره برای ساخت رزین های جامد مورد استفاده قرار گیرد. چنین رزین هایی در ساخت فایبر گلاس ، برخی از اجزای صنایع هوایی و ترمز خودرو مورد استفاده قرار می گیرند.

ط- تترا هیدرو - 2 - فوران متانول (THFA) با فرمول مولکولی C₄H₇ OCH₂ OH :

این مشتق مایع سیال شفافی است که دارای بوی ویژه ای بوده و به عنوان حلال برای تمیز نمودن قطعات الکتریکی و عامل جفت کننده شیمیایی در سنتز آلی و تهیه رزین وینیل ، رنگ و لاستیک استفاده می شود (شرکت برنکم ، 2004)

فورفورال همچنین به عنوان ماده شیمیایی واسطه در تولید فوران حلال ها و تترا هیدروفوران مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروکسی متیل فورفورال در دامنه گستردهای از غذاهای فرآوری شده تحت گرما شناسایی شده است (سایت اکسپرینس فستیوال).

پلیمرهای حاصل از فورفورال نیز ویژگی های مطلوبی شامل مقاومت به گرما ، مقاومت به تجزیه ، مقاومت به تابش ، نیمه هادی بودن و جذب بالای نوری به علت داشتن پیوندهای دوگانه مزدوج دارا می باشند (yan fang و همکاران ، 2005).

✳️ کالای جایگزین فورفورال چیست؟

فورفورال با توجه به گستردگی در کاربرد ، و همچنین با توجه به اینکه ماده اولیه اصلی برای ساخت مواد با ارزش صنایع مختلف اشاره شده در بخش کاربردها می باشد ، به طورکلی نمی توان جایگزین مناسبی با این گستردگی پیدا نمود.

همان طور که در بخش کاربردها اشاره شد فرآورده های حاصل از فورفورال به عنوان مواد اولیه ضروری صنایع مختلف بوده ، که در آینده با توسعه برخی از این فرآورده ها می توان شاهد رشد تقاضای فورفورال خواهیم بود.

✔️ چرا باید به سمت اجرای طرح توجیهی تولید فورفورال برویم ؟

✳️ چرا اجرای طرح توجیهی تولید فورفورال اهمیت استراتژیک دارد ؟

امروز استفاده از فورفورال به صورت مستقیم و یا به عنوان ماده واسطه ای در تولید محصولات مختلف هر روز بیش از پیش گسترش می یابد. به گونه ای که تولید و مصرف آن از سال از سال 2000 تا 2010 با رشد 5 درصد رو به رو شده است و پس از کاهش قیمت آن از سال 1996 تا 2002 دوباره از سال 2001 تا 2010 رشد صعودی و تقریباً ثابت به خود گرفته است.

سالانه حجم عظیمی از ضایعات کشاورزی (باگاس ، برنج ، چوب ذرت و... ) ایجاد می گردد. جمع آوری و دفع این ضایعات نه تنها مستلزم صرف هزینه فراوان و ایجاد آلودگی های زیست محیطی می باشد ؛ بلکه اتلاف سرمایه ای است که قابلیت های متعددی برای به کارگیری در صنایع مختلف دارد.

یکی از این کاربردها ، تولید ماده ارزشمند فورفورال می باشد. این ماده در سنتز و تولید ترکیبات شیمیایی گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد و به عنوان حلال در صنایع روغن و رنگ و لاک ها به کار می رود.

در دنیای کنونی پیشرفت علوم همواره به کمک جوامع بشری آمده است و این جوامع توانسته اند با به کارگیری شیوه های نوین بر مشکلات و کاستی های موجود چیره شوند.

در شرایطی که انتشار گازهای گلخانه ای و گرم شدن زمین ، قیمت های بالای نفت و دلارهایی که صرف تضمین واردات نفت می شود ، همه و همه دست به دست هم داده اند که استفاده از سوخت های فسیلی محدود شود ، پالایش زیستی فرصت های جدیدی را فراروی کشورها قرار داده است.

استفاده از منابعی از قبیل ضایعات کشاورزی و چوب برای تولید مواد شیمیایی (مانند فورفورال ، متانول ، اتانول ، اسیداستیک ، استون ، اتیلن ، هیدروژن ، لوگلوکوزان و...) ، سوخت زیستی ، پلاستیک و غیره دستاورد جدید علمی است که به کاهش اهمیت نفت به عنوان اصلی ترین ماده اولیه صنعتی کمک نموده است (گراویتی و همکاران ، 2000 ؛ سازمان بیوتکنولوژی صنعتی ، 2000).

فورفورال دارای ویژگی های بی نظیری بوده و به علت کم بودن هزینه های تولید آن ، توجه تولید کنندگان را به خود جلب نموده است.

تولید دارو و مواد شیمیایی ویژه ، جایگزینی با فنول در تولید رزین ها و نیز تولید پلیمرهای ویژه برخی از کاربرد این ماده می باشد.

علاوه بر این طی سال های اخیر در آفریقای جنوبی و آمریکا استفاده از این ماده به عنوان یک آفت کش دوست دار محیط زیست برای دفع نماتد (کرمک) در مزارع کشاورزی رواج یافته است (آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا ، 2006).

در سال های اخیر بحث استفاده از مواد تجدید شونده در فرآیندهای صنعتی و تولید مواد شیمیایی ، به طور جدی توسط دولت ها و مراکز تحقیقاتی کشورهای پیشرفته دنبال می شود.

با توجه به نقش پالایش زیستی در احیای محیط زیست بیانگر آن است که در آینده زیست توده مهم ترین ماده اولیه برای تهیه مواد شیمیایی صنعتی خواهد بود (گراویتی و همکاران ، 2000 ؛ گراویتی ، 2006).

فناوری های مکمل پالایش زیستی نیز که از پسماندهای آلی حاصل از کشاورزی ، جنگل داری ، شیلات ، شهرها و صنایع استفاده می کنند ، این مواد را ازمحیط زیست زدوده و از ضرائب خطر آن ها می کاهند.

در مقابل مواد فراوان ساخته شده از نفت ، مواد زیستی سمیت کمتر و تخریب پذیری زیستی بیشتری دارند. مفهوم پالایش زیستی همچنین جدا سازی دی اکسید کربن را آسان کرده و انتشار آن را کاهش می دهد. فناوری پالایش زیستی ، مواد لیگنوسلولزی متفاوت را به مواد شیمیایی ، سوخت های زیستی و ماده قابل تجزیه میکروبی تبدیل می کنند (گراویتی و همکاران ، 2000).

راه برد جایگزینی محصولات نفتی با مواد شیمیایی غیر آلاینده حاصل از زیست توده شامل جایگزینی مستقیم ، جایگزینی غیر

✔️ بخشی از دانش فنی طرح توجیهی تولید 500 تن فورفورال در سال از ضایعات کشاورزی !

✳️ محصولات جانبی اجرای طرح توجیهی تولید فورفورال با ظرفیت 500 تن در سال :

متانول (الکل متلیک) : 82000 کیلو گرم در سال
اسید استیک : 300000 کیلو گرم در سال
استون : 82000 کیلو گرم در سال

این در صورتی می باشد که تکنولوژی تولید ما تنها فورفورال را پشتیبانی نماید (یعنی همراه با تولید لویولنیک اسید و... نباشد). همچنین در صورت لحاظ نمودن محصولات جانبی مقدار سود سالیانه افزایش می یابد ؛ به ازای هر تن تولید فورفورال ما به طور متوسط : الکل متیلیک : (160 کیلوگرم) ؛ استون : (160 کیلوگرم) ؛ اسید استیک : (600 کیلوگرم) خواهیم داشت.

✳️ مواد اولیه مصرفی سالیانه کارخانه تولید فورفورال از ضایعات کشاورزی با ظرفیت تولید سالیانه 500 تن !

پسماند زراعی : 12500 تن در سال
اسید سولفوریک : 325 تن در سال
کربنات سدیم : 5 تن در سال
آهک : 250 تن در سال

✔️ ماشین آلات و تجهیزات و تاسیسات کارخانه تولید فورفورال از ضایعات کشاورزی با ظرفیت تولید سالیانه 500 تن !

✳️ ماشین آلات و تجهیزات خط تولید فورفورال :

تجهیزات پیش آماده سازی (خرد کن برای چوب ذرت ، یا خشک کن چرخشی برای باگاس و...).
مخلوط کن اسید
راکتورها
فیلترها
تولید کننده بخار ثانوی
یک برج تقطیر آزوتروپیک
یک برج تصفیه با بخش کنترل دیجیتال
پانل کنترل
کامپیوتر با نرم افزار کنترلی
دو عدد پمپ خلاء.
پمپ ، مخازن ، لوله کشی و نشانگرها
امنخاب ها : بویلر ، تصفیه پساب ، برج خنک کن ، تجهیزات بازیابی اسید استیک

✳️ تأسیسات کارخانه تولید فورفورال :

تاسیسات سرمایش و گرمایش
تاسیسات اطفاء حریق
تاسیسات آب و تصفیه پساب

✳️ انشعاب های مورد نیاز کارخانه تولید فورفورال :

آب
برق
تلفن : 4 خط
گاز

✳️ لوازم اداری و خدماتی کارخانه تولید فورفورال :

میز و صندلی : 10 عدد
دستگاه فتوکپی : 1 عدد
کامپیوتر و لوازم جانبی : 6 عدد
تجهیزات اداری : 20 سری
خودرو سبک : 2 عدد
خودرو سنگین : 1 عدد
لیفتراک برقی : 1 عدد

✳️ میزان پرسنل و آب و انرژی مورد نیاز صنعت تولید فورفورال از ضایعات کشاورزی با ظرفیت تولید سالیانه 500 تن !

آب و برق و انرژی مورد نیاز کارخانه تولید فورفورال با ظرفیت 500 تن در سال :

برق مصرفی : 274500 کیلووات در سال
آب مصرفی : 30000 متر مکعب در سال
تلفن : 360000 پالس در سال
گاز : 45000 متر مکعب در سال
گازوئیل : 15000 لیتر در سال
بنزین : 6000 لیتر در سال

وضعیت اشتغال زایی کارخانه تولید فورفورال با ظرفیت 500 تن در سال :

مدیر ارشد : 1 نفر
مدیر واحد : 3 نفر
پرسنل تولیدی متخصص : 1 نفر
پرسنل تولیدی (تکنیسین) : 2 نفر
کارگر ماهر : 2 نفر
کارگر ساده : 8 نفر
خدماتی : 1 نفر
سایرین (راننده و...) : 2 نفر

جمع : 20 نفر

✔️ زمین و محوطه سازی و ساختمان های کارخانه تولید فورفورال با ظرفیت تولید سالیانه 500 تن !

✳️ زمین های مورد نیاز کارخانه تولید فورفورال 500 تنی :

زمین سالن های تولید و انبار و تاسیسات : 2600 متر مربع
زمین ساختمان های اداری ، خدماتی و عمومی : 200 متر مربع
آزمایشگاه : 200 متر مربع
زمین محوطه : 1000 متر مربع
زمین توسعه طرح : 1000 متر مربع

✳️ ساختمان های تولیدی و غیر تولیدی کارخانه تولید فورفورال :

سوله خط تولید : 1550 متر مربع
انبارها (مواد اولیه و محصول نهایی) : 1000 متر مربع
آزمایشگاه : 200 متر مربع
ساختمان اداری ، خدماتی ، عمومی : 200 متر مربع
محوطه سازی ، خیابان کشی ، پارکینگ و فضای سبز : 1000 متر مربع
دیوارکشی : 450 متر

✔️ فرآیندهای صنعتی تولید فورفورال !

فرآیندهای تهیه فورفورال بسیار متنوع است چرا که از گذشته ته حال بسته به شرایط و امکانات موجود در کشورهای مختلف روش های گوناگونی ابداع گشته است.

هر یک از این روش ها مزایا و معایب خاص خود را دارد. اما آنچه حائز اهمیت می باشد آسان است که بتوان فورفورال را از منابع گیاهی حاوی پنتوزان به گونه ای تهیه کرد که فشار و دما تا حد امکان پایین باشد و بهره فورفورال نیز تا حد امکان بالا برود.

در فرآیندهای جدید ، می توان فورفورال را از منابع خام گیاهی حاوی پنتوزان طی دو مرحله تهیه کرد به گونه ای که در مرحله اول دما در حدود 20 تا 70 درجه سانتیگراد بوده و فشار در حد فشار اتمسفر و در مرحله دوم دما حدودا زیر C° 110 و فشار در دامنه 1 تا 2 اتمسفر باشد.

در این فرآیند از اسید غلیظ استفاده می شود و هر یک از واکنش ها در یک راکتور جداگانه صورت می گیرد. فورفورال به دست آمده از طریق فرآیندهای خالص سازی نسبتا راحت ، خالص سازی می شود.

در مرحله اول که واکنش هیدرولیز صورتمی گیرد از اسید هیدروکلریک 5 تا 6 نرمال که معادل غلظت آزئوتروپیک 20 درصد وزنی است استفاده می شود.

زمان واکنش هیدرولیز حداکثر می تواند 2 ساعت باشد چرا که با زیاد شدن زمان واکنش مواد سلولزی موجود در ماده خام گیاهی مورد حمله اسیدی غلیظ قرار خواهند گرفت و در نتیجه انواع شکر و نهایتا گلوکز را خواهیم داشت.

به هم زدن محیط واکنش به طور دائم فراند هیدرولیز را سریع تر می کند. برای بر هم زدن محیط واکنش محلول اسیدی حاوی پنتوز به دست آمده از مرحله ی بر گشت داده شده و وارد محیط واکنش حاوی مواد خام گیاهی و اسید غلیظ می شود.

مرحله ی دوم که در واقع واکنش آب گیری از پنتوز است که در دمای حدودا C° 100 تا C° 110 انجام می شود. در مرحله ی آب گیری جریان بخار آب و جریان محلول حاوی پنتوز در جهت مخالف هم حرکت کرده و بدین ترتیب برخورد بیشتر شده و راندمان واکنش بالاتر می رود (شکل).

در ضمن از آن جایی که زمان تماس فورفورال در فاز مایع بسیار کوتاه است واکنش های اتلافی در این شیوه کاملا حذف خواهند شد. لازم است که محلول حاوی پنتوزان قدری از یک ضد کف مناسب مانند ضد کف های سیلیکونی را دارا باشد.

پس از پایان یافتن واکنش آب گیری اسید غلیظ را که در فاز آبی وجود دارد از طریق دکانته کردن از فاز آلی جدا می کنیم. اسید پیش از آن که به مرحله اول برگردانده شود لازم است که به غلظت آزئوتروپیک به رسد یعنی 20 درصد وزنی.

سرعت مرحله اول فرآیند تولید فورفورال ، واکنش آبکافت ، به طور متوسط در حدود 50 برابر بیشتر از مرحله دوم، یعنی واکنش آب زدایی است ، از این رو مرحله محدود کننده در فرآیند تشکیل فورفورال ، واکنش آبزدایی است (گراویتی و همکاران ، 2000).

در شکل طرح ساده ای از فرآیند دو مرحله ای تهیه فورفورال از منابع گیاهی ترسیم شده است.

روش های تولید آن به صورت پیوسته و ناپیوسته صورت می گیرد ولی امروزه بیشتر از فرآیند ناپیوسته استفاده می شود. به کار گیری فرآیندهای ثانویه برای پسماندهای لیگنو سلولزی یا استفاده از آن ها و در هر یک از این روش ها ، بازده ، بازیابی ، تولیدات جانبی ، مواد خام و قیمت تمام شده آن ها ، اندازه دستگاه ها ، سرمایه ثابت و کیفیت محصول تولید متفاوت می باشد.

✳️ فرآیند quaker oats :

فرآیند quaker oats (شکل پایین) از اسید سولفوریک به عنوان کاتالیزور استفاده می کند و خوراک می تواند باگاس ، سبوس برنج و سایر ضایعات کشاورزی باشد ، به اسیدسولفوریک رقیق آغشته می شود. دایجسترهای مورد استفاده کروی بوده و سطح داخلی آن ها با آجرهایی از جنس کربن و سیمان ضد اسید ، پوشانده می شود.

دایجستر حول محور افقیاش دوران می کند. بخار فشار بالا موجب ایجاد دمای 152 درجه سانتی گراد و فشار نسبی Kg/cm² 4.2 می شود. نسبت جامد به مایع مورد استفاده در راکتور حتی المقدور بالا است.

بعد از اینکه دایجسترها به فشار و دمای بالا رسیدند. شیر بخار به منظور جا به جایی بخار فورفورال باز می شود. این بخارات به منظور تولید بخار فشار پائین از یک ری بویلر عبور کرده و به سمت برج عاری سازی هدایت می شوند.

بخارات بالای این برج کندانس شده و در یک دکانتور به دو فاز جدا می شوند. لایه بالایی که حاوی آب و قدری فورفورال و مقداری از مواد سبک نظیر متانول و استون است به یک برج دمای پایین وارد شده تا مواد سبک مذکور در بالا جدا و به عنوان محصول فرعی خارج شوند.

محصول پایین برج با دمای پایین به عنوان رفلاکس وارد بالای برج عاری سازی می شود و لایه پایین دکانتور که از فورفورال غنی است وارد یک برج آب گیری شده تا میزان کم آب موجود در آن با استفاده از بخار فشار پایین خارج شود. فورفورال خالص پس از عبور از خنک کننده های محصول داخل ظرف های مخصوص فورفورال جمع آوری می شود.

مایع خروجی از پایین برج عاری سازی با اضافه کردن مقدار مناسب از اسید سولفوریک مجدداً در آماده سازی و آغشته کردن خوراک به محلول کاتالیزور مورد استفاده قرار می گیرد. مواد اولیه پس از انجام واکنش تخلیه شده و به عنوان لیگنین عمدتاً به مصرف سوخت بویلر می رسد.

سایر مصارف به لحاظ خورندگی بالای پسماند بسیار محدود است.

در این فرآیند عمل وارد کردن بخار 6 تا 8 ساعت به طول می انجامد. گزارش شده است که 100 کیلوگرم مواد اولیه به 28 لیتر آب ، 2 کیلوگرم اسید سولفوریک غلیظ و 260 کیلوگرم بخار نیاز دارد که در نهایت منجر به تولید 10 کیلوگرم فورفورال می شود.

✳️ فرآیند ROSENLEW :

فرآیند SAVO در سوئد و توسط SAVO ارائه گشت و استفاده از آن تنها محدود به پسماندهای چوبی فرآیند استخراج تنین (Tennin) ترکیب خاصی از مواد فنولی که در برخی گیاهان یافت می شود و در صنایع دباغی ، رنگ ریزی ، ساخت جوهر و دارویی مصرف دارد. حال آن که فرآیند ROSENLEW در حال حاضر برای خوراک های مختلفی از جمله باگاس قابل استفاده است.

در این فرآیند مواد اولیه با استفاده از مایع خروجی پایین برج تقطیر فورفوال ، در دمایی حدود 80 درجه سانتی گراد مرطوب می شوند و سپس به صورت پیوسته و به نسبت تنظیم شده توسط یک سیستم خوراک دهی مناسب وارد راکتور می شوند. راکتور فورفورال در فشار 11 تا 12 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و دمای T متناظر با آن کار می کند.

بخاری که از سیستم خوراک دهی لغزشی Lide feed system تراوش می کند و حاوی فورفورال است جداگانه جمع آوری شده و به مخزن مایع خروجی از پایین برج تقطیر فورفورال هدایت می شوند.

(این بخش در شکل نمی باشد) بخار از پایین و در فشار 15 کیلوگرم بر سانتی متر مربع وارد راکتور می شود مواد اولیه با یک جریان ثابت در طول راکتور پایین آمده و سپس مانند هیدرولیز به سمت سیلکون تخلیه می شود.

بخار که در راکتور و در جهت مخالف مواد اولیه به سمت بالا می رود. باعث تشکیل اسید از مواد اولیه شده و این با توجه به خاصیت کاتالیستی اش بر روی پنتوزان ، خوراک را به پنتوزها و در نهایت به فورفورال تبدیل می کند.

مخلوط آب - فورفورال در حالت بخار و در فشار محدود ، حدود 12 کیلوگرم بر سانتی متر مکعب از بالای راکتور خارج شده و وارد کندانسورهایی می شوند که همراه با تولید بخار ثانویه 2 کیلوگرم بر سانتی متر به مایع تبدیل می شود.

ارتفاع مواد اولیه در راکتور توسط یک پرتو افکن رادیو اکتیو گاما که شیر خروجی پسماند هیدرولیز را کنترل می کند تنظیم می شود در شرایط عادی زمان اقامت مواد اولیه در داخل راکتور 1 تا 2 ساعت است.

جریان خروجی از کندانسور که حاوی 5 تا 7 درصد فورفورال است تقطیر شده و توسط دکانتور جدا می شود و در نهایت آب گیری می شود. بخش تقطیر فرآیند همان است که در فرآیند Quakeroats وجود دارد نیاز بخار در این فرآیند 22 کیلوگرم به ازای 1 کیلوگرم فورفورال تولید شده است.

ROSENLEW بخش بازیافت اسیداستیک را در کنار واحد تولید فورفورال پیشنهاد می کند. در این فرآیند بخارات به منظور جدا سازی ذرات جامد و مواد رزینی همراه ، وارد یک اسکرونر شده (دستگاهی است که برای حذف گرد و خاک و گازهای نامطلوب و یا شستن مایعات همراه از جریان گاز به کار می رود) و سپس از درون یک ستون جذب عبور می کنند در استون جذب آب اشباع از فورفورال ، از بالا اسپری شده و به سمت پایین جاری می شود و اسید استیک را از بخارات بالا رونده خارج می کنند بخارات تبدیل به مایع شده و سپس به بخش عاری سازی فورفورال ، خنثی سازی ، جدا سازی و اب گیری هدایت می شوند.

ستون جذب به لوله هایی مجهز شده است که از داخل آن بخار فشار پایین جریان دارد (steam calandria) تا فورفورال و آب را به سر حد ممکن از مایع جمع آوری شده خارج کند و اسید استیک به دست آمده حتی المقدور دارای غلظت بیشتری باشد.

این مایع سپس در یک ستون تقطیر در خلاء تغلیظ می شود اسید استیک از بالا و مخلوط آب - فورفورال از پایین خارج می شود.

اسید استیک غلیظ دوباره به منظور خارج ساختن ترکیبات سبک ، تحت عملیات عاری سازی قرار می گیرد. بازیافت اسید استیک 50 تا 60 درصد فورفورال به دست آمده و مصرف بخار در فرآیند اصلاح شده حدود 38 کیلوگرم به ازای یک کیلوگرم فورفورال تولید شده است.

✳️ فرآیند Petrole Chimie :

این فرآیند بر مبنای فرآیند Agrifurane اولیه است در این فرآیند خوراک همراه با نسبت مناسبی از مایع خروجی پایین برج تقطیر فورفورال به داخل یک سری از راکتورهای ناپیوسته ساکن وارد می شود.

برای راه اندازی اولیه در اولین راکتور از آب به جامد مایع مذکور استفاده می شود. در شرایطی عادی از نسبت جامد به مایع 1 به 6 استفاده می شود.

به صورت هم زمان در همه راکتورهای نا پیوسته ، بخار در فشار 9 کیلوگرم بر سانتی متر مربع مورد استفاده قرار می گیرد.

تا جامد و مایع موجود در محیط واکنش گرم شده و فشاری حدود 6.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع پیدا کنند وقتی همه راکتورها به اندازه لازم فشار گرفتند ، توسط خطوط بخار به هم متصل می شوند ، به گونه ای که بخار خروجی از اولی به درون دومی و بخارات ناشی از دومی به درون سومی و همین طور تا آخر عبور می کنند بخار تنها از راکتور اول وارد شده و مخلوط بخار - فورفورال خروجی از راکتور پایانی در سری راکتورها توسط یک شیر فشار شکن اتوماتیک کنترل می شود.

در طرح معمول با 5 راکتور نا پیوسته وقتی که فشار خروجی بخار در 6.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع تنظیم شود راکتور اول فشاری حدود 9.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع از پایین راکتور اول به صورت پیوسته وارد می شود.

در این فرآیند ، تشکیل فورفورال و انجام عمل عاری سازی بر روی آن به منظور کاهش امکان پلیمری و رزینی شدن به هم زمان انجام می شود.

با به کار گیری حداقل دو بخش نا پیوسته عملیاتی به طور موازی ، پیوستگی جریان بخار به کندانسور و همچنین تولید و مصرف بخار فشار پایین در بخش تقطیر ، تضمین می شود ، از نقطه نظر مهندسی ، واکنش های شیمیایی این راکتورها می توانند به عنوان یک سری از راکتور های هم زن دار نیمه دار نیمه (sstr) با یک جزء (بخار) در جریان PLUG بررسی شوند. با تحلیل دقیقی از سینیتیک واکنش و با استفاده از نتایج مطالعات نیمه صنعتی PETROLE CHIMIE تعداد بهینه راکتورها را در حالت سری و برای حداکثر بازده ، پنج تعیین کرده است.

مخلوط بخار فورفورال که تقریباً شامل 4.5 تا 5% فورفورال است به یک کندانسور بخار هدایت می شود اگر چه استفاده از مبدل های صفحه ای QLATETYPE HEAT EXHANGER از نقطه نظر میزان انتقال حرارت بهتر است ولی به دلایل متعدد طراحان ترجیح می دهند از مبدل پوسته ، لوله (با عبور بخار از داخل لوله) مرکب با یک تولید کننده بخار فشار پایین از نوع ترموسافین استفاده می شود.

بخار مایع شده در سیستم های دیگر ، تحت عملیات ، تقطیر ، جدا سازی و آب گیری قرار می گیرد. در شرایط متعادل زمان بخار دهی در طول عمل هیدرولیز و مرحله عاری سازی حدود 180 دقیقه است.

زمان پیش گرم کردن که بستگی به اندازه راکتور دارد در این مقدار مشمول نیست اما در طرح های عادی این زمان بین 60 تا 90 دقیقه است) و دبی بخار حدود 19 تا 20 کیلوگرم به ازای یک کیلوگرم فورفورال تولید شده است.

مصرف کل بخار 25.5 کیلوگرم به ازای یک کیلوگرم فورفورال تولید شده است. همانند دیگر سیستم ها فورفورال به منظور تشکیل آرتوتروپی که به دو لایه تقسیم می شود ، تقطیر می گردد لایه پایین که از فورفورال غنی است ، به منظور به دست آوردن فورفورال گرید صنعتی ، خنثی شده و آب گیری می شود. مایع خروجی از پایین برج اول 3 یا 5% فورفورال است.

در شرایط عادی به صورت برگشت به هیدرولایزرها خورانده می شود فرآیند Agrifurane در کارخانجات بزرگ صنعتی ، علی الخصوص در روسیه به کار گرفته شده است.

✳️ فرآیند Escher wyss :

در این فرآیند چوب های ذرت توسط یک ظرف خوراک دهنده متحرک از مخزن با ناوران یک نقاله بالا رونده منتقل می شود نقاله ، چوب های ذرت را به یک آسیاب چرخشی انتقال می دهد و در این بین براده های آهن موجود در خوراک با عبور از یک جدا کننده مغناطیسی جدا می شوند.

چوب های ذرت خرد شده در یک واحد غربال نوسانی به منظور خارج شدن خاک و سنگ های خرد شده الک می شوند و در یک مخزن میانی قیفی شکل جمع می شوند چوب ذرت های خرد شده پس از عبور از یک خرد کن چکشی (ضربه ای) دوباره در یک واحد غربال نوسانی ثانویه ، الک می شوند.

واحدهای خرد کن ضربه ای غربال نوسانی و سیکلون جدا کننده در سیستم خوراک دهی راکتور همگی به یک سیستم جا به جایی گرد و ذرات ریز جامد متصل هستند.

ذرات ریز جامد که عمدتاً حالت پودری دارند جمع آوری شده و با استفاده از جریان پیوسته با استفاده از یک نقاله نیومناتیک ، از سیلوی ذخیره به سیستم خوراک دهی راکتور منتقل می شود. خوراک اضافی به سیلوی ذخیره به سیستم خوراک دهی راکتور منتقل می شود.

خوراک اضافی به سیلو بازگردانده می شود. مواد اولیه در آستانه ورود به سیستم خوراک دهی راکتور ، در اثر تماس با بخار داغ در فشار حدود 3 تا 4 کیلوگرم بر سانتی متر (145 درجه سانتی گراد) هوا گیری شده و به اسید استیک رقیق به عنوان کاتالیست آغشته می شوند حاصل این مرحله به صورت پیوسته و با عبور از یک شیر چرخشی ویژه ، وارد راکتور می شود و با عبور بخار داغ از چند نقطه به داخل راکتور تزریق می شود تا فشار و دمای واکنش به ترتیب به 190 درجه سانتی گراد و 120 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برسد.

محصولات واکنش که شامل فورفورال و اسید استیک هستند ، بخش بالای راکتور را ، در فاز بخار و همراه با بخار اضافی ترک کرده و به منظور جدا سازی ذرات جامد از میان دو فیلتر موازی عبور داده می شوند بخارات تبدیل به مایع شده با عبور از یک ریبویلر خنک می شوند مایع مذکور هوا گیری شده.

فیلتر گشته و در یک مخزن ذخیره میانی جمع آوری می شوند پسماندهای جامد در حالت تحت فشار با عبور از یک شیره ویژه طراحی شده در پایین راکتور به یک سیکلون جدا کننده و تانک ذخیره تخلیه می شوند پسماندها به منظور خارج شدن از تانک ذخیره توسط یک نقاله پیچشی ، بیرون کشیده می شوند گازها و بخارات خروجی از سیکلون جدا کننده پس از تخلیه در محیط ، با آب گرم ، در یک برج شست و شو شسته می شوند.

آب شست و شو را حاوی مقداری فورفورال و اسید استیک است در فرآیند آماده سازی کاتالیست به عنوان رقیق کننده مورد استفاده قرار می گیرد. مخلوط آبی فورفورال و اسید استیک به برج عاری سازی فورفورال پمپ می شود. که مجهز به یک ری بویلر گرم شونده با بخار است و در فشار اتمسفریک کار می کند.

بخارات متانول و استن که از بالای برج خارج می شوند ، تبدیل به مایع شده ، خنک گردیده و جمع آوری می شوند ، آزلرتروپ فورفورال - آب که شامل 35% وزنی فورفورال است به عنوان جریان جانبی از برج خارج می شود این جریان تبدیل به مایع شده ، خنک گردیده و در حالی که به دو لایه تقسیم شده است در دکانتور جمع آوری می شود لایه بالایی شامل 18% وزنی فورفورال است که به عنوان جریان برگشتی به برج تقطیر باز گردانده می شود و لایه پایینی که حدوداً شامل 82% وزنی فورفورال است به یک تانک ذخیره تخلیه شده و در آن با استفاده از سود سوزآور یا کربنات سدیم خنثی می شود فورفورال خنثی شده در یک مخزن ذخیره میانی جمع آوری می شوند فورفورال خام که حدوداً شامل 16% آب است به واحد آب گیری پمپ می شود این واحد مجهز به یک ریبویلر گرم شونده با بخارت و در فشار کم عمل می کند و بخار بالای ستون که حاوی آب و فورفورال است تبدیل به مایع شده و به یک دکانتور هدایت می شود و لایه بالایی که از فورفورال عاری است با مایع آبی فورفورال - اسید استیک خروجی از راکتور مخلوط می شود.

فورفورال خالص به عنوان جریان جانبی از برج خارج شده و پس از طی مراحل میعان و خنک شدن در یک مخزن جمع آوری می شود تا به مخزن اصلی انتقال یابد. پس مانده های خروجی از پایین برج جمع آوری شده و در یک تانک مجهز به هم زن در تماس با آب داغ قرار می گیرند.

مایع استخراجی خروجی از این تانک به خوراک برج عاری سازی فورفورال افزوده می شود محلول داغ و آبی اسید استیک که حاوی 3 تا 4% وزنی اسید استیک است به صورت پیوسته از پایین برج عاری سازی فورفورال به بخش بالایی ستون استخراج پمپ می شود قبل از ورود به ستون در یک مبدل و توسط خوراک ستون آزلوتروپیک (جریان آبی فورفورال - اسید استیک) تا 30 درجه سانتی گراد خنک می شود اتیل استات به بخش پایین ستون استخراج پمپ می شود.

محلولی از اسید استیک و اتیل استات با یک فرآیند استخراج مختلف الجهت ، حاصل می شود (شکل بالا) و به صورت پیوسته از بالای برج خارج می شود.

رفییت آبی شامل یک درصد وزنی اسید استیک به صورت پیوسته از پایین ستون استخراج به ستون آبگیر استر که مجهز به یک ریبویلر گرم شونده با بخاراست ، پمپ می شود این جریان در یک مبدل و توسط آب پس مانده خروجی از پایین برج آبگیر استر ، گرم می شود.

آب پسماند سپس به سیستم فاضلاب تخلیه می شود محصول بالایی ستون آب گیری استر ، آزلرتروپی از آب و اتیل استات است این جریان پس از معیان و خشک شدن به یک دکانتور هدایت می شود که با اسید استیک بازیابی شده و تازه ، مخلوط می شود.

دو لایه تشکیل می شود لایه بالایی که از اتیل استات غنی است به عنوان حلال استخراج به ستون استخراج پمپ می شود و لایه پایینی که از آب غنی است با خوراک ستون آبگیر استر مخلوط می شود.

محلول اسید استیک در اتیل استات خروجی از ستون استخراج به صورت پیوسته به ستون بازیافت استر که مجهز به ریبویلر گرم شونده با بخار است هدایت می شود. این جریان توسط یک مبدل و با بخارات مایع شده اتل استات خروجی از ستون بازیافت استر ، پیش گرم می شود.

اتیل استات بازیابی شده پس از خنک شدن به سمت جدا کننده پمپ شده و با اتیل استات تازه و آزئروپ خروجی از ستون آبگیر استر مخلوط می شود.

ونت (vent) ستون استخراج و ونت کندانسورهای دو ستون آبگیر استر و بازیافت استر به یک سیستم شست و شو با آب متصل شده اند تا تلفات اتیل استات به محیط حتی المقدور کاهش یابد.

اسید استیک خام مستقیماً از پایین ستون بازیافت استر به ستون بازیافت استر عاری سازی اسید که مجهز به یک ری بویلر گرم شونده با بخارات و در فشار کمی عمل می کند پمپ می شود پس ماند که شامل فورفورال است از ما بین ستون عاری سازی اسید استیک ، خارج شده و پس از خنک شدن در یک مخزن به هم زن جمع آوری شده و در تماس با آب داغ قرار می گیرد مایع استخراج شده به خوراک ستون آزئوتروپیک اضافه می شود.

اسید خروجی از بالای برج عاری سازی تبدیل به مایع شده و این مایع مستقیماً به ستون اسید استیک پمپ می شود.

این ستون مجهز به یک یبویلر گرم شونده با بخارات و رد فشار اتمسفریک کار می کند اسید فرمیک خروجی از بالای برج اسید استیک تبدیل به مایع شده ، خنک گردیده و در مخازن ذخیره جمع آوری می شود اسید استیک خالص به صورت پیوسته از پایی ستون اسید استیک خارج شده و پس از خنک شدن در یک مخزن میانی جمع آوری شده تا به مخزن اصلی ذخیره انتقال یابد.

فورفورال یکی از مهم ترین حلال های است که امروزه به روش هیدرولیز اسیدی از انواع ضایعات کشاورزی تولید می شود.

انجام عمل هیدرولیز به دو صورت نا پیوسته و مداوم به ترتیب با استفاده از آب و بخار اشباع انجام می شود در روش اول حداکثر بازده تولید با استفاده از باگاس 8.61 و در روش دوم با بهره گیری از سبوس برنج 6.84 به دست آمده است.

همچنین مخلوط آب - فورفورال حاصل از هیدرولیز در یک ستون تقطیر آزمایشگاهی تحت عمل تقطیر قرار گرفته و برش نسبتاً خالصی از فورفورال استخراج می شود.

1- هیدرولیز ضایعات کشاورزی در آب اشباع :

تجهیزات : شکل 4 نمایی از تجهیزات مورد استفاده را نشان می دهد. راکتور دارای حجم تقریبی 2500 سانتی متر مکعب است و همان گونه که در شکل دیده می شود مجهز به ژاکتی است با سطح 650 سانتی متر مکعب است المنت حرارتی به شکل استوانه ای و به صورت کامل دور تا دور ژاکت قرار گرفته است فشار سنجی مدرج در دامنه 0-150 psig در بالای راکتور نصب شده است.

دماسنجی کالیبره شده به منظور اندازه گیری دمای داخل راکتور ، در ترمول مشخص شده در شکل قرار داده شده و داخل ترموول جیوه به منظور اندازه گیری هر چه بهتر دما ، ریخته شده است کلیدی نیز مسیر ورود جریان برق به المنت حرارتی به منظور کنترل توان المنت قرار داده شده است.

2- هیدرولیز ضایعات کشاورزی با استفاده از بخار اشباع :

تجهیزات : شکل زیر نمایی از مجموعه تجهیزات مورد استفاده را نشان می دهد مهم ترین تجهیزات به کار رفته عبارت اند از راکتور ، سوپر هیترو کندانسور.

مشخصات راکتور که در شکل نشان داده شده است. کندانسور نیز از نوع دو لوله است و سطح تبادل حرارت آن معادل 0.37 متر مربع است.

سیال خنک کننده این کندانسور آب شهری است که به صورت مختلف الجهت با بخار ورودی به کندانسور تبادل حرارت می کند. سوپر هیتر مجهز به یک المنت برقی و یک تله بخار است تا مایع همراه حتی المقدور از بخار ورودی به راکتور جدا شود.

این بخش شامل دو استوانه تو در تو است که بخار به محض ورود به آن از فضای بین دو استوانه به ضخامت 2.6 سانتی متر و حجم 1500 سانتی متر مکب عبور می کند و بخشی از جریان در اثر تماس با سطح داغ خارجی گرم می شود و مایع اضافی از طریق تله بخار که در انتهای آن نصب شده است خارج می شود دماسنج و فشار سنجی نیز بر روی آن نصب شده است تا خواص بخار خروجی از آن را ارائه کند در کلیه مسیرها به اندازه کافی و به منظور کنترل هر چه بیشتر جریان شیرهایی نصب شده است (v1 - v22) بخار اشباع مورد نیاز توسط دیگ بخار تامین می شود.

✳️ در تولید فورفورال سه مرحله مجزا وجود دارد :

1 - جا به جایی و آماده سازی مواد اولیه :

به عنوان مثال تولید یک تن فورفورال از باگاس ، 20 تن باگاس (با رطوبت 49%) و چگالی متوسط 160 کیلوگرم بر متر مکعب یا به عبارتی 165 متر مکعب باگاس مورد نیاز است.

ذخیره سازی و حمل و نقل باگاس در کارخانه ای که روزانه 20 تن فورفورال تولید می کند به معنی جا به جایی 2500 متر مکعب مواد اولیه است. خوراک پیش از ورود به فرآیند نیازی به قدری آماده سازی دارد.

برخی از تولید کنندگان ترجیح می دهند پیش از ورود خوراک به دایجسترها ، آن را در محلول کاتالیزور به خیسانند حال آن که در روش Agrifurane ، Quaker پیش از ورود مواد اولیه به هیدرولایزورها ، تنها به آغشته کردن آن به محلول کاتالیست اکتفا می کند.

فرآیند Escher wyss ابتدا با استفاده از بخار فشار پایین هوای موجود در خوراک را خارج می کنند و سپس عمل آغشته سازی به کاتالیزور را انجام می دهند.

هیدورلیز پنتوزان به فورفورال که با حضور یا بدون حضور کاتالیزور انجام می گیرد و لزوماً شامل واکنش شیمیایی است.
جدا سازی و پالایش فورفورال تولید شده در غلظت ها و گریدهای مورد نظر که با استفاده از حلال صورت می گیرد.

بازده فورفورال خالص از سبوس برنج و باگاس دو پسماند اصلی کشور در حضور کاتالیزورهای مختلف :

کاتالیزور مصرفی اسید سولفوریک : «بازده خالص از سبوس برنج : 3.96%» ، «بازده خالص از باگاس : 5.62%»
کاتالیزور مصرفی اسید هیدروکلریک : «بازده خالص از سبوس برنج : 5.93%» ، «بازده خالص از باگاس : 7.20%»
کاتالیزور مصرفی اسید فسفریک : «بازده خالص از سبوس برنج : 1.80%» ، «بازده خالص از باگاس : 73.2%»
کاتالیزور مصرفی اسید استیک : «بازده خالص از سبوس برنج : 0.85%» ، «بازده خالص از باگاس : 0.93%»

اصلی ترین نقطه ای که می توان در معرض خوردگی قرار گیرد راکتور فرآیند است.

استفاده از اسیدهای قوی نظیر اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک به عنوان کاتالیزور در کنار بازده نسبتاً بالای که ایجاد می کند به لحاظ طبیعت خورنده این مواد ، تدابیر را حفاظت از راکتوری طلبد.

در فرآیند Quaker oats که از اسید سولفوریک به عنوان کاتالیزور استفاده می شود سطح داخلی راکتور با آجرهای از جنس کربن و یمان ضد اسید پوشانده می شود و هسته اصلی فرآیند راکتوری است که در آن در اثر مجوعه ای از واکنش های متوالی و رقابتی ، پنتوزان به فورفورال تبدیل می شود.

از آن جا که در واکنش های ناپیوسته خروج هر چه سریع تر فورفورال تولید شده ، منجر به افزایش راندمان خواهد شد. بررسی در جهت یافتن یک حلال آلی مناسب که در محیط واکنش وجود داشته باشد و پیوسته فورفورال تولیدی را از فاز آلی به فاز آبی منتقل کند ، بسیار مهم است معمولاً همه واحدهای تولیدی ترجیح می دهند در برج تقطیر اول (منظور ستونی است که خوراک آن مخلوط آب - فورفورال خروجی از راکتور است و از آن آزئوتروپ آب - فورفورال خارج می شود).

از سینی های کلاهکی استفاده کنند. بیشتر تولید کننده ها تعداد سینی ها را 5 تا 20 و فاصله آن ها 600 میلی متر یا بیشتر پیشنهاد می کند. با این وجود Rosen lew از ستونی با 25 سینی استفاده می کند.

ارجحیت معمول برای آبگیرها (ستون هایی که آب موجود در فاز آلی را به طریقه ورود بخار داغ از پایین خارج می کنند) ستون های سینی دار است و دراین میان ستون هایی با سینی های کلاهکی و غربالی در اولویت هستند.

در عاری سازی هایی که مواد سبک جدا می شوند عملیات به شکل گسترده ای با سیی کلاهکی ، غربالی و ستون پر شده ، تفاوت از خود نشان می دهد جنس به کار رفته در ساخت برج تقطیر ، فولاد ضد زنگ ، مس و آلومینیوم است.

در عمل برای ستون فورفورال و عاری سازهای سبک از فولاد ضد زنگ و مس و برای آبگیرها از آلومینیوم استفاده می شود. با وجودی که ذخیره سازی در تانک های از جنس فولاد سبک قابل انجام است ، تانک های ذخیره آلومینیومی ترجیح داده می شود.

✳️ نقاط ضعف و قوت تکنولوژی های مرسوم در فرآیند تولید فورفورال :

با توجه به این که تکنولوژی تولید ماشین آلات تولید فورفورال خارجی می باشد ، از این رو خط تولید ، محصولات با کیفیت روز دنیا تولید می نماید.

اما چنانچه فاصله زمانی بین تاریخ تولید و زمان مصرف این تجهیزات زیاد باشد امکان تولید محصولات با کیفیت مناسب فرآهم نمی شود و حتی میزان تولید به علت عدم فراهم شدن قطعات یدکی معیوب که به مرور زمان در خط تولید حاصل می شود ، وجود نخواهد داشت.

تعدادی از موضوعاتی که در انتخاب فرآیند مورد نظر می بایست دقت شود عبارت اند از :

به موضوع پساب و تصفیه پساب دقت شود.
مقدار ضایعات اسیدی جامد و خشک بر جا مانده از فرآیند ؛ که به عنوان مثال این حجم برای تولید فورفورال با ظرفیت 500 تن در سال در حدود 4000 تن در سال می باشد که تنها قسمتی از آن برای تولید بخار سوزانده می شود ( مزیت : سبب کاهش هزینه سوخت می شود - معایب : سبب انتشار گازهای گلخانه ای می شود. )
مقدار ماده اولیه لازم برای یک تن فورفورال به طور متوسط در میان پسماندهای کشاورزی 25 تن می باشد که با رطوبت 50 درصد می باشد پس مقدار پسماند کشاورزی خشک 12.5 تن می باشد که تقریباً 50 درصد از این پسماند خشک حاوی سلولز و مواد دیگر جامد می باشد که به صورت جامد باقی می ماند.
کنترل دستی واحدها بسیار مشکل بوده و نیاز به پرسنل زیاد و با تجربه دارد پس باید توجه کرد تا حد امکان واحدها به صورت پیوسته باشند.
نحوه خشک کردن ضایعات اسیدی جامد و بازیابی اسید.
در فرآیندهای موجود به بازیابی و خالص سازی محصولات جانبی از جمله اسید استیک ، متانول و استون توجه گردد.
به علت تماس با اسیدهای قوی خوردگی تجهیزات داریم که می بایست به جنس آن ها دقت کرد.
راندمان واحد در حد معقول باشد. راندمان 9% برای تولید فورفورال از یک فرآیند چینی ناپیوسته از باگاس به عنوان مثال راندمان معقولی می باشد. 22 تن باگاس مرطوب (11 تن باگاس خشک) برای یک تن فورفورال نیاز می باشد.

Yield = 1.11 = 9%

موضاعات بحث شده در واقع مشکلات تکنولوژی های موجود بوده که می تواند با رفع آن ها به نقاط قوت تبدیل گردد.

کم بودن فشار در این راکتورها موجب می شود که فورفورال بتواند در فاز بخار تا 30 درصد وجود داشته باشد در صورتی که در روش های قدیمی که در فشار حدود 10 اتمسفر کار می کردند.

درصد فورفورال در بخار خروجی بین 5 تا 6 درصد بود. بالا بودن میزان فورفورال در خروجی این مکان را فراهم می آورد که بخار با گذر از یک کندانسور ساده به حالت مایع در آمده و نیازی به روش های تقطیر آزئوتروپیک نمی باشد.

✔️ استانداردهای فورفورال !

✳️ آیا فورفورال یک ماده خطرناک است؟ چه اقدامات ایمنی در حین تولید فورفورال نیاز است؟

فورفورال به عنوان یک ماده سمی شناخته شده و توسط انستیتو سرطان بین المللی نیز معرفی شده است. در تماس با پوست ، در آن نفوذ می کند ولی تا 500 mg از این ماده اثر کشنده و مهلکی ندارد ولی تحریک کننده است و باعث سوزش چشم می شود و به داخل غشاهای گیاهی نیز نفوذ می کند از تماس فورفورال با پوست دست باید جلوگیری شود زیرا ممکن است محرک موضعی باشد.

اگر فورفورال بر روی بدن بریزد بایستی با آب شسته شود اگر مدت زیادی با پوست در تماس باشد لکه های زرد یا قهوه ای در پوست بدن ایجاد می شود مایع و بخار آن اشتعال زا می باشد. باعث ایجاد واکنش های آلرژی زا می شود.

باعث التهاب چشم و مخاط بینی می گردد. (سال ها تجربه علمی چه در مورد تاسیسات صنعتی فورفورال و چه در تاسیسات اوره به طور قطعی نشان می دهد که تحت شرایط عادی ، فورفورال برای سلامتی کارکنان خطرناک نیست معاینات کامل جسمانی از کارگران که روزانه به مدت 15 ساعت با فورفورال در تماس اند هیچ گونه نشانه ای از صدمات و آسیب های را نشان نمی دهد با این وجود باید احتیاط های لازم صورت گیرد و مانند سایر حلال ها معروف صنعتی باید همیشه تهویه کافی در محیط کار باشد).

اشتعال فورفورال قابل مقایسه با نفت سفید می باشد و اگر مشتعل گردد با استفاده از آب ، کف ، دی اکسید کربن و یا مواد شیمیایی خشک کنترل می شوند. فورفورال با اسیدهای قوی یا بازهای قوی مخلوط نمی شود و در کنار مواد شیمیایی اکسنده قوی نگهداری نشوند.

برخی از استانداردهای جهانی مرتبط با فورفورال در جدول ارائه گردیده است.

فورفورال ها طبق استاندارد 888-1926.1 GB به سه سته زیر تقسیم می شوند :

فورفورال کلاس بالا (Excellent or super class)
فورفورال کلاس اول (first class)
فورفورال کلاس دوم (second class)

✳️ استاندارد های مرتبط با فورفورآل :

شکل ظاهری : شفاف ، «روش تست : BT-1»
نقطه جوش اولیه : C°6 ، «روش تست : ASTM D-1160»
نقطه جوش 95% : C°6 ، «روش تست : ASTM D-1160»
اسیدیته : ماکزیمم 0.02% ، «روش تست : BT-8»
ضریب شکست در C°7 : 1.5181 ، «روش تست : ASTM D-1218»
دانسیته در C° 20 : 1.158 - 1.153 ، «روش تست : ASTM D-1298»
رنگ : 1.4 - 1.2 ، «روش تست : ASTM D-1500»
خاکستر سولفاته : 3 - ⁸(10) * 8.6 ، «روش تست : ASTM D-874»
رطوبت : ناچیز ، «روش تست : AMS 150 - 09»

✔️ روش های تشخیص و اندازه گیری فورفورال

فورفورال مشتقات معمولی هیدرازون (نقطه ذوب 97 درجه سانتی گراد) ، سمی کاربازون (نقطه ذوب 202 درجه سانتی گراد) را تشکیل می دهد که می توانند برای تشخیص آن مورد استفاده قرار گیرند با افزودن چند قطره از محلول آنلین در اسید به یک محلول باشد فوراً رنگ قرمز شدیدی ظاهر می شود ولی این آزمایش فقط مختص فورفورال نبوده و با متیل فورفورال و 5- هیدروکسی متیل فورفورال نتیجه مثبت می دهد.

✳️ روش های اندازه گیری فورفورال به دو دسته تقسیم می شوند :

واکنش های گروه آلدئیدی
واکنش حلقه فورانی

روش های انتخاب شده به نوع و جنس سایر مواد بستگی دارد

روش رسمی (AOAC) :

معمولاً برای تعیین پنتوزان ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد این روش مبتنی بر تقطیر نمونه در حضور اسید کلریدریک در شرایطی که به دقت کنترل می شود ، و سپس تبدیل کردن آلدئید با فلوروگلوسینول می باشد.

به دست آمدن نتایج مستلزم تمرین بسیار است.

نتایج حجمی به دست آمده بین 98 تا 102% مقدار واقعی فورفورال موجود می باشد روش حجمی که بر اساس واکنش فورفورال با بیسولفیت سدیم قرار دارد ، برای تعیین مقدار آلدئید در حضور ترکیبات فورانی دیگر به خصوص فورفوریل الکل مفید می شود.

روش ACREE و HUGHES بر اساس واکنش برم با حلقه فوران در شرایطی که از نظر حرارتی به دقت کنترل شده قرار گرفته است.

این روش با تقریب 1 درصد مقدار واقعی جواب می دهد. ترکیبات بسیاری در اندازه گیری فورفورال دخالت می کنند گاهی تقطیر فورفورال از محلول آبی همانطور که در روش AOAC انجام می شود ناخالصی ها را حذف می نماید و به صورت مستقیم و جایگزینی با محصولات اساساً نو می باشد.

تیمار کردن چوب با بخار سبب تشکیل اسید استیک می شـود که به طـور هم زمان بر روی ذرات پخش و آبکافت پنتوزان ها را به مونو ساکاریدها کاتالیز می کند.

تبدیل پنتوزان ها به طور مستقیم به فورفـورال در دیواره سلولی اتفاق نمی افتد زیرا استیک اسید ضعیف تر از آن است که به عنوان کاتالیزور بـرای آب زدایی در دمای پائین عمل کند. پنتوزهای ایجاد شده طی فرآیند به سطح ذرات یعنی جایی که آبزدایی از آن ها برای ایجاد فورفورال تحت تاثیر اسید سولفوریک اتفاق می افتد نقل مکان می کنند.

مطالعـات انجـام شـده بـر روی سرعت فرآیندها نشان می دهد که با افزایش غلظت اسید سولفوریک ، سرعت آب زدایی از پنتوزان هـا به طور محسوسی نسبت به آبکافت آن ها افزایش می یابد.

این موضوع باعث کاهش مقدار پنتوزهای مازاد در سیستم واکنش ، کاهش واکنش های جانبی و بهبود انتخاب پذیری فرآیند می شود. برای بهینه کردن فرآیند تولید فورفورال ، ساخت هم زن های تیغ های دارای شکل دو مارپیچی ، به جهت عمل پیوسته و پراکنده سازی هوا مورد توجه قرار گرفته است.

نمودار طرح بهینه تیغه ها بر روی محور هم زن ، پیکر بندی آن ها ، فاصله از محور ، تعداد چرخش آن ها به طور تجربی مشخص شده است. ترکیب بهینه این پارامترها پراکنش یکنواخت کاتالیست ها در توده ماده خام را سبب می شود (گراویتی و همکاران ،2000).

تغییر مکانیزم فرآیند باعث حل دو مشکل ، افزایش بازده فورفورال از 55 درصد به 75 درصد حالت نظری و کاهش تخریب ساختار سلولز به میزان یک پنجم شده است ، ضمن اینکه در اثر فرآیند تخریب ، هیچ محصول زائدی تولید نمی شود.

تولید فورفورال و بیو اتانول به صورت هم زمان راه حل مشکل است. در سال 1997 برای اولین بار در روسیه با استفاده از این تغییر مکانیزم 4300 تن فورفورال و 8800 تن بیو اتانول هم زمان به دست آمده است. در آینده نزدیک این امکان وجود دارد که از سر شاخه های دارای کیفیت پائین و پسمانده های کشاورزی به عنوان جایگزین مواد نفتی و به عنوان ماده شیمیایی خام استفاده شود

از سوی دیگر علاوه بر آبکافت اسیدی مواد لیگنو سلولزی جهت تولید مواد شیمیایی ، موارد استفاده دیگری برای مواد لیگنو سلولزی مثلاً تولید گرانول های سوختی وجود دارد (گراویتی و همکاران ، 2000).

✔️ خواص فیزیکی و شیمیایی فورفورال !

فورفورال به آسانی در اغلب حلال های آلی قطبی حل شده ، اما تنها به مقدار کمی در آب یا مواد قلیایی قابل حل می باشد. واکنش فورفورال ترکیبی از واکنش های گروه آلدئیدی و واکنش های هسته فورانی می باشد.

از اکسید نمودن فورفورال ، اسید فورلیک و در اثر احیاء آن ، فورفوریل الکل به دست می آید و با حذف گروه کربوکسیل با کاتالیزورهای مناسب به فوران تبدیل می شود و با قلیاهای قوی از قبیل هیدروکسید سدیم فورفورال در واکنش شرکت کرده و تبدیل به فورفوریل الکل سدیم فورلیک می گردد.

2C₄H₃O-CHO + NaOH → C₄H₃O-CH₂OH + C₄H₃-COONa

در حضور سیانور سدیم به فورئین (مشابه فورانی بنزئین) تبدیل می شود :

نقطه ذوب : 134 درجه سانتی گراد
C₄H₃O-CH OH-CO-C₄H₃O

این ترکیب به آسانی به فوریل (مشابه بنزیل) اکسیده می گردد :

نقطه ذوب : 166 درجه سانتی گراد
C₄H₃O-CO-CO-C₄H₃O

مانند سایر آلدئیدها ، فورفورال با ترکیباتی که شامل گروه های متیلن فعال ، از قبیل استرهای زنجیری حلقوی و انیدریدها و استنها و آلدئیدها و نیتریل ها و .... ترکیب شده و با فنل ها ایجاد رزین می کند.

فورفورال به آسانی با رزین ترکیب شده و رزین قابل احتراق تولید می کند ولی با حرارت دادن آن در حضور کاتالیزورهایی از قبیل هگزامتیلن تترا آمین به رزین غیر قابل احتراق تبدیل می شود.

به طوری که قبلاً شرح داده شد به علت خاصیت منفی بودن گروه آلدئیدی، فورفورال کاملاً در مقابل تجزیه هیدرولیکی پایداری می نمائید.

حتی در درجه حرارت بالا برای اینکه مقدار قابل ملاحضه ای فورفورال به وسیله رقیق منهدم شود زمان طولانی لازم است از این عمل در مقابل اسید فرمیک تولید رزین سیاه رنگ می شود و سرعت تجزیه تابع غلظت یون هیدروژن است.

هسته فورفورال مستعد تحت تاثیر قرار گرفتن اکسیژن هوا است و محصولات اسیدی از اکسیداسیون خود به خودی آن نتیجه می گردند.

این واکنش در اثر افزودن مقادیر بسیار کمی از مواد قلیایی مانند آمین های سوم متوقف می شود اکسیداسیون کاتالیتکی فورفورال در فاز بخار اسید ماتیک نتیجه می دهد فورفورال نیز با بوتادی آن در واکنش شرکت می کند.

همان طوری که انتظار می رود نیتراسیون و هالوژناسیون فورفورال می تواند گروه های استخلافی مناسبی در کل وارد می کند.

فورفورال در برابر حرارت و در غیاب اکسیژن پایداری نسبتا زیادی از خود نشان می دهد. برای اینکه تغییرات قابل تشخیص (به استثنای رنگ) در خواص فیزیکی فورفورال مشاهده شود لازم است آن را چندین ساعت در درجه حرارت بالا یعنی در درجه حرارت 230 درجه سانتی گراد قرار داد. جدول انحلال متقابل فورفورال و آب را نشان می دهد.

✳️ جدول خواص فیزیکی و شیمیایی فورفورال :

✍️ جهت تهیه مطالعات بازار و طرح توجیهی تولید فورفورال از بازیافت ضایعات کشاورزی ، با اطلاعات کاملا به روز با فرمت Word و PDF و با نرم افزار کامفار ، جهت اخذ جواز تاسیس یا وام و تسهیلات بانکی ،با ما تماس بگیرید .

📚 دانلود فایل های طرح توجیهی تیپ تولید فورفورال از بازیافت ضایعات کشاورزی

👈 توجه : کلیه ی طرح های تیپ یا آماده ، صرفا کاربرد مطالعاتی و تحقیقاتی داشته و جهت اخذ مجوز و یا تسهیلات و وام بانکی مناسب نمیباشند . جهت تهیه طرح توجیهی با کاربرد اجرایی و بانکی با ما تماس بگیرید.

فايل‌ها:

طرح توجیهی تولید ﻓﻮرﻓﻮرال از ﺿﺎﯾﻌﺎت ﮐﺸﺎورزی 87 صفحه داغ

;امیر حبیبی

جمعه, 10 آذر 1396 13:41

1.26 MB

108

برای دانلود این محصول شما نیاز به خرید اشتراک دارید اگر عضو هستید با حساب کاربری خود وارد شوید.

ورود کاربران