Гідролізних ВИРОБНИЦТВА. служать для отримання харчових, кормових і техн. продуктів з нехарчової ростить. сировини-відходів лісозаготівель, лісопиляння і деревообробки (тирса. дрібна стружка, тріска), переробки с.-г. культур (соломи, лушпиння насіння і т.д.). Основою гідролізних виробництв служить гідроліз сировини, продукти догрого піддають подальшої хім. і биохим. переробці.
Гідроліз рослинних матеріалів. Гідроліз відбувається зазвичай в присутності разб. або конц. мінеральних і орг. к-т, рідше - солей. дають у водних розчинах кислу р-цію. В результаті гідролізу (превращ. Полісахаридів сировини в моносахариди) отримують гідролізати (водні розчини орг. В-в, гл. Обр. Пентоз і гексоз), а також гідролізний лігнін (вихід ок. 30% -тут і далі в розрахунку на 1 т абсолютно сухої сировини). Оскільки на швидкість і ступінь гідролізу полісахаридів впливає розмір часток сировини, його попередньо подрібнюють.
Гідроліз розведеними кислотами (в осн. 0,4-0,7% -ної H2 SO4) здійснюють при 120-190 ° С і 0,6-1,5 МПа. Переваги методу: можна використовувати вологе сировину і проводити р-цію без регенерації к-ти внаслідок малого її витрати. Недоліки: великі витрати теплоти на гідроліз. значить. втрати моносахаридів через їх розкладання в реакц. зоні, забруднення гідролізатів побічними продуктами, що знижує їх кач-во. Проте, простота процесу визначила інтенсивний розвиток даного способу, к-рий є основним в гідролізної пром-сті СРСР.
Гідроліз концентрованими кислотами (гл. Обр. 30-41% -ної НС1, а також 70-80% -ної H2 SO4) ведуть при т-рах не вище 60 ° С і атм. тиску з отриманням гідролізатів, що містять велику кількість моносахаридів і трохи домішок. Однак в цьому процесі необхідно висушувати ростить. сировину, регенерувати к-ту і застосовувати дефіцитні матеріали для захисту обладнання від корозії.
Умови гідролізу і склад які виникають при цьому продуктів в значить. ступеня визначаються наявністю в ростить. тканини двох фракцій полісахаридів - легкогідролі-вуються (геміцелюлози) і трудногідролізуемих (целюлоза і невелика частина геміцелюлози); швидкість гідролізу останніх в дек. сотень разів менше. З підвищенням т-ри і концентрації к-ти швидкість гідролізу полісахаридів зростає.
Гідроліз ростить. сировини неминуче супроводжується розкладанням моносахаридів. при к-ром утворюються небажані побічні продукти - фурфурол і гідроксиметилфурфурол, в свою чергу розпадаються з утворенням левуліновой і мурашиної к-т. Швидкість розкладання моно-сахаридов збільшується при зростанні т-ри. Однак залежність констант швидкості гідролізу сировини (kг) і розкладання моносахаридів (kp) від т-ри різна: чим вище т-ра, тим більшою мірою гідроліз випереджає розпад. Твердий залишок після гідролізу (гідролізний лігнін) містить, крім лігніну. прореагували полісахариди.
Режим процесу (т-ру, концентрацію. Тривалість) вибирають т. Обр. щоб ступінь гідролізу полісахаридів становила ок. 90%. При оптим. режимах вихід моносахаридів становить 46-50%.
Гідроліз легкогідролізуемого полісахаридів проводять періодично в один щабель. При цьому внаслідок високого співвідношення констант швидкості гідролізу сировини і розкладання моносахаридів вихід їх наближається до кількісного. При гідролізі трудногідролізуемих полісахаридів (згадані константи близькі між собою) ступінь розкладу моносахаридів істотно зростає. Тому їх макс. вихід при одноступенчатом процесі не перевищує 50% від вихідного змісту полісахаридів. Збільшення виходу моносахаридів досягається застосуванням т. Зв. перколяційного гідролізу. запропонованого в 1926-28 і здійсненого в СРСР в пром. масштабі (1935). В основі методу лежить принцип безперервної фільтрації розчину к-ти через ростить. матеріал з одночасним. відбором гідролізату. При цьому даний р-р служить не тільки каталізатором. але і екстрагентів моносахаридів. к-які безперервно виводяться зі сфери р-ції. Тверда фаза завантажується в апарат періодично.
Гідроліз гемицеллюлоз (пентозний гідроліз) і перколяційні гідроліз трудногідролізуемих полісахаридів (гексозних гідроліз) проводять в гідролізаппаратах - вертикальних цилиндрич. сталевих контейнерах зі сферич. верхньої (для завантаження сировини) і коніч. нижньої (для вивантаження гидролизного лігніну) горловинами. Зсередини реактор футерован кислототривкими неметаллич. матеріалами, а зовні теплоізольовані. Апарат забезпечений зрошувальними і фільтрують пристроями, к-які дозволяють забезпечити макс. швидкість фільтрації до-ти і збільшити його продуктивність.
При гідролізі полісахариди переходять в розчин, що викликає зменшення маси сировини до кінця р-ції в середньому на 70% і одночасним. стиснення твердої фази. Це ускладнює перколяційні гідроліз. тому призводить до зростання гідравлічні. опору шару матеріалу і відповідного зниження швидкості фільтрації к-ти. Більш повне використання місткості апарату, а також збільшення його продуктивності м. Б. досягнуті при безперервному завантаженні сировини, подачі вручений к-ти, відборі гідролізату і вивантаженні лігніну.
В СРСР і деяких ін. Країнах (ВНР, НРБ, ПНР, ЧССР, КНР, США, Франції. Італії, Японії, Фінляндії) в осн. функціонують гідролізні виробництва слід. профілів: дріжджового, спирто-дріжджового, фурфурольно-дріжджового, ксілозний-дріжджового.
Дріжджове і спирто-дріжджове виробництво. Сировиною для дріжджового произова служать листяна (багата пентозанами) і хвойна деревина. для спирто-дріжджового - хвойна, в якій переважають гексозани. Цільові продукти биохим. переробки моносахаридів -етіловий спирт і кормові дріжджі; при цьому в дріжджовому произове все утворилися при гідролізі моносахариди (гексози і пентози) переробляють в дріжджі, а в спирто-дріжджовому произове з гексоз отримують спирт. а що залишилися моносахариди (в осн. пентози) використовують для вирощування дріжджів.
Технологія отримання гідролізату складається з слід. операцій: просочення сировини H2 SO4. нагрівання парою з метою пентозного гідролізу. видалення з реактора повітря і летких в-в (т. зв. здування), перколяції. промивання водою. віджимання і вивантаження гидролизного лігніну. При промиванні залишку фільтрація рідкої фази через гідролізуемих матеріал триває, але замість к-ти подають воду. к-раю екстрагує знаходяться в порах і капілярах сировини лігнін. моносахариди і до-ту. Пентозний гідролізат охолоджується в дві або три ступені в послідовно з'єднаних испарителях. Тиск в них знижують від однієї сходинки до іншої; з останнього апарату гідролізат виходить при атм. тиску з т-рою ок. 100 ° С. Пари гідролізату направляють в теплообмінники для конденсації і нагрівання води. що йде на гідроліз. З конденсату ректифікацією витягають фурфурол (див. Нижче).
Параметри процесу: т-ра 120-150 ° С (пентозний гідроліз) і 150-190 ° С (гексозних гідроліз), час р-ції - дек. ч (залежить від обсягу гідролізаппарата і швидкості фільтрації розчину к-ти через сировину). Кількість рідини. відібраної при перколяційні гідролізі. висловлюють т. зв. гидромодулем видачі гідролізату - ставленням його обсягу до маси завантаженого в реактор абсолютно сухої сировини. Оптим. режими гідролізу характеризуються гидромодулем 12-16 м 3 / т.
Гексозних гідролізат перед подачею на биохим. переробку необхідно попередньо підготувати з метою видалення містяться в ньому домішок. Останні або не утилізуються мікроорганізмами - продуцентами етилового спирту і кормових дріжджів. або пригнічують їх життєдіяльність (декстрини - продукти неповного гідролізу полісахаридів. зважені в-ва - дрібнодисперсний лігнін і смолообразниє продукти, альдегідифурфурол, гідроксиметилфурфурол, формальдегід. соед. лігногумінового комплексу, колоїдні в-ва, нек-риє орг. к-ти). Підготовка гідролізату включає дек. стадій: інверсію (гідроліз) декстринів до моносахаридів (витримка при атм. тиску і 100 ° С або під тиском до 0,1 МПа при більш високій т-ре) в спец. апараті, нейтралізацію гідроксидом Са і аміачною водою до рН 4,0-5,6, очищення від зважених часток у відстійниках і від шкідливих домішок коагуляцией їх при охолодженні до 33-37 ° С, адсорбцией активним вугіллям і продувкою повітрям.
У спирто-дріжджовому вироб-нд гідролізат, що надходить на переробку, наз. суслом. Вхідні в його склад моносахариди (гексози) зброджують разл. расами дріжджів. Отриманий продукт (бражка), що містить 1-2% етилового спирту. концентрують ректифікацією. Вихід 94-96% -ного спирту становить 150-180 л (див. Також Етиловий спирт).
Гідролізат, до складу к-якого входять неутілізіруемие при спиртовому бродінні пентози і орг. к-ти (т. зв. барда), направляють на вирощування кормових дріжджів. У разі чисто дріжджового произова всі отримані гідролізати використовують для культивування дріжджів, вихід яких брало становить до 220 кг (див. Також Дріжджі кормові).
Фурфурольно-дріжджове виробництво. Застосовують два способи отримання фурфуролу. прямий і з парів фракції самоіспаренія гідролізатів. Перший спосіб полягає в зрошенні і просочення к-тій багатого пентозанами сировини (кукурудзяного качана, вівсяної, бавовняної і рисового лушпиння, соняшникового лушпиння, листяної деревини), в нагріванні його до 160-170 ° С паром і послід. продувке їм протягом 2-3 ч. У цих умовах містяться в сировині геміцелюлози гідролізуються до пентоз. к-які далі шляхом дегідратації у присутності. каталізаторів (к-т) превращ. в фурфурол. Останній, змішуючись з водяною парою. видаляється в конденсаційну систему. Безперервний відбір фурфуролу в реакц. зоні зменшує ступінь його розкладання. Конденсат містить 3-4% фурфуролу і 1-2% орг. к-т. Залишок після відгону фурфуролу (целлолігнін) піддають перколяції з утворенням гексозних гідролізату, з к-якого виробляють кормові дріжджі.
За допомогою другого способу фурфурол виробляють на спирто-дріжджових підприємствах, витягуючи його ректифікації (в кол-ве 0,2-0,4%) з конденсату фракції самоіспаренія пентозного гідролізату. Товарний фурфурол по обом способам отримують ректифікацією. Вихід фурфуролу при произове першим способом до 60-100 кг, другим - 5-6 кг.
Ксілозний-дріжджове виробництво. У кач-ве сировини для отримання ксилози застосовують ростить. відходи (вівсяну і бавовняну лушпиння, кукурудзяну качан), в яких брало переважають пентозани (ксілан) і міститься мінім. кол-во мінер. і орг. домішок. Для їх видалення сировину, попередньо просочене к-тій, обробляють гарячою водою. Процес здійснюють в два ступені. На першій проводять перколяційні пентозний гідроліз при 140 ° С, що виключає гідроліз целюлози. Переробка гідролізату включає очищення його активним вугіллям. відділення зважених в-в відстоюванням і фільтрацією, інверсію і іонообмінну очищення від мінер. і орг. домішок, упарювання розчину і виділення ксилози кристалізацією (до 300 кг). послід. гидрированием ксилози отримують кристалічної. ксиліт (до 125 кг). На другому ступені залишок після гідролізу - целлолігнін переробляють так само, як в произове фурфуролу. Див. Також Лісохімія.
===
Ісп. література для статті «гідролізних ВИРОБНИЦТВА». Шарков В. І. Куйбіна Н. І. Хімія гемицеллюлоз. М. 1972; Технологія гідролізних виробництв, М. 1973; Корольков І. І. перколяційні гідроліз рослинної сировини, 2 видавництва. М. 1978. Е. С. Сапотніцкій.
Сторінка «гідролізних ВИРОБНИЦТВА» підготовлена за матеріалами хімічної енциклопедії.