гідролізних ВИРОБНИЦТВА
Гідролізних ВИРОБНИЦТВА. служать для отримання харчових, кормових і технічний 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 ВИРОБНИЦТВА п. Служить гідроліз сировини, продукти якого піддають подальшої хімічний і біохімічний переробці.
Гідроліз рослинних матеріалів. Гідроліз відбувається зазвичай в присутності розбавлених або конц. мінеральних і органічне кислот, рідше - солей, що дають у водних розчинах кислу реакцію. В результаті гідролізу (перетворюються полісахаридів сировини в моносахариди) отримують гідролізати (водні розчини органічне речовин, головним чином 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 основні 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 реакцію без регенерації кислоти внаслідок малого її витрати. Недоліки: великі витрати теплоти на гідроліз, значної втрати моносахаридів через їх розкладання в реакційне зоні, забруднення гідролізатів побічними продуктами, що знижує їх кач-во. Проте, простота процесу визначила інтенсивний розвиток даного способу, який є основним в гідролізної промисловості СРСР.
Гідроліз концентрованими кислотами (головним чином 30-41% -ної НCl, а також 70-80% -ної H2 SO4) ведуть при температурах 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 кислоту і застосовувати дефіцитні матеріали для захисту обладнання від корозії.
Умови гідролізу і склад які виникають при цьому продуктів в значній мірі визначаються наявністю в ростить. тканини двох фракцій полісахаридів - легкогідролі-вуються (геміцелюлози) і трудногідролізуемих (целюлоза і невелика частина геміцелюлози); швидкість гідролізу останніх в кілька сотень разів менше. З підвищенням температури і концентрації кислоти швидкість гідролізу полісахаридів зростає.
Гідроліз ростить. сировини неминуче супроводжується розкладанням моносахаридів, при якому утворюються небажані побічні продукти - фурфурол і гідроксиметилфурфурол, в свою чергу розпадаються з утворенням левуліновой і мурашиної кислот. Швидкість розкладання моно-сахаридов збільшується при зростанні температури. Однак залежність констант швидкості гідролізу сировини (kг) і розкладання моносахаридів (kp) від температури різна: чим вище температура, тим більшою мірою гідроліз випереджає розпад. Твердий залишок після гідролізу (гідролізний лігнін) містить, крім лігніну, що не прореагували полісахариди.
Режим процесу (температуру, 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 так званої перколяційного гідролізу, запропонованого в 1926-28 і здійсненого в СРСР в пром. масштабі (1935). В основі методу лежить принцип безперервної фільтрації розчину кислоти через ростить. матеріал з одночасним. відбором гідролізату. При цьому даний розчин служить не тільки каталізатором, але і екстрагентів моносахаридів, які безперервно виводяться зі сфери реакції. 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, які дозволяють забезпечити макс. швидкість фільтрації кислоти і збільшити його продуктивність.
При гідролізі полісахариди переходять в розчин, що викликає зменшення маси сировини до кінця реакції в середньому на 70% і одночасним. стиснення твердої фази. Це ускладнює перколяційні гідроліз, так як призводить до зростання гідравлічні. опору шару матеріалу і відповідного зниження швидкості фільтрації кислоти. Більш повне використання місткості апарату, а також збільшення його продуктивності може бути досягнуто при безперервному завантаженні сировини, подачі вручений кислоти, відборі гідролізату і вивантаженні лігніну.
Переробка продуктів гідролізу. З гідролізатів принципово може бути отримано: кристалізацією моносахаридів - харчова глюкоза і техн. ксилоза, гидрированием моносахаридів-поліспирти (ксиліт з пентоз, сорбіт і маніт - з гексоз), гидрогенолизом цих спіртовгліцерін, етиленгліколь, пропіленгліколь; дегідратацією пентоз і гексоз - відповідно фурфурол і левулінова кислота; окисленням - органічне кислоти (глюконова, трігідроксіглутарозая і ін.); мікробіологічне переробкою (бродінням, аеробних культивуванням) -етіловий і бутиловий спирти, кормові дріжджі і антибіотики.
З гидролизного лігніну може бути отримано: пиролизом - активні вугілля, деревні смоли; хімічний переробкою - активоване лігнін, щавлева кислота та ін .; водної обробкою - наповнювачі для полімерних матеріалів; термообробкою-сухий лігнін, застосовуваний як паливо (див. також Лигнин).
В СРСР і деяких ін. Країнах (ВНР, НРБ, ПНР, ЧССР, КНР, США, Франції, Італії, Японії, Фінляндії) в основні функціонують гідролізних ПРОІЗВОДСТВАп. Наступного профілів: дріжджового, спирто-дріжджового, фурфурольно-дріжджового, ксілозний-дріжджового.
Дріжджове і спирто-дріжджове виробництво. Сировиною для дріжджового виробництва служать листяна (багата пентозанами) і хвойна деревина, для спирто-дріжджового - хвойна, в якій переважають гексозани. Цільові продукти біохімічний переробки моносахаридів -етіловий спирт і кормові дріжджі; при цьому в дріжджовому виробництві все утворилися при гідролізі моносахариди (гексози і пентози) переробляють в дріжджі, а в спирто-дріжджовому виробництві з гексоз отримують спирт, а що залишилися моносахариди (в основні пентози) використовують для вирощування дріжджів.
Технологія отримання гідролізату складається з наступної операцій: просочення сировини H2 SO4. нагрівання парою з метою пентозного гідролізу, видалення з реактора повітря і летких речовин (так званої здування), перколяції, промивання водою, віджимання і вивантаження гидролизного лігніну. При промиванні залишку фільтрація рідкої фази через гідролізуемих матеріал триває, але замість кислоти подають воду, яка екстрагує знаходяться в порах і капілярах сировини лігнін, моносахариди і кислоту. 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 температурою 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: температура 120-150 ° С (пентозний гідроліз) і 150-190 ° С (гексозних гідроліз), час реакції - кілька ч (залежить від обсягу гідролізаппарата і швидкості фільтрації розчину кислоти через сировину). Кількість рідини, відібраної при перколяційні гідролізі, висловлюють так званої 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 біохімічний 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, завислі речовини - дрібнодисперсний лігнін і смолообразниє продукти, альдегідифурфурол, гідроксиметилфурфурол, формальдегід, з'єднання лігногумінового комплексу, колоїдні речовини, деякі органічне кислоти ). Підготовка гідролізату включає кілька стадій: інверсію (гідроліз) декстринів до моносахаридів (витримка при атм. Тиску і 100 ° С або під тиском до 0,1 МПа при більш високій температурі) 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 проізводствс гідролізат, що надходить на переробку, називають суслом. Вхідні в його склад моносахариди (гексози) зброджують різні 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 якого входять неутілізіруемие при спиртовому бродінні пентози і органічне кислоти (так званої барда), направляють на вирощування кормових дріжджів. У разі чисто дріжджового виробництва всі отримані гідролізати використовують для культивування дріжджів, вихід яких складає 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 кислотою багатого пентозанами сировини (кукурудзяного качана, вівсяної, бавовняної і рисового лушпиння, соняшникового лушпиння, листяної деревини), в нагріванні його до 160-170 ° С паром і подальшої продувке їм протягом 2-3 ч. у цих умовах містяться в сировині геміцелюлози гідролізуються до пентоз, які далі шляхом дегідратації в присутності каталізаторів (кислот) перетворюються в фурфурол. Останній, змішуючись з водяною парою, віддаляється в конденсаційну систему. Безперервний відбір фурфуролу в реакційне зоні зменшує ступінь його розкладання. Конденсат містить 3-4% фурфуролу і 1-2% органічне кислот. Залишок після відгону фурфуролу (целлолігнін) піддають перколяції з утворенням гексозних гідролізату, з 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 виробництві першим способом до 60-100 кг, другим - 5-6 кг.
Ксілозний-дріжджове виробництво. В якості сировини для отримання ксилози застосовують ростить. відходи (вівсяну і бавовняну лушпиння, кукурудзяну качан), в яких переважають пентозани (ксілан) і міститься мінім. кількість мінеральних і органічне домішок. Для їх видалення сировину, попередньо просочене кислотою, 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 речовин відстоюванням і фільтрацією, інверсію і іонообмінну очищення від мінеральних і органічне домішок, упарювання розчину і виділення ксилози кристалізацією (до 300 кг). подальшої гидрированием ксилози отримують кристалічної. ксиліт (до 125 кг). На другому ступені залишок після гідролізу - целлолігнін переробляють так само, як у виробництві фурфуролу. Див. Також Лісохімія.
Хімічна енциклопедія. Том 1 >> До списку статей