PRODUCERE HIDROLIZATĂ
PRODUCERE HIDROLIZATĂ. servesc la producerea produselor alimentare, furajelor și produselor tehnice din culturile nealimentare. materii prime - exploatare forestieră, exploatare forestieră și prelucrarea lemnului (rumeguș, așchii mici, așchii), prelucrarea produselor agricole. culturi (paie, coji de semințe, etc.). Baza hidrolizei este hidroliza materiilor prime, ale căror produse sunt supuse unei prelucrări chimice și biochimice.
Hidroliza materialelor vegetale. Hidroliza are loc în mod obișnuit în prezența soluției diluate sau concentrate. acizi minerali și organici, mai puțin deseori - săruri care dau reacție acidă în soluții apoase. Hidroliza (convertit polizaharide brute în monozaharide) Hidrolizați obținute (soluții apoase de substanțe organice, în principal pentoze și hexoză) și lignină (randament aproximativ 30% -Aici și mai per 1 tona de os de materie primă uscată). Deoarece rata și gradul de hidroliză al polizaharidelor afectează dimensiunea particulelor materiilor prime, este măcinat în prealabil.
Hidroliza cu acizi diluați (în soluție de bază 0,4-0,7% H2S04) este efectuată la 120-190 ° C și 0,6-1,5 MPa. Avantajele metodei: este posibil să se utilizeze materii prime umede și să se efectueze reacția fără regenerarea acidului datorită debitului său scăzut. Dezavantaje: costuri mari de căldură pentru hidroliză, pierderi semnificative de monozaharide datorate descompunerii lor în zona de reacție, contaminarea produselor secundare din hidrolizate, ceea ce le reduce calitatea. Cu toate acestea, simplitatea procesului a determinat dezvoltarea intensă a acestei metode, care este cea mai importantă din industria de hidroliză a URSS.
Hidroliza prin acizi concentrați (în principal 30-41% HCI și 70-80% H2S04) se efectuează la temperaturi care nu depășesc 60 ° C și atm. presiune pentru a produce hidrolizate care conțin o cantitate mare de monozaharide și câteva impurități. Cu toate acestea, în acest proces, este necesar să se usuce planta. materii prime, regenerați acidul și folosiți materiale rare pentru a proteja echipamentele împotriva coroziunii.
Condițiile de hidroliză și compoziția produselor formate în acest caz sunt în mare măsură determinate de prezența în plantă. tesatura din două fracțiuni polizaharidice - ușor hidrolizată (hemiceluloză) și greu hidrolizabilă (celuloză și o mică parte din hemiceluloză); Rata de hidroliză a acestuia din urmă este de câteva sute de ori mai mică. Cu creșterea temperaturii și a concentrației de acid crește rata de hidroliză a polizaharidelor.
Hidroliza este crescută. materie primă este inevitabil însoțită de descompunerea monozaharide, care sunt formate atunci când produsele secundare nedorite - furfurol și hidroximetilfurfuralul, la rândul său, în descompunere, cu formarea acizilor levulinic și formic. Rata de descompunere a monozaharidelor crește odată cu creșterea temperaturii. Cu toate acestea, dependența ratei constante brute de hidroliză (kg) și descompunerea monozaharide (kp) este diferită de temperatura: mai mare temperatura, cu atât mai mult avansuri de hidroliză de descompunere. Reziduul solid după hidroliză (lignina) cuprinde suplimentar lignină, polizaharide nereacționați.
Modul de proces (temperatura, concentrația, durata) este ales astfel. că gradul de hidroliză a polizaharidelor este de cca. 90%. Când este optim. randamentul monozaharidelor este de 46-50%.
Hidroliza polizaharidelor ușor hidrolizabile se efectuează periodic într-o singură etapă. Datorită raportului mare dintre ratele de hidroliză a materiei prime și descompunerea monozaharidelor, randamentul acestora este aproape de cantitatea cantitativă. În hidroliza polizaharidelor greu hidrolizabile (constantele menționate sunt apropiate unele de altele), gradul de descompunere a monozaharidelor crește substanțial. Prin urmare, valoarea lor maximă. Randamentul într-un proces cu o singură etapă nu depășește 50% din conținutul inițial de polizaharide. Creșterea randamentului monozaharidelor se realizează prin utilizarea așa-numitei hidrolize de percolare, propusă în 1926-28 și efectuată în URSS în sectorul industrial. (1935). În centrul metodei se află principiul filtrării continue a soluției de acid prin instalație. material cu o singură dată. selectarea hidrolizatului. În acest caz, această soluție servește nu numai ca un catalizator, ci și ca un extractant de monozaharide, care sunt extrase în mod continuu din sfera de reacție. Faza solidă este încărcată periodic în mașină.
Hidroliza hemiceluloză (hidroliza pentoze) și polizaharide trudnogidrolizuemyh hidroliză percolare (hidroliză hexoze) se efectuează în gidrolizapparatah - cilindric vertical. vase de oțel cu sferice. top (pentru încărcarea materiilor prime) și conic. inferior (pentru evacuarea ligninei hidrolitice) de gât. Din interiorul reactorului este căptușită cu metale nemetalice rezistente la acizi. materiale, iar în afara acestuia este izolat. Dispozitivul este echipat cu dispozitive de irigare și filtrare, viteza de filtrare a acidului și creșterea productivității sale.
În timpul hidrolizei, polizaharidele trec în soluție, ceea ce determină o scădere a masei materiei prime până la sfârșitul reacției, în medie, cu 70% și simultan. comprimarea fazei solide. Aceasta complică hidroliza de percolare, deoarece duce la o creștere a presiunii hidraulice. rezistența stratului material și scăderea corespunzătoare a vitezei de filtrare a acidului. O utilizare mai completă a capacității aparatului, precum și o creștere a productivității acestuia, se poate realiza prin încărcarea continuă a materiilor prime, hrănirea acidului de gătit, selectarea hidrolizatului și descărcarea ligninei.
Prelucrarea produselor de hidroliză. Din principiu Hidrolizați pot fi obținute: monozaharide cristalizare - glucoză alimente și tehn. xiloza, hidrogenarea monozaharide, alcooli polivalenți (xilitol din pentoze, sorbitol și manitol - hexozelor), hidrogenoliza spirtovglitserin acestea, etilen glicol, propilen glicol; deshidratarea pentozelor și hexozelor - respectiv a produsului furfural și levulinic; oxidare - acid organic (gluconic, trihidroxiglutaroză, etc.); tratament microbiologic (fermentare, cultivarea aerobă) etil și butii alcooli, drojdie furajeră și antibiotice.
Din lignina hidrolitică se pot obține: piroliza - cărbune activ, rășină de lemn; prelucrarea chimică - lignină activată, acid oxalic etc .; tratarea apei - materiale de umplutură pentru materiale polimerice; tratament termic-lignină uscată, utilizată drept combustibil (vezi și Lignin).
În URSS și în alte țări (Ungaria, Cehia, Polonia, Cehoslovacia, China, SUA, Franța, Italia, Japonia, Finlanda), cele mai importante sunt PRODUCȚIA HIDROIZICĂ. următoarele profiluri: drojdie, drojdie de alcool, drojdie de drojdie de drojdie, drojdie de xiloză.
Drojdii și alcool-drojdie de producție. Materia primă pentru producția de drojdie sunt lemn de esență tare (pentozani bogate) si moi la dospit-alcool - lemn de esență moale, care este dominat geksozany. Produse-țintă de procesare biochimică a monozaharidelor - alcool etilic și drojdie furajeră; în care toată producția în drojdia produsă în timpul hidrolizei monozaharide (hexoze și pentoze) prelucrate în drojdii, ca în drojdie producătoare de alcool obținut din alcool hexoze, iar monozaharidelor rămase (pentoze în principal) este utilizat pentru creșterea drojdiei.
Tehnologia de obținere a hidrolizatelor constă în următoarele operațiuni: impregnarea materiilor prime H2S04. încălzirea cu abur în scopul hidrolizei pentozelor, îndepărtarea aerului și a substanțelor volatile (așa-zisa suflare) din reactor, percolarea, spălarea cu apă, stoarcerea și descărcarea ligninei hidrolitice. Când reziduul este spălat, continuă filtrarea fazei lichide prin materialul hidrolizabil, dar în locul acizilor este furnizată apă, care extrage lignina, monozaharidele și acidul găsit în porii și capilarele materiei prime. Hidrolizatul de pentoză este răcit în două sau trei etape în evaporatoare succesiv conectate. Presiunea din ele este redusă de la o etapă la alta; din ultimul aparat, hidrolizatul lasă la atmosferă. presiune cu o temperatură de aprox. 100 ° C Vaporii de hidrolizat sunt trimiși la schimbătoarele de căldură pentru condensarea și încălzirea apei care duce la hidroliză. Fractura este îndepărtată din condens prin distilare (a se vedea mai jos).
Parametrii de proces: temperatura 120-150 ° C (hidroliza pentozei) și 150-190 ° C (hidroliza hexozelor), timpul de reacție este de câteva ore (în funcție de volumul unității de hidroliză și de viteza de filtrare a soluției acide prin materia primă). Cantitatea de lichid luată în timpul hidrolizei de percolare este exprimată prin așa-numitul hidro-modul de livrare a hidrolizatului - raportul volumului său la masa materiei prime absolut uscate încărcată în reactor. Optim. Modurile de hidroliză sunt caracterizate de un modul hidraulic de 12-16 m 3 / t.
Hexoz hidrolizatului înainte de a fi aplicat la o prelucrare biochimic trebuie mai întâi să se pregătească pentru a îndepărta impuritățile conținute de acesta. Recente sau nu utilizate de microorganisme - producători de etanol și drojdie furajeră sau inhiba capacitatea lor de a trăi (dextrine - produse de hidroliză parțială a polizaharidelor, solide în suspensie - lignină sub formă de particule și produse rășinoase aldegidyfurfurol, hidroximetilfurfuralul, formaldehidă, un compus de substanțe coloidale complexe lignohumic, unii acizi organici ). Hidrolizat de preparare cuprinde mai multe etape: inversiune (hidroliza) dextrinelor la monozaharide (înmuiere la presiune atm și 100 ° C și o presiune de 0,1 MPa, la o temperatură mai mare.) In spec. Aparate de neutralizare hidroxid de Ca și apă de amoniac până la pH 4,0-5,6, purificarea particulelor suspendate în bazinele de decantare și de la ei dăunătoare impuritățile de coagulare după răcirea la 33-37 ° C, adsorbție carbon activat și purjare a aerului.
În producția de alcool-drojdie, hidrolizatul care intră în procesare se numește must. Monozaharidele (hexozelor) incluse în compoziția sa sunt fermentate de diferite rase de drojdie. Produsul rezultat (preparat) care conține 1-2% alcool etilic este concentrat prin rectificare. Randamentul alcoolului de 94-96% este de 150-180 litri (a se vedea și alcoolul etilic).
Hidrolizatul, care include fermentația alcoolică nedegradabilă a pentozelor și acidului organic (așa-numitul bard), este îndreptată spre creșterea drojdiei de nutreț. În cazul producției pure de drojdie, toate hidrolizatele obținute sunt utilizate pentru cultivarea drojdiei, a cărui randament este de până la 220 kg (a se vedea și furajele de drojdie).
Producția de drojdie furfurală. Sunt utilizate două metode pentru producerea de furfural: direct și din vaporii fracțiunii de auto-evaporare a hidrolizatelor. Prima metodă constă în impregnarea acidului bogat de materie primă de irigare și pentozani (știuleți de porumb, ovăz, bumbac și coji de orez, floarea soarelui, lemn de esență tare) în încălzirea acestuia până la 160-170 ° C și abur ulterioară a acestora purge timp de 2-3 ore. în aceste condiții, conținute în materia primă pentru hidrolizarea pentoze hemicelulozei, care apoi prin deshidratare în prezența catalizatorilor (acizi) sunt transformați în furfurol. Acesta din urmă, amestecat cu vapori de apă, este eliminat în sistemul de condensare. Selecția continuă a furfuralului în zona de reacție reduce gradul de descompunere a acestuia. Condensul conține 3-4% fluorfural și 1-2% acizi organici. Reziduul după distilarea furfurol (tsellolignin) supuse percolare cu hidrolizatul formarea hexoze care produc furaj drojdie.
Cu a doua metodă, furfuralul este produs în plante de drojdie alcoolică, extras-o prin rectificare (în cantitate de 0,2-0,4%) din condensatul fracțiunii auto-evaporate a hidrolizatului de pentoză. Marfa furfural prin ambele metode se obține prin rectificare. Producția de furfural prin prima metodă este de până la 60-100 kg, a doua - 5-6 kg.
Producția de xiloză și drojdie. Ca materie primă pentru producerea de xiloză, se utilizează șobolani. deșeuri (bumbac și ovăz pleavă, coceni de porumb) dominat pentozani (xilan) și conține min. cantitatea de impurități minerale și organice. Pentru a le îndepărta, materia primă, impregnată anterior cu acid, este tratată cu apă fierbinte. Procesul se desfășoară în două etape. In prima percolarea hidroliza pentoză este efectuată la 140 ° C, care împiedică hidroliza celulozei. Reciclarea presupune luminarea Hidrolizat cu carbon activat, separarea solidelor în suspensie prin decantare și filtrare și inversarea purificării schimbătoare de ioni de impurități minerale și organice, evaporarea soluției și izolarea xiloză prin cristalizare (300 kg). urmată de hidrogenarea xilozelor pentru a se obține cristalin. xilitol (până la 125 kg). În a doua etapă reziduul după hidroliză - celolignina este prelucrat în același mod ca și în producerea de furfural. A se vedea și Dendrochimia.
Enciclopedii chimice. Volumul 1 >> La lista articolelor