Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 3 (1044950), страница 80
Текст из файла (страница 80)
В условиях гидролиза происходит разложение целлюлозы и гемицеллюлоз с образованием через промежуточные соединения простейших сахаров — моноз* (гидролизный сахар). Одновременно происходит и частичный распад моноз с образованием органических кислот, фурфурола и ряда других веществ. Продукты промышленных гидролизных производств, основанных на использовании отходов растительного непищевого сырья, представляют собой растворы моносахаридов (пентоз и гексоз, в том числе глюкозы), называемые гидролизатами, твердый остаток — гидролизный лигнин и летучие вещества (органические кислоты, спирты).
Химический состав подвергаемых гидролизу отходов растительного сырья, а также способ осушествления процесса гидролиза определяют преобладание в гидролизном сахаре тех или иных моносахаридов. Осахариванию путем гидролиза можно подвергать различные по форме кусков и размерам отходы указанных видов растительного сырья, однако очевидно, что интенсивность ' Монозы — люносахарилы. Часть ИП. Технологические решения по утилизации твердых отходов Рис. 6.9. Спирто-дрожжевое производство при однофазном гидролизе процесса повышается с увеличением степени измельчения обрабатываемого материала. В промышленных условиях в настоящее время процесс гидролиза осуществляется в растворах как концентрированной, так и разбавленной минеральной кислоты (Н,БО4), причем наиболее распрострайен последний способ.
Выход моноз при гидролизе может достигать 90 % от содержащихся в сырье полисахаридов. В зависимости от ориентации гидролизных производств на получение тех или иных продуктов переработку В соответствии с этой схемой гидролиз растительного сырья осуществляют (рис. 6.10) в вертикальных мегаллических котлах-гидролизерах емкостью до 70 м', футерованных изнутри кислотоупорной керамикой. Смесь измельченных отходов с получаемых гидролизатов осуществляют химическим или более широко используемым биохимическим путем.
Биохимическая переработка гидролизатов позволяет получать такие важные продукты, как этиловый и метиловый спирты, кормовые дрожжи, фурфулол, диоксид углерода. На рис. 6.9 схематично представлен один из наиболее распространенных в отечественной промышленности вариантов процесса гидролиза (так называемый однофазный гидролиз) с биохимической переработкой гидролизата. 0,4 — 0,7% раствором серной кислоты нагревают в гидролизере паром под давлением (137 — 147)х104 Па до 160 — 190 С. Получаемый кислый раствор-гидролизат, содержащий саха-, ра, непрерывно выводят из котла через фильтрующее устройство в ниж- Глава б.
Утилизация отходов растительного сырья Отходы Пары на конденсацию сбразкидание Рис. 6.10. Принципиальная схема гидролизного производства: 1 — гилролизер; 2 — испаритсль; 3 — мсрник; 4 — кристлллизлтор; 5 — тсплообмснник; б — фильтр-пресс; 1 — отстойник; 8 — нейтрализатор; 9 — циклон Получаемый спирт (1,2 — 1,6%) выделяют из жидкости путем отгонки и очищают от примесей. Образующийся при брожении диоксид углерода можно перерабатывать с целью получения товарных продуктов— жидкой углекислоты и сухого льда. Остающаяся после отгонки спирта жидкость — гидролизная барда— содержит пентозы и служит для получения кормовых дрожжей (рис.
6.11). Для этого в нее дозируют содержащие азот и фосфор питательные соли (сульфат аммония, суперФосфат) и 346 ней части гидролизного аппарата, предохраняя таким образом сахар от дальнейшего распада. Гидролизат подают в испаритель, где при охлаждении в результате снижения давления из него выделяют пары, которые конденсируют и используют для выделения метанола, фурфурола, :кипидара и других веществ. По окончании гидролиза, продолжающегося в течение 1 — 3 часов, в гидролизере остается влажный лигнин, пропитанный разбавленной серной кислотой. Избыточным давлением эту смесь выдувают в циклон.
Для обеспечения возможности дальнейшей биохимической переработки гидролизат нейтрализуют известью. Образующийся гипс отдсляют от нейтрализованного гидролизата, сушат и обжигают с последующей передачей его на строительные нужды. Отделенный от гипса нейтрализованный гидролизат (гидролизное сусло) после его охлаждения и дополнительной очистки передают на сбраживание. На этой стадии в нейтральный раствор гидролизного сусла вводят винокуренные дрожжи и сбраживают содержащиеся в нем гексозы с образованием этилового спирта и углекислоты: С,Н„О, -+ 2С,Н,ОН + 2СОг Часть ЛП. Технологические решения по утилизации твердых отходов Во Рис. 6.11.
Принципиальная схема производства кормовых дрожжей из гидролизной барды: 1 — реактор для вырашивания дрожжей; 2 — сепаратор; 3 — вакуум-фильтр; 4 — плаамолизатор; 5 — сушилка; 6 — фасовка и упаковка ' Плазмолизатор — аппарат для терми- ческого разрушения дрожжей. 347 вводят культуру пентозных дрожжей (Тогц1а цЫЫ, Моп111а пшппашса и др.). Процесс выращивания (накопления, размножения) дрожжей длится несколько часов при пропускании через сбраживаемое сусло воздуха (примерно б0 — 80 м'/ч на 1 м' жидкости) и поддержании температуры на оптимальном уровне путем охлаждения. Вьщеление дрожжей из сброженного сусла осуществляют в несколько ста- Переработка отходов хвойной древесины по вышеуказанной схеме (рис.
б.9) обеспечивает выход гидролизного сахара, не превышающий 50 — 53%, а количество образующегося 100 %-го этилового спирта составляет 165 — 200 л на 1 т абсолютно сухой древесины. Замена отходов хвойной древесины отходами лиственной или богатыми пентозами сельскохозяйственными отходами изменяет выход спирта и других продуктов: примерно в 2 раза увеличивается выход фурфурола и в 2 — 2,5 раза — выход кормовых дрожжей. Возможности этой технологии характеризуют, помимо вышеприведенных, дий при помощи сепараторов и вакуум-фильтров с получением частично обезвоженного дрожжевого концентрата (дрожжевого молока). Последний обрабатывают в плазмолизаторе* при 80 — 90'С с целью разрушения дрожжевых клеток, Образующуюся сметанообразную массу подвергают сушке, продукт которой охлаждают, готовые кормовые дрожжи затаривают для отправки потребителям. следующие показатели, достигаемые при переработке 1 т отходов хвойной древесины в абсолютно сухом состоянии.
Выход углекислоты может достигать 70 или 40 кг соответственно для жидкого и твердого продукта, кормовых дрожжей — 40 кг, фурфурола— 9,4 кг, скипидара — 0,8 кг, изобутилового и изоамилового спирта — 0,3 кг, строительного алебастра 225 кг. При производстве этих продуктов расходуют 95 кг серной кислоты (100%), 7,2 т пара различных параметров, 8 м'воды, 230 кВт-ч электроэнергии. Глава 6. Утилизация отходов растительного сырья Рис. 6.12. Переработка растительного сырья, богатого пентозанами, при двухфазном гидролизе 348 Получаемый при гидролизс указанных отходов фурфурол является ценным и перспективным сырьем для ряда органических производств. Он используется для селективной очистки нефти и растительных масел, в производстве каучука, витаминов и лекарственных веществ, малеинового ангидригида, синтетических волокон и красителей.
На практике выход сахара при гидролизе отходов древесины по вышеприведенной схеме (рис. 6.9) не превышает 50%, что составляет лишь 70% от теоретически возможного выхода. В связи с этим разработаны другие способы гидролиза растительного сырья, позволяющие значительно увеличить этот показатель. Так на рис. 6.12 приведен вариант схемы, используемый при переработке богатых пентозанами отходов растительного сырья (хлопковая шелуха, подсолнечная лузга и т.п.). В соответствии с этой схемой растительные отходы вначале подвергаются мягкому гидролизу разбавленным раствором серной кислоты, при котором гидролизуются главным образом пентозаны с образованием пентозных сахаров (ксилозы, арабинозы), используемых в виде отделяемого от растительной ткани пентозного гидролизата для производства кристаллической ксилозы, фурфурола, кормовых дрожжей или других продуктов. Оставшуюся после пентозного гидролиза растительную ткань (целлюлозу и лигнин) подвергают в более жестких условиях гексозному гидролизу с последующей нейтрализацией гексозного гидролизата и его сбраживанием с целью получения этилового спирта.
Переработка, например, хлопковой шелухи, содержашей 20 — 30% Часть 7111. Технологические решения по утилизации твердых отходов Растительное сырье Гемицеллюлозный гидролизат Гидролиз гемицеллюлаз РазбаВленная кислота Этиловый спирт Кармо аы дрожжи Гидролиз целлолигнина Лигнин Очистка глюкоз- ного растоора Глюкозная патока l(оистоллическая глюкоза Рис. 6.13. Производство кристаллической глюкозы из растительного сырья 349 пентозанов, может обеспечить получение на 1 т абсолютно сухого вещества 60 — 90 л 100%-ного этилового спирта, 28 — 38 кг жидкой углекислоты, 70 кг кристаллической ксилозы или 70 — 80 кг фурфурола или 80 — 110 кг сухих кормовых дрожжей. Кормовые дрожжи (дрожжевые грибки) представляют собой простейшие одноклеточные организмы, выращиваемые главным образом на пентозных сахарах. Процесс их получения (выращивания) основан на увеличении органической массы этих простейших микроорганизмов за счет усвоения ими углеводов гидролизного сахара, а также минерального азота и фосфора из специально вводимых в раствор сернокислого аммония и суперфосфата.
В результате происходящих в этих живых организмах биосинтетических процессов из углеводов, азота и фосфора образуются белки, жиры и витамины, необходимые для жизнедеятельности высших животных. Кормовые дрожжи используют в качестве ценной и эффективной белково-витаминной добавки в рационе всех видов сельскохозяйственных животных — скота и птицы (особенно молодняка), а также в зверофермах и в рыбном хозяйстве. По составу они включают (в % масс.) содержащий все незаменимые аминокислоты протеин 45,6, бсзазотистые экстрактивные вещества 35,2; 9,7 воды, 7,8 золы, 1,5 жира, 0,2 клетчатки и характеризуются наличием витаминов группы В, провитамина Д„различных ферментов и гормонов, способствующих усвоению белков и углеводов.
На 1 т древесных отходов можно получить 200 — 250 кг кормовых дрожжей, а на 1 т кукурузных кочерыжек — 250 — 280 кг. Для получения из отходов непищевого растительного сырья глюкозы для медицинских и пищевых целей используют различные схемы, вариант одной из которых представлен на рис. 6.13. Глава б. Утилизация отходов растительного сырья По этому варианту растительные зтходы гидролизуют в мягких условиях разбавленным раствором соляной кислоты с целью перевода в ра:твор гемицеллюлоз. Получаемый гидролизат перерабатывают на этиловый :пирт и кормовыедромаки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
