Содержание
Введение.........................................................................................................
1. Общая часть.................................................................................................
1.1.Характеристика выпускаемой продукции, сырья и материалов.....
1.2.Обоснование точки строительства....................................................
1.3.Генеральный план...............................................................................
1.4.Теоретическая часть...........................................................................
2. Технологическая часть..............................................................................
2.1.Описание технологической схемы производства............................
2.2.Пооперационный расчет сырья и материалов (материальный баланс).......................................................................................................
2.3.Подбор и расчет оборудования.........................................................
3. Автоматизация производственных процессов.......................................
4. Строительные решения проекта..............................................................
5. Безопасность и экологичность проекта...................................................
7. Охрана окружающей среды......................................................................
8. Оценка экономической эффективности проекта....................................
Заключение.....................................................................................................
Список использованной литературы...........................................................
Введение
Технология гидролиза растительного сырья включает обоснование и характеристику технологических параметров и схем процесса гидролитической переработки растительного сырья с получением гидролизата – водного раствора моносахаридов, основного промежуточного продукта производства.
Гидролиз растительного сырья – первый этап многостадийного процесса получения субстрата для биохимической переработки. Реальный выход моносахаридов при гидролизе зависит от отношения скоростей образования и распада сахара. Для повышения выхода сахара при гидролизе необходимо сокращение продолжительности пребывания моносахаридов в зоне реакции с целью уменьшения их распада.
Перколяционный гидролиз в настоящее время является наиболее эффективным техническим решением, позволяющим проводить гидролиз легко- и трудногидролизуемых полисахаридов растительного сырья с приемлимыми технико-экономическими показателями процесса.
При переработке кондиционного сырья в оптимальных условиях перколяционный метод гидролиза обеспечивает выход РВ 450-460кг из 1т абс сухого сырья, или 45-46% от массы абс сухого сырья. Этот выход соответствует 65-75% РВ от полисахаридов сырья (при их содержании 70-60% от массы абс сухого сырья соответственно) и 57-67% от теоретически возможного выхода (или от потенциального содержания моносахаридов в сырье). На некоторых предприятиях достигнут выход РВ 44-45% от сырья. Однако, в среднем по заводам спирто-дрожжевого профиля выход РВ составляет 40% от абс сухого сырья.
Гидролизная промышленность - объединяет производства, основанные на химической переработке растительных материалов путём каталитического превращения полисахаридов в моносахариды. Вырабатывает из непищевого растительного сырья - отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки, а также сельского хозяйства - кормовые дрожжи, этиловый спирт, глюкозу и ксилит, фурфурол, органической кислоты, лигнин и др. продукты. Народно-хозяйственное значение гидролизной промышленности заключается, прежде всего, в том, что она использует огромные ресурсы растительных отходов для производства ценной продукции, на выпуск которой в др. отраслях промышленности расходуется значительное количество пищевых и кормовых продуктов (зерно, картофель, патока и
др.).
В настоящее время гидролизная промышленность занимает ведущее место в мире по выработке основных видов продукции: кормовых дрожжей и технического этанола.
Комплексная программа развития гидролизной промышленности предусматривает увеличение производства всех видов выпускаемой продукции за счет: освоения всеми действующими предприятиями проектных мощностей, введение новых мощностей на ряде действующих предприятий при их реконструкции, строительства и ввода в эксплуатацию новых предприятий, технического перевооружения предприятий на основе принципиально новой техники и технологии.
Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ, витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую ценность. Белковые кормовые дрожжи по питательности и усвояемости не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55% белка, который в свою очередь содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы.
Таким образом, кормовые дрожжи, выращенные на гидролизных средах, богаты многими витаминами, входящими в состав различных ферментативных систем и участвующими в белковом и углеводном обмене, окислительно-восстановительных и других биохимических процессах. Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц.
1.Общая часть
1.1 Характеристика выпускаемой продукции, сырья и материалов
Сырье и материалы
Древесина - древесина по своей структуре является неоднородным веществом, что связано с различием строения анатомических элементов растительной ткани. Растущие деревья имеют тонкий слой живых клеток (камбиальный слой), расположенный на границе между древесиной и лубяной частью коры. В летний период камбиальные клетки делятся с образованием продольных перегородок, вновь образовавшиеся клетки дают начало элементам древесины и коры. В древесине хвойных пород более 90% древесного вещества приходится на долю трахеид, отмерших клеточных оболочек, имеющих форму волокон длиной 2—5 мм и диаметр 0,03—0,04 мм. На долю сердцевинных лучей приходится 5—8 % древесного вещества; 0,5—1 % занимают смоляные ходы. Более сложную структуру имеет древесина лиственных пород, включающая проводящие элементы— сосуды и трахеиды, механические элементы — волокна либриформа и запасающие элементы — паренхимные клетки.
Таким образом, растительное сырье представляет совокупность клеточных оболочек, связанных между собой межклеточным веществом. Внутренние полости отмерших клеток в сырье заполнены воздухом или водой. Вариации в размерах трахеид и древесных волокон — основных составляющих растительных тканей — оказывают большое влияние на плотность древесины, которая является показателем ее качества.
При химической переработке растительного сырья методом
гидролиза основное значение имеет углеводный состав сырья.
С этой точки зрения различают два вида сырья: древесину
хвойных пород и пентозансодержащее сырье. К пентозансодер-
жащему сырью относят: древесину лиственных пород, отходы
ее механической переработки и одубину — отход получения дубильных
экстрактов; растительные отходы переработки сельскохозяйственного
сырья; дикорастущие растения (тростник, камыш и др.); малоразложившийся торф.
Пентозансодержащее сырье содержит в 2—3 раза больше
пентозанов, чем древесина хвойных пород. Кроме того, углеводные
компоненты гемицеллюлоз этих видов сырья отличаются
по химическому строению и составу. В частности,
гемицеллюлозы древесины хвойных пород в основном состоят
из галактоглюкоманнанов и арабиноглюкуроноксиланов,в то время как для древесины лиственных пород характерны
глюкуроноксиланы. Гемицеллюлозы древесины лиственницы
отличаются содержанием арабиногалактана.
В табл. 1.1 приведены данные о содержании основных компонентов
окоренной древесины различных пород. По суммарному
содержанию углеводов древесина хвойных и лиственных
пород примерно равноценна. Теоретически возможный выход
моносахаридов при гидролизе составляет 66—72 % от абс. сухой
древесины.
Таблица 1.1
Наименование компонентов
|
Ель |
сосна |
пихта |
лиственница |
берёза |
осина |
дуб |
Полисахариды: легкогидролизуемые трудногидролизуемые
|
17,3 48,0 |
17,8 47,7 |
14,9 44,2 |
27,2 39,0 |
26,5 39,4 |
20,3 44,0 |
20,142,5 |
Всего
Моносахариды после исчерпывающего гидролиза: а) легкогидролизуемых полисахаридов:
D -галактоза D -глюкоза D -манноза D -ксилоза L - арабиноза ;
б) трудногидролязуемых полисахаридов: D -глюкоза D -ксилоза D -манноза Пентозаны (без уроновйх кислот) Целлюлоза Лигнин Уроновые кислоты Ацетильные группы Смолы (экстрагируемые эфиром)
|
65,3
1,2 2,0 9,6 4,1 0,8
51,2 0,9 1,3 5,1
46,1 28,1 4,1 1,3 0,9 |
65,5
2,0 2,8 9,6 3,9 1,5
49,0 1,4 2,5 6,0
44,1 24,7 4,0 2,2 1,8 |
59,1
0,8 2,9 6,9 3,1 1,5
45,8 1,3 2,0 5,2
41,2 29,9 3,6 0,8 0,7 |
66,2
16,7 1,0 4,5 4,2 3,6
36,3 1,0 2,3 7,8
34,5 26,1 3,9 1,4 1,1 |
65,9
1,3 1,9 1,2 20,7 0,9
39,3 3,5 1,0 22,1
35,4 19,7 5,7 5,8 0,9 |
64,3
0,8 1,7 0,8 16,7 0,7
46,4 1,1 0,7 16,3
41,8 21,8 8,0 5,6 2,8 |
62,6
1,7 1,3 0,6 16,3 0,9
43,1 1,8 1,4 19,5
38,7 27,6 5,1 3,6 0,5 |
Выход отдельных видов продукции гидролизного производства
зависит от состава образующихся моносахаридов, в связи
с чем каждый профиль производства требует вполне определенных
видов сырья.
На гидролизно-дрожжевых заводах применимо любое сырье. Это связано с утилизацией аспорогенными дрожжами как гексозных, так и пентозных сахаров гидролизата.
В практических условиях на переработку поступают отходы
со значительным количеством коры, отличающейся пониженным
содержанием полисахаридов. Содержание полисахаридов
в древесном сырье и качество гидролизатов снижаются
при наличии в сырье коры, однако по экономическим
и техническим причинам окорка сырья в гидролизном производстве
не производится.
Общее содержание полисахаридов в технологической щепе
и древесных опилках составляет 55—65 %, в связи с чем выход
целевых продуктов гидролиза из технического сырья всегда
ниже, чем из окоренной древесины соответствующих пород. Кондиционное сырье должно содержать не менее 60 % полисахаридов.
Значительная часть древесины лиственных пород, поступающей
на гидролиз, поражена гнилью. В березовых насаждениях
количество гнилой древесины составляет 3—4%, в осиновых
10—15%. С увеличением степени деструкции древесины
содержание полисахаридов падает. В частности, с ростом содержания
гнили в древесине березы от 4,2 до 22,4 % содержание
пентозанов снижается с 22,4 до 19 % и полисахаридов с 64
до 58,9%. Содержание полисахаридов в техническом сырье,
полученном при измельчении гнилой осиновой древесины, составляет
54—58 %. При гидролизе частично деструктирован-
ной древесины отмечено не только снижение выхода общих
РВ, но также повышенное содержание в гидролизате редуцирующих
веществ неуглеводного строения. Пониженным содержанием
полисахаридов отличается также тонкомерная древесина
лиственных пород от рубок ухода и лесосечные отходы.
В состав древесных отходов, поступающих в качестве технологического сырья, наряду с березой и осиной иногда попадают
и другие лиственные породы: бук, тополь, ива, вяз, клен, ольха,
орех и др.
С технологической точки зрения основной особенностью
пентозансодержащего сырья является возможность получения достаточно высокого выхода фурфурола, который зависит прежде всего от содержания пентозанов в сырье. Наиболее богата пентозанами овсяная лузга, применяемая наряду с багассой в качестве основного сырья на фурфурольных заводах США и других стран.
Помимо общей зольности сырья, для гидролизного производства
важное значение имеет показатель активной зольности, который обычно выражают количеством серной кислоты, взаимодействующей с минеральными компонентами сырья. Зольность древесного сырья обычно составляет 0,2—0,5%, в связи с чем дополнительный расход серной кислоты при гидролизе древесного сырья обычно в 2—3 раза ниже, чем при гидролизе растительных отходов сельскохозяйственного производства. В частности, дополнительный расход моногидрата для нейтрализации зольных веществ составляет при гидролизе древесного сырья с указанной выше зольностью 5—12 кг на 1 т абс. сухого
сырья.
Основные показатели качества сырья.
Плотность древесины, кг/м3,
определяется массой древесины в единице объема, т. е. плотность — это объемная масса древесины:
р = m /V, (2.1)
где р — плотность; т — масса; У — объем образца древесины.
Плотность натуральной древесины зависит от, объема пор, на долю которых приходится 40—77 % от общего объема древесины отечественных пород. Пористость древесины различных пород существенно отличается, в связи с чем плотность натуральной абс. сухой древесины лежит в пределах 350—700 кг/м3.
Относительная влажность — содержание
воды, отнесенное к массе влажной древесины и выраженное
в процентах.
Wот=(m1-m2)/m1
где m1 — масса образца влажной древесины, г; т2 — масса образца
При складировании сырья в кучи или штабеля между частицами
измельченного сырья или бревнами имеются воздушные
пустоты. Геометрический объем куч ( насыпной объем)
и штабелей измеряют и выражают в виде складочных кубометров.
Складочные меры древесины переводят в кубометры
плотной древесины (пл. м3) при помощи коэффициентов полнодревесности Кп, выражающих относительное
содержание плотной древесины в геометрическом объеме
складируемого сырья. Для щепы среднее значение Кп = 0,36.
Кубометр плотной древесины — это основная единица при определении количества сырья. В этих единицах выражают ресурсы
древесного сырья, потребность в сырье предприятия, выход
продукции из единицы сырья. В условиях производства определение расхода сырья в объемных единицах не отличается высокой точностью. При переработке древесины производится периодический контроль
массы загружаемого в гидролизаппарат сырья для определения
выхода продукции в процентах от абс. сухой древесины.
Плотность загрузки сырья — количество абс. Сухого сырья (кг) в 1 м3 полезного объема гидролизаппарата.
Плотность древесины влияет не только на величину загрузки
сырья в гидролизаппарат, но и на физико-механические
показатели древесины. В гидролизном производстве большое
значение имеет механическая прочность сырья на сжатие поперек
волокон. Этот показатель во многом определяет степень
спрессовывания сырья в условиях перколяционного гидролиза
и изменение гидравлического сопротивления слоя сырья.
В частности, с ростом плотности образцов древесины различных
пород в пределах 300—600 кг/м3 наблюдается линейное
возрастание предела пропорциональности при сжатии поперек
волокон в среднем от 2 до 8 МПа. Глубина разрушения физической
структуры древесины в условиях гидролиза зависит от
прочности межволоконных связей в растительной ткани, однородности
анатомической структуры и условий проведения гидролиза.
Рассмотрим основные характеристики технологического
сырья, применяемого в гидролизном производстве.
Основными видами древесного сырья в гидролизной промышленности являются мягкие древесные отходы, технологическая щепа и дрова, которые подвергаются измельчению непосредственно на гидролизных заводах. Рассмотрение технологических свойств древесного сырья целесообразно начать с требований к его качеству, предъявляемых
действующими стандартами (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Показатель |
Сырьё | ||
опилки по ГОСТ 18320—78 |
щепа по ГОСТ 15815-83 |
щепа по ТУ 13-735—83 | |
Массовая доля, %, не более: коры гнили минеральных примесей зелени (хвои, листвы)
Массовая доля древесины лиственных пород в сме- си, % : спиртовой профиль, не бо лее дрожжевой профиль
Массовая доля остатка, % ; на сите с отверстиями диа метром 30 мм, не более на поддоне частиц, прошедших через сито с отверстиями диаметром: 5 мм, не более 1 мм, не более
Обугленные частицы, металлические и другие включения |
8,0 5,0 0,5
—
20,0
До 100,0
5,0
— 10.0
Не допускается |
1 1,0 2,5 0,5
—
30,0
Д о 100,0
5,0
5,0 —
Не допускается |
2 0 5 2
5
30
До 100
5
— —
Не допускается |
На фурфурольных предприятиях не допускается содержание в сырье древесины хвойных пород.
Химикаты
Серная кислота – ГОСТ 2184-77
В гидролизном производстве на большинстве предприятий применяется контактная техническая серная кислота 1-го или 2-го сорта, содержащая довольно много нежелательных примесей. Для повышения качества товарных дрожжей необходимо использовать улучшенную кислоту высшего или 1-го сорта.