- •Гидролизное производство.
- •2.Превращения лигнина.
- •3.Превращения экстрактивных веществ древесины в условиях гидролиза.
- •Охлаждение гидролизата.
- •Нейтрализация гидролизата проводится в две ступени:
- •4.Обогащение субстрата неорганическими питательными веществами.
- •5.Осветление нейтрализата.
- •6.Охлаждение нейтрализата.
- •7.Удаление лигногуминовых веществ.
- •Разбавление сусла.
- •Производство дрожжей.
- •Выбросы в атмосферу.
- •Производство этилового спирта.
- •Производство ксилита.
- •Механическая подготовка и химическое облагораживание пентозансодержащегося сырья
- •Пентозный гидролиз самый важный этап.
- •3. Подготовка пентозного гидролизата процессу гидрирования.
- •Гидрирование ксилозы
- •Очистка и концентрирование ксилитных растворов.
- •Кристаллизация ксилита
- •Технология получения фурфурола.
- •Утилизация гидролизного лигнина.
- •Методы утилизации лигнина
- •Производство целлюлозы
- •Подготовка древесины
- •Сульфитная варка древесины
- •2. Приготовление сырой сульфитной кислоты.
- •Варка древесины.
- •Основные реакции сульфитной варки.
- •Области использования лигносульфонатов
- •Сульфатная варка целлюлозы
- •2. Подготовка щелока к упариванию
- •3.Упаривание черного щелока.
- •Сжигание черного щелока
- •Получение зеленого щелока.
- •Каустизация зеленого щелока.
- •Получение очищенного скипидара
- •Очистка сточных вод гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности.
- •Использование твердых отходов
- •Электроэнергетика
- •Паротурбинные энергетические установки
- •Воздействие энергетики на окружающую среду
- •Подготовка питающей воды
Гидролизное производство.
Сырьем для гидролизного производства являются отходы лесопиления и деревообработки а также низкокачественная стволовая древесина, не пригодная для механической переработки и отходы сельского хозяйства (солома, кукурузные кочерыжки, хлопковая шелуха). Ежегодно образуется около 100 млн м3 отходов древесины. Из них 65 млн м3 образуется в результате лесопиления и деревообработки, а 35 млн м3 образуется в процессе заготовки леса. В настоящее время используется только около 30% отходов древесины.
Древесина – это продукт биологического происхождения. Клеточные стенки состоят из органических соединений на 99%.
Состав древесины:
1)углеводы:
- целлюлоза – это природный полисахарид, которая составляет 40-50% от общей массы древесины. Это высокомолекулярное соединение, элементное звено целлюлозы - Д-глюкоза, степень полимеризации составляет от 6-14 тыс.;
- гемицеллюлозы – элементным звеном являются различные пентозы, степень полимеризации -2-10, содержание до 30% от общей массы древесины;
2) ароматические соединения:
–лигнин – это смесь ароматических полимеров родственного строения. Его содержание составляет до 30% от общей массы древесины. Элементарными звеньями в макромолекулах лигнина являются фенилпропановые структурные единицы. Они связаны между собой различными химическими связями, к ним присоединены различные группировки (метил, этил и др.), причем строгого порядка в чередовании этих звеньев и группировок нет. Лигнин придает древесине прочность;
3) экстрактивные вещества древесины – это низкомолекулярные вещества. Они не являются составной частью клеточной стенки, а пропитывают ее. В состав экстрактивных веществ входят как органические, так и неорганические соединения. Их можно экстрагировать водой или органическими растворителями. Состав экстрактивных веществ очень сложен. К ним относятся смоляные и жирные кислоты, их эфиры, летучие углеводороды (терпены), дубильные вещества, танниды и др. Содержание экстрактивных веществ - 3-5%.
Особенности химического состава сырья.
При гидролизе основное значение имеет углеводный состав. Различают два вида сырья:
- гексозансодержащее сырье - это древесина хвойных пород;
- пентозансодержащее сырье - это древесина лиственных пород и отходы сельского хозяйства.
По суммарному содержанию углеводородов древесина лиственных и хвойных пород примерно равноценна.
На предприятиях гидролизной промышленности получают следующие виды продуктов:
дрожжи кормовые. Для их производства используется любой вид сырья;
этанол. Для его производства используется гекзозансодержащее сырье;
фурфурол и ксилит. Для их производства используется пентозансодержащее сырье.
Превращения основных компонентов древесины в условиях гидролиза.
Превращения полисахаридов. Во время гидролиза последовательно происходит несколько процессов:
1)Набухание полисахаридов.
Происходит разрыв части межмолекулярных связей в результате проникновения в структуру полимера молекулы растворителя или реагента. Набухший полимер можно рассматривать как раствор низкомолекулярного компонента в высокомолекулярном. Набухание целлюлозы в серной кислоте начинается при концентрации 50-55%, а в соляной при концентрации 37%.
Набухание гемицеллюлоз начинается при более низкой концентрации и идет с более высокой скоростью. Интенсивность набухания полисахаридов увеличивается с температурой.
2)Растворение полисахаридов.
С увеличением концентрации кислот ограниченное набухание переходит в неограниченное, то есть происходит растворение. Для целлюлозы растворение начинается при концентрации серной кислоты 62%, а соляной 39%. Глубина растворения увеличивается при увеличении продолжительности обработки, концентрации кислоты, температуры и модуля обработки.
3)Гидролиз глюкозидных связей.
При действии концентрированной кислоты процесс гидролиза протекает с образованием ряда промежуточных продуктов:
Целлюлоза – гидроцеллюлоза – целлодекстрины – олигосахариды – Д-глюкоза.
Гидроцеллюлоза- частично гидролизованная целлюлоза, сохраняющая волокнистую структуру.
Олигосахариды имеют степень полимеризации от 2-10. Процесс гидролиза может сопровождаться также процессами реверсии и инверсии.
Реверсия.
Кислотная реверсия – процесс поликонденсации моносахаридов с образованием полисахаридов, строение которых отличается от строения исходных полисахаридов.
Процессу реверсии способствует повышенная концентрация моносахаридов, наличие кислотного катализатора, дефицит в системе воды. Реверсия начинается при концентрации моносахаридов около 2%.
Продукты кислотной реверсии Д-глюкозы отличается от целлюлозы не только по химическому строению, но также более низкой степенью полимеризации и повышенной растворимостью и реакционной способности.
Инверсия.
В результате протекания всех рассмотренных выше процессов получается сложная смесь, состоящая из промежуточных продуктов гидролиза и продуктов реверсии. Содержание моносахаридов невелико. Для повышения содержания моносахаридов проводят инверсию, т.е дополнительный гидролиз разбавленной кислотой при температуре кипения. Распад моносахаридов в этих условиях не происходит, что обеспечивает их высокий выход.