Производство ксилита.

Ксилит - пятиатомный спирт. Ксилит используют как заместитель сахара.

Его получают гидрированием гемицеллюлозных гидролизатов пентозансодержащего сырья. В качестве сырья используется хлопковая шелуха и стержни початков кукурузы

Основные стадии процесса:

1. механическая подготовка и химическое облагораживание пентозансодержащегося сырья.

2. Двухстадийный пентозно-гексозный гидролиз.

3. Подготовка пентозного гидролизата процессу гидрирования.

4. Гидрирование ксилозного раствора.

5. Очистка ксилитного раствора.

6. Концентрирование ксилитного раствора и кристаллизация ксилита.

1. Механическая подготовка и химическое облагораживание пентозансодержащегося сырья

Механическая подготовка заключается в измельчении кукурузных початков и их сортировке.

Оптимальная фракция (10-30 мм) должна составлять не менее 90%.

Химическое облагораживание. Для удаления экстрактивных веществ, ухудшающих качество пентозного гидролизата, проводят обработку сырья 6-10% раствором серной кислоты при модуле 0,2-0,5 и температуре 20-25^оС.

Пропитка улучшается при уменьшении влажности и увеличении температуры обработки. Пропитанное сырье поступает в гидролизаппарат. Туда же подается вода с температурой 100^оС. Затем проводят перкаляционную выдачу экстракта при гидромодуле 5 и при температуре 100-115^оС. Продолжительность обработки 2-4 ч. При этом из сырья выводится 6-12% сухих веществ, в состав которых входят белки, жиры, минеральные компоненты и 2% моносахаридов. Образовавшийся экстракт направляют в дрожжевое производство. Основная задача этой стадии удалить максимальное количество экстрактивных веществ при минимальном гидролизе.

2. Пентозный гидролиз самый важный этап.

Параметры процесса должны обеспечить избирательность гидролиза пентозанов с максимально возможным исключением гидролиза гексозного сырья. Поэтому гидролиз проводят перколяционном методом. Концентрация серной кислоты - 0,8-2,6%, температура - 120-130⁰С. Выход моносахаридов составляет 20-22%, концентрация моносахаридов после гидролиза - 6-7%, содержание гексоз 0,1-0,5%.Гидролиз ведется при довольно мягких параметрах вследствие высоких требований к качеству пентозного гидролизата.

После этого проводят гексозный гидролиз при тех же параметрах, что и в дрожжевом производстве и гексозный гидролизат используют для получения дрожжей илиэтилового спирта.

3. Подготовка пентозного гидролизата процессу гидрирования.

Подготовка пентозного гидролизата процессу гидрирования состоит из нескольких операций:

1.Охлаждение пентозного гидролизата.

2. Инверсия пентозного гидролизата.

3. Нейтрализация и осветление пентозного гидролизата.

4. Вакуум-выпарка нейтрализата.

5. Ионообменная очистка нейтрализата.

Охлаждение пентозного гидролизата.

Пентозный гидролизат охлаждают одноступенчатым испарением до температуры 100⁰С, и направляют на инверсию.

Инверсия пентозного гидролизата.

В гидролизате содержатся олигосахариды (5-20% от содержания моносахаридов) поэтому проводят инверсию. Ее проводят в аппаратах непрерывного действия при концентрации серной кислоты 1,5%, температуре 100⁰С в течение 3-х часов. За счет проведения инверсии выход моносахаридов увеличивается на 10-15%.

Нейтрализация и осветление пентозного гидролизата.

В качестве нейтрализующего агента используют известковое молоко, что позволяет уменьшить солесодержание нейтрализата:

Ca(OH)₂+H₂SO₄ → CaSO₄ ↓+2H₂O

Нейтрализацию проводят при температуре 80⁰С в течение двух часов до остаточного содержания серной кислоты 0,05-0,1%. Содержание органических кислот при этом не изменяется и составляет 10-13% от содержания моносахаридов. Получают нейтрализат следующего состава:.

Содержание сухих веществ 7-9 %, моносахаридов 5-6%, содержание органических кислот 0,65-0,8%, минеральные примеси 0,05-0,1%, рН 2,8-3.

В растворе присутствуют окрашенные вещества лигногуминового происхождения. Для их удаления в нейтрализат добавляют активированный уголь - коллактивит, что обеспечивает уменьшение цветности до 18-20 единиц. Осветление проводят при температуре 80-85⁰С. Расход коллактивита составляет 800-840 кг/т ксилита, используется он однократно.

Удаление из нейтрализата гипса и активированного угля проводится в отстойниках или фильтрах (например, ФПАКМах).

Наряду с активированным углем обесцвечивание нейтрализата можнопроводить методом флокуляции с использованием ПАВ катионного типа. Расход 0,1-0,3% от массы сухих веществ.

Вакуум-выпарка нейтрализата.

Осветленный нейтрализат подается на упаривание. Используются 2-3 корпусные вакуумвыпарные батареи. Для предотвращения гипсации труб в осветленный нейтрализат вводят суспензию CaSO₄ в количестве 0,3-0,5 кг/м³. Упаривание проводят до концентрации 38-40% по сухим веществам. В процессе выпарки удаляются органические кислоты, 50%, фурфурол и другие летучие примеси.

Ионообменная очистка нейтрализата.

Ксилозный сироп содержит до 2,5 % (от общего содержания растворенных веществ) зольных компонентов, в том числе:

25% соединений кремния;

12% соединений магния;

8% соединений кальция;

20% соединений серы;

15% соединений фосфора.

Для удаления этих примесей используют ионообменные фильтры. Обычно используют батарею из трех фильтров, которые загружены следующими ионитами: АН-1, ЭДЭ-10п и КУ-1. После ионообменной очистки раствор имеет следующий состав:

Концентрация сухих веществ – 12-16%

Концентрация моносахаридов – 11,5-17,0%

Содержание органических кислот – 0,25% от содержания сухих веществ

Зольность – 0,8% от содержания сухих веществ

рН 5,5-6,0

Регенерация анионитов проводится 5% раствором соды или гидроксида натрия,

Регенерация катионитов – 2% раствором серной кислоты.

Недостатки ионообменной очитки:

- потеря моносахаридов (до 20%);

- большой расход реагентов для регенерации ионитов;

- образуется большое количество сточных вод.