3. Гидрирование ксилозы

Гидрированию подвергается только линейная форма ксилозы.

Процесс гидрирования желательно вести в зоне максимальной активности катализатора и стабильности ксилозы, но эти зоны не совпадают по рН, т.к. ксилоза наиболее стабильна при рН 3,5-4,0 но при этом значении рН уксусная кислота вызывает значительное снижение активности катализатора, который требует щелочной среды. Несмотря на то, что при увеличении рН до 8-8,5 возрастает скорость распада ксилозы, гидрирование ведут при рН 8-9.

Технология гидрирования.

Очищенный ксилозный сироп из сборника подается на подщелачивание 2% раствором NaOH в емкость с мешалкой. Подщелачивание ведется до рН 8-9. Затем в буферной емкости сироп смешивается с водородом, который подается компрессором под давлением 10-12 МПа, после чего нагревается до 115 -120⁰С подогревателем и подается в реактор, заполненный катализатором. Реактор представляет собой колонну высотой 10 м и диаметром 0,65 м. Обогрев колонны ведется глухим паром, температура реакции 115-120⁰С.

Гидрирование проводят до практически полного использования ксилозы, затем на сепараторе высокого давления выделяется водород, который возвращается в производство. Ксилитный раствор через сепаратор низкого давления направляют на очистку. Расход водорода на 1 т ксилита 350-400 м³, катализатора- 20-24 кг/т. Используют никельалюминиевый катализатор с добавкой Ti. Его состав: Ni-47%, Al-50%, Ti-3%.

4. Очистка и концентрирование ксилитных растворов.

После гидрирования ксилитный раствор содержит до 12% сухих веществ. Зольность составляет 1,5% от сухих веществ. Остаточное содержание моносахаридов – 0,5%. рН в процессе гидрирования снижается до 4-6 из-за образования кислот. Основные примеси, образующиеся в процессе гидрирования - это полиолы (многоатомные спирты): этиленгликоль 0,14% от сухих; глицерин 0,2%; сорбит – 5% (основная примесь).

Ксилитный раствор подвергается ионообменной очистке от неорганических солей и органических кислот, который проводится по схеме: КУ-1→ АН-1 или КУ-2→ЭДЭ-10п. Затем раствор подвергается осветлению активированным углем (расход 1-2% от содержания сухих веществ). Очищенный и осветленный ксилитный раствор с содержанием сухих веществ до 12% поступает на прямоточную выпарную батарею, где он выпаривается до концентрации 92% по сухим веществам. Выпарка ведется под вакуумом при температуре не более 108⁰С. Несмотря на это идет частичная деструкция ксилита, сопровождаемая окрашиванием сиропа. Во время упаривания удаляется этиленгликоль и глицерин.

5. Кристаллизация ксилита

На кристаллизацию поступает упаренный ксилитный раствор, имеющий температур 90⁰С.

Процесс кристаллизации протекает при создании пресыщения раствора путем медленного охлаждения до 45⁰С в кристаллизаторе. Охлаждение ведется водой, которая подается в рубашку кристаллизатора и диски перемешивающего механизма. Для равномерного охлаждения раствор перемешивают со скоростью 4 об/мин. Скорость охлаждения не должна превышать 1⁰С в час, т.к при более быстром охлаждении образуются мелкие кристаллы.

При температуре 55-56⁰С в кристаллизатор вводят ксилитную суспензию в количестве 0,2-0,3% от массы кристализата в качестве центов кристаллизации.

В результате кристаллизации образуется утфель – высоковязкая суспензия кристаллов ксилита в маточной жидкости. Её плотность составляет 1,396 г/см³. Для уменьшения вязкости утфеля к нему добавляют оттек из мерника.

Затем проводят отделение кристаллов от маточного раствора на центрифуге. После фуговки ксилит имеет влажность 2-4%. Для предотвращения его слеживаемости ксилит подсушивают в пневмосушилке горячим воздухом при температуре 60⁰С до влажности не более 1%.

Ксилит прессуют Для улучшения потребительских свойств ксилита его прессуют.

При однократной кристаллизации выход ксилита составляет 50% от сухих веществ исходного сиропа.

Для уменьшения потерь ксилита с оттеком применяют вторичную кристаллизацию. Оттек сначала упаривают до 90-92%, затем подвергают кристаллизации в течение 40-50 часов с уменьшением температуры до 35⁰С.

Вторичная кристаллизация позволят увеличить выход ксилита до 60% от сухих веществ.

Выход товарного ксилита из 1 т пентозансодержащего сырья составляет 80-100 кг при одноступенчатой кристаллизации и 110-120 кг - при двухступенчатой.

Для увеличения выхода ксилита в утфель добавляют этанол, в котором растворимость ксилита ограничена. (1,2 г на 100 г этанола и 64 г на 100 г воды). Введение спирта приводит к увеличению скорости и глубины кристаллизации ксилита; уменьшается вязкость раствора в 10 раз, что позволяет охлаждать сироп до 25⁰С и применять более концентрированные растворы (95 % по сухим веществам). Водноспиртовая технология позволяет увеличить выход ксилита высокого качества до 70-75% от сухих веществ, то есть до 150 кг из 1 т пентозансодержащего сырья.