<<
>>

4.1. Продукты перколяционного гидролиза и их использование

 

В результате перколяционного гидролиза растительного сырья и процессов ступенчатого испарения гидролизата получают сернокислотный гидролизат, фурфуролсордержащий конденсат и лигнин.

Сернокислотный гидролизат используют в процессе брожения после ряда подготовительных технологических стадий.

Из фурфуролсордержащего конденсата выделяют фурфурол путём многоступенчатой ректификации.

Лигнин после гидролиза используют в качестве топлива в котельном цехе. Пар, получаемый после сжигания лигнина, подают в процесс гидролиза.

4.1.1. Подготовка гидролизногосусла для процесса брожения

Кислый гидролизат без подготовки не может быть использован для биохимической переработки. Для его подготовки к спиртовому брожению необходимо провести следующие операции:

  • нейтрализацию серной кислоты и отчасти органических кислот по двухступенчатому способу нейтрализации;
  • отделение выпавших осадков путём отстаивания и сгущение шлама на фильтрах ФПАКМ;
  • удаление летучих примесей путём вакуум-охлаждения до t=45-50оС;
  • охлаждение субстрата до t=30-37оС.

Типовая схема двухступенчатой нейтрализации гидролизата растительного сырья представлена на рисунке 4.1. [3,10]. На первой ступени нейтализацию гидролизата проводят меловым или известковым молоком до рН 2,8-3,2. Для приготовления мелового молока используют мел (по ГОСТ 17498-72) с содержанием основного вещества не менее 85%, а для приготовления известкового – негашеную известь (ГОСТ 9179-77) с содержанием СаО и МgО 67-90%. При нейтрализации осуществляют подачу питательных солей (обесфторенный диаммонийфосфат, хлористый калий). На второй ступени гидролизат нейтрализуют аммиачной водой (25%-р-р, ГОСТ 9-77) до рН 3,8-4,2. При двухступенчатом способе нейтрализации гидролизата образуется пересыщенный раствор сульфата кальция, который осложняет проведение ряда последующих технологических операций в биохимическом производстве (дистилляцию спирта на бражной колонне, эксплуатацию сепараторов и теплообменного оборудования).

При нейтрализации сернокислотных растворов известью или мелом образуется трудно растворимый сульфат кальция в трёх модификациях: двухводный гипс СаSO4 2H2O, полуводный гипс СаSO4 ? H2O и ангидрит – безводный гипс СаSO4. Образование той или иной модификации сульфата

Рис. 4.1. Схема подготовки гидролизата для биохимической переработки:

1, 2 - нейтрализаторы; 3 - отстойник; 4 - сборник нейтрализата; 5 - бачок для промывки шлама; 6 - центробежный насос; 7 - вакуум-охладительная установка; 8 - поверхностные конденсаторы; 9 - аэратор; 10 - отстойник; 11 - сборник сусла; 12 - спуск шлама; 13 - охлаждающая вода; 14 - раствор питательных солей; 15 - известковое молоко; 16 - аммиачная вода; 17, 18 - насосы; 19 – отработанная культуральная жидкость.

кальция зависит от температуры нейтрализации. При t=80оС выделяется только двухводный сульфат кальция. При t=82-95оС образуется смесь кристалов двухводного и полуводного сульфата кальция. При t=93-103оС из раствора выпадает смесь полуводного и безводного сульфата кальция, при t=103-105о C выпадает только ангидрит. Исходя из того, что растворимость полуводного гипса выше, чем двухводного, нейтрализацию гидролизата надо проводить при t =70-80оC, с тем, чтобы больше образовывалось двухводного сульфата кальция как наименее растворимого.

Разработке технологии нейтрализации гидролизата растительного сырья посвящено большое количество работ. Нейтрализованный известковым молоком гидролизат при t=80оC содержит гипс в количестве 0,35-0,4%, в то время как растворимость двухводного сульфата кальция в воде составляет около 0,2%, т.е. при нейтрализации гидролизата образуется пересыщенный раствор сульфата кальция [93].

Для предотвращения образования пересыщенных растворов гипса в гидролизате в меловое или известковое молоко добавляют серную кислоту, а нейтрализацию гидролизата осуществляют с направленной кристаллизацией двухводного гипса при t=70-80о C в течение 30-40 минут.

При этом содержание гипса в нейтрализованном гидролизате снижается до концентрации 0,23-0,28%. Сульфат кальция, содержащийся в гидролизных средах, затрудняет процесс дистилляции спирта на бражной колонне. В бражной колонне при t=97-105оC образуется ангидрит, растворимость которого значительно ниже, он загипсовывает тарелки бражной колонны и осложняет её эксплуатацию. Поэтому чаще всего на спиртовых заводах нейтрализацию гидролизата проводят в одну ступень аммиачной водой.

На Кировском биохимическом заводе в дрожжевом производстве осуществлялся процесс упаривания отработанной культуральной жидкости. В связи с этим были разработаны технологические схемы нейтрализации – так называемые «дробные» (с повышенным рН) [94]. Содержание гипса при дробной нейтрализации достигало 0,16% и при повышенном рН (6,5-7,0) – 0,03%. В спиртовом производстве они не используются, так как в настоящее время отсутствует процесс упаривания отработанной культуральной жидкости.

В результате нейтрализации гидролизата хвойной древесины образуются взвешенные вещества в количестве 5-7 г/л. Взвешенные вещества состоят на 80% из двухводного гипса, остальную часть составляют мелкодисперсный лигнин и коллоидные лигногуминовые вещества. При нейтрализации гидролизата аммиачной водой содержание взвешенных веществ составляет 0,1-0,2%. Эти взвеси в основном состоят из лигногуминовых веществ и мелкодисперсного лигнина.

Взвешенные вещества отделяют в отстойниках непрерывного действия. Степень очистки нейтрализатов от взвешенных веществ составляет 80-90%. Шлам выводят из отстойника с концентрацией 200-250 г/л с помощью выгребного механизма и подают на вторичный отстойник, откуда его направляют на фильтрацию на ФПАКМы или ленточные вакуум-фильтры. Шлам с влажностью 50% сбрасывают на шламоотвал.

Осветлённый нейтрализат с содержанием взвешенных веществ не более 2 г/л подают на вакуум-охлаждение, которое осуществляют на вакуум-охладительных трёх- и четырёхступенчатых установках. Проходя последовательно испарительные камеры, нейтрализат охлаждается до t=40-50оC. При охлаждении часть лигногуминовых веществ коагулирует [10].

После дополнительного охлаждения на пластинчатых теплообменниках получают сусло, которое поступает на спиртовое брожение.

Эффективность брожения зависит от химического состава гидролизного сусла. Исследовано содержание примесей в продуктах, полупродуктах и отработанных средах гидролизного производства (таблица 4.1) [48,53].

4.1. Содержание фенольных соединений в гидролизных субстратах Кировского биохимического завода(мг/л)

Наименование соединения

Нейтрализат гидролизата

Гидролизное сусло

4- оксибензальдегид

1± 0,5

1±0,5

4 – оксибензойная кислота

21± 2

30±8

Ванилиновая кислота

19± 6

16±10

Ванилин

13± 3

12± 9

Кумаровая кислота

8± 2

7±1

Сиреневый альдегид

17± 2

14±7

Химический состав гидролизного сусла, полученного из различных источников растительного сырья на Кировском биохимическом заводе, представлен в таблице 4.2 [33].

4.2. Химический состав гидролизного сусла из различных видов растительного сырья

Наименование показателей

Хвойнаядревесина

Древесина и целлолигнин

Древесина и меласса

Древесина и зерноотходы

РВ, %

2,03-2,60

2,65-2,71

2,3-2,9

2,5-2,7

РВ после инверсии, %

2,07-2,60

2,69-2,85

2,4-2,9

2,6-2,9

ХПК, мг О2/л

31925-37841

31927-50565

41161-42452

43776-47035

Фурфурол, %

0,039-0,046

0,013-0,030

0,015-0,035

0,022-0,03

Оксиметилфурфу-рол, %

0,123-0,129

0,089-0,112

0,39-0,62

0,111-0,119

Левулиновая кислота, %

0,304-0,402

0,248-0,475

0,39-0,416

0,353-0,496

Лигнофурановые вещества, %

0,383-0,40

0,319-0,466

0,403-0,423

0,416-0,442

Органические кислоты, %

0,59-0,73

0,53-0,57

0,39-0,62

0,63-0,72

А.с.в, %

2,7-2,9

2,8-2,9

3,18-3,77

2,94-3,17

Бромируемые, %

0,23-0,32

0,28-0,37

0,26-0,34

0,171-0,312

Р2О5, мг/дм3

250-450

250-450

250-450

217-405

N2, мг/дм3

475-520

497-536

430-500

483-511

Из представленных данных видно, что субстраты, полученные с использованием различных видов растительного сырья, отличаются количественным составом ингибиторов.

ХПК сусла, полученного из древесины хвойных пород, составляет 31925-37481 мг О2/дм3, что ниже, чем ХПК других субстратов, полученных с добавками мелассы, нейтрализованного гидролизата зерна, нейтрализованного гидролизата целлолигнина. Самым высоким ХПК отличается сусло, полученное при нейтрализации смеси гидролизатов хвойных пород древесины и целлолигнина. Высокое содержание абсолютно сухих веществ имеет сусло, полученное на основе гидролизата хвойных пород древесины и мелассы.

Однако колебания концентраций ингибиторов в указанных интервалах в данных субстратах не оказывают отрицательного действия на процесс брожения и не снижают технико-экономические показатели производства этилового спирта.

Исследованы и освоены режимы нейтрализации гидролизата зерна: 1) меловая нейтрализация до рН 3,8; 2) двухступенчатая нейтрализация меловым молоком до рН 3,8 и аммиачной водой до рН 4,2 и 4,5; 3) двухступенчатая нейтрализация меловым молоком до рН 3,5 и аммиачной водой до рН 4,2 и 4,5 ? и влияние их на эффективность процесса осветления при отстаивании.

Установлено, что скорость отстаивания взвешенных веществ нейтрализованного гидролизата зерна зависит от концентрации РВ и способа нейтрализации. Максимальная скорость отстаивания наблюдается при двухступенчатом способе нейтрализации: меловым молоком до рН не более 3,5 и аммиачной водой до рН 4,2-4,5.

Проведены исследования аналогичных режимов нейтрализации смеси гидролизатов древесины и зерна. Установлено, что скорость отстаивания взвешенных веществ нейтрализованной смеси гидролизатов древесины и зерновых отходов не зависит от способов нейтрализации. Внедрённые режимы нейтрализации и осветления смеси древесного и зернового гидролизатов обеспечивают необходимую степень осветления нейтрализата.

По результатам исследований была рекомендована и внедрена следующая технологическая схема подготовки смешанного сусла к процессу брожения: сернокислотный гидролиз зерна, нейтрализация гидролизата зерна по двухступенчатому способу, смешение его с нейтрализованным гидролизатом древесины и совместное отстаивание. Данная технологическая схема в настоящее время используется на Кировском биохимическом заводе [33].

<< | >>
Источник: Сушкова В.И., Воробьёва Г.И.. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещества. – Киров, – 204стр.. 2007

Еще по теме 4.1. Продукты перколяционного гидролиза и их использование:

  1. РАЗДЕЛ 1. Спрос фирмы на ресурс. Конкуренция на рынке продукта
  2. 3.1. Физические и комбинированные способы конверсии растительного сырья
  3. 3.2. Химические способы конверсии растительного сырья
  4. Технологический режим перколяционного гидролиза.
  5. Технологическая схема подготовки гидролизата.
  6. Влияние качества исходного сырья и режимов варки на состав гидролизатов.
  7. 3.2.2. Конверсия целлюлозосодержащего и пентозансодержащего сырья концентрированными кислотами
  8. 3.3.5.Биоконверсия осветлённых субстратов из растительного сырья
  9. 4.1. Продукты перколяционного гидролиза и их использование
  10. 5.1.2. Получение фурфурола в качестве целевого продукта при различных режимах гидролиза
  11. Характеристика технического фурфурола, реализация его и образовавшихся отходов при ректификации.
  12. 4.1.3. Образование лигнина и возможные пути его утилизации
  13. 4.3. Аэробная очистка сточных вод гидролизного производства
  14. 4.4.3. Утилизация осадков очистных сооружений