Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

дене), а также по одному заводу в Швейцарии и Корее. Гидролиз­ ные заводы по методу Шоллера работали до тех пор, пока не были выведены из строя в конце второй мировой войны. Дальнейшего практического развития этот патент не получил. В эти же годы

вГермании по патенту профессора Бергиуса было построено два завода (в Мангейме и Регенсбурге), основанных на гидролизе дре­ весины сверхконцентрированной (41%-ной) соляной кислотой. Эти заводы, как и завод Шоллера в Торнеше, вырабатывали на гидро­ лизном сахаре пищевые дрожжи, использовавшиеся для питания населения. Эти заводы также были разрушены в конце войны и

вдальнейшем не восстанавливались.

Вдореволюционной России и в первые годы советской власти

неоднократно делались попытки организовать производство этило­ вого спирта на сахаре, получавшемся гидролизом древесины, малоразложившегося торфа и лишайников. Так, в 1870— 1880 гг. в бывшей Новгородской губернии и на севере России работало не­ сколько винокуренных заводов, на которых сахар получался гид­ ролизом оленьего мха разбавленной серной кислотой. В 1897— 1899 гг. в Архангельске под руководством инж. О. Гиллера были проведены полузаводские опыты по гидролизу древесины в батарее автоклавов, через которую последовательно пропускался под дав­ лением поток горячей разбавленной серной кислоты. Выход спирта при этом достигал 125 л из 1 г древесины. К сожалению, эта ра­ бота из-за недостатка средств не была доведена до промышленных масштабов.

В первые годы после Великой Октябрьской социалистической ре­ волюции, когда в стране ощущался острый недостаток пищевых продуктов, на проблему гидролиза растительных тканей было об­ ращено большое внимание. По инициативе В. И. Ленина в 1918 г. на базе ряда лабораторий в Петрограде, Москве и Астрахани был организован Российский научно-технический институт по вопросам литания, на который было возложено объединение всех исследова­ ний по гидролизу древесины и малоразложившегося торфа с целью получения сахара и этилового спирта. Под руководством проф. А. Н. Шустова (Москва) и А. А. Шмидта (Петроград) в этом институте велись исследования по гидролизу древесины и под ру­ ководством проф. А. Э. Мозера (Москва) — по гидролизу торфа. Однако из-за технических трудностей эти исследования были пре­ кращены в'1923 г. Этому способствовало также улучшение снаб­ жения городов продуктами сельского хозяйства и крахмалистым сырьем винокуренных заводов. Однако в начале первой пятилетки (1929 г.) эта проблема снова возникла в связи со строительством и пуском в эксплуатацию первых заводов по производству синте­ тического каучука по методу академика Лебедева. В связи с этим в стране резко возросла потребность в техническом этиловом спирте, являвшемся сырьем для этого производства.

Работы по получению этилового спирта методом гидролиза дре­ весины в этот период были начаты почти одновременно в Москов­ ском лесохимическом институте под руководством проф. Л. П. Же-

8

ребова, в Ленинградской лесотехнической академии под руковод­ ством доцента В. И. Шаркова и в Ленинградском лесохимическом институте под руководством доцента Н. Я. Солечника. В Москве' гидролиз древесины проводился при помощи концентрированной серной кислоты, а в Ленинграде — разбавленной серной кислоты. Эти работы велись форсированно. Наиболее успешно развивалось направление гидролиза древесины горячей разбавленной серной кислотой. Летом 1932 г. Ленинградская лесотехническая академия представила в Министерство лесной промышленности технический проект первого опытного завода, который был осуществлен на тер­ ритории Череповецкого лесопильного и винокуренного завода. При разработке рабочих чертежей оборудования принимали участие проф. Н. Н. Непенин, В. В. Мальмберг и Г. М. Орлов. Технологи­ ческие расчеты были проведены инженерами И. А. Беляевским и В. А. Головиным.

Параллельно с проектными работами продолжалась работа по уточнению выбранной технологии. Для усиления этих работ весной 1933 г. исследования, проводившиеся в Ленинградской лесотехни­ ческой академии и Ленинградском лесохимическом институте, были объединены под руководством В. И. Шаркова, и летом 1933 г. в Лесохимическом институте была введена в эксплуатацию опыт­ ная установка, на которой ежедневно получалось около 10 л эти­ лового спирта из хвойных опилок. В этих работах активное участие принимали доцент Ю. В. Медведев и инженеры Н. П. Мельников,

О.Д. Камалдина, 3. А. Тягунова.

Вдекабре 1933 г. в Ленинградской лесотехнической академии состоялся первый выпуск инженеров-гидролизников.

Опытный завод в Череповце, оборудованный шестью автокла­

17 января 1934 г. на этом заводе были получены первые 200 л эти­ лового спирта. К сентябрю 1934 г. выход 100%-ного этилового спирта из 1 т абсолютно сухой древесины на этом заводе достиг 160 л, а к декабрю — 178 л.

Архангельская группа исследователей к этому времени также выполнила проект опытного завода, который в 1934 г. был построен и введен в эксплуатацию в пригороде Архангельска Цикломени. Однако недостаточный опыт и большие дефекты в аппаратуре не позволили наладить технологический процесс, и завод в дальней­ шем был переоборудован по образцу Череповецкого завода.

Успешное освоение производства этилового спирта из древесных опилок на Череповецком опытном заводе позволило Совету На­ родных Комиссаров СССР летом 1934 г. вынести решение о строи­ тельстве первой серии промышленных гидролизно-спиртовых заво­ дов. Проектирование их было поручено вновь созданному проект­ ному институту Гипрогидродиз. Проектирование и строительство этих заводов велось одновременно. Первым из этой серии в декабре 1935 г. вступил в строй Ленинградский гидролизный завод, затем Хорский, Бобруйский, Архангельский, Саратовский, Сталинградский.

9

В годы войны (1941 — 1945) в Сибири и на Урале вступили в строй заводы Лобвинский, Тавдинский, Канский и Красноярский. Строительство гидролизных заводов в СССР успешно развивалось и в послевоенные годы. Были построены заводы Бирюсинский, Зима, Тулунский, Ивдельский и др. Однако профиль этих пред­ приятий, как уже указывалось выше, изменился в направлении комплексной переработки получаемого сахара в этиловый спирт, кормовые дрожжи и фурфурол. В последние годы построены гидро­ лизные заводы для производства кормовых дрожжей и фурфу­ рола.

Необходимо отметить, что технология гидролизно-спиртового про­ изводства непрерывно совершенствовалась, что способствовало рез­ кому увеличению выработки спирта на одном и том же основном оборудовании. Особенно большое влияние на повышение выра­ ботки спирта оказало введение ленинградского режима гидролиза, новых методов перколяции, направленной кристаллизации гипса при нейтрализации гидролизата, сбраживания нефильтрованного гид­ ролизата, более совершенной регенерации тепла, автоматизации и механизации процессов. Большое значение имело также введение схемы комплексной переработки сырья, включающей сбраживание гексозных сахаров в этиловый спирт, улавливание и сжижение уг­ лекислоты, использование пентозных сахаров для выращивания кормовых дрожжей и получение фурфурола из паров самоиспарения гидролизатов.

Как уже указывалось, на этих заводах сахара получают путем гидролиза древесины разбавленной серной кислотой при повышен­ ных температурах. Только на опытно-промышленном гидролизном заводе в г. Канске был применен гидролиз сверхконцентрирован­ ной соляной кислотой. Получающийся при этом гексозный гидро­ лизат используется для получения пищевой кристаллической глю­ козы, выход которой достигает 200—230 кг из 1 тсухой хвойной дре­ весины. Из-за большой сложности процесса этот метод не получил пока дальнейшего промышленного развития.

Параллельно с изучением гидролиза древесины в СССР проводи­ лись и исследования гидролиза однолетних растений, хлопковой шелухи, подсолнечной лузги и кукурузной кочерыжки. Эти иссле­ дования, начатые в 1934— 1936 гг. в Верхнеднепровске под руко­ водством Н. И. Гутгерца, в Безенчуке под руководством Н. А. Сы­ чева и в Москве под руководством Е. 3. Плюшкина, легли в основу технологии переработки сельскохозяйственных отходов, богатых пентозанами, в кормовые дрожжи, фурфурол, кристаллическую ксилозу и ксилит. Эти производства в нашей стране также полу­ чили промышленное развитие (Ферганский, Андижанский, Красно­ дарский и другие заводы).

В эти же годы на Минском опытном торфогидролизном заводе под руководством В. И. Шаркова и И. А. Беляевского были на­ чаты работы по получению этилового спирта и кормовых дрожжей из малоразложившегося сфагнового торфа, однако начавшаяся ми­ ровая война прервала эти исследования.

10

Глава I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОЛИЗНОМ СЫРЬЕ

1. ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ

Химический состав растительного сырья, перерабатываемого на гидролизных заводах, неодинаков и колеблется в широких преде­ лах. Главная составная часть этого сырья — п о л и с а х а р и д ы , количество которых в разных видах растительного сырья колеб­ лется от 40 до 75%. Вторым по количеству компонентом раститель­ ного сырья является лиг нин, содержание которого колеблется от 15 до 60%. Необходимо отметить, что в гидролизной промыш­ ленности под лигнином обычно понимают нерастворимый остаток после гидролиза полисахаридов, состоящий из полимеризованного природного лигнина, нерастворимой смолы, части белков, зольных веществ и флобафенов, т. е. конденсированных дубильных веществ

исуберина. В техническом гидролизном лигнине, кроме того, при­ сутствует некоторое количество негидролизованных полисахаридов

игуминовых веществ, продуктов распада сахара.

ненты растительного сырья.

Третий компонент растительного сырья — прочие вещества, коли­ чество которых колеблется обычно от 3 до 8%, но иногда достигает и больших значений. В состав этих веществ входит растворимая при гидролизе часть смолы, зольных веществ, легкоотщепляемые при гидролизе ацетильные и метоксильные группы и часть азотис­ тых веществ, переходящая в раствор при гидролизе.

Полисахариды растительного сырья в свою очередь делятся на легко- и трудногидролизуемые. Легкогидролизуемая часть полиса­ харидов состоит из гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Количе­ ство их изменяется в различных видах растительного сырья от 16 до 39%. При количественном гидролизе их образуется сложная смесь моносахаридов: глюкоза, манноза, галактоза, ксилоза, ара­ биноза, рамноза и уроновыё кислоты (глюкуроновая, 4-О-метил- глюкуроновая и галактуроновая). При гидролизе гемицеллюлоа отщепляется также уксусная кислота и некоторое количество ме­ танола. Соотношение этих компонентов в наиболее распространен­ ных растительных тканях колеблется в широких пределах. Так, в гидролизате гемицеллюлоз древесины лиственницы в больших ко­ личествах содержится галактоза, в гидролизатах гемицеллюлоа сосны, ели, пихты и кедра преобладают манноза и глюкоза, в гид­

12