ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 199
Скачиваний: 6
ролизатах гемицеллюлоз древесины лиственных пород и однолет них растениях— ксилоза.
Трудногидролизуемые полисахариды, количество которых колеб лется от 25 до 49%, состоят в основном из целлюлозы с небольшой примесью гемицеллюлоз.
На первой схеме (рис. 1) показано соотношение перечисленных выше основных компонентов в различных видах растительного сырья.
Как уже указывалось выше, при гидролизе легко- и трудногидро лизуемых полисахаридов образуется сложная смесь моносахари дов, состоящих из пентоз (ксилоза и арабиноза) и гексоз (глюкоза,
Рис. 1. Схема состава гидролизного сырья
галактоза, манноза). Так как эти моносахариды при химической и биохимической переработке ведут себя различно, содержание их в исходном растительном сырье учитывается раздельно. На второй схеме (рис. 1) показаны границы колебания содержания пентозанов и гексозанов в различных видах гидролизного сырья.
Моносахариды содержатся в растительных тканях не в свободном виде, а в виде полисахаридов, поэтому количество их на второй схеме (рис. 1) условно выражено в полисахаридах. Эта схема по казывает, что содержание пентозанов в разных видах гидролизного сырья колеблется от 5 до 39%, гексозанов — от 25 до 60%. Необхо димо, однако, учитывать, что таких полисахаридов в действитель ности не существует. Отдельные моносахариды входят в состав раз ных и часто сложных по составу полисахаридов. Так, глюкоза вхо дит в состав целлюлозы, крахмала, глюкоманнана и некоторых полисахаридов, имеющих скелет из остатков ксилозы. Манноза вхо дит в состав различных маннанов, глюкоманнанов и галактоглюкоманнанов. Ксилоза является главной составной частью ксилоуронидов, арабоксилоуронидов, арабоксиланов и других более слож ных полисахаридов. При полном гидролизе эти полисахариды
13
образуют вышеуказанную сложную смесь моносахаридов, перехо дящих в гидролизат.
В табл. 1 приведен химический состав некоторых наиболее рас пространенных видов растительного сырья, перерабатываемого на гидролизных заводах. В этой таблице приведены данные по макси мальному выходу моносахаридов при количественном гидролизе по лисахаридов, а также соотношение между пентозами и гексозами в гидролизате. Приводятся также сведения о содержании легко- и трудногидролизуемых полисахаридов, уроновых кислот, ацетиль ных и легкоотщепляемых метоксильных групп, а также азотистых веществ и лигнина. Поскольку в Одном и том же растительном сырье в зависимости от его происхождения соотношение отдельных компонентов несколько колеблется, в таблице приведены установи ленные границы этих колебаний. Там, где эти колебания не уста новлены, приведены результаты одиночных анализов.
Приведенные в табл. 1 данные показывают, что наибольшее по тенциальное количество моносахаридов (РВ) сосредоточено в ку курузной кочерыжке и древесине хвойных и лиственных пород. К моносахаридам в данном случае относится сумма всех моноз и уроновых кислот, которые определяются по восстановительной спо собности и выражаются условно в глюкозе. В производственных условиях эти вещества называют редуцирующими веществами (со кращенно РВ). Минимальное количество этих веществ образуется при количественном гидролизе наружного слоя древесной, коры — корки. Поскольку последняя оказывается примесью к соответст вующей древесине, средний выход редуцирующих веществ из имею щейся смеси определяется соотношением древесины и коры. Из-за малого содержания полисахаридов в корке сосны она самостоя тельного значения как сырье на гидролизных заводах не имеет.
Соотношение между пентозами и гексозами не имеет существен ного значения при выращивании кормовых дрожжей, так как обе эти группы моносахаридов усваиваются дрожжеподобными мик роорганизмами. При производстве фурфурола, ксилозы и ксилита, наоборот, большое значение имеет содержание пентоз. Чем их больше, тем лучше сырье для этих производств. Однако одного этого показателя еще недостаточно. В производственных условиях для отделения пентоз от гексоз пользуются различной гидролизуемостью исходных полисахаридов. Поэтому наибольшую ценность для производства ксилозы, ксилита и отчасти фурфурола представ ляют такие виды гидролизного сырья, которые содержат значитель ные количества ксилозы, входящей в состав легкогидролизуемых полисахаридов. Из такого сырья получают наиболее чистые пентозные гидролизаты. При производстве этилового спирта наилучшим сырьем, является хвойная древесина, образующая при гидролизе наибольшие количества гексоз, которые, сбраживаясь спиртообра зующими дрожжами, превращаются в этиловый спирт и углекис лоту. Пентозы при этом не изменяются и остаются в растворе.
Содержание в растительном сырье уроновых кислот также имеет определенное значение. Уроновые кислоты и особенно продукты
14
гг
ѵо
<3
Ьч
Химический состав (% от абс. сухого вещества) наиболее распространенных видов гидролизного сырья
І5 3
к |
Zf |
|
я |
|
|
|
Ацетиль ные |
группы |
|
а* |
н |
|
и |
|
|
я |
п |
|
£ |
« |
5 S
ОО00 CN CNCNCNCNCN
CO’ ь о о
CNО) -CN CN
CN
CN00 00
CNО CNг*-
^}l I I I ^ rfЮCOCN
^ o '^
i—h«
—•o V
CNCN I I О*О*COCO
ЮCN 00 т*< 1-ГCN-4« Ю,л со
со1 l 5 l «*0' lСО 1-Н^ Ю
00
-O l^ N O O со^ ЮGOіо
CN
|
00 ^ о |
|
CN |
||
с о о ь с о |
|
1 |
|||
|
t"- |
||||
Tf |
|
со со |
|
со |
|
г-ч 1— <C N C N |
|
C N |
|||
1 1 II с ч |
1 |
||||
С О С О і — • Ю |
|
О |
|||
|
|
♦ C N C N |
|
C N |
|
с о |
с о |
|
І О |
1— • о |
|
с о |
С О Ю |
^ |
І О |
^ |
|
I I I |
|
II |
|||
с о |
C N С О ^ |
О |
^ |
||
с о |
С О |
|
ю |
^ |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
0 0 |
|
|
|
|
|
- І О |
о |
о |
|
С О С О 0 0 C N — ' _ |
|||||
1 1 1 1 1 1 |
|||||
і о |
Ю |
С О ^ |
0 0 |
0 0 |
|
|
|
- C N |
1-4 |
г—t |
|
|
|
0 0 |
|
|
|
C N С О С О С О ч—ч О |
|||||
О - |
Г"« |
Г - |
t" - |
t> - |
t"~ |
1 |
1 |
I |
I |
I |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
С О C N C 5 |
О |
О |
^ |
COCN
LOCO
со О
^ o '
т-ч СО CN©
СОЬ- o ’іо
OSLO аГсо
31,5 |
13,1 |
36,1 |
24,3 |
16,2 |
5,1 |
О0 0
С О CN Ю С О
т** CN
0,77
СО
1—ч
г —*
0 0
19,7
Tf4
Г ' Т
,- н
NT
со
CN
29 17, - 1 І ■Г .5 Ю
СОО>
tO CN
00
CN o' I
o '
юю
ТТ^-
сосо^
CN *—■4 •« т-< ООк.
11tc
Осо^
г—<ю—
О^
CNC01O
І 1т*ч Юсосо CNСО
C N С О
1ІЙ
О) ь -
*-< с о
со <Уі
TJ4 с о
й 1 1
F-H Tf4 с о
© С О с о C N
81 1
ЮC N
|
С О CN |
|
C O C O |
h - |
|
Ю |
с о |
С О |
1 |
I |
i |
1 |
1 |
1 |
с о |
© |
ю |
|
|
|
я |
|
o |
|
|
|
|
я о |
. я . |
||
|
|
|
о о |
|
* |
|
|
|
|
Н L- |
C32 |
|
|
|
|
|
\о я |
|
||
|
|
|
Я в |
M |
O H |
|
я |
|
|
о, а> |
CO0) 5 |
||
|
|
<і>я |
>, -г X |
|||
CS |
|
|
|
t? о >> |
||
Я |
|
СЗ |
Он н |
|||
|
|
я |
D О |
K* s |
||
|
|
Я »S |
||||
|
|
я |
я |
£ |
|
a |
О н |
|
ѵо |
Он |
я я |
|
|
C |
|
>> |
о |
ir Я к |
||
я _ |
к |
|
(УДЯ |
|||
|
з |
|
Я О я |
|||
|
<1> Л |
— |
|
q >,0 |
||
|
л ЙР1 Л |
2 я 2 |
О Он Я |
|||
Я |
в Н 0) Я 5 |
о |
>, с |
|||
о с>Он Я 'О |
О Он g 4а |
*3 |
я о |
|||
Ч |
о я О) |
о >> |
>>o,S |
О |
|
ч |
<и оч \о |
о |
4 «Ä |
Я Я |
X |
15
неполного гидролиза гемицеллюлоз, содержащие эти кислоты, усваиваются дрожжами значительно хуже, чем моносахариды. Вы ход фурфурола из них значительно ниже, чем из соответствующих моносахаридов. Присутствие уроновых кислот и продуктов непол ного гидролиза гемицеллюлоз снижает качество пентозных гидроли затов, используемых для получения ксилозы и ксилита. Поэтому сырье, богатое уроновыми кислотами, считается сырьем более низ кого качества, чем сырье, бедное ими.
Ацетильные группы, входящие в состав многих гемицеллюлоз, при гидролизе растительной ткани легко отщепляются, образуя сво бодную уксусную кислоту. При производстве этилового спирта ук сусная кислота является балластом. При выращивании кормовых дрожжей она усваивается наравне с моносахаридами. Поэтому вы ход дрожжей из гидролизатов лиственной древесины, в пересчете на сахара, всегда больше, чем из хвойной, из-за присутствия боль шого количества уксусной кислоты.
Большое значение в гидролизной промышленности имеет наличие в растительном сырье легкоотщепляемых метоксильных групп. При гидролизе они образуют метиловый спирт, количество которого со ставляет от 2 до 7 кг на 1 табс. сухого растительного сырья. При месь метанола в гидролизном спирте составляет 0,7—0,8%, в спирте из сульфитных щелоков 2—3%. Гидролизный и сульфитный спирты приходится дополнительно очищать от метанола. Метило вый спирт — сильный яд, поэтому при выделении метилового спирта требуются специальные меры охраны.
Азотистые вещества, определяемые условно по количеству свя занного азота, умноженного на условный коэффициент 6,25, в боль шей части состоят из различных белков. При гидролизе часть их расщепляется с образованием аминокислот, а другая, нераствори мая, часть остается в лигнине. Аминокислоты при спиртовом бро жении образуют сивушные масла, примешивающиеся к этиловому спирту. Так как белков в древесине немного, гидролизный и суль фитный спирты содержат небольшие количества сивушных масел, не имеющих самостоятельного значения среди продуктов гидролиз ной промышленности.
В производстве кормовых дрожжей аминокислоты легко усваи ваются микроорганизмами и способствуют их росту.
При получении ксилозы и ксилита растворяющиеся белки и ами нокислоты вредны и поэтому должны быть по возможности уда лены из растительного сырья перед его гидролизом. Вместе с азо тистыми веществами рекомендуется удалять также дубильные ве щества, пектины и зольные элементы.
Особое место среди продуктов гидролиза растительных тканей занимает лигнин — нерастворимый остаток. До сих пор он находит только ограниченное применение.
Здесь можно также упомянуть о наличии в некоторых растительньі>«цсанях смолистых веществ. В этом отношении особого внима ния заслуживает древесина сосны. В обычной европейской сосне, произрастающей в благоприятных условиях, содержание смолы не
16
превышает 2—3%. Но в древесине сосны, выросшей в условиях си бирской тайги, содержание смолы достигает 10% и более.
Часть смолы образует в гидролизате эмульсию, которая посте пенно оседает из гидролизата вместе с коллоидным лигнином и продуктами распада сахара на стенках труб и приемников. Это явление особенно сильно проявляется при переработке предгидролизатов на сульфатцеллюлозных заводах.
Таким образом, все основные компоненты растительного сырья, используемого на гидролизных заводах, оказывают существенное влияние на технологический процесс получения и переработки гид ролизатов.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
Растительное сырье, используемое на гидролизных заводах, должно удовлетворять определенным требованиям. Оно должно содержать в необходимых количествах определенные полисахариды. Так, для производства ксилита в сырье должно содержаться доста точное количество легкогидролизуемых полисахаридов, содержа щих значительные количества ксилозы. Этим требованиям удовлет воряет хлопковая шелуха и кукурузная кочерыжка. Для производ ства фурфурола сырье должно содержать достаточные количества пентоз и уроновых кислот. Таким требованиям, кроме указанных выше видов сырья, удовлетворяет также подсолнечная лузга и дре весина лиственных пород.
Для производства этилового спирта сырье должно содержать максимальное количество гексозанов (например, древесина хвой ных пород), а для производства кормовых дрожжей — большое количество всех полисахаридов и т. д.
Вторым требованием, предъявляемым к гидролизному сырью, является его дешевизна. По этой причине на гидролизных заводах используются в первую очередь отходы лесопиления, деревообра ботки, а также отходы от переработки сельскохозяйственного сырья. Для использования этих отходов в качестве гидролизного сырья необходима концентрация их в достаточных количествах на огра ниченной территории с тем, чтобы транспортные расходы на пере возку сырья к гидролизному заводу были минимальными. Снабже ние этим сырьем гидролизного завода должно быть рассчитано на десятки лет, т. е. на весь период эксплуатации предприятия.
Наиболее ценным сырьем для гидролизной промышленности яв ляются измельченные древесные отходы: опилки, мелкая стружка, щепа. В наибольших количествах они получаются на лесопильных заводах при распиловке бревен на доски и брусья. Выход досок из бревен обычно составляет около 64—66% по объему, количество от ходов— 35%, из них 10% опилок и 25% реек и горбылей. Послед ние перед отправкой на гидролизные заводы измельчаются в ру бильных машинах в щепу определенного размера. По техниче ским условиям такая щепа должна иметь толщину до 5 мм и длину вдоль волокон до 35 мм. Размер опилок не нормируется.
2 Заказ № 449 |
17 |
Поступающая на гидролизный завод измельченная древесина долж на иметь менее 1% минеральных примесей (пыль, песок), не более 6% гнили и не более 12% коры. Поскольку присутствие коры сни жает общее содержание полисахаридов в сырье, ее содержание должно быть минимальным. Поэтому желательно бревна перед распиловкой окаривать в лесу, при заготовке или на лесопильном заводе, перед поступлением на лесопильную раму. В последнее время в лесопилении появился новый прогрессивный метод, основан ный на переработке предварительно окоренных бревен. Бревна проходят через специальную рубильную машину, которая измель чает в технологическую щепу боковые части бревен и придает им форму четырехугольного бруса. Последний затем поступает на ле сопильную раму, где распиливается на доски необходимых конди ций. Рейки и горбыли при новом способе распиловки не образу ются, так как эта часть древесины сразу превращается в техноло гическую щепу. Выход опилок в этом случае сокращается до 5%.
На некоторых гидролизных заводах, особенно таких, которые пе рерабатывают лиственную древесину, часть сырья поступает на биржу в виде дров. Отсюда дрова по мере необходимости подаются с помощью транспортеров в рубильные машины, где они превра щаются в технологическую щепу. Серьезным недостатком этого вида сырья является его повышенная стоимость, высокие эксплуа тационные расходы по обслуживанию биржи, особенно в зимнее время, а также высокое содержание коры, достигающее 10— 15%. Еще более высокое содержание коры наблюдается в щепе, полу ченной из лесосечных отходов. Этим объясняется пониженное со держание в них полисахаридов.
Древесная стружка (с деревообрабатывающих заводов) исполь зуется ограниченно, всегда в смеси с опилками или щепой из-за ее небольшой плотности. Отходы фанерной и мебельной промышлен ности, состоящие из кусков древесины или шпона, склеенных фе нолформальдегидными смолами, не рекомендуются для перера ботки на гидролизных заводах, использующих микробиологические процессы.
На гидролизных заводах с успехом используется дубовая щепа с заводов дубильных экстрактов и сосновая щепа с канифольноэкстракционных заводов.
Влажность щепы и опилок с лесопильных заводов колеблется от 40 до 57%, с деревообрабатывающих и канифольно-экстракцион ных заводов — от 10 до 20%.
Плотность клеточных стенок абсолютно сухой древесины колеб лется от 1,49 до 1,57 г/см3. Теплоемкость ее равна 0,32 кал/ (г° С ).
Масса 1 пл.м3 древесины в пересчете на абсолютно сухое веще ство зависит от породы дерева и условий его произрастания и со ставляет в среднем для сосны 460 кг, лиственницы 520 кг, ели 395 кг, березы 570 кг, осины 450 кг. Масса абсолютно сухого ве щества 1 м3 круглых лесоматериалов в штабеле в среднем состав ляет 0,7 от массы плотной древесины. Для перевода складочных кубометров древесины в плотные пользуются следующими пере
18