Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

При измельчении 1 скл.м3 хвойной древесины в щепу объем ее увеличивается до 2,4—2,6 м3 (складочных).

На некоторых гидролизных заводах при недостатке свежего дре­ весного сырья перерабатывались опилки, пролежавшие несколько ,лет на открытом воздухе в кучах и частично поврежденные гри­ бами и термофильными бактериями. Это сырье оценивали по цвету. В свежих хвойных опилках содержится 65—67% РВ, в желтых опилках 58—64% РВ; в каштановых 41—56% РВ и в черных 40% РВ. При хранении в кучах древесные опилки и щепа постепенно темнеют и теряют углеводы, накапливая лигнин и гуминовые ве­ щества.

Как уже указывалось выше, на южных гидролизных заводах в качестве сырья используются различные растительные отходы сельскохозяйственного происхождения. К ним относится: хлопко­ вая шелуха, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, овсяная и рисовая шелуха, костра кенафа, льна, конопли и т. д. Иногда ис­ пользуется тростник. Потенциальным сырьем может быть также верховой малоразложившийся (до 15%) торф и стебли хлопчат­ ника, или гуза-пая.

Из отходов сельскохозяйственного сырья наибольший интерес для гидролизной промышленности представляют: хлопковая шелуха, кукурузная кочерыжка и подсолнечная лузга.

Х л о п к о в а я ш е л у х а представляет собой твердую оболочку семян хлопчатника, покрытую короткими волокнами хлопка. Она является отходом хлопкоочистительных и маслобойных заводов. Выход ее составляет 40—45% от массы семян. Длина их 15— 30 мм, ширина 6—20 мм, насыпная удельная масса 0,12. Хлопко­ вые семена снаружи покрыты волокнами хлопка. Длинные волокна отделяются от семян и идут на текстильные предприятия. При этом на семенах остается некоторое количество коротковолокнистого хлопка, который иногда отделяется на делинтеровочных машинах, образуя линтер и еще более короткие волокна — делинт.

Освобожденные от волокон семена раскалывают, оболочка их образует хлопковую шелуху, а ядро идет на отжим хлопкового масла. В зависимости от способа отделения волокон в шелухе се­ мян содержится от 12 до 31% (по массе) коротких волокон. Обычно хлопковая шелуха содержит на своей поверхности линтер. Шелуха, свободная от волокон линтера и делинта, носит название хлопковой лузги. Химический состав их соответственно различа­ ется. Так, обычная хлопковая шелуха содержит 36—48% целлю­ лозы, 20—31% лигнина и 21—28% пентозанов. Хлопковая лузга со­ держит целлюлозы 28—38%; лигнина 27—31%; пентозанов 31—

используются для получения крахмала, глюкозной патоки, кукуруз­ ной муки и т. д. Выход кочерыжки — 25—35% от початков. Длина ее в среднем равна 10— 15 см, диаметр 15—20 мм.

П о д с о л н е ч н а я л у з г а является отходом производства под­ солнечного масла из семян подсолнечника. Выход ее составляет около 50% от массы перерабатываемых зерен. Длина кусочков лузги колеблется от 4 до 8 мм, ширина равна 1,5—3 мм. Насыпная масса 0,324 т/мъ, влажность около 16%.

Список литературы

1. Шарков В. И., Куйбина Н. И., Соловьева Ю. П. Количественный химиче­ ский анализ растительного сырья. М., 1968, 60 с.

2.Шарков В. И. Гидролизное производство. Т. 1. М., 1945, 287 с.

3.Роговин 3. А., Шорыгина Н. Н. Химия целлюлозы и ее спутников. М.,

1963, 678 с.

4. Шарков В. И., Куйбина Н. И. Химия гемицеллюлоз. М., 1972, 400 с.

Глава II

ТЕОРИЯ ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

А. ГИДРОЛИЗ РАЗБАВЛЕННЫМИ КИСЛОТАМИ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Впростейшем виде реакция гидролиза полисахаридов может быть представлена в виде следующих уравнений:

(C5H80 4)m-f-{m — 1) Н20 — /пС5Н1о0 5.

Первое из них соответствует гидролизу гексозанов, второе — гид­ ролизу пентозанов. Коэффициенты п и т обозначают степень поли­ меризации соответствующих полисахаридов.

Из этих уравнений следует, что при гидролизе полисахаридов вследствие присоединения воды масса продуктов гидролиза, т. е. моносахаридов, должна быть больше массы исходных полисаха­ ридов. Например, молекулярная масса элементарного звена гексозана СбНюОб равна 162, а молекулярная масса гексозы— 180, что отвечает увеличению массы продукта гидролиза на 11,1%. Соответ­ ственно при гидролизе пентозанов масса пентоз будет на 11,3% больше массы исходного полисахарида.

Реакция гидролиза полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок растений, в чистой воде при нормальной температуре не протекает. Например, древесина дуба пролежала на дне Волги 5000 лет, и содержание полисахаридов в ней не изменилось. Не­

20

давно в Белоруссии на берегу р. Припяти был обнаружен под мно­ гометровым слоем наносных пород завал из стволов сосны ледни­ кового периода. Анализ показал, что, пролежав в земле 140 000 лет, древесина сосны потеряла только незначительное количество геми­ целлюлоз.

Для того чтобы гидролиз полисахаридов протекал по приведен­ ным выше уравнениям, необходимо реакцию ускорить. Простейшим путем должно было бы быть повышение температуры реакции. Од­ нако многочисленные опыты показали, что повышение температуры до 200—300° С приводит к частичному растворению полисахаридов в воде, их деполимеризации и быстрому обугливанию образую­ щихся низкомолекулярных продуктов. Объясняется это тем, что образующиеся в небольших количествах моносахариды в этих ус­ ловиях быстро разрушаются. Снижение температуры до 140— 180° С приводит к резкому замедлению реакций и к гидролизу только ге­ мицеллюлоз.

Совершенно иные результаты получаются при применении к а- тал и з а т о р о в . Даже небольшое прибавление в воду сильных кислот резко ускоряет реакцию гидролиза полисахаридов и способ­ ствует накоплению моносахаридов. Исследования показали, что все вещества, способствующие накоплению в растворе ионов водо­ рода, ускоряют реакцию гидролиза полисахаридов. Отсюда был сде­ лан вывод о том, что катализатором реакции гидролиза полисаха­ ридов в воде является ион водорода (или протон).

По современным представлениям, механизм этого процесса за­ ключается в следующем. Образующийся в результате диссоциации кислоты в водном растворе протон Н+ присоединяется к молекуле воды с образованием иона гидроксония Н+30 . При приближении иона гидроксония к гликозидному атому кислорода в полисахариде протон переходит к нему с образованием сопряженной кислоты по схеме

21

Переход ацетального кислорода в четырехвалентное состояние вызывает резкое снижение устойчивости его связей с остатками моноз. Ослабленная ацетальная связь легко рвется с образованием иона карбония, который затем реагирует с водой, образуя свобод­ ный протон, быстро переходящий в водном растворе в ион гидроксония:

I + нго

Эта схема характерна для гидролиза полисахаридов в присутст­ вии разбавленных минеральных кислот.

На практике для гидролиза полисахаридов применяют катали­ заторы различной концентрации. Наибольшее распространение в гидролизной промышленности получил метод гидролиза разбав­ ленной серной кислотой при температурах выше 100° С. Концент­ рация кислоты при этом колеблется от 0,5 до 2—3%.

При гидролизе полисахаридов растительных тканей разбавлен­ ными минеральными кислотами при нормальной температуре реак­ ция образования полисахаридов практически не протекает. Однако при повышении температуры до 100° С и выше гидролиз полисаха­ ридов заметно ускоряется, причем это ускорение различно для ге­ мицеллюлоз и целлюлозы. Так, гемицеллюлозы в этих условиях переходят в раствор и быстро гидролизуются до моносахаридов в го­ могенной среде. Большая скорость гидролиза гемицеллюлоз объяс­ няется свободным доступом катализатора к каждой макромолекуле полисахарида. Целлюлоза при гидролизе разбавленными кисло­ тами ведет себя совершенно иначе. Она не растворяется в воде даже при температурах выше 200° С. Поэтому реакция гидролиза целлюлозы протекает на ограниченной доступной поверхности ее структурных элементов. По этой причине целлюлоза гидролизуется в среде разбавленных кислот значительно медленнее, чем гемицел­ люлозы.

22