Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

стом растворе ксилозы доброкачественность гидролизата должна быть равна 100%. Чем больше в нем посторонних примесей, тем меньше доброкачественность.

Существенное влияние на чистоту получаемых пентозных гидро­ лизатов оказывает предварительное облагораживание раститель­ ного сырья с целью удаления дубильных веществ, пектинов, жиров, смол, растворимого лигнина, азотистых веществ и зольных эле­ ментов.

Рис. 79. Схема получения и очистки пентозных гидролизатов:

обменник

Исследования показали, что обработка сырья горячей водой не дает заметного эффекта. Значительно лучшие результаты достига­ ются при обработке горячей водой и разбавленной серной кисло­ той. Длительное время для этого применялись различные варианты трехступенчатой обработки сырья, состоявшей из промывки горя­ чей водой, обработки разбавленной серной кислотой при понижен­ ных температурах и последующей вторичной промывки горячей водой. Этот процесс, однако, требовал много времени. Поэтому в дальнейшем он был заменен одноступенчатой обработкой по схеме, приведенной на рис. 79.

По этой схеме измельченное растительное сырье влажностью около. 10% из бункера 1 питателем подается в смеситель 3, пред­ ставляющий собой шнек длиной 3—4 м и высотой около 1,5 л. Над шнеком располагается распылительное устройство, позволяю­

329

щее равномерно разбрызгивать на движущееся сырье разбавлен­ ную серную кислоту концентрацией 8— 10%. Эта кислота с гидро­ модулем 0,4 поступает из напорного бака 2. В шнеке смесь хорошо перемешивается. Увлажненное растительное сырье из смесителя непрерывно поступает на ленточный транспортер 4 и далее сбра­ сывается в очередной гидролизаппарат 5.

Применяемые в этом производстве гидролизаппараты имеют по­ лезный объем около 35 м3. Устройство их не отличается от описан­

в количестве, соответствующем гидромодулю 3,5. При этом обра­ зующаяся горячая разбавленная кислота вступает в реакцию с зольными элементами сырья, превращая их в водорастворимое состояние. Одновременно в раствор переходит около 25% белковых веществ и около 2—2,5% пентозанов. Всего в раствор переходит около 10% от исходного сырья. Общий расход моногидрата серной кислоты на эту операцию составляет 2—2,5% от исходного сырья. Немедленно по заполнении гидролизаппарата горячей водой начи­ нается перколяция, заключающаяся в том, что в течение первого

отбирается снизу гидролизаппарата в сборник 8. В течение второго часа перколяции поступающая вода нагревается до 110° С. Модуль подачи остается 1,5 и модуль выдачи тоже 1,5. Таким образом, общий объем отобранной жидкости в сборнике 8 составляет 3 гид­ ромодуля, т. е. 3 м3 жидкости на 1 т сухого исходного сырья. В этой жидкости содержится значительное количество углеводов, зольных элементов и биологически активных веществ. Поэтому этот раствор подкисляется серной кислотой, инвертируется и после нейтрализа­ ции используется как субстрат в производстве кормбвых дрожжей.

По окончании операции облагораживания растительное сырье освобождается от избытка воды вытеснением ее сжатым воздухом,

следних порций горячей промывной воды. Горячая разбавленная кислота получается в смесителе 11 в результате смешения концент­ рированной серной кислоты, поступающей из сборника 10, и горя­ чей воды из сборника 9, нагретой до 110° С в теплообменнике 29. Пентозный гидролиз продолжается около 3 ч, причем температура воды, поступающей в смеситель, постепенно поднимается до 130° С. При этом непрерывно отбирается пентозный гидролизат в количе­ стве около 3,5 гидромодулей. Средняя концентрация серной кислоты в гидролизаппарате при пентозном гидролизе составляет около 1%. Общий выход пентозных сахаров достигает 20—21% от гидролизу­ емой хлопковой шелухи, а концентрация их в гидролизате дости­

330

гает 6—6,3%. Однако доброкачественность этого гидролизата со­ ставляет только 65—68%, в то время как для гидрирования и кри­ сталлизации ксилозы и ксилита доброкачественность должна быть не ниже 98%• Кроме того, цветность гидролизата достигает 180— 190° Штаммера. В связи с этим пентозный гидролизат, вытекаю­ щий из гидролизаппарата 7 через испаритель 12, должен пройти несколько стадий очистки, прежде чем он достигнет указанной выше доброкачественности.

Первая стадия очистки заключается в инверсии декстринов, по­ падающих в гидролизат в условиях мягкого режима пентозного гидролиза. Инверсия состоит в выдерживании кислого пентозного гидролизата в сборнике-инверторе 14 при 100° С в течение 4—8 ч или при температуре 120— 125° С в течение 40 мин в инверторе не­ прерывного действия. Затем инвертированнный гидролизат пере­

ляет из гидролизата значительную часть красящих веществ и растворенных коллоидов, а также перешедшие в раствор частично гидролизованные белки. Обработанный углем кислый пентозный гидролизат передается с помощью центробежного насоса в отстой­ ник 18 полунепрерывного типа, где он отделяется от отработанного угля и других взвешенных частиц, унесенных из гидролизаппарата, в течение 4—5 ч. Затем отстоявшийся гидролизат из сборника 20 насосом 21 подается на контрольную очистку — фильтрацию через ткань бельтинг на фильтр-прессе 22 при температуре около 70° С.

После фильтрации гидролизат проходит пластинчатый теплооб­ менник 23, где он охлаждается до 35° С. К этому времени добро­ качественность гидролизата поднимается до 71—72%.

Охлажденный гидролизат поступает на установку, состоящую из системы колонн, заполненных ионообменными смолами. Ионооб­ менные смолы представляют собой нерастворимые в воде высоко­ полимерные органические вещества, содержащие большое количе­ ство активных групп, способных связывать из раствора катионы или анионы. Ионообменные смолы, связывающие катионы, назы­ ваются катионитами, а связывающие анионы — анионитами.

На рис. 80 схематически показана природа ионообменных смол с кислыми , и основными свойствами. При соприкосновении с вод­

мым из раствора. После того как анионит будет насыщен кислот­ ными группами, его заменяют свежим, а отработанный направляют

331

на регенерацию, заключающуюся в его обработке водным рас­ твором едкого натра или соды. В этих условиях связанные анио­ нитом органические или минеральные кислоты переходят в водный раствор в виде натриевых солей. После восстановления анионит промывается дистиллированной водой и снова вводится в цикл для очистки очередной порции пентозного гидролизата.

В приведенной выше схеме (см. рис. 79) колонна 24 заполняется анионитом марки АН-1. Проходящий через эту колонну гидролизат освобождается от свободной серной кислоты и органических кислот (уксусной, уроновых, альдобиуроновой и т. д.). В гидролизате ос­ таются соли и белковые вещества. Для их удаления гидролизат пропускают через вторую колонну 25, заполненную ионообменной смолой — катионитом марки КУ-1. Этот ионообменник, имеющий кислые свойства, связывает белковые вещества и катионы раство­ ренных солей. При этом в растворе остаются анионы, находив­

ботки ионитами гидролизат освобождается от кислот и солей. Очи­ щенный гидролизат собирают в промежуточном сборнике 21. Регенерация основного анионита ЭД-10 в колонне 26 осуществля­ ется так же, как анионита АН-1 в колонне 24.

Катионит в колонне 25 регенерируется промыванием сначала 2%-ной соляной кислотой, а затем дистиллированной водой. Очи­ щенный на ионообменниках гидролизат имеет pH 6,12—7,3 и цвет­ ность от 0 до 20° Штаммера. Доброкачественность его поднимается до 98— 100%. Потери РВ при этой операции составляют 10— 12%. К ним относятся главным образом удержанные анионитами уроновые и альдобиуроновые кислоты, имеющие высокую редуциру­ ющую способность. После обработки ионообменниками содержа­ ние уроновых кислот снижается с 11— 15% до 3% от общего содер­ жания редуцирующих веществ. Одновременно содержание азота падает с 1 до 0,06—0,10%. Содержание золы при этой обработке снижается с 3,5 до 0,4—0,6%. Подготовленный таким образом пентозный гидролизат из сборника 21 насосом 28 подается на уста­ новку для гидрирования.

3 . Г И Д Р И Р О В А Н И Е П Е Н Т О З Н Ы Х Г И Д Р О Л И З А Т О В И П О Л У Ч Е Н И Е

К Р И С Т А Л Л И Ч Е С К О Г О К С И Л И Т А

Этот процесс осуществляется по схеме, приведенной на рис. 81. Для гидрирования необходим водород. Последний получается элек­ тролизом в батарее элктролизеров 8, заполненных водой, содержа­ щей растворенную щелочь. Электролизеры работают на постоян­ ном токе, получаемом путем преобразования переменного тока с помощью полупроводниковых выпрямителей.

Электроды в электролизерах обычно изготовляются из графита. Мембрана, разделяющая ячейку, изготовляется из плотной волок­ нистой ткани. При электролизе воды положительно заряженные

332