هیدرولیز پلی ساکاریدهای بافت گیاهی در آب سرد عملاً مشاهده نمی شود. هنگامی که دمای آب به بالای 100 درجه می رسد، هیدرولیز پلی ساکاریدها اتفاق می افتد، اما به کندی که چنین فرآیندی هیچ اهمیت عملی ندارد. نتایج رضایت‌بخشی تنها با استفاده از کاتالیزورها به دست می‌آید، که تنها اسیدهای معدنی قوی از اهمیت صنعتی برخوردارند: سولفوریک و کمتر متداول، هیدروکلریک. هر چه غلظت اسید قوی در محلول و دمای واکنش بیشتر باشد، هیدرولیز پلی ساکاریدها به مونوساکاریدها سریعتر اتفاق می افتد. با این حال، وجود چنین کاتالیزورهایی یک جنبه منفی نیز دارد، زیرا همزمان با واکنش هیدرولیز پلی ساکاریدها، آنها واکنش های تجزیه مونوساکاریدها را نیز تسریع می کنند و در نتیجه بازده آنها را کاهش می دهند.
هنگامی که هگزوزها در این شرایط تجزیه می شوند، ابتدا هیدروکسی متیل فورفورال تشکیل می شود که به سرعت تجزیه می شود و محصولات نهایی را تشکیل می دهد: اسیدهای لوولینیک و فرمیک. پنتوزها در این شرایط به فورفورال تبدیل می شوند.
در این راستا برای به دست آوردن مونوساکاریدها از پلی ساکاریدهای بافت گیاهی، باید مساعدترین شرایط را برای واکنش هیدرولیز فراهم کرد و امکان تجزیه بیشتر مونوساکاریدهای حاصل را به حداقل رساند.
این مشکلی است که محققان و سازندگان هنگام انتخاب رژیم های هیدرولیز بهینه آن را حل می کنند.
از تعداد زیادی گزینه ممکن برای غلظت اسید و دمای واکنش، تنها دو مورد در حال حاضر در عمل استفاده می شود: هیدرولیز با اسیدهای رقیق و هیدرولیز با اسیدهای غلیظ. در طول هیدرولیز با اسیدهای رقیق، دمای واکنش معمولاً 160-190 درجه است و غلظت کاتالیزور در یک محلول آبی از 0.3 تا 0.7٪ است (H2S04، HC1).
واکنش در اتوکلاوها تحت فشار 10-15 انجام می شود دستگاه خودپرداز.هنگام هیدرولیز با اسیدهای غلیظ، غلظت اسید سولفوریک معمولاً 70-80٪ و اسید کلریدریک 37-42٪ است. دمای واکنش در این شرایط 15-40 درجه است.
کاهش تلفات مونوساکاریدها در حین هیدرولیز با اسیدهای غلیظ آسانتر است، در نتیجه بازده قند با این روش تقریباً از نظر تئوری ممکن است، یعنی 650-750 برسد. کیلوگرماز 1 تیمواد گیاهی کاملا خشک
در هنگام هیدرولیز با اسیدهای رقیق، کاهش تلفات مونوساکاریدها به دلیل تجزیه آنها بسیار دشوارتر است و بنابراین بازده عملی مونوساکاریدها در این مورد معمولاً از 1 گرم ماده خام خشک از 450-500 کیلوگرم تجاوز نمی کند.
به دلیل تلفات اندک قند در حین هیدرولیز با اسیدهای غلیظ، محلول های آبی حاصل از مونوساکاریدها - هیدرولیزها - با افزایش خلوص متمایز می شوند که برای پردازش بعدی آنها از اهمیت زیادی برخوردار است.
تا همین اواخر، یک اشکال جدی روش های هیدرولیز با اسیدهای غلیظ، مصرف زیاد اسید معدنی به ازای هر تن شکر تولیدی بود که نیاز به بازسازی بخشی از اسید یا استفاده از آن در صنایع دیگر را به دنبال داشت. این امر ساخت و بهره برداری از این گونه نیروگاه ها را دشوارتر و پرهزینه تر کرد.
همچنین هنگام انتخاب مواد برای تجهیزاتی که در برابر محیط های تهاجمی مقاوم بودند، مشکلات بزرگی به وجود آمد. به همین دلیل، بخش عمده ای از کارخانه های هیدرولیز در حال حاضر با استفاده از روش هیدرولیز اسید سولفوریک رقیق ساخته شده است.
اولین کارخانه آزمایشی هیدرولیز الکل در اتحاد جماهیر شوروی در ژانویه 1934 در Cherepovets راه اندازی شد. شاخص های اولیه و طراحی فنی این کارخانه توسط بخش تولید هیدرولیز آکادمی جنگلداری لنینگراد در سال های 1931 - 1933 توسعه یافت. بر اساس داده های حاصل از بهره برداری از کارخانه آزمایشی، ساخت کارخانه های هیدرولیز صنعتی و الکل در اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد. اولین کارخانه صنعتی هیدرولیز الکل در دسامبر 1935 در لنینگراد راه اندازی شد. پس از این کارخانه، در دوره 1936-1938. کارخانه های هیدرولیز الکلی Bobruisk، Khorsky و Arkhangelsk به بهره برداری رسیدند. در طول جنگ جهانی دوم و پس از آن، بسیاری از کارخانه های بزرگ در سیبری و اورال ساخته شدند. در حال حاضر ظرفیت طراحی این نیروگاه ها در نتیجه بهبود فناوری، 1.5 تا 2 برابر بیشتر شده است.
ماده اولیه اصلی این گیاهان چوب مخروطی به شکل خاک اره و تراشه است که از کارخانه های چوب بری همسایه به دست می آید، جایی که از آسیاب کردن ضایعات کارخانه های چوب بری - دال ها و لت ها - در خرد کن ها به دست می آید. در برخی موارد، هیزم مخروطیان نیز خرد می شود.
طرح به دست آوردن مونوساکاریدها در چنین گیاهانی در شکل نشان داده شده است. 76.
چوب مخروطی خرد شده از انبار مواد اولیه از طریق نوار نقاله 1 وارد قیف راهنما می شود. 2 و بیشتر در گلو
|
|
شراب هیدرولیز 3. این یک استوانه فولادی عمودی با مخروط و گردن بالا و پایین است. سطح داخلی چنین دستگاه هیدرولیزپوشیده شده با کاشی های سرامیکی یا گرافیتی مقاوم در برابر اسید یا آجر ثابت شده بر روی یک لایه بتن با ضخامت 80-100 میلی متردرزهای بین کاشی ها با بتونه مقاوم در برابر اسید پر شده است. گردن های بالایی و پایینی هیدرولیز از داخل در برابر اثر اسید سولفوریک رقیق داغ توسط لایه ای از برنز مقاوم در برابر اسید محافظت می شود. حجم مفید این گونه هیدرولیزها معمولاً 30-37 At3 است، اما گاهی اوقات از هیدرولیزهای با حجم 18، 50 و 70 نیز استفاده می شود. m3.قطر داخلی چنین دستگاه های هیدرولیز حدود 1.5 و ارتفاع 7-13 متر است.در مخروط بالایی دستگاه هیدرولیز در هنگام هیدرولیز از طریق لوله 5 اسید سولفوریک رقیق که در دمای 160-200 درجه حرارت داده می شود عرضه می شود.
یک فیلتر در مخروط پایین نصب شده است 4 برای انتخاب هیدرولیز حاصل. هیدرولیز در چنین دستگاه هایی به صورت دوره ای انجام می شود.
همانطور که در بالا ذکر شد، دستگاه هیدرولیز با مواد خام خرد شده از طریق یک قیف راهنما بارگیری می شود. هنگام بارگیری مواد خام از طریق لوله 5 اسید سولفوریک رقیق گرم شده در دمای 70-90 درجه ارائه می شود که ماده خام را خیس می کند و باعث تراکم آن می شود. با این روش بارگذاری در 1 m3دستگاه هیدرولیز حدود 135 مناسب است کیلوگرمخاک اره یا 145-155 کیلوگرمتراشه، به عنوان چوب کاملا خشک محاسبه می شود. پس از اتمام بارگذاری، محتویات دستگاه هیدرولیز توسط بخار زنده وارد مخروط پایینی آن گرم می شود. به محض رسیدن به دمای 150-170 درجه، اسید سولفوریک 0.5-0.7٪ که تا دمای 170-200 درجه حرارت داده شده است، از طریق لوله 5 شروع به جریان در دستگاه هیدرولیز می کند. به طور همزمان از طریق فیلتر هیدرولیز تشکیل می شود 4 شروع به تخلیه به داخل اواپراتور می کند ب. واکنش هیدرولیز در دستگاه هیدرولیز از 1 تا 3 ساعت طول می کشد. هر چه زمان هیدرولیز کمتر باشد، دما و فشار در دستگاه هیدرولیز بیشتر می شود.
در طی فرآیند هیدرولیز، پلی ساکاریدهای چوب به مونوساکاریدهای مربوطه تبدیل می شوند که در اسید رقیق داغ حل می شوند. برای محافظت از این مونوساکاریدها در برابر تجزیه در دماهای بالا، هیدرولیزات حاوی آنها به طور مداوم از طریق یک فیلتر در کل فرآیند پخت حذف می شود. 4 و به سرعت در اواپراتور خنک می شود 6. از آنجایی که با توجه به شرایط فرآیند، مواد اولیه گیاهی هیدرولیز می شوند. دستگاه هیدرولیز باید همیشه با مایع پر شود، سطح مشخص شده e با ورود اسید داغ از لوله 5 حفظ می شود.
این روش کار پرکولاسیون نامیده می شود. هرچه نفوذ سریعتر اتفاق بیفتد، یعنی اسید داغ سریعتر در دستگاه هیدرولیز جریان یابد، قند حاصل سریعتر از فضای واکنش حذف می شود و کمتر تجزیه می شود. از طرف دیگر، هرچه نفوذ سریعتر انجام شود، اسید داغ بیشتری برای پخت و پز مصرف می شود و غلظت قند در هیدرولیز کمتر می شود و بر این اساس، مصرف بخار و اسید برای پخت و پز بیشتر می شود.
در عمل، برای به دست آوردن بازده به اندازه کافی بالا از قند (با غلظت قابل قبول اقتصادی در هیدرولیز)، لازم است برخی از شرایط نفوذ متوسط را انتخاب کنید. معمولاً آنها در یک بازده قند 45-50٪ وزن چوب کاملاً خشک با غلظت قند در هیدرولیز 3.5-3.7٪ متوقف می شوند - این شرایط واکنش بهینه مطابق با انتخاب از طریق فیلتر پایین از هیدرولیز است - که 12- 15 m3هیدرولیز در هر 1 تیچوب کاملاً خشک که در یک هیدرولیز بارگذاری شده است. مقدار هیدرولیز مصرفی در طول پخت برای هر تن ماده خام هیدرولیز شده هیدرومدول خروجی نامیده می شود و یکی از شاخص های اصلی رژیم هیدرولیز مورد استفاده در کارخانه است.
در طی فرآیند نفوذ، اختلاف فشار معینی بین گردن فوقانی و تحتانی دستگاه هیدرولیز ایجاد می‌شود که به فشرده شدن ماده خام با حل شدن پلی‌ساکاریدهای موجود در آن کمک می‌کند.
فشرده سازی مواد خام منجر به این واقعیت می شود که در پایان پخت و پز، لیگنین حل نشده باقیمانده حدود 25٪ از حجم اولیه ماده خام را اشغال می کند. از آنجایی که با توجه به شرایط واکنش، مایع باید مواد خام را بپوشاند، سطح آن در طول فرآیند پخت کاهش می یابد. نظارت بر سطح مایع در طول فرآیند پخت و پز با استفاده از وزن سنج انجام می شود 30, نشان دادن تغییر در وزن کل مواد خام و مایع در دستگاه هیدرولیز.
در پایان پخت، لیگنین در دستگاه باقی می ماند که حاوی 1 است کیلوگرمماده خشک 3 کیلوگرماسید سولفوریک رقیق شده، تا 180-190 درجه حرارت داده شود.
لیگنین از دستگاه هیدرولیز به یک سیکلون تخلیه می شود 22 از طریق لوله 21. برای این منظور به سرعت دریچه را باز کنید 20, اتصال فضای داخلی دستگاه هیدرولیز با سیکلون 22. به دلیل کاهش سریع فشار بین قطعات لیگنین، آب فوق گرم موجود در آن فورا می جوشد و حجم زیادی بخار تولید می کند. دومی لیگنین را می شکند و آن را به شکل یک سوسپانسیون از طریق لوله حمل می کند 21 تبدیل به یک طوفان 22. لوله 21 به طور مماس به سیکلون نزدیک می شود، به همین دلیل جت بخار با لیگنین، با عجله به داخل سیکلون، در امتداد دیوارها حرکت می کند و یک حرکت چرخشی انجام می دهد. لیگنین با نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره های جانبی پرتاب می شود و با از دست دادن سرعت، به پایین سیکلون می افتد. بخار آزاد شده از لیگنین از طریق لوله مرکزی 23 در جو منتشر شد.
سیکلون 22 معمولاً یک استوانه فولادی عمودی با حجم حدود 100 است m3،مجهز به درب جانبی 31 و همزن چرخان 25, که به تخلیه لیگنین از پایین سیکلون بر روی یک تسمه یا نوار نقاله کمک می کند. 24.
برای محافظت در برابر خوردگی، گاهی اوقات سطح داخلی سیکلون ها با لایه ای از بتن مقاوم در برابر اسید محافظت می شود.همانطور که در بالا ذکر شد، در طی فرآیند نفوذ، اسید سولفوریک رقیق گرم شده به مخروط بالایی دستگاه هیدرولیز عرضه می شود. با مخلوط کردن در مخلوط کن ضد اسید تهیه می شود 17 آب فوق گرم که از طریق یک لوله تامین می شود 28, با اسید سولفوریک غلیظ سرد که از یک فنجان اندازه گیری می شود 19 از طریق پمپ اسید پیستونی 18.
از آنجایی که اسید سولفوریک غلیظ سرد کمی آهن و چدن را خورده می کند، این فلزات به طور گسترده برای ساخت مخازن، پمپ ها و خطوط لوله در نظر گرفته شده برای ذخیره سازی و حمل آن به مخلوط کن استفاده می شود. از مواد مشابهی برای تامین ید فوق گرم به میکسر استفاده می شود. برای محافظت از دیواره های میکسر از خوردگی، از برنز فسفر، گرافیت یا جرم پلاستیکی - فلوروپلاستیک 4 استفاده می شود که دو مورد آخر برای پوشش داخلی میکسرها استفاده می شود و بهترین نتیجه را می دهد.
هیدرولیز تمام شده از هیدرولیز وارد اواپراتور می شود 6 فشار بالا این یک ظرف فولادی است که تحت فشار عمل می کند و داخل آن با کاشی های سرامیکی پوشیده شده است، درست مانند دستگاه هیدرولیز. در بالای اواپراتور درب با ظرفیت 6-8 لیتر وجود دارد. فشار در اواپراتور در 4-5 حفظ می شود دستگاه خودپردازکمتر از دستگاه هیدرولیز است. به لطف این، هیدرولیز وارد شده به آن فورا می جوشد، تا حدی تبخیر می شود و تا 130-140 درجه خنک می شود. بخار حاصل از قطرات هیدرولیز و از طریق لوله جدا می شود 10 وارد ریشوفر (مبدل حرارتی) می شود 11, جایی که متراکم می شود. هیدرولیز تا حدی خنک شده از اواپراتور 6 لوله 7 وارد اواپراتور می شود 8 فشار کم، جایی که در نتیجه جوشیدن در فشار کمتری که معمولاً از یک اتمسفر تجاوز نمی کند تا 105-110 درجه خنک می شود. بخار تولید شده در این اواپراتور از طریق لوله 14 به راننده دوم داده شد 13, که در آن نیز متراکم می شود. میعانات ناشی از تغییر شکل 11 و 13حاوی 0.2-0.3% فورفورال بوده و برای جداسازی آن در تاسیسات ویژه استفاده می شود که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.
گرمای موجود در بخار که از اواپراتورها خارج می شود 6 و 8, برای گرم کردن آب ورودی به مخلوط کن استفاده می شود 17. برای این منظور از مخزن 16 پمپ آب گردشی 1bآب گرم به دست آمده از بخش تقطیر کارخانه هیدرولیز به نمایندگی فروش کم فشار عرضه می شود. 13, جایی که از 60-80 درجه تا 100-110 درجه گرم می شود. سپس در امتداد لوله 12 آب گرم شده از یک فروشنده فشار بالا عبور می کند 11, که در آن بخار در دمای 130-140 درجه تا 120-130 درجه گرم می شود. سپس دمای آب در ستون گرمایش آب به 180-200 درجه افزایش می یابد 27. دومی یک استوانه فولادی عمودی با پوشش پایین و بالایی است که برای فشار کاری 13-15 طراحی شده است. دستگاه خودپرداز.
بخار از طریق یک لوله عمودی به ستون آب گرم می رسد 26, که در انتهای آن 30 دیسک افقی ثابت شده است 2b.بخار از لوله 26 از شکاف های بین دیسک های جداگانه به ستونی پر از آب می گذرد. دومی به طور مداوم از طریق اتصالات پایینی به ستون وارد می شود، با بخار مخلوط می شود، تا دمای مشخصی گرم می شود و از طریق لوله 28 وارد میکسر می شود 17.
دستگاه های هیدرولیز در یک ردیف 5-8 قطعه روی پایه مخصوص نصب می شوند. در کارخانه های بزرگ تعداد آنها دو برابر می شود و در دو ردیف نصب می شوند. خطوط لوله برای هیدرولیز از مس قرمز یا برنج ساخته شده است. اتصالات، متشکل از دروازه و شیر، از فسفر یا برنز پاسپورت ساخته شده است.
روش هیدرولیز شرح داده شده در بالا به صورت دسته ای است. در حال حاضر، طرح‌های جدیدی از هیدرولپ‌ها در حال آزمایش هستند - دستگاه‌های پیوسته‌ای که با استفاده از فیدرهای ویژه، چوب خرد شده به طور مداوم در آنها تغذیه می‌شود و لیگنین و هیدرولیزات به طور مداوم حذف می‌شوند.
همچنین کار برای خودکارسازی هیدرولیزهای دسته ای در حال انجام است. این رویداد به شما امکان می دهد رژیم پخت مشخص شده را با دقت بیشتری دنبال کنید و در عین حال کار آشپزها را آسان تر می کند.
هیدرولیز اسید از اواپراتور کم فشار 8 (شکل 76) از طریق لوله 9 به تجهیزات برای پردازش بعدی آن تغذیه می شود. دمای چنین هیدرولیز 95-98 درجه است. این شامل (در درصد):
اسید سولفوریک. . . ………………………………………………………………………………………………………….. 0.5 -0.7:
هگزوزها (گلوکز، مانوز، گالاکتوز)……………………………………………………….. 2.5 -2.8;
پنتوز (گزیلوز، آرابینوز)…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 0.8 -1.0;
اسیدهای آلی فرار (فرمیک، استیک) ……………………………….. 0.24-0.30;
اسیدهای آلی غیر فرار (لوولینیک اسید). . 0.2 -0.3;
فورفورال………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 0.03-0.05;
اکسی متیل فورفورال……………………………………………………………………………………. 0.13-0.16;
متانول. ………………………………………………………………………………………………………………………….. 0.02-0.03
هیدرولیزها همچنین حاوی مواد کلوئیدی (لیگنین، دکسترین)، مواد خاکستر، ترپن ها، رزین ها و غیره هستند. محتوای مونوساکاریدها در هیدرولیزهای گیاهی طی مطالعات شیمیایی دقیق توسط کروماتوگرافی کاغذی کمی تعیین می شود.
در آزمایشگاه‌های کارخانه، هنگام تعیین سریع انبوه قندها، از توانایی آنها در یک محیط قلیایی برای کاهش ترکیبات پیچیده اکسید مس با تشکیل اکسید مس استفاده می‌شود:
2 Cu (OH) 2 Cu5 O + 2 H2 O + 02.
بر اساس مقدار اکسید مس تشکیل شده، شکافت همزمان مونوساکاریدها در محلول محاسبه می شود.
این روش برای تعیین قندها مشروط است، بنابراینهمراه با مونوساکاریدها، اکسید مس نیز توسط فورفورال، هیدروکسی متیل فورفورال، دکسترین ها و لیگنین کلوئیدی به اکسید تبدیل می شود. این ناخالصی ها در تعیین محتوای قند واقعی هیدرولیزها اختلال ایجاد می کنند. خطای کلی در اینجا به 5-8٪ می رسد. از آنجایی که تصحیح این ناخالصی ها مستلزم کار زیاد است، معمولاً انجام نمی شود و قندهای حاصل برخلاف مونوساکاریدها، مواد احیا کننده یا به اختصار RS نامیده می شوند. در شرایط کارخانه، مقدار قند تولید شده در هیدرولیز به تن مواد رادیواکتیو در نظر گرفته می شود.
برای تولید اتیل الکل، هگزوزها (گلوکز، مانوز و گالاکتوز) با مخمرهای تولید کننده الکل - ساکارومایسس یا شیزوساکارومیست ها تخمیر می شوند.
معادله خلاصه برای تخمیر الکلی هگزوزها
C(i Hf، 06 - 2 C2 NG) OH + 2 C02 هگزوزاتانول
نشان می دهد که با این فرآیند، از نظر تئوری برای هر 100 کیلوگرمقند باید 51.14 باشد کیلوگرم،یا حدود 64 ل 100% اتیل الکل و حدود 49 کیلوگرمدی اکسید کربن.
بنابراین، در طی تخمیر الکلی هگزوزها، دو محصول اصلی در مقادیر تقریباً مساوی به دست می‌آیند: اتانول و دی اکسید کربن. برای انجام این فرآیند، هیدرولیز اسید داغ باید تحت فرآیند زیر قرار گیرد:
1) خنثی سازی؛ 2) رهاسازی از مواد جامد معلق؛ 3) خنک شدن تا 30 درجه؛ 4) غنی سازی هیدرولیز با مواد مغذی لازم برای زندگی مخمر.
هیدرولیز اسید دارای pH=1-1.2 است. یک محیط مناسب برای تخمیر باید دارای pH = 4.6-5.2 باشد. برای دادن اسیدیته لازم به هیدرولیز، اسید سولفوریک آزاد موجود در آن و بخش قابل توجهی از اسیدهای آلی باید خنثی شوند. اگر تمام اسیدهای موجود در هیدرولیز به طور معمول در اسید سولفوریک بیان شوند، غلظت آن حدود 1٪ خواهد بود. اسیدیته باقیمانده هیدرولیز در pH = 4.6-5.2 حدود 0.15٪ است.
بنابراین برای به دست آوردن غلظت مورد نیاز یون های هیدروژن در هیدرولیز باید 0.85 درصد اسیدها خنثی شوند. در این حالت گوگرد آزاد، فرمیک و بخشی از اسید استیک به طور کامل خنثی می شود. اسید لوولینیک و قسمت کوچکی از اسید استیک آزاد می مانند.
هیدرولیز با شیر آهک خنثی می شود، به عنوان مثال، سوسپانسیون هیدرات اکسید کلسیم در آب با غلظت 150-200 گرم CaO در هر لیتر.
طرح تهیه شیر آهک در شکل نشان داده شده است. 77.
آهک سریع CaO به طور مداوم به قیف تغذیه یک درام اطفاء آهک چرخان وارد می شود. 34.
در همان زمان، مقدار آب مورد نیاز به درام تامین می شود. هنگامی که درام می چرخد، آهک زنده آب را می بندد و به هیدرات اکسید کلسیم تبدیل می شود. دومی در آب پراکنده می شود و یک سوسپانسیون تشکیل می دهد. تکه های آهک واکنش نداده در انتهای درام از شیر آهک جدا می شود و در چرخ دستی ریخته می شود. شیر آهک همراه با شن و ماسه از طریق لوله به جداکننده ماسه جریان می یابد 35.
دومی یک فرورفتگی آهنی به صورت افقی با پارتیشن های عرضی و یک شفت طولی با تیغه است.
شیر آهک در این دستگاه به آرامی از راست به چپ و بیشتر در طول لوله جریان دارد 36 در یک مجموعه ادغام می شود 2.
شن و ماسه به آرامی بین پارتیشن های جداکننده شن می نشیند و با استفاده از تیغه هایی که به آرامی می چرخند از دستگاه خارج می شود. قبل از اینکه شیر آهک وارد خنثی کننده شود، آن را با مقدار معینی سولفات آمونیوم مخلوط می کنند که محلول آن از مخزن می آید. 37. هنگامی که شیر آهک با سولفات آمونیوم مخلوط می شود، واکنش رخ می دهد
Ca (OH)3 + (NH4)2 S04-> CaS04 + 2 NH، OH، در نتیجه بخشی از آهک توسط اسید سولفوریک سولفات آمونیوم متصل می شود و کریستال هایی از سولفات کلسیم کم محلول دی هیدرات CaS04-2H20 تشکیل می شود. . در همان زمان، آمونیاک تشکیل می شود که در شیر آهک در حالت حل شده باقی می ماند.
بلورهای کوچک گچ موجود در شیر آهک در خلال خنثی سازی بعدی، مراکز تبلور گچ حاصل هستند و از تشکیل محلول های فوق اشباع آن در هیدرولیز خنثی شده محافظت می کنند. این رویداد در طول تقطیر بعدی الکل از مش مهم است، زیرا محلول های گچ فوق اشباع در ماش باعث ایجاد گچ در ستون های مش می شود و به سرعت آنها را غیرفعال می کند. به این روش کار خنثی سازی با کریستالیزاسیون جهت دار گچ می گویند.
همزمان با شیر آهک وارد خنثی کننده می شود 5 عصاره آبی کمی اسیدی سوپر فسفات از یک کوزه اندازه گیری سرو می شود. 38.
نمک ها به میزان 0.3 به خنثی کننده اضافه می شوند کیلوگرمسولفات آمونیوم و 0.3 کیلوگرمسوپر فسفات در هر 1 m3هیدرولیز کنید.
خنثی کننده 5 (ظرفیت 35-40 متر 3) مخزن فولادی است که با کاشی های سرامیکی مقاوم در برابر اسید روکش شده و مجهز به مخلوط کن های عمودی و تیغه های ترمز است که به طور ثابت روی دیواره های مخزن نصب شده اند. خنثی سازی در گیاهان هیدرولیز قبلا به صورت دوره ای انجام می شد. در حال حاضر، با خنثی سازی مداوم پیشرفته تر جایگزین شده است. در شکل 77 آخرین نمودار را نشان می دهد. این فرآیند در دو خنثی کننده سری 5 و 6 که دارای یک دستگاه هستند انجام می شود. هیدرولیز اسید به طور مداوم از طریق لوله 1 به اولین خنثی کننده وارد می شود، جایی که شیر آهک و نمک های مغذی به طور همزمان عرضه می شوند. کامل بودن خنثی سازی با اندازه گیری غلظت یون های هیدروژن با استفاده از پتانسیومتر 3 با الکترود آنتیموان یا شیشه کنترل می شود. 4. پتانسیومتر به طور مداوم PH هیدرولیز را ثبت می کند و به طور خودکار آن را در محدوده های مشخص شده با ارسال تکانه های الکتریکی به یک موتور برگشت پذیر متصل به شیر قطع کننده لوله که شیر آهک را به اولین خنثی کننده متصل می کند، تنظیم می کند. در خنثی کننده ها واکنش خنثی سازی نسبتاً سریع و فرآیند تبلور گچ از محلول فوق اشباع به کندی صورت می گیرد.
بنابراین، سرعت جریان مایع از طریق نصب خنثی سازی توسط فرآیند دوم تعیین می شود که به 30-40 نیاز دارد. دقیقه
پس از این مدت، هیدرولیز خنثی شده به نام "خنثی" وارد مخزن ته نشینی نیمه پیوسته یا پیوسته 7 می شود.
فرآیند نیمه پیوسته شامل این واقعیت است که خنثی کننده به طور مداوم از طریق مخزن ته نشینی جریان می یابد و گچی که به پایین ته نشین می شود به صورت دوره ای با تجمع آن حذف می شود.
در حین کار مداوم مخزن ته نشینی، کلیه عملیات به طور مداوم انجام می شود. قبل از تخلیه لجن به فاضلاب 8 در گیرنده علاوه بر این با آب شسته می شود. روش دوم به دلیل برخی مشکلات تولید هنوز فراگیر نشده است.
لجن گچ از مخزن ته نشینی معمولاً شامل نیمی از سولفات کلسیم دی هیدرات و نیمی لیگنین و مواد هیومیک ته نشین شده از هیدرولیز می باشد. در برخی از کارخانه های هیدرولیز، لجن گچ را آبگیری، خشک می کنند و به آلابستر ساختمان می ریزند. آنها در فیلترهای خلاء درام آبگیری می شوند و در کوره های درام چرخشی که توسط گازهای دودکش گرم می شوند خشک و پخته می شوند.
محصول خنثی شده، آزاد شده از ذرات معلق، قبل از تخمیر در یخچال خنک می شود. 10 (شکل 77) از 85 تا 30 درجه. برای این منظور معمولا از مبدل های حرارتی مارپیچی یا صفحه ای استفاده می شود که با ضریب انتقال حرارت بالا و ابعاد کوچک مشخص می شود. در هنگام سرد شدن، مواد قیر مانند از خنثی کننده خارج می شود که بر روی دیواره مبدل های حرارتی می نشیند و به تدریج آنها را آلوده می کند. برای تمیز کردن، مبدل های حرارتی به طور دوره ای خاموش می شوند و با محلول آبی داغ 2-4٪ سود سوزآور شسته می شوند که مواد رزینی و هیومیک را حل می کند.
هیدرولیز خنثی، خالص و سرد شده.
مخمرهای چوبی با مخمرهای مخصوص spnrt تشکیل دهنده که در این محیط سازگار شده اند تخمیر می شود. تخمیر طبق یک روش پیوسته در یک باتری از مخازن تخمیر متصل به صورت سری انجام می شود 11 و 12.
سوسپانسیون مخمر، حاوی حدود 80-100 گرم مخمر فشرده در لیتر، به صورت جریانی پیوسته از طریق لوله عرضه می شود. 15 به مخمر 44 و سپس به قسمت بالایی مخزن تخمیر اول یا سر 11. مخمر چوب سرد شده همزمان با سوسپانسیون مخمر به مخمر وارد می شود. به ازای هر متر مکعب سوسپانسیون مخمر، 10-8 متر مکعب مخمر وارد مخزن تخمیر می شود.
مخمرهای موجود در محیط هگزوز ساخاروف،آنها با استفاده از سیستمی از آنزیم ها، قندها را تجزیه می کنند و الکل اتیلیک و دی اکسید کربن تشکیل می دهند. اتیل الکل وارد مایع اطراف می شود و دی اکسید کربن به شکل حباب های کوچکی بر روی سطح مخمر آزاد می شود که به تدریج حجم آن افزایش می یابد و سپس به تدریج به سطح مخمر شناور می شود و مخمر چسبیده را با خود می برد. آنها
هنگامی که آنها با سطح تماس پیدا می کنند، حباب های دی اکسید کربن می ترکند، و مخمر، با وزن مخصوص 1.1، یعنی بیشتر از وزن مخمر (1.025)، فرو می رود تا زمانی که دوباره توسط کربن به سطح بالا برود. دی اکسید حرکت مداوم به سمت بالا و پایین مخمر باعث حرکت جریان مایع در مخزن تخمیر می شود و باعث تحریک یا "تخمیر" مایع می شود. دی اکسید کربن آزاد شده روی سطح مایع از مخازن تخمیر از طریق یک لوله 13 به کارخانه ای برای تولید دی اکسید کربن مایع یا جامد عرضه می شود که برای تولید محصولات شیمیایی (مثلا اوره) استفاده می شود یا در جو منتشر می شود.
مخمر چوب نیمه تخمیر شده همراه با مخمر از مخزن تخمیر سر به مخزن دم منتقل می شود. 12, جایی که تخمیر به پایان می رسد. از آنجایی که غلظت قندها در خمره دنبه کم است، تخمیر در آن شدت کمتری دارد و مقداری از مخمر بدون اینکه زمان تشکیل حباب های دی اکسید کربن داشته باشد، در ته دیگ می نشیند. برای جلوگیری از این امر، مخلوط کردن اجباری مایع با همزن یا پمپ های گریز از مرکز اغلب در مخزن باطله ترتیب داده می شود.
مایع تخمیر شده یا تخمیر شده را ماش می گویند. در پایان تخمیر، پوره به جداکننده منتقل می شود 14, کار بر روی اصل یک سانتریفیوژ. پوره ای که وارد آن می شود، همراه با مخمر معلق در آن، با سرعت 4500-6000 دور در دقیقه شروع به چرخش می کند. نیروی گریز از مرکز به دلیل تفاوت در وزن مخصوص مخلوط و مخمر آنها را جدا می کند. جداکننده مایع را به دو جریان تقسیم می کند: جریان بزرگتر که حاوی مخمر نیست وارد قیف می شود. 16 و کوچکتر که حاوی مخمر است از طریق قیف به داخل لوله می ریزد 15. به طور معمول جریان اول 8-10 برابر بزرگتر از جریان دوم است. از طریق لوله 15 سوسپانسیون مخمر به مخزن تخمیر سر برگردانده می شود 11 از طریق مخمر 44. مخمر دور ریخته شده و آزاد شده از مخمر، در یک مجموعه پوره متوسط جمع آوری می شود 17.
با کمک جداکننده ها، مخمر به طور مداوم در یک سیستم بسته گیاه تخمیر گردش می کند. بهره وری جداکننده 10- 35 متر مکعب در ساعت.
در طی تخمیر و به ویژه در هنگام جداسازی، بخشی از کلوئیدهای هیومیک موجود در خار مریم منعقد می شود و پوسته های سنگینی را تشکیل می دهد که به آرامی در کف مخازن تخمیر می نشیند. اتصالاتی در کف مخازن وجود دارد که از طریق آنها رسوبات به صورت دوره ای به فاضلاب تخلیه می شود.
همانطور که در بالا ذکر شد، بازده نظری الکل در هر 100 کیلوگرمهگزوزهای تخمیری 64 است لبا این حال، عملا به دلیل تحصیلات به دلیل ساخاروفمحصولات جانبی (گلیسیرین، استالدئید، اسید سوکسینیک و غیره) و همچنین به دلیل وجود ناخالصی های مضر برای مخمر در مخمر، عملکرد الکل 54-56 است. ل
برای به دست آوردن بازده الکل خوب، لازم است مخمر را همیشه فعال نگه دارید. برای انجام این کار، باید دمای تخمیر داده شده، غلظت یون های هیدروژن، خلوص مورد نیاز مخمر را با دقت حفظ کنید و مقدار کمی هگزوز، به اصطلاح "درجه پایین" (معمولاً بیش از 0.1٪) باقی بگذارید. شکر در محلول)، در پوره قبل از وارد کردن آن به جداکننده. به دلیل وجود مخمر تخمیر نشده، مخمر همیشه به صورت فعال باقی می ماند.
بطور دوره ای، کارخانه هیدرولیز برای تعمیرات برنامه ریزی شده یا تعمیرات اساسی تعطیل می شود. در این مدت، مخمر باید زنده نگه داشته شود. برای انجام این کار، سوسپانسیون مخمر را با استفاده از جداکننده ها غلیظ می کنند و با خمیر چوب سرد می ریزند. در دماهای پایین، تخمیر به شدت کند می شود و مخمر به میزان قابل توجهی شکر کمتری مصرف می کند.
مخازن تخمیر با ظرفیت 100-200 متر مکعب معمولاً از ورق فولادی یا کمتر متداول از بتن مسلح ساخته می شوند. مدت زمان تخمیر بستگی به غلظت مخمر دارد و از 6 تا 10 ساعت متغیر است. نظارت بر خلوص کشت مخمر تولیدی و محافظت از آن در برابر عفونت توسط میکروارگانیسم های مضر خارجی ضروری است. برای این منظور، تمام تجهیزات باید تمیز نگه داشته شوند و به طور دوره ای استریل شوند. ساده ترین روش استریلیزاسیون بخارپز کردن کلیه تجهیزات و به خصوص خطوط لوله و پمپ ها با بخار زنده است.
در پایان تخمیر و جداسازی مخمر، مش الکل حاوی 1.2 تا 1.6 درصد اتیل الکل و حدود 1 درصد پنتوز است. ساخاروف
الکل از ماش جدا می شود، در دستگاه تصحیح ماش سه ستونی متشکل از پوره خالص سازی و تقویت می شود. 18, اصلاح 22 و متانول 28 ستون ها (شکل 77).
پوره از مجموعه 17 از طریق مبدل حرارتی پمپ می شود 41 روی صفحه تغذیه ستون مش 18. ماش با جریان پایین صفحات قسمت کامل ستون ماش، در مسیر خود با بخار بالارونده مواجه می شود. دومی، به تدریج با الکل غنی شده، به قسمت بالایی و تقویت کننده ستون می رود. پوره ای که به پایین سرازیر می شود به تدریج از الکل و سپس از سمت ثابت ستون خارج می شود 18 از طریق لوله 21 به مبدل حرارتی می رود 41, جایی که ماش ورودی به ستون را تا دمای 60-70 درجه سانتیگراد گرم می کند. سپس، ماش در ستون با بخار زنده که از طریق لوله می آید تا دمای 105 درجه حرارت داده می شود 20. پوره ای که از الکل آزاد می شود، خیس نامیده می شود. از طریق لوله 42 استیلاژ از مبدل حرارتی ساکن خارج می شود 41 و برای تهیه مخمر خوراک از پنتوزها به کارگاه مخمر فرستاده می شود. این فرآیند بعداً به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.
ستون مش در قسمت تقویت کننده بالایی با کندانسور رفلاکس به پایان می رسد 19, که در آن بخارات مخلوط ید و الکل که از صفحه بالایی ستون می آید متراکم می شود.
در 1 متر مکعب پوره در دمای 30 درجه، حدود 1 متر مکعب دی اکسید کربن تشکیل شده در طی تخمیر حل می شود. هنگام گرم کردن دم در مبدل حرارتی 41 و با بخار زنده در قسمت پایینی ستون مش، دی اکسید کربن محلول آزاد می شود و همراه با بخار الکل به قسمت تقویت کننده ستون و سپس به کندانسور رفلاکس بالا می رود. 19. گازهای غیر قابل تراکم از طریق دریچه های هوای نصب شده روی خطوط لوله میعانات الکلی بعد از یخچال ها جدا می شوند. فراکسیون های کم جوش متشکل از الکل، آلدهیدها و اترها از یک کندانسور رفلاکس عبور می کنند. 19 و در آخر در یخچال تغلیظ کنید 39uاز جایی که آنها به شکل رفلاکس از طریق آب بند به ستون جریان می یابند 40. گازهای غیر قابل تراکم متشکل از دی اکسید کربن قبل از خروج از یخچال 39 از یک کندانسور اضافی عبور کرده یا در اسکرابر با آب شسته می شوند تا آخرین بقایای بخار الکل را بگیرند.
در صفحات بالایی ستون ماش، فاز مایع حاوی 20-40٪ الکل است.
میعانات را از طریق لوله انجام دهید 25 وارد صفحه تغذیه ستون تقطیر می شود 22. این ستون شبیه به ستون ماش عمل می کند، اما در غلظت الکل بالاتر. به پایین این ستون از طریق یک لوله 24 بخار زنده عرضه می شود که به تدریج الکل را از میعانات الکلی که به پایین ستون جریان می یابد می جوشاند. مایع آزاد شده از الکل به نام لوتر از طریق لوله 23 از زهکش پایین می رود محتوای الکل در استیلاژ و لوتر بیش از 0.02٪ نیست.
یک کندانسور رفلاکس در بالای صفحه بالایی ستون تقطیر نصب شده است 26. بخارهایی که در آن متراکم نشده اند در نهایت در کندانسور متراکم می شوند 26aو دوباره به ستون جریان می یابد. بخشی از کسرهای کم جوش از طریق لوله گرفته می شود 43 به شکل یک کسر اتر-آلدهید که در صورت عدم استفاده به مخازن تخمیر بازگردانده می شود.
برای آزادسازی اتیل الکل از اسیدهای آلی فرار، از مخزن وارد ستون می شود. 45 محلول هیدروکسید سدیم 10% که اسیدهای روی صفحات میانی قسمت تقویت کننده ستون را خنثی می کند. در قسمت میانی ستون تقطیر، جایی که قدرت الکل 45-50٪ است، روغن های بدنه جمع می شوند و از طریق لوله گرفته می شوند. 46. روغن های فوزل مخلوطی از الکل های بالاتر (بوتیل، پروپیل، آمیل) هستند که از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند.
اتیل الکل آزاد شده از استرها و آلدئیدها و همچنین روغن های بدنه با استفاده از شانه از صفحات بالایی قسمت تقویت کننده ستون تقطیر و از طریق لوله انتخاب می شود. 27 وارد صفحه تغذیه ستون متانول می شود 28. الکل خام حاصل از ستون تقطیر حاوی حدود 0.7٪ الکل متیل است که در جریان هیدرولیز مواد گیاهی تشکیل شده و همراه با مونوساکاریدها به خار مریم ختم می شود.
در طی تخمیر هگزوزها متیل الکل تشکیل نمی شود. با توجه به مشخصات فنی اتیل الکل تولید شده توسط کارخانه های هیدرولیز، نباید بیش از 0.1٪ متیل الکل داشته باشد. مطالعات نشان داده است که متیل الکل به راحتی از الکل خام جدا می شود که میزان آب آن حداقل باشد. به همین دلیل الکل خام با حداکثر قدرت (94-96 درصد اتانول) وارد ستون متانول می شود. به دست آوردن اتیل الکل بالای 96٪ در ستون های تقطیر معمولی غیرممکن است، زیرا این غلظت مربوط به ترکیب مخلوط آب و الکل به طور جداگانه جوش نیست.
در ستون متانول، کسر کم جوش متانول است که تا بالای ستون بالا می رود و در کندانسور رفلاکس تقویت می شود. 29 و از طریق لوله 30 به مجموعه هایی از کسر متانول حاوی حدود 80٪ متانول تخلیه می شود. برای تولید متانول 100% تجاری، ستون دوم متانول نصب شده است که در شکل 1 نشان داده نشده است. 77.
الکل اتیل که به پایین صفحات می ریزد، به قسمت پایینی ستون متانول می افتد 28 و از طریق لوله 33 در گیرنده های محصول نهایی تخلیه می شود. ستون متانول با بخار خاموش در یک بخاری از راه دور گرم می شود 31, که به گونه ای تعبیه شده است که طبق اصل رگ های ارتباطی فضای بین لوله ای آن با الکل پر می شود. بخار آب وارد شده به بخاری الکل را به جوش می آورد و از بخارات الکل حاصل برای گرم کردن ستون استفاده می شود. بخار وارد بخاری می شود 31, در آن میعان می شود و به صورت میعانات به مجموعه های آب تمیز می رسد و یا به فاضلاب تخلیه می شود.
مقدار و قدرت الکل اتیلیک حاصل در تجهیزات ویژه (چراغ قوه، پرتابه کنترل، الکل سنج) اندازه گیری می شود. از مخزن اندازه گیری، الکل اتیلیک توسط یک پمپ بخار خارج از ساختمان اصلی - به مخازن ثابت واقع در انبار الکل عرضه می شود. از این مخازن، در صورت نیاز، الکل اتیلیک تجاری به مخازن راه آهن ریخته می شود و در آن ها به محل های مصرف منتقل می شود.
فرآیند تکنولوژیکی که در بالا توضیح داده شد امکان به دست آوردن از 1 را فراهم می کند تیچوب مخروطی کاملا خشک 150-180 ل 100٪ اتیل الکل. در همان زمان، توسط 1 dklمصرف الکل
چوب کاملا خشک به کیلوگرم . . . . 55-66;
TOC o "1-3" h z اسید سولفوریک - moaoidrate در کیلوگرم … . 4,5;
آهک زنده، 85% اینچ کیلوگرم…………………………………………………. 4,3;
جفت فن آوری 3- و 16-اتمسفر
در مگا کالری. ……………………………………………………………………………………….. 0.17-0.26;
آب در مترمکعب……………………………………………………………………………………………………………………… 3.6;
الکگروزنر در کیلووات ساعت…………………………………………………………………….. 4,18
ظرفیت سالانه یک کارخانه هیدرولیز-الکل با ظرفیت متوسط الکل 1-1.5 میلیون است. داد.در این کارخانه ها محصول اصلی اتیل الکل است. همانطور که قبلاً اشاره شد، در همان زمان، دی اکسید کربن جامد یا مایع، فورفورال، مخمر خوراک و محصولات فرآوری لیگنین از ضایعات اصلی تولید در کارخانه هیدرولیز-الکل تولید می شود. این تولیدات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت.
در برخی از کارخانه های هیدرولیز که فورفورال یا زایلیتول را به عنوان محصول اصلی تولید می کنند، پس از هیدرولیز همی سلولزهای غنی از پنتوز، باقیمانده ای که هیدرولیز آن دشوار است، باقی می ماند که شامل سلولز و لیگنین است و سلولینین نامیده می شود.
سلولینین را می توان با روش نفوذی که در بالا توضیح داده شد هیدرولیز کرد و هیدرولیز هگزوز حاصل که معمولاً حاوی 2-2.5٪ قند است، می تواند طبق روشی که در بالا توضیح داده شد به الکل اتیلیک فنی یا مخمر خوراک تبدیل شود. بر اساس این طرح، پوسته پنبه، بلال ذرت، پوست بلوط، پوسته آفتابگردان و ... فرآوری می شود که این فرآیند تولید تنها با مواد اولیه و سوخت ارزان به صرفه است.
کارخانه های هیدرولیز الکل معمولاً الکل اتیلیک فنی تولید می کنند که برای پردازش شیمیایی بعدی استفاده می شود. با این حال، در صورت لزوم، این الکل
با یکسوسازی اضافی و اکسیداسیون با محلول پرمنگنات قلیایی نسبتاً به راحتی خالص می شود. پس از چنین تصفیه، الکل اتیلیک برای اهداف غذایی کاملاً مناسب است.
تولید الکل از سیب زمینی، غلات، ملاس و چغندرقند مستلزم مصرف مقادیر زیادی از این مواد اولیه ارزشمند است. جایگزینی این گونه مواد اولیه با مواد ارزان تر، یکی از منابع صرفه جویی در محصولات غذایی و کاهش هزینه الکل است. بنابراین، تولید اتیل الکل فنی از مواد خام غیرغذایی اخیراً به طور قابل توجهی افزایش یافته است: چوب، مشروبات الکلی سولفیت و به طور مصنوعی از گازهای حاوی اتیلن.
صنعت هیدرولیز تعدادی از محصولات را از ضایعات گیاهی حاوی سلولز، به ویژه از ضایعات چوب تولید می کند: اتیل الکل، مخمر خوراک، گلوکز و غیره.
در گیاهان هیدرولیز، سلولز با اسیدهای معدنی به گلوکز هیدرولیز می شود که برای تخمیر به الکل، رشد مخمر و آزادسازی آن به شکل کریستالی استفاده می شود. گیاهان هیدرولیز با مشخصات مختلف وجود دارد: هیدرولیز-الکل، هیدرولیز-مخمر، هیدرولیز-گلوکز. صنعت هیدرولیز از اهمیت اقتصادی بالایی برخوردار است. به این دلیل است که محصولات با ارزش از ضایعات کم ارزش گیاهی به دست می آید. به طور خاص، از 1 تن چوب مخروطی کاملاً خشک، 170-200 لیتر الکل اتیلیک به دست می آید که برای تولید آن به 0.7 تن دانه یا 2 تن سیب زمینی نیاز است.
صنعت هیدرولیز به طور جامع چوب را پردازش می کند، در نتیجه گیاهان هیدرولیز-الکل، علاوه بر الکل اتیلیک، محصولات ارزشمند دیگری نیز تولید می کنند: فورفورال، لیگنین، دی اکسید کربن مایع، مخمر خوراک.
ماده اولیه برای تولید هیدرولیز چوب به شکل ضایعات مختلف از جنگلداری و صنایع چوبی است: خاک اره، خرده‌های چوب، تراشه‌ها و غیره. میزان رطوبت چوب بین 40 تا 60 درصد است. خاک اره فرآوری شده توسط گیاهان هیدرولیز معمولاً دارای رطوبت 40-48٪ است. ترکیب ماده خشک چوب شامل سلولز، همی سلولز، لیگنین و اسیدهای آلی است.
همی سلولزهای چوب از هگزوزان ها: مانان، گالاکتان و پنتوسان ها: زایلان، آرابان و مشتقات متیله آنها تشکیل شده است. لیگنین یک ماده معطر پیچیده است که ترکیب شیمیایی و ساختار آن هنوز مشخص نشده است.
ترکیب شیمیایی چوب کاملا خشک در جدول 1 آورده شده است.
جدول 1 - ترکیب شیمیایی چوب کاملا خشک
علاوه بر چوب، ضایعات گیاهان کشاورزی نیز به عنوان مواد خام برای صنعت هیدرولیز استفاده می شود: پوسته آفتابگردان، بلال ذرت، پوسته پنبه و کاه غلات.
ترکیب شیمیایی ضایعات گیاهان کشاورزی در جدول 2 ارائه شده است.
جدول 2 - ترکیب شیمیایی ضایعات گیاهی کشاورزی طرح فن آوری پردازش چوب پیچیده شامل مراحل زیر است: هیدرولیز چوب، خنثی سازی و خالص سازی هیدرولیز. تخمیر مخمر هیدرولیتیک، تقطیر ماش هیدرولیتیک.
چوب خرد شده هنگامی که تحت فشار گرم می شود با اسید سولفوریک رقیق هیدرولیز می شود. در طی هیدرولیز، همی سلولزها و سلولز تجزیه می شوند. همی سلولزها به هگزوز تبدیل می شوند: گلوکز، گالاکتوز، مانوز و پنتوزها: زایلوز و آرابینوز. سلولز - به گلوکز. لیگنین به عنوان یک باقیمانده نامحلول در طول هیدرولیز باقی می ماند.
هیدرولیز چوب در یک دستگاه هیدرولیز - یک ظرف استوانه ای فولادی انجام می شود. در نتیجه هیدرولیز، یک هیدرولیز حاوی حدود 2-3٪ مونوساکاریدهای قابل تخمیر و یک باقی مانده لیگنین نامحلول به دست می آید. دومی را می توان به طور مستقیم در تولید تخته های ساختمانی، در تولید آجر، هنگام آسیاب سیمان، به عنوان سوخت استفاده کرد. پس از فرآوری مناسب، می توان از لیگنین در تولید پلاستیک، صنعت لاستیک و ... استفاده کرد.
هیدرولیز حاصل به اواپراتور فرستاده می شود، جایی که بخار از مایع جدا می شود. بخار آزاد شده متراکم شده و برای جداسازی فورفورال، سقز و متیل الکل از آن استفاده می شود. سپس هیدرولیز تا دمای 80-75 درجه سانتی گراد خنک می شود، در خنثی کننده با شیر آهک تا PH 4-4.3 خنثی می شود و نمک های تغذیه ای مخمر (سولفات آمونیوم، سوپر فسفات) اضافه می شود. خنثی سازی حاصل ته نشین می شود تا از سولفات کلسیم رسوب شده و سایر ذرات معلق آزاد شود. رسوب ته نشین شده سولفات کلسیم جدا می شود، خشک می شود، پخته می شود و آلاباستر به دست می آید که در تجهیزات ساختمانی استفاده می شود. محصول خنثی شده تا دمای 30-32 درجه سانتیگراد خنک شده و برای تخمیر فرستاده می شود. هیدرولیز تهیه شده از این طریق برای تخمیر، خار مریم نامیده می شود. تخمیر مخمر هیدرولیتیک به طور مداوم در مخازن تخمیر انجام می شود. در این حالت، مخمر به طور مداوم در سیستم گردش می کند. مخمر با استفاده از جداکننده ها از مایه جدا می شود. دی اکسید کربن آزاد شده در طی تخمیر برای آزادسازی دی اکسید کربن مایع یا جامد استفاده می شود. پوره بالغ حاوی 1.0-1.5٪ الکل برای تقطیر و یکسوسازی به دستگاه یکسوسازی ماش فرستاده می شود و اتیل الکل، متیل الکل و روغن بدنه به دست می آید. خمیر حاصل از تقطیر حاوی پنتوز است و برای رشد مخمر خوراک استفاده می شود.
شکل 1 - نمودار تکنولوژیکی پردازش چوب پیچیده در کارخانه های هیدرولیز-الکل هنگامی که طبق طرح مشخص شده پردازش می شود، می توان مقادیر زیر را از محصولات قابل فروش از 1 تن چوب کاملاً خشک به دست آورد:
هنگام تولید خمیر از چوب با استفاده از روش سولفیت، محصول زائد مشروب سولفیت است - مایع قهوه ای با بوی دی اکسید گوگرد. ترکیب شیمیایی مشروب سولفیتی (%): آب - 90، مواد خشک - 10، از جمله مشتقات لیگنین - لیگنوسولفوناتها - 6، هگزوزها - 2، پنتوزها -1، اسیدهای فرار، فورفورال و سایر مواد - حدود 1. لیکور سولفیت طولانی مدت آنها به رودخانه ها رها شدند و آب را آلوده کردند و ماهی های مخازن را از بین بردند. در حال حاضر، ما تعدادی کارخانه برای پردازش پیچیده مشروب سولفیت به الکل اتیلیک، مخمر خوراک و کنسانتره سولفیت-وینیج داریم. تولید الکل از مشروبات سولفیتی شامل مراحل زیر است: تهیه مشروب سولفیتی برای تخمیر، تخمیر مخمر مشروب سولفیتی، تقطیر ماش سولفیت بالغ.
تهیه مشروب سولفیت برای تخمیر طبق یک طرح مداوم انجام می شود. لیمو با هوا پاک می شود تا اسیدهای فرار و فورفورال که فرآیند تخمیر را به تأخیر می اندازند از بین برود. لیمو خالص شده با شیر آهک خنثی می شود و سپس برای بزرگ شدن کریستال های رسوب شده سولفات کلسیم و سولفید کلسیم نگهداری می شود. در همان زمان، نمک های مغذی برای مخمر (سولفات آمونیوم و سوپر فسفات) اضافه می شود. سپس شپش ته نشین می شود. رسوب ته نشین شده - لجن - به فاضلاب تخلیه می شود و مایع شفاف شده تا دمای 30-32 درجه سانتیگراد خنک می شود. مشروب تهیه شده به این روش را خار مریم می گویند. مخمر به بخش تخمیر فرستاده می شود و مانند هیدرولیزهای چوب تخمیر می شود یا از روش متحرک پک استفاده می شود. بسته بندی متحرک به الیاف سلولزی باقی مانده در مشروب اشاره دارد. روش تخمیر با نازل متحرک مبتنی بر خاصیت نژادهای مخمر خاصی است که روی سطح الیاف سلولزی جذب شده و پوسته‌هایی از یک توده مخمری فیبری تشکیل می‌دهند که در یک پوره بالغ به سرعت و به طور کامل در کف ته نشین می‌شود. مالیات بر ارزش افزوده تخمیر در یک باتری تخمیر انجام می شود که از یک مخزن سر و دم تشکیل شده است. در مخمر تخمیر، الیاف سلولزی با مخمر جذب شده تحت تأثیر دی اکسید کربن آزاد شده در حرکت مداوم هستند. پوره تخمیر شده از دیگ سر به دیگ دم می آید، جایی که فرآیند تخمیر به پایان می رسد و الیاف با مخمر در ته نشست می شوند. توده الیاف مخمری ته نشین شده توسط پمپ به مخمر سر برگردانده می شود، جایی که مخمر به طور همزمان تامین می شود و پوره بالغ حاوی 0.5-1٪ الکل به دستگاه تقطیر فرستاده می شود و الکل اتیلیک، متیل الکل و روغن بدن به دست می آید. . ته نشینی به دست آمده پس از تقطیر حاوی پنتوز است و به عنوان یک محیط غذایی برای رشد مخمر خوراک عمل می کند که سپس جدا شده، خشک شده و به عنوان مخمر خشک آزاد می شود. پس از جداسازی مخمر، مایه خشک حاوی لیگنوسولفونات ها به میزان ماده خشک 50-80 درصد تبخیر می شود. محصول به دست آمده کنسانتره سولفیت-وینتیج نامیده می شود و در تولید پلاستیک، مصالح ساختمانی، مواد دباغی مصنوعی برای چرم، ریخته گری و راه سازی استفاده می شود.
از کنسانتره های سولفیت-وینیج می توانید یک ماده معطر ارزشمند - وانیلین - به دست آورید.
طرح فن آوری برای پردازش پیچیده مایعات سولفیت به الکل اتیلیک، مخمر خوراک و کنسانتره سولفیت-وینیج در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2 - نمودار جریان فرآیند برای پردازش لیکورهای سولفیت به الکل هنگام پردازش مشروبات الکلی سولفیت، موارد زیر بر حسب 1 تن چوب صنوبر به دست می آید:
مواد اولیه برای تولید الکل اتیلیک مصنوعی گازهای پالایشگاه های نفت حاوی اتیلن هستند. علاوه بر این، گازهای حاوی اتیلن دیگر را می توان استفاده کرد: گاز کوره کک به دست آمده از زغال سنگ کک، و گازهای نفتی مرتبط.
در حال حاضر اتیل الکل مصنوعی به دو روش هیدراتاسیون اسید سولفوریک و هیدراتاسیون مستقیم اتیلن تولید می شود.
تولید اتیل الکل با این روش شامل فرآیندهای زیر است: برهمکنش اتیلن با اسید سولفوریک که اتیل سولفوریک اسید و دی اتیل سولفات تولید می کند. هیدرولیز محصولات حاصل برای تشکیل الکل؛ جداسازی الکل از اسید سولفوریک و تصفیه آن.
مواد اولیه هیدراتاسیون اسید سولفوریک گازهای حاوی 50-47 درصد وزنی هستند. اتیلن و همچنین گازهایی با محتوای اتیلن کمتر. این فرآیند طبق طرح زیر انجام می شود.
شکل 3 - طرح فن آوری برای تولید الکل مصنوعی با هیدراتاسیون اسید سولفوریک اتیلن در یک ستون واکنش که یک استوانه عمودی است با اسید سولفوریک واکنش می دهد. در داخل ستون صفحات درپوش با شیشه های سرریز وجود دارد. گاز حاوی اتیلن توسط کمپرسور به قسمت پایین ستون و اسید سولفوریک 97-98 درصد برای رفلاکس به بالای ستون عرضه می شود. گاز که به سمت بالا بالا می رود، از طریق یک لایه مایع در هر صفحه حباب می زند. اتیلن با اسید سولفوریک بر اساس واکنش های زیر واکنش می دهد:
مخلوطی از اتیل سولفوریک اسید، دی اتیل سولفات و اسید سولفوریک واکنش نداده به طور مداوم از ستون واکنش جریان می یابد. این مخلوط در یخچال تا دمای 50 درجه سانتیگراد سرد می شود و برای هیدرولیز فرستاده می شود که طی آن واکنش های زیر رخ می دهد:
مونو اتیل سولفات حاصل از واکنش دوم برای تشکیل یک مولکول الکل دیگر تحت تجزیه بیشتر قرار می گیرد.
طرح فن آوری برای تولید الکل اتیلیک با هیدراتاسیون مستقیم اتیلن در زیر ارائه شده است.
شکل 4 - نمودار تکنولوژیکی هیدراتاسیون مستقیم اتیلن در تولید الکل اتیلیک ماده اولیه برای روش هیدراتاسیون مستقیم گاز با محتوای اتیلن بالا (94-96٪) است. اتیلن توسط کمپرسور به 8-9 کیلو پاسکال فشرده می شود. اتیلن فشرده به نسبت های معینی با بخار آب مخلوط می شود. برهمکنش اتیلن با بخار آب در یک دستگاه تماسی انجام می شود - یک هیدراتور، که یک ستون استوانه ای توخالی فولادی عمودی است که در آن یک کاتالیزور وجود دارد (اسید فسفریک که روی آلومینوسیلیکات رسوب می کند).
مخلوطی از اتیلن و بخار آب در دمای 280-300 درجه سانتیگراد تحت فشار حدود 8.0 کیلو پاسکال به یک هیدراتور وارد می شود که در آن پارامترهای مشابه حفظ می شود. هنگامی که اتیلن با بخار آب برهمکنش می‌کند، علاوه بر واکنش اصلی تشکیل الکل اتیلیک، واکنش‌های جانبی رخ می‌دهد که منجر به تولید محصولات پلیمریزاسیون دی اتیل اتر، استالدهید و اتیلن می‌شود. محصولات سنتز مقدار کمی اسید فسفریک را از هیدراتور می‌برند که متعاقباً می‌تواند اثر خورنده‌ای روی تجهیزات و خطوط لوله داشته باشد. برای جلوگیری از این امر، اسید موجود در محصولات سنتز با قلیایی خنثی می شود. پس از خنثی سازی، محصولات سنتز از یک جداکننده نمک عبور داده می شوند و سپس در یک مبدل حرارتی خنک می شوند و تراکم بخارات آب-الکل رخ می دهد. مخلوطی از مایع آبی-الکلی و اتیلن واکنش نداده به دست می آید. اتیلن واکنش نداده در جداکننده از مایع جدا می شود. این یک سیلندر عمودی است که در آن پارتیشن هایی تعبیه شده است که سرعت و جهت جریان گاز را به شدت تغییر می دهد. اتیلن از جداکننده به خط مکش کمپرسور گردشی تخلیه می شود و برای اختلاط با اتیلن تازه فرستاده می شود. محلول آب الکلی که از جداکننده جاری می شود حاوی 18.5-19٪ حجم است. الکل آن را در یک ستون stripping متمرکز می کنند و به شکل بخار به یک ستون تقطیر برای تصفیه فرستاده می شود. الکل با قدرت 90.5 درصد حجم به دست می آید. کارخانه های تولید الکل مصنوعی از روش هیدراتاسیون مستقیم اتیلن استفاده می کنند.
تولید الکل مصنوعی، صرف نظر از روش تولید آن، بسیار کارآمدتر از تولید الکل از مواد اولیه غذایی است. برای به دست آوردن 1 تن الکل اتیلیک از سیب زمینی یا غلات، باید 160-200 نفر در روز، از گازهای پالایش نفت تنها 10 روز انسان صرف شود. هزینه الکل مصنوعی تقریباً چهار برابر کمتر از هزینه الکل از مواد خام غذایی است.
چگونه الکل یا سوخت مایع دیگر را از خاک اره بدست آوریم؟
تو جنگلی... تنه های ضخیم و نازک درختان در اطراف شلوغ شده اند. برای یک شیمیدان، همه آنها از یک ماده تشکیل شده اند - چوب که قسمت اصلی آن مواد آلی است - فیبر (C 6 H 10 O 5) x. فیبر دیواره های سلول های گیاهی، یعنی اسکلت مکانیکی آنها را تشکیل می دهد. ما آن را کاملاً خالص در الیاف کاغذ پنبه و کتان داریم. در درختان همیشه همراه با سایر مواد، اغلب لیگنین، با ترکیب شیمیایی تقریباً یکسان، اما با خواص متفاوت، یافت می شود. فرمول اولیه فیبر C 6 H 10 O 5 با فرمول نشاسته مطابقت دارد، قند چغندر دارای فرمول C 12 H 2 2O 11 است. نسبت تعداد اتم های هیدروژن به تعداد اتم های اکسیژن در این فرمول ها مانند آب است: 2:1. بنابراین، این و مواد مشابه در سال 1844 "کربوهیدرات" نامیده شدند، یعنی موادی به ظاهر (اما نه در واقع) از کربن و آب.
فیبر کربوهیدرات وزن مولکولی بالایی دارد. مولکول های آن زنجیره های بلندی هستند که از پیوندهای منفرد تشکیل شده اند. بر خلاف دانه های نشاسته سفید، فیبر رشته ها و الیاف قوی است. این با ساختار ساختاری متفاوت، اکنون دقیقاً مشخص شده، مولکول‌های نشاسته و فیبر توضیح داده می‌شود. فیبر خالص از نظر فنی سلولز نامیده می شود.
در سال 1811، آکادمیک Kirchhoff یک کشف مهم انجام داد. او نشاسته معمولی به دست آمده از سیب زمینی را گرفت و با اسید سولفوریک رقیق درمان کرد. تحت تأثیر H2SO4 وجود داشت هیدرولیزنشاسته و تبدیل به شکر شد:
این واکنش اهمیت عملی زیادی داشت. تولید نشاسته و شربت بر اساس آن است.
اما فیبر همان فرمول تجربی نشاسته را دارد! این بدان معناست که شما می توانید از آن قند نیز دریافت کنید.
در واقع، در سال 1819، برای اولین بار، شیرین سازی الیاف با استفاده از اسید سولفوریک رقیق انجام شد. برای این اهداف می توان از اسید غلیظ نیز استفاده کرد. شیمیدان روسی ووگل در سال 1822 قند را از کاغذ معمولی بدست آورد و بر روی آن با محلول 87٪ H2 SO 4 عمل کرد.
در پایان قرن نوزدهم. مهندسان شاغل قبلاً به بدست آوردن قند و الکل از چوب علاقه مند شده اند. در حال حاضر الکل از سلولز در مقیاس کارخانه تولید می شود. این روش که توسط یک دانشمند در یک لوله آزمایش کشف شد، سپس در دستگاه فولادی بزرگ یک مهندس انجام شد.
بیایید از کارخانه هیدرولیز دیدن کنیم... خاک اره، تراشه ها یا تراشه های چوب در هاضم های بزرگ (پرکولاتور) بارگذاری می شوند. این زباله های کارخانه های چوب بری یا شرکت های فرآوری چوب است. پیش از این، این زباله های ارزشمند سوزانده می شد یا به سادگی در محل دفن زباله پرتاب می شد. محلول ضعیف (0.2-0.6٪) اسید معدنی (اغلب سولفوریک) از طریق پرکولاتورها با جریان مداوم عبور می کند. نگه داشتن همان اسید در دستگاه برای مدت طولانی غیرممکن است: قند موجود در آن که از چوب به دست می آید به راحتی از بین می رود. در پرکلاتورها فشار 8-10 اتمسفر و دما 170-185 درجه است. در این شرایط، هیدرولیز سلولز بسیار بهتر از شرایط عادی، زمانی که فرآیند بسیار دشوار است، پیش می رود. پرکولاتورها محلولی حاوی حدود 4 درصد شکر تولید می کنند. بازده مواد قندی در طول هیدرولیز به 85 درصد از نظر تئوری ممکن می رسد (طبق معادله واکنش).
برنج. 8. نمودار بصری تولید الکل هیدرولیتیک از چوب.
برای اتحاد جماهیر شوروی، که دارای جنگل های وسیع است و به طور پیوسته در حال توسعه صنعت لاستیک مصنوعی است، به دست آوردن الکل از چوب مورد توجه ویژه ای است. در سال 1934، کنگره هفدهم حزب کمونیست اتحاد (بلشویک ها) تصمیم گرفت تا به طور کامل تولید الکل از خاک اره و زباله های صنعت کاغذ را توسعه دهد. اولین کارخانه های هیدرولیز-الکل شوروی در سال 1938 شروع به فعالیت منظم کردند. در طول سال های برنامه پنج ساله دوم و سوم، ما کارخانه هایی برای تولید الکل هیدرولیز - الکل از چوب ساخته و راه اندازی کردیم. این الکل اکنون به طور فزاینده ای در حال تبدیل شدن به لاستیک مصنوعی است. این الکل از مواد خام غیر غذایی است. هر میلیون لیتر اتیل الکل هیدرولیتیک حدود 3 هزار تن نان یا 10 هزار تن سیب زمینی و در نتیجه حدود 600 هکتار سطح زیر کشت برای غذا آزاد می کند. برای به دست آوردن این مقدار الکل هیدرولیتیک به 10 هزار تن خاک اره با رطوبت 45 درصد نیاز دارید که می تواند در هر سال کارکرد یک کارخانه چوب بری با بهره وری متوسط تولید کند.
