Как производят спирт в промышленных масштабах. Сахар из опилок

Общая схема получения этилового спирта из гидролизной «черной патоки» такова. Сырье в измельченном виде загружают в многометровую стальную гидролизную колонну, изнутри облицованную химически стойкой керамикой. Туда подают под давлением горячий раствор соляной кислоты. В результате химической реакции из целлюлозы получается продукт, содержащий сахар, так называемая «черная патока». Этот продукт нейтрализуют известью и туда добавляют дрожжи — сбраживают патоку. После чего опять нагревают, и выделяющиеся пары конденсируются в виде этилового спирта (называть его «винным», не хочется).
Гидролизный способ — самый экономный способ производства этилового спирта. Если традиционным биохимическим способом сбраживания из одной тонны зерна можно получить 50 литров спирта, то из одной тонны древесных опилок, гидролизным способом преобразованных в «черную патоку», выгоняется 200 литров спирта. Как говориться: «Почувствуйте выгоду!» Весь вопрос, можно ли «черную патоку» как осаха-ренную целлюлозу называть «пищевым продуктом», наравне с зерном, картофелем и свеклой. Лица, заинтересованные в производстве дешевого этилового спирта, считают так: « А чё, почему нельзя? Ведь барда, как остаток «черной патоки», после ее перегонки идет на корм скоту, значит, она тоже пищевой продукт». Как тут не вспомнить слова Ф.М.Достоевского: «Образованный человек, когда это ему нужно, может словесно оправдать любую мерзость».
В 30-х годах прошлого века в осетинском поселке Беслан был построен крупнейший в Европе крахмалопа-точный комбинат, который с тех пор выпускает миллионы литров этилового спирта. Потом мощные заводы по производству этилового спирта были построены по всей стране, в том числе при Соликамском и Архангельском целлюлозо-бумажных комбинатах. И.В. Сталин, поздравляя строителей гидролизных заводов, которые во время войны, несмотря на трудности военного времени, досрочно ввели их в эксплуатацию, отметил, что это «дает возможность сэкономить государству миллионы пудов хлеба» (Газета «Правда» от 27 мая 1944 г.).
Этиловый спирт, полученный из «черной патоки», а, по сути, из древесины (целлюлозы), осахаренной гидролизным способом, если, конечно, он хорошо очищен, не отличить от спирта, полученного из зерна или картофеля. По действующим стандартам такой спирт бывает «высшей очистки», «экстра» и «люкс», последний — самый лучший, то есть имеет самую высокую степень очистки. Водкой, приготовленной на основе такого спирта, не отравишься. На вкус такой спирт нейтрален, то есть «никакой» — безвкусный, в нем лишь одни «градусы», он только обжигает слизистую оболочку рта. Внешне распознать водку, сделанную на основе этилового спирта гидролизного происхождения, довольно трудно, а различные ароматизаторы, добавляемые к таким «водкам», придают им некоторое отличие друг от друга.
Однако не все так хорошо, как кажется на первый взгляд. Генетики провели исследования: одной партии подопытных мышей в рацион добавляли настоящую (зерновую) водку, другой — гидролизную, из древесины. Мыши, которые употребляли «сучок» умирали гораздо быстрее, а их потомство вырождалось. Но результаты этих исследований не остановили выпуск псевдорусских водок. Это как в популярной песне: «Ведь если водку гнать не из опилок, то что б нам было с пяти бутылок...»

Опилки – ценное сырье для производства различных спиртов, которые можно использовать в качестве горючего .

На таком биотопливе могут работать:

• автомобильные и мотоциклетные бензиновые двигатели;
• электрогенераторы;
• хозяйственная бензиновая техника.

Основная проблема , которую приходится преодолевать при изготовлении биотоплива из опилок – это гидролиз, то есть превращение целлюлозы в глюкозу.

Основа у целлюлозы и глюкозы одна – углеводороды. Но для превращения одного вещества в другое необходимы различные физические и химические процессы.

Основные технологии для преобразования опилок в глюкозу можно поделить на два типа:

• промышленные , требующие сложного оборудования и дорогих ингредиентов;
• домашние , не требующие какого-то сложного оборудования.

Вне зависимости от способа гидролиза, опилки необходимо максимально измельчить. Для этого применяют различные дробилки.

Чем меньше размер опилок, тем более эффективным будет разложение древесины на сахар и другие компоненты.

Найти более подробную информацию об оборудовании для измельчения опилок вы сможете здесь: . Никакой другой подготовки опилки не требуют.

Промышленный способ

Опилки засыпают в вертикальный бункер, затем заливают раствором серной кислоты (40 %) в соотношении 1:1 по массе и, закрыв герметично, нагревают до температуры 200–250 градусов.

В таком состоянии опилки держат 60–80 минут, постоянно перемешивая.

За это время проходит процесс гидролиза и целлюлоза, впитывая воду, распадается на глюкозу и другие составляющие.

Полученное в результате этой операции вещество процеживают , получая смесь раствора глюкозы с серной кислотой.

Очищенную жидкость сливают в отдельную емкость и смешивают с раствором мела, который нейтрализует кислоту .

Затем все отфильтровывают и получают:

• ядовитые отходы;
• раствор глюкозы.

Недостаток этого метода в:

• высоких требованиях к материалу, из которого изготовлено оборудование;
• больших расходах на регенерацию кислоты,

поэтому широкого распространения он не получил.

Существует и менее затратный метод , в котором используют раствор серной кислоты крепостью 0,5–1 %.

Однако для эффективного гидролиза необходимы:

• высокое давления (10–15 атмосфер);
• нагрев до 160–190 градусов.

Время протекания процесса 70–90 минут.

Оборудование для такого процесса можно изготовить из менее дорогих материалов, ведь столь разбавленный раствор кислоты менее агрессивен, чем тот, который применяют в описанном выше методе.

А давление в 15 атмосфер не является опасным даже для обычного химического оборудования, ведь многие процессы также проходят при высоком давлении.

Для обоих методов применяют стальные, герметично закрывающиеся емкости объемом до 70 м³, выложенные изнутри кислотоупорным кирпичом или плиткой.

Такая футеровка защищает металл от контакта с кислотой.

Нагревают содержимое емкостей, подавая в них раскаленный пар.

Сверху устанавливают спускной клапан, который настраивают на необходимое давление. Поэтому излишки пара выходят в атмосферу. Остальной пар создает необходимое давление.

В обоих методах задействован один и тот же химический процесс . Под воздействием серной кислоты целлюлоза (C6H10O5)n впитывает воду H2O и превращается в глюкозу nC6H12O6, то есть смесь различных сахаров.

После очистки эту глюкозу используют не только для получения биотоплива, но и для производства:

• питьевого и технического спирта;
• сахара;
• метанола.

Оба метода позволяют перерабатывать древесину любых пород, поэтому являются универсальными.

В качестве побочного продукта переработки опилок в спирт получают лигнин – вещество, склеивающее:

• пеллеты;
• брикеты.

Поэтому лигнин можно продавать предприятиям и предпринимателям, которые занимаются производством пеллет и брикетов из отходов древесины.

Еще один побочный продукт гидролиза – фурфурол. Это маслянистая жидкость, эффективный антисептик для обработки древесины.

Фурфурол также применяют для:

• очистки нефти;
• очистки растительного масла;
• производства пластмасс;
• создания противогрибковых лекарств.

В процессе обработки опилок кислотой выделяются ядовитые газы , поэтому:

• все оборудование необходимо монтировать в проветриваемом цеху;
• работники должны надевать защитные очки и респираторы.

Выход глюкозы по массе составляет 40–60 % от веса опилок, но с учетом большого количества воды и примесей вес продукта в несколько раз больше исходного веса сырья .

Лишняя вода будет удалена в процессе перегонки.

Кроме лигнина побочными продуктами обоих процессов являются:

• алебастр;
• скипидар,

которые можно продать, получив какую-то прибыль.

Очистка раствора глюкозы

Очистку проводят в несколько этапов:

1. Механическая очистка с помощью сепаратора удаляет из раствора лигнин.
2. Обработка меловым молоком нейтрализует кислоту.
3. Отстаивание разделяет продукт на жидкий раствор глюкозы и карбонаты, которые затем используют для получения алебастра.

Вот описан технологический цикл переработки древесины на гидролизном заводе в городе Тавда (Свердловская Область).

Домашний способ

Этот способ проще, но занимает в среднем 2 года. Опилки насыпают большой кучей и обильно поливают водой, после чего:

• накрывают чем-нибудь;
• оставляют преть.

Температура внутри кучи поднимается и начинается процесс гидролиза, в результате которого целлюлоза превращается в глюкозу , которую можно использовать для брожения.

Минус этого метода в том, что при низкой температуре активность процесса гидролиза снижается, а при отрицательной полностью прекращается.

Поэтому такой метод эффективен лишь в теплых регионах.

Кроме того, велика вероятность перерождения процесса гидролиза в гниение , из-за чего получится не глюкоза, а ил, а вся целлюлоза превратится в:

• углекислый газ;
• небольшое количество метана.

Иногда в домах строят установки, подобные промышленным. Их изготавливают из нержавеющей стали, которая без последствий выдерживает воздействие слабого раствора серной кислоты.

Нагревают содержимое таких аппаратов с помощью:

• открытого огня (костер);
• змеевика из нержавеющей стали с циркулирующим по нему раскаленным воздухом или паром.

Закачивая в емкость пар или воздух и отслеживая показания манометра, регулируют давление в емкости. Процесс гидролиза начинается при давлении в 5 атмосфер, но наиболее эффективно протекает при давлении 7–10 атмосфер .

Затем так же, как и при промышленном производстве:

• очищают раствор от лигнина;
• обрабатывают с помощью раствора мела.

После этого раствор глюкозы отстаивают и сбраживают с добавлением дрожжей.

Брожение и перегонка

Для брожения в раствор глюкозы добавляют обычные дрожжи, которые активизируют процесс брожения.

Эту технологию используют как на предприятиях, так и при получении спирта из опилок в домашних условиях.

Время брожения 5–15 дней , в зависимости от:

• температуры воздуха;
• породы древесины.

Процесс брожения контролируют по количеству образования пузырьков углекислого газа.

Во время брожения происходит такой химический процесс – глюкоза nC6H12O6 распадается на:

• углекислый газ (2CO2);
• спирт (2C2H5OH).

После окончания брожения материал подвергают перегонке – нагреву до температуры 70–80 градусов и охлаждению отходящего пара.

При такой температуре из раствора испаряются:

• спирты;
• эфиры,

а вода и водорастворимые примеси остаются.

• охлаждения пара;
• конденсации спирта

используют змеевик, погруженный в холодную воду или охлаждаемый холодным воздухом.

Для увеличения крепости готового продукта его перегоняют еще 2–4 раза, постепенно снижая температуру до значения 50–55 градусов.

Крепость полученного продукта определяют с помощью спиртометра, который оценивает удельную плотность вещества.

В качестве биотоплива можно использовать продукт перегонки с крепостью не менее 80 % . В менее крепком продукте слишком много воды, поэтому техника будет работать на нем неэффективно.

Хотя спирт, полученный из опилок, очень похож на самогон, его нельзя использовать для питья из-за большого содержания метанола, который является сильным ядом. Кроме того, большое количество сивушных масел портит вкус готового продукта.

Чтобы очистить от метанола, необходимо:

• первую перегонку проводить при температуре 60 градусов;
• слить первые 10 % полученного продукта.

После перегонки остаются:

• тяжелые фракции скипидара ;
• дрожжевая масса , которую можно использовать как для сбраживания следующей партии глюкозы, так и для получения кормовых дрожжей.

Они более питательны и полезны, чем зерно любых злаковых культур, поэтому их охотно покупают фермерские хозяйства, разводящие крупный и мелкий скот.

Применение биотоплива

По сравнению с бензином у биотоплива (спирта, полученного из переработанных отходов) есть как преимущества, так и недостатки.

Вот основные преимущества:

• высокое (105–113) октановое число;
• меньшая температура горения;
• отсутствие серы;
• меньшая цена.

Благодаря высокому октановому числу можно увеличить степень сжатия , повысив мощность и экономичность мотора.

Меньшая температура сгорания:

• увеличивает срок службы клапанов и поршней;
• снижает нагрев двигателя в режиме максимальной мощности.

Благодаря отсутствию серы, биотопливо не загрязняет воздух и не сокращает срок службы моторного масла , ведь оксид серы окисляет масло, ухудшая его характеристики и снижая ресурс.

Благодаря значительно менее высокой цене (если не считать акцизы), биотопливо серьезно экономит семейный бюджет.

Есть у биотоплива и недостатки:

• агрессивность по отношению к резиновым деталям;
• низкое массовое соотношение топливо/воздух (1:9);
• слабая испаряемость.

Биотопливо повреждает резиновые уплотнители , поэтому во время переделки мотора для работы на спирту все резиновые уплотнители меняют на полиуретановые детали.

Из-за меньшего соотношения топливо-воздух для нормальной работы на биотопливе необходима перенастройка топливной системы, то есть установка жиклеров большего сечения в карбюратор или перепрошивка контроллера инжектора.

Из-за слабой испаряемости затруднен пуск холодного двигателя при температуре ниже плюс 10 градусов.

Чтобы решить эту проблему, биотопливо разбавляют бензином в соотношении 7:1 или 8:1.

Для работы на смеси бензина и биотоплива в соотношении 1:1 никакой переделки двигателя не требуется.

Если же спирта будет больше, то желательно:

• заменить все резиновые уплотнители на полиуретановые;
• прошлифовать головку блока цилиндров.

Шлифовка необходима для увеличения степени сжатия, что позволит реализовать более высокое октановое число . Без такой переделки двигатель будет терять в мощности при добавлении в бензин спирта.

Если же биотопливо используют для электрогенераторов или бытовых бензиновых приборов, то желательна замена резиновых деталей на полиуретановые.

В таких устройствах можно обойтись без шлифовки головки, потому что небольшая потеря мощности компенсируется увеличением подачи топлива. Кроме того, потребуется перенастройка карбюратора или инжектора , это сможет сделать любой специалист по топливным системам.

Более подробно о применении биотоплива и переделке моторов для работы на нем читайте в этой статье (Применение биотоплива).

Видео по теме

О том, как сделать спирт из опилок, вы можете увидеть в данном видео:

Выводы

Производство спирта из опилок – сложный процесс , который включает в себя массу операций.

Если есть дешевые или бесплатные опилки, то, заливая биотопливо в бак своего автомобиля, вы серьезно сэкономите, ведь его производство обходится заметно дешевле бензина.

Теперь вы знаете, как получить спирт из опилок, применяемый в качестве биотоплива и как это можно сделать в домашних условиях.

Кроме того, вы узнали о побочных продуктах , которые возникают в процессе переработки опилок в биотопливо. Эти продукты также можно продать, получив пусть и небольшую, но все же выгоду.

Благодаря этому бизнес по производству биотоплива из опилок становится весьма выгодным , особенно если использовать топливо для собственного транспорта и не платить акцизный сбор на продажу спирта.

Вконтакте

Ряд сахаров и других родственных соединений содержится в выделениях различных деревьев. Хотя, строго говоря, они не являются экстрактивными компонентами древесины, а «манназами», о них следует кратко упомянуть. Мелезитоза (Ci8H360i8-2H20) плавится при температуре 153-154°, (x]g’-[ 88,2° (Н20) . Она также вырабатывается Alhagi camelorum

Роль сахаров в процессе лигнификации выяснилась в последние годы. Исследованиями с меченой глюкозой древесины сосны Pinus strobus и Eucalyptus nitens /27, 28/ был подтвержден механизм образования лигнина через шикимовую (см. рис. 2) и префеновую (рис. 3) кислоты. Аналогичные эксперименты с меченой шикимовой кислотой подтвердили, что этот механизм является при лигнификации решающим. Ацетатный механизм (см. рис. 1) в процессе лигнификации не играет роли. Шикимовая кислота чрезвычайно распространена в высших растениях,и в настоящее время установлено, что шикимовая и префеновая кислоты управляют синтезом ароматических соединений в микроорганизмах и растениях. Далее было установлено, что ключевую роль при образовании лигнина играют аромаэтнеские аминокио-лоты - фенилаланин и тирозин, которые являются промежуточными продуктами метаболизма фенилпропаноидов (рис. 5). Опыты с мечеными фенилаланином и тирозином однозначно доказали, что все растения обладают способностью инкорпорировать фенилаланин в ароматической части лигнина. С другой стороны, тирозин не играет такой универсальной роли в процессе лигнификации растений. Поэтому предпочтительным оказывается механизм с участием фенилаланина, превращаемого дезаминированием в коричную кислоту (рис. 6), а не сходный механизм перехода тирозина в n-кумаровую кислоту.[ ...]

Освобожденная от сахаров вода вместе с большей частью зольных элементов должна уходить в водопроводящую часть ствола. Это подтверждается тем, что в образовавшейся древесине содержание зольных элементов по сравнению с поступающим из листьев ничтожно мало. Аналогичные данные были получены для молодой древесины ели, осины и березы.[ ...]

На практике выход сахара при гидролизе отходов древесины по вышеприведенной схеме (рис. 6.9) не превышает 50 %, что составляет лишь 70 % от теоретически возможного выхода. В связи с этим разработаны другие способы гидролиза растительного сырья, позволяющие значительно увеличить этот показатель.[ ...]

Эксидия встречается на древесине хвойных и лиственных пород. На ветвях лиственных деревьев часто поселяется эксидия гландулоза (Е. glandulosa). На коре отмерших стволов сосны и ели можно нередко найти эксидию сахарину (Е. saccharina). У этого гриба плодовые тела имеют неправильную форму, верхняя сторона их очень волнистая и морщинистая. Они достигают диаметра 10 см и имеют коричневую окраску жженого сахара.[ ...]

Поскольку объем молодой древесины при отложении слоев вторичной стенки не увеличивается, на последующих стадиях ее развития в том же объеме должно отложиться около 40 г древесинного вещества. Между тем в заполняющем молодую ткань соке содержится только 6,8 г сахарозы и инвертного сахара. Таким образом, содержащегося в соке сахара недостаточно для формирования древесинного вещества и приток сока должен превышать в несколько раз объем сока, содержащегося во вновь образовавшихся клетках древесины и луба.[ ...]

При выделении лигнина из древесины с целью количественного его определения полисахариды - целлюлозу и гемицеллюлозы - подвергают гидролизу до простых сахаров действием минеральных кислот. В жестких условиях кислотного гидролиза (продолжительная обработка, повышенная температура, высокая концентрация кислоты) сахара могут претерпевать гумификацию с образованием нерастворимых продуктов. Однако путем соответствующего подбора условий обработки гумификацию можно свести до минимума. Возможна также конденсация с лигнином фурфурола, образующегося из пентоз при кислотном гидролизе. Поэтому в случае растительных материалов с высоким содержанием пентозанов (некоторые лиственные породы, солома) иногда применяют предварительный гидролиз разбавленными (1-5%) кислотами, хотя эти кислоты могут частично удалять и лигнин.[ ...]

По мнению Вислиценуса , древесина представляет собой главным образом продукт коллоидного адсорбционного синтеза. Тростниковый сахар в камбиальном соке инвертируется, причем глюкоза является материнским веществом целлюлозы, а фруктоза материнским веществом лигнина. Путем реакций энолизации, дегидратации, циклизации, окисления и конденсации фруктоза превращается в ряд соединений, которые образуют «урлигнин» (предшественник лигнина). Эти соединения затем полимери-зуются с образованием высококоллоидальных цепных молекул, которые частично адсорбцией, частично осаждением отлагаются на поверхности волокна и в межклеточных пространствах. Этот адсорбционный процесс определяет состав лигнина в различных породах древесины.[ ...]

Содержание гемицеллюлоз в древесине обычно определяют двумя способами: либо переводом их путем гидролиза в раствор с последующим определением образовавшихся простых сахаров (например, хроматографически), либо путем извлечения гемицеллюлоз разбавленными растворами щелочей с последующим осаждением их из этих растворов. Хроматографическим методом можно количественно определить как легко-, так и трудногидролизуемую часть гемицеллюлоз, используя для гидролиза кислоты различных концентраций. Второй метод определения гемицеллюлоз, по существу, представляет собой метод грубого их фракционирования, так как гемицеллюлозы в этом случае, как правило, выделяются ступенчатой обработкой образца щелочью различных концентраций или растворами различных щелочей. В настоящее время этот метод, из-за невозможности выделить гемицеллюлозы в неизмененном состоянии и без примесей, считают недостаточно пригодным для точных исследований. Кроме того, этим методом нельзя с достаточной точностью определить суммарное содержание гемицеллюлоз. Поэтому методом щелочной экстракции обычно пользуются для выделения препаратов гемицеллюлоз, а не для количественного их определения.[ ...]

Другой метод выделения ксилана древесины, при котором в результате гидролиза не образовывалось других сахаров, был разработан Шеттлером . Он приготовил сульфатную осиновую целлюлозу и, обрабатывая ее крепким раствором едкого натра, выделил альфа-целлюлозу. Волокнистый остаток он затем экстрагировал водным раствором едкого кали, этот раствор слегка подкислял уксусной кислотой и обрабатывал спиртом.[ ...]

Кроме целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина, древесина содержит вещества, которые не входят в состав клеточной стенки. К этой группе веществ относятся алифатические и ароматические углеводороды и кислоты, терпены, фенолы, смоляные и жирные кислоты, эфирные масла, смолы, жиры, стерины и т. д. Эти вещества извлекаются (экстрагируются) нейтральными растворителями, такими, как эфир, спирт, бензол, ацетон, вода и т. п. Состав экстрактивных веществ зависит от породы древесины; некоторые из них составляют значительный процент в древесине, другие, наоборот, присутствуют настолько в малых количествах, что при их определении приходится пользоваться специальными методами выделения и большими навесками исходного материала. Состав этих веществ различен для разных частей одного и того же дерева. Так, сахара и резервные питательные вещества (крахмал, жиры) содержатся в заболони, а вещества фенольного характера - в ядровой древесине. Состав экстрактивных веществ меняется и внутри микроструктуры дерева: жиры присутствуют в паренхимных клетках, смоляные кислоты - в эпителиальных клетках и т. д. Кроме того, состав экстрактивных веществ, особенно питательных веществ, зависит от времени года, места произрастания, климатических условий и т. д.[ ...]

Тщательно приготовленные альфа-целлюлозы из древесины лиственных пород не были полностью исследованы в отношении единиц присутствующих сахаров, за исключением глюкозы и ксилозы. Однако в отношении а-целлюлозы из осины было показано присутствие 2% маннана и весьма вероятно, что а-целлюлозные фракции древесины других покрытосемянных также содержат незначительное количество вещества, образующего при гидролизе маннозу.[ ...]

Любопытно отметить, что в состав гемицеллюлоз древесины входит только относительно небольшая группа сахаров , а именно: ¿-ксилоза, ¿-манноза, ¿-глюкоза и в гораздо меньшей степени /-арабиноза, ¿-галактоза и /-рамноза. В продуктах гидролиза древесной целлюлозы упоминается также ¿-левулоза , однако присутствие ее является весьма сомнительным. Сундман после тщательного изучения методов, применявшихся ранее при определении фруктозы в древесине и целлюлозе, указал на несостоятельность этих методов. Он разработал метод определения, при котором гидролиз осуществляется в мягких условиях и не происходит эпимеризации. Когда этот метод был применен при исследовании еловой, сосновой и березовой древесины, еловой холоцеллюлозы и различных целлюлоз, было установлено, что ни один из этих материалов не содержал единиц фруктозы.[ ...]

По третьему способу, способу Медисона (Madisson) , древесину обрабатывают 0,5-0,6%-ной серной кислотой при температуре 150-180° С. Гидролизат перерабатывается в дальнейшем на древесный сахар. Сточные воды в этом процессе образуются только в виде конденсата при выпаривании раствора, содержащего 5% сахара и охлаждающей воды.[ ...]

Гемицеллюлозы - это группа углеводных веществ древесины, которые в отличие от целлюлозы более доступны воздействию разбавленных растворов минеральных кислот и щелочей. При кипячении с разбавленными кислотами гемицеллюлозы гидролизуются и переходят в простые сахара. При действии щелочей (холодных или горячих водных растворов) гемицеллюлозы растворяются и извлекаются из древесины.[ ...]

Сточные воды, образующиеся в процессе осахаривания древесины и производства сульфитного спирта. На 1 тп готовой целлюлозы образуется 9 -10 л3 отработанных щелоков, которые содержат в среднем 1,5% сахара и сбраживаются на спирт по шведскому способу, применяемому в Германии с 1920 г.[ ...]

Практически для получения достаточно высоких выходов сахара (при экономически приемлемой концентрации его в гидролизате) приходится выбирать некоторые средние условия пер-коляции. Обычно останавливаются на выходе сахара в 45-50% от веса абсолютно сухой древесины при концентрации сахара в гидролизате 3,5-3,7%. Эти оптимальные условия реакции соответствуют отбору через нижний фильтр из гидролизаппара-та 12-15 ж3 гидролизата на 1 т абсолютно сухой древесины. загруженной в гидролизаппарат. Количество гидролизата, отбираемого за варку на каждую тонну гидролизуемого сырья, называют гидромодулем вытекания, и он является одним из основных показателей примененного на заводе режима гидролиза.[ ...]

При сульфитном способе производства целлюлозы измельченная древесина (щепа) обрабатывается при повышенной: температуре раствором сернистой кислоты и ее солей. В результате на каждую тонну абсолютно сухой целлюлозы образуется около 10 м3 отработанного сульфитного щелока, содержащего более 100 г/л сухого остатка, основными компонентами которого являются лигнин (около 60 г/л) и сахара (около 20 г/л).[ ...]

Определение содержания легко- и трудногидролизуемых полисахаридов в древесине основано на реакциях их гидролитического распада до моносахаридов. Количество образовавшихся моносахаридов определяют по их редуцирующей (восстанавливающей) способности методом Бертрана или эбулиостатическим методом. Полученные результаты пересчитывают в количество полисахаридов и выражают в процентах от абсолютно сухой древесины. Иногда гидролизаты анализируют на содержание отдельных сахаров хроматографическим методом.[ ...]

Некоторые другие мутуалистические связи имеют уже значение для сообщества. Древесина - один из главных биологических ресурсов нашей планеты, но в мире очень мало высших животных, которые способны переваривать целлюлозу и лигнины, эти главные компоненты древесины. В зоне холодного умеренного климата разложение древесины осуществляют главным образом высшие грибы. В теплом умеренном и тропическом климатах много отмершей древесины потребляется термитами, которые содержат в своем пищеварительном тракте особые жгутиковые простейшие, способные использовать древесину как пищу. От этого партнерства простейшие получают дом и запас частиц раздробленной термитами древесины в качестве пищи, а термиты питаются излишками сахаров, получаемых из переваренной простейшими сверх своей надобности древесины. Крупные травоядные млекопитающие для переваривания растительных тканей нуждаются в симбиотических бактериях, живущих в рубце-специальной части желудка жвачных животных. Некоторые высшие растения (особенно бобовые) зависят от партнерства с азотофиксирующими бактериями, которые поселяются в корнях этих видов: растение снабжает бактерии пищей, а бактерии поставляют растению азот.[ ...]

Многотрубные установки типа «Пандиа» (США) служат для варки полуцеллюлозы из древесины разнообразных пород и качества, а также из сахарного тростника после экстракции сахара и.из других однолетних растений. Варку в этих установках производят по сульфатному, нейтрально-сульфитному и щелочному способам. Изредка многотрубные установки применяют для варки целлюлозы.[ ...]

Теоретически по расчету можно было бы ожидать от 20 до 26% полисахаридов от веса древесины. Однако такого выхода сахара в щелоке практически никогда получить не удается. Содержание сахара в щелоке почти вдвое меньше теоретического. Это объясняется рядом неизбежных причин. При определенных условиях сульфитной варки целлюлозы может иметь место неполнота гидролиза даже легкогидролизуемои части полисахаридов. Очевидно, процесс гидролиза будет происходить глубже при варке с крепкой кислотой и при более высокой конечной температуре даже независимо от сорта вырабатываемой целлюлозы.[ ...]

Приведенные выше анализы сока относятся к содержимому молодых растущих клеток древесины и луба. Поэтому в них, кроме сахарозы и инвертного сахара, в больших количествах содержатся такие водорастворимые компоненты, как пектины, гликозиды и минеральные вещества. В этих соках практически полностью отсутствуют свободные и связанные ксилоза и манноза, из которых строятся полисахариды гемицеллюлоз. По-видимому, полисахариды образуются очень быстро непосредственно у клеточных стенок.[ ...]

Принудительная циркуляция, обеспечивая хороший провар щепы, увеличивает выход целлюлозы из древесины и улучшает ее механические свойства, снижает расход пара и ускоряет варку. Принудительная циркуляция позволяет также вести варку при большом уплотнении щепы в котле. Непрямой обогрев и большая степень уплотнения позволяют получить сульфитный щелок с более высокой концентрацией органических веществ и сахаров, что очень важно при их дальнейшей переработке.[ ...]

Метод требует специального оборудования.[ ...]

Грибам нужны влага, воздух и питательные вещества. Заболонь хвойных обычно содержит влаги больше, чем ядровая древесина, к тому же по сравнению с ядром она часто быстрее поглощает воду. Заболонь некоторых пород содержит значительные количества сахаров или крахмала (гл. Мертвая ядровая древесина зачастую содержит относительно большие количества экстрактивных веществ: смол, таннидов и красящих веществ (гл. Некоторые исследователи предполагали, что эти соединения механически или химически препятствуют проникновению грибов или насекомых. Некоторые танниды токсичны (хотя и в небольшой мере) в отношении грибов, например Merulius lacrymans, и могут играть роль предохранительных консервирующих средств. Из стойкой ядровой древесины были выделены и другие соединения, обладающие более высокими токсическими свойствами. Считают, что высокая устойчивость зависит от присутствия экстрактивных компонентов, которые иногда обладают специфической структурой.[ ...]

Определение маннана связано с определенными трудностями, которые наблюдаются особенно при анализе лиственной древесины и высокооблагороженных целлюлоз, когда манноза составляет очень небольшую часть от общего количества сахаров, получающихся при гидролизе с концентрированной кислотой. Присутствие больших количеств ксилозы несколько снижает определяемое количество маннозы . Поэтому в случае анализа лиственных пород древесины и, особенно, лиственных целлюлоз величины, получаемые при определении содержания маннана, могут оказаться значительно заниженными.[ ...]

Сточные воды и твердые отходы солодовен, пивоваренных и спиртоводочных заводов, а также заводов по производству сахара из древесины, которые работают с большим расходом воды, будут рассмотрены в следующих разделах.[ ...]

Эфирорастворимая часть ацетонового экстракта обычно содержит вещества, от которых зависит устойчивость ядровой древесины. Другие соединения этой фракции имеют стероидную природу (см. гл. Вместе с веществами оболочки сахара и другие нерастворимые в эфире вещества осаждаются из ацетона эфиром. Их можно удалить экстракцией водой.[ ...]

Спирт этиловый - С2Н5ОН, М=46,07, применяют в качестве растворителя фенолформальдегидных смол. Получают при спиртовом брожении сахаров, образующихся при гидролизе древесины, растительных отходов или сульфитной варке целлюлозы. Физико-химические показатели технического спирта этилового различных марок приведены в табл. 4.[ ...]

Многие из перечисленных хвойных, а также лиственных деревьев не только используются для заготовки строительной и поделочной древесины, но и служат также источниками получения других разнообразных продуктов и веществ. Из хвойных получают древесную и бумажную массу, целлюлозу, искусственную шерсть; иэ лиственных пород - пробку, каучук и гуттаперчу, смолы и камеди, эфирные и жирные масла, органические кислоты и сахар, дубильные экстракты и красящие пигменты и т. д. Лучшую пробку получают из пробкового дуба (Quercus súber), образующего леса в странах Средиземноморья и культивируемого в ряде стран Европы и Северной Африки. Пробку также продуцируют бархатное дерево (Phellodendron amurense), распространенное в лесах Дальнего Востока и Северо-Восточно-го Китая; киельмейера (Kielmeyera coriacea), обитающая в Бразилии (бассейн Амазонки), и др.[ ...]

Гемицеллюлоза наряду с целлюлозой содержится в разнообразных видах растений и растительных остатков - ободочках семян и плодов, древесине, початках кукурузы, соломе и др. В различных местообитаниях термофильных грибов гемицеллюлозы также нередко служат селективным экологическим фактором, обусловливающим наличие или преобладание определенных вцдов термофильных грибов на различных самонагревающихся растительных субстратах. Ксиланы весьма распространены в отдельных видах растительных субстратов и отходов, полимерная цепь их состоит из единиц ксилозы, связанных уЗ-1,3- и ft-l,4-ксялопиранозидшши связями. Из термофильных грибов ксяланаза детально изучена yMalbranohee pulchella ver. sulfúrea [э, 21, 111, 15>. 2527.[ ...]

Гемицеллюлозы, выделенные из не содержащей экстрактивных веществ тополя осинообразного (Рори1из 1гетиЫс1е5), гидролизовали серной кислотой до сахаров и уроновых кислот . При полном гидролизе древесины образовалось весьма небольшое количество гидрата кристаллической рамнозы .[ ...]

Для выяснения природы углеводного остатка, связанного с лигнином, лигнинуглеводный комплекс по описанной выше методике извлекали из буковой и березовой древесины . В полученном продукте содержалось около 10-12% ангидрида ксилозы.[ ...]

Окрашенная в темнокрасный и. светло-коричневый цвета, огга широко применяется для изготовления мебели и декоративной отделки интерьеров. Из древесины делают также лодки, плоты и деревянные части для ружей и, кроме того, она служит хорошим топливом. Инкрустированные кремнеземом сильно шероховатые листья курателлы американской и ряда видов рода тетрацера используются как наждачная бумага для полировки дерева, рога и металла. Плоды диллении индийской, напоминающие по вкусу кислое яблоко, употребляют в пищу в сыром виде с добавлением сахара, используют для приготовления желе, джемов и прохладительных напитков, но особенно часто в качестве приправы к мясным и рыбным блюдам. Сок плодов, смешанный с сахаром и водой, применяют как микстуру от кашля. Подобным образом используют менее крупные плоды диллении пятипестичной и других видов этого рода. Листья диллении индийской являются цепным кормом для шелкопряда. Кора большинства видов дштлеииевых содержит много дубильных веществ, и ее используют для дубления кож и в качестве вяжущего средства.[ ...]

Кормовые дрожжи (C. utilis) тоже относятся к этому роду. Их белки содержат все необходимые животным аминокислоты. Получают кормовые дрожжи из разного сырья: мелассы, кислотных гидролизатов древесины, сульфитных щелоков и отходов сельскохозяйственного производства.[ ...]

На гидролизных заводах СССР применяется метод непрерывной перколяции. В специальных гидролизаппаратах разбавленная (0,5 %-ная) серная кислота непрерывно протекает через слой измельченной древесины, а образующиеся сахара в виде раствора непрерывно удаляются. Гидролиз осуществляется при 180-190 °С в течение примерно 3 ч.[ ...]

Снижение морозоустойчивости цитрусовых ь плодовых культур и зимостойкости озимой ржи и пшеницы в полевых условиях при недостатке магния, по-видимому, обусловлено низким содержанием сахаров в древесине побегов и в листьях озимых культур. В наших опытах влияние магния на накопление крахмала в клубнях картофеля и сахара в корнях сахарной свеклы проявлялось в течение длительного времени и в сильной степени.[ ...]

Бардяные стимуляторы готовят из концентратов, которые в качестве побочных продуктов сульфитной варки целлюлозы выпускают целлюлозно-бумажные комбинаты. В их состав входят лигносульфонаты, сахара, органические и минеральные кислоты, микроэлементы и остатки биологически активных веществ древесины. Барда и бражка по химическому составу сходны и отличаются в основном содержанием сахаров. Промышленность выпускает жидкие, твердые и порошкообразные концентраты. Наиболее удобны для применения твердые и порошкообразные, их легче перевозить и хранить.[ ...]

В Западной Европе существует до 500 сортов катптаиов, многие из которых были завезены туда еще 2000 лет назад из Малой Азии. Сорта каштанов сильно различаются по величине плодов, их массе, содержанию сахаров, толщине кожуры, химическому составу. Если обычные сорта каштанов содержат в плюске по 2-4 сравнительно небольших ореха, то марроиы - улучшенные сорта - имеют по 1-2 очень крупных ореха хорошего вкуса. Деревья, производящие марроиы., более требовательны к почве, менее урожайны и имеют древесину худшего качества, чем ординарные сорта. Орехи лучших сортов марропов достигают в диаметре 4 см.[ ...]

В составе клеточных стенок растений наряду с целлюлозой присутствуют и другие полисахариды меньшего молекулярного веса, которые получили название гемицеллюлоз. Наибольшее содержание гемицеллюлоз в соломе и древесине (до 20-40%). Степень полимеризации гемицеллюлоз составляет 150-400, то есть молекулярный вес их примерно равен 25-60 тысячам.[ ...]

Следовательно, чтобы получив из лесной дачи одну таксационную сажень древесины, весом околс 220-250 пудов, нужно ввезти в дачу от 2 до 4% по весУ пищевыз продуктов, привозимых обыкновенно издалека. Точно также, самая до ставка людей и лошадей во вновь открываемые для рубки лесные участи также сопряжена с немалыми затруднениями.[ ...]

Рассматриваемый способ утилизации ПДБ имеет большое значение не только для гидролизной, но и для целлюлозно-бумажной промышленности. В этой отрасли около 40% Целлюлозы вырабатывается по так называемому сульфитному способу, при котором в результате гидролиза древесины образуются отработанные варочные растворы, содержащие гексозные и пентозные сахара; последние являются субстратом для микробиологического синтеза по производству спирта и дрожжей. Так же как и в гидролизно-дрожжевом производстве, на суль-фитно-дрожжевых заводах основным источником загрязнений является ПДБ, содержащая около 60 кг/т целлюлозы и органические загрязнения в единицах БПКб, что в 3-4 раза превышает загрязненность сточных вод производства небеленой сульфитной целлюлозы.[ ...]

Для того чтобы подчеркнуть различие между аэробным процессом и ферментацией рассмотрим два примера получения ценного продукта из отходов сульфитного щелока. Сульфитный щелок представляет наиболее опасный загрязнитель воды при сульфатной варке целлюлозы и производстве бумаги. Древесная пульпа получается путем варки окоренной измельченной древесины в бисульфатном щелоке. Целлюлозное волокно, используемое для получения бумаги, не растворяется. Лигнин, смолы, сахара и другие компоненты древесины растворимы. На эти материалы приходится около половины всей массы древесины. Отходы сульфитного щелока имеют темно-бурый цвет, содержат от 8 до 12% (по массе) растворенных твердых веществ, незначительное количество взвешенных твердых веществ, 2% сахара, 0,6% двуокиси серы и совершенно не содержат живых организмов. На 1 т производимой пульпы образуется от 7500 до 15 ООО л сульфитного щелока, т. е. огромное количество труднообрабатываемых отходов. Несмотря на то что из этих отходов могут быть получены многие полезные вещества, только 20% целлюлозных заводов могут извлечь экономическую выгоду из получаемых материалов, так как один крупный целлюлозный завод может удовлетворить большую часть потребностей рынка в любом из производимых продуктов.[ ...]

Известно около 200 видов калины - высоких кустарников и небольших деревьев, листопадных и вечнозеленых. Они относятся к семейству жимолостных, очень декоративны в период цветения и плодоношения, а также осенью благодаря разнообразным по форме крупным листьям, окрашивающимся у многих видов в яркие тона. Плоды калины съедобны, из них готовят варенье, мармелад, морсы, кисели, напитки, начинку для пирогов. В них содержатся танины, сахара и витамин С. В коре присутствуют дубильные вещества, смола, ряд кислот. Сок свежих ягод и экстракт из коры используют в народной медицине. Ряд видов имеет цветки с сильным приятным ароматом, которые часто применяют для ароматизации. Древесина идет на мелкие поделки. Калина принадлежит к числу долговечных кустарников, многие ее виды доживают до 80- 100 лет.[ ...]

Начните, например, с количества воды и мыла, которое вам потребовалось для утреннего туалета, и не забудьте записать, куда поступила грязная мыльная вода, после того как вы закончили умывание. Если на завтрак у вас мучные изделия, то следует записать все компоненты этих изделий (овес, изюм, пшеница) и все, что имеет отношение к бумаге, которая пошла на изготовление пакета для упаковки этих изделий. Если за завтраком вы пили кофе с сахаром и молоком, то уточните, во-первых, откуда поступала энергия для приготовления кофе, и, во-вто-рых, происхождение самого кофе, а также сахара и молока. Если на десерт вам были поданы апельсины, то интересно знать, были ли они сорваны с дерева, растущего под окном вашей кухни, или их доставили издалека. Запишите, что стало с апельсиновыми корками и водой, которая была израсходована для мытья посуды после завтрака. Затем подсчитайте, сколько древесины пошло на газету, которую вы прочли утром, все затраты (и отходы), связанные с приготовлением чистой рубашки, а также количество топлива, необходимого, чтобы доставить вас на работу или учебное заведение, в котором вы учитесь. Если у вас есть автомобиль, подсчитайте, сколько тонн стали, для производства которой потребовалось извлечь определенное количество руды из недр земли, пойдет в отходы после истечения полезного срока службы автомобиля.[ ...]

Несмотря на ее общий характер, эта схема выделения (подобно всем другим) не является применимой или желательной во всех случаях. Перегонка с водяным паром очень хороша для удаления некоторых летучих компонентов, например эфирных масел и свободных кислот, но древесный остаток от такой обработки может оказаться частично деградированным (гл. Так, могут быть отщеплены ацильные группировки от холоцеллюлозы клеточной стенки и появиться в дистиллатах в виде свободных кислот, создавая ошибочное впечатление, что эти свободные кислоты уже существовали в исходной древесине. Легко гидролизующиеся арабинофуранозные единицы клеточной стенки могут быть превращены в простой сахар - арабинозу, которая таким образом может появиться среди экстрагированных веществ. Кроме того, тепло пара может вызвать изомеризацию первичных смоляных кислот, первоначально присутствующих в древесине и, таким образом, привести к неправильному выводу. Именно по этой причине некоторые исследователи предпочитают не экстрагировать образцы древесины, подвергавшиеся перегонке с водяным паром. Для некоторых видов древесины их нежелание обоснованно. Хотя многие окрашенные вещества в большой степени нерастворимы в эфире, другие, подобно желтому пигменту лапахола, могут непосредственно экстрагироваться этим растворителем. Данный тип экстракта не указан в схеме Курта.[ ...]

Наиболее легко подвергаются гидролизу гетероцепные полимеры. По способности к гидролизу их можно расположить в следующий ряд: полисахариды>полиамиды (белки и синтетические полиамиды) >сложные полиэфиры>простые полиэфиры. Катализаторами реакции гидролиза служат ионы водорода Н+ и гидроксила ОН-. Ионы водорода (кислоты) сильнее разрушают полисахариды (например, хлопчатобумажные ткани), а ионы гидроксила (щелочи) - белки (например, шерстяные ткани). Катализаторами гидролиза природных гетеро-цепных полимеров могут быть также различные ферменты. Реакцию гидролитической деструкции применяют специально для получения простых сахаров (моносахаридов) из полисахаридов и в том числе из полисахаридов древесины в гидролизном производстве (см. с. 123).[ ...]

В наиболее ранних работах разделение и идентификацию углеводов в гидролизатах осуществляли действием химических реагентов (фенилгидразина и др.) с образованием соответствующих производных, позволяющих выделить из смеси отдельные компоненты и установить их природу. Возможность разделения и идентификации этим путем основана на способности моносахаридов давать кристаллизующиеся фенилгидразоны и озазоны, по температурам плавления которых можно установить природу исходных моносахаридов. Такой анализ можно проводить с каплей раствора, наблюдая под микроскопом форму кристаллов и температуру их плавления при медленном нагревании препарата. Подсчетом кристаллов соответствующих фенилпроизводных сахаров О’Двайэр количественно определила содержание моносахаридов в некоторых гидролизатах гемицеллюлоз древесины дуба.

Целлюлоза, как видно из табл. 3, является основным веще­ством древесины, обеспечивающим ее упругость и механическую прочность.

Молекулы целлюлозы объединены в так называемые мицеллы, которые в свою очередь образуют фибриллы.

Между фибриллами и мицеллами целлюлозы, обладающей коллоидными свойствами, могут размещаться вода н ионизирован­ные растворы.

Целлюлоза обладает достаточной стойкостью к тепловым воз­действиям. Кратковременное нагревание до 200° С не вызывает ее разложения.

Процес разложения целлюлозы начинается лишь при 275° С. При определенных условиях целлюлоза гидролизуется, превра­щаясь в моносахариды.

Лигнин обеспечивает повышенную твердость и жесткость дре­весины. Он является коллоидным веществом и при определенных условиях приобретает функции связующего вещества. При на­греве лигнин приобретает свойства пластичности. Присутствие в лигнине гидроксильных групп и их взаимодействие с едкими ще­лочами ведет к образованию соединений типа фенолятов. Присухой перегонке лигнина образуется фенол, состоящий в основном из двух - и трехатомиых фенолов и их производных.

Гем и целлюлозы состоят из смеси полисахаридов. Они легко гидролизуются слабыми кислотами и экстрагируются сла­быми растворами щелочей.

Пентозаны при гидролизе дают пентозы - сахара, которые в процессе брожения образуют спирт. Пентозаны усиливают эла­стичность и гибкость древесины. Пентозаны и гексозаны, являясь коллоидными веществами, при нагреве в воде приобретают свой­ства клеящих веществ.

В некоторых клетках древесины и коры содержатся смолы. По данным К. Н. Короткова , содержание смол в сосне со­ставляет 6,4, в ели 1,9, березе 1,2, осине 1,5% от веса абсолютно сухой древесины. По виду и составу смолы подразделяются на три группы: собственно смолы в твердом виде, бальзамы, или жидкие смолы, и, наконец, камеди, которые содержат растворимые в воде гуммиобразные вещества и дают коллоидные растворы клеящего типа.

Смолы хорошо растворяются в спирте, ацетоне и водных рас­творах щелочен. При нагревании они плавятся, превращаясь в пла­стическую массу, затвердевающую при охлаждении. Это свойство смол используют при прессовании измельченных отходов без до­бавления связующих веществ.

Во время прессования нагретой древесной массы расплавленные смолы заполняют пространства между древесными частицами.

Дубильные вещества (танниды) содержатся в древесине дуба (в ядровой части больше, чем в заболони), в коре сосны и ели. Подвергнутые окислению и конденсации, они превращаются в нерастворимые в воде вещества - флобабены. Такой процесс происходит при нагревании измельченной древесины и коры в пе­риод сушки и прессования при высокой температуре без доступа воздуха.

В результате проведенных в СССР и за рубежом исследовании установлено, что чем выше температура и давление прессования и продолжительнее их воздействие на измельченную древесную массу, тем значительнее физико-химические изменения, происхо­дящие в ней.

Результаты исследований влияния нагревания древесины на из­менение ее химического состава, проведенные П. А. Иссинским }

Главная » Глаголы » Как производят спирт в промышленных масштабах. Сахар из опилок