Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
Сырье для гидролиза должно иметь определенный гранулометрический состав (например, размер щепы по длине волокна 5...35 мм, а по толщине 5 мм), содержать коры не более 12 %, гнили не более 6 %, минеральных примесей не более 1 %. Опилки, стружка, одубина, щепа после экстракции пригодны для гидролиза без какой-либо дополнительной обработки.
Хлопковая шелуха представляет собой твердую оболочку семян хлопчатника. Основная масса шелухи (от 3 до 80 тыс. т в год) скапливается на маслоэкстракционных заводах, выход ее составляет 40...45 % массы семян. Меньше используются стебли хлопчатника (гуза-пая), выход которых составляет 0,8 т на 1 т хлопка.
Кукурузная кочерыжка является отходом предприятий, отделяющих кукурузные зерна от початков. Выход кочерыжки 25... 35 % массы початков, длина в среднем 10... 15 см, диаметр 15...20 см. Запасы только на одном крахмально-паточном заводе составляют 30.. .40 тыс. т в год.
Подсолнечная лузга является отходом производства подсолнечного масла из семян подсолнечника. Выход ее составляет около 50 % массы перерабатываемых семян. На отдельных заводах запасы ее составляют от 5 до 30 тыс. т в год.
Выход рисовой и просяной лузги составляет от 16 до 25 % массы зерна. На крупных предприятиях ее получают от 6 до 12 тыс. т в год.
Солому хлебных злаков и дикорастущих растений рассматривают как источник потенциального сырья для гидролизной промышленности.
304
Критерием для использования тех или иных отходов является их стоимость, объем концентрации в районе расположения гидролизного завода и технологические свойства. Наиболее дешевым видом сырья являются древесные опилки и подсолнечная лузга. Если принять стоимость 1 т абсолютно сухих древесных опилок за 1, то стоимость 1 т подсолнечной лузги 1, кукурузной кочерыжки 4,2, древесной щепы 5.
Растительное сырье, используемое на гидролизных заводах, должно содержать в необходимых количествах определенные полисахариды. Химический состав наиболее распространенных видов гидролизного сырья представлен в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Химический состав гидролизного сырья, % массы а.с.в.
Компонент Ель Осина Кукурузная кочерыжка Подсолнечная лузга Шелуха
хлопковая рисовая Полисахариды: легкогидролизуемые 17,3 20,3 37,9 21,9 24,9 18,1 трудногадролизуемые 48,0 44,0 33,4 28,7 34,3 29,0 Всего 65,3 64,3 71,3 50,6 59,2 47,1 Пентозаиы+уроновые 9,2 24,3 40,2 28,6 42,1 36,4 кислоты Гексозаны 58,7 45,4 36,7 28,0 34,4 32,0 Целлюлоза 46,1 41,8 - - - Лигнин 28,1 21,8 15,2 28,2 30,6 19,0 Зола 0,3 0,3 1,1 2,2 2,5 18,0 Смолы (экстрагируе- 0,9 2,8 0,3 2,0 0,6 2,1 мые эфиром) 4.1.3. Основы теории гидролиза растительного сырья
Единственным источником промышленного получения моносахаридов являются растительные ткани, основу которых образуют полимерные цепи различных полисахаридов - гексозанов и пентозанов. Наиболее ценным растительным сырьем, состоящим примерно на 70...75 % из полисахаридов, является древесина. Превращение полисахаридов растительного сырья в моносахариды (простые сахара) основано на гидролитическом расщеплении (гидролизе) полисахаридов.
Гидролиз полисахаридов протекает под действием воды в присутствии крепкой минеральной кислоты в качестве катализатора. Po ль катализатора выполняют ионы гидроксония H3O+, образующиеся при взаи
305
модействии протона кислоты H+ с водой. Ионы гидроксония быстро про-тонизируют кислород гликозидной связи между звеньями полисахаридов, которая ослабевает и рвется с образованием иона карбония. Ион карбония реагирует с водой, давая гидроксильную группу и высвобождая катализатор (протон Н").
Процесс гидролиза полисахаридов до моносахаридов протекает ступенчато через образование промежуточных продуктов с постепенным уменьшением СП. Условно механизм гидролиза целлюлозы, разбавленной минеральной кислотой, представляется следующей схемой:
Целлюлоза--
Гидроцеллюлоза -
Целлодекстрины -
Олигосахариды - формы Целлобиозы -
D-Глюкоза -
Нерастворимые в воде продукты
Растворимые в воде продукты
реакция протекает быстро
реакция протекает медленно (СП 60-10) *~ (СП 10-3)
(СП 2-дисахариды С12Н22О11) - (моносахариды C6Hi2O6)
Реакции полного гидролиза полисахаридов древесины могут быть выражены уравнениями:
(C6H10O5)«+ (п - I)H2O -» «C6H12O6
целлюлоза, гексозаны глюкоза и другие гексозы
(C5H8O4),,+ («-I)H2O -» «C5H10O5
пентозы
пентозаны
Полисахариды древесины в связи с особенностями надмолекулярной структуры разделяют на легко- и трудногидролизуемые. К легко-гидролизуемым относятся гемицеллюлозы и небольшая часть целлюлозы, способные гидролизоваться разбавленными кислотами при 100 0C Трудногидролизуемые полисахариды - это целлюлоза и небольшая часть гемицеллюлоз, которые поддаются гидролизу разбавленными кислотами только при температуре 160... 190 0C и соответствующем давлении.
Одновременно с гидролизом полисахаридов под действием тех же катализаторов (кислот) идет процесс разрушения моносахаридов с образованием различных продуктов их распада: оксиметилфурфурола, фурфурола, муравьиной кислоты и др. На скорость гидролиза полисахаридов дре
