Способ предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья

Способ предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при водном гидролизе древесины и при кислотной инверсии гидролизатов. Сущность изобретения, в способе предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья в качестве диспергатора используют термолизат биомассы активного ила при концентрации 0,05-0,3%. Термолизат получают из отработанного активного ила путем обработки суспезии активного ила паром при 80-95°С в течение 1-3 ч с последующим сепарированием . 5 табл. с/ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 D 21 С1/02, С 13 К1/04

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4852618/12 (22) 20.07,90 (46) 30,09,92. Бюл. N 36 (71) Ленинградская лесотехническая академия им. С.М. Кирова и Территориально-производственное объединение "Братский лесопромышленный комплекс" (72) О,И, Игнатьева, В.М, Богдан, Н,Ф. Мирошниченко, Т.Г. Окладникова, О.П, Шулятиков и B.Ã, Попов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1305222, кл. D 21 С 3/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 260571, кл, С 12 В 3/08, 1967.

Авторское свидетельство СССР

N480756,,кл,,С 12 В 3/08, 1974, Авторское свидетельство СССР

N. 368311, кл, С 13 К 1/04, 1969.

Авторское свидетельство СССР № 857329, кл. D 21 С 3/02, 1977, Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности и может быть использовано при гидролизе растительного сырья, например, при водном гидролизе древесины и при кислотной инверсии гидролизатов, Известен способ предотвращения карамелизации гидролизатов древесины на стадии водного гидролиза при получении целлюлозы для химической переработки.

Способ предусматривает введение кислотного гидролизата активного ила в.количестве 0,04 — i,0/0 от массы воды на стадии водного гидролиза древесины, Недостатком данного способа является необходимость проведения технологического процесса в кислотоупорном оборудовании, так как разбавленные концентрации. Ж„, 1765271 А 1 (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КАРАМЕЛИЗАЦИИ ГИДРОЛ l3ATOB РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ (57) Использование: при водном гидролизе древесины и при кислотной инверсии гидролизатов, Сущность изобретения: в способе предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья в качестве диспергатора используют термолизат биомассы активного ила при концентрации

0,05 — 0,3%. Термолизат получают из отработанного активного ила путем обработки суспезии активного ила паром при 80 — 95 С в течение 1 — 3 ч с последующим сепарированием. 5 табл. серной кислоты (0,5-17;) приводят к сильной коррозии. Использование серной кислоты требует дополнительных капитальных затрат на организацию узла приема, хране- 01 ния и разведения кислоты. .Ql

Кроме того, использование кислоты на () стадии водного гидролиза приводит к увеличению расхода варочных(щелочных) реагентов при последующей сульфатной варке, что отрицательно сказывается на общей эффективности процесса, Известны также способы предотвращения карамелизации древесных гидролизатов на стадии их кислотной инверсии путем введения добавок — концентрата сульфитного щелока или упаренной последрожжевой бражки.

Однако, данные способы не обеспечивают полного исключения карамелизации

1765271

30

45

55 древесных гидролизатов, так как вводимые добавки сначала переводят лигниновые компоненты гидролизатов в гидрофильное состояние, а затем при дальнейших технологических операциях, особенно в кислой среде, опять ведут к карамелизации за счет реакций автоконденсации лигнина, а также его конденсации с карбонильными соединен ия ми (фурфуролом, окси метилфурфуролом, углеводами и т.д.). В результате этого происходит отложение образовавшейся твердой карамели на оборудовании и трубопроводах, что приводит к необходимости остановки технологического процесса для чистки оборудования, т,е. влечет за собой снижение эффективности производственного цикла. Кроме того, введение в качестве добавок концентрата сульфитного щелока и упаренной последрожжевой бражки отрицательно влияет на качество гидролизата, Наличие в этих добавках органических веществ способствует резкому увеличению цветности и ухудшению биохимических показателей (БПК и ХПК) как самого гидролизата, так и продуктов его дальнейшей биохимической переработки, а также отработанных стоков. Указанные недостатки подтверждаются данными работы Братского ЛПК и Байкальского ЦБК, где приведенные способы в настоящее время используются в качестве промышленных для предотвращения карамелизации при водном гидролизе древесины.

Известен также способ инверсии древесных гидролизатов, в котором для предотвращения карамелизации вводятся сорбирующие добавки, такие как: опилки, гидролизный лигнин, разработанный асбест.

Недостатком этого способа является невозможность после завершения инверсии полного отделения твердой фазы суспензии с сорбированной "карамелью" от гидролизата, полученного при водном гидролизе, что ухудшает качество инвертированных гидролизатов и продуктов их дальнейшей переработки, ведет к потерям гидролизата и, тем самым, отрицательно сказывается на эффективности производства.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату вявляется выбранный в качестве прототипа способ предотвращения карамелизации растительных гидролизатов при водном гидролизе, в котором способ предотвращения карамелизации является сопутствующим процессом и обеспечивается за счет введения суспензии биомассы активного ила на стадии водного гидролиза древесины, Недостатком данного способа является низкое качество получаемых гидролизатов в результате наличия большого количества механических примесей, поступающих с водной суспензией активного ила, взятого из системы биологической очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства и содержащего мелкую кору, волокна, опилки и т.д., сорбируемые илом. Кроме того, в процессе гидролиза древесины имеет место и гидролиз самого ила, что позволяет полностью перевести его в раствор, а вместе с ним и все потенциально возможное, сорбированное илом при очистке сточных вод целлюлозно-бумажного производства, количество солей тяжелых металлов, что также отрицательно сказывается как на качестве самого гидролизата, так и продуктах

его дальнейшей переработки, а также промышленных стоков. Помимо этого возникают большие трудности при подаче суспензии активного ила с очистных сооружений в цеха основного производства, которые, как правило, расположены на значительном расстоянии друг от друга. Содержащиеся в иле в значительном количестве механические включения являются причиной забивания трубопроводов, что требует частых и продолжительных остановок производства на чистку и отрицательно влияет на эффективность процесса., Цель изобретения — устранение отмеченных недостатков, а именно, улучшение качества получаемых продуктов и повышение эффективности процессов, Указанная цель достигается тем, что в известном способе предотвращения карамелизации гидролизатов растител ьн ого сырья вводят диспергатор на стадии водного гидролиза растительного материала, Согласно изобретению, в качестве диспергатора для предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья используют термолизат биомассы активного ила, Термолизат вводят до концентрации

0,05 — 0,3, Термолизат биомассы активного ила получают путем обработки суспензии активного ила паром при 80 — 95 С в течение

1-3 ч с последующим его сепарированием для отделения взвешенных частиц, Активный ил представляет собой ценоз бектерий, дрожжей, грибов, простейших беспозвоночных, развивающихся в сооружениях очистки сточных вод целлюлозного производства, Отработанные (избыточные) суспензии активного ила содержат большое количество механических примесей, также в ряде случаев возможно наличие солей тяже1765271 лых металлов, сорбируемых клеточными Отклонейие о ние от заявляемых пределов стенками микроорганизмов активного ила. концентрации термолизата биомассы акпроцессе термолиза суспензии биомассы тйвного ила в сторону увеличения техничеактивного ила в течение 1 — 3 ч при 80 — 95ОС, ски и экономически не б кономически нецелесообразно, а в достигаемой за счет обогрева суспензии 5 сторону уменьшения ведет только к частичпаром, происходит переход в раствор ному связыванию лигниновых веществ в значительной части внутриклеточного со- лйгнопротеиновый комп е вый комплекс, т.е. снижается держимого микроорганизмов ила, При этом эффект предотвраще д твращения карамелизации для обеспечения полноты перехода клеточ- гидролизатов, что отрицательно сказываетча мых продуктов и эфного содержимого в раствор весьма важно 10 ся на качестве получаемых и фвыдержать именно заявляемые параметры фективности производства, режима проведения процесса. В раствор Сопоставительный анализ заявляемого поступают пептиды, аминокислоты, белки, технического решения с прототипом покамакро- и микроэлементы, витамины. Анализ зывает, что в предлагаемом способе предотаминокислотного состава термолизата ила 15 вращения караме з мелизации гидролизатов показал наличие 18 индивидуальныхамино- растительного сырья в качестве добавки, кислот, суммарное содержание которых со- вводимой в гидролизаты, используют терставляет 15 — 20О от массы абсолютно сухих молизат биомассы активного ила при конвеществ термолизата ила. Последующее се- центрации 0,05 — 0,3 „причем термолизат парирование полученного термолизата по- 20 получают обработкой суспензии активного зволяет получить осветленный, очищенный ила паром при 80 — 95 C в течение 1 — 3 ч с от клеточных остатков и возможных механи- последующим его с го сепарированием для отческих примесей продукт. Введение термо- деления взвешенных частиц, лизата биомассы активного ила в я посо а предотвращения гидролизаты растительного сырья способ- 25 карамелизации гидролизатов растительноствует образованию нерастворимого лиг- го сырья заключается в следующем. личество термолизата бионопротеинового комплекса, который Расчетное количествот б предотвращает реакции автоконденсации и массы активного ила подают йасосом из конденсации лигнина, экстрактивных ве- сборника термолизата ила в сборник горяществ суглеводами,,продуктами кислотного 30 чей воды, поступающей на гидролиз в варочраспада сахаров (фурфуролом, оксиметил- ный котел, где проводится водный гидролиз фурфуролом и т.д,) и исключает процесс об- древесины, или в инвертор при кислотной разования твердой карамели, Кроме того, инверсии водных гидролизатов и гидролинекоторые аминокислоты термолизата би- затов полученных пр у нных при кислом гидролизе, до омассыактивногоила проявляютповерхно- 35 достижения концен ра нцентрации термолизата стно-активные свойства и также 0,05 — 0,3 . способствуют предотвращению конденса- Процесс водно о водного гидролиза древесины ционных процессов лигниновых компонен- осуществляется по 3 е по известнои технологии тов, Использование в качестве добавки при гидромодуле1:4,5,температуре170 Св жим водного гидролиза такого осветленного термолизата биомассы 40 течение 80 мин (режим во ного активного ила способствует обогащению может несколько изменяться в зависимости получаемых гидролизатов биогенными до- от породы древесины и начальной темперабавками, содержащимися в термолизате и туры воды, подаваемой на гидролиз). полностью исключает попадание в них кле- ислотнои инверсии водных точных остатков и различных механических 45 гидролизатов и т в и гидролизатов, полученных р лизе, также осуществляетпримесей, что повышает качество как самих при кислом гидролизе такж гидролизатов, так и продуктов их дальней- ся по известной технологии при концентрашей биохимической переработки, а также ции минеральной кислоты 0,4-0,6, играет положительную роль в повышении температуре 98-100 С в течение 8 ч или при эффективности производства вследствие 50 температуре 140 С втечение 30 мин. сокращения времени на профилактические По окончании водного гидролиза и кисчистки трубопроводов и оборудования, лотной инверсии гидролизат отбирают и направляют на дальнейшую биохимическую

Концентрация вводимого термолизата переработку. молизат иомассы активного ила биомассы активного ила определена экспе- 55 Термолизат би и из ыточного (отработанного) риментально и обусловлена требованиями получают из избыт по полному предотвращению реакции кон- активного ила, после предварительного денсации и автоконденсации лигнина и экс- сгущения его в и его в илоуплотнителях до концентрактивных веществ с углеводами и трации по сухому веществу 25-40 г/л. Сгупродуктами их кислотного распада. щенный ил насосом по а т б ный ил насосом подают в сборник с

1765271 суспензию биомассы центрифугируют, от- 55 деляя термолизат(надосадочную жидкость), и используют, В автоклав объемом 10 л загружают древесину сосны (щепа размером 20х15х3), 3аливают подогретую до 80 С воду, в которую теплоизоляцией, где проводят его термообработку острым паром при температуре 80—

95 С в течение 1-3 ч в зависимости от качества исходной суспензии активного ила. Чем ниже иловый индекс, тем меньше время термообработки, По окончании процесса термолизат насосом подают на сепарацию (центрифугирование, флотация, сепарация) для отделения взвешенных частиц, Отделенный термолизат далее подают в производство.

Технология предотвращения карамелизации растительных гидролизатов подтверждается следующими конкретными примерами осуществления изобретения, причем примеры 1 — 6 относятся к процессу водного гидролиза, примеры 7 — 13 — к процессу инверсии гидролизатов, полученных при водном гидролизе при атмосферном давлении, примеры 14 — 25 — к процессу инверсии гидролизатов при повышенном давлении, примеры 26 — 32 — к инверсии гидролизатов, полученных при кислотном гидролизе, Для сравнения по получаемым результатам с прототипом в качестве диспергатора берется 0,5% добавки суспензии биомассы активного ила.

Контрольный опыт. В автоклав с электрообогревом, объемом 10 л загружают воздушно-сухую сосновую щепу, заливают воду, нагретую до 80"С, гидромодуль 1;4,5, В течение 120 мин температуру содержимого автоклава поднимают до 170 С, далее стоянка при 170 С в течение 80 мин. Затем сбрасывают давление и отбирают. через нижний штуцер полученный гидролизат для дальнейшей биохимической переработки.

Гидролизат мутный, светло-коричневого цвета, из него выпадает на дно и стенки колбы темноокрашенный карамелеподобный осадок.

В гидролизате определяют рН и редуцирующие вещества (P.Â.), дают характеристику выпадающим карамелеподобным осадкам (данные представлены в табл, 1).

Предгидролизованную водой щепу подвергают сульфатной варке и отбелке с получением целлюлозы для химической переработки известными способами.

Пример 1. Термолизат биомассы активного ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживании в течение 3 ч при 80 С. По окончании термолиза

50 предварительно задают термолизат биомассы активного ила до концентрации

0,03% по сухому веществу, Температуру содержимого автоклава поднимают до 170 С в течение 120 мин при включенной циркуляции. При 150 С делают терпентинную сдувку.

Гидролизную варку проводят при 170 С в течение 80 мин. По окончании водного гидролиза давление в автоклаве сбрасывают до атмосферного и отбирают гидролизат через нижний вентиль в стеклянную колбу.

Определяют рН и P,В. В сравнении с контрольной пробой гидролизат более прозрачный, на дно колбы выпадает рыхлый осадок, который при перемешивании легко перехо- . дит во взвешенное состояние. По истечении

10 — 15 мин после отбора гидролизата имеет место образование небольшого количества карамелеподобного плотного осадка, Данная конструкция термолизата активного ила недостаточна для предотвращения карамелизации (табл. 1).

Пример 2. Термолизат биомассы ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживании в течение 2 ч при 90 С.

По окончании термолиза суспензию ила центрифугируют, отделяют термолизат и его испол ьзуют.

Водный гидролиз сосновой щепы проводят по режиму, указанному в примере 1, но подогретую воду, подаваемую на предгидролиз, задают термолизат биомассы активного ила до концентрации 0,05% от массы воды. Полученный гидролизат по внешнему виду был таким же, как в примере

2, но из него не выпадал плотный карамелеподобный осадок. рН 3,7, P.В,=2,1% (табл, 1).

Пример 3. Термолиз биомассы ила проводят при нагревании паром и последующем выдерживании в течение одного часа при 95 С. Далее термообработанную суспензию ила центрифугируют и термолизат используют.

Водный гидролиз сосновой щепы проводят по режиму, указанному в примере 1.

В подогретую воду до 70 — 80 С, подаваемую на гидролиз, добавляют термолизат биомассы активного ила при концентрации 0,1% от массы воды, Качество и внешний вид гидролизата идентичен гидролизату, полученному по примеру 2 (рН 3,7, Р.В.=2,1%). Из гидролизата плотный осадок не выпадает, образовавшийся лигнопротеиновый осадок рыхлый, легко фильтруется, при перемешивании переходит во взвешенное состояние, затем быстро оседает (табл. 1).

Пример 4. Режим получения термолизата биомассы ила и режим водного гид1765271

5

40

55 ролиза аналогичны режимам, указанным в приме ре 1.

Концентрация термолизата биомассы активного ила составляет 0,2% по сухому веществу в воде, подаваемой:на гидролиз.

Режим водного гидролиза аналогичен режиму, описанному в примере 1. Полученный гидролизат по внешнему виду идентичен гидролизату, полученному по примеру 3 (P.В,=2,10, рН 3,7). Выпадения твердых карамелеподобных осадков из гидролизата не отмечено. Взвешенные вещества в гидролизате быстро оседают, образуя рыхлый осадок, который легко отфильтровывается, Гидролизат светлый, прозрачный, из него после фильтрации дополнительно не выпадает осадок, даже при длительном хранении пробы.

Пример 5. Получение термолизата биомассы активного ила проводят согласно примера 2, Водный гидролиз сосновой щепы осуществляют по режиму примера 1.

В подогретую до 70 — 80 С воду дабавляют термолизат биомассы активного ила до концентрации 0,3% и заливают в автоклав до модуля 1:4,5, Гидролизат coðåðæèò взвешенные вещества, которые быстро оседают, образуя при этом рыхлый осадок, который легко фильтруется. Образования твердых карамелеподобных осадков не наблюдается. Гидролизат светлый по сравнению с контролем, прототипом и производственной пробой. После фильтрации взвешенных веществ из него дополнительно не выпадают осадки (P.B,=2%, рН 3,6) (табл, 1).

Пример 6. Термолиз биомассы ила проводят по режиму, указанному в примере

3. Водный гидролиз щепы по примеру 1.

Концентрация термолизата биомассы активного ила составляет 0,4%.

По окончании процесса водного гидролиза в полученном гидролизате твердых карамелеподобных осадков не обнаружено, Гидролизат содержит взвешенные вещества, которые легко фильтруются, быстро оседают, плотных осадков не образуют. Но имеет место разбавление гидролизата перед инверсией, что технически и экономически нецелесообразно (P.B.=1,7%, рН 3,8) (табл. 1), Из данных табл. 1 следует, что введение термолизата биомассы активного ила на стадии водного гидролиза древесины до концентрации 0,05 — 0,3% исключает процесс образования твердой карамели (плотного осадка), При концентрации ниже 0,05% имеет место образование небольшого количества карамели, Введение термолизата активного ила до концентрации, большей, чем

0,3%, приводит к некоторому разбавлению гидролизата перед инверсией, что повлечет за собой увеличение расхода серной кислоты и пара на инверсию и является экономически нецелесообразным, Следующая серия опытов была проведена bio йредотвращению карамелйзации при кислотной инверсии гидролизатов, полученных при водном гидролизе при температурах 98 — 100, 140 и 160 С, а также при инверсии кислых гидролизатов (pH 1).

Контрольный опыт. Данный пример выходит за пределы, указанные в формуле, В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гидролизата, добавляют

2,5 мл концентрированной серной кислоты (d=1,84) из расчета 0,5%-ной концентрации в гидролизате, рН при этом равен 1. Содержимое колбы перемешивают, соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию на кипящей водяной бане при температуре 98 — 100 С в течение 8 ч, По окончании процесса инверсии содержимое колбы охлаждают и определяют Р.B. До инверсии Р,В.=2,4%, после — Р,В.=4,4%, прирост P.В, составил 83,3%. После инверсии на дне и стенках колбы темно-коричневый осадок, плотный, блестящий (механически удаляется с трудом, растворяется только в щелочи при нагреванйи) (табл. 2), Пример 7. Термолизат биомассы активного ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживают в течение

3 ч при температуре 80 С. Па окончании процесса термолиза суспензию биомассы ила центрифугируют, отделяя термолизат от клеточных остатков, и его используют, В колбу на 750 мл наливают 500 мл гидролизата, 2,5 мл концентрированной серной кислоты и добавляют 10 мл термолизата биомассы активного ила концентрацией

15 г/л абс,с, в. до достижения массовой доли термолизата ила в гидролизате 0,03%. Содержимое колбы тщательно перемешивают, соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию на кипящей водяной бане при 98 — 100 С в течение 8 ч, P B. до инверсии 2,4%, после инверсии — 4,5%, прирост P Â. составил 87 5% Взвешенные вещества быстро оседают, образуя рыхлый осадок; на дне и стенках есть небольшое количество плотного осадка, который при интенсивном перемешивании отстает от дна и стенок колбы (табл, 2). Концентрация термолизата биомассы ила недостаточна для предотвращения карамелизации

Пример ы 8 — 11. Термолизат биомассы ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживании в течение 2 ч при

90 С, По окончании термолиза суспензию

1765271

12 абс. сухих веществ) составило в опыте 12

136 мл или 0,4%, а в опыте 13 — 170 мл или

0,5%. В данных опытах имеет место снижение прироста P,В. после инверсии, Характер осадка был аналогичен осадкам в

30 опытах 8-11 (табл. 2).

Как следует из данных табл, 2 проведение процесса кислотной инверсии гидролизатов, полученных при водном гидролизе с добавками термолизата биомассы активного ила до концентрации 0,05 — 0,3% исключает процесс образования карамелеподобных осадков. При добавке, меньшей, чем 0,05%, имеет место образование небольшого количества плотного осадка, а введение термо35 лизата активного ила более 0,3% снижает 40 зкономические показатели процесса инверсии за счет увеличения серной кислоты и пара.

Пример ы 14 — 20. Для опытов использовали термолизат биомассы активного ила, полученный при нагревании до 80 С и выдерживании в течение 1 ч с последующим отделением клеточных остатков микроорганизмов.

50

В данной серии опытов процесс кислотной инверсии гидролизатов с добавкой термолизата биомассы активного ила проводили при 140 С в течение 30 мин. В лабораторные батарейные автаклавы объемом 700 мл наливают по 500 мл гидролизата

55 после водного гидролиза по 2,5 мл концентрированной серной кислоты и добавляют

0,03-0,5% термолизата активного ила (по сухому веществу), затем автоклавы помещаютв глицериновую баню, поднимаюттемпеила центрифугируют, отделяя от клеточных остатков, и используют термолизат.

Опыты по инверсии в примерах 8 — 11 проводят аналогично примеру 7, количество вводимого термолизата биомассы активно- 5 го ила (15 г/л абс.сухих веществ) составило

17, 34, 68, 102 мл соответственно, 0,05; 0,1;

0,2; 0,3 В этих опытах прирост P.B. после инверсии составил 91,7%. Во всех опытах имело место образование рыхлого неприли- 10 пающего к стенкам и ко дну колб осадка, Осадок после перемешивания быстро оседает,легко фильтруется, из отфильтрован- ной пробы дополнительно не выпадает осадок даже при продолжительном выдер- 15 живании колб (табл.2), Пример ы 12 и 13. Опыты проведены с использованием термолизата биомассы активного ила, полученного при нагревании суспензии ила в течение одного часа при 20

950С.

Опыты поставлены аналогично примеру

7. Количество добавляемого при инверсии термолизата биомассы активного ила (15 г/л ратуру до 140 С и выдерживают при 140 С в течение 30 мин. B качестве контроля проводят инверсию гидролизата без введения добавки термолизата биомассы активного ила. По способу прототипа кислотную инверсию проводят при 140 С в течение

30 мин с добавлением 79,0 мл суспензии активного ила с содержанием сухих веществ

32 г/л, т.е. до массовой доли сухих веществ активного ила 0,5% в гидролизате. Результаты этих опытов представлены в табл. 3.

Пример ы 21 — 25. В данной серии опытов получение термолизата и проведение процесса инверсии аналогично примерам 14-20, только температура инверсии в этой серии была увеличена до 160 С, Результаты представлены в табл, 3, Как следует из табл, 3, при проведении инверсии при 140 С в течение 30 мин с введением добавок термолизата ила 0,05 — 0,3 карамель не выпадает и прирост P.Â. после инверсии не снижается (примеры 14 — 21).

Повышение температуры кислотной инверсии до 160 С показало, что введение термолизата активного ила как диспергатора для предотвращения карамелизации уже не сказы вается пол ожител ь но. В опытах этой серии на стенках автоклава было значительное количество карамелеподобных осадков.

В примерах 26 — 32 приведены результаты опытов по предотвращению карамелизации при инверсии гидролизатов, полученных при кислотном гидролизе.

Контрольный опыт, В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гидролизата(рН 1, кислотность — 0,5%, температура

98 — 100 С), колбу соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию на кипящей водяной бане при 98 — 100 С в течение

60 мин, По окончании инверсии содержимое колбы охлаждают и определяют P.Â., рН (P.В,=2,7, рН 1, прирост P.В,=8 ), На дне и стенках колбы плотный налет осадка, при интенсивном перемешивании содержимого колбы осадок не отстает, В горячей воде не растворяется, растворим только в щелочи при нагревании (табл, 4).

Пример 26. Данный пример выходит за пределы, указанные в формуле.

Для опытов приготавливали термолизат биомассы активного ила путем нагревания суспензии ила при 90 С в течение двух часов с последующим его центрифугированием для отделения от клеточных остатков, В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гадролизата (рН 1, кислотность — 0,5%, P.В,=2,5%), приливают 10 мл термолизата биомассы активного ила концентрацией 15 г/л абс. сухих веществ до достижения массовой доли термолизата ила

i 765271

5

30

40

50 в гидролизате 0,03%, Содержимое колбы перемешивают, соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию при

100 С в течение 60 мин, После инверсии

P.Â.=2,7%, рН 1, прирост P.Â. составил

8,0%. В гидролизете после инверсии отмечено небольшое количество плотного осадка, который при перемешивании содержимого колб отстает от стенок и от дна, Основное количество осадка имеет рыхлую структуру (табл. 4).

Пример ы 27 — 30. Термолиз биомассы активного ила проводят при нагревании паром при 95 С в течение 2 ч, Опыты по предотвращению карамелизации при инверсии гидролизатов в примерах 27 — 30 проводят аналогично примеру 26, количество вводимого термолизата биомассы активного ила (15 г/л абс. сухих веществ) составило 17, 34, 68 и 102 мл, т.е, соответственно 0,05, 0,10, 0,20, 0,30%. B этих опытах прирост P.B. после инверсии во всех случаях составил 8,0%, Образования плотных осадков не наблюдалось. Взвешенные вещества быстро оседают, образуя рыхлый осадок, который легко и быстро фильтруется. Р.В. до инверсии 2,5%, после инверсии — 2,7%, рН 1 (табл, 4).

П римеры 31 и32.Для опытов готовили термолизат биомассы активного ила путем нагревания суспензии ила при температуре 90 С в течение двух часов с последующим центрифугированием, Опыты проведены аналогично примеру

26, концентрация термолизата биомассы активного ила, задаваемого на стадии инверсии гидролизатов в опыте 31 составила

0,4% а в примере 32 — 0,5% Отмечено снижение прироста Р В, после инверсии до 4%, Плотных осадков не наблюдается, Образующийся осадок рыхлый, который легко и быстро фильтруется (табл, 4), Из табл, 4 видно, что введение термолизата биомассы активного ила в гидролизат при инверсии до концентрации 0,05 — 0,3% исключает процесс образования карамели.

Добавка термолизата ила менее 0,05% не исключает полностью образования плотных карамелеподобных отложений, Введение более 0,3% термолизата ила в гидролизат снижает прирост Р.В„имеет место незначительное разбавление гидролизата на стадии инверсии, что влечет за собой увеличение расхода серной кислоты для обеспечения рН среды не выше 1 и снижает экономичность процесса.

Заявляемый способ предотвращения карамелизации гидролизатов, полученных при водном гидролизе, и гидролизатов при инверсии, т,е. на стадии их подготовки к биохимической переработке был оценен с точки зрения биологической доброкачественности, Выращивание дрожжей рода Кандида проводили на некоторых образцах гидролизатов после водного гидролиза и гидролиза roB после инверсии с добавками термолизата биомасы активного ила (табл. 5).

Из данных табл, 5 следует, что введение термолизата биомассы активного ила в гидролизат способствует повышению биологической доброкачественности гидролизатов за счет биологически активных веществ термолизата ила, кроме того, экстрактивные вещества гидролизата, такие как фенолы, таннины, лигнины и другие связываются белковыми компонентами термолизата ила и исключается при этом их токсичное действие на процесс роста дрожжей и синтез белка. Добавка термолизата ила при инверсии гидролизатов способствовала увеличению выхода дрожжей от P.Â. на 2,1-14,5% по сравнению с прототипом и на 9,7 — 23,1% по сравнению с контрольным опытом, т.е, без введения добавки. Следует также отметить и увеличение массовой доли истинного белка в дрожжах на 3,1 — 9 3% с прототипом и на

20-26% с контролем.

Введение термолизата биомассы активного ила при инверсии гидролизатов не только исключило карамелизацию, но способствовало увеличению выхода дрожжей от P,В, на 2,1 — 10,8% по сравнению с прототипом и на 7,1 — 16,2% с контролем. Массовая доля истинного белка увеличивается на

1,2-8,1% по сравнению с прототипом и на

14,4 — 22,1% с контролем.

Технико-экономические преимущества заявляемого способа позволяют: полностью предотвратить образование карамели при гидролизе древесины, при кислотной инверсии гидролизатов; сократить время отбора гидролизата, полученного при водном гидролизе, за счет исключения постепенного уменьшения диаметра трубопроводов при отложении карамели; уменьшить простои оборудования за счет исключения чистки емкостей и трубопроводов от карамели; исключить затраты ручного труда при чистке оборудования и трубопроводов от карамели; улучшить качество целлюлозы, получаемой из предгидролизованной щепы, по показателю сорности в результате исключения твердой карамели из гидролизатов; повысить биологическую доброкачественность гидролизатов при водном гидролизе и гидролизатов как субстратов для получения кормовых дрожжей за счет обогащения их биогенными компонентами, содержащимися в термолизате биомассы активного ила

1765271

16 (пептиды, белки, аминокислоты, витамины группы В, макро- и микроэлементы); увеличить при биохимической переработке гидролизатов выход дрожжей до 10,8 — 14,5o и массовую долю истинного белка до 8,1—

9,3 ; создать предпосылки для лучшего обезвоживания клеточных остатков биомассы ила после термообработки и отделения осветленного термолизата, что очень важно при организации узла обезвоживания и утилизации осадков сточных вод, Ожидаемый экономический эффект от внедрения предполагаемого изобретения на базе Братского ЛПК составляет 244,3 тыс. руб./год. При расчете экономической эффективности за базовый вариант приняты "Технйко-экономические показатели производства кордной целлюлозы с водным предгидролизом за 1989 год на ПО

"Братскцеллюлоза". Согласно этим показателям расход сульфитно-дрожжевой бражки для предотвращения карамелизации при водном гидролизе древесины составил 4 кг по абс, сухому веществу íà 1 т целлюлозы по варке, Производство целлюлозы в 1989 году составило 228 тыс,т.

Цена 1 т сул ьфит но-дрожжевой б ражки (включая транспортные расходы по доставке с Соликамского ЦБК) составила 146,6 руб.

Экономия за счет исключения подачи сульфитно-дрожжевой бражки на предгидролиз составит:

228 4 146,6 — 133,7 тыс, py6/год

Кроме того, разовые затраты на чистку и замену трубопроводов, которые постепенно забивались карамелью в варочном цехе, составили 13,3 тыс.руб, в квартал или

53,2 тыс.руб./год, Экономический эффект от исключения ручного труда при чистке инверторов от карамели при инверсии гидролизатов составит:

Э=1100х4х6=26,4 тыс.руб.

Чистка одного инвертора на Братском биолесохимическом заводе стоит 1100 руб, Инвертор чистят 4 раза в год. При производительности дрожжевого цеха 20 тыс.т. дрожжей в год необходимо иметь в работе

6 инверторов.

Аналогично экономический эффект от исключения ручного труда при чистке инверторов и трубопроводов от карамели при инверсии гидролизатов на Братском биолесохимическом заводе составит:

5 Э=1100х4х10=44 тыс.руб, Термолизат биомассы активного ила специально не оценивали в связи с тем, что активный ил относится к неиспользуемым

10 отходам производства, Однако его косвенной оценкой могут служить те затраты, которые обусловлены включением в технологическую схему узла приготовления термолизата ила, Обслуживаниеузла приго15 товления ила потребует создания дополнительного рабочего места. При трехсменной работе дополнительные расходы на оплату труда четырех человек составят сумму около

13 тыс.руб. в год. При ориентировочном раз20 мере капитальных вложений 100 тыс.руб. величина сопряженных с ними текущих расходов (амортизация, ремонт, содержание оборудования) составит около 10 тыс. руб. в год.

Таким образом, годовые затраты на приготовление термолизата активного ила составят;

30 13000+10000=23 тыс.руб,/год (При внедрении заявляемого способа предотвращения карамелизации окупаемость капзатрат составит 0,5 года).

Суммарный экономический эффект от исключения карамелизации на стадии водного гидролиза, инверсии гидролизатов составит:

Э год=(133,7+53,2+26,4+44,0)-23,0=

= 244,3 тыс.руб, Формула изобретения

Способ предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья путем введения в них диспергатора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения

50 эффективности процесса, в качестве диспергатора используют термолизат биомассы активного ила с концентрацией

0,05-0,3, полученный обработкой суспензии активного ила паром при температуре

55 80-95 С в течение 1 — 3 ч с последующим его сепарированием, 1765271

Табли ца 1

Характеристика гидролизата, полученного при водном гидролизе с добавками термолизата биомассы активного ила

Пример Введено тер- рН молизата ила на гидролиз, 3

Характеристика осадков после гидролиза

Р. В.

Контроль

2,1

Выпадает коричневого цвета карамелеподобный осадок, прилипающий к стенкам и днищу сборников

3,6

2,0

0,03

Выпадает рыхпый осадок с небольшим количеством плотного осадка (карамели) 3,6

0,05

2,0

Образуется рыхлый, не прилипающий к стенкам осадок, который легко фильтруется

Образуется оыхлый легко фильтрующийся осадок

2,1

0„10

0,20

3,7

3,7

2,1

Образуется осадок рыхлый, частично во взвешенном состоянии. Легко фильтруется

Образующийся осадок рыхлый, частично во взвешенном состоянии. Легко фильтруется

3,6

2,0

0,30

3,8

6 0,40

1,7

Образующийся осадок рыхлый, частично во взвешенном состоянии. Легко фильтруется, но снижается массовая доля P.8. в предгидролизате

3,8

Образуется значительно большее количество взвешенного осадка, с небольшим количеством плотного осадка (карамели) 1,7

Таблица 2

Инверсия гидролизатов, полученных при водном гидролизе, с о добавками термолизата биомассы активного ила при 98-100 С

4,4

83,3

2,4 роль

2,4

4,5

87,5

0,03

Образуется рыхлый осадок, но имеет место снижение прироста P. В. после инверсии

Прото- Суспензия тип биомассы акт.ила на гидролиз, О, 5 "ь

8 0,05

9 0,10

10 0,20

11 0,30

12 0,40

2,4

2,4

2,4

2,4

2,3

4,6

4,6

4,6

4,6

4,3

91 7

91,7

91,7

91;7