Словарь научных терминов
Гидролизные производства
ГИДРОЛИЗНЫЕ ПРОИЗВОДСТВА, служат для получения пищевых, кормовых и техн. продуктов из непищевого растит. сырья-отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки (опилки, мелкая стружка, щепа), переработки с.-х. культур (соломы, шелухи семян и т.д.). Основой Г. п. служит гидролиз сырья, продукты к-рого подвергают дальнейшей хим. и биохим. переработке.

Гидролиз растительных материалов. Гидролиз происходит обычно в присутствии разб. или конц. минеральных и орг. к-т, реже - солей, дающих в водных р-рах кислую р-цию. В результате гидролиза (превращ. полисахаридов сырья в моносахариды) получают гидролизаты (водные р-ры орг. в-в, гл. обр. пентоз и гексоз), а также гидролизный лигнин (выход ок. 30%-здесь и далее в расчете на 1 т абсолютно сухого сырья). Поскольку на скорость и степень гидролиза полисахаридов влияет размер частиц сырья, его предварительно измельчают.

Гидролиз разбавленными кислотами (в осн. 0,4-0,7%-ной H2SO4) осуществляют при 120-190°С и 0,6-1,5 МПа. Достоинства способа: можно использовать влажное сырье и проводить р-цию без регенерации к-ты вследствие малого ее расхода. Недостатки: большие затраты теплоты на гидролиз, значит. потери моносахаридов из-за их разложения в реакц. зоне, загрязнение гидролизатов побочными продуктами, что снижает их кач-во. Тем не менее, простота процесса определила интенсивное развитие данного способа, к-рый является основным в гидролизной пром-сти СССР.

Гидролиз концентрированными кислотами (гл. обр. 30-41%-ной НС1, а также 70-80%-ной H2SO4) ведут при т-рах не выше 60 °С и атм. давлении с получением гидролизатов, содержащих большое кол-во моносахаридов и немного примесей. Однако в этом процессе необходимо высушивать растит. сырье, регенерировать к-ту и применять дефицитные материалы для защиты оборудования от коррозии.

Условия гидролиза и состав образующихся при этом продуктов в значит. степени определяются наличием в растит. ткани двух фракций полисахаридов - легкогидроли-зуемых (гемицеллюлозы) и трудногидролизуемых (целлюлоза и небольшая часть гемицеллюлоз); скорость гидролиза последних в неск. сотен раз меньше. С повышением т-ры и концентрации к-ты скорость гидролиза полисахаридов возрастает.

Гидролиз растит. сырья неизбежно сопровождается разложением моносахаридов, при к-ром образуются нежелательные побочные продукты - фурфурол и гидроксиметилфурфурол, в свою очередь распадающиеся с образованием левулиновой и муравьиной к-т. Скорость разложения моно-сахаридов увеличивается при возрастании т-ры. Однако зависимость констант скорости гидролиза сырья (kг) и разложения моносахаридов (kp)от т-ры различна: чем выше т-ра, тем в большей степени гидролиз опережает распад. Твердый остаток после гидролиза (гидролизный лигнин) содержит, кроме лигнина, непрореагировавшие полисахариды.

Режим процесса (т-ру, концентрацию, продолжительность) выбирают т. обр., чтобы степень гидролиза полисахаридов составляла ок. 90%. При оптим. режимах выход моносахаридов составляет 46-50%.

Гидролиз легкогидролизуемых полисахаридов проводят периодически в одну ступень. При этом вследствие высокого соотношения констант скорости гидролиза сырья и разложения моносахаридовhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/5/1/5551.jpeg выход их приближается к количественному. При гидролизе трудногидролизуемых полисахаридов (упомянутые константы близки между собой) степень разложения моносахаридов существенно возрастает. Поэтому их макс. выход при одноступенчатом процессе не превышает 50% от исходного содержания полисахаридов. Увеличение выхода моносахаридов достигается применением т. наз. перколяционного гидролиза, предложенного в 1926-28 и осуществленного в СССР в пром. масштабе (1935). В основе способа лежит принцип непрерывной фильтрации р-ра к-ты через растит. материал с одноврем. отбором гидролизата. При этом данный р-р служит не только катализатором, но и экстрагентом моносахаридов, к-рые непрерывно выводятся из сферы р-ции. Твердая фаза загружается в аппарат периодически.

Гидролиз гемицеллюлоз (пентозный гидролиз) и перколяционный гидролиз трудногидролизуемых полисахаридов (гексозный гидролиз) проводят в гидролизаппаратах - вертикальных цилиндрич. стальных сосудах со сферич. верхней (для загрузки сырья) и конич. нижней (для выгрузки гидролизного лигнина) горловинами. Изнутри реактор футерован кислотоупорными неметаллич. материалами, а снаружи теплоизолирован. Аппарат снабжен оросительными и фильтрующими устройствами, к-рые позволяют обеспечить макс. скорость фильтрации к-ты и увеличить его производительность.

При гидролизе полисахариды переходят в р-р, что вызывает уменьшение массы сырья к концу р-ции в среднем на 70% и одноврем. сжатие твердой фазы. Это осложняет перколяционный гидролиз, т.к. приводит к возрастанию гидравлич. сопротивления слоя материала и соответствующему снижению скорости фильтрации к-ты. Более полное использование емкости аппарата, а также увеличение его производительности м. б. достигнуты при непрерывной загрузке сырья, подаче варочной к-ты, отборе гидролизата и выгрузке лигнина.

Переработка продуктов гидролиза. Из гидролизатов принципиально м.б. получены: кристаллизацией моносахаридов - пищ. глюкоза и техн. ксилоза, гидрированием моносахаридов-многоатомные спирты (ксилит из пентоз, сорбит и маннит - из гексоз), гидрогенолизом этих спиртовглицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль; дегидратацией пентоз и гексоз - соотв. фурфурол и левулиновая к-та; окислением - орг. к-ты (глюконовая, тригидроксиглутарозая и др.); микробиол. переработкой (брожением, аэробным культивированием)-этиловый и бутиловый спирты, кормовые дрожжи и антибиотики.

Из гидролизного лигнина м. б. получены: пиролизом - активные угли, древесные смолы; хим. переработкой - активированный лигнин, щавелевая к-та и др.; водной обработкой - наполнители для полимерных материалов; термообработкой-сухой лигнин, применяемый как топливо (см. также Лигнин).

В СССР и нек-рых др. странах (ВНР, НРБ, ПНР, ЧССР, КНР, США, Франции, Италии, Японии, Финляндии) в осн. функционируют Г.п. след. профилей: дрожжевого, спирто-дрожжевого, фурфурольно-дрожжевого, ксилозно-дрожжевого.

Дрожжевое и спирто-дрожжевое производство. Сырьем для дрожжевого произ-ва служат лиственная (богатая пентозанами) и хвойная древесина, для спирто-дрожжевого - хвойная, в к-рой преобладают гексозаны. Целевые продукты биохим. переработки моносахаридов -этиловый спирт и кормовые дрожжи; при этом в дрожжевом произ-ве все образовавшиеся при гидролизе моносахариды (гексозы и пентозы) перерабатывают в дрожжи, а в спирто-дрожжевом произ-ве из гексоз получают спирт, а оставшиеся моносахариды (в осн. пентозы) используют для выращивания дрожжей.

Технология получения гидролизатов состоит из след. операций: пропитки сырья H2SO4. нагревания паром с целью пентозного гидролиза, удаления из реактора воздуха и летучих в-в (т. наз. сдувки), перколяции, промывки водой, отжима и выгрузки гидролизного лигнина. При промывке остатка фильтрация жидкой фазы через гидролизуемый материал продолжается, но вместо к-ты подают воду, к-рая экстрагирует находящиеся в порах и капиллярах сырья лигнин, моносахариды и к-ту. Пентозный гидролизат охлаждается в две или три ступени в последовательно соединенных испарителях. Давление в них снижают от одной ступени к другой; из последнего аппарата гидролизат выходит при атм. давлении с т-рой ок. 100°С. Пары гидролизата направляют в теплообменники для конденсации и нагревания воды, идущей на гидролиз. Из конденсата ректификацией извлекают фурфурол (см. ниже).

Параметры процесса: т-ра 120-150°С (пентозный гидролиз) и 150-190 °С (гексозный гидролиз), время р-ции - неск. ч (зависит от объема гидролизаппарата и скорости фильтрации р-ра к-ты через сырье). Кол-во жидкости, отобранной при перколяционном гидролизе, выражают т. наз. гидромодулем выдачи гидролизата - отношением его объема к массе загруженного в реактор абсолютно сухого сырья. Оптим. режимы гидролиза характеризуются гидромодулем 12-16 м3/т.

Гексозный гидролизат перед подачей на биохим. переработку необходимо предварительно подготовить с целью удаления содержащихся в нем примесей. Последние либо не утилизируются микроорганизмами - продуцентами этилового спирта и кормовых дрожжей, либо угнетают их жизнедеятельность (декстрины - продукты неполного гидролиза полисахаридов, взвешенные в-ва - мелкодисперсный лигнин и смолообразные продукты, альдегидыфурфурол, гидроксиметилфурфурол, формальдегид, соед. лигногуминового комплекса, коллоидные в-ва, нек-рые орг. к-ты). Подготовка гидролизата включает неск. стадий: инверсию (гидролиз) декстринов до моносахаридов (выдержка при атм. давлении и 100 °С или под давлением до 0,1 МПа при более высокой т-ре) в спец. аппарате, нейтрализацию гидроксидом Са и аммиачной водой до рН 4,0-5,6, очистку от взвешенных частиц в отстойниках и от вредных примесей коагуляцией их при охлаждении до 33-37 °С, адсорбцией активным углем и продувкой воздухом.

В спирто-дрожжевом произ-вс гидролизат, поступающий на переработку, наз. суслом. Входящие в его состав моносахариды (гексозы) сбраживают разл. расами дрожжей. Полученный продукт (бражка), содержащий 1-2% этилового спирта, концентрируют ректификацией. Выход 94-96%-ного спирта составляет 150-180 л (см. также Этиловый спирт).

Гидролизат, в состав к-рого входят неутилизируемые при спиртовом брожении пентозы и орг. к-ты (т. наз. барда), направляют на выращивание кормовых дрожжей. В случае чисто дрожжевого произ-ва все полученные гидролизаты используют для культивирования дрожжей, выход к-рых составляет до 220 кг (см. также Дрожжи кормовые).

Фурфурольно-дрожжевое производство. Применяют два способа получения фурфурола: прямой и из паров фракции самоиспарения гидролизатов. Первый способ заключается в орошении и пропитке к-той богатого пентозанами сырья (кукурузной кочерыжки, овсяной, хлопковой и рисовой шелухи, подсолнечной лузги, лиственной древесины), в нагревании его до 160-170 °С паром и послед. продувке им в течение 2-3 ч. В этих условиях содержащиеся в сырье гемицеллюлозы гидролизуются до пентоз, к-рые далее путем дегидратации в присут. катализаторов (к-т) превращ. в фурфурол. Последний, смешиваясь с водяным паром, удаляется в конденсационную систему. Непрерывный отбор фурфурола в реакц. зоне уменьшает степень его разложения. Конденсат содержит 3-4% фурфурола и 1-2% орг. к-т. Остаток после отгонки фурфурола (целлолигнин) подвергают перколяции с образованием гексозного гидролизата, из к-рого производят кормовые дрожжи.

С помощью второго способа фурфурол вырабатывают на спирто-дрожжевых предприятиях, извлекая его ректификацией (в кол-ве 0,2-0,4%) из конденсата фракции самоиспарения пентозного гидролизата. Товарный фурфурол по обоим способам получают ректификацией. Выход фурфурола при произ-ве первым способом до 60-100 кг, вторым - 5-6 кг.

Ксилозно-дрожжевое производство. В кач-ве сырья для получения ксилозы применяют растит. отходы (овсяную и хлопковую шелуху, кукурузную кочерыжку), в к-рых преобладают пентозаны (ксилан) и содержится миним. кол-во минер. и орг. примесей. Для их удаления сырье, предварительно пропитанное к-той, обрабатывают горячей водой. Процесс осуществляют в две ступени. На первой проводят перколяционный пентозный гидролиз при 140°С, что исключает гидролиз целлюлозы. Переработка гидролизата включает осветление его активным углем, отделение взвешенных в-в отстаиванием и фильтрацией, инверсию и ионообменную очистку от минер. и орг. примесей, упаривание р-ра и выделение ксилозы кристаллизацией (до 300 кг). послед. гидрированием ксилозы получают кристаллич. ксилит (до 125 кг). На второй ступени остаток после гидролиза - целлолигнин перерабатывают так же, как в произ-ве фурфурола. См. также Лесохимия.

Лит.: Шарков В. И., Куйбина Н. И., Химия гемицеллюлоз, М., 1972; Технология гидролизных производств, М., 1973; Корольков И. И., Перколяционный гидролиз растительного сырья, 2 изд., М., 1978. Е. С. Сапотницкий.


N-галогенимиды Габриеля реакция Гадолинии Газгольдеры Газификация нефтяных остатков Газификация твердых топлив подземная Газификация твёрдых топлив Газо-жидкостная хроматография Газоадсорбционная хроматография (гах) Газоанализаторы Газов осушка Газов очистка Газов разделение Газов увлажнение Газовая коррозия Газовая постоянная Газовая хроматография Газовые гидраты Газовые конденсаты Газовый анализ Газойль Газопроницаемость Газотурбинные масла Газотурбинные топлива Газофазная полимеризация Газы Газы нефтепереработки Газы нефтяные попутные Галактуроновая кислота Галлий Галлийорганические соединения Галлия антимонид Галлия арсенид Галлия галогениды Галлия оксиды Галлия фосфид Галловая кислота Галогенальдегиды и галогенкетоны Галогенангидриды карбоновыхкислот Галогенантрахиноны Галогениды Галогенирование Галогеноспирты Галогентионфосфаты Галогенфосфаты Галогенфосфины Галогенфосфиты Галогенцианиды Галогены Галохромия Галургия Гальвани-потенциал Гальванопластика Гальваностегия Гальванотехника Ганглиоблокирующиесредства Ганглиозиды Гапто Гастрин Гафний Гваякол Гей-люссака законы Гексаметапол Гексаметилендиамин Гексаметилендиизоцианат Гексаметиленимин Гексаметилентетрамин Гексан с6н14 Гексанитробензол Гексафторацетилацетон Гексафторацетон Гексафторбензол Гексафтордифенилолпропан Гексафторпропилен Гексафторпропиленоксид Гексахлор-1,3-циклопентадиен Гексахлорбензол Гексахлорксилолы Гексахлорциклогексан Гексахлорэтан Гексен Гексенал Гексил Гексоген Гексозы Гексокиназа Гели Гелий Гелиотропин Гелля -фольгарда -зелинского реакция Гельмгольца энергия Гем.. Гемицеллюлозы Гемоглобин Гемоцианины Ген Генетическая инженерия Генетический код Геном Генри закон Геометрические изомеры Геохимические классификации элементов Геохимические методы поисков полезных ископаемых Геохимические процессы Геохимия Гепарин Гептан Гептаналь Гераниол Гербе реакция Гербициды Германий Германийорганические соединения Германия оксиды Герметики Гесса закон Гестагены Гетероароматические соединения Гетерогенная система Гетерогенные реакции Гетерогенный катализ Гетеролитические реакции Гетерополисоединения Гетероциклические соединения Гетинакс Геттеры Гиацинт аль Гиббереллины Гиббса правило фаз Гиббса энергия Гиббса-дюгема уравнение Гибкие производства Гибридизация атомных орбиталей Гибридные методы анализа Гидантоин Гидр азиды карбоновых кислот Гидравлические жидкости Гидравлический транспорт Гидразиды арилсульфокислот Гидразин Гидразина замещенные органические Гидразоны Гидразосоединения Гидратация Гидратированный электрон Гидратроповый альдегид Гидратцеллюлозные волокна Гидраты Гидрдзильные радикалы Гидрид-ион Гидриды Гидрирование Гидрирования число Гидрогалогенирование Гидрогенизация жиров Гидрогенизация угля Гидрогенолиз Гидродеалкилирование Гидродеароматизация Гидродоочистка Гидрокортизон Гидрокрекинг Гидроксамовые кислоты Гидроксид-анион Гидроксиды Гидроксил Гидроксиламин Гидроксиламина производные органические Гидроксильное число Гидроксицитронеллаль Гидроксокомплексы Гидроксоний-ион Гидролазы Гидролиз Гидролизные производства Гидрометаллургия Гидромеханические процессы Гидрообессеривание Гидроочистка Гидропероксиды органические Гидросилилирование Гидросфера Гидротермальные процессы Гидротропы Гидрофильно-липофильный баланс Гидрофильность Гидрофобное взаимодействие Гидроформилирование Гидроформинг Гидрофосфорильные соединения Гидрофториды металлов Гидрохимия Гидрохинон Гидроцианирование Гиллеспи теория Гипероксиды Гиполипидемические средства Гипотензивные средства Гипофосфиты неорганические Гипофосфиты органические Гипохлориты Гипс Гипсохромный сдвиг Гистамин Гистидин Гистоны Гистохимия Глазурь Глиадины Гликоген Гликозиды Гликозиды сердечные Гликозилдиглицериды Гликозилтрансферазы Гликолевая кислота Гликоли Гликолиз Гликолипиды Гликопротеины Гликосфинголипиды Глимы Глины Глиоксаль Глиоксилатный цикл Глицеральдегидфосфатдегидрогеназа Глицериды Глицерин Глицериновый альдегид Глицидальдегид Глицидилметакрилат Глицидные эфиры Глицидол Глутаматдегидрогеназа Глутаматсинтаза Глутамин Глутаминовая кислота Глутаминсинтетаза Глутатион Глутатионредуктаза Глутатионтрансферазы Глюкагон Глюкоза Глюконеогенез Гольмий Гомберга - бахмана - хёя реакция Гомогенная система Гомогенные реакции Гомогенный катализ Гомолитические реакции Гомологизация Гомологический ряд Гомотопия Гонадолиберин Горение Гормоны Гормоны тимуса Горнохимическое сырьё Горчичное масло Горючесть Горючие сланцы Горячие атомы Гофмана - лёфлера реакция Гофмана реакции Гравиметрия Гравитационная постоянная Градирни Гракаускаса реакция Гранаты синтетические Граничных орбиталей теория Гранулирование Гранулиты Графит Графита соединения Графитопласты Графов теория Гремучая ртуть Гремучий студень Гризеофульвин Гриньяра реакция Гротгуса-дрейпера закон Грохочение Грунтовки Гуанамино-формальдегидные смолы Гуанидин Гуанин Гуанозин Гуанозинтетрафосфат Гудрон Гука закон Гуминовые кислоты Гуттаперча Кристаллы висмута