SU1765271A1 - Способ предотвращени карамелизации гидролизатов растительного сырь - Google Patents

Abstract

Использование: при водном гидролизе древесины и при кислотной инверсии гидро- лизатов. Сущность изобретени , в способе предотвращени  карамелизации гидроли- затов растительного сырь  в качестве дис- пергатора используют термолизат биомассы активного ила при концентрации 0,05-0,3%. Термолизат получают из отработанного активного ила путем обработки сус- пезии активного ила паром при 80-95°С в течение 1-3 ч с последующим сепарированием . 5 табл. с/ с

Description

Изобретение относитс  к целлюлозно- бумажной промышленности и может быть использовано при гидролизе растительного сырь , например, при водном гидролизе древесины и при кислотной инверсии гидро- лизатов.

Известен способ предотвращени  карамелизации гидролизатов древесины на стадии водного гидролиза при получении целлюлозы дл  химической переработки. Способ предусматривает введение кислотного гидролизата активного ила в количестве 0,04-1,0% от массы воды на стадии водного гидролиза древесины.

Недостатком данного способа  вл етс  необходимость проведени  технологического процесса в кислотоупорном оборудовании , так как разбавленные концентрации

серной кислоты (0,5-1%) привод т к сильной коррозии. Использование серной кислоты требует дополнительных капитальных затрат на организацию узла приема, хранени  и разведени  кислоты.

Кроме того, использование кислоты на стадии водного гидролиза приводит к увеличению расхода варочных(щелочных) реагентов при последующей сульфатной варке, что отрицательно сказываетс  на общей эффективности процесса.

Известны также способы предотвращени  карамелизации древесных гидролизатов на стадии их кислотной инверсии путем введени  добавок - концентрата сульфитного щелока или упаренной последрожжевой бражки.

Однако, данные способы не обеспечивают полного исключени  карамелизации

VJ Os СЛ

ю

-vl

древесных гидролизатов, так как вводимые добавки сначала перевод т лигниновые компоненты гидролизатов в гидрофильное состо ние, а затем при дальнейших технологических операци х, особенно в кислой среде, оп ть ведут к карамелизации за счет реакций автоконденсации лигнина, а также его конденсации с карбонильными соединени ми (фурфуролом, оксиметилфурфуро- лом, углеводами и т.д.). В результате этого происходит отложение образовавшейс  твердой карамели на оборудовании и трубопроводах , что приводит к необходимости остановки технологического процесса дл  чистки оборудовани , т.е. влечет за собой снижение эффективности производственного цикла. Кроме того, введение в качестве добавок концентрата сульфитного щелока и упаренной последрожжевой бражки отрицательно вли ет на качество гидролизата. Наличие в этих добавках органических веществ способствует резкому увеличению цветности и ухудшению биохимических показателей (ВПК и ХПК) как самого гидролизата , так и продуктов его дальнейшей биохимической переработки, а также отработанных стоков. Указанные недостатки подтверждаютс  данными работы Братского ЛПК и Байкальского ЦБК, где приведенные способы в насто щее врем  используютс  в качестве промышленных дл  предотвращени  карамелизации при водном гидролизе древесины.

Известен также способ инверсии древесных гидролизатов, в котором дл  предот- вращени  карамелизации ввод тс  сорбирующие добавки, такие как: опилки, гидролизный лигнин, разработанный асбест .

Недостатком этого способа  вл етс  невозможность после завершени  инверсии полного отделени  твердой фазы суспензии с сорбированной карамелью от гидролизата, полученного при водном гидролизе , что ухудшает качество инвертированных гидролизатов и продуктов их дальнейшей переработки, ведет к потер м гидролизата и, тем самым, отрицательно сказываетс  на эффективности производства .

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату в вл етс  выбранный в качестве прототипа способ предотвращени  карамелизации растительных гидролизатов при водном гидролизе, в котором способ предотвращени  карамелизации  вл етс  сопутствующим процессом и обеспечиваетс  за счет введени  суспензии

биомассы активного ила на стадии водного гидролиза древесины.

Недостатком данного способа  вл етс  низкое качество получаемых гидролизатов в

результате наличи  большого количества механических примесей, поступающих с водной суспензией активного ила, вз того из системы биологической очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства и

0 содержащего мелкую кору, волокна, опилки и т.д., сорбируемые илом. Кроме того , в процессе гидролиза древесины имеет . место и гидролиз самого ила, что позвол ет полностью перевести его в раствор, а вме5 сте с ним и все потенциально возможное, сорбированное илом при очистке сточных вод целлюлозно-бумажного производства, количество солей т желых металлов, что также отрицательно сказываетс  как на ка0 честве самого гидролизата, так и продуктах его дальнейшей переработки, а также промышленных стоков. Помимо этого возникают большие трудности при подаче суспензии активного ила с очистных соору5 жений в цеха основного производства, кото- рые, как правило, расположены на значительном рассто нии друг от друга. Содержащиес  в иле в значительном количестве механические включени   вл ютс 

0 причиной забивани  трубопроводов, что требует частых и продолжительных остановок производства на чистку и отрицательно вли ет на эффективность процесса.

Цель изобретени  - устранение отме5 ченных недостатков, а именно, улучшение качества получаемых продуктов и повышение эффективности процессов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известном способе предотвращени  кара0 мелизации гидролизатов растительного сырь  ввод т диспергатор на стадии водного гидролиза растительного материала.

Согласно изобретению, в качестве дис- пергатора дл  предотвращени  карамели5 зации гидролизатов растительного сырь  используют термолизат биомассы активного ила. Термолизат ввод т до концентрации 0,05-0,3%. Термолизат биомассы активного ила получают путем обработки суспензии

0 активного ила паром при 80-95°С в течение 1-3 ч с последующим его сепарированием дл  отделени  взвешенных частиц.

Активный ил представл ет собой ценоз бектерий, дрожжей, грибов, простейших

5 беспозвоночных, развивающихс  в сооружени х очистки сточных вод целлюлозного производства. Отработанные (избыточные) суспензии активного ила содержат большое количество механических примесей, также в р де случаев возможно наличие солей т желых металлов, сорбируемых клеточными стенками микроорганизмов активного ила. В процессе термолиза суспензии биомассы активного ила в течение 1-3 ч при 80-95°С, достигаемой за счет обогрева суспензии паром, происходит переход в раствор значительной части внутриклеточного содержимого микроорганизмов ила. При этом дл  обеспечени  полноты перехода клеточного содержимого в раствор весьма важно выдержать именно за вл емые параметры режима проведени  процесса. В раствор поступают пептиды, аминокислоты, белки, макро- и микроэлементы, витамины. Анализ аминокислотного состава термолизата ила показал наличие 18 индивидуальных аминокислот , суммарное содержание кбторых составл ет 15-20% от массы абсолютно сухих веществ термолизата ила Последующее сепарирование полученного термолизата позвол ет получить осветленный, очищенный от клеточных остатков и возможных механических примесей продукт. Введение термолизата биомассы активного ила в гидролизаты растительного сырь  способствует образованию нерастворимого лиг- нопротеинового комплекса, который предотвращает реакции автоконденсации и конденсации лигнина, экстрактивных веществ с углеводами, продуктами кислотного распада Сахаров (фурфуролом, оксиметил- фурфуролом и т.д) и исключает процесс образовани  твердой карамели, Кроме того, некоторые аминокислоты термолизата биомассы активного ила про вл ют поверхно- стно-активные свойства и также способствуют предотвращению конденсационных процессов лигниновых компонентов . Использование в качестве добавки такого осветленного термолизата биомассы активного ила способствует обогащению получаемых гидролизатов биогенными добавками , содержащимис  в термолизате и полностью исключает попадание в них клеточных остатков и различных механических примесей, что повышает качество как самих гидролизатов, так и продуктов их дальнейшей биохимической переработки, а также играет положительную роль в повышении эффективности производства вследствие сокращени  времени на профилактические чистки трубопроводов и оборудовани .

Концентраци  вводимого термолизата биомассы активного ила определена экспериментально и обусловлена требовани ми по полному предотвращению реакции конденсации и автоконденсации лигнина и экс- трактивных веществ с углеводами и продуктами их кислотного распада.

Отклонение от за вл емых пределов концентрации термолизата биомассы активного ила в сторону увеличени  технически и экономически нецелесообразно, а в

сторону уменьшени  ведет только к частичном св зыванию лигниновых веществ в лигнопротеиновый комплекс, т.е. снижаетс  эффект предотвращени  карамелизации гидролизатов, что отрицательно сказывает0 с  на качестве получаемых продуктов и эффективности производства.

Сопоставительный анализ за вл емого технического решени  с прототипом показывает , что в предлагаемом способе предот5 вращени  карамелизации гидролизатов растительного сырь  в качестве добавки, вводимой в гидролизаты, используют тер- молизат биомассы активного ила при концентрации 0,05-0,3%, причем термолизат

0 получают обработкой суспензии активного ила паром при 80-95°С в течение 1-3 ч с последующим его сепарированием дл  отделени  взвешенных частиц.

Технологи  способа предотвращени 

5 карамелизации гидролизатов растительного сырь  заключаетс  в следующем.

Расчетное количество термолизата биомассы активного ила подают насосом из сборника термолизата ила в сборник гор 0 чей воды, поступающей на гидролиз в варочный котел, где проводитс  водный гидролиз древесины, или в инвертор при кислотной инверсии водных гидролизатов и гидролизатов , полученных при кислом гидролизе, до

5 достижени  концентрации термолизата 0,05-0,3%.

Процесс водного гидролиза древесины осуществл етс  по известной технологии при гидромодуле 1:4,5, температуре 170°С в

0 течение 80 мин (режим водного гидролиза может несколько измен тьс  в зависимости от породы древесины и начальной температуры воды, подаваемой на гидролиз).

Процесс кислотной инверсии водных

5 гидролизатов и гидролизатов, полученных при кислом гидролизе, также осуществл етс  по известной технологии при концентрации минеральной кислоты 0,4-0,6%, температуре 98-100°С в течение 8 ч или при

0 температуре 140°С в течение 30 мин.

По окончании водного гидролиза и кислотной инверсии гидролизат отбирают и направл ют на дальнейшую биохимическую переработку.

5 Термолизат биомассы активного ила получают из избыточного (отработанного) активного ила, после предварительного сгущени  его в илоуплотнител х до концентрации по сухому веществу 25-40 г/л. Сгущенный ил насосом подают в сборник с

теплоизол цией, где провод т 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 врем  термообработки. По окончании процесса термолизат насосом подают на сепарацию (центрифугирование, флотаци , сепараци ) дл  отделени  взвешенных частиц . Отделенный термолизат далее подают в производство.

Технологи  предотвращени  карамели- зации растительных гидролизатов подтверждаетс  следующими конкретными примерами осуществлени  изобретени , причем примеры 1-6 относ тс  к процессу водного гидролиза, примеры 7-13 - к процессу инверсии гидролизатов, полученных при водном гидролизе при атмосферном давлении, примеры 14-25 - к процессу ин- версии гидролизатов при повышенном давлении , примеры 26-32 - к инверсии гидролизатов, полученных при кислотном гидролизе.

Дл  сравнени  по получаемым резуль- татам с прототипом в качестве диспергато- ра беретс  0,5% добавки суспензии биомассы активного ила.

Контрольный опыт. В автоклав с электрообогревом , объемом 10 л загружают воз- душно-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 сто нка при 170°С в течение 80 мин. Затем сбрасывают давление и отбирают через нижний штуцер полученный гидролизат дл  дальнейшей биохимической переработки. Гидролизат мутный, светло-коричневого цвета, из него выпадает на дно и стенки колбы темноокрашенный карамелеподоб- ный осадок.

В гидролизате определ ют рН и редуцирующие вещества (Р.В.), дают характеристику выпадающим карамелеподобным осадкам (данные представлены в табл. 1).

Предгидролизованную водой щепу подвергают сульфатной варке и отбелке с получением целлюлозы дл  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 суспензию биомассы центрифугируют, от- дел   термолизат (надосадочную жидкость), и используют.

В автоклав объемом 10 л загружают древесину сосны (щепа размером 20x15x3). Заливают подогретую до 80°С воду, в которую

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 циркул ции . При 150°С делают терпентинную сдув- ку.

Гидролизную варку провод т при 170°С в течение 80 мин. По окончании водного гидролиза давление в автоклаве сбрасывают до атмосферного и отбирают гидролизат через нижний вентиль в стекл нную колбу. Определ ют рН и Р.В. В сравнении с контрольной пробой гидролизат более прозрачный , на дно колбы выпадает рыхлый осадок, который при перемешивании легко переходит во взвешенное состо ние. По истечении 10-15 мин после отбора гидролизата имеет место образование небольшого количества карамелеподобного плотного осадка. Данна  конструкци  термолизата активного ила недостаточна дл  предотвращени  караме- лизации (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, отдел ют термолизат и его используют.

Водный гидролиз сосновой щепы провод т по режиму, указанному в примере 1, но подогретую воду, подаваемую на пред- гидролиз, 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 карамеле- подобный осадок. рН 3,7, Р.В.2,1% (табл. 1).

Пример 3. Термолиз биомассы ила провод т 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 провод т по режиму, указанному в примере 1. В подогретую воду до 70-80°С, подаваемую на гидролиз, добавл ют 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, образовавшийс  лигнопротеиновый осадок рыхлый, легко фильтруетс , при перемешивании переходит во взвешенное состо ние, затем быстро оседает (табл. 1).

Пример 4. Режим получени  термолизата биомассы ила и режим водного гидрелиза аналогичны режимам, указанным в примере 1,

Концентраци  термолизата биомассы активного ила составл ет 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 (Р.В.2,10, рН 3,7). Выпадени  твердых ка- рамелеподобных осадков из гидролизата не отмечено. Взвешенные вещества в гидроли- зате быстро оседают, образу  рыхлый осадок , который легко отфильтровываетс . Гидролизат светлый, прозрачный, из него после фильтрации дополнительно не выпадает осадок, даже при длительном хранении пробы.

Пример 5. Получение термолизата биомассы активного ила провод т согласно примера 2. Водный гидролиз сосновой щепы осуществл ют по режиму примера 1

В подогретую до 70-80°С воду дабавл - ют термолизат биомассы активного ила до концентрации 0,3% и заливают в автоклав до модул  1:4,5. Гидролизат содержит взвешенные вещества, которые быстро оседают, образу  при этом рыхлый осадок, который легко фильтруетс . Образовани  твердых карамелеподобных осадков не наблюдаетс . Гидролизатсветлый по сравнению с контролем , прототипом и производственной пробой. После фильтрации взвешенных веществ из него дополнительно не выпадают осадки (Р.В.2%, рН 3,6) (табл. 1).

Пример 6 Термолиз биомассы ила провод т по режиму, указанному в примере 3. Водный гидролиз щепы по примеру 1. Концентраци  термолизата биомассы активного ила составл ет 0,4%.

По окончании процесса водного гидролиза в полученном гидролизате твердых карамелеподобных осадков не обнаружено, Гидролизат содержит взвешенные вещества , которые легко фильтруютс  быстро оседают , плотных осадков не образуют Но имеет место разбавление гидролизата перед инверсией,что технически и экономически нецелесообразно (Р.В 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 образовани  твердой карамели (плотного осадка). При концентрации ниже0,05% имеет место образование небольшого количества карамели. Введение термолизать 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  вл етс  экономически нецелесообразным.

Следующа  сери  опытов была проведена по предотвращению карамелизации при кислотной инверсии гидролизатов, полученных при водном гидролизе при температурах 96-100, 140 и 160°С, а также при

0 инверсии кислых гидролизатов (рН 1).

Контрольный опыт. Данный пример выходит за пределы, указанные в формуле,

В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гидролизата, добавл ют

5 2,5 мл концентрированной серной кислоты (,84) из расчета 0.5%-ной концентрации в гидролизате, рН при этом равен 1. Содержимое колбы перемешивают, соедин ют с обратным холодильником и провод т ин0 версию на кип щей вод ной бане при температуре 98-100°С в течение 8 ч. По окончании процесса инверсии содержимое колбы охлаждают и определ ют Р.В. До инверсии Р.В.2,4%, после - Р.В.4,4%, при5 рост Р.В. составил 83,3%. После инверсии на дне и стенках колбы темно-коричневый осадок, плотный, блест щий (механически удал етс  с трудом, раствор етс  только в щелочи при нагревании) (табл. 2).

0

Пример 7. Термолизат биомассы активного ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживают в течение 3 ч при температуре 80°С. По окончании

5 процесса термолиза суспензию биомассы ила центрифугируют, отдел   термолизат от клеточных остатков, и его используют.

В колбу на 750 мл наливают 500 мл гидролизата , 2,5 мл концентрированной сер0 ной кислоты и добавл ют 10 мл термолизата биомассы активного ила концентрацией 15 г/л абс.с. в. до достижени  массовой доли термолизата ила в гидролизате 0,03%. Содержимое колбы тщательно перемешивают,

5 соедин ют с обратным холодильником и провод т инверсию на кип щей вод ной бане при 98-100°С в течение 8 ч. Р.В. до инверсии 2,4%, после инверсии - 4,5%, прирост Р.В. составил 87,5%. Взвешенные

0 вещества быстро оседают, образу  рыхлый осадок; на дне и стенках есть небольшое количество плотного осадка, который при интенсивном перемешивании отстает от дна и стенок колбы (табл. 2). Концентраци 

5 термолизата биомассы ила недостаточна дл  предотвращени  карамелизации.

Примеры 8-11. Термолизат биомассы ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживании в течение 2 ч при 90°С. По окончании термолиза суспензию

ила центрифугируют, отдел   от клеточных остатков, и используют термолизат.

Опыты по инверсии в примерах 8-11 провод т аналогично примеру 7, количество вводимого термолизата биомассы активно- 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 Р.В. после инверсии составил 91,7%. Во всех опытах имело место образование рыхлого неприли- лающего к стенкам и ко дну колб осадка. Осадок после перемешивани  быстро оседает ,, легко фильтруетс , из отфильтрованной пробы дополнительно не выпадает осадок даже при продолжительном выдер- живании колб (табл.2).

Прим-еры 12 и 13. Опыты проведены с использованием термолизата биомассы активного ила, полученного при нагревании суспензии ила в течение одного часа при 95°С.

Опыты поставлены аналогично примеру 7. Количество добавл емого при инверсии термолизата биомассы активного ила (15 г/л 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 Р.В. после инверсии. Характер осадка был аналогичен осадкам в опытах 8-11 (табл. 2).

Как следует из данных табл. 2 проведение процесса кислотной инверсии гидроли- затов, полученных при водном гидролизе с добавками термолизата биомассы активного ила до концентрации 0,05-0,3% исключа- ет процесс образовани  карамелеподобных осадков. При добавке, меньшей, чем 0,05%, имеет место образование небольшого количества плотного осадка, а введение термолизата активного ила более 0,3% снижает экономические показатели процесса инверсии за счет увеличени  серной кислоты и пара.

Примеры 14-20.-Дл  опытов использовали термолизат биомассы активного ила, полученный при нагревании до 80°С и выдерживании в течение 1 ч с последующим отделением клеточных остатков микроорганизмов .

В данной серии опытов процесс кислот- ной инверсии гидролизатов с добавкой тер- молизата биомассы активного ила проводили при 140°С в течение 30 мин. В лабораторные батарейные автоклавы объемом 700 мл наливают по 500 мл гидролизата после водного гидролиза по 2,5 мл концентрированной серной кислоты и добавл ют 0,03-0,5% термолизата активного ила (по сухому веществу), затем автоклавы помещают в глицериновую баню, поднимают температуру до 140°С и выдерживают при 140°С в течение 30 мин. В качестве контрол  провод т инверсию гидролизата без введени  добавки термолизата биомассы активного ила. По способу прототипа кислотную инверсию провод т 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.

Примеры 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 Р.В. после инверсии не снижаетс  (примеры 14-21). Повышение температуры кислотной инверсии до 160°С показало, что введение термолизата активного ила как диспергатора дл  предотвращени  карамелизации уже не сказываетс  положительно. 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 соедин ют с обратным холодильником и провод т инверсию на кип щей вод ной бане при 98-100°С в течение 60 мин, По окончании инверсии содержимое колбы охлаждают и определ ют Р.В., рН (Р.В.2,7, рН 1, прирост Р.В,8%). На дне и стенках колбы плотный налет осадка, при интенсивном перемешивании содержимого колбы осадок не отстает. В гор чей воде не раствор етс , растворим только в щелочи при нагревании (табл. 4).

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

Дл  опытов приготавливали термолизат биомассы активного ила путем нагревани  суспензии ила при 90°С в течение двух часов с последующим его центрифугированием дл  отделени  от клеточных остатков,

В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гадролизата (рН 1, кислотность - 0,5%, Р.В.2,5%), приливают 10 мл термолизата биомассы активного ила концентрацией 15 г/л абс. сухих веществ до достижени  массовой доли термолизата ила

в гидролизате 0,03%. Содержимое колбы перемешивают, соедин ют с обратным холодильником и провод т инверсию при 100°С в течение 60 мин. После инверсии Р.В.2,7%, рН 1, прирост Р.В. 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).

Примеры 27-30. Термолиз биомассы активного ила провод т при нагревании паром при 95°С в течение 2 ч,

Опыты по предотвращению карамели- зации при инверсии гидролизатов в примерах 27-30 провод т 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%. В этих опытах прирост Р.В. после инверсии во всех случа х составил 8,0%. Образовани  плотных осадков не наблюдалось. Взвешенные вещества быстро оседают, образу  рыхлый осадок, который легко и быстро фильтруетс . Р.В. до инверсии 2,5%, после инверсии -2,7%, рН 1 (табл.4).

Примеры 31 и 32. Дл  опытов готовили термолизат биомассы активного ила путем нагревани  суспензии ила при температуре 90°С в течение двух часов с последующим центрифугированием.

Опыты проведены аналогично примеру 26, концентраци  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 наблюдаетс . Образующийс  осадок рыхлый, который легко и быстро фильтруетс  (табл. 4),

Из табл, 4 видно, что введение термолизата биомассы активного ила в гидролизат при инверсии до концентрации 0,05-0,3% исключает процесс образовани  карамели. Добавка термолизата ила менее 0,05% не исключает полностью образовани  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 дл  обеспечени  рН среды не выше 1 и снижает экономичность процесса.

За вл емый способ предотвращени  карамелизации гидролизатов, полученных при водном гидролизе, и гидролизатов при инверсии, т.е. на стадии их подготовки к

биохимической переработке был оценен с точки зрени  биологической доброкачественности . Выращивание дрожжей рода Кандида проводили на некоторых образцах

гидролизатов после водного гидролиза и гидролизатов после инверсии с добавками термолизата биомасы активного ила (табл. 5).

Из данных табл. 5 следует, что введение

0 термолизата биомассы активного ила в гидролизат способствует повышению биологической доброкачественности гидролизатов за счет биологически активных веществ термолизата ила, кроме того, экстрактивные ве5 щества гидролизата, такие как фенолы, таннины, лигнины и другие св зываютс  белковыми компонентами термолизата ила и исключаетс  при этом их токсичное действие на процесс роста дрожжей и синтез бел0 ка. Добавка термолизата ила при инверсии гидролизатов способствовала увеличению выхода дрожжей от Р.В. на 2,1-14,5% по сравнению с прототипом и на 9,7-23,1 % по сравнению с контрольным опытом, т.е. без

5 введени  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.

Введениетермолизата биомассы актив0 ного ила при инверсии гидролизатов не только исключило карамелизацию, но способствовало увеличению выхода дрожжей от Р.В. на 2,1-10,8% по сравнению с прототипом и на 7,1-16,2% с контролем. Массо5 ва  дол  истинного белка увеличиваетс  на 1,2-8,1% по сравнению с прототипом и на 14,4-22,1 % с контролем.

Технико-экономические преимущества за вл емого способа позвол ют: полностью

0 предотвратить образование карамели при гидролизе древесины, при кислотной инверсии гидролизатов; сократить врем  отбора гидролизата, полученного при водном гидролизе , за счет исключени  постепенного

5 уменьшени  диаметра трубопроводов при отложении карамели; уменьшить простои оборудовани  за счет исключени  чистки емкостей и трубопроводов от карамели; исключить затраты ручного труда при чистке

0 оборудовани  и трубопроводов от карамели; улучшить качество целлюлозы, получаемой из предгидролизованной щепы, по показателю сорности в результате исключени  твердой карамели из гидролизатов;

5 повысить биологическую доброкачественность гидролизатов при водном гидролизе и гидролизатов как субстратов дл  получени  кормовых дрожжей за счет обогащени  их биогенными компонентами, содержащимис  в термолизате биомассы активного ила

(пептиды, белки, аминокислоты, витамины группы В, макро- и микроэлементы); увеличить при биохимической переработке гид- ролизатов выход дрожжей до 10,8-14,5% и массовую долю истинного белка до 8,1- 9,3%; создать предпосылки дл  лучшего обезвоживани  клеточных остатков биомассы ила после термообработки и отделени  осветленного термолизата, что очень важно при организации узла обезвоживани  и ути- лизации осадков сточных вод.

Ожидаемый экономический эффект от внедрени  предполагаемого изобретени  на базе Братского ЛПК составл ет 244,3 тыс. руб./год. При расчете экономической эффективности за базовый вариант прин ты Технико-экономические показатели производства кордной целлюлозы с водным предгидролизом за 1989 год на ПО Братскцеллюлоза. Согласно этим показател м расход сульфитно-дрожжевой бражки дл  предотвращени  карамелизации при водном гидролизе древесины составил 4 кг по абс, сухому веществу на 1 т целлюлозы по варке. Производство целлюлозы в 1989 году составило 228 тыс.т.

Цена 1 т сульфитно-дрожжевой бражки (включа  транспортные расходы по доставке с Соликамского ЦБК) составила 146,6 руб.

Экономи  за счет исключени  подачи

сульфитно-дрожжевой бражки на предгид- ролиз составит:

;оота Ш7тысру6/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 исключени  ручного труда при чистке инверторов от карамели при инверсии тидролизатов составит:

Э 1100x4x6 26,4 тыс.руб.

Чистка одного инвертора на Братском биолесохимическом заводе стоит 1100 руб. Инвертор чист т 4 раза в год. При производительности дрожжевого цеха 20 тыс.т. дрожжей в год необходимо иметь в работе 6 инверторов.

Аналогично экономический эффект от исключени  ручного труда при чистке ин

верторов и трубопроводов от карамели при инверсии гидролизатов на Братском биолесохимическом заводе составит:

Э 1100x4x10 44 тыс.руб.

Термолизат биомассы активного специально не оценивали в св зи с тем, что активный ил относитс  к неиспользуемым отходам производства. Однако его косвенной оценкой могут служить те затраты , которые обусловлены включением в технологическую схему узла приготовлени  термолизата ила, Обслуживание узла приготовлени  ила потребует создани  дополнительного рабочего места. При трехсменной работе дополнительные расходы на оплату труда четьТрех человек состав т сумму около 13 тыс.руб. в год. При ориентировочном размере капитальных вложений 100 тыс.руб. величина сопр женных с ними текущих расходов (амортизаци , ремонт, содержание оборудовани ) составит около 10 тыс. руб. в год.

Таким образом, годовые затраты на приготовление термолизата активного ила состав т:

13000+10000 23 тыс.руб./год.

(При внедрении за вл емого способа предотвращени  карамелизации окупаемость капзатрат составит 0,5 года).

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

Эгод(133,7+53,2+26,4+44,0)-23,0 244,3 тыс.руб.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ предотвращени  карамелизации гидролизатов растительного сырь  путем введени  в них диспергатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса, в качестве диспергатора используют термолизат биомассы активного ила с концентрацией 0,05-0,3%, полученный обработкой суспензии активного ила паром при температуре 80-95°С в течение 1-3 ч с последующим его сепарированием.

   Таблица

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

   ТаблицаЗ

   Инверси  гидролизатов, полученных при водном гидролизе, с добавками термолизата биомассы активного или при ЙО и 1бО°С

   2,3 2,3

   2,3 2,3

   2,2 2,2

   М 4,0

   4,0 4,0

   3,7 3,7

   3,8

   Инверси  при 1бО С (пример 21-25)

   Контроль 2,3 3,5

   2,3

   2,3 2,3

   2,3 2,3

   3,6

   3,5 3,6

   3,6 3,6

   3,5

   количество плотного карамелеподобного осадка

   Имеет место образование рыхлого, легко фильтруемого осадка

   Плотных отложений на стенках автоклава нет

   Осадок рыхлый, легко фильтруетс , но снижаетс  прирост Р.В.

   72,7

   Осадок рыхлый, легко фильтруетс , но прирост Р.В. незначительный

   Большое количество карамели на стенках автоклава

   На стенках автоклава тверда  плотна  карамель

   52,5

   На стенках автоклава и на дне плотна  карамель

   Инверси  гидролизатов, полученных при кислотном3гидролиУе с добавками термолизата биомассы активного ила

   Таблица 5

   Выращивание дрожжей на гидролизатах, полученных при водном гидролизе, и гидролиэатах после инверсии с добавкой термолизата биомассы ила

   Гидролизат, полученный при водном гидролизе после инверсии