Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Переработка отходов производства растительных масел. Учебное пособие
.pdf
При охлаждении гидролизата в испарителе метанол, уксусная
и муравьиная кислоты большей частью переходят в паровую фазу
и конденсируются с водяными парами в решоферах. Отделение фурфурола от этих примесей и получение его в концентрированном
и очищенном виде осуществляют при ректификации конденсата
на специальных фурфурольных установках по технологической схеме, представленной на рис. 1.7 [4].
Рис. 1.7. Схема получения фурфурола из решоферных конденсатов:
1 – бак; 2 – насос; 3 – теплообменник; 4 – истощающая колонна; 5 – дефлегматор;
6 – метанольная колонна; 7 – дефлегматор метанольной колонны; 8, 13 – холодильники;
9, 15 – эпруветки; 10, 12, 16 – сборники; 11, 14 – декантаторы [4]
Конденсат паров самоиспарения предварительно подогревают до
температуры 85–90 °С в теплообменнике 3 и передают в первую колонну 4, которая служит для удаления всех низкокипящих продуктов.
Из дефлегматора 5 этой колонны отбирают конденсат, содержащий
около 2 % фурфурола. Конденсат направляют на питающую тарелку
второй (метанольной) колонны 6, в которой проводят укрепление
фурфурола и отделение метанольной фракции. С верхней (49–50-й)
тарелки колонны отбирают концентрированную метанольную фракцию. Эту фракцию через холодильник 8 и эпруветку 9 направляют в
21
сборник 10. Фурфурол-сырец отбирают из декантатора 14 через
эпруветку 15 в сборник 16, а фурфурольная вода возвращается на 25ю тарелку колонны 6. Очистку фурфурола производят путем дополнительной перегонки под вакуумом.
Полученный из подсолнечной лузги гексозный гидролизат можно
перерабатывать с получением этилового спирта, применяя чистую
культуру дрожжей родов Saccharomyces и Shizosaccharomyces. В
настоящее время в связи с увеличением выработки дешевого этанола
из нефтяных газов производство этилового спирта из подсолнечной
лузги является недостаточно экономически выгодным, поэтому гексозные и пентозные гидролизаты перерабатывают для получения
кормовых дрожжей.
На пентозно-гексозных гидролизатах подсолнечной лузги после
удаления фурфурола выращивают кормовые дрожжи. Схема производства кормовых дрожжей представлена на рис. 1.8 [4].
Рис. 1.8. Схема производства кормовых дрожжей:
1 – чан для выращивания чистой культуры дрожжей; 2 – дрожжерастильный чан;
3 – сепараторы; 4 – вакуум-фильтр; 5 – плазмолизатор; 6 – сборник; 7 – насос;
распылительная сушилка; 9 – циклон; 10 – воздуходувка; 11 – скруббер [4]
8 –
22
Гидролизат из аппаратов через испаритель выдают в нейтрализаторы дрожжевого цеха, где его продувают воздухом или паром в течение 5–6 ч для удаления фурфурола, затем нейтрализуют до рН 4,5–
4,6 и насосом подают в отстойник. Осветленный нейтрализат охлаждают в пластинчатых теплообменниках. В сусло вносят питательные вещества – сульфат аммония и аммонфос, разбавляют водой (на
14 м3 сусла 3–5 м3 воды) до содержания редуцирующих сахаров 2 % и
направляют для выращивания дрожжей в два параллельно действующих железобетонных инокулятора емкостью по 210 м3 каждый. Скорость подачи сусла в инокуляторы составляет 14 м3/ч; объем бродящей массы составляет 80–85 м3, температура 38–39 °С. Для выращивания дрожжей применяют чистую культуру СД-10 дрожжей
Saccharomyces cerevisie. Концентрацию остаточных редуцирующих
сахаров в инокуляторах поддерживают на уровне 0,15–0,20 %. Выход
дрожжей по редуцирующим сахарам составляет 90–92 %. Из инокуляторов с высоты 1–1,2 м дрожжевую суспензию сначала подают
в первую группу сепараторов, а затем – в два промывных сборника
(объем каждого составляет 10 м3), откуда вместе с водой направляют
во вторую группу сепараторов, где дрожжи отмывают и концентрируют. Из промывного сборника после первой группы сепараторов
непрерывно ведут подсев дрожжей (10–15 % от общего количества
отбираемой из инокулятора суспензии). Шесть раз в сутки засевные
дрожжи в количестве 2 м3 из малых инокуляторов отделения чистой
культуры подают в большие инокуляторы. Концентрат, полученный
после второй группы сепараторов, содержит 300–400 г/л дрожжей,
и его дальнейшее обезвоживание до влажности 75–78 % проводят
на двух горизонтальных барабанных вакуум-фильтрах типа Б-20
с поверхностью фильтрации по 20 м2. Вакуум в системе, создаваемый
вакуум-насосом РМ-3, поддерживают на уровне 700–740 мм рт. ст.
Производительность вакуум-фильтра в пересчете на сухие дрожжи
составляет 100–130 кг/ч, или 2,6–3,0 т/сутки. Фильтрат из ресиверов
возвращают в сборник для промывки дрожжей. Расход фильтроваль-
2
ной ткани (хлопчатобумажной диагонали) составляет 3,5–4 м
23
на 1 т
сухих дрожжей. После вакуум-фильтров дрожжи подвергают плазмолизу в течение 1–1,5 ч в двух плазмолизаторах емкостью по 4,5 м3 при
непрерывном помешивании. Жидкий однородный плазмолизат
дрожжей насосом перекачивают в сборник сушильного отделения,
а оттуда – в распределительный диск распылительной сушилки МТР-
500. Расход пара на сушку дрожжей составляет 1,5 т/ч. Производительность сушилки – 3,5–3,8 т сухих дрожжей в сутки. Полученный
после сушки тонкий дрожжевой порошок светло-коричневого цвета
с влажностью 3–8 % упаковывают в крафт-мешки по 25–30 кг
и транспортируют на склад.
Получаемые дрожжи содержат 45–52 % общего белка, 38–43 %
истинного белка, 4–9 % золы. Выход сухих дрожжей из 1 г подсолнечной лузги при сбраживании предгидролизата составляет 60–65 кг,
а при использовании гидролизата – 180–200 кг. Переработка подсолнечной лузги на кормовые дрожжи имеет сравнительно невысокую
рентабельность – около 8 %, в то время как рентабельность при производстве кормовых дрожжей из древесных отходов составляет 26 %.
Пентозно-гексозные гидролизаты подсолнечной лузги в смеси со
свеклосахарной мелассой хорошо сбраживаются маслянокислыми бактериями рода Clostridium butyricum с образованием ацетона, бутанола и
этанола. Для культивирования наиболее благоприятны среды, содержащие 40–60 % гидролизата. Удовлетворительные результаты получены также при сбраживании гидролизата подсолнечной лузги без мелассы. Общий выход растворителей составляет 36–38 %, а выход бутилового спирта – 24–26 % от введенного сахара при концентрации сахара в
сбраживаемой среде 3,5 %. Длительность брожения при рН 6,5–6,8 и
температуре 37 °С составляет 48–54 ч. Содержание бутанола в процессе
брожения достигает 60 % от суммы растворителей.
Получение фурфурола прямым методом из подсолнечной лузги
и хлопковой шелухи с применением в качестве катализатора серной
кислоты проводят в неподвижных или вращающихся автоклавах
(гидролизаторах) при повышенном давлении по технологической
схеме, представленной на рис. 1.9 [4]. Лузгу со склада элеватором 2
24
подают на транспортер, взвешивают на ленточных весах 3 и загружают во вращающиеся горизонтальные гидролизаторы 4. Одновременно при загрузке лузгу смачивают разбавленной серной кислотой
(12–15%-ным раствором) в количестве от 33 до 40 % по отношению
к весу абсолютно сухой лузги (гидромодуль 0,33–0,4). Раствор кислоты приготавливают в отдельном баке 5 смешиванием концентрированной кислоты, поступающей из мерника 6, с горячей оборотной водой. После загрузки гидролизатор закрывают, приводят во вращение
и пускают острый пар для нагрева до заданной по режиму температуры (давления). По достижении нужного давления (3 атм) начинают
отбор пара, содержащего фурфурол, и с этого момента подача и отбор
пара регулируют автоматически.
Рис. 1.9. Схема технологического процесса прямого получения фурфурола
(по методу фирмы Квакер Оато):
1 – бункер для сырья; 2 – элеватор; 3 – весы; 4 – гидролизатор; 5 – смесительный бак;
6 – мерник кислоты; 7 – регенератор тепла; 8 – отгонная колонна; 9 – сушилка;
10 – разрыхлитель; 11 – декантатор; 12 – конденсатор-холодильник;
13 – метанольная колонна; 14 – обезвоживающая колонна; 15 – холодильник;
16 – вакуум-приемник; 17 – сборник фурфурола; 18 – сборник легких фракций;
19 – транспортер [4]
Процесс отгонки фурфурола продолжают 2,5–3 ч при при добавочном давлении 3 ати. Отбираемый пар проходит через сепаратор
циклонного типа в теплорегенерационную установку 7, предназначенную для использования теплоты конденсации отборного пара и
получения свежего пара из чистой воды. Затем фурфурольный кон-
25
денсат подают через дроссельный вентиль на питающую тарелку отгонной колонны 8, в которой происходит отгонка фурфурола и других легколетучих продуктов. Из этой колонны пар, содержащий около 20 % фурфурола, подают в конденсатор-холодильник 12, а образовавшуюся водно-фурфурольную эмульсию направляют в декантатор
11. Из декантатора фурфурол-сырец, содержащий 5 % воды, направляют в колонну 13 для выделения легкокипящих фракций, которые
собирают в сборнике 17. Пары, содержащие около 35 % фурфурола,
отбираемые из верхней части обезвоживающей колонны 14, конденсируют в конденсаторе-холодильнике 12, а конденсат направляют в
декантатор 11. Обезвоженный фурфурол отбирают снизу колонны 14,
охлаждают в холодильнике 15 и направляют в сборник 17 склада готовой продукции.
Лузга перерабатывается как в неизмельченном виде, так и после
предварительного размола на вальцах. Измельчение позволяет увеличить насыпной вес лузги и тем самым лучше использовать рабочий
объем гидролизатора.
Средняя концентрация получаемого фурфурола колеблется от 4,3
до 5 %. Выход фурфурола составляет около 6–8 % от веса абсолютно
сухой подсолнечной лузги, а при переработке хлопковой шелухи – 5–
6,5 % от веса абсолютно сухого сырья. Расход пара – 25–30 кг на 1 кг
готового фурфурола.
Основным недостатком фурфурольно-гексозного метода переработки подсолнечной лузги является чрезвычайно низкая степень использования сырья, так как в результате дегидратации получается
остаток, составляющий до 65–80 % от веса исходного сырья. Он состоит из лигнина, продуктов глубокого разрушения углеводов и целлюлозы, при дальнейшем использовании которых возникают большие трудности. После освобождения остатка от кислоты его можно
использовать для изготовления топливных брикетов, в качестве
наполнителя в производстве пластмасс или как составную часть при
производстве смешанных удобрений.
26
Переработка лузги по фурфурольно-гексозному методу имеет свои
преимущества. При использовании данного метода переработки подсолнечной лузги повышается производительность оборудования
и снижается расход тепла. По фурфурольно-гексозному методу фурфурол из подсолнечной лузги получают прямым путем с последующим
гидролизом целлолигнина и использованием гексозных гидролизатов
для производства кормовых дрожжей. Обработку лузги проводят на
специальной установке (рис. 1.10) [4], где ее смачивают небольшим количеством (0,3–0,4 м3/т) 8%-ной серной кислоты, а затем одновременно
подвергают гидролизу и дегидратации в гидролизаторе.
Рис. 1.10. Схема установки для пропитки сырья раствором серной кислоты
перед загрузкой его в гидролизатор:
1 – мерник серной кислоты; 2 – насос плунжерный; 3 – виндфляж; 4 – бачок постоянного
уровня; 5, 8 – клапаны регулирующие; 6 – ротаметр РЭД-03; 7, 9 – регуляторы ЭПИД-03;
10 – указатель скорости подачи сырья ЭПИД-01; 11 – смеситель; 12 – инжектор воздушный;
13 – пропитыватель; 14 – редуктор-вариатор [4]
Лузгу перед гидролизом необходимо размалывать на вальцах типа Вс-5; при этом насыпной вес ее увеличивается до 140 кг/м3. Пропитанную кислотой лузгу при помощи редуктора-вариатора подают
27
в гидролизатор и быстро прогревают. После того как давление в аппарате достигнет 7 ати, пары, содержащие фурфурол, отгоняют,
а давление постепенно поднимают до 8,5 ати. Скорость подачи пара
и отбора конденсата составляет 5 м3/ч. Перед гексозным гидролизом
в аппарат подают 0,65%-ную серную кислоту, после чего начинают
перколяцию, а давление поднимают до 13 ати. Скорость подачи кислоты и выдачи гидролизата при перколяции составляет 18 м3/ч. Целлолигнин гидролизуют 0,55%-ной серной кислотой при давлении, доходящем до 12 ати. Скорость подачи раствора и выдачи гидролизата
составляет 14 м3/ч. Модуль отбора фурфурольного конденсата равен
примерно 2,6 м3/т, гидролизата – 10 м3/т.
Преимуществами фурфурольно-гексозного прямого метода получения фурфурола являются лучше использование оборудование, почти двукратное увеличение производительности цеха по сравнению
с методом дегидратации пентозных гидролизатов, высокий выход
фурфурола и соответственно уменьшенный выход сахаров, достижение 58–65%-ной степени использования полисахаридов лузги.
Раздельные методы переработки подсолнечной лузги путем гидролиза содержащихся в ней полисахаридов не позволяют рационально использовать все компоненты лузги. Поэтому экономически более
целесообразна комплексная химическая переработка лузги с последовательным сочетанием различных технологических методов, позволяющих эффективно использовать также негидролизуемый остаток –
лигнин. Гетерогенное каталитическое превращение полисахаридов
растительного сырья в монозы и их производные является наиболее
прогрессивным методом современной химии и технологии переработки углеводсодержащего сырья.
При комплексной химической переработке лузги получаемые при
гидролизе полисахаридов монозы биохимически перерабатывают
с получением белково-витаминных дрожжей, этилового и бутилового
спиртов, органических кислот и других продуктов; из моноз путем кристаллизации получают глюкозу и ксилозу; гидрированием – высшие
полиолы (ксилит, сорбит) и их гидрогенолизом – глицерин, этиленгли-
28
коль и пропиленгликоль; дегидратацией моноз получают фурфурол,
оксиметилфурфурол, левулиновую кислоту и их производные, лигнин
перерабатывают путем термолиза на угли, фенолы и плиты [4].
Существует термический метод переработки подсолнечной лузги,
который дает возможность одновременно с фурфуролом получать
ценные химические продукты: уксусную кислоту, метанол, ацетон,
фенолы, активный уголь. Технологическая схема установки для комплексной переработки лузги показана на рис. 1.11 [4].
Рис. 1.11. Схема опытной установки комплексной
химической переработки растительных отходов:
1 – бункер; 2 – мерник; 3 – смеситель; 4 – шнек-гидролизатор непрерывного действия;
5 – реторта непрерывного действия; 6 – котел-утилизатор; 7 – печь активации;
8 – холодильник; 9 – сборник; 10 – насос; 11 – колонна предварительного отгона фурфурола;
12 – вакуумная колонна; 13 – экстрактор; 14 – колонна; 15 – скруббер [4]
Измельченную подсолнечную лузгу из бункера 1 подают в смеситель 3, сюда же из мерника 2 направляют соляную кислоту или лютер из колонны первой отгонки фурфурола. Затем массу подают
в шнек-гидролизатор непрерывного действия 4, который обогревается через рубашку паром из котла-утилизатора 6. В гидролизаторе
масса находится в движении в течение часа; за этот период происхо-
29
дит почти полное превращение фурфуролобразующих гемицеллюлоз
в пентозы или уроновые кислоты. Частично осахаренная масса поступает в реторту непрерывного действия 5 для дегидратации образовавшихся сахаров до фурфурола и разложения остатка гемицеллюлоз,
целлюлозы и частично лигнина с образованием уксусной кислоты,
ацетона и метанола. В реторте массу передвигают с полки на полку
при помощи гребков, прикрепленных к вращающемуся валу, благодаря чему достигают равномерного распределения массы и ее хорошего прогрева. Обогрев проводят горячими отработанными дымовыми газами, выходящими из печи активации 7. Дымовые газы не соприкасаются с массой или парами. Парогазовая смесь продуктов разложения лузги из реторты подают в холодильник 8; образующийся
конденсат собирают в сборник 9, откуда насосом 10 направляют
в мерник, затем подают в колонну предварительного отгона фурфурола 11, где отгоняют только фурфурол и муравьиную кислоту. Соляная и уксусная кислоты остаются в лютере, их используют для
пропитки новой порции лузги. Фурфурол-сырец подают на вакуумную колонну 12 для получения товарного продукта. Уксусную кислоту из лютера экстрагируют этилацетатом в экстракторе 13, и на колонне 14 путем разгонки получают товарный продукт; метанол и ацетон отбирают из головной фракции колонны 11 и очищают. Остаток
массы из реторты выводят в чаны, пропитывают антраценовым маслом (1:1) и направляют в такую же реторту (на схеме не показана).
В реторте происходит вакуум-термическое разложение лигнина. Из
образовавшейся смолы выделяют фенолы и бензинолигроин; остаток
содержит уголь-сырец, который обрабатывают перегретым паром
в печи активации 7, после чего получают осветляющий активированный уголь. Газы активации промывают в скруббере 15 и подают для
обогрева печи активации. Отходящие отсюда горячие пары (700–
750 °С) используют для обогрева реторты. По выходе из нее газы
с температурой 400–500 °С поступают в котел утилизатор 6, после
чего с температурой 150–120 °С их выбрасывают в атмосферу. Пар из
котла-утилизатора может обеспечить обогрев шнека-гидролизатора,
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]