3.Характеристика продукции гидролизного производства и ее применение в народном хозяйстве.

      С 1980 г. темпы роста выпуска гидролизной  продукции снизились по сравнению  с предшествующим периодом из-за сокращения числа строящихся и вводимых в эксплуатацию новых заводов гидролизного профиля, медленного освоения проектных мощностей на новых предприятиях, систематической недопоставки сырья некоторым заводам, снижения качества сырья, поставляемого гидролизным заводам, внедрения в производство недостаточно апробированных технологических процессов и оборудования, износа технологического оборудования, сдерживания производства в связи с недостаточной мощностью и эффективностью очистных сооружений, дефицита кадров. Для дальнейшего развития гидролизных производств необходимо преодолеть эти трудности и разработать новые прогрессивные технологические процессы.

      Древесина содержит целлюлозу и гемицеллюлозы  − естественные высокомолекулярные полимеры ─ полисахариды, которые путем реакции присоединения воды можно опять превратить в простые сахара. Эта реакция, называемая гидролизом, позволяет перерабатывать древесину в пищевые и кормовые продукты.

      Гидролиз  растительного сырья ─ первый этап многостадийного процесса получения субстрата для биохимической переработки. В результате гидролиза образуется реакционная смесь коричневого цвета со специфическим запахом, которая называется гидролизат. Этот основной полупродукт производства приблизительно на 95 % состоит из воды, сухие вещества составляют около 5 %. Получаемый гидролизат непригоден для проведения биохимических процессов, так как имеет высокую температуру и кислотность, значительную концентрацию токсичных компонентов и недостаточное содержание источников минерального питания для микроорганизмов.

      Товарными продуктами гидролизного производства являются кормовые белковые дрожжи, фурфурол, этиловый спирт, углекислота, ксилит.

      В состав товарных дрожжей входят: сырой  протеин (общий белок) 56-43 %, углеводы 23-20 %, жиры 2-7 %, зола 8-11 %, влага 8-10 %. Дрожжи следует рассматривать как высококонцентрированный витаминизированный белковый корм, содержащий более 15 аминокислот. Наличие витаминов группы В (от В₁ до В₂), витаминов Н₁ (парааминобензойная кислота) и D₂ (эргостерин), а также микроэлементов (медь, железо, кобальт, цинк, марганец, натрий, кремний и др. до 0,1 % каждый) повышает питательную ценность содержащегося в дрожжах белка. Благодаря такому составу дрожжей введение их в кормовой рацион животных и птиц существенно повышает эффективность животноводства и птицеводства.

      Кормовые  дрожжи вырабатываются с использованием следующих видов углеводного  сырья: гидролизатов древесины и  растительных отходов сельскохозяйственного  производства и обесспиртованной барды  гидролизно-спиртового производства; сульфитных щелоков и предгидролизатов сульфатно-целлюлозного производства; обесспиртованной барды ─ отхода производства этилового спирта при переработке свеклосахарной мелассы.

      Основными стадиями производства кормовых дрожжей являются: получение и подготовка гидролизата к биохимической переработке, непрерывное культивирование дрожжей (ферментация), концентрирование и сушка дрожжей.

      Этиловый  спирт получают переработкой гидролизатов и сульфитных щелоков от варок  древесины хвойных пород, содержащих гексозные (сбраживаемые) моносахариды.

      Предприятия гидролизной промышленности вырабатывают этанол различного качества. Технический  этиловый спирт марки А применяется  в качестве исходного сырья при получении синтетического каучука, в качестве растворителя в различных технических целях.

      В настоящее время на гидролизных  заводах в основном вырабатывается технический этиловый спирт ректификованный, который имеет высокое качество и широкую сферу применения в  различных отраслях народного хозяйства. Спирт этиловый гидролизный предназначен для применения в качестве растворителя в химико-фармацевтической и пищевой промышленности, в медицине для наружных средств, а также для технических целей, требующих использования высококачественного спирта.

      Фурфурол  − это непредельный гетероциклический  альдегид фуранового ряда состава С₅Н₄О₂, представляющий собой прозрачную бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом. Обладая большой реакционной способностью, фурфурол легко образует различные производные, получившие широкое распространение как сырье для многочисленных синтезов органических соединений − фуриловых, фурфуролкарбамидных, фурфуролацетатных, полиэфирных и полиамидных полимерных материалов; используется как растворитель смазочных масел, канифоли и других веществ.

      Процесс производства фурфурола состоит  из двух основных технологических стадий ─ получения фурфуролсодержащих растворов и ректификационного  концентрирования и очистки фурфурола. Фурфуролсодержащие конденсаты получают либо в результате фурфурольных варок пентозансодержащего сырья на специализированных заводах фурфурольного профиля, либо в качестве побочных продуктов производства на предприятиях дрожжевого или спиртодрожжевого профиля.

      Углекислота − неверное, но укоренившееся в технике название двуокиси углерода. При нормальных условиях − это бесцветный газ с плотностью по воздуху 1,524. Жидкая углекислота бесцветна и подвижна, масса 1 м³ при 0⁰ С равна 947 кг, при 15⁰ С − 813 кг.

      Жидкую  углекислоту применяют при электросварке металлов, в литейном производстве, в пожарной технике, в пищевой промышленности для газирования воды, напитков. Твердую углекислоту, или сухой лед, используют как консервант для охлаждения пищевых продуктов, в медицине и т.д.

      Ксилит  представляет собой пятиатомный спирт, получаемый восстановлением D-ксилозы. Химическая формула С₅Н₇(ОН)₅. Твердый кристаллический ксилит − кристаллы белого цвета. По сладости он равен сахарозе. Широко применяется для производства различных кондитерских и пищевых продуктов, предназначенных для больных диабетом, а также как сырье в химической промышленности, где используется в производстве эфиров канифоли, ксифталевых смол, заменителей глицерина и др.

      Ксилит  получают гидрированием гемицеллюлозных  гидролизатов пентозансадержащего сырья, содержащих в основном ксилозу. Растительное пентозансодержащее сырье ─ единственный источник получения ксилита, который вырабатывается только гидролизной промышленностью.

      Технологический процесс получения пищевого ксилита  можно разделить на следующие основные стадии: механическую подготовку и химическое облагораживание пентозансодержащего сырья, двухстадийный пентозно-гексозный гидролиз сырья; подготовку пентозного гидролизата к процессу гидрирования; гидрирование ксилозного ратвора; очистку ксилитного раствора; концентрирование ксилитного раствора и кристаллизацию ксилита.

      Помимо  основной продукции, определяющей профиль  промышленных предприятий, на отечественных заводах получают большой ассортимент побочной продукции, а также осваивают производство новых видов продукции. В частности, на предприятиях отрасли вырабатывается около 4 тыс. т гидролизного кормового сахара. При переработке технического лигнина производится активный уголь коллактивит, реагенты для обработки промывочных жидкостей: нитролигнин и игетан; лечебный лигнин и полифепан, лигнобрикеты, преобразователь ржавчины и др.

      На  ряде предприятий гидролизного профиля  в ограниченных масштабах вырабатывается продукция из негидролизного сырья: из дубовой древесины — экстракт дубильный; из свеклосахарной мелассы — пекарские дрожжи, ректификованный этиловый спирт; 20 %-ный водно-спиртовой экстракт из биомассы женьшеня; на основе отрубей, применяемых в качестве наполнителя, получают премиксы.

      4. Пиролиз древесины.  Производство древесного угля.

      Пиролиз древесины — процесс деструкции высокомолекулярных компонентов древесины с образованием низкомолекулярных продуктов, сопровождающийся вторичными реакциями конденсации, рекомбинации и т. п. реакциями усложнения молекул с образованием нелетучего остатка, под воздействием тепла в среде, практически не содержащей кислорода.

       Процесс  пиролиза древесины  можно  разделить  на четыре стадии:

1. Стадия сушки древесины, заканчивающаяся примерно при 150 °С. На этой стадии из древесины удаляется содержащаяся в ней влага, химический состав древесины почти не изменяется и летучих продуктов практически не образуется.

      2. Начальная    стадия    распада  древесины,  протекающая  при температуре от 150 до 270—275 ⁰С. В этот период начинается разложение менее термостойких компонентов древесины с выделением реакционной воды, углекислоты, окиси углерода, уксусной кислоты и некоторых других продуктов, изменяется химический и элементный состав.

      Обе стадии эндотермичны и идут лишь при  подводе тепла.

3. Стадия   собственно   пиролиза — бурного   распада   древесины с выделением тепла  (экзотермический процесс)  и образованием основной массы продуктов разложения. Начинается она при  270—275 °С   и  заканчивается  примерно  при  400 °С.
4. Стадия прокалки угля (не считая охлаждения угля), заканчивающаяся в зависимости от аппарата и способа пиролиза при температуре 450—600 °С. При  этом выделяется небольшой объем  жидких   продуктов  и  значительный   газов. Осуществляется снова за счет подвода тепла извне.

      Сырьем  для пиролиза чаще всего является специально заготовляемая техноогическая древесина, или дрова, а также древесные отходы. Пиролиз древесины осуществляют в ретортах. Применяемые для пиролиза аппараты по принципу действия − периодического, непрерывного, полунепрерывного действия и по принципу обогрева − аппараты с наружным и внутренним обогревом.

      В результате пиролиза древесины образуются следующие первичные продукты:   нелетучий   остаток — древесный  уголь  и  парогазовая смесь, которая после охлаждения в конденсационной системе делится на йодный конденсат, называемый жижкой, и неконденсируемые в этих условиях газы.

      Древесный уголь.   Это   твердый   продукт   пиролиза   древесины — хрупкое,   пористое  вещество  блестящего  черного  цвета с синеватым отливом в изломе, сохранившее в известной мере микро- (клеточные пустоты, норы) и макроструктуру (годичные кольца, сердцевинные лучи) исходной древесины.

      Органическая  масса угля состоит из углерода, кислорода и водорода, массовая доля которых в угле зависит от конечной температуры пиролиза. При повышении температуры пиролиза доля углерода возрастает, а кислорода и водорода падает. В угле содержится до 3 % минеральных примесей, главным образом окислов и карбонатов калия, натрия, кальция и, в меньшей степени, других элементов; для него характерным является низкое содержание фосфора и серы.

      Древесный уголь — высокопористое тело, общий  объем пор достигает 75 % объема угля. Подавляющим видом пор являются макропоры (поры с эффективным радиусом >100 нм), объем переходных пор и микропор (пор с эффективным радиусом <1,5нм) невелик.

      В связи с развитой пористостью  плотность угля истинная (без пор) и кажущаяся (с порами) сильно различаются. Так, истинная плотность промышленных углей равна 1350 — 1450 кг/м³, а кажущаяся в несколько раз ниже и зависит от породы древесины (например, для угля из березы равна примерно 350 кг/м³).