Схема двухступенчатого разложения сульфатного  мыла 

      Рис. 2

      1 — бак для   мыла;   2— бак   для   промывки   мыла;   3 — бак   для   промытого   мыла;   4 — реактор;   5 — мерник   для   воды;   6 — мерник   для   серной   кислоты;   7 — бак для   кислой жидкости;  8 — бак для   нейтральной жидкости;  9 — бак  для промывки  и сушки   масла; 10 — бак для крепкой серной  кислоты 

      Получаемая  при этом нейтральная жидкость используется для промывки сульфатного мыла. На второй ступени смесь в реакторе обрабатывают разбавленной серной кислотой. Ведение процесса разложения в две ступеней позволяет снизить расход серной кислоты.

      Несмотря  на широкое распространение, периодический  метод получения таллового масла из сульфатного мыла имеет существенные недостатки: громоздкое оборудование, большой расход пара, воды и электроэнергии. Длительное воздействие серной кислоты на сульфатное мыло и нагрев масла во время сушки приводит кс частичному окислению смоляных и жирных кислот. Переменное воздействие агрессивной среды и воздуха вызывает

      Выделение сульфатного мыла из черных щелоков определяется течением процессов высаливания (т. е. электролитной коагуляции мыла из растворов) и отстаивания высолившегося вещества. От того, насколько полно пройдут процессы мицеллообразования, коагуляции и отстаивания мыла, зависит его выход и, в конечном счете, общий объем сбора сырого сульфатного мыла.

      По  внешнему виду сульфатное мыло-сырец  представляет мазеобразное вещество от темно-желтого до темно-коричневого цвета. Размеры частиц мыла в момент выделения составляют 0,3—0,4 мкм. Чрезвычайно быстро они группируются в агрегаты со средним диаметром 20—50 мкм, а затем в более крупные хлопья, которые всплывают на поверхность черного щелока. Образуется пенистый слой плотностью от 200 до 600 кг/м3. Плотность мыла как технического продукта вследствие уплотнения в ходе технологического процесса колеблется в пределах от 907 до 1113 кг/м3.

      Сырое сульфатное мыло представляет собой  смесь, состоящую из приблизительно равных количеств натриевых солей смоляных и жирных кислот, и сравнительно меньшего количества окисленных и неомыляемых веществ. В составе загрязнений находится значительное количество лигнина, минеральных и других веществ, содержащихся в черном щелоке, увлекаемом при отстаивании выделяющимся сульфатным мылом.

      Состав  сырого сульфатного мыла  можно охарактеризовать следующими средними данными, %:

      смоляные  и жирные кислоты.  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . .  .  . .  .  45—55

      неомыляемых вещества .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . .  .  . .  .  . .  .  . . 4—8

      лигнин, красящие и другие вещества .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . .  2—3

      натрий  в соединениях .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . .  .  . .  .  . .  .  . .  . 4—8

      свободная щелочь, сульфат и карбонат.  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . 1 —3

      вода.  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . 30—35

      Выход мыла при смолистости сырья около 3 % мог бы составить приблизительно 120—130 кг, а при смолистости 4,5% -до 180—200 кг на 1 т целлюлозы. Выделить же его практически удается значительно меньше. Это связано с многообразием факторов, влияющих на выделение мыла из черных щелоков. Это же многообразие факторов приводит к разноречивым данным о его выходе на различных промышленных предприятиях. В среднем можно считать, что коэффициент извлечения сульфатного мыла составляет, %:

      при отстаивании черных щелоков перед  выпаркой в отстойниках .40—50

      при отстаивании в отстойниках и  мылоотделителях.  .  . .  .  . .  .  . .50—60

      при применении методов, интенсифицирующих  выделение сульфатного

      мыла  из черных щелоков.  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . .  .  . . .  .  . .  .  . .  .60—70

      Несмотря  на общий рост производства таллового  масла в нашей стране за последние 10 лет более чем в 2 раза, выход таллового масла на 1 т целлюлозы остается низким и составляет в среднем 35—40 кг (или около 70—75 кг сульфатного мыла на 1 т целлюлозы). Вместе с тем при использовании высокосмолистого сырья количество выделяемого сульфатного мыла в пересчете на талловое масло может достигать 70— 90 кг, а в отдельных случаях даже более 100 кг на 1 т целлюлозы (например, при переработке болотной сосны). При использовании в качестве сырья для сульфатной варки еловой или древесины лиственных пород выход сульфатного мыла существенно снижается и составляет в пересчете на талловое масло 10—20 кг на 1 т целлюлозы. Отходы лесопиления, состоящие преимущественно из древесины заболони, также дают значительно меньше сульфатного мыла по сравнению с балансами.

      8.Принципиальная технологическая схема производства ксилита.

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

      Отечественная технология ксилитного производства в  основном базируется на разработках бывшего Московского отделения ВНИИГСа, выполненных в 50-е годы. В настоящее время пищевой ксилит вырабатывается на предприятиях ксилитно-дрожжевого профиля. Пентозансодержащее сырье гидролизуестся по двухстадийному режиму с получением в качестве основцелевых продуктов пищевого ксилита и кормовых дрожжей.

      Технологическая схема получения пищевого ксилита  обеспечивает глубокую очистку полупродуктов производства с целью получения высококачественной товарной продукции. Схема получения ксилита является наиболее сложной из рассматриваемых технологических процессов в гидролизном производстве.

      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 раствора; очистку ксилитного раствора концентрирование ксилитного раствора и кристаллизация ксилита.

      В настоящее время в ксилитном  производстве используется два вида растительного пентозансодержащего сырья — оболочки семян хлопчатника (хлопковая шелуха) и стержни початков кукурузы (кукурузная кочерыжка). Перспективным видом сырья является древесина березы, запасы которой позволяют организовать крупномасштабное производство кристаллического ксилита.

      При механической подготовке сырья проводится его измельчение (стержней початков кукурузы), сортировка, отбраковка биологически деструктированного сырья. На долю оптимальной фракции при пентозном гидролизе стержней початков кукурузы (10—30 мм) должно приходиться более 90% от гидролизуемого сырья.

      Химическое облагораживание проводится для удаления из сырья экстрактивных веществ, снижающих доброкачественность пентозного гидролизата. При этом удаляются азотсодержащие соединения (белки), низкомолекулярная углеводная фракция, жиры, пектины, камеди, различные окрашенные вещества, зольные компоненты и другие соединения.

      Технология облагораживания хлопковой шелухи основана на сочетании маломодульного смачивания сырья раствором кислоты с последующей перколяционной экстракцией водорастворимых примесей водой или разбавленной кислотой. Смачивание хлопковой шелухи проводят в отдельном аппарате 6—10%-ным раствором H₂SO₄ при модуле 0,2—0,5 и температуре 20—25 °С. Аппарат-смачиватель имеет транспортирующие лопатки и устройство для разбрызгивания раствора кислоты. Скорость проникновения кислоты в сырье при пропитке возрастает с уменьшением исходной влажности сырья и при увеличении температуры обработки.

      Наиболее  важной технологической операцией, определяющей качество пентозного гидролизата и выход ксилита, является гидролиз гемицеллюлозных полисахаридов пентозансодержащего сырья. Этот процесс обычно называется пентозным гидролизом гемицеллюлоз.

      На  рис. 3 приведена технологическая  схема получения и подготовки пентозного гидролизата для гидрировния.

      Перколяционный  гидролиз проводят в гидролизаппаратах  периодического действия при 120-125 ⁰С . В связи с мягкими параметрами перколяционной стадии гидролиза гемицеллюлоз пентозный гидролизат охлаждается методом одноступенчатого испарения в испарителе, пары самоиспарения гидролизата конденсируются в решофере. Из испарителя гидролизат при температуре около 100⁰С направляется на инверсию.

      Процесс инверсии проводят в аппаратах непрерывного действия, работающих при атмосферном или повышенном давлении. При концентрации H₂SO₄ 1,5 % и температуре 100⁰С продолжительность инверсии составляет 3 ч. В результате инверсии концентрация РВ в гидролизате возрастает на 10-15 % от исходных РВ.

      Для снижения кислотности и удаления ионов SO₄^2- применяют нейтрализацию гидролизата известковым молоком при 80⁰С в течение 2  до остаточного содержания H₂SO₄ 0,05-0,1 %и ионообменную очистку в колоннах с катионитом и анионитами.

      Предварительное концентрирование нейтрализата обеспечивает сокращение жидкостных потоков, поступающих  на гидрирование и частичное удаление летучих примесей.

      В промышленных условиях применяется  двух- и трехкорпусная вакуум-выпарка  пентозного гидролизата с утилизацией  тепла вторичных паров. Концентрирование нейтрализата проводится до 38-40 % сухих веществ или 30-35 % РВ. Доброкачественность сиропа 80-85 %.

      В процессе вакуум-выпарки нейтрализата частично испаряются органические кислоты, фурфурол и другие легколетучие примеси. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Технологическая схема получения и очистки  пентозных гидролизатов

Рис.3

1 −  смеситель; 2 − ленточный конвейер; 3 − гидролизаппарат; 4 − струйный водоподогреватель; 5 − испаритель; 6 − решофер; 7 − инвертор; 8 − нейтрализатор; 9 − отстойник; 10 − сборник осветленного нейтрализата; 11 − фильтр-пресс; 12 − сборник-мешалка; 13 − выпарные аппараты; 14 − брызгоотделители; 15 − циркуляционный насос; 16 − конденсатор; 17 − пароэжекторный вакуум-насос; 18 − сборник-мешалка упаренного нейтрализата; 19 − фильтр-пресс; 20 − сборник; 21 − ионообменные фильтры; 22 − сборник ксилозного раствора 

     Ксилозный сироп с доброкачественностью 80—85% содержит 2—2,4% от СВ зольных веществ, в том числе около 25 % соединений Si, примерно 12 % солей Mg около 8% солей Са, более 20 % серы и более 5'% фосфорсодержащих соединений. Азотсодержащие соединения (0,5—0,8 % от СВ) включают свободные аминокислоты, белок, соли аммония. В состав нейтрализата входят органические кислоты и Н₂SО₄.

     Для удаления этих примесей применяется  система ионообменных фильтров, содержащих катиониты и аниониты. Для полного использования обменной емкости ионитов и сокращения потерь моносахаридов фильтры включают в состав трехчленных батарей. Помимо очистки сиропов от примесей, основанной на обменной сорбции ионов, иониты обеспечивают сорбционное извлечение окрашенных соединений, что положительно влияет на доброкачественность полупродукта, но затрудняет регенерацию ионитов. Удаление из ксилозного раствора коллоидных веществ на сильноосновных ионитах предотвращает их коагуляцию на поверхности катализатора в условиях гидрирования.

     На  рис. 4 приведена технологическая схема гидрирования ксилозы водородом на стационарном катализаторе и очистки ксилитного раствора.

     По  этой схеме очищенный ксилозный  раствор из сборника 1 направляется на подщелачивание в мешалку 2, которое проводится 2 %-ным раствором NаОН до рН 8—9. В буферной емкости 3 раствор смешивается с водородом, подаваемом компрессором 4 при давлении 10—12 МПа, нагревается в подогревателе 5 до температуры реакции и направляется в реактор 6, заполненный стационарным катализатором. Высота реактора 10 м, диаметр 0,65 м. Обогрев реактора проводится глухим паром при его подаче в три точки паровой рубашки, что позволяет регулировать температуру процесса по высоте колонны. Жидкофазное гидрирование проводят при средней температуре 115—120 °С до практически полной конверсии ксилозы (остаточные РВ менее 0,5%). На сепараторе высокого давления 7 отделяется Н₂, который охлаждается в холодильнике 8 и направляется на рециркуляцию. Необходимое количество водорода, расходуемого при гидрировании, получают электролизом воды. Ксилитный раствор через сепаратор низкого давления 9 направляется в сборник 10 и на ионообменную очистку.