Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Гидролиз бензина


ПРОИЗВОДСТВО ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Гидролиз полисахаридов растительной ткани в холодной воде практически не наблюдается. При повышении температуры воды выше 100° гидролиз полисахаридов протекает, но настолько мед­ленно, что практического значения такой процесс не имеет. Удо­влетворительные результаты получаются только при при­менении катализаторов, из которых производственное значение имеют лишь сильные минеральные кислоты: серная и реже со­ляная. Чем выше концентрация сильной кислоты в растворе и температура реакции, тем быстрее протекает гидролиз поли­сахаридов до моносахаридов. Однако присутствие таких ката­лизаторов имеет и отрицательную сторону, так как они одно­временно с реакцией гидролиза полисахаридов ускоряют и реак­ции распада моносахаридов, соответственно снижая этим их выход.

При распаде гексоз в этих условиях вначале образуется окси — метилфурфурол, который быстро разлагается далее с образова­нием конечных продуктов: левулиновой и муравьиной кислот. Пентозы в этих условиях превращаются в фурфурол.

В связи с этим, чтобы получить из полисахаридов расти­тельной ткани моносахариды, необходимо обеспечить наиболее благоприятные условия для реакции гидролиза и максимально сократить возможности дальнейшего распада образующихся моносахаридов.

В этом заключается задача, которую решают исследователи и производственники при выборе оптимальных режимов гид­ролиза.

Из большого числа возможных вариантов концентрации кис­лоты и температуры реакции в настоящее время практически применяются только два: гидролиз разбавленными кислотами и гидролиз концентрированными кислотами. При гидролизе раз­бавленными кислотами температура реакции обычно составляет 160—190° и концентрация катализатора в водном растворе ко­леблется от 0,3 до 0,7% (h3S04, НС1).

Реакцию проводят в автоклавах под давлением 10—15 атм. При гидролизе концентрированными кислотами концентрация серной кислоты обычно составляет 70—80%, а соляной 37—42%. Температура реакции в этих условиях 15—40°.

Снизить потери моносахаридов легче при гидролизе концен­трированными кислотами, вследствие чего выход сахара при этом методе может достигать почти теоретически возможного, т, е. 650—750 кг из 1 т абсолютно сухого растительного сырья.

При гидролизе разбавленными кислотами снизить потери моносахаридов вследствие их разложения значительно труднее и поэтому практически выход моносахаридов в этом случае обычно не превышает 450—500 кг из 1 г сухого сырья.

Ввиду малых потерь сахара при гидролизе концентрирован­ными кислотами получающиеся водные растворы моносахари­дов — гидролизаты отличаются повышенной чистотой, что имеет большое значение при их последующей переработке.

Серьезным недостатком методов гидролиза концентрирован­ными кислотами до последнего времени был большой расход минеральной кислоты на тонну получаемого сахара, что приво дило к необходимости регенерации части кислоты или использо­вания ее в других производствах; это осложняло и удорожало строительство и эксплуатацию таких заводов.

Большие трудности возникали также при подборе для аппа­ратуры материалов, стойких в агрессивных средах. По этой при­чине основная масса действующих в настоящее время гидролиз­ных заводов была построена по методу гидролиза разбавленной серной кислотой.

Первый опытный гидролизно-спиртовый завод в СССР был пущен в январе 1934 г. в г. Череповце. Исходные показатели и технический проект этого завода были разработаны кафедрой гидролизных производств Ленинградской лесотехнической ака­демии в 1931 —1933 гг. На основе данных эксплуатации опытного завода было начато строительство в СССР промышленных гид — ролизно-спиртовых заводов. Первый промышленный гидролизно — спиртовый завод был пущен в Ленинграде в декабре 1935 г. Вслед за этим заводом в период 1936—1938 гг. вошли в строй Бобруйский, Хорский и Архангельский гидролизно-спиртовые заводы. Во время второй мировой войны и после нее было по­строено много больших заводов в Сибири и на Урале. В настоя­щее время проектная мощность этих заводов в результате со­вершенствования технологии перекрыта в 1,5—2 раза.

Основным сырьем для этих заводов является хвойная дре­весина в виде опилок и щепы, поступающая с соседних лесопиль­ных заводов, где ее получают путем измельчения в рубительных машинах отходов лесопиления — горбыля и рейки. В отдельных случаях измельчают и хвойные дрова.

Схема получения моносахаридов на таких заводах представ­лена на рис. 76.

Измельченная хвойная древесина со склада сырья по транс­портеру 1 поступает в направляющую воронку 2 и далее в горло-

Вину гидролизаппарата 3. Это вертикальный стальной цилиндр с верхним и нижним конусами и горловинами. Внутреннюю по­верхность такого гидролизаппарата покрывают кислотоупорны­ми керамическими или графитовыми плитками или кирпичом, укрепленным на слое бетона толщиной 80—100 мм. Швы между плитками заполняются кислотоупорной замазкой. Верхняя и ниж­няя горловины гидролизаппарата с внутренней стороны защи­щены от действия горячей разбавленной серной кислоты слоем кислотоупорной бронзы. Полезный объем таких гидролизаппа — ратов обычно составляет 30—37 At3, но иногда применяются так­же гидролизаппараты объемом 18, 50 и 70 м3. Внутренний диа­метр таких гидролизаппаратов составляет около 1,5, а высота 7—13 м. В верхний конус гидролизаппарата во время гидролиза по трубе 5 подается нагретая до 160—200° разбавленная серная кислота.

В нижнем конусе установлен фильтр 4 для отбора получен­ного гидролизата. Гидролиз в таких аппаратах производится пе­риодически.

Как уже указывалось выше, гидролизаппарат загружают измельченным сырьем через направляющую воронку. При за­грузке сырья через трубу 5 поступает нагретая до 70—90° раз­бавленная серная кислота, которая смачивает сырье, способ­ствуя его уплотнению. При таком методе загрузки в 1 м3 гид­ролизаппарата помещается около 135 кг опилок или 145—155 кг Щепы, в пересчете на абсолютно сухую древесину. По окончании загрузки содержимое гидролизаппарата подогревается острым паром, поступающим в нижний конус его. Как только будет достигнута температура 150—170°, в гидролизаппарат по тру­бе 5 начинает поступать 0,5—0,7’%-пая серная кислота, нагретая до 170—200°. Одновременно образующийся гидролизат через фильтр 4 начинает выводиться в испаритель б. Реакция гидро­лиза в гидролизаппарате продолжается от 1 до 3 часов. Чем короче время гидролиза, тем выше температура и давление в гидролизаппарате.

В процессе гидролиза полисахариды древесины переходят в соответствующие моносахариды, растворяющиеся в горячей разбавленной кислоте. Для предохранения этих моносахаридов от разложения при высокой температуре содержащий их гидро­лизат непрерывно в течение всей варки выводят через фильтр 4 И быстро охлаждают в испарителе 6. Так как по условиям про­цесса гидролизуемое растительное сырье. в гидролизаппарат" все время должно быть залито жидкостью, заданный уровень е поддерживается горячей кислотой, поступающей по трубе 5,

Такой метод работы носит название перколяция. Чем быст рее идет перколяция, т. е. чем быстрее через гидролизаппарат протекает горячая кислота, тем быстрее образующийся сахар выводится из реакционного пространства и тем меньше он раз­лагается. С другой стороны, чем быстрее идет перколяция, тем больше расходуется на варку горячей кислоты и тем меньше получается концентрация сахара в гидролизате и соответственно больше расход пара и кислоты на варку.

Практически для получения достаточно высоких выходов сахара (при экономически приемлемой концентрации его в гид­ролизате) приходится выбирать некоторые средние условия пер — коляции. Обычно останавливаются на выходе сахара в 45—50% от веса абсолютно сухой древесины при концентрации сахара в гидролизате 3,5—3,7 % — Эти оптимальные условия реакции соответствуют отбору через нижний фильтр из гидролизаппара — та 12—15 м3 гидролизата на 1 т абсолютно сухой древесины, загруженной в гидролизаппарат. Количество гидролизата, отби­раемого за варку на каждую тонну гидролизуемого сырья, назы­вают гидромодулем вытекания, и он является одним из основных показателей примененного на заводе режима гидролиза.

В процессе перколяции между верхней и нижней горловина­ми гидролизаппарата возникает некоторая разность давлений, способствующая сжатию сырья по мере растворения содержа­щихся в нем полисахаридов.

Сжатие сырья приводит к тому, что в конце варки остающий­ся нерастворенным лигнин занимает объем около 25% началь­ного объема сырья. Поскольку по условиям реакции жидкость должна покрывать сырье, уровень ее в процессе варки соответ­ственно снижается. Контроль за уровнем жидкости в процессе варки осуществляется при помощи весомера 30, показываю­щего изменение суммарного веса сырья и жидкости в гидролиз — аппарате.

По окончании варки в аппарате остается лигнин, содержащий на 1 кг сухого вещества 3 кг разбавленной серной кислоты, на-^ гретой до 180—190°.

Из гидролизаппарата лигнин выгружают в циклон 22 по тру^ бе 21. Для этой цели быстро открывают клапан 20, соединяю­щий внутреннее пространство гидролизаппарата с циклоном 22. Благодаря быстрому снижению давления между кусочками лиг­нина содержащаяся в нем перегретая вода мгновенно вскипает, образуя большие объемы пара. Последний рвет лигнин и увле­кает его в виде взвеси по трубе 21 в циклон 22. Труба 21 подхо­дит к циклону по касательной, благодаря чему струя пара с лигнином, врываясь в циклон, движется вдоль стенок, совер — шая вращательное движение. Лигнин центробежной силой от­брасывается к боковым стенкам и, теряя скорость, падает на дно циклона. Освобожденный от лигнина пар через центральную трубу 23 выбрасывается в атмосферу.

Циклон 22 обычно представляет собой вертикальный сталь-‘ ной цилиндр объемом около 100 м3, снабженный боковой двер­цей 31 и вращающейся мешалкой 25, которая помогает при вы­грузке лигнина со дна циклона на ленточный или скребковый транспортер 24.

Для предохранения от коррозии внутренняя поверхность циклонов иногда защищается слоем кислотоупорного бетона Как уже указывалось выше, в процессе перколяции в верхний конус гидролизаппарата подается нагретая разбавленная серная кислота. Ее приготовляют путем смешивания в кислотоупорном смесителе 17 перегретой воды, подаваемой по трубе 28, с холод­ной концентрированной серной кислотой, поступающей из мер­ного бачка 19 через поршневой кислотный насос 18.

Поскольку холодная концентрированная серная кислота слабо корродирует железо и чугун, эти металлы широко исполь­зуют для изготовления баков, насосов и трубопроводов, предна­значенных для ее хранения и транспортировки к смесителю. Ана­логичные материалы применяются и для подвода перегретой йоды к смесителю. Для защиты стенок смесителя от коррозии Применяют фосфористую бронзу, графит или пластическую мас­су — фторопласт 4. Последние два используются для внутренней футеровки смесителей и дают наилучшие результаты.

Готовый гндролизат из гидролизаппарата поступает в испа­ритель 6 высокого давления. Это — стальной сосуд, работающий под давлением и футерованный внутри керамическими плитка­ми, как и гидролизаппарат. В верхней части испарителя ем­костью 6—8 ж3 имеется крышка. В испарителе поддерживается давление на 4—5 атм ниже, чем в гидролизаппарате. Благодаря этому попадающий в него гидролизат мгновенно вскипает, час­тично испаряясь, и охлаждается до 130—140°. Образующийся пар отделяется от капель гидролизата и по трубе 10 поступает в решофер (теплообменник) 11, где конденсируется. Частично охлажденный гидролизат из испарителя 6 по трубе 7 поступает в испаритель 8 низкого давления, где охлаждается до 105—110° в результате вскипания при более низком давлении, обычно не превышающем одной атмосферы. Образующийся в этом испари­теле пар по трубе 14 подается во второй решофер 13, где также конденсируется. Конденсаты из решоферов 11 и 13 содержат 0,2—0,3% фурфурола и используются для его выделения на спе­циальных установках, которые будут рассмотрены ниже.

Тепло, содержащееся в паре, который выходит из испарите­лей 6 и 8, используется для нагрева воды, поступающей в сме­ситель 17. Для этой цели из бака 16 оборотной воды насосом 1Ь Теплую воду, полученную из ректификационного отделения гид­ролизного завода, подают в решофер низкого давления 13, где она нагревается с 60—80° до 100—110°. Затем по трубе 12 подо­гретая вода проходит решофер высокого давления 11, где паром при температуре 130—140° подогревается до 120—130°. Дальше температуру воды повышают до 180—200° в водогрейной колон­не 27. Последняя представляет собой вертикальный стальной ци­линдр с дном и верхней крышкой, рассчитанными на рабочее давление 13—15 атм.

Пар в водогрейную колонку подают по вертикальной тру­бе 26, на конце которой укреплены 30 горизонтальных дисков 2Ь. Пар из трубы 26 проходит через щели между отдельными диска­ми в колонну, заполненную водой. Последняя непрерывно по­дается в колонну через нижний штуцер, смешивается с паром, нагревается до заданной температуры и по трубе 28 поступает в смеситель 17.

Гидролизаппараты устанавливают на специальном фундамен­те в ряд по 5—8 шт. На больших заводах число их удваивают и устанавливают их в два ряда. Трубопроводы для гидролизата изготовляют из красной меди или латуни. Арматура, состоящая из вентилей и клапанов, изготовляется из фосфористой или паспортной бронзы.

Описанный выше способ гидролиза является периодическим. В настоящее время испытываются новые конструкции гидролпз — аппаратов непрерывного действия, в которые при помощи спе­циальных питателей непрерывно подается измельченная древе­сина, непрерывно удаляется лигнин и гидролизат.

Ведутся также работы по автоматизации гидролизаппаратов периодического действия. Это мероприятие позволяет более точ­но соблюдать заданный режим варки и одновременно облегчает труд варщиков.

Кислый гидролизат из испарителя низкого давления 8 (рис. 76) по трубе 9 подают в аппаратуру для его последующей пере­работки. Температура такого гидролизата 95—98°. В нем содержится (в %):

Серной кислоты. . . ……………………………………………………………………………………………….. 0,5 —0,7:

Гексоз (глюкоза, манноза, галактоза)………………………………………………………….. 2,5 —2,8;

Пентоз (ксилоза, арабиноза)…………………………………………………………………………. 0,8 —1,0;

Летучих органических кислот (муравьиная, уксус­ная) …………………………….. 0,24-0,30;

Нелетучих органических кислот (левулиновая) . . 0,2 —0,3;

Фурфурола………………………………………………………………………………………………………. 0,03—0,05;

Оксиметилфурфурола……………………………………………………………………………………. 0,13—0,16;

Метанола. ……………………………………………………………………………………………………….. 0,02-0,03

В гидролизатах присутствуют также коллоидные вещества (лигнин, декстрины), зольные вещества, терпены, смолы и т. д. Содержание моносахаридов в растительных гидролизатах при точных химических исследованиях устанавливают путем коли­чественной бумажной хроматографии.

В заводских лабораториях при массовых экспрессных опре­делениях Сахаров используется способность их в щелочной среде восстанавливать комплексные соединения окиси меди с образо­ванием закиси меди:

2 Си (ОН)2 Си5 О + 2 Н2 О + 02.

По количеству образующейся закиси меди вычисляется со — i-фжание моносахаридов в растворе.

Такой метод определения Сахаров является условным, так Как одновременно с моносахаридами окись меди восстанавли­вают в закись также фурфурол, оксиметилфурфурол, декстрины, коллоидный лигнин. Эти примеси мешают определению истинно­го содержания сахара в гидролизатах. Общая ошибка здесь до­стигает 5—8%. Поскольку поправка на эти примеси требует большой затраты труда, ее обычно не делают, а полученные сахара в отличие от моносахаридов называют редуцирующими веществами или сокращено РВ. В заводских условиях учет ко­личества вырабатываемого сахара в гидролизате учитывают в тоннах РВ.

Для получения этилового спирта гексозы (глюкоза, манноза и галактоза) сбраживают спиртообразующими дрожжами — са­харомицетами или шизосахаромицетами.

Суммарное уравнение спиртового брожения гексоз

C(i Hf, 06 — 2 С2 НГ) ОН + 2 С02 Гексоза этиловый спирт

Показывает, что при этом процессе теоретически на каждые 100 кг сахара должно получаться 51,14 кг, или около 64 л 100%-ного этилового спирта и около 49 кг углекислоты.

Таким образом, при спиртовом брожении гексоз получается почти в равных количествах два основных продукта: этанол и углекислота. Для осуществления этого процесса горячий кис­лый гидролизат должен быть подвергнут следующей обработке.:

1) нейтрализации; 2) освобождению от взвешенных твердых частиц; 3) охлаждению до 30°; 4) обогащению гидролизата не­обходимыми для жизнедеятельности дрожжей питательными веществами.

Кислый гидролизат имеет рН=1 —1,2. Среда, пригодная для брожения, должна иметь рН = 4,6—5,2. Чтобы придать гидро — лизату необходимую кислотность, содержащиеся в нем свобод­ную серную и значительную часть органических кислот необ­ходимо нейтрализовать. Если все кислоты, содержащиеся в гидролизате, условно выразить в серной кислоте, то ее концен­трация составит около 1%. Остаточная кислотность гидролизата при рН = 4,6—5,2 составляет около 0,15%.

Поэтому для получения в гидролизате необходимой концен­трации ионов водорода, в нем должно быть нейтрализовано 0,85% кислот. При этом полностью нейтрализуется свободная серная, муравьиная и часть уксусной. Остаются свободными левулиновая кислота и небольшая часть уксусной.

Нейтрализуют гидролизат известковым молоком, т. е. суспен­зией гидрата окиси кальция в воде с концентрацией 150—200 г СаО в литре.

Схема приготовления известкового молока представлена нм рис. 77.

Негашеную известь СаО непрерывно подают в загрузочную воронку вращающегося известегасительного барабана 34. Одно­временно в барабан подают необходимое количество воды. При вращении барабана негашеная известь, связывая воду, перехо­дит в гидрат окиси кальция. Последний диспергируется в воде, образуя суспензию. Не прореагировавшие куски извести отде­ляются в конце барабана от известкового молока и сбрасыва­ются в вагонетку. Известковое молоко вместе с песком протекает по трубе в отделитель песка 35. Последний представляет собой горизонтально расположенное железное корыто с поперечными перегородками и продольным валом с лопастями.

Известковое молоко в этом аппарате медленно течет справа налево и далее по трубе 36 сливается в сборник 2.

Песок медленно оседает между перегородками отделителя песка и при помощи медленно вращающихся лопаток удаляется из аппарата. Перед поступлением известкового молока в нейтра­лизатор его смешивают с заданным количеством сернокислого аммония, раствор которого поступает из бачка 37. При смеше­нии известкового молока с сернокислым аммонием протекает реакция

Са (ОН)3 + (Nh5)2 S04-> CaS04 + 2 NH, ОН, в результате которой часть извести связывается серной кислотой сернокислого аммония и образуются кристаллы плохо раствори­мого двухводного сернокислого кальция CaS04-2h30. Одновре­менно образуется аммиак, остающийся в известковом молоке в растворенном состоянии.

Присутствующие в известковом молоке мелкие кристаллы гипса при последующей нейтрализации являются центрами кристаллизации образующегося гипса и предохраняют от обра­зования пересыщенных растворов его в нейтрализованном гидро­лизате. Это мероприятие имеет важное значение при последую­щей отгонке спирта из бражки, так как пересыщенные растворы гипса в бражке вызывают гипсацию бражных колонн и быстро выводят их из строя. Такой метод работы получил название ней­трализации с направленной кристаллизацией гипса.

Одновременно с известковым молоком в нейтрализатор 5 Подаются слабокислый водный экстракт суперфосфата из мер­ника-бачка 38.

Соли даются в нейтрализатор из расчета 0,3 кг сернокислого аммония и 0,3 кг суперфосфата на 1 м3 гидролизата.

Нейтрализатор 5 (емкостью 35—40 м3) представляет собой стальной бак, футерованный кислотоупорными керамическими плитками и снабженный вертикальными мешалками и тормозны­ми лопатками, укрепленными неподвижно на стенках бака. Ней­трализация на гидролизных заводах ранее производилась пе­риодически. В настоящее время она вытесняется более совершен­ной непрерывной нейтрализацией. На рис. 77 приведена послед­няя схема. Процесс осуществляется в двух последовательно со­единенных нейтрализаторах 5 и 6, имеющих одинаковое устрой­ство. Кислый гидролизат по трубе 1 непрерывно подается в пер­вый нейтрализатор, куда одновременно поступают известковое молоко и питательные соли. Контроль за полнотой нейтрализа­ции производят путем измерения концентрации ионов водорода при помощи потенциометра 3 с сурьмяным или стеклянным электродом 4. Потенциометр непрерывно записывает рН гидро­лизата и автоматически регулирует его в заданных пределах, посылая электрические импульсы реверсивному мотору, соеди­ненному с запорной арматурой на трубе, подающей известковое молоко в первый нейтрализатор. В нейтрализаторах сравнитель­но быстро протекает реакция нейтрализации и относительно медленно — процесс кристаллизации гипса из пересыщенного раствора.

Поэтому скорость протекания жидкости через нейтрализа — ционную установку обусловлена вторым процессом, требующим для своего окончания 30—40 мин.

По истечении этого времени нейтрализованный гидролизат, называемый «нейтрализатом», поступает в отстойник 7 полу­непрерывного или непрерывного действия.

Полунепрерывный процесс состоит в том, что нейтрализат протекает через отстойник непрерывно, а оседающий на дно его гипс удаляется периодически, по мере накопления.

При непрерывной работе отстойника все операции произво­дятся непрерывно. Перед спуском в канализацию шлам 8 в при­емнике дополнительно промывается водой. Последний способ из-за некоторых производственных трудностей еще не получил широкого распространения.

Гипсовый шлам из отстойника обычно состоит наполовину из двухводного сернокислого кальция и наполовину из лигнина и гуминовых веществ, осевших из гидролизата. На некоторых гидролизных заводах гипсовый шлам обезвоживают, высушива­ют и обжигают, превращая в строительный алебастр. Обезвожи­вают на барабанных вакуум-фильтрах, а высушивают и обжи­гают во вращающихся барабанных печах, обогреваемых топоч­ными газами.

Нейтрализат, освобожденный от взвешенных частиц, перед брожением охлаждается в холодильнике 10 (рис. 77) с 85 до 30°. Для этой цели обычно применяются спиральные или пла­стинчатые теплообменники, отличающиеся высоким коэффици­ентом теплопередачи и небольшими габаритами. При охлажде­нии из нейтрализата выделяются смолообразные вещества, кото­рые оседают на стенках теплообменников и постепенно загряз­няют их. Для чистки теплообменники периодически отключают и промывают 2—4%-ным горячим водным раствором едкого на­тра, который растворяет смолообразные и гуминовые вещества.

Нейтрализованный, очищенный и охлажденный гидролизат.

Содержащий необходимые питательные соли, носит название древесного сусла.

Сбраживают древесное сусло специальными акклиматизиро­ванными в этой среде спнртообразующими дрожжами. Брожение идет по непрерывному методу в батарее последовательно соеди­ненных бродильных чанов 11 и 12.

Дрожжевая суспензия, содержащая около 80—100 г прессо­ванных[1] дрожжей в литре, подается непрерывным потоком по трубе 15 в дрожжанку 44 и затем в верхнюю часть первого, или головного, бродильного чана 11. В дрожжанку одновременно’ с дрожжевой суспензией подается охлажденное древесное сусло. На каждый кубометр дрожжевой суспензии в бродильный чан поступает 8—10 м3 сусла.

Дрожжинки, содержащиеся в среде гексозных Сахаров, при помощи системы ферментов расщепляют сахара, образуя этило­вый спирт и углекислоту. Этиловый спирт переходит в окружаю­щую жидкость, а углекислый газ выделяется на поверхности дрожжинок в виде маленьких пузырьков, которые постепенно’ увеличиваются в объеме, затем постепенно всплывают на поверх­ность чана, увлекая приставшие к ним дрожжинки.

При соприкосновении с поверхностью пузырьки углекислоты лопаются, а дрожжинки, имеющие удельный вес 1,1, т. е. боль­ший, чем у сусла (1,025), опускаются вниз, пока снова не будут подняты углекислотой на поверхность. Непрерывное движение дрожжинок вверх и вниз способствует перемещению потоков жидкости в бродильном чане, создавая перемешивание или «бро­жение» жидкости. Выделяющаяся на поверхности жидкости углекислота из бродильных чанов по трубе 13 поступает на уста­новку для получения жидкой или твердой углекислоты, исполь­зуется для получения химических продуктов (например, моче­вины) или выпускается в атмосферу.

Частично сброженное древесное сусло вместе с дрожжами передается из головного бродильного чана в хвостовой чан 12, Где брожение и заканчивается. Поскольку концентрация сахарз в хвостовом чане небольшая, брожение в нем идет менее интен­сивно, и часть дрожжей, не успевая образовать пузырьки угле­кислоты, оседает на дно чана. Чтобы не допустить этого, в хвос­товом чане устраивают часто принудительное перемешивание жидкости мешалками или центробежными насосами.

Бродящая или сброженная жидкость называется бражкой. По окончании брожения бражка передается в сепаратор 14, ра­ботающий по принципу центрифуги. Попадающая в него бражка вместе со взвешенными в ней дрожжами начинает вращаться со скоростью 4500—6000 оборотов в минуту. Центробежная сила вследствие разности удельных весов бражки и дрожжей разде­ляет их. Сепаратор делит жидкость на два потока: больший, не содержащий дрожжей, поступает в воронку 16 и меньший, содер­жащий дрожжи, поступает через воронку в трубу 15. Обычно первый поток в 8—10 раз больше, чем второй. По трубе 15 дрож­жевая суспензия возвращается в головной бродильный чан 11 Через дрожжанку 44. Сброшенное и освобожденное от дрожжей сусло собирается в промежуточном сборнике бражки 17.

При помощи сепараторов дрожжи постоянно циркулируют в замкнутой системе бродильной установки. Производительность сепараторов 10—35 м3/час.

Во время брожения и особенно при сепарации часть содержа­щихся в древесном сусле гуминовых коллоидов коагулируется, образуя тяжелые хлопья, медленно оседающие на дно бродиль­ных чанов. В днищах чанов устроены штуцеры, через которые осадок периодически спускается в канализацию.

Как уже указывалось выше, теоретический выход спирта из 100 кг сброженных гексоз составляет 64 л. Однако практически вследствие образования за счет Сахаров побочных продуктов (глицерин, уксусный альдегид, янтарная кислота и т. д.), а также из-за присутствия в сусле вредных для дрожжей примесей выход спирта составляет 54—56 л.

Для получения хороших выходов спирта необходимо все вре­мя дрожжи поддерживать в активном состоянии. Для этого сле­дует тщательно выдерживать заданную температуру брожения, концентрацию водородных ионов, необходимую чистоту сусла и оставлять в бражке перед поступлением ее на сепаратор не­большое количество гексоз, так называемый «недоброд» (обычно не более 0,1 %’ сахара в растворе). Благодаря наличию недоброда дрожжи все время остаются в активной форме.

Периодически гидролизный завод останавливают на планово — предупредительный или капитальный ремонт. В это время дрож­жи следует сохранять в живом виде. Для этого суспензию дрож­жей при помощи сепараторов сгущают и заливают холодным древесным суслом. При низкой температуре брожение резко за­медляется и дрожжи потребляют значительно меньше сахара.

Бродильные чаны емкостью 100—200 м3 обычно изготовляют­ся из листовой стали или, реже, из железобетона. Продолжитель­ность брожения зависит от концентрации дрожжей и составляет от 6 до 10 часов. Необходимо следить за чистотой производствен­ной культуры дрожжей и предохранять ее от инфицирования посторонними вредными микроорганизмами. Для этой цели все оборудование необходимо содержать в чистоте и периодически подвергать стерилизации. Наиболее простым способом стерили­зации является пропарка всего оборудования и особенно трубо­проводов и насосов острым паром.

По окончании брожения и отделения дрожжей спиртовая бражка содержит от 1,2 до 1,6% этилового спирта и около 1% пентозных Сахаров.

Выделяют спирт из бражки, очищают и укрепляют его в трех­колонном брагоректификационном аппарате, состоящем из браж — ной 18, ректификационной 22 и метанольной 28 колонн (рис.77).

Бражка из сборника 17 насосом подается через теплообмен­ник 41 на питающую тарелку бражной колонны 18. Стекая по тарелкам исчерпывающей части бражной колонны вниз, бражка встречает на своем пути поднимающийся вверх пар. Последний, постепенно обогащаясь спиртом, переходит в верхнюю, укрепляю­щую часть колонны. Стекающая вниз бражка постепенно осво­бождается от спирта, а затем из кубовой царги колонны 18 по трубе 21 переходит в теплообменник 41, где нагревает поступаю­щую в колонну бражку до 60—70е. Дальше бражку нагревают до 105° в колонне острым паром, поступающим по трубе 20. Осво­божденная от спирта бражка называется «бардой». По трубе 42 Барда выходит из бардяного теплообменника 41 и направляется в дрожжевой цех для получения из пентоз кормовых дрожжей. Этот процесс в дальнейшем будет подробно рассмотрен.

Бражная колонна в верхней укрепляющей части заканчивает­ся дефлегматором 19, в котором конденсируются пары ьод — носпиртовой смеси, поступающие с верхней тарелки ко­лонны.

В 1 м3 бражки при температуре 30° растворяется около 1 мъ углекислого газа, образовавшегося при брожении. При нагрева­нии бражки в теплообменнике 41 и острым паром в нижней части бражной колонны растворенная углекислота выделяется и вместе с парами спирта поднимается в укрепляющую часть колонны и далее в дефлегматор 19. Неконденсирующиеся газы отделяются через воздушники, установленные на трубопроводах спиртового конденсата после холодильников. Низкокипящие фракции, со­стоящие из спирта, альдегидов и эфиров, проходят через дефлег­матор 19 и окончательно конденсируются в холодильнике 39у Откуда в виде флегмы стекают обратно в колонну через гидро­затвор 40. Неконденсирующиеся газы, состоящие из углекислого газа, перед выходом из холодильника 39 проходят дополнитель­ный конденсатор или промываются в скруббере водой для улав­ливания последних остатков спиртовых паров.

На верхних тарелках бражной колонны в жидкой фазе содер­жится 20—40% спирта.

Конденсат по трубе 25 поступает на питающую тарелку рек­тификационной колонны 22. Эта колонна работает аналогично бражной колонне, но на более высоких концентрациях спирта. В нижнюю часть этой колонны по трубе 24 подается острый пар, который постепенно вываривает спирт из спиртового конденсата, стекающего в низ колонны. Освобожденная от спирта жидкость, называемая лютером, по трубе 23 уходит в канализацию. Содер­жание спирта в барде и лютере составляет не более 0,02%.

Над верхней тарелкой ректификационной колонны устанавли­вается дефлегматор 26. Не сконденсировавшиеся в нем пары окончательно конденсируются в конденсаторе 26а и стекают об­ратно в колонну. Часть низкокипящих фракций отбирается по трубе 43 в виде эфироальдегидной фракции, которая возвращает­ся в бродильные чаны, если она не имеет применения.

Для освобождения этилового спирта от летучих органических кислот в колонну подается из бака 45 10%-ный раствор едкого натра, который нейтрализует кислоты на средних тарелках укре­пляющей части колонны. В средней части ректификационной ко­лонны, где крепость спирта составляет 45—50%, накапливаются сивушные масла, которые отбираются по трубе 46. Сивушные масла представляют собой смесь высших спиртов (бутиловый, пропиловый, амиловый), образовавшихся из аминокислот.

Этиловый спирт, освобожденный от эфиров и альдегидов, а также сивушных масел, отбирается при помощи гребенки с верхних тарелок укрепляющей части ректификационной колон­ны и по трубе 27 поступает на питающую тарелку метанольной колонны 28. Спирт-сырец, поступающий из ректификационной колонны, содержит около 0,7% метилового спирта, который обра­зовался при гидролизе растительного сырья и вместе с моноса­харидами попал в древесное сусло.

При брожении гексоз метиловый спирт не образуется. По техническим условиям на этиловый спирт, вырабатываемый ги­дролизными заводами, в нем должно содержаться не более 0,1% метилового спирта. Исследования показали, что легче всего мети­ловый спирт отделяется из спирта-сырца при минимальном со­держании в нем воды. По этой причине в метанольную колонну подают спирт-сырец с максимальной крепостью (94—96% эта­нола). Выше 96%’ этиловый спирт получить на обычных ректифи­кационных колоннах нельзя, так как этой концентрации отвечает состав нераздельнокипящей водоспиртовой смеси.

В метанольной колонне легкокипящей фракцией является ме­танол, который поднимается в верхнюю часть колонны, укреп­ляется в дефлегматоре 29 и по трубе 30 сливается в сборники метанольной фракции, содержащей около 80% метанола. Для выпуска товарного 100%-ного метанола устанавливается вторая метанольная колонна, не показанная на рис. 77.

Этиловый спирт, стекая по тарелкам, опускается в нижнюю часть метанольной колонны 28 и по трубе 33 сливается в прием­ники готовой продукции[2]. Обогревают метанольную колонну глу­хим паром в выносном подогревателе 31, который установлен таким образом, что по принципу сообщающихся сосудов его меж­трубное пространство залито спиртом. Поступающий в подогре­ватель водяной пар нагревает спирт до кипения и образующиеся спиртовые пары идут на обогрев колонны. Пар, поступающий в подогреватель 31, конденсируется в нем и в виде конден­сата подается в сборники чистой воды или сливается в кана­лизацию.

Количество и крепость полученного этилового спирта измеряют в специальной аппаратуре (фонарь, контрольный сна­ряд, мерник спирта). Из мерника паровым насосом этиловый спирт подают за пределы главного корпуса — в стационарные цистерны, располженные в складе спирта. Из этих цистерн по мере необходимости товарный этиловый спирт переливают в железнодорожные цистерны, в которых отвозят его к местам потребления.

Описанный выше технологический процесс дает возможность получать из 1 т абсолютно сухой хвойной древесины 150—180 л 100%-ного этилового спирта. При этом на 1 дкл спирта расхо­

Дуется:

Абсолютно сухой древесины в кг. . . . . 55—66;

TOC o "1-3" h z серной кислоты — моаоидрата в кг … . 4,5;

Извести негашеной, 85%-ной в кг…………………………………………………. 4,3;

Пара технологического 3- и 16-атмосферного

В мегакалориях. ………………………………………………………………………….. 0,17—0,26;

Воды в м3……………………………………………………………………………………………. 3,6;

Элекгрознер в квт-ч.…………………………………………………………………….. 4,18

Годовая производительность гидролизно-спиртового завода средней мощности по спирту составляет 1 —1,5 млн. дал. На этих заводах основным продуктом является этиловый спирт. Как уже указывалось, одновременно с ним из отходов основного произ­водства на гидролизно-спиртовом заводе вырабатывается твердая или жидкая углекислота, фурфурол, кормовые дрожжи, продукты переработки лигнина. Эти производства будут рассмотрены в дальнейшем.

На некоторых гидролизных заводах, получающих в качестве основного продукта фурфурол или ксилит, после гидролиза бога­тых пентозами гемицеллюлоз остается трудногидролизуемый остаток, состоящий из целлюлозы и лигнина и носящий название целлолигнина.

Целлолигнин может быть гидролизован перколяционным ме­тодом, как описано выше, и полученный гексозный гидролизат, обычно содержащий 2—2,5% Сахаров, может быть переработан по описанной выше методике в технический этиловый спирт или кормовые дрожжи. По этой схеме перерабатывается хлопковая шелуха, кукурузная кочерыжка, дубовая одубина, подсолнечная лузга и т. д. Такой производственный процесс является экономи­чески выгодным только при дешевом сырье и топливе.

На гидролизно-спиртовых заводах обычно получается техни­ческий этиловый спирт, используемый для последующей химиче­ской переработки. Однако в случае необходимости этот спиртсравнительно легко очищается путем дополнительной ректифи­кации и окисления щелочным раствором перманганата. После та­кой очистки этиловый спирт вполне пригоден для пищевых целей.

Комментирование на данный момент запрещено, но Вы можете оставить

на Ваш сайт.

gazogenerator.com

Двигатель, работающий на воде? | Скептон

Вода как вид топлива, говорят возможно.

Сегодня мы зальём несколько капель воды в бензобак и утроим пробег автомобиля. Добудем водород из обычной воды методом электролиза, и этого хватит для обслуживания дома. А чашка морской воды, которой на Земле видимо-невидимо, решит мировой энергетический кризис. Мы обсуждаем сегодня возможность использования воды в виде альтернативного топлива.

Если вы следите за новостями, то вероятно слышали о широко нашумевших случаях извлечения энергии из воды. На вашу почту, вероятно, приходили сообщения о коварном правительстве и нефтяных компаниях, которые скрывают правду о двигателе, работающем на воде. Попробуйте погуглить фразу «двигатель на воде», и вы обнаружите массу примеров: это чисто, это бесплатно, это не выделяет углекислый газ, но наука не развивает двигатель, работающий на воде вследствие заговора молчания.

Автору приходилось слышать об устройстве гидролиза воды, которое работает от автомобильного аккумулятора. Получаемый газ добавляется в цилиндры двигателя, существенно снижая потребность в бензине и значительно повышая мощность. Так как генератор автомобиля вырабатывает 12 Вольт постоянно, источник энергии из воды неиссякаем. Fox News посвятили целую передачу, в которой двое приятелей заправляли армейский Хаммер одной только водой. Звучит впечатляюще, правда?

Не столь давно новости выдали следующую историю об энергии из воды. Пенсионер с инженерным опытом, занимаясь дома разработкой средства от рака, обнаружил, что морская вода электризованная радиоволнами, может гореть. Телерепортёры радостно подхватили новость и подняли шум. Это неудивительно, ведь морской воды полно, сжигание её не выделяет вредных веществ, а тепло от реакции можно использовать для получения электричества или многих других целей.

Можно ли использовать воду в виде топлива? Может ли решение находиться прямо под нашим носом? Или перефразируем вопрос: Могут ли столь громкие заявления не гарантировать здорового скептицизма?

Короткий ответ да, заявления о двигателях на воде гарантируют скептицизм и не дают решения проблем, о которых задумывались ранее. Использование воды в виде топлива потребляет больше энергии, чем вырабатывает. Телевизионные репортёры трубят о двигателях на воде, не анализируя научную сторону сенсации.

Давайте начнём с морской воды. Джон Канзиус (John Kanzius) носился с идеей атаковать раковые клетки радиоволнами, нацеливая металлические пластины. Во время экспериментов была замечена конденсация паров воды в пробирке, что привело к попыткам опреснять морскую воду. Это сработало. Интенсивные радиоволны приводили к электролизу воды, высвобождая водород. В ходе реакции водород может поддерживать постоянное пламя. Горение, в свою очередь, можно использовать для выработки электроэнергии. Раструм Рой (Rustum Roy), химик Университета Пенсильвании, назвал электролиз радиоволнами «наиболее значительным открытием в воде за последние 100 лет». Затраты электроэнергии для генерации радиоволн значительно превышают энергию полученного пламени, но кого это интересовало? Каким-то образом новость попала в прессу под нужным углом зрения, полностью игнорируя важнейшие вопросы получения энергии. СМИ вырвали из контекста нужную часть сказанного Роем, что полностью исказило его высказывание. Проще говоря, получение пламени Канзиуса требовало невероятных затрат электроэнергии. Вода никак не является топливом. В данном случае вода явилась элементом преобразования радиоволн в тепло. Можно было бы сказать: «Хорошо, пусть это неэффективно сейчас. Но можно работать в таком направлении и развивать тему двигателя работающего на воде. Кто может предсказать потенциал?» Если бы! Термодинамика неумолима. Затраты электроэнергии для получения радиоволн всегда будут превышать энергию пламени. Кстати, Джон Канзиус продолжает искать методы борьбы с раковыми клетками.

А как насчёт автомобильных двигателей? Используя энергию генератора, получать водород из воды, добавлять его в топливо, существенно поднимая эффективность. Наполнять бак водой одновременно с заправкой бензином, используя воду как топливо. Правильно? Нет, не правильно. Сварщик засмеял бы подобный вопрос без долгих раздумий. Кислородно – водородная горелка известна давно, она используется для сварки металлов. Основной недостаток окисления водорода это высокая взрывоопасность, вспомните взрыв при запуске «Челенджера» в 1986 году. Правда автомобилестроители не рассматривают такой вид топлива по другой причине, затраты на гидролиз воды значительно превышают энергию пламени. Но ведь сварка не самый лучший образец экономичности, да и горелка соответствует требованиям, давая температуру более 2000°C. Превышение затрат энергии на гидролиз воды в автомобиле потребует более мощную систему электроснабжения и, соответственно, более мощный двигатель. В любом случае, энергетический баланс системы с «двигателем на воде» не будет положительным.

К сожалению, вода в виде топлива не выдерживает критики. Относитесь скептически к подобным заявлением. Инженеры лучше знают физику, чем телерепортёры.

Теперь самое время сказать, что некоторые истории о двигателе на воде почти правдивы. Брюс Кровер (Bruce Crower), любитель — рационализатор гоночных двигателей из Южной Калифорнии, использует энергию пара в двигателе внутреннего сгорания. К обычному четырёхцилиндровому двигателю он приладил два дополнительных цилиндра. Зная, что ДВС впустую выбрасывает много тепловой энергии, Кровер решил задействовать её в дополнительных цилиндрах. Для этого в выпускной тракт подаётся немного воды, которая, превращаясь в пар, приводит в действие пятый цилиндр. Пара дополнительных цилиндров расположена оппозитно, назначение шестого цилиндра вытолкнуть отработку в атмосферу. В отличие от других, рассмотренных случаев, Двигатель Кровера работает. Брюс Кровер прекрасно понимает, что вода не может быть топливом. Он превращает тепло в кинетическую энергию посредством водяного пара. Что интересно, такой двигатель не требует радиатора и системы охлаждения в привычном для нас исполнении.

Итак, будьте скептичны к громким заявлениям о двигателях на водяном топливе. Скорее всего, корреспонденты не захотят портить сенсационность дотошным рассмотрением физики процесса. Требуйте доказательства и обоснование. Будьте скептичны.

Переведено с разрешения автора Brian Dunning. Copyrighted by Skeptoid Media

Прочитать в оригинале

Перевод Владимир Максименко 2013-2014

www.skepton.ru

Реакция гидролиза: уравнения, продукт гидролиза

Химия, как и большинство точных наук, требующих много внимания и твердых знаний, никогда не была любимой дисциплиной школьников. А зря, ведь с ее помощью можно понять множество процессов, происходящих вокруг и внутри человека. Взять, к примеру, реакцию гидролиза: на первый взгляд кажется, что она имеет значение только для ученых-химиков, но на самом деле без нее ни один организм не мог бы полноценно функционировать. Давайте узнаем об особенностях данного процесса, а также о его практическом значении для человечества.

Реакция гидролиза: что это такое?

Данным словосочетанием называется специфическая реакция обменного разложения между водой и растворяемым в ней веществом с образованием новых соединений. Гидролиз также можно назвать сольволизом в воде.

Данный химический термин образован от 2 греческих слов: «вода» и «разложение».

Продукты гидролиза

Рассматриваемая реакция может происходить при взаимодействии Н2О как с органическими, так и неорганическими веществами. Ее результат напрямую зависит от того, с чем контактировала вода, а также использовались ли при этом дополнительные вещества-катализаторы, изменялись ли температура и давление.

К примеру, реакция гидролиза соли способствует образованию кислот и щелочей. А если речь идет об органических веществах, получаются другие продукты. Водный сольволиз жиров способствует возникновению глицерина и высших жирных кислот. Если процесс происходит с белками, в результате образовывается различные аминокислоты. Углеводы (полисахариды) разлагаются на моносахариды.

В теле человека, неспособном полноценно усваивать белки и углеводы, реакция гидролиза «упрощает» их до веществ, которые организм в состоянии переварить. Так что сольволиз в воде играет важную роль в нормальном функционировании каждой биологической особи.

Гидролиз солей

Узнав, что такое реакция гидролиза, стоит ознакомиться с ее протеканием в веществах неорганического происхождения, а именно солях.

Особенностями данного процесса является то, что при взаимодействии этих соединений с водой ионы слабого электролита в составе соли отсоединяются от нее и образуют с Н2О новые вещества. Это может быль либо кислота, либо слабое основание, либо и то, и другое. Вследствие всего этого происходит смещение равновесия диссоциации воды.

Обратимый и необратимый гидролиз

В приведенном выше примере в последнем уравнении гидролиза можно заметить вместо одной стрелки две, причем обе направлены в разные стороны. Что это значит? Данный знак сигнализирует о том, что реакция гидролиза имеет обратимый характер. На практике это означает, что, взаимодействуя с водой, взятое вещество одновременно не только разлагается на составляющие (которые позволяют возникать новым соединениям), но и образовывается вновь.

Однако не всякий гидролиз имеет обратимый характер, иначе бы он не имел смысла, так как новые вещества были бы нестабильны.

Существует ряд факторов, которые могут способствовать тому, чтобы подобная реакция стала необратимой:

  • Температура. От того, повышается она или понижается, зависит то, в какую сторону смещается равновесие в происходящей реакции. Если она становится выше, происходит смещение к эндотермической реакции. Если же наоборот, температура понижается, преимущество оказывается на стороне экзотермической реакции.
  • Давление. Это еще одна термодинамическая величина, активно влияющая на ионный гидролиз. Если оно повышается, химическое равновесие оказывается смещено в сторону реакции, которую сопровождает уменьшение общего количества газов. Если понижается, наоборот.
  • Высокая или низкая концентрация веществ, участвующих в реакции, а также наличие дополнительных катализаторов.

Виды реакций гидролиза в солевых растворах

  • По аниону (ион с отрицательным зарядом). Сольволиз в воде солей кислот слабых и сильных оснований. Такая реакция из-за свойств взаимодействующих веществ имеет обратимый характер.

  • По катиону (ион с положительным зарядом). Гидролиз соли кислоты сильной и основания слабого. Она также обратима.
  • Реакция соли слабой кислоты и слабого основания. Такой процесс можно считать практически необратимым, поскольку все новообразованные вещества покидают так называемую зону реакции, выпадая в осадок или превращаясь в газ.
  • В случае если и основание, и соль кислоты – сильные, в таком растворе не происходит водный сольволиз.

Степень гидролиза

Изучая особенности гидролиза в солях, стоит обратить внимание на такое явление, как его степень. По этим словом подразумевается соотношение солей (которые уже вступили в реакцию разложения с Н2О) к общему количеству содержащегося данного вещества в растворе.

Чем слабее кислоты или основания, участвующее в гидролизе, тем выше его степень. Она измеряется в пределах 0-100 % и определяется по формуле, представленной ниже.

N – число молекул вещества, прошедших гидролиз, а N0 - общее их количество в растворе.

В большинстве случаев степень водного сольволиза в солях невелика. К примеру, в растворе ацетата натрия 1%-м она составляет всего 0,01 % (при температуре в 20 градусов).

Гидролиз в веществах органического происхождения

Изучаемый процесс может происходить и в органических химических соединениях.

Практически во всех живых организмах происходит гидролиз как часть энергетического обмена (катаболизма). С его помощью расщепляются белки, жиры и углеводы на легко усвояемые вещества. При этом часто сама вода редко оказывается в состоянии запустить процесс сольволиза, поэтому организмам приходится использовать различные ферменты в качестве катализаторов.

Если же речь идет о химической реакции с органическими веществами, направленной на получение новых веществ в условиях лаборатории или производства, то для ускорения и улучшения его в раствор добавляют сильные кислоты или щелочи.

Гидролиз в триглицеридах (триацилглицеринах)

Этим сложно произносимым термином именуются жирные кислоты, которые большинству из нас известны как жиры.

Они бывают как животного, так и растительного происхождения. Однако всем известно, что вода не способна растворять подобные вещества, как же происходит гидролиз жиров?

Рассматриваемая реакция именуется омылением жиров. Это водный сольволиз триацилглицеринов под влиянием ферментов в щелочной или кислотной среде. В зависимости от нее, выделяется щелочной гидролиз и кислотный.

В первом случае в результате реакции образуются соли высших жирных кислот (более известные всем как мыла). Таким образом, из NaOH получается обычное твердое мыло, а из КОН – жидкое. Так что щелочной гидролиз в триглицеридах – это процесс образования моющих средств. Стоит отметить, что его можно свободно проводить в жирах как растительного, так и животного происхождения.

Рассматриваемая реакция является причиной того, что мыло довольно плохо стирает в жесткой воде и вообще не мылится в соленой. Дело в том, что жесткой называется Н2О, в которой содержится в избытке ионов кальция и магния. А мыло, попав в воду, вновь подвергается гидролизу, распадаясь на ионы натрия и углеводородный остаток. В результате взаимодействия этих веществ в воде образуются нерастворимые соли, которые и выглядят как белые хлопья. Чтобы этого не произошло, в воду добавляется гидрокарбонат натрия NaHCO3, более известный как пищевая сода. Это вещество увеличивает щелочность раствора и тем самым помогает мылу выполнять свои функции. Кстати, чтобы избежать подобных неприятностей, в современной промышленности изготавливают синтетические моющие средства из других веществ, например из солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. В их молекулах содержится от двенадцати до четырнадцати углеродных атомов, благодаря чему они не теряют своих свойств в соленой или жесткой воде.

Если среда, в которой происходит реакция, кислая, такой процесс называется кислотным гидролизом триацилглицеринов. В данном случае под действием определенной кислоты вещества эволюционируют до глицерина и карбоновых кислот.

Гидролиз жиров имеет еще один вариант - это гидрогенизация триацилглицеринов. Данный процесс используется в некоторых видах очистки, например при удалении следов ацетилена из этилена или кислородных примесей из различных систем.

Гидролиз углеводов

Рассматриваемые вещества являются одними из наиболее важных составляющих пищи человека и животных. Однако сахароза, лактоза, мальтоза, крахмал и гликоген в чистом виде организм не способен усвоить. Поэтому, так же как и в случае с жирами, эти углеводы расщепляются на усвояемые элементы с помощью реакции гидролиза.

Также водный сольволиз углеродов активно применяется и в промышленности. Из крахмала, вследствие рассматриваемой реакции с Н2О, добывают глюкозу и патоку, которые входят в состав практически всех сладостей.

Еще один полисахарид, который активно используется в промышленности для изготовления многих полезных веществ и продуктов, – это целлюлоза. Из нее добывают технический глицерин, этиленгликоль, дрожжи кормовые, сорбит и хорошо известный всем этиловый спирт.

Гидролиз целлюлозы происходит при длительном воздействии высокой температуры и наличии минеральных кислот. Конечным продуктом этой реакции является, как и в случае с крахмалом, глюкоза. При этом стоит учитывать, что гидролиз целлюлозы проходит более сложно чем, у крахмала, поскольку этот полисахарид устойчивее к воздействию минеральных кислот. Однако поскольку целлюлоза является главной составляющей клеточных оболочек всех высших растений, сырье, ее содержащее, обходится дешевле, чем для крахмала. При этом целлюлозную глюкозу более используют для технических нужд, в то время как продукт гидролиза крахмала считается лучше пригодным для питания.

Гидролиз белков

Белки - это основной строительный материал для клеток всех живых организмов. Они состоят из многочисленных аминокислот и являются весьма важным продуктом для нормального функционирования организма. Однако являясь высокомолекулярными соединения, они могут плохо усваиваться. Чтобы упростить данную задачу, происходит их гидролиз.

Как и в случае с другими органическими веществами, данная реакция разрушает белки до низкомолекулярных продуктов, легко усваиваемых организмом.

fb.ru

Гидролиз - сульфокислота - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Гидролиз - сульфокислота

Cтраница 2

Из мирзаанского бензина сульфированием и гидролизом сульфокислот выделены следующие ароматические углеводороды: толуол, этилбензол, метаксилол, ортоксилол и параксилол, которые идентифицированы в виде кислот и их эфиров. Присутствие указанных ароматических углеводородов в мирзаанском бензине доказано также методом комбинационного рассеяния света.  [16]

Ароматические углеводороды, выделенные в результате гидролиза сульфокислот, были собраны при температуре выше 120 во избежание примеси парафиновых и нафтеновых углеводородов, которые могли попасть в сульфокислотный слой в результате простого растворения и отгоняться с водяным паром в процессе гидролиза.  [17]

Нами был поставлен также ряд опытов по гидролизу сульфокислот в присутствии уксусной кислоты. Результаты, приведенные в табл. 1, показывают, что ее присутствие не увеличивает, а уменьшает скорость гидролиза по сравнению с опытами, проведенными в отсутствие уксусной кислоты.  [18]

В присутствии заместителей в менее сложных случаях направление гидролиза сульфокислот может быть сведено к правилам ориентации в бензольном кольце.  [19]

Сульфированием фракции 60 - 95 патараширакской нефти и гидролизом сульфокислот полученный ароматический углеводород не содержал бензола, что, по-видимому, объясняется сложностью гидролиза сульфокислоты бензола.  [20]

Выделение 1 3 5-ксиленола основано на различии температур реакции гидролиза сульфокислот 1 3 5-ксиленола и других изомеров фенола.  [21]

Большинство нефтей исследовано на содержание в них ксилолов сульфированием и гидролизом сульфокислот с целью идентификации отдельных изомеров. При этом некоторые авторы, на основании применения указанной методики, приходят к выводу, что метаксилол, по сравнению с орто - и параксилолами, содержится в преобладающем количестве. При исследовании ароматических углеводородов нефтей Грузии тем же методом, нами также замечено, что метаксилол выделяется в преобладающем количестве, но об этом факте умалчивали по следующим соображениям.  [22]

При этой реакции два наиболее интересных явления требовали разъяснения: 1) почему невозможен гидролиз сульфокислот антрахинона в обычных условиях нагревания с водусодержащей серной кислотой и 2) в чем заключается механизм действия ртутных солей при гидролизе а-сульфокислот.  [24]

Показано, что данные о количественном распределении изомерных ксилолов в бензине, полученные методом сульфирования и гидролиза сульфокислот, являются ненадежными.  [25]

Характерной особенностью процесса сульфирования, отличающего его от других реакций замещения, является относительная легкость обратной реакции - процесса гидролиза сульфокислот водной серной кислотой до несодержащего сульфогруппу исходного продукта.  [26]

В целях установления оптимальных условий разделения изомеров нами была изучена кинетика сульфирования всех трех изомеров этилтолуола, а также гидролиза соответствующих сульфокислот.  [27]

Реакция сульфирования в отличие от реакций нитрования и га-логенирования обратима: при нагревании с перегретым водяным паром ( 180 С) происходит гидролиз сульфокислот.  [28]

Тем же методом определен количественный состав ксилолов, выделенных из той же фракции ( 122 - 150) мирзаанского бензина сульфированием и гидролизом сульфокислот. Обращает на себя внимание резкое расхождение в содержании сртоксилола в исходном бензине ( фракция 122 - 150) и во фракции ароматических углеводородов, выделенной из указанного бензина путем сульфирования и гидролиза сульфокислот. В последнем случае содержание ортоксилола падает до 9 9 %, в то время как в исходной бензиновой фракции на ортоксилол приходится 30 % от общего количества ксилолов. Это можно объяснить тем, что гидролиз ортоксилолсульфокислоты, как показал Кижнер [6], протекает гораздо труднее, чем гидролиз параксилолсульфо-кислоты.  [29]

Раствор сульфокислот потом разбавляют водой или разбавленной серной кислотой настолько, чтобы температура кипения реакционной смеси понизилась до температуры, при которой наступает гидролиз сульфокислоты соответствующего алкилфе-нола.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Синтетическое топливо - это... Что такое Синтетическое топливо?

Сравнение синтетического топлива и обычного дизельного топлива. Синтетическое топливо заметно чище из за отсутствия серы и примесей

Синтетическое топливо — углеводородное топливо которое отличается от обычного топлива процессом производства, то есть получаемое путем переработки исходного материала, который до переработки имеет неподходящие для потребителя характеристики.

Как правило этот термин относится к жидкому топливу полученному из твердого топлива (угля, опилок, сланцев) либо из газообразного топлива.

Такие процессы, как например процесс Фишера — Тропша, использовались государствами не имеющими доступа к жидкому топливу.

История

NYMEX цены на нефть West Texas Intermediate

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени удовлетворяла свои нужды в топливе за счет создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Аналогично этому Южная Африка с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена Апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать несмотря на международные санкции.

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии и поэтому иногда такие компании производят «синтетическое топливо» путем смеси угля с биологическими отходами производства. Такие методы получения государственных субсидий подвергаются критике со стороны «зелёных», как пример злоупотребления корпорациями особенностей налоговой системы. Синтетическое дизельное топливо, получаемое в Катаре из натурального газа, отличается низким содержанием серы и поэтому оно смешивается с обычным дизельным топливом для уменьшения в такой смеси уровня серы, что необходимо для маркетирования дизельного топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например в Калифорнии).

Синтетическое жидкое топливо и газ из твердых горючих ископаемых производят сейчас в ограниченном масштабе. Дальнейшее расширение производства синтетического топлива сдерживается его высокой стоимостью, значительно превышающей стоимость топлива на основе нефти. Поэтому сейчас интенсивно ведется поиск новых экономичных технических решений в области синтетического топлива. Поиск направлен на упрощение известных процессов, в частности, на снижение давления при ожижении угля с 300—700 атмосфер до 100 атмосфер и ниже, увеличение производительности газогенераторов для переработки угля и горючих сланцев и также разработку новых катализаторов синтеза метанола и бензина на его основе.

Сейчас использование технологии Фишера – Тропша возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50-55 долл. за баррель.[1]

Нетрадиционная нефть

Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. Битумы содержат значительно больше водорода чем уголь и поэтому производство жидкого топлива из битума может быть гораздо проще и может стоить существенно меньше чем производство жидкого топлива методом Фишера — Тропша. Горючий сланец это полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Битуминозные пески Ориноко (нефтеносные пески Ориноко) являются депозитами нетрадиционной нефти в виде горючих сланцев в районе реки Ориноко в Венесуэле, которая течет к венесуэльско-бразильской границе и впадает в Атлантический океан. Битуминозные пески Ориноко считаются одним из двух крупнейших месторождений нетрадиционной нефти (второе, Битуминозные пески Атабаски, расположенно в Канаде).

«По разным оценкам, в мировых запасах сланца содержится от 550 до 630 миллиардов тонн сланцевой смолы (искусственной нефти), то есть в 4 раза больше, чем все разведанные запасы натуральной нефти» Э. П. Волков, академик РАН. [2]

Общие потенциальные ресурсы горючих сланцев в мире оценены в 650 трлн т (26 трлн т сланцевой смолы). Основные ресурсы — около 430—450 трлн т (24-25 трлн т сланцевой смолы) сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) и связаны с формацией Грин-Ривер.

Спирты

В последнее время растет роль спиртов, как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).

Этанол

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограничено в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40 % своих потребностей в топливе за счёт спирта[4], благодаря высоким урожаям сахарного тростника и низкой стоимости рабочей силы. Биотопливо формально не приводит к выбросам парникового газа: в атмосферу возвращается углекислый газ (CO2), изъятый из неё в ходе фотосинтеза.

Однако резкий рост производства биотоплива требует больших территорий для посева растений. Эти территории или расчищаются путём сжигания лесов (что приводит к огромным выбросам углекислого газа в атмосферу), или за счёт фуражных и пищевых культур (что приводит к росту цен на продовольствие).[5]

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур EROEI (отношение полученной к потраченной энергии) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5. Вопреки распространённому мнению, это верно не для всех культур: так, у сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла 9.[6]

Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд т растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы — самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и по крайней мере в ближайшем будущем. Но в связи с увеличивающимися потребностями человечества в ресурсах нельзя точно утверждать, что синтез целлюлозы будет самым масштабным и в будущем, например и через 50 лет. Для сравнения производство стали во всем мире на 2009 год составило 1,3 млрд т, а мировая добыча нефти на 2006 год составляла 3,8 млрд т в год.

По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов. Гидролиз растительного сырья — наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

Общее производство биотоплива (биоэтанола и биодизеля) в 2005 году составило около 40 млрд л.

В марте 2007 года японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.[7]

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле (не путать с биодизелем) увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту числа респираторных заболеваний и астмы.[8]

Метанол

Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемoм в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 миллионов галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средств, а также высокоуровневые смеси в транспортных средства, предназначенных для использование метанола в качестве топлива. Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензина существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии, которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal[9]). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след»[10], чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.

Бутиловый спирт

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Твердое и газообразное топливо

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом доступным населению для отопления и готовки пищи (так живет около половины мирового населения) [11]. Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины предлагается внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология однако очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорно поскольку двигатели используещие такое топливо нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород необходимо получать с использованием либо электроэнергии либо окислением других углеводородных топлив, то экологические и тем более экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфир

Диметиловый эфир получ. дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %.Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

См. также

Литература

Примечания

dic.academic.ru

Гидролизное производство - это... Что такое Гидролизное производство?

Проверить информацию.

Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.На странице обсуждения должны быть пояснения.

В связи с сокращением запасов ископаемого органического сырья в последние годы во всём мире уделяется серьёзное внимание вопросам химической и биотехнологической переработки биомассы растительного сырья (фитомассы) — древесины и сельскохозяйственных растений.

В отличие от ископаемых источников органического сырья запасы фитомассы возобновляются в результате деятельности высших растений. Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд. т растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы — самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и будущем.

В настоящем столетии основными видами органического сырья будут древесина, сельскохозяйственные растения и каменный уголь, в свою очередь имеющий растительное происхождение.

По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины могут возобновляться. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. В недалёком будущем нас ожидает переход от нефтехимического производства к биохимической и химической переработке древесины и других видов растительного сырья. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов.

Под биотехнологией обычно понимают промышленный биохимический синтез ценных веществ и переработку продуктов биологического происхождения. Производственной основой современной биотехнологии является микробиологическая промышленность, включающая гидролизные производства. Эти производства основаны на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке, либо входят в состав товарной продукции.

Гидролиз растительного сырья — наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать кормовые и пищевые продукты, биологически активные препараты, мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

Основные этапы развития гидролизных производств

Созданию отечественной гидролизной промышленности предшествовали многолетние исследовательские и опытные работы, которые обеспечили необходимые предпосылки для разработки современной технологии гидролиза растительного сырья и получения этанола, кормовых дрожжей, фурфурола, ксилита и других продуктов.

В 1811 году впервые систематические исследования по гидролизу растительного полисахарида — крахмала провёл в Петербурге Константин Кирхгоф. При гидролизе крахмала 0,5%-ным раствором C2H5OH при кипячении в течение 24—25 ч из 100 кг крахмала им было получено 75 кг кристаллической глюкозы.

В 1819 году французский химик Браконно получил глюкозу при гидролизе льняного полотна и древесины 91,5%-ной серной кислотой.

В 1822 году русский химик П. Фогель для гидролиза древесины и других целлюлозных материалов предложил применять 87%-ную h3SO4, которая не вызывала обугливания части вещества.

В 1832 году — первая публикация немецкого химика Доберейнера о случайном открытии фурфурола при попытке получения муравьиной кислоты путём обработки сахара и крахмала с помощью h3SO4, а в 1840 г. фурфурол был впервые получен Стейнхаузом из древесных опилок и соломы.

1844 год — первые опыты по гидролизу древесины разбавленной серной кислотой в автоклаве под повышенным давлением, проведённые Пайеном.

1854 год — Пелуз и Арну во Франции разработали метод получения винного спирта из древесины путём её гидролиза концентрированной серной кислотой при комнатной температуре. Этот способ был положен в основу технологии на гидролизной установке, построенной в Париже в 1855 г. В том же году в Брюсселе Мелсеном была разработана технология получения глюкозы и этанола гидролизом измельчённой древесины 2—5%-ной h3SO4 при 100—170 °C.

В 1877 году русский химик М. Чирвинский провёл гидролиз древесных опилок 0,5—1%-ным и растворами h3SO4 и HCl и рекомендовал использовать получаемый сахар для кормовых целей.

В 1891 году Бертраном и Фишером впервые был синтезирован ксилит путём восстановления D— и L—ксилозы амальгамой натрия.

В 1894 году шведским химиком Симонсеном предложен следующий режим одноступенчатого гидролиза: продолжительность гидролиза 25 мин при концентрации h3SO4 0,5 % и температуре 165—170 °C, жидкостной модуль 5, выход сахара 22—23 % от массы древесины, расход h3SO4 2,5—3 %. На полузаводской установке по этому методу выход спирта составлял 50—60 л из 1 т абс. сухой древесины.

В 1899 году на опытной установке в г. Архангельске под руководством О. Гиллер—Бомбина впервые был испытан батарейный метод гидролиза с последовательным пропусканием гидролизата через ряд автоклавов, в результате чего концентрация сахара повышалась до 12—14 %.

В 1899 году профессор Кляссен в Германии предложил проводить гидролиз древесины сернистой кислотой. По этой технологии были построены гидролизно-спиртовые заводы во Франции, Англии и США, которые вскоре были закрыты из-за технических неполадок.

В 1910 году в г. Джорджтаун (США) по методу Симонсена был пущен в эксплуатацию гидролизно-спиртовой завод. Выход спирта на этом заводе достигал 53—73 л из 1 т сухих опилок. В 1913 году по той же технологии был пущен завод в г. Фуллертоне с суточной производственной мощностью 1 000 дал спирта. Заводы работали в течение 5—8 лет.

В 1919 году в Петрограде М. М. Шмидтом на Охтенском заводе организовано получение глюкозной патоки и кристаллической глюкозы из древесных опилок и целлюлозы путём гидролиза концентрированной h3SO4 с последующей регенерацией кислоты методом диализа через растительный пергамент.

В 1922 г. начато освоение промышленной технологии фурфурола в США. Майнер и Браунли на опытно-промышленной установке получили первые тонны фурфурола при переработке овсяной шелухи.

В 1926 году немецким химиком Бергиусом при участии Хегглунда (Швеция) была разработана технология гидролиза древесины концентрированной соляной кислотой. Технология проверена на опытной установке в Маннгейме—Рейнау, где в 1933 г. был пущен завод мощностью 6—8 тыс. т кормового сахара в год. С 1934 г. налажено производство кристаллической глюкозы и этанола, с 1939 г. вместо этанола получали пищевые дрожжи. В 1941 г. пущен завод пищевых дрожжей в г. Регенсбурге по технологии Бергиуса.

В 1926 г. немецкий химик Шоллер предложил принцип перколяционного гидролиза, предусматривающий выведение преобразовавшегося сахара из реакционного объёма током перколирующей кислоты. В 1931 году был пущен первый гидролизный завод в г. Торнеше, где проводился многоступенчатый гидролиз древесины (прерывистая перколяция). К 1934 году на этом заводе было получено 6 000 т сахара, из которого выработано 2,5 млн л спирта. В 1936 году пущен завод по технологии Шоллера в г. Дессау и в 1937 году — в г. Хольцминдене общей мощностью 0,85 млн дал спирта в год.

В 1930 г. было организовано производство фурфурола в СССР на установках малой мощности.

Таким образом, к началу 1930—х годов имелись результаты экспериментальных исследований, опытных работ и определённый практический опыт промышленной реализации гидролизной технологии с получением этанола и фурфурола.

В СССР в это время по методу акад. С. В. Лебедева интенсивно развивалось производство синтетического каучука с использованием в качестве сырья этанола. Перед научными коллективами страны была поставлена задача в кратчайшие сроки разработать и реализовать в промышленных условиях технологию получения технического этанола из непищевых видов сырья, в частности из древесины. К решению этой проблемы был привлечён Центральный научно-исследовательский лесохимический институт (ЦНИЛХИ) в г. Москве, где проводились работы по гидролизу древесины концентрированной серной кислотой под руководством проф. Л. П. Жеребова. Гидролиз разбавленными кислотами исследовали в Ленинградской лесотехнической академии под руководством В. И. Шаркова, в Ленинградском научно-исследовательском лесохимическом институте (ЛенНИИЛХИ) под руководством Н. Я. Солечника, а также в г. Архангельске и Верхнеднепровске, где позже были организованы опытные производства спирта путём гидролиза древесины и растительных сельскохозяйственных отходов.

Задача создания отечественной технологии получения этанола из древесины была успешно решена в лаборатории гидролиза древесины Ленинградской лесотехнической академии. Осенью 1931 г. В. И. Шарковым, О. Д. Камалдиной, Т. В. Утцаль были проведены первые опыты по гидролизу древесных опилок разбавленной серной кислотой. В начале 1932 г. в состав исследовательской группы вошли И. А. Беляевский, В. В. Головин, А. И. Скриган, А. П. Петроченко и др. За очень короткий период времени была разработана технология гидролиза древесины разбавленной серной кислотой с получением этанола и начато проектирование опытного Череповецкого завода. При разработке оборудования этого завода принимали участие проф. Н. Н. Непенин, Г. М. Орлов и другие специалисты.

В январе 1934 г. был пущен Череповецкий опытный завод, оборудованный 6 гидролизаппаратами вместимостью 1 м³. В конце года выход спирта составил 178 л из 1 т абс. сухого сырья. За 5 лет работы этого завода были проверены многочисленные технологические режимы, на основе которых выбраны параметры гидролиза, подготовки и биохимической переработки гидролизата, ректификационного концентрирования и очистки этанола.

Наряду с проведением исследовательских, проектных и опытных работ под руководством В. И. Шаркова в Ленинградской лесотехнической академии в это же время по специальной программе готовились кадры для гидролизной промышленности. В 1934 г. была организована первая в стране кафедра гидролизных производств. Первый выпуск инженеров по гидролизной специальности состоялся в 1935 г. В 1936 г. было опубликовано первое учебное пособие для вузов В. И. Шаркова «Гидролиз древесины». До последнего дня жизни профессор В. И. Шарков руководил кафедрой гидролизных производств лесотехнической академии, ректором которой он был в период с 1964 по 1973 гг. Выпускники академии стали основным творческим ядром проектного института Гипрогидролиз, организованного в 1934 г. для проектирования гидролизных заводов, и Всесоюзного научно-исследовательского института гидролизной и сульфитно-спиртовой промышленности (ВНИИГС), образованного в 1939 г.

В 1934 г. было принято решение о строительстве первых гидролизных заводов — Ленинградского, Бобруйского, Хорского, Архангельского, Саратовского и Волгоградского. В середине 1934 г. было начато строительство Ленинградского гидролизного завода и в декабре 1935 г. завод был пущен в эксплуатацию. Большую помощь при строительстве этого завода оказала ленинградская партийная организация и лично С. М. Киров, который посещал строительство и не раз оказывал помощь при решении организационных вопросов. Технология гидролиза и получения спирта после пуска завода была несовершенной. Гидролиз опилок проводили 0,5—0,7%-ным раствором h3SO4 при 175—190 °C в стальных футерованных гидролизаппаратах объёмом 18 м³. При пуске завода использовали одноступенчатый (так называемый стационарный) метод гидролиза, к 1941 г. был освоен оросительный вариант перколяционного гидролиза, а в 1945 г. был разработан режим перколяционного гидролиза с запасом жидкости, соответствующим уровню сырья (ленинградский режим гидролиза).

В 1936 и 1939 гг. введены в эксплуатацию Бобруйский и Хорский гидролизные заводы. В 1939 г. организовано Главное управление гидролизной и сульфитно-спиртовой промышленности при Совнаркоме СССР. Таким образом, создание гидролизной промышленности проходило в годы первых пятилеток, в период индустриализации народного хозяйства страны.

В годы Великой Отечественной войны потребность в техническом этаноле резко возросла, так как он применялся для оборонных целей. В период с 1941 по 1945 гг. введены в эксплуатацию Архангельский, Саратовский, Канский, Красноярский, Тавдинский и Волгоградский заводы. В 1943 г. пущен первый цех по получению кормовых дрожжей на Саратовском заводе, в 1944 г. — на Хорском заводе.

Выпуск гидролизной продукции имел большое значение во время блокады г. Ленинграда. В октябре 1941 г. на совещании в Смольном проф. В. И. Шарков предложил организовать производство гидроцеллюлозы («пищевой» целлюлозы) для использования в качестве структурной добавки (10—15 %) к ржаному хлебу и пищевых белковых дрожжей. При участии доцентов кафедры гидролизных производств лесотехнической академии А. В. Буевского и Ф. А. Сартания, научных сотрудников ВНИИГСа М. Я. Калюжного, Н. П. Мельникова, В. И. Тимофеевой и др. производство этих продуктов было организовано на Ленинградском гидролизном заводе при использовании оборудования, оставшегося после эвакуации этого завода. Завод выдавал продукцию с ноября 1941 г. по декабрь 1943 г. Цехи по производству гидроцеллюлозы и пищевых дрожжей были также организованы на других предприятиях города.

Последующие этапы становления и развития отечественной гидролизной промышленности можно представить в виде краткой хронологической сводки.

1946 г. — пуск первого завода по переработке хлопковой шелухи — Ферганского гидролизного завода. В том же году было организовано промышленное производство фурфурола из конденсатов паров самоиспарения гидролизата хвойной древесины на гидролизно-спиртовых заводах — Канском, Красноярском, Тавдинском.

1959—1962 гг. — промышленное освоение пентозного гидролиза хлопковой шелухи с получением ксилитана и триоксиглутаровой кислоты.

1955—1974 гг. — опытное производство глюкозы на Канском гидролизном заводе при гидролизе древесины концентрированной соляной кислотой.

1962—1963 гг. — пуск первых заводов гидролизно-дрожжевого профиля: Аполлонского и Кропоткинского.

1962 г. — ввод в эксплуатацию первого цеха по получению активного угля — коллактивита из технического лигнина.

1960—1968 гг. — организация производства фурфурилового и тетрагидрофурфурилового спиртов, тетрагидрофурана, лаков и смол на основе фурфурола и его производных.

1966 г. — организована микробиологическая промышленность СССР, в состав которой в качестве подотрасли вошла гидролизная промышленность.

1967 г. — пущен ксилитный цех на Ферганском химическом заводе фурановых соединений. 1973—1974 гг. введены в эксплуатацию крупнейшие биохимические заводы дрожжевого профиля — Кировский, Лесозаводский, Волжский, а в 1975 г. — освоено производство дрожжевых премиксов на Бельцком и Кропоткинских заводах.

1977 г. — начато получение фурфурола из лиственной древесины на заводах фурфурольно-дрожжевого профиля.

1979 г. — освоено производство гидролизного кормового сахара на Кировском заводе.

1981 г. — в СССР выработано 1 млн т кормовых дрожжей (на углеводном и углеводородном сырье).

1982 г. — на Речицком гидролизно-дрожжевом заводе в опытно-промышленных масштабах освоено производство растительно-углеводных кормовых добавок.

1985 г. — гидролизные заводы вошли в состав Министерства медицинской и микробиологической промышленности СССР.

Современное состояние гидролизных производств

Перспективы развития гидролитической и биотехнологической переработки растительного сырья

Проекты заводов этанола из биомассы (гидролизные заводы)

В 2007 году DOE выделил финансирование трёх проектов в размере $160 млн., но после ежегодного послания президента США, финансирование было увеличено. В своём послании Конгрессу в январе 2007 г. Дж.Буш призвал сократить потребление бензина на 20% за 10 лет (план "20 за 10"). Всего инвестиции в шесть биоэнергетических проектов составят $1,2 млрд. Эти заводы ежегодно будут производить из целлюлозы 130 млн. галлонов (490 млн. литров) этанола. Инвестиции будут сделаны:

Abengoa Bioenergy Biomass (Канзас): Грант - $76 млн. Мощность завода 44 млн. литров этанола в год. Ежедневно будет перерабатываться 700 тонн стеблей кукурузы, пшеничной соломы, и др. отходов.

ALICO, Inc. (Флорида): Грант — $33 млн. Мощность завода 54 млн. литров этанола в год, а также ежедневно электроэнергия, 8.8 тонн водорода и 50 тонн аммиака. Ежедневно будет перерабатываться 770 тонн лесных отходов и отходов сахарного тростника.

BlueFire Ethanol (Калифорния): Грант — $40 млн. Мощность — 74 млн. литров этанола в год из 700 тонн в день древесных и растительных отходов.

Broin Companies (Южная Дакота): Грант — $80 млн. Мощность — 484 млн. литров этанола в год из них 25% из целлюлозы. Ежедневно будет перерабатываться 842 тонны соломы и отходов кукурузы.

Iogen Biorefinery Partners (Виргиния): Грант — $80 млн. Мощность — 70 млн. литров этанола в год. Ежедневно будет перерабатываться 700 тонн соломы пшеницы, ячменя, риса, кукурузы.

Range Fuels (Колорадо): Грант — $76 млн. Мощность — 160 млн. литров этанола в год и 36 млн. литров метанола. Ежедневно будет перерабатываться 1200 тонн древесных отходов.

См. также

Ссылки

dic.academic.ru


Смотрите также