Способ предотвращения карамелизации гидролизатов растительного сырья Советский патент 1992 года по МПК D21C1/02 C13K1/04 

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

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

Недостатком данного способа является необходимость проведения технологического процесса в кислотоупорном оборудовании, так как разбавленные концентрации

серной кислоты (0,5-1%) приводят к сильной коррозии. Использование серной кислоты требует дополнительных капитальных затрат на организацию узла приема, хранения и разведения кислоты.

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

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

Однако, данные способы не обеспечивают полного исключения карамелизации

VJ Os СЛ

ю

-vl

древесных гидролизатов, так как вводимые добавки сначала переводят лигниновые компоненты гидролизатов в гидрофильное состояние, а затем при дальнейших технологических операциях, особенно в кислой среде, опять ведут к карамелизации за счет реакций автоконденсации лигнина, а также его конденсации с карбонильными соединениями (фурфуролом, оксиметилфурфуро- лом, углеводами и т.д.). В результате этого происходит отложение образовавшейся твердой карамели на оборудовании и трубопроводах, что приводит к необходимости остановки технологического процесса для чистки оборудования, т.е. влечет за собой снижение эффективности производственного цикла. Кроме того, введение в качестве добавок концентрата сульфитного щелока и упаренной последрожжевой бражки отрицательно влияет на качество гидролизата. Наличие в этих добавках органических веществ способствует резкому увеличению цветности и ухудшению биохимических показателей (ВПК и ХПК) как самого гидролизата, так и продуктов его дальнейшей биохимической переработки, а также отработанных стоков. Указанные недостатки подтверждаются данными работы Братского ЛПК и Байкальского ЦБК, где приведенные способы в настоящее время используются в качестве промышленных для предотвращения карамелизации при водном гидролизе древесины.

Известен также способ инверсии древесных гидролизатов, в котором для предот- вращения карамелизации вводятся сорбирующие добавки, такие как: опилки, гидролизный лигнин, разработанный асбест.

Недостатком этого способа является невозможность после завершения инверсии полного отделения твердой фазы суспензии с сорбированной карамелью от гидролизата, полученного при водном гидролизе, что ухудшает качество инвертированных гидролизатов и продуктов их дальнейшей переработки, ведет к потерям гидролизата и, тем самым, отрицательно сказывается на эффективности производства.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату вявляется выбранный в качестве прототипа способ предотвращения карамелизации растительных гидролизатов при водном гидролизе, в котором способ предотвращения карамелизации является сопутствующим процессом и обеспечивается за счет введения суспензии

биомассы активного ила на стадии водного гидролиза древесины.

Недостатком данного способа является низкое качество получаемых гидролизатов в

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

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

0 причиной забивания трубопроводов, что требует частых и продолжительных остановок производства на чистку и отрицательно влияет на эффективность процесса.

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

Указанная цель достигается тем, что в известном способе предотвращения кара0 мелизации гидролизатов растительного сырья вводят диспергатор на стадии водного гидролиза растительного материала.

Согласно изобретению, в качестве дис- пергатора для предотвращения карамели5 зации гидролизатов растительного сырья используют термолизат биомассы активного ила. Термолизат вводят до концентрации 0,05-0,3%. Термолизат биомассы активного ила получают путем обработки суспензии

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

Активный ил представляет собой ценоз бектерий, дрожжей, грибов, простейших

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

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

Отклонение от заявляемых пределов концентрации термолизата биомассы активного ила в сторону увеличения технически и экономически нецелесообразно, а в

сторону уменьшения ведет только к частичном связыванию лигниновых веществ в лигнопротеиновый комплекс, т.е. снижается эффект предотвращения карамелизации гидролизатов, что отрицательно сказывает0 ся на качестве получаемых продуктов и эффективности производства.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что в предлагаемом способе предот5 вращения карамелизации гидролизатов растительного сырья в качестве добавки, вводимой в гидролизаты, используют тер- молизат биомассы активного ила при концентрации 0,05-0,3%, причем термолизат

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

Технология способа предотвращения

5 карамелизации гидролизатов растительного сырья заключается в следующем.

Расчетное количество термолизата биомассы активного ила подают насосом из сборника термолизата ила в сборник горя0 чей воды, поступающей на гидролиз в варочный котел, где проводится водный гидролиз древесины, или в инвертор при кислотной инверсии водных гидролизатов и гидролизатов, полученных при кислом гидролизе, до

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

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

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

Процесс кислотной инверсии водных

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

0 температуре 140°С в течение 30 мин.

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

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

теплоизоляцией, где проводят его термообработку острым паром при температуре 80- 95°С в течение 1-3 ч в зависимости от качества исходной суспензии активного ила. Чем ниже иловый индекс, тем меньше время термообработки. По окончании процесса термолизат насосом подают на сепарацию (центрифугирование, флотация, сепарация) для отделения взвешенных частиц. Отделенный термолизат далее подают в производство.

Технология предотвращения карамели- зации растительных гидролизатов подтверждается следующими конкретными примерами осуществления изобретения, причем примеры 1-6 относятся к процессу водного гидролиза, примеры 7-13 - к процессу инверсии гидролизатов, полученных при водном гидролизе при атмосферном давлении, примеры 14-25 - к процессу ин- версии гидролизатов при повышенном давлении, примеры 26-32 - к инверсии гидролизатов, полученных при кислотном гидролизе.

Для сравнения по получаемым резуль- татам с прототипом в качестве диспергато- ра берется 0,5% добавки суспензии биомассы активного ила.

Контрольный опыт. В автоклав с электрообогревом, объемом 10 л загружают воз- душно-сухую сосновую щепу, заливают воду, нагретую до 80°С, гидромодуль 1:4,5. В течение 120 мин температуру содержимого автоклава поднимают до 170°С, далее стоянка при 170°С в течение 80 мин. Затем сбрасывают давление и отбирают через нижний штуцер полученный гидролизат для дальнейшей биохимической переработки. Гидролизат мутный, светло-коричневого цвета, из него выпадает на дно и стенки колбы темноокрашенный карамелеподоб- ный осадок.

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

Предгидролизованную водой щепу подвергают сульфатной варке и отбелке с получением целлюлозы для химической переработки известными способами.

Пример 1. Термолизат биомассы активного ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживании в течение 3 ч при 80°С. По окончании термолиза суспензию биомассы центрифугируют, от- деляя термолизат (надосадочную жидкость), и используют.

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

предварительно задают термолизат биомассы активного ила до концентрации 0,03% по сухому веществу. Температуру содержимого автоклава поднимают до 170°С в течение 120 мин при включенной циркуляции. При 150°С делают терпентинную сдув- ку.

Гидролизную варку проводят при 170°С в течение 80 мин. По окончании водного гидролиза давление в автоклаве сбрасывают до атмосферного и отбирают гидролизат через нижний вентиль в стеклянную колбу. Определяют рН и Р.В. В сравнении с контрольной пробой гидролизат более прозрачный, на дно колбы выпадает рыхлый осадок, который при перемешивании легко переходит во взвешенное состояние. По истечении 10-15 мин после отбора гидролизата имеет место образование небольшого количества карамелеподобного плотного осадка. Данная конструкция термолизата активного ила недостаточна для предотвращения караме- лизации (табл. 1).

Пример 2. Термолизат биомассы ила получают при нагревании суспензии ила паром и выдерживании в течение 2 ч при 90°С. По окончании термолиза суспензию ила центрифугируют, отделяют термолизат и его используют.

Водный гидролиз сосновой щепы проводят по режиму, указанному в примере 1, но подогретую воду, подаваемую на пред- гидролиз, задают термолизат биомассы активного ила до концентрации 0,05% от массы воды. Полученный гидролизат по внешнему виду был таким же, как в примере 2, но из него не выпадал плотный карамеле- подобный осадок. рН 3,7, Р.В.2,1% (табл. 1).

Пример 3. Термолиз биомассы ила проводят при нагревании паром и последующем выдерживании в течение одного часа при 95°С. Далее термообработанную суспензию ила центрифугируют и термолизат используют.

Водный гидролиз сосновой щепы проводят по режиму, указанному в примере 1. В подогретую воду до 70-80°С, подаваемую на гидролиз, добавляют термолизат биомассы активного ила при концентрации 0,1 % от массы воды. Качество и внешний вид гидролизата идентичен гидролизату, полученному по примеру 2 (рН 3,7, Р.В.2,1%). Из гидролизата плотный осадок не выпадает, образовавшийся лигнопротеиновый осадок рыхлый, легко фильтруется, при перемешивании переходит во взвешенное состояние, затем быстро оседает (табл. 1).

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

Концентрация термолизата биомассы активного ила составляет 0,2% по сухому веществу в воде, подаваемой на гидролиз. Режим водного гидролиза аналогичен режиму, описанному в примере 1. Полученный гидролизат по внешнему виду идентичен гидролизату, полученному по примеру 3 (Р.В.2,10, рН 3,7). Выпадения твердых ка- рамелеподобных осадков из гидролизата не отмечено. Взвешенные вещества в гидроли- зате быстро оседают, образуя рыхлый осадок, который легко отфильтровывается. Гидролизат светлый, прозрачный, из него после фильтрации дополнительно не выпадает осадок, даже при длительном хранении пробы.

Пример 5. Получение термолизата биомассы активного ила проводят согласно примера 2. Водный гидролиз сосновой щепы осуществляют по режиму примера 1

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

Пример 6 Термолиз биомассы ила проводят по режиму, указанному в примере 3. Водный гидролиз щепы по примеру 1. Концентрация термолизата биомассы активного ила составляет 0,4%.

По окончании процесса водного гидролиза в полученном гидролизате твердых карамелеподобных осадков не обнаружено, Гидролизат содержит взвешенные вещества, которые легко фильтруются быстро оседают, плотных осадков не образуют Но имеет место разбавление гидролизата перед инверсией,что технически и экономически нецелесообразно (Р.В 1,7%, рН 3,8) (табл. 1).

Из данных табл. 1 следует, что введение термолизата биомассы активного ила на стадии водного гидролиза древесины до концентрации 0,05-0,3% исключает процесс образования твердой карамели (плотного осадка). При концентрации ниже0,05% имеет место образование небольшого количества карамели. Введение термолизать активного ила до концентрации, большей, чем 0,3%, приводит к некоторому разбавлению

гидролизата перед инверсией, что повлечет за собой увеличение расхода серной кислоты и пара на инверсию и является экономически нецелесообразным.

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

0 инверсии кислых гидролизатов (рН 1).

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

В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гидролизата, добавляют

5 2,5 мл концентрированной серной кислоты (,84) из расчета 0.5%-ной концентрации в гидролизате, рН при этом равен 1. Содержимое колбы перемешивают, соединяют с обратным холодильником и проводят ин0 версию на кипящей водяной бане при температуре 98-100°С в течение 8 ч. По окончании процесса инверсии содержимое колбы охлаждают и определяют Р.В. До инверсии Р.В.2,4%, после - Р.В.4,4%, при5 рост Р.В. составил 83,3%. После инверсии на дне и стенках колбы темно-коричневый осадок, плотный, блестящий (механически удаляется с трудом, растворяется только в щелочи при нагревании) (табл. 2).

0

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

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

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

5 соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию на кипящей водяной бане при 98-100°С в течение 8 ч. Р.В. до инверсии 2,4%, после инверсии - 4,5%, прирост Р.В. составил 87,5%. Взвешенные

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

5 термолизата биомассы ила недостаточна для предотвращения карамелизации.

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

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

Опыты по инверсии в примерах 8-11 проводят аналогично примеру 7, количество вводимого термолизата биомассы активно- го ила (15 г/л абс.сухих веществ) составило 17, 34, 68, 102 мл соответственно, 0,05; 0,1; 0,2; 0,3%. В этих опытах прирост Р.В. после инверсии составил 91,7%. Во всех опытах имело место образование рыхлого неприли- лающего к стенкам и ко дну колб осадка. Осадок после перемешивания быстро оседает,, легко фильтруется, из отфильтрованной пробы дополнительно не выпадает осадок даже при продолжительном выдер- живании колб (табл.2).

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

Опыты поставлены аналогично примеру 7. Количество добавляемого при инверсии термолизата биомассы активного ила (15 г/л абс. сухих веществ) составило в опыте 12 136 мл или 0,4%, а в опыте 13 - 170 мл или 0,5%. В данных опытах имеет место снижение прироста Р.В. после инверсии. Характер осадка был аналогичен осадкам в опытах 8-11 (табл. 2).

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

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

В данной серии опытов процесс кислот- ной инверсии гидролизатов с добавкой тер- молизата биомассы активного ила проводили при 140°С в течение 30 мин. В лабораторные батарейные автоклавы объемом 700 мл наливают по 500 мл гидролизата после водного гидролиза по 2,5 мл концентрированной серной кислоты и добавляют 0,03-0,5% термолизата активного ила (по сухому веществу), затем автоклавы помещают в глицериновую баню, поднимают температуру до 140°С и выдерживают при 140°С в течение 30 мин. В качестве контроля проводят инверсию гидролизата без введения добавки термолизата биомассы активного ила. По способу прототипа кислотную инверсию проводят при 140°С в течение 30 мин с добавлением 79,0 мл суспензии активного ила с содержанием сухих веществ 32 г/л, т.е. до массовой доли сухих веществ активного ила 0,5% в гидролизате. Результаты этих опытов представлены в табл. 3.

Примеры 21-25. В данной серии опытов получение термолизата и проведение процесса инверсии аналогично примерам 14-20, только температура инверсии в этой серии была увеличена до 160°С. Результаты представлены в табл, 3.

Как следует из табл, 3, при проведении инверсии при 140°С в течение 30 мин с введением добавок термолизата ила 0,05-0,3% карамель не выпадает и прирост Р.В. после инверсии не снижается (примеры 14-21). Повышение температуры кислотной инверсии до 160°С показало, что введение термолизата активного ила как диспергатора для предотвращения карамелизации уже не сказывается положительно. В опытах этой серии на стенках автоклава было значительное количество карамелеподобных осадков.

В примерах 26-32 приведены результаты опытов по предотвращению карамелизации при инверсии гидролизатов, полученных при кислотном гидролизе.

Контрольный опыт. В коническую колбу объемом 750 мл наливают 500 мл гидролизата (рН 1, кислотность-0,5%, температура 98-100°С), колбу соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию на кипящей водяной бане при 98-100°С в течение 60 мин, По окончании инверсии содержимое колбы охлаждают и определяют Р.В., рН (Р.В.2,7, рН 1, прирост Р.В,8%). На дне и стенках колбы плотный налет осадка, при интенсивном перемешивании содержимого колбы осадок не отстает. В горячей воде не растворяется, растворим только в щелочи при нагревании (табл. 4).

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

Для опытов приготавливали термолизат биомассы активного ила путем нагревания суспензии ила при 90°С в течение двух часов с последующим его центрифугированием для отделения от клеточных остатков,

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

в гидролизате 0,03%. Содержимое колбы перемешивают, соединяют с обратным холодильником и проводят инверсию при 100°С в течение 60 мин. После инверсии Р.В.2,7%, рН 1, прирост Р.В. составил 8,0%. В гидролизете после инверсии отмечено небольшое количество плотного осадка, который при перемешивании содержимого колб отстает от стенок и от дна. Основное количество осадка имеет рыхлую структуру (табл. 4).

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

Опыты по предотвращению карамели- зации при инверсии гидролизатов в примерах 27-30 проводят аналогично примеру 26, количество вводимого термолизата биомассы активного ила (15 г/л абс. сухих веществ) составило 17, 34, 68 и 102 мл, т.е. соответственно 0,05, 0,10, 0,20, 0,30%. В этих опытах прирост Р.В. после инверсии во всех случаях составил 8,0%. Образования плотных осадков не наблюдалось. Взвешенные вещества быстро оседают, образуя рыхлый осадок, который легко и быстро фильтруется. Р.В. до инверсии 2,5%, после инверсии -2,7%, рН 1 (табл.4).

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

Опыты проведены аналогично примеру 26, концентрация термолизата биомассы активного ила, задаваемого на стадии инверсии гидролизатов в опыте 31 составила 0,4%, а в примере 32 - 0,5%. Отмечено снижение прироста Р.В. после инверсии до 4%. Плотных осадков не наблюдается. Образующийся осадок рыхлый, который легко и быстро фильтруется (табл. 4),

Из табл, 4 видно, что введение термолизата биомассы активного ила в гидролизат при инверсии до концентрации 0,05-0,3% исключает процесс образования карамели. Добавка термолизата ила менее 0,05% не исключает полностью образования плотных карамелеподобных отложений. Введение более 0,3% термолизата ила в гидролизат снижает прирост Р.В., имеет место незначительное разбавление гидролизата на стадии инверсии, что влечет за собой увеличение расхода серной кислоты для обеспечения рН среды не выше 1 и снижает экономичность процесса.

Заявляемый способ предотвращения карамелизации гидролизатов, полученных при водном гидролизе, и гидролизатов при инверсии, т.е. на стадии их подготовки к

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

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

Из данных табл. 5 следует, что введение

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

5 введения добавки. Следует также отметить и увеличение массовой доли истинного белка в дрожжах на 3,1-9,3% с прототипом и на 20-26% с контролем.

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

Технико-экономические преимущества заявляемого способа позволяют: полностью

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

5 уменьшения диаметра трубопроводов при отложении карамели; уменьшить простои оборудования за счет исключения чистки емкостей и трубопроводов от карамели; исключить затраты ручного труда при чистке

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

5 повысить биологическую доброкачественность гидролизатов при водном гидролизе и гидролизатов как субстратов для получения кормовых дрожжей за счет обогащения их биогенными компонентами, содержащимися в термолизате биомассы активного ила

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

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предполагаемого изобретения на базе Братского ЛПК составляет 244,3 тыс. руб./год. При расчете экономической эффективности за базовый вариант приняты Технико-экономические показатели производства кордной целлюлозы с водным предгидролизом за 1989 год на ПО Братскцеллюлоза. Согласно этим показателям расход сульфитно-дрожжевой бражки для предотвращения карамелизации при водном гидролизе древесины составил 4 кг по абс, сухому веществу на 1 т целлюлозы по варке. Производство целлюлозы в 1989 году составило 228 тыс.т.

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

Экономия за счет исключения подачи

сульфитно-дрожжевой бражки на предгид- ролиз составит:

;оота Ш7тысру6/год

Кроме того, разовые затраты на чистку и замену трубопроводов, которые постепенно забивались карамелью в варочном цехе, составили 13,3 тыс.руб. в квартал или 53,2 тыс.руб./год.

Экономический эффект от исключения ручного труда при чистке инверторов от карамели при инверсии тидролизатов составит:

Э 1100x4x6 26,4 тыс.руб.

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

Аналогично экономический эффект от исключения ручного труда при чистке ин

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

Э 1100x4x10 44 тыс.руб.

Термолизат биомассы активного специально не оценивали в связи с тем, что активный ил относится к неиспользуемым отходам производства. Однако его косвенной оценкой могут служить те затраты, которые обусловлены включением в технологическую схему узла приготовления термолизата ила, Обслуживание узла приготовления ила потребует создания дополнительного рабочего места. При трехсменной работе дополнительные расходы на оплату труда четьТрех человек составят сумму около 13 тыс.руб. в год. При ориентировочном размере капитальных вложений 100 тыс.руб. величина сопряженных с ними текущих расходов (амортизация, ремонт, содержание оборудования) составит около 10 тыс. руб. в год.

Таким образом, годовые затраты на приготовление термолизата активного ила составят:

13000+10000 23 тыс.руб./год.

(При внедрении заявляемого способа предотвращения карамелизации окупаемость капзатрат составит 0,5 года).

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

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

Формула изобретения

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

Таблица

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

ТаблицаЗ

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

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

2,3 2,3

2,3 2,3

2,2 2,2

М 4,0

4,0 4,0

3,7 3,7

3,8

Инверсия при 1бО С (пример 21-25)

Контроль 2,3 3,5

2,3

2,3 2,3

2,3 2,3

3,6

3,5 3,6

3,6 3,6

3,5

количество плотного карамелеподобного осадка

Имеет место образование рыхлого, легко фильтруемого осадка

Плотных отложений на стенках автоклава нет

Осадок рыхлый, легко фильтруется, но снижается прирост Р.В.

72,7

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

Большое количество карамели на стенках автоклава

На стенках автоклава твердая плотная карамель

52,5

На стенках автоклава и на дне плотная карамель

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

Таблица 5

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

Гидролизат, полученный при водном гидролизе после инверсии