Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное Образовательное Учреждение Высшего  Профессионального Образования  «Санкт-Петербургский Государственный  Технологический Университет Растительных Полимеров» 
 

Кафедра комплексной химической переработки  древесины

  
 

Реферат на тему:

 

Гидролизное производство. Технология производства пищевого ксилита. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Ст. группы 155                                                                             Святкова С.С. 

Проверил:                                                                                    

                                                                                                       Удовенко Н.К.

                                                                                                        
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010г. 
 
 

Содержание 

1.Гидролизное  производство…………………………………………………3

1.1.Гидролизное  сырье………………………………………………………..3

1.2.Основы теории  гидролиза растительного сырья………………………..5 

2.Технология  производства пищевого ксилита……………………………..7

2.1.Облагораживание  пентозансодержащего сырья………………………..8

2.2.Техника и  технология гидролиза гемицеллюлоз………………………..9

2.3.Характеристика  пентозных гидролизатов……………………………...11

2.4.Подготовка  пентозного гидролизата к гидрированию………………...12

2.5.Гидрирование  ксилозы…………………………………………………..14

2.6.Очистка и  концентрирование ксилитных растворов…………………..15

2.7.Кристаллизация  ксилита…………………………………………………16 

3.Свойства и  применение ксилита…………………………………………..18 

Список  литературы…………………………………………………………...21 
1.Гидролизное производство 

     Гидролизное производство основано на свойстве полисахаридов, составляющих около 70% растений на суше, подвергаться гидролитическому расщеплению до моносахаридов под действием воды в присутствии минеральных кислот.

    За счет наличия в растительных  тканях гидролизного сырья двух  типов полисахаридов – пентозанов  и гексозанов и, следовательно,  за счет возможности получения  преимущественно пентозных и  гексозных моносахаридов определили  организацию в гидролизной промышленности предприятий следующих профилей:

    д р о ж ж е в о г  о, основанного на переработке  всех сахаров и кормовые дрожжи;

    с п и р т о д р о  ж ж е в о г о, в котором из гексозных сахаров вырабатывается этиловый спирт, а из пентозных – дрожжи;

    ф у р ф у р о л ь н о – д р о ж ж е в о г о, в котором вначале сырье обрабатывают с целью получения фурфурола из гемицеллюлозной части, сохраняя целлюлозную для последующего гидролиза и получения дрожжей;

    к с и л о з н о –  д р о ж ж е в о г  о, где вначале гидролизуют главным образом пентозаны для получения ксилозы, а затем гексозаны для производства дрожжей. 

1.1.Гидролизное сырье 

    В качестве гидролизного сырья широко используются различные виды отходов лесопиления и деревообработки, дрова, отходы переработки сельскохозяйственных культур и некоторые дикорастущие растения.

    При заготовке древесины образуется  около 15…25% лесосечных отходов в виде веток, вершин, пней, коры и т.п. Около 10…12% мягких отходов (опилки) и 20% твердых отходов (горбыль, гика, обрезки) образуется при разделке древесины на пиломатериалы, что составляет на крупных лесопромышленных комплексах 400…500 тыс.пл.м³ в год. Значительные запасы сырья (10…30 тыс. т щепы в год) образуются на лесохимических заводах, вырабатывающих дубильный экстракт (сырье – одубина) и экстракционную канифоль (сырье – осмольная щепа после экстракции). Дрова лиственных и хвойных пород, в избытке заготавливаемые в некоторых районах лесоразработок, составляют важный источник гидролизного сырья.

    Сырье для гидролиза должно иметь определенный гранулометрический состав (например, размер щепы по длине волокна 5…35 мм, а по толщине 5 мм), содержать коры не более 12%, гнили не более 6%, минеральных примесей не более 1%. Опилки, стружка, одубина, щепа после экстракции пригодны для гидролиза без какой – либо дополнительной обработки.

    Хлопковая шелуха представляет  собой твердую оболочку семян  хлопчатника. Основная масса шелухи (от 3 до 80 тыс. т в год) скапливается на маслоэкстракционных заводах, выход ее составляет 40…45% массы семян. Меньше используются стебли хлопчатника (гуза – пая), выход которых составляет 0,8 т на 1 т хлопка.

    Кукурузная кочерыжка является  отходом предприятий, отделяющих  кукурузные зерна от початков. Выход кочерыжки 25…35% массы початков, длина в среднем 10…15 см, диаметр 15…20 см. Запасы только на одном крахмально – паточном заводе составляют 30…40 тыс. т в год.

    Подсолнечная лузга является  отходом производства подсолнечного  масла и семян подсолнечника.  Выход ее составляет около 50% массы перерабатываемых семян. На отдельных заводах запасы ее составляют от 5 до 30 тыс. т в год.

    Выход рисовой и просяной лузги  составляет от 16 до 20% массы зерна.  На крупных предприятиях ее  получают от 6 до 12 тыс. т в год.

    Солому хлебных злаков и дикорастущих растений рассматривают как источник потенциального сырья для гидролизной промышленности.

    Критерием для использования  тех или иных отходов является  их стоимость, объем концентрации  в районе расположения гидролизного  завода и технологические свойства. Наиболее дешевым видом сырья являются древесные опилки и подсолнечная лузга. Если принять стоимость 1 т подсолнечной лузги 1, кукурузной кочерыжки 4,2, древесной щепы 5.

    Растительное сырье, используемое  на гидролизных заводах, должно  содержать в необходимых количествах определенные полисахариды. Химический состав наиболее распространенных видов гидролизного сырья представлен в таб. 1.1. 

Таблица 1.1.Химический состав гидролизного сырья, % массы а.с.в. 

1.2. Основы теории гидролиза растительного сырья 

    Единственным источником промышленного  получения моносахаридов являются  растительные ткани, основу которых  образуют полимерные цепи различных  полисахаридов – гексозанов и  пентозанов. Наиболее ценным растительным  сырьем, состоящим примерно на 70…75% из полисахаридов, является древесина. Превращение полисахаридов растительного сырья в моносахариды (простые сахара) основано на гидролитическом расщеплении (гидролизе) полисахаридов.

    Гидролиз полисахаридов протекает  под действием воды в присутствии крепкой минеральной кислоты в качестве катализатора. Роль катализатора выполняют ионы гидроксония Н₃О^-, образующиеся при взаимодействии протона кислоты Н⁺ с водой. Ионы гидроксония быстро протонизируют кислород гликозидной связи между звеньями полисахаридов, которая ослабевае и рвется с образованием иона карбония. Ион карбония реагирует с водой, давая гидроксильную группу и высвобождая катализатор (протон Н⁺).

    Процесс гидролиза до моносахаридов  протекает ступенчато через образование  промежуточных продуктов с постепенным уменьшением СП. Условно механизм гидролиза целлюлозы, разбавленной минеральной кислотой, представляется следующей схеме:

Целлюлоза  реакция протекает  Нерастворимые в воде

                              быстро  продукты

Гидроцеллюлоза  реакция протекает

                                        медленно

 

Целлодекстрины   (СП 60-10)  Растворимые в воде

Олигосахариды – формы  (СП 10-3) продукты

Целлобиозы  (СП 2 – дисахариды

                               С₁₂Н₂₂О₁₁)

D – Глюкоза  (моносахариды С₆Н₁₂О₆) 

     Реакции полного гидролиза полисахаридов  древесины могут быть выражены  уравнениями: 

(С₆Н₁₀О₆)_n + (n-1)H₂O     nC₆H₁₂O₆

целлюлоза, глюкоза и другие

гексозаны                                                 гексозы 

(С₅H₈O₄)_n + (n-1)H₂O      nC₆H₁₀O₅

пентозаны пентозы 

    Полисахариды древесины в связи  с особенностями надмолекулярной  структуры разделяют на легко- и трудногидролизуемые. К легкогидролизуемым относятся гемицеллюлозы и небольшая часть целлюлозы, способные гидролизоваться разбавленными кислотами при 100 ⁰С. Трудногидролизуемые полисахариды – это целлюлоза и небольшая часть гемицеллюлоз, которые поддаются гидролизу разбавленными кислотами только при температуре 160…190 ⁰ С и соответствующем давлении.

    Одновременно с гидролизом полисахаридов под действием тех же катализаторов идет процесс разрушения моносахаридов с образованием различных продуктов их распада: оксиметилфурфурола, фурфурола, муравьиной кислоты и др. На скорость гидролиза полисахаридов древесины существенно влияют температура и концентрация кислот: чем они выше, тем быстрее протекает процесс. Скорость распада моносахаридов определяется теми же факторами, что и скорость их образования. Поэтому режим гидролиза растительного сырья с целью получения моносахаридов подбирают так, чтобы процесс разрушения моносахаридов был наименьшим. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Технология производства пищевого ксилита 

    Ксилит получают гидрированием гемицеллюлозных гидролизатов пентозансодержащего сырья, содержащих в основном ксилозу.

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

    Технологический процесс получения  пищевого ксилита можно разделить  на следующие основные стадии: механическую подготовку и химическое облагораживание пентозансодержащего сырья; двухстадийный пентозно – гексозный гидролиз сырья; подготовку пентозного гидролизата к процессу гидрирования; гидрирование ксилозного раствора; очистку ксилитного раствора; концентрирование ксилитного раствора и кристаллизацию ксилита. Упрощенная технологическая схема получения гидролизата показана на рис. 2.1.