Введение к работе
Актуальность темы. В процессе заготовки и переработки древесного сырья образуется большое количество отходов, которые, как правило, загрязняют окружающую среду. Вместе с тем, при соответствующей технологической обработке они могут быть использованы для получения ценных продуктов. Одним из перспективных способов комплексной переработки древесного сырья является гидролиз полисахаридов до образования моносахаров, которые либо непосредственно входят в состав готовых продуктов, либо подвергаются последующий биохимической или химической обработке. Можно выделить два направления гидролитической переработки растительного сырья.
Первое - глубокая конверсия всего полисахаридного комплекса древесины с получением в качестве товарных продуктов кормовых дрожжей, этилового спирта, фурфурола и др. Существенными недостатками данного способа являются высокие энергетические затраты на его осуществление и большое количество твердых и жидких отходов, утилизация которых также требует существенных энергетических затрат.
В связи с этими обстоятельствами все большее признание получает альтернативный подход - частичная деполимеризация полисахаридного комплекса древесины с получением осахаренных материалов, которые могут быть использованы как в качестве готового продукта (например растительно-углеводных кормов - РУК), так и в качестве сырья для последующей биохимической переработки.
Учитывая большую потребность в углеводном сырье для промышленной биотехнологии, а также потребности кормопроизводства в моно- и олигосахаридах, как источниках энергии, задача разработки и внедрения технологии осахаривания древесных отходов в непрерывном режиме является вполне актуальной.
Цель работы - разработать комплексную, энергосберегающую, экологически прогрессивную технологию направленной деполимеризации полисахаридного комплекса древесины с получением углеводных мономеров.
В настоящей диссертационной работе ставились и решались следующие научные и инженерные задачи:
- разработать и создать лабораторную установку, которая позволяла бы
воздействовать на древесиїгу одновременно механическими, физическими и
химическими факторами в широком интервале параметров;
изучить кинетику направленной деполимеризации природного полисахаридного комплекса древесины при совместном действии механических, физических и химических факторов;
- на основе полученных данных разработать режимы технологических
процессов осахаривания древесного сырья;
оценить стойкость конструкционных материалов в условиях технологического режима осахаривания и разработать мероприятия по защите
оборудования от коррозии;
- исследовать влияние технологических параметров на энергетическ
показатели процесса;
- проверить исследованные технологические режимы в опыта
промышленных условиях и дать рекомендации к разработке оборудован]
специально предназначенного для осахаривания растительного сырья.
Научная новизна. В результате проведенной работы сооруже лабораторная установка, позволяющая исследовать процесс конверс растительного сырья при его размоле в среде водяного пара в присутств кислотного катализатора. На ней изучено влияние на процесс осахариван древесины хвойных и лиственных пород различных технологических факторе вида катализатора и его расхода, температуры, продолжительное предварительного пропаривания и времени размола.
Изучено влияние химико-термической обработки на механичесю прочность древесины и на энергетические затраты при ее размоле. Установлеї что в присутствии кислотного катализатора гидротермическая обработ древесины приводит к резкому снижению ее механической прочности, ч обусловлено глубокими химическими превращениями лигноуглеводне комплекса древесного вещества. В результате расход электрической энергии п размоле снижается в 2-3 раза по сравнению с размолом древесины, которая обработана кислотой.
Разработана и согласована с НИИхиммашем специальная методи определения скорости коррозии металлов в гидролизных средах при повышен» давлении и температуре. По результатам лабораторных и производственні испытаний для изготовления опытного образца установки по приготовлені кормов рекомендована сталь 10Х17Н13М2Т.
Установлено также, что повысить коррозионную стойкость оборудован можно путем введения в кислотный катализатор ингибиторов коррозии, качестве последних впервые применены кормовые фосфаты, которые наряду снижением коррозионной активности катализатора улучшают качество готове продукта (а.с. СССР N 1231078, 1299557, 1355223,1375228)
Показана принципиальная возможность выращивания микробного белка гидролизатах, полученных в процессе горячего размола растительного сырья.
Практическая ценность. Разработана энергосберегаюш экологически прогрессивная технология направленной деполимеризац полисахаридов древесины с получением в качестве готового продук растительно-углеводного корма - кормовой осахареннои древесноволокнист массы (КОДВМ).
Материалы диссертации использованы при составлении техническ условий на КОДВМ ТУ 13-2068343-001-91 и технического задания проектирование установки по приготовлению кормов УПК-2.
С участием автора разработан, согласован и утвержден опыта промышленный технологический регламент на производство КОДВМ.
Выданы исходные данные на проектирование опытно-промышленной технологической линии по производству КОДВМ на Сокольском гидролизно-дрожжевом заводе.
Реализация результатов исследований. На Нововятском комбинате древесных плит (КДП), Подосиновском лесоперевалочном комбинате (ЛПК), Котласском целлюлозно-бумажном комбинате (ЦБК) с участием автора проведены наработки опытных партий КОДВМ, которые переданы на зоотехнические испытания в НПО "Луч" отделения ВАСХНИЛ по Нечерноземной зоне РСФСР, а также во Всесоюзный научно-исследовательский институт охотничьего хозяйства и звероводства (ВНИИОЗ).
Наряду с наработкой опытных партий КОДВМ и ее зоотехническими испытаниями, производство КОДВМ в опытном масштабе было организовано на пяти предприятиях по производству древесноволокнистых плит (ДВП). Было произведено более 7000 тонн продукта, который использован более чем в 100 хозяйствах Кировской, Архангельской, Ленинградской областей и Красноярского края.
В соответствии с техническим заданием Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт целлюлозного машиностроения (НИИЦ маш) спроектировал, а Петрозаводское машиностроительное производственное объединение "Петрозаводскмаш" изготовило установку по приготовлению кормов из древесного сырья УПК-2.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на научно-техническом совещании "Использование продуктов гидролиза растительных материалов и микробиологического синтеза в кормлении сельскохозяйственных животных" (Киров, 1983 г.); на Всесоюзных научно-технических семинарах "Использование лигнинных веществ в технологии материалов и изделий" (Пенза, 1984. 1986 гг.); научно-технических конференциях "Пути повышения эффективности лесохимических и гидролизных производств" (Свердловск, 1985 г.); "Ученые и изобретатели - народному хозяйству области" (Киров, 1985 г.); Всесоюзных научно-технических конференциях "Химия, биохимия и использование гемицеллюлоз" (Рига, 1985 г.); "Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности использования древесины и ее отходов в народном хозяйстве" (Архангельск, 1986 г.); "Основные направления совершенствования и создания нового оборудования для медицинской и микробиологической промышленности" (Иркутск, 1988 г.); на заседании научно-технического Совета НПО Гидролизпром (Ленинград, 1985 г.); на Всесоюзных научно-технических семинарах "Повышение эффективности антикоррозионной защиты технологического оборудования и металлических конструкций" (Пермь, 1986 г.); "Строение древесины и ее роль в процессах делигнификации" (Рига, 1986 г.);"Производство кормовых добавок для сельского хозяйства на основе отходов лесопромышленного комплекса" (Красноярск, 1987 г.).
Кроме того, основные положения работы были оформлены в виде экспонатов на Всероссийскую выставку "Вклад ВУЗов России в выполнение
продовольственной программы" (Саранск, 1982 г.), выставку в Совете Министре РСФСР "Ученые Минвуза РСФСР - народному хозяйству страны" (Москва, 19S г.) и ВДНХ СССР "Пути ресурсосбережения в лесном комплексе" (Москв 1988г.).
Публикации. Результаты исследований изложены в А опубликованных работах, защищены 15 авторскими свидетельствами патентами.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состой из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной часті выводов, списка использованной литературы (/^/ наименований) и приложениі Объем диссертации составляет //V страницы машинописного текста, в том числ — страниц приложения, работа содержит _^рисунка и / таблицы.