Проект реконструкции дрожжевого цеха

Комитет общего профессионального образования Лен. об.

Государственное автономное образовательное учреждения.

Среднего профессионального образования Лен. об.

"Приозерский политехнический колледж"

(ГАОУ СПО ЛО ППТК)

 

 

 

 

Курсовая работа

Тема: Проект реконструкции дрожжевого цеха

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студенка 4-го курса гр.Тп-2

По специальности 250404

Технология переработки древесины

Шатохина Татьяна

 

 

 

Руководитель проекта:

Хвостов Н. Л

г.Приозерск  2013

 

Введение

 

В связи с сокращением запасов ископаемого органического сырья в последние годы во всем мире уделяется серьезное 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 следующем 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 увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. В недалеком 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 и лекарственные препараты, мономеры и синтетические смолы топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

 

В настоящее время гидролизная промышленность занимает ведущее место в мире по выработке основных видов продукции: кормовых дрожжей и технического этанола.

 

Комплексная программа развития гидролизной промышленности предусматривает увеличение производства всех видов выпускаемой продукции за счет: освоения всеми действующими предприятиями проектных мощностей, введение новых мощностей на ряде действующих предприятий при их реконструкции, строительства и ввода в эксплуатацию новых предприятий, технического перевооружения предприятий на основе принципиально новой техники и технологии.

 

Промышленное производство микробной белковой биомассы организовано на основе переработки углеводного и углеводородного сырья. Кормовые дрожжи вырабатываются с использованием следующих видов углеводного сырья: гидролизатов древесины и растительных отходов сельскохозяйственного производства и обесспиртованной барды гидролизно-спиртового производства, сульфитных щелоков и предгидролизатов сульфатно-целлюлозного производства.

 

Микроорганизмы также культивируют на углеводородном сырье: белково-витаминном концентрате (паприне), полученном при выращивании аспорогенных дрожжей на эмульсии н-парафинов в воде, бактериальной микробной биомассе (гаприне), выращиваемой на природном газе, пропускаемом через ферментатор с культуральной жидкостью.

 

Кормовую микробную биомассу можно также получить при использовании в качестве сырья окисленных углеводородов, в первую очередь метанола и этанола.

 

Кормовые дрожжи вырабатываются на специализированных гидролизно-дрожжевых заводах производственной мощностью 5-60 тыс. т дрожжей в год, а также на заводах спиртодрожжевого, фурфурольно-дрожжевого и ксилитно-дрожжевого профилей.

 

Белково-витаминные кормовые дрожжи являются продуктом биохимической переработки моносахаридов, получаемых при гидролизе полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок различных растительных отходов.

 

Гидролизные дрожжи вследствие высокого содержания в них полноценных, хорошо усвояемых белков, биологически активных веществ − витаминов, ферментов, гормонов и микроэлементов применяются в качестве корма для домашних животных и птиц. Добавка кормовых дрожжей к растительным кормам, богатым углеводами, значительно улучшает их качество и повышает биологическую ценность. Белковые кормовые дрожжи по питательности и усвояемости не уступают кормам животного происхождения. В дрожжах содержится 46-55 % белка, который в свою очередь содержит все жизненно необходимые аминокислоты. В золе кормовых дрожжей содержатся также ценные для животных и птиц макро- и микроэлементы.

 

Таким образом, кормовые дрожжи, выращенные на гидролизных средах, богаты многими витаминами, входящими в состав различных ферментативных систем и участвующими в белковом и углеводном обмене, окислительно-восстановительных и других биохимических процессах. Содержащиеся в дрожжах ферменты, гормоны и другие продукты микробиологического синтеза играют важную роль в улучшении обмена веществ в организме животных и птиц.

 

 

1 Аналитический обзор литературы

 

1.1 Характеристика сырья

 

Для химической переработки основное значение имеет растительная биомасса, продуцируемая в лесах. Общая площадь лесов на земном шаре составляет 3620 млн. га. Мировые запасы древесины во всем мире составляют 359 млрд. м3. Заготовка древесины во всех странах мира составляет более 3 млрд. м3. При заготовке древесины в зависимости от типов применяемых рубок выход деловой древесины составляет 50-85%, дровяной 10-25% и лесосечных отходов 15-20% от древесной биомассы. Примерно 30% от заготовленной древесины используется в народном хозяйстве без переработки, остальная часть направляется на лесо- и шпалопиление, в фанерное, спичечное и тарное производство, на получение древесноволокнистых и древесностружечных плит, в целлюлозно-бумажную, гидролизную и лесохимическую промышленность. Химическими методами перерабатывают около 15% заготовленной древесины.

 

В гидролизном производстве в качестве сырья используют отходы лесопиления и деревообработки, а также низкокачественную стволовую древесину, непригодную для механической переработки.

 

Отходами производства называются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образующиеся в процессе производстве основной продукции и утратившие частично или полностью свою потребительную стоимость [1].

 

К кусковым отходам лесопиления и деревообработки относятся горбыли, рейки, отрезки бревен и пиломатериалов. Горбыль − это отпиленная периферийная часть бревна. Рейки получаются при обрезке и раскрое пиломатериалов по ширине, отрезки − при поперечном раскрое. К мягким отходам относятся опилки, стружка и шлифовальная древесная пыль. К отходам лесозаготовок, образующимся на лесосеках, верхнем и нижнем складах, относятся малоценная древесина, отходы кроны, а также пни и корни.

 

При современных объемах лесозаготовок и переработки древесины ежегодно образуется около 100 млн. м3 отходов древесины. Используется ежегодно 30 млн. м3 древесных отходов. На распиловку направляется более 30% от общего количества заготовляемой деловой древесины. Общий выход отходов в деревообработке зависит от породы, сортности, размеров и влажности пиломатериалов, характера готовых изделий и равен 20-85% от объема пиломатериалов [3].

 

На гидролизных заводах перерабатывается ежегодно около 7 млн. м3 древесины, в том числе примерно 80% древесных отходов и около 20% дров. На долю хвойного сырья приходится примерно 60% от общего потребления древесины. На новых гидролизных предприятиях большой производственной мощности в качестве основного сырья используется щепа, получаемая при измельчении древесины лиственных пород − березы и осины.

 

Обеспечение сырьем крупных предприятий представляет непростую задачу. В

 

частности, на заводе мощностью 60 тыс. т дрожжей в год потребность в сырье составляет 720 тыс. м3 древесины. Общая потребность гидролизной промышленности в древесном сырье составляет около 2% от общего объема лесозаготовок, т.е. около 8 млн. м3.

 

На предприятиях дрожжевого, ксилитного и фурфурольного профиля в качестве сырья, помимо древесины, используют растительные отходы переработки сельскохозяйственного сырья, к которым относят в основном отходы предприятий пищевой промышленности: хлопковую шелуху и лузгу семян подсолнечника − отходы масложировых комбинатов; стержни початков кукурузы, рисовую и гречневую лузгу − отходы крахмалопаточных и крупяных предприятий и другие виды сырья.

 

При химической переработке растительного сырья методом гидролиза основное значение имеет углеводный состав сырья. С этой точки зрения различают два вида сырья: древесину хвойных пород и пентозансодержащее сырье. К пентозансодержещему сырью относят: древесину лиственных пород, отходы ее механической переработки и одубину − отход получения дубильных экстрактов; растительные отходы переработки сельскохозяйственного сырья; дикорастущие растения; малоразложившийся торф [1].

 

Пентозансодержащее сырье содержит в 2-3 раза больше пентозанов, чем древесина хвойных пород. Гемицеллюлозы древесины хвойных пород в основном состоят из галактоглюкоманнанов и арабиноглюкуроноксиланов, в то время как для древесины лиственных пород характерны глюкуроноксиланы. По суммарному содержанию углеводов древесина хвойных и лиственных пород примерно равноценна. Теоретически возможный выход моносахаридов при гидролизе составляет 66-72% от абсолютно сухой древесины. На гидролизно-дрожжевых заводах применимо любое сырье. Это связано с утилизацией аспорогенными дрожжами как гексозных, так и пентозных сахаров гидролизата.

 

В практических условиях на переработку поступают отходы со значительным количеством коры, отличающейся пониженным содержанием полисахаридов. Общее содержание полисахаридов в технологической щепе и древесных опилках составляет 55-65%, в связи с чем выход целевых продуктов гидролиза из технического сырья всегда ниже, чем из окоренной древесины соответствующих пород.

 

Значительная часть древесины лиственных пород, поступающей на гидролиз, поражена гнилью. С увеличением степени деструкции древесины содержание полисахаридов падает. При гидролизе частично деструктированной древесины отмечено не только снижение выхода общих РВ, но также повышенное содержание в гидролизате редуцирующих веществ неуглеводного строения. Пониженным содержанием полисахаридов отличается тонкомерная древесина лиственных пород от рубок ухода и лесосечные отходы [2].

 

С технологической точки зрения основной особенностью пентозансодержащего или ксилансодержащего сырья является возможность получения достаточно высокого выхода пищевого ксилита и фурфурола, который зависит прежде всего от содержания пентозанов в сырье. Наиболее богаты пентозанами стержни кукурухных початков и хлопковая шелуха, а также овсяная лузга.

 

Для гидролизного производства важное значение имеет показатель активной зольности, который обычно выражают количеством серной кислоты, взаимодействующей с минеральными компонентами сырья. Зольность древесного сырья обычно составляет 0,2-0,5%, в связи с чем дополнительный расход серной кислоты при гидролизе древесного сырья обычно в 2-3 раза ниже, чем при гидролизе растительных отходов сельскохозяйственного производства.

 

На скорость процессов гидролиза, на состав промежуточных и конечных продуктов влияет не только химический состав сырья, но и его физическая структура, плотность, гранулометрический состав.

 

1.2 Методы гидролиза

 

Существует большое разнообразие методов и технологических приемов гидролиза растительного сырья, что связано со значительным числом факторов, влияющих на кинетику процесса. На скорость реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов и реальный выход моносахаридов оказывают влияние химическая микрокинетика и макрокинетические факторы , которые связаны с технологической характеристикой сырья, с техническими приемами гидролиза и конструкцией оборудования [1].

 

Из кинетических факторов на процесс гидролиза основное влияние оказывают реакционная способность и агрегатное состояние полисахаридов, активность и концентрация катализатора и температура процесса.

 

При гидролизе растительного сырья разбавленными кислотами процесс гидролиза легкогидролизуемых полисахаридов начинается в гетерогенных условиях и завершается в гомогенных. Гидролиз трудногидролизуемых полисахаридов протекает в гетерогенных условиях, хотя при этом не удается определить границу раздела фаз из-за проникновения раствора катализатора в субмикроскопическую структуру клеточных стенок растительного сырья. Повышение удельной поверхности растительного сырья в результате тонкого механического размола приводит к росту скорости гидролиза полисахаридов. Однако при таком размоле может происходить не только увеличение поверхности, но и активация полисахаридов путем нарушения их надмолекулярной структуры. Перевод полисахаридов в раствор повышает их реакционную способность.