Введение к работе
Актуальность проблемы. Значение промышленного роизводства ксилита из непищевого растительного сырья в < ямической промышленности, медицине и производстве едицинских продуктов неуклонно возрастает. Ксішит разрешен к ютреблению для специального диабетического питания. Пищевая ромышленность СНГ выпускает большой ассортимент хлебно-у'лочных и кондитерских изделий с применением ксилита-джемы, шфитюры, мармелады, шоколады, жевательные резины и др. В шзи с этим, повышение объемов производства ксилита чрезвычайно сгуально.
В настоящее время в СНГ, в том числе Узбекистане Ферганском химическом заводе фурановых соединений —- ФХЗФС и нги-Юльском БХЗ) и Казахстане (АО "Казксилитбиохим", Шымкент) производство кристаллического ксилита организовано : базе пиролиза растительного сырья — в основном хлопковой елухи с использованием в качестве растворителя и катализатора рной кислоты при его гидролизе с последующим каталитическим дрированием ксилозного гидролизата под давлением водорода на їлавном алюмоникельтитановом катализаторе.
Недостатками данного промышленного процесса производства плита является острый дефицит и дороговизна исходного рас-тельного сырья - хлопковой шелухи, вследствие чего сущест-ющие мощности производства ксилита за последние годы гружены неполностью или практически полностью простаивают, пользование при гидролизе растительного сырья минеральной слоты, в частности, серной усложняет как процесс нейтрализации одуктов гидролиза с помощью кальциевых оснований до гбуемого остаточного содержания кислоты 0, 05-0, 10%, а также следующей переработки ксилозного гидролизата в ксилит по угующим причинам. Во-первых, при этом образуются ічительньїе количества растворимых в воде красящих веществ и тей зольных элементов, которые резко отравляют скелетный гализатор на стадии гидрирования пентозного гидролизата :илозных растворов) с одной стороны, а с другой - снижает гективность процессов гидролиза растительного сырья и галитического гидрирования ксилозного гидролизата, что, помимо іжения выхода целевого продукта, резко ухудшает качество овой продукции - пищевого кристаллического ксилита по (ержанию примесей. Во-вторых, проведение более глубокого шесса нейтрализации способствует образованию растворимых [ьциевых солей органических кислот, в результате чего в ітрализате резко возрастает содержание ионов кальция, что {водит к осложнению дальнейшей очистки. Кроме того, серная
кислота сильно корродирует оборудование, коммуникации і трубопроводы. Сравнительно низкие качественные характеристик! применяемого в процессе гидрирования ксилозного гидролизат; сплавного алюмоникельтитанового катализатора по активности селективности, стабильности, нагрузке по сырью (объемной скорості сырья), продолжительности межрегенерационного цикла и срою службы не обеспечивают высокие технико-экономические показателе по выходу целевого продукта и производительности процесса.
В связи с этим, усовершенствование технологий процессої получения моносахаридов из растительного сырья и гидрирования и: под давлением водорода является актуальной; научно-техническое задачей.
Целью работы является интенсификация процесса получение
ксилита путем расширения ресурсов растительного сырья и подбор;
менее корродирующее оборудование растворителя и катализатора дш
селективного гидролиза сырья в пентозаны, разработки новых \
модификации существующих катализаторов гидрирования ксилозы і
ксилит. *
В задачу исследований входило;
подбор доступного и значительно дешевого растительной сырья, взамен дефицитной хлопковой шелухи, для получена моносахаридов;
подбор менее корродирующее оборудование растворителя і катализатора для селективного гидролиза растительного сырья і пентозаны, взамен серной кислоты;
синтез сплавных алюмокобальтовых катализаторов \ модификация их небольшими добавками легирующих металлов, ; также сравнительное исследование их физико-химических и ката литических характеристик в процессе гидрирования ксилозы : ксилит;
подбор оптимальных условий процессов гидролиза новол вида растительного сырья в ксилозу в присутствии предложенное растворителя, а также гидрирования ксилозы в ксилит н разработанных катализаторах;
разработка рекомендаций по внедрению научно-технически разработок в производство.
Наулная-шшизна:
показано} что модифицированные сплавные алюмо кобальтовые катализаторы в процессе гидрирования ксилозы ксилит под давлением водорода в сопоставимых условия технологического процесса по активности располагаются определенный ряд;
установлено, что изученные модифицирующие добавки составе катализаторов образуют новые фазы, которые повышаю
дисперсность (снижают размер) частиц их активного компонента (кобальта), удельные поверхность и объем пор, адсорбционную и термодссорбционную способности, следовательно, увеличивают их активную поверхность, вследствие чего наблюдается повышенные активность, селективность, стабильность, производительность, продолжительность межрегенерационного цикла и срок службы синтезированных образцов катализаторов в процессе гидрирования ксилозы в ксилит. Результаты данных исследований могут служить в качестве научных и технологических основ направленного синтеза гетерогенных катачизаторов гидрирования ксилозы в ксилит с сданными свойствами;
- установлены кинетические закономерности гидролиза гуза-пан
} зависимости от температуры, концентрации полисахарида в
эастворе, природы и концентрации кислоты, а также процесса
идрирования ксилозы в ксилит на модифицированных алюмо-
собальтовых катализаторах, в зависимости от концентрации ксилозы
і растворе, температуры и давления водорода, найдены оптимальные
'словия осуществления технологического процесса получения
хилнта из нового вида растительного сырья.
Практизескзя^нанямоегь: 1.Разработана усовершенствованная ехнология получения ксилита из нового вида растительного сырья, аключающаяся в следующем:
- для гидролиза растительного сырья в моносахариды взамен
лопковой шелухи предложено использовать в качестве исходного
ырья доступную и дешевую гуза-паю, представляющую собой отход
ельского хозяйства, ресурсы которого в Узбекистане и Южных
егионах Казахстана весьма внушительны, ежегодно возобновляются
составляют сотни миллионов тонн;
- для снижения коррозии оборудования, коммуникаций и
рубопроводов, повышения селективности гидролиза растительного
ырья, упрощения последующих стадий нейтрализации и очистки
силозного гидролизата взамен минеральной серной кислоты на
гадии гидролиза гуза-паи предложено использовать в качестве
астворителя и катализатора органическую кислоту, в частности,
ксусную, которая являехся доступной, и выпускается в
рупнотоннажных объемах на ПО " Навоиазот".
- для интенсификации и повышения технико-экономических
сказателей процесса на стадии каталитического гидрирования
:илозного (пентозного) гидролизата в ксилит взамен
ромышленного сплавного алюмоникельтитанового катализатор.!
зедложено использовать алюмокобальтовый катализатор,
одифицированный небольшими (1,0-10,0% масс) добавками
їгирующігх металлов переходных элементов, обладающий
эвышенными качественными характеристиками по физнко-
химическим и каталитическим свойствам.
-
Разработаны и выданы АО "Казксилитбиохим" (г. Шымкент] дополнение N1 к технолопіческому регламенту ПР 64-206-91 нг производство кристаллического ксилита, для промышленное испытания усовершенствованной технологам производства пищевоге ксилита из предложенного растительного сырья (гуза-паи) н; модифицированном сплавном (алюмокобальтовом) катализаторе.
-
Показано, что усовершенствованная технология производст ва ксилита полностью вписывается в промышленное оборудованиі установок производства ксилита из растительного сырья на АС "Казксилитбиохим" и Ферганского химического завода фурановьг соединений (ФХЗФС).
-
Согласно расчетным данным ожидаемый экономически! эффект от внедрения усовершенствованной технологии получени; ксилита только на АО "Казксилитбиохим" (г. Шымкент) с учете» производственной мощности- установки производства ксилита 70 т/год на данном предприятии составляет 249438 долларов США в год
АпробашіЯ-работьі. Результаты работы доложены и обсуждеш на международной научно-теоретической конференции "Наука і образование - 97", (г. Шымкент, 1997 г.), Республиканскої семинаре-совещании по аналитической химии (гАпматы. 1995г.) и конференции молодых ученых, посвященной памяти академик С.Ю.Юнусова (г.Ташкент. 1997 г.).
Пубдикашш. По теме диссертации опубликовано 14 научны трудов, в том числе 8 научных статях,
На^ашиту-вьшосикя имеющая большое народнохозяйственно значение усовершенствованная технология получения ксилита і: нового вида растительного сырья (гуза-паи) с применением на стадн ее пиролиза в качестве растворителя уксусной, взамен серно кислоты, а также использованием на стадии пщрирования ксилозы ксилит модифицированного сплавного алюмокобальтової катализатора взамен промышленного алюмоникельтитанової контакта.
Работа выполнена в Узбекском научно-исследовательско
химико-фармацевтическом институте (УЗКФИТИ) т
А.С.Султанова и Шымкентском . Отделении Международної Казахско-Турецкого Университета (ШОМКТУ) им. ХА.Яссави соответствие с тематическим планом научно-исследовательских рабі ШОМКТУ и договора содружества между ШО МКТУ и УЗКФИТИ і
Объем работы. Работа изложена на 152 страниц; машинописного текста, включает 19 таблиц, 30 рисунков и 5 схем.
Структура_диссерташщ. Диссертация состоит из введения, шеста глав, включающих литературный обзор, экспериментальную часть, последующие четыре главы экспериментальных исследований и обсуждения полученных результатов, выводов, списка цитируемой литературы из 131 наименований и приложения.
Автор выражает искреннюю благодарность кандидату химических наук, доценту Кедельбаеву Б.Ш. за научные консультации и всемерную помощь при выполнении данной работы.
