Описание технологической схемы гидролизно-нейтрализационного отд. 4. Описание технологической схемы
 Скачать 20.86 Kb.
|
|
4.Описание технологической схемы Предварительно подготовленное сырье (технологическая щепа, опилки или их смесь, растительные отходы сельскохозяйственного производства) подаются ленточным конвейером и загружаются через воронку в верхнюю горловину гидролизаппарата. Для повышения плотности загрузки сырья и его пропитки одновременно с сырьем подается нагретый до 80 – 90С 0,5— 0,8 %-ный раствор серной кислоты. На загрузку используют воду после решофера третьей ступени испарения или лютер фурфурольной колонны. Концентрированную кислоту из мерника плунжерным насосом через обратный клапан подают в угловой смеситель на верхнем конусе гидролизаппарата. Применяемые смесители с фторопластовыми кольцами и шайбами должны обеспечивать хорошее перемешивание воды и кислоты. Если эффективность смешивания недостаточная, число колец может быть увеличено. Нагрев воды направляемой на гидролиз осуществляют в струйном водоподогревателе. Отбираемый гидролизат температурой 170-180С направляется в общий коллектор и охлаждается путем самоиспарения в последовательно соединенных испарителях, в которых поддерживаются следующие параметры: 1 ступень – 0,5 Мпа , 151 С; 2 ступень- 0,28 Мпа , 130 С; 3 ступень- 0,12 Мпа , 104С. Стальные испарители гидролизата футерованы изнутри кислотостойкой плиткой. При испарении гидролизата в пары переходит около 50% фурфурола от исходного содержания, а также другие летучие примеси ,что повышает доброкачественность гидролизата. Для лучшего теплоиспользования оборотная вода с температурой 50-60С из сборника вместимостью 50-100 м3 последовательно поступает в пластинчатые и трубчатые теплообменники (решоферы) и нагревается до 135-142С; затем вода нагревается до температуры гидролиза острым паром в струйном подогревателе . Применяемые решоферы отличаются большим разнообразием. В частности, поверхности применяемых кожухотрубчатых решоферов составляет 15,60,150,200,215,235 м2, пластинчатых решоферов – 25,50,100,150 ,160,400 м2. Последние имеют повышенный коэффициент теплопередачи и их поверхности сравнительно легко отчищается от загрязнений , в связи с чем этот тип теплообменной аппаратуры более эффективен при конденсации паров самоиспарения . Однако эксплуатация пластинчатых решоферов на первой ступени испарения при давлении около 0,5Мпа затруднена из-за частых разрывов резиновых прокладок между пластинами . Для лучшего разделения жидкости и пара гидролизат подают в испарители по касательной и оборудуют их механическими брызгоотделителями. При перебросе гидролизата в решоферы происходит карамелизация поверхности трубок или пластин в результате отложения лигногуминовых веществ и других примесей . Загрязнения поверхности решоферов снижает эффективность телообмена ; температра воды , поддоваемой на гидролиз, падает до 120-130С и ,как следствие повышается разход свежего пара. Разрыхление этих отложений достигается при обработке 10%-ным раствором NaOH в течение 2 суток с циркуляцией этого раствора в течение 8 часов и механической чисткой . Межтрубное пространство решоферов регулярно промывают противотоком горячей воды или 4 -6 %-ным раствором NaOH . Высокоскоростная промывка (при расходе промывной жидкости около 300 м3/ч) повышает эффективность очистки поверхностей теплообмена. В сборнике собирается фурфуролосодержащие конденсат , выход которого 10-12 % от количества гидролизата, концентрация фурфурола 0,30 – 0,35%.Выделение фурфурола из конденсата и его отчистка проводятся путем ректификации в фурфурольном отделении . Конденсат пропускается через дополнительный испаритель , работающий при атмосферном давлении. Образующиеся пары конденсируются в конденсаторе и направляются в сборник. На конденсатных линиях посе решоферов первой и второй ступени иногда устанавливают конденсатоотводчики , эффективность которых обычно невелика. Таким образом, решоферно-испарительный узел обеспечивает : охлаждение гидролизата со 170-180С до 98-102С;рациональная теплоиспользование гидролизата путем нагрева воды , направляемой на гидролиз , до 130-140С ; снижение жидкостного потока гидролизата на 10-12 %; частичное удаление из гидролизата фурфурола и других легколетучих примесей ; возможность получения фурфурола из конденсатов как побочной товарной продукции. Охлаждение и частичная очистка гидролизата на испарителях является первой стадией процесса подготовки гидролизата к биохимической переработке. Выгрузка твердого остатка после гидролиза – технического лигнина ,производится в циклон (сцежу). Назначение циклона – отделение паров ,образующихся в результате самоиспарения жидкости при снижении давления до атмосферного, от технического лигнина . Лигнин по выдувной трубе направляется в сцежу по касательной к её поперечному сечению; образующиеся пары сбрасваются в атмосферу , лигнин собирается в нижней части циклона и с помощью выгребного механизма подается в автотранспорт или конвееры для последующего использования. При инверсии гидролизата осуществляется дополнительный гидролиз олигосахаридов до моносахаридов . Олигосахариды не являются ингибиторами биохимических процессов , однако не усваиваются дрожжами и переходят в состав сточных вод. Цель инверсии – повышении выхода усваиваемых углеводов и , следовательно , выхода товарной продукции из перерабатываемого сырья. Процесс инверсии осуществляют при повышенной температуре , при атмосферном давлении в течение 6-8 часов. Катализатором гидролиза служит H2SO4, содержащаяся в гидролизате. Гидролизат из испарителя III ступени с температурой 100-105 С непрерывно поступает в нижнюю часть инвертора. В инверторе температура несколько снижается (до 95-98С) за счёт самоиспарения жидкости и охлаждения через стенки. Инверсию проводят в стальных футерованных кислотоупорных плитках инвертора с верхним и нижним конусами. Объём и число используемых инверторов должны обеспечить продолжительность пребывания гидролизата в них в течение 6-8 часов. Для сокращения тепловых потерь наружные стенки инвертора теплоизолируют. Гидролизат после инверсии непрерывно вытекает через несколько штуцеров в верхней части инвертора , связанных общим коллектором , и поступает в сборник инвертированного гидролизата. Отбор гидролизата через верхние штуцера обеспечивает постоянство уровня гидролизата в инверторе и стабильность режима инверсии по её продолжительности. Для предотвращения загрязнения атмосферы образующиеся в инверторе пары необходимо направлять на поверхностные конденсаторы. Образующийся конденсат с содержанием фурфурола 0,2-0,4% направляется в сборник фурфуролосодержащих конденсатов , что способствует получению дополнительного количества товарного фурфурола. Нейтрализация проводится в аппаратах непрерывного действия при 80-85С с последовательным применением в качестве нейтрализующих агентов известкового молока и аммиачной воды . Гидролизат из сборника подаётся в нейтрализатор , куда также поступает необходимое количество известкового молока из сборника-мешалки , проходит выдерживатель и донейтрализуется аммиачной водой , подаваемой на всос центробежного насоса. Количество подаваемого известкового молока должно обеспечивать полную нейтрализизацию H2SO4. При концентрации H2SO4 0,4-0,6% нейтрализация практически завершается при рН ± 3,0-3,2. Органические кислоты( в первую очередь HCOOH) нейтрализуются аммиаком. Нейтрализацию проводят до получения рН ±4,0-4,5 , при этом свободном состоянии в нейтрализате остаётся около 0,15% органических кислот. Продолжительность пребывания гидролизата в нейтрализаторе и выдерживателе 30-60 минут. Тщательное перемешивание гидролизата с нейтрализующими агентами необходимо для предотвращения местного перещелачивания и распада моносахаридов. Перемешивание осуществляется мешалками с механическим приводом. Эффективное перемешивание гидролизата с аммиачной водой достигается при её подаче на всос центробежного насоса. В результате нейтрализации образуется сульфат кальция выпадающий в осадок , и растворимые аммонийные соли органических кислот. Сульфат кальция должен быть выведен из системы. Процесс химического взаимодействия кислот с нейтрализующими агентами протекает быстро , продолжительность измеряется секундами. Растворимость сульфата кальция снижается при повышении температуры раствора и концентрации сухих веществ, что приводит к последующей гипсации оборудования и трубопроводов при переработке гидролизатов. В результате нейтрализации гидролизата содержание взвешенных веществ возрастает примерно в 10 раз. Взвешенные вещества состоят приблизительно на 80% из CaSO4*2H2O, остальное приходится на мелкодисперный лигнин и лигногуминовый комплекс. При аммиачной нейтрализации гидролизата содержание взвешенных веществ составляет 0,1-0,2 % ; в основном они состоят из органических веществ. Для удаления взвешенных веществ применяют стальные цилиндрические отстойники непрерывного действия. В среднем степень очистки нейтрализата на отстойниках составляет 80-90%. Нейтрализат поступает в центральную часть отстойника через барабанный успокоитель. В отстойнике обеспечивается медленное движение жидкостных потоков в следующем направлении: в центральной части аппарата сверху вниз , в нижней части- к периферии аппарата и у стенок - снизу вверх. Шлам осаждается на коническое днище отстойника, а осветлённый нейтрализат равномерно сливается в желоб, расположенный по окружности отстойника , откуда отбирается в сборник осветлённого нейтрализата. Удаление шлама из отстойников непрерывное с помощью выгребного механизма , либо периодическое при остановке отстойников. Выгребной механизм сгребает шлам в центральную часть конического днища, где расположен штуцер для отбора шламовой суспензии с влажностью 60-75%. Для сокращения РВ со шламом проводится его промывка водой в мешалке объёмом 100-280 м3. Промывные воды декантируют и направляют в основной поток нейтрализата. При этом достигается сокращение потерь РВ до 3% от общего содержания в нейтрализате. Для повышения эффективности отделение шлама и сокращения количества промывных вод , разбавляющих субстрат , предложено проводить фильтрацию шлама на автоматических фильтр-прессах или на ленточных вакуум-фильтрах. Использование фильтров позволяет сократить потери РВ , снизить влажность шлама , облегчает организацию его переработки на органоминеральные удобрения или вывоз в отвал. Осветлённый нейтрализат необходимо охладить до 45С. Осветлённый нейтрализат охлаждается путём непрерывного последовательного вакуум-испарения в четырёх ступенях испарителя. Давление , МПа, по ступеням последовательно снижается : I - 0,03 , II - 0,015 , III - 0,01 , IV - 0,006 - 0,008, что приводит к падению температуры нейтрализата от 76 С на I ступени до 45С (или 38 С) после IV ступени. Выдача нейтрализата из IV ступени установки производится в сборник по барометрической трубе, высота которой с учетом остаточного давления в этой ступени должна составлять 9-10 м. Требуемая глубина разрежения в каждой ступени испарения обеспечивается с помощью пароэжекторных вакуумных насосов. Образовавшиеся на каждой ступени вторичные пары конденсируются в конденсаторах ,фурфуролсодержащие конденсаты собираются в сборнике и затем направляются ( совместно с конденсатом паров самоиспарение гидролизата) в фурфурольное отделение для получения товарного фурфурола в качестве побочного продукта производства. На вакуум-охладительной установке происходит не только снижение температуры нейтрализата , но и его облагораживание путём испарения фурфурола (на 33-40%), метилфурфурола( на 20-30%), терпенов (на 10-20%) и других легколетучих примесей. Выход конденсата при вакуум-охлаждении нейтрализата составляет 7-8% от количества исходного нейтрализата. Неконденсирующиеся пары и газы поступают на пароэжектрные насосы и далее в систему конденсаторов смешения. Охлаждающая вода последовательно проходит через конденсаторы IV-III-II-I ступеней и нагревается примерно до 60 С. Это вода направляется в бак оборотной воды гидролизного отделения и используется для приготовления варочной кислоты. Коллоидно-растворенные лигногуминовые вещества отрицательно влияют на ферментационные процессы в дрожжевом производстве. Эффективным методом дестабилизации коллоидной системы является аэрация нейтрализата воздухом. Для коагуляции лигногуминовых коллоидных веществ охлаждённый нейтрализат направляется в аэратор , где обеспечивается его продувка воздухом при расходе 40-50 м3/м3 жидкости при рН ⩽4 в течение 4 часов. При рН> 4 возрастает пенообразующая способность субстрата и возможность его инфицирования посторонней микрофлорой, хуже отстаиваются взвешенные вещества. Развитию посторонней микрофлоры препятствует повышенная температура (45С) нейтрализата при его аэрации. Аэрацию проводят в аппаратах эрлифтного типа объёмом 600 и 1300 м3. В результате аэрации концентрация взвешенных веществ в сусле возрастает в 1,5 - 2 раза ( до 1 -1,2 г/л). Их удаление присходит в течение 3,5 часов на отстойнике до остаточного содержания 0,3-0,5 г/л. Холодильник служит для охлаждения сусла до температуры ферментации. В результате аэрации с последующим холодным отстоем из гидролизата удаляется 30-35% лигногуминовых коллоидных веществ от их первоначального содержания; при горячем отстое нейтрализата удаляется 20-25%. Суммарные потери РВ на всех стадиях очистки и охлаждения нейтрализата составляют 3-6%. Помимо коагуляции лигногуминового комплекса , в процессе аэрации в результате испарения происходит частичное удаление фурфурола( примерно на 10%) и других летучих примесей. Аэрация субстрата позволяет повысить выход дрожжей на 1-3% от ассимилированных сахаров. Завершающей стадией подготовки субстрата в дрожжевом производстве является разбавление сусла свежей или оборотной водой для снижения содержания токсичных примесей. При разбавлении сусла концентрация РВ снижается с 3-3,2 % до 1,2-1,6% , значит , сусло разбавляется примерно в 2 раза. Соотвественно снижается концентрация вредных примесей |