Реферат: Совершенствование эффективности переработки леса в России и за рубежом
Для получения смоляных и жирных кислот применяют метод экстрагирования бензином при 60-65 С0 с последующей отгонкой растворителя. Полученный продукт нейтрализуют 40 %-ной щелочью с добавлением воды до 40 % влажности. Он представляет собой бальзамическую пасту.
Водная суспензия хлорофиллина-сырца промывается водой до нейтральной реакции в промывных водах. Затем производится сушка продукта. Полученные хлорофиллиновые кислоты нейтрализуются карбонатом натрия (содой) в 20%-ном водном растворе этанола при температуре 75 С и соотношении растворитель: хлорофиллин натрия:сода равном 10:1: :0,5 в течение 15-20 мин [Репях, 1988].
При получении спиртового раствора хлорофиллина натрия спирт частично отгоняется до получения нужной концентрации продукта. При получении же водного раствора спирт отгоняется полностью и концентрат хлорофиллина натрия растворяется в воде. Полученные растворы поступают в фасовочное отделение и
Рис. 6. Принципиальная схема переработки древесной зелени
по способу бензиновой экстракции
разливаются в стеклянную тару.
Таким образом, учитывая использование обессмоленной древесной зелени, в настоящее время можно говорить о создании безотходной технологии переработки этого сырья с получением целого ряда биологически активных продуктов. Однако все они представляют собой сложные, полностью не изученные смеси, что ограничивает их применение и, прежде всего, в фармакологии.
Выход хлорофилло-каротиновой пасты по описанной технологии переработки древесной зелени сосны из 1 т сырья при использовании для ее подготовки усовершенствованного измельчителя кормов "Волгарь-5" составляет 60-70 кг и 120-150 т тяжелого эфирного масла [Ягодин, 1988]. В среднем извлекается приблизительно 50-60 % смолистых веществ. Количество хлорофилловых пигментов в бензиновом экстракте составляет 20-30 %, а каротиноидов до 50 % от содержания их в исходном сырье. При дальнейшей переработке экстрактов древесной зелени сосны и ели получают до 5 кг провитаминного концентрата, 5-5,5 кг бальзамической пасты, до 2 кг хвойного воска, а также 200-230 г хлорофиллина натрия.
В НПО "Силава" (Латвия) на основании данных о работе цехов по переработке древесной зелени на базе типового оборудования с использованием нестандартных экстракторов разработан проект лесобиохимического цеха с получением хлорофилло-каротиновой пасты и тяжелого эфирного масла [Продниекс, 1988]. Ниже приведены технико-экономические показатели цеха.
Технико-экономические показатели цеха
Годовой выпуск товарной продукции, тыс.р. 123,95
Годовая потребность, т:
в сырье .....……………………………............ 600
в бензине ............…………………………….. 39
в едком натре ........………………………... 2,82
Общая сумма капиталовложений, тыс.р. 101,27
Средняя прибыль, тыс.р. .....……………..... 47,52
Средняя рентабельность, %.…………........ 62
Окупаемость капитальных вложений, год . . 2,54
Удельные капитальные затраты на 1 руб. товарной продукции, 81,7 коп.
Однако в проекте заложены заниженные данные по выходу продуктов из 1 т сырья: хлорофилло-каротиновой пасты-50 кг, тяжелого эфирного масла -95 г. Их выход составляет до 70 кг и 140 г соответственно. То есть по выпуску товарной продукции данные занижены на 45 тыс.р. Денежный выход с 1 т продукции составит 281,7 р. [Левин, 1981; Репях, 1988]. Таким образом, цеха, получающие в качестве продуктов переработки древесной зелени только тяжелое эфирное масло и хлорофилло-каротиновую пасту уже оказываются высокорентабельными предприятиями. Нo неполнота извлечения экстрактивных веществ, а также высокая пожароопасность производства обусловили поиски новых растворителей для проведения процесса экстракции.
Внедрение в промышленные технологические схемы в качестве экстрагента трихлорэтилена было осуществлено на основании исследований, проведенных на кафедре процессов и аппаратов Таллиннского политехнического института. Отмечено, что трихлорэтилен имеет наивысшую среди хлорорганических растворителей стабильность в условиях экстракции, относительно низкую температуру кипения (87,0°С) и практически не растворима воде (0,1 %), что облегчает его регенерацию. Авторами была разработана технология экстракции древесной зелени хвойных пород трихлорэтиленом в непрерывном процессе при обработке извлеченньк смолистых веществ триэтиламином. Эта технология была внедрена в химцехе Валгского лесхоза и Выруского леспромхоза (Эстония) и в химцехе Тетеревского опытного лесхоззага (Украина). Однако анализ работы этих предприятий показал, что, хотя трихлорэтилен и является трудногорючей жидкостью, пожароопасность которой на одну категорию ниже, чем у экстракционного бензина БР-1, он обладает повышенной токсичностью. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м3, что очень трудно достижимо в промышленных условиях. Возникают большие затруднения при очистке стоков. Кро ме того, при длительном хранении на свету трихлорэтилен постепенно окисляется кислородом воздуха до фосгена, а при соприкосновении с водой образует корродирующую смесь. Поэтому этот способ не нашел широкого распространения, так же как и предложенная схема экстракции древесной зелени в винтовых аппаратах непрерывного действия.
К недостаткам рассмотренных схем относят прежде всего неполное извлечение и использование содержащихся в древесной зелени веществ. При получении биологически активных веществ по технологической схеме с применением экстракции органическим растворителем в обессмоленной древесной зелени остаются неиспользованными водорастворимые вещества, а при водной экстракции - жирорастворимые. Резервом дальнейшего улучшения показателей является совершенствование технологии, а также комплексная переработка древесной зелени. Эффективность получения продуктов при комплексной переработке зависит в этом случае главным образом от выбора экономически обоснованного направления использования сырья.
3.4.3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
В настоящее время предложен целый ряд способов комплексной переработки древесной зелени методами последовательной экстракции водой и бензином. Однако двухстадийная экстракция исследованная как в периодическом, так и в непрерывном режиме не нашла применения в цехах по комплексной переработке древесной зелени. В НПО "Силава" был разработан экспериментальный проект завода с последовательной бензино—водной экстракцией. Из приведенных основных технике—экономических показателей следует, что экономическая эффективность производства при введении такой экстракции снижается [Левин, 1981; Репях, 1988]. Основные технико-экономические показатели производства:
Сумма товарной продукции, тыс.р. . . 123,90/184,09
Водный экстракт, т.…………………....... -/100
Хлорофилло-каротиновая паста, т …….. 30/30
Хвойный воск, кг............ 1800/1800
Эфирное масло, кг ........... 57/57
Потребность:
в сырье .........………….... 600/600
в технологическом паре . .. .. 1554/4140
в технологической воде, м3 . . . 18000/21400
Число работающих, чел. ........ 16/30
Капитальные вложения, тыс.р. . . .. 101,0/214,8
Общая рентабельность, %....... 37/21
Срок окупаемости капитальных вложений, год......... 2,54/5,60
Примечание: Числитель - данные для бензиновой экстракции, знаменатель - для совмещенной.
Поэтому для широкого внедрения схемы комплексной переработки древесной зелени необходимо интенсифицировать процесс экстрагирования или получать на основе хвойно—водного экстракта, который в 5 раз дешевле хлорофилло-каро-тиновой пасты, продукты с высокой потребительной стоимостью.
В настоящее время разработан способ совмещенной водно-бензиновой экстракции биологически активных веществ из древесной зелени по дифлегмационному методу, который позволяет увеличить выход биологически активных веществ на 15 % и сократить продолжительность процесса экстракции более чем в 2 раза по сравнению с последовательными экстракциями. Полученные экстракты при этом перерабатываются раздельно.
Из одной тонны древесной зелени сосны по безотходной технологии можно получить 210-230 хлорофиллина натрия, 4,4-4,6 кг провитаминного концентрата, 4,5-4,7 кг бальзамической пасты, 1,8-2,0 кг воска, 70-90 кг водного лечебного экстракта, 450-470 кг хвойной витаминной муки на сумму 1250-1360 р. в зависимости от выхода продуктов [Ягодин, 1988].
Для увеличения выхода экстрактивных соединений при использовании двухстадийной экстракции предлагалось также использовать анионные поверхностно-активные вещества (алкилсульфанаг натрия), добавление которых в количестве 0,1 % от экстрагента (воды) позволяет существенно увеличить выход биологически активных веществ.
Анализ водного экстракта древесной зелени, получаемого по существующим технологиям, показал значительное содержание в нем витаминов, Сахаров, органических кислот, фенольных соединений и минеральньк компонентов. Это дало возможность использовать водные экстракты как сырье для ферментативной переработки.
Кроме того, значительное содержание в древесной зелени протеина (8-14 % в хвое сосны) и его высокая кормовая ценность вследствие нахождения в нем дефицитных аминокислот, и прежде всего лизина, позволили разработать и предложить для реализации ряд технологических схем по выделению белково-витаминных концентратов холодной водой с добавками неорганических веществ.
рис. 7. Принципиальная схема комплексной переработки древесной зелени с получением БВК
Технологическая схема, позволяющая получить наряду с водорастворимыми и жирорастворимыми биологически активными веществами еще и белково-витаминный концентрат, приведена на рис. 7. По предложенной схеме из 1 т абс. сух. сырья могут быть получены белково-витаминный концентрат - 80-90 кг, хло-рофилло-каротиновой пасты - 50, хлорофиллина натрия -40 г, хвойного воска - 6-7 кг, ТЭМ - 250 г, хвойного лечебного экстракта - 170-200 кг, кормовых дрожжей -60—70 кг, а также углеводного корма до 500 кг, который по содержанию протеина на основании ГОСТ 200083-74 можно отнести ко 2 группе. Наибольшее влияние на выход протеина оказывают добавки щелочи до концентрации 0,3 %.
Подобные схемы, несмотря на глубокий и дифференцированный подход к проблеме переработки древесной зелени, не нашли промышленного применения. Прежде всего это связано с большими энергетическими и временными затратами на ступенчатое использование различных растворителей при последующей их регенерации. Качество же получаемых белково-витаминных концентратов в значительной мере снижается из-за примесей соединений, переходящих в водный раствор - горечей, дубителей и т.д., освобождение от которых пока не отработано.
Американские ученые осуществляли экстракцию из древесной зелени путем ее измельчения в воде (1:4 по весу). Экстракт отделяли фильтрованием через ткань, а затем центрифугировали. Выделяемый после центрифугирования осадок лиофильно высушивали, получая пастообразный хлорофилло-каротиновый продукт, а надосадочную жидкость использовали для получения белка, который осаждали ацетоном в течение 5 ч. При этом осаждалось до 95 % белка. Выход белка и пасты составил соответственно 2,5 и 12 %. Такой способ считается экономически эффективным, если область заготовки сырья и сбыта продукции не будет превышать 60 км от места переработки. Расчет при этом делается, главным образом, на породы с более высоким, чем в сосне, содержании протеина. Кроме того, наряду с высокой его кормовой ценностью, сравнимой с кормами животного происхождения, также отмечается снижение качества продукта из-за наличия сопутствующих соединений.
Сотрудниками СибТИ предложена технология получения концентратов фосфолипидов (рис. 8). Эти соединения играют важную роль в образовании мембранных внутриклеточных структур и обладают высокой биологической активностью.
Рис. 8. Принципиальная схема получения фосфолипидов
Содержание фосфолипидов в осенне-зимний период достигает 1,2—1,8 % от древесной зелени, поэтому выделение их из более дешевого, чем используемого сейчас для этих целей (семена масленичных культур, яичный желток, сердце крупного рогатого скота), сырья целесообразно. Поскольку технология предусматривает выделение продуктов в "мягких" температурных режимах (0-20 °С), вещества извлекаются практически не деструктированными и отличаются высоким качеством. Однако в литературе еще нет данных о промышленной апробации этой схемы.
В литературе также описан способ получения витамина Е из фитола нейтральных соединений древесной зелени при конденсации с триметилгидрохиноном в среде пропанола и хлоридом цинка (3 %) и фторидом бора (0,002 %) в качестве катализаторов при температуре 150—170 С. Однако также нет данных о практическом применении этого способа.
Сотрудниками ЛТА им. С.М. Кирова с учетом исследований состава экстрактивных веществ древесной зелени сосны обыкновенной и данных по биологической активности и свойствам отдельных соединений экстракта создана техно-
Рис. 9. Принципиальная схема переработки экстрактивных веществ древесной зелени сосны обыкновенной
логия, позволяющая выделить концентраты соединений, обладающих наиболее ценными свойствами (рис. 9). В настоящее время эта технология проходит опытно—промышленные испытания.
Кроме горячей воды, бензина и трихлорэтилена, заложенных в качестве экстрагентов в существующие технологические схемы получения биологически активных веществ из древесной зелени, исследователями изучалось применение для этой цепи еще целого ряда органических и неорганических веществ. Установлено, что экстрагирующая способность дихлорметана, ацетона, изопропанола, трихлорэтилена, этил-ацетата и спиртобензольной смеси в 1,5-2,5 раза выше, чем у бензина. Однако из-за своей повышенной растворимости в воде и токсичности эти экстрагенты не нашли применения в существующих технологических схемах.
Показана возможность использования для экстракции древесной зелени жидкого диоксида углерода. В углекислотном экстракте установлено наличие эфирного масла (2% от экстракта), хлорофилла, каротиноидов, витаминов С, Р и Е, провитамина Д, а также воска, кислот, липидов и других веществ. Благодаря наличию этих компонентов экстракты обладают высоким биогенностимулирующим действием.
К недостаткам этого метода относятся значительные затраты на производство экстрагента при больших потерях его в процессе экстракции (20-50 % от емкости экстрактора), а также высокое давление в экстракторах и вследствие этого необходимость изготовления специального оборудования. Технология экстракции жидким диоксидом углерода эффективна только в случае непосредственного применения получаемого экстракта. Соединения, входящие в его состав, из-за низких температур проведения процесса практически не претерпевают никаких изменений. В случае же дальнейшей переработки экстракта с использованием процессор, связанных с жесткими температурными режимами, применение диоксида углерода в качестве экстрагента теряет смысл. Тем не менее экологическая нейтральность и пожаробезопасность процесса наряду с низкой температурой экстрагирования позволяют предположить широкое распространение технологических схем, основанных на использовании диоксида углерода в качестве экстрагента древесной зелени.
Проводилось изучение и процессов экстрагирования древесной зелени стандартной смесью хладонов 11 и 12(1:1) по МРТУ 6-02-395-66. Содержание летучих веществ в экстракте составило 27,9 % от экстракта. Применение смеси хладонов в качестве экстрагентов позволяет, по мнению авторов, получить экстракты, которые можно вводить в парфюмерную продукцию, выпускаемую в аэрозольной упаковке. Оцнако, опасность применения хладонов, связанная с разрушением ими озонового слоя земли, делает использование этих экстрагентов в промышленном масштабе маловероятным.
3.5. ЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЛЕСА
Основными лесозаготовительными районами Российской Федерации остаются Иркутская область, Красноярский и Хабаровский края, Тюменская и Архангельская области. Леса европейской части страны, наиболее доступные для эффективного использования и подвергавшиеся вследствие этого усиленной эксплуатации, в настоящее время почти полностью вовлечены в хозяйственный оборот и в значительной мере истощены. Перемещение лесозаготовок в слабоосвоенные районы, удаленные от сложившихся центров промышленной переработки и потребления древесины, сопровождается постоянно увеличивающимися затратами на заготовку и вывоз древесины, требуют крупных капитальных вложений в развитие производственной и социальной инфраструктуры.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
