Pjuvenų cukrus

iš "Eksperimentai be sprogimų"

Angliavandeniai gavo savo pavadinimą per klaidą. Tai atsitiko praėjusio amžiaus viduryje. Tada buvo manoma, kad bet kurios saldžios medžiagos molekulė atitinka formulę C m (H 2 O) n. Visi tuo metu žinomi angliavandeniai atitinka šį standartą, o gliukozės C 6 H 12 O 6 formulė buvo parašyta kaip C 6 (H 2 O) 6.

Tačiau vėliau buvo atrastas cukrus, kuris buvo taisyklės išimtis. Taigi akivaizdus angliavandenių atstovas ramnozė (ji taip pat sukelia Molischo reakciją) turi formulę C 6 H 12 O 5. Ir nors visos junginių klasės pavadinimo netikslumas buvo akivaizdus, ​​terminas „angliavandeniai“ jau buvo toks pažįstamas, kad jo nepakeitė. Tačiau šiais laikais daugelis chemikų renkasi kitą pavadinimą - „cukrus“.

Pabandykime cukrų iš pjuvenų gauti hidrolizės būdu, t.y skaidant vandeniu. Tai labai dažnas cheminis procesas. Pjuvenose ir kitose medienos atliekose yra angliavandenių ir skaidulų (celiuliozės). Iš jos hidrolizės gamyklose paruošiama gliukozė, kurią vėliau galima panaudoti įvairiais būdais; dažniausiai fermentuojamas, paverčiant alkoholiu, daugelio cheminių sintezių pradiniu produktu. Didelė ir nepriklausoma chemijos pramonės šaka vadinama hidrolizės pramone.

Prieš atkartodami medienos hidrolizės procesą, pabandysime suprasti, kokia jo esmė, ir tam bus patogiau pradėti ne nuo pjuvenų, o nuo agurkų ir drožlių.

Šviežius agurkus nuplaukite, sutarkuokite ir išspauskite sultis. Sultis galima filtruoti, bet tai nėra būtina.

Mėgintuvėlyje paruoškite vario hidroksidą Cu(OH) 2. Norėdami tai padaryti, į 0,5-1 ml natrio hidroksido tirpalo įlašinkite 2-3 lašus vario sulfato tirpalo. Į susidariusias nuosėdas įpilkite vienodo tūrio agurkų sulčių ir pakratykite mėgintuvėlį. Nuosėdos ištirps ir susidarys mėlynas tirpalas. Ši reakcija būdinga polihidroksiliniams alkoholiams, ty alkoholiams, kuriuose yra keletas hidroksilo grupių.

Dabar pakaitinkite mėgintuvėlį su gautu mėlynu tirpalu iki užvirimo (arba įdėkite į verdantį vandenį). Iš pradžių ji pagels, po to taps oranžine, o atvėsus susidarys raudonos vario oksido Cu 2 O nuosėdos. Ši reakcija būdinga kitai klasei organiniai junginiai- aldehidams. Tai reiškia, kad agurkų sultyse yra medžiaga, kuri vienu metu yra aldehidas ir alkoholis. Ši medžiaga yra gliukozė, kurios struktūra yra aldehido alkoholis. Jo dėka agurkas turi saldų skonį.

Tikriausiai spėjate, kad šis eksperimentas nebūtinai turi būti atliekamas su agurkų sultimis. Puikiai tinka ir kitoms saldžioms sultims – vynuogių, morkų, obuolių, kriaušių eksperimentas. Ir, žinoma, tik gliukozės tabletės.

Dabar antrasis preliminarus eksperimentas; drožlių sucukrinimas.

Paruoškite sieros rūgšties tirpalą: vieną tūrį koncentruotos sieros rūgšties įpilkite į vieną tūrį vandens (jokiu būdu nepilkite vandens į rūgštį!). Į mėgintuvėlį su tirpalu įdėkite atplaišą ir pakaitinkite tirpalą iki virimo. Atplaišas bus apanglėjęs, tačiau tai netrukdys eksperimentui.

Pakaitinus išimame skeveldrą, dedame į kitą mėgintuvėlį su 1-2 ml vandens ir užviriname. Abiejuose mėgintuvėliuose dabar yra gliukozės. Tai galite patikrinti į tirpalus įlašindami du ar tris lašus vario sulfato, o tada kaustinės sodos – pasirodys pažįstama mėlyna spalva. Jei šis tirpalas virinamas, susidarys raudonos vario oksido Cu 2 O nuosėdos. Taigi, kaip ir tikėjomės, buvo aptikta gliukozė.

Tai, kad mūsų atplaišos susicukravo, yra celiuliozės hidrolizės rezultatas (o jos dalis medienoje yra apie 50%). Kaip ir krakmolo hidrolizės atveju, sieros rūgštis nėra sunaudojama, ji atlieka katalizatoriaus vaidmenį.

Galiausiai prieiname prie pagrindinio eksperimento: cukraus gavimo iš pjuvenų.

Į porcelianinį puodelį įdėkite 2–3 šaukštus pjuvenų ir sudrėkinkite vandeniu. Įpilkite dar šiek tiek vandens ir tiek pat anksčiau paruošto sieros rūgšties tirpalo (1:1), skystą srutą gerai išmaišykite. Uždarykite dangtį ir pašaukite į dujinės viryklės orkaitę (arba į rusišką orkaitę) maždaug valandai, gal kiek trumpiau.

Tada išimkite puodelį, įpilkite vandens į viršų ir išmaišykite. Filtruokite tirpalą ir neutralizuokite filtratą, įpildami susmulkintos kreidos arba kalkių vandens, kol burbuliukai sustos. anglies dvideginio. Apie neutralizavimo pabaigą galima spręsti ir išbandžius skystį lakmuso popieriumi arba vienu iš naminių indikatorių. Nereikia lašinti indikatoriaus tiesiai į reakcijos mišinį. Turėtumėte paimti mėginį, pažodžiui 2–3 lašus, ir įdėti jį ant stiklinės plokštelės arba į mažą mėgintuvėlį.

Puodelio turinį supilkite į pieno buteliuką, suplakite skystį ir palikite kelias valandas pastovėti. Kalcio sulfatas, susidaręs neutralizuojant rūgštį, nusės apačioje, o viršuje liks gliukozės tirpalas. Atsargiai supilkite į švarų puodelį (geriausia stikline lazdele) ir filtruokite.

Paskutinė likusi operacija – vandens garinimas vandens vonioje. Po jo apačioje lieka šviesiai geltoni gliukozės kristalai. Galima jų paragauti, bet tai ir viskas – produktas nėra pakankamai grynas.

Taigi, atlikome keturias operacijas: virinome pjuvenas su sieros rūgšties tirpalu, neutralizavome rūgštį, filtravome ir išgaravome. Būtent taip gliukozė gaunama hidrolizės gamyklose, tik, žinoma, ne porcelianiniuose puodeliuose...

O kitą pramoninį procesą galime atkurti be didelių sunkumų: vieną cukrų paverčiame dviem kitais.

Ilgai laikant, naminė uogienė dažnai būna cukruota. Taip atsitinka todėl, kad iš sirupo kristalizuojasi cukrus. Su uogiene, kuri parduodama parduotuvėje, tokia nelaimė nutinka daug rečiau. Faktas yra tas, kad konservų gamyklose, be runkelių ar cukranendrių cukraus, sacharozės C 12 H 22 O 11, naudojamos ir kitos saldžios medžiagos, pavyzdžiui, invertuotasis cukrus. Kas yra cukraus inversija ir ką ji sukelia, sužinosite iš šios patirties.

Į mėgintuvėlį ar stiklinę supilkite 10-20 g silpno cukraus tirpalo ir įlašinkite kelis lašus praskiesto druskos rūgštis. Po to tirpalą kaitinkite verdančio vandens vonelėje 10–15 minučių, tada rūgštį neutralizuokite, geriausia magnio karbonatu MgCO 3. Vaistinėse parduodama vadinamoji baltoji magnezija, medžiagos šiek tiek daugiau sudėtinga kompozicija; ji irgi gera. IN kaip paskutinė priemonė taip pat galite vartoti soda NaHCO 3, bet tada ji liks tirpale valgomoji druska, kuris kažkaip nesiderina su cukrumi...

Kai anglies dioksido burbuliukai sustos, leiskite skysčiui nusistovėti. Tik tuo atveju patikrinkite indikatoriumi, ar rūgštis visiškai neutralizuota. Nustovėjusį skystį nupilkite ir paragaukite: pasirodys ne toks saldus nei pradinis tirpalas (palyginimui palikite šiek tiek originalaus cukraus tirpalo).

Gatavame tirpale sacharozės praktiškai neliko, tačiau atsirado dvi naujos medžiagos – gliukozė ir fruktozė. Šis procesas vadinamas cukraus inversija, o gautas mišinys vadinamas invertuotu cukrumi.

Ir štai kas įdomu: reakcijos negalima aptikti išoriškai. O spalva, tūris ir aplinkos reakcija išlieka ta pati. Dujų ar kritulių neišsiskiria. Ir dar vyksta reakcija, jam aptikti reikalingi tik optiniai instrumentai. Cukrus – optinis veikliosios medžiagos: sija poliarizuota šviesa, eidamas per jų tirpalą, keičia poliarizacijos kryptį. Sakoma, kad cukrus sukasi poliarizacijos plokštumą viena ar kita kryptimi ir gana tam tikras kampas. Taigi, sacharozė sukasi poliarizacijos plokštumą į dešinę, o gliukozė ir fruktozė, jos hidrolizės produktai, sukasi į kairę. Iš čia kilo žodis „inversija“ (lot. „apversti“).

Bet, kadangi optiniai instrumentai Neturime dispozicijoje, pabandykime tuo įsitikinti chemiškai Faktas yra tas, kad paimtas cukrus iš tikrųjų pasikeitė. Į pradinį ir gautą cukraus tirpalą įlašinkite kelis lašus metileno mėlynojo tirpalo (galite paimti mėlyną rašalą plunksnakočiams) ir šiek tiek silpno bet kokio šarmo tirpalo. Tirpalus pašildykite vandens vonioje. Mėgintuvėlyje su įprastu cukrumi pokyčių nebus, tačiau mėgintuvėlio su invertuotu cukrumi turinys taps beveik bespalvis.

Invertuotas cukrus yra daug mažiau linkęs kristalizuotis nei įprastas cukrus. Jei atsargiai išgarinsite jo tirpalą vandens vonelėje, gausite tirštą sirupą, kuris šiek tiek primena medų. Po aušinimo jis nesikristalizuoja.

Beje, tris ketvirtadalius visų mėgstamo bičių medaus sudaro tie patys angliavandeniai kaip ir invertuotasis cukrus – gliukozė ir fruktozė. Dirbtinis medus taip pat gaminamas iš invertuoto cukraus. Žinoma, mūsų sirupas skiriasi nuo medaus ir ženkliai – daugiausia tuo, kad nėra kvapo. Bet jei į jį pridėsite šiek tiek natūralaus medaus, šis trūkumas gali būti iš dalies pašalintas.

Bet kodėl gi nepasiruošus namuose daugiau nesikristalizuojančio sirupo, su kuriuo pasigaminti uogienę? Deja, jį visiškai išvalyti nuo pašalinių medžiagų yra sunku ir nėra garantijos, kad jis bus baigtas. Bet kokiu atveju rizikuoti neverta.

SVARBĖ YRA MILŽINĖ.

PIRMA TRUMPAI ISTORIJOS

1919 m. spalį Petrogrado sovietų pirmininkas gavo laišką iš Lenino. Vladimiras Iljičius rašė: „Sako, vabalas (nužudė) cukrų iš pjuvenų? Ar tai tiesa? Jei tiesa, būtinai turime rasti jo padėjėjų. norint tęsti darbą. Svarba gigantiška. Sveiki! Leninas"

Neišvengiamai kyla klausimų: kas tas Žukas? Nužudė kieno? Koks yra cukraus gamybos būdas iš pjuvenų? Kodėl Vladimiras Iljičius šiam reikalui suteikė „milžinišką reikšmę“?

Jei kas nors kada nors buvo mažas miestelis Petrokrepsti (buvęs Šlisselburgas) netoli Leningrado, vienoje iš gatvių jis pamatė ženklą: „I Žuk gatvė“. Justinas Žukas gimė ir užaugo Ukrainoje. Už aktyvų dalyvavimą 1905 m. revoliucijoje buvo nuteistas amžiniems katorgos darbams. Ir tik revoliucija išlaisvino kovotoją už liaudies reikalą.

Šalis tuo metu išgyveno sunkų laikotarpį. Neužteko duonos ir degalų. Cukraus visai nebuvo. Jo gamyba sumažėjo beveik 15 kartų, palyginti su prieškariu. Ir tada maisto komisaras prisiminė seniai girdėtą istoriją apie ekscentrišką inžinierių, kuris cukrų gaudavo virdamas pjuvenas su sieros rūgštimi.

Ir taip vakarykštis Raudonosios gvardijos vadas tampa chemiku, Ant kranto Ladogos ežeras jis organizuoja seminarą, dieną naktį atlieka eksperimentus. Pagaliau čia – sėkmė! Žukas iš pjuvenų gauna saldų, į melasą panašų sirupą, bet... Generolas Judeničius artėja prie Petrogrado. Ir maisto komisaras vėl tampa kariniu komisaru.

Petrogrado fronto Karelijos sektoriuje Baltosios gvardijos kulka aplenkia narsųjį komisarą...

Ki IR DABAR šiek tiek chemijos

ar tai pasirodė „Justino cukrus“? mediena daugiausia sudaryta iš pluošto (celiuliozės) ir mažas kiekis lignino. Būtent jame, celiuliozėje, visa tai yra. Pluoštas priklauso tai pačiai organinių junginių klasei, kaip ir krakmolas, cukrus ir kai kurios kitos medžiagos, chemijoje žinomos kaip „angliavandeniai“. Pavyzdžiui, formulė vienas iš labiausiai paprasti cukrūs gliukozė – CeHuOg. Tačiau šią formulę galima pavaizduoti ir taip: C 6 (H20) in, kur yra 6 anglies atomai ir 6 vandens molekulės. Žodžiu, „angliavandeniai“.

Bet grįžkime prie celiuliozės. Jis, kaip ir krakmolas, yra klasifikuojamas kaip angliavandeniai, nepanašūs į cukrų. Jų molekulės yra natūralūs polimerai. Ir krakmolas, ir skaidulos susideda iš dehidratuotų vynuogių cukraus (gliukozės) likučių. Jei iš gliukozės molekulės atimtume vieną vandens molekulę, gautume:

C H, 206-H20 = C6H|o05.

Iš tokių gliukozės likučių susidaro celiuliozė. Bet kiek tokių

1 V. I. Leninas, baigtas. kolekcija cit., red. 5 t., 74 p.

likučių, esančių vienoje krakmolo ar celiuliozės molekulėje? Deja, kol kas tiksliai neaišku. Štai kodėl krakmolo ir celiuliozės formulė rašoma taip: (C e HioOj) p Ženklas „p“ rodo tam tikrą gliukozės likučių skaičių. Manoma, kad celiuliozės molekulėje n yra lygus 3000 ar daugiau.

Gamta sugebėjo iš daugybės šimtų ar tūkstančių plytų – gliukozės molekulių – sukurti milžiniškas struktūras – krakmolą ir celiuliozę. Kodėl mums nepabandžius elgtis priešingai? Sunaikinti sudėtingas molekules, gauti plytų iš pastatų – gliukozės, tai yra vynuogių cukraus?

VĖL TRUMPAS ISTORIJOS

Tai atsitiko 150 s papildomų metų prieš, tiksliau – 1811 metais Sankt Peterburge. Tada pagrindinei didmiesčio vaistinei vadovavo K. S. Kirchhoffas. Atlikdamas porceliano gamybos eksperimentus, jis bandė rasti pigų ir prieinamą arabiškos gumos pakaitalą. Išbandęs įvairios medžiagos, mokslininkas apsistojo ties krakmolu.

Atskiedęs krakmolą vandeniu ir įpylęs sieros rūgšties, Kirchhoffas ėmė virti mišinį ant ugnies. Rezultatas buvo tiršta klampi masė, panaši į gumą. Ji pasirodė miela. Kirchhofas iš karto suprato: dalis krakmolo virto cukrumi! Jis, žinoma, negalėjo paaiškinti šio proceso chemijos, taip pat sieros rūgšties vaidmens. O šiandien?

Iš to, ką žinome apie krakmolo struktūrą, aišku: suskilo didelė krakmolo molekulė. Prie kiekvienos gliukozės liekanos yra prijungta vandens molekulė. Chemikai šį procesą vadina hidrolize. Kalbant apie sieros rūgštį, ji veikia kaip katalizatorius.

Visa šiuolaikinė krakmolo sirupo ir gliukozės gamyba paremta Kirchhoff atradimu. Bet jei galite suskaidyti krakmolą, kodėl negalite to padaryti su celiulioze?

Pirmuosius eksperimentus šia kryptimi atliko prancūzas Braconneau; jam antrino rusų chemikas I. Vogelis, 1822 metais gavęs saldžiąją medžiagą iš lino ir popieriaus, tai yra iš tos pačios celiuliozės. 1837 metais Sankt Peterburgo miškų instituto profesorius I. Čirvinskis atliko solidų pjuvenų hidrolizės darbą ir iš jų gavo pašarinį cukrų. O praėjusio amžiaus pabaigoje vienoje iš Archangelsko lentpjūvių buvo įrengta pirmoji pasaulyje medienos hidrolizės gamykla.

Tad nenuostabu, kad „ekscentriškasis inžinierius“, apie kurį mūsų amžiaus pradžioje girdėjo Justinas Žukas, iš pjuvenų gavo cukrų (žinoma, vynuogių cukrų).

Šiek tiek taupumo

Kitas skaitytojas gali pastebėti: Leninas apie cukrų iš medienos rašė 1919-aisiais, sunkiais šaliai metais. Bet kam tai iškelti dabar? Išties mūsų šalyje cukraus netrūksta. 1964 metais Sovietų Sąjunga pagamino 8,2 milijono tonų cukraus – 92 kartus daugiau nei 1920 metais. 1965 metais cukraus gamyba padidėjo dar ketvirtadaliu. Tai neapima melasos ir gliukozės!

Visgi laikas pakalbėti apie cheminį medienos perdirbimą į gliukozę. Juk cukriniai runkeliai – brangi žaliava. Norint pagaminti 10 mln. tonų cukraus, reikės apie 80 mln. tonų runkelių. Tokio kiekio burokėlių auginimo plotas sieks beveik 4 milijonus hektarų! Ar įsivaizduojate, kiek darbo reikia išleisti apdirbant tokią medieną?

gailestingumas? Taip pat brangu ir daug darbo reikalaujama gauti krakmolą maistinei gliukozei gaminti. Be to, ir pats krakmolas, ir medžiagos, iš kurių jis pagamintas (bulvės ir kukurūzų grūdai), yra maisto produktai. Tuo tarpu gliukozei, gaunamai cheminės skaidulų hidrolizės būdu, žaliavos turime tiek, kiek norime, ir tuo pačiu – nemokamų! Juk vien lentpjūvės ir medienos apdirbimo pramonėje kasmet į sąvartynus išmetama apie 70 mln. m atliekų. Tiesiog turėkite laiko juos perdirbti! Štai kodėl po visiškas vystymasis Gliukozės gamybai atrodo tikslinga ir naudinga dalį runkelių cukraus pakeisti iš medienos gaunama gliukoze.

Vokietijoje, Prancūzijoje ir kitose šalyse jau veikia gamyklos, perdirbančios medieną į maistinę gliukozę.

TECHNOLOGIJA PAGALIAU

Šiandien mūsų šalyje sukurta asfaltuota hidrolizės pramonė. Naudodami didžiulius medienos žaliavų ir žemės ūkio atliekų išteklius, hidrolizės įrenginiai celiuliozę paverčia vertingais produktais, tokiais kaip etanolis(puiki žaliava polimerų gamybai) ir baltymų mielės(puikus pašaras gyvuliams). Na, o pjuvenų cukrus? Juk alkoholis ir mielės – ne cukrus! Į šį klausimą galima atsakyti taip: ir alkoholis, ir mielės gaunamos iš tų cukrų, kurie susidaro celiuliozės hidrolizės metu. Stalo cukraus (gliukozės) gamyba dar visai neseniai nebuvo vykdoma, nes reikėjo gana sudėtingo technologinio medienos apdirbimo. Prieš dvejus metus sunkumai buvo įveikti.

Kansko mieste Krasnojarsko sritis, netoli nuo vietų, kur Leninas kadaise tarnavo tremtyje, buvo pastatytas pirmasis Sovietų Sąjungoje bandomasis pramoninis cechas. Ten iš medienos gaunamas stalo cukrus (gliukozė). Tai jis man pasakė vyriausiasis inžinierius augalas G. Gorokhovas.

Mediena (eglė, pušis) susmulkinama į drožles, kurios po to iš anksto hidrolizuojamos esant silpnai druskos rūgščiai. Šiuo atveju viskas, kas lengvai hidrolizuojama, patenka į tirpalą. Tačiau celiuliozė ir ligninas lieka. Po filtravimo jie išdžiovinami ir apdorojami stipria rūgštimi. Vyksta hidrolizė. Šiame technologinio proceso etape išspręsta pagrindinė užduotis: celiuliozė paverčiama gliukoze. Gliukozės tirpalas išvalomas ir virinamas. Iš tiršto sirupo iškrenta gliukozės kristalai. Jie išdžiovinami – ir cukrus paruoštas!

Žinoma, iš tikrųjų viskas yra šiek tiek sudėtingiau, tačiau faktas išlieka: Kansky hidrolizės gamykla jau gamina gliukozę iš medienos, kuri tinka net medicinos reikmėms.

Taigi, praėjus keturiems su puse dešimtmečio, buvo suvoktas dalykas, apie kurį Vladimiras Iljičius rašė: „Milžiniška svarba“.

Leningradas

Buitinis chemijos mokslas nusipelno nuopelnų už plėtrą pramoninės gamybos cukrus iš medžio. Iš tokio cukraus gaminamas alkoholis ir kitos medžiagos.

Cukrinių medžiagų susidarymas augale vyksta pagal šią schemą. Paprastos cukraus turinčios medžiagos, tokios kaip vynuogių cukrus – gliukozė ir vaisių cukrus – fruktozė, susidaro iš anglies dvideginio ir vandens žaliuose lapuose. Jei gliukozė ir fruktozė susijungia, susidaro sacharozė – cukrus, su kuriuo geriame arbatą. Daugiau sudėtingos medžiagos, susidaręs augaluose – krakmole, celiuliozėje ir kituose – nebeturi saldumo.

Krakmolo pavertimą cukringa medžiaga – gliukoze – atliko rusų akademikas K. S. Kirchhoffas.

Šią transformaciją jis atliko 1811 m., kaitindamas krakmolą praskiestomis rūgštimis. Šis procesas buvo vadinamas hidrolize. K. S. Kirchhoffas, iš karto pamatęs savo atradime dideles praktines galimybes, jo pagrindu sukūrė procesas gauti melasą ir kristalinę gliukozę.

Netrukus jau veikė pirmosios krakmolo ir sirupo pramonės gamyklos. O jo plėtra savo ruožtu chemijos mokslui pristatė naują įdomi užduotis- medienos pavertimas cukringomis medžiagomis.

Chemikai pjuvenas paverčia vertingais produktais.

Gatavi gaminiai, kurį gamina žalias lapas, yra krakmolas, susidedantis iš didelių molekulių, kiekvienas iš tūkstančių gliukozės likučių. Augalas saugo jį savo rezerviniuose maisto „sandėliuose“ arba naudoja plėsti ir auginti ar atkurti savo kūną. Tačiau kuo didesnė ir sudėtingesnė cukraus struktūra, tuo mažiau joje lieka saldumo. Celiuliozė yra sudėtinga gliukozės likučių molekulinė struktūra. Iš jo augalas susikuria savo skeletą.

Paprasti cukrūs ištirpsta vandenyje, bet iš jų pagamintas krakmolas ir celiuliozė netirpsta. Tai labai svarbu augalui, nes priešingu atveju visas jo kūnas ir skeletas ištirptų nuo pirmojo lietaus.

Sunaikinti augalo skeletą ir hidrolizės būdu paversti jo kietą, nesaldintą kūną į saldžias medžiagas yra mūsų laikų mokslo užduotis. Ir mūsų buitinė chemija išsprendė šią problemą. V.I.Šarkovas ir kiti sovietų mokslininkai celiuliozę pavertė cukringa medžiaga 1931 m.

Kadaise lentpjūvėse kaupėsi ištisi kalnai pjuvenų. Norint juos sunaikinti, reikėjo išrasti specialius deginimo įrenginius.

Atliekos, kurių anksčiau bandė atsikratyti, dabar yra vertinga žaliava hidrolizės pramonei. Mediena virsta maisto produktai gyvuliams - cukrus, baltymai ir riebios mielės, arba techninėms žaliavoms - alkoholis, glicerinas, furfurolas ir kt., kuriems anksčiau buvo naudotos bulvės ir grūdai.

Viena tona normalios drėgmės pjuvenų pakeičia toną bulvių arba 300 kilogramų grūdų ir pagamina 650 kilogramų cukraus arba 220 litrų alkoholio.

Nedidelė lentpjūvė, kurioje įrengtos dvi lentpjūvės, per metus gali pagaminti pjuvenų milijonui litrų alkoholio.

Kasmet lieka šimtai milijonų tonų augalinių atliekų – šiaudų, pelavų, lukštų, grūdų. žemės ūkis. Dabar jie rado pritaikymą pramoninėje chemijoje. Mūsų mokslininkai N. A. Sychevas, N. A. Četverikovas ir akademikas A. E. Porai-Koshits sukūrė metodą, kuriuo iš tonos sausų šiaudų gaunama iki 100 litrų alkoholio.

Hidrolizės pramonės gaminamas alkoholis yra žaliava vertingų produktų, įskaitant sintetinį kaučiuką, gamybai.

Pjuvenos yra vertinga žaliava įvairių alkoholių gamybai, kuri gali būti naudoti kaip kurą.

Galima naudoti šiuos biokurus:

• Automobilių ir motociklų benzininiai varikliai;
• elektros generatoriai;
• buitinė benzino įranga.

Pagrindinė problema Problema, kurią tenka įveikti gaminant biokurą iš pjuvenų, yra hidrolizė, tai yra celiuliozės pavertimas gliukoze.

Celiuliozė ir gliukozė turi tą patį pagrindą – angliavandenilius. Tačiau norint paversti vieną medžiagą kita, reikalingi įvairūs fizikiniai ir cheminiai procesai.

Pagrindinės pjuvenų pavertimo gliukoze technologijas galima suskirstyti į dvi rūšis:

• pramoninis, reikalaujantis sudėtinga įranga ir brangūs ingredientai;
• naminis, kurioms nereikia jokios sudėtingos įrangos.

Nepriklausomai nuo hidrolizės metodo, pjuvenos turi būti kuo labiau susmulkintos. Tam naudojami įvairūs trupintuvai.

Kaip mažesnio dydžio pjuvenos, efektyvesnisįvyks medienos skilimas į cukrų ir kitus komponentus.

Rasti daugiau išsamią informaciją Informaciją apie pjuvenų šlifavimo įrangą rasite čia: . Pjuvenos nereikalauja jokio kito paruošimo.

Pramoninis metodas

Tada pjuvenos pilamos į vertikalų bunkerį supilkite sieros rūgšties tirpalą(40%) santykiu 1:1 pagal masę ir sandariai užsandarinus kaitinama iki 200–250 laipsnių temperatūros.

Šioje būsenoje pjuvenos laikomos 60–80 minučių, nuolat maišant.

Per šį laiką vyksta hidrolizės procesas ir celiuliozė, sugerdama vandenį, skyla į gliukozę ir kitus komponentus.

Medžiaga, gauta šios operacijos metu filtras, gaunant gliukozės tirpalo ir sieros rūgšties mišinį.

Išvalytas skystis supilamas į atskirą indą ir sumaišomas su kreidos tirpalu, kuris neutralizuoja rūgštį.

Tada viskas filtruojama ir gauname:

• toksiškos atliekos;
• gliukozės tirpalas.

Trūkumasšis metodas:

• aukšti reikalavimai medžiagai, iš kurios pagaminta įranga;
• didelės sąnaudos rūgščių regeneracijai,

todėl jis nebuvo plačiai naudojamas.

Taip pat yra pigesnis metodas, kuriame naudojamas 0,5–1 % stiprumo sieros rūgšties tirpalas.

Tačiau norint, kad hidrolizė būtų veiksminga, būtina:

• aukštas slėgis (10-15 atmosferų);
• kaitinimas iki 160-190 laipsnių.

Procedūra trunka 70–90 minučių.

Įranga tokiam procesui gali būti pagaminta iš pigesnių medžiagų, nes toks praskiestas rūgšties tirpalas yra mažiau agresyvus nei naudojamas aukščiau aprašytu būdu.

A 15 atmosferų slėgis nėra pavojingas net ir įprastinei cheminei įrangai, nes daugelis procesų taip pat vyksta esant aukštam slėgiui.

Abiem būdais naudoti plienines, hermetiškai uždarytas talpyklas tūris iki 70 m³, iš vidaus išklotas rūgščiai atspariomis plytomis arba plytelėmis.

Šis pamušalas apsaugo metalą nuo sąlyčio su rūgštimi.

Talpyklų turinys šildomas tiekiant į jas karštus garus.

Viršuje sumontuotas išleidimo vožtuvas, kuris sureguliuojamas iki reikiamo slėgio. Todėl garų perteklius patenka į atmosferą. Likusi garų dalis sukuria reikiamą slėgį.

Abu metodai apima tą patį cheminį procesą. Sieros rūgšties veikiama celiuliozė (C6H10O5)n sugeria vandenį H2O ir virsta gliukoze nC6H12O6, tai yra įvairių cukrų mišiniu.

Po valymo ši gliukozė naudojama ne tik biokurui gaminti, bet ir gaminti:

• geriamasis ir techninis alkoholis;
• Sachara;
• metanolis.

Abu metodai leidžia apdoroti bet kokios rūšies medieną, todėl jie yra universalus.

Kaip šalutinis produktas perdirbant pjuvenas į alkoholį, gaunamas ligninas - klijavimo medžiaga:

• granulės;
• briketai

Todėl ligninas gali būti parduodamas įmonėms ir verslininkams, gaminantiems granules ir briketus iš medienos atliekų.

Kitas šalutinis hidrolizės produktas yra furfurolas. Tai aliejinis skystis, veiksmingas medienos apdirbimo antiseptikas.

Furfurolas taip pat naudojamas:

• aliejaus valymas;
• augalinio aliejaus valymas;
• plastiko gamyba;
• priešgrybelinių vaistų kūrimas.

Apdorojant pjuvenas rūgštimi išsiskirti nuodingų dujų , Štai kodėl:

• visa įranga turi būti sumontuota vėdinamose dirbtuvėse;
• darbuotojai privalo dėvėti apsauginius akinius ir respiratorius.

Gliukozės išeiga pagal masę yra 40–60% pjuvenų masės, tačiau atsižvelgiant į didelį vandens ir priemaišų kiekį gaminio svoris kelis kartus didesnis už pradinį žaliavų svorį.

Vandens perteklius bus pašalintas distiliavimo proceso metu.

Be lignino, abiejų procesų šalutiniai produktai yra:

• alebastras;
• terpentinas,

kurią galima parduoti už tam tikrą pelną.

Gliukozės tirpalo valymas

Valymas atliekamas keliais etapais:

1. Mechaninis valymas Naudodamas separatorių, jis pašalina ligniną iš tirpalo.
2. Apdorojimas kreidos pienas neutralizuoja rūgštį.
3. Advokatas išskiria produktą į skystą gliukozės ir karbonatų tirpalą, kuris vėliau naudojamas alebastrui gauti.

Pateikiame Tavdos mieste esančios hidrolizės gamyklos medienos apdirbimo technologinio ciklo aprašymą ( Sverdlovsko sritis).

Namų metodas

Tai lengvesnis būdas, bet vidutiniškai trunka 2 metus. Pjuvenos supilamos į didelę krūvą ir gausiai laistomos, po to:

• kažkuo uždengti;
• paliko pūti.

Temperatūra krūvos viduje pakyla ir prasideda hidrolizės procesas, dėl kurio celiuliozė paverčiama gliukoze, kuris gali būti naudojamas fermentacijai.

Šio metodo trūkumas Faktas yra tas, kad žemoje temperatūroje hidrolizės proceso aktyvumas mažėja, o esant neigiamai temperatūrai jis visiškai sustoja.

Todėl šis metodas veiksmingas tik šiltuose regionuose.

Be to, yra didelė tikimybė, kad hidrolizės procesas išsigims į puvimą, dėl to tai bus ne gliukozė, o dumblas, o visa celiuliozė pavirs:

• anglies dioksidas;
• Ne didelis skaičius metanas

Kartais namuose statomi įrenginiai, panašūs į pramoninius . Jie pagaminti iš nerūdijančio plieno, kuris be pasekmių gali atlaikyti silpno sieros rūgšties tirpalo poveikį.

Pašildykite turinį tokius įrenginius naudojant:

• atvira ugnis (laužas);
• nerūdijančio plieno ritė su karštu oru arba garais, cirkuliuojančiu per jį.

Pumpuojant į indą garą arba orą ir stebint manometro rodmenis, slėgis inde reguliuojamas. Hidrolizės procesas prasideda esant 5 atmosferų slėgiui, bet efektyviausiai teka esant 7–10 atmosferų slėgiui.

Tada, kaip ir pramoninėje gamyboje:

• išvalykite tirpalą nuo lignino;
• apdorojami kreidos tirpalu.

Po to gliukozės tirpalas nusodinamas ir fermentuojamas pridedant mielių.

Fermentacija ir distiliavimas

Fermentacijai į gliukozės tirpalą pridėti įprastų mielių kurios suaktyvina rūgimo procesą.

Ši technologija naudojama tiek įmonėse, tiek namuose gaminant alkoholį iš pjuvenų.

Fermentacijos laikas 5-15 dienų, priklausomai nuo:

• oro temperatūra;
• medienos rūšys.

Fermentacijos procesą kontroliuoja susidarančių anglies dioksido burbuliukų kiekis.

Fermentacijos metu vyksta toks cheminis procesas – gliukozė nC6H12O6 skyla į:

• anglies dioksidas (2CO2);
• alkoholis (2C2H5OH).

Pasibaigus fermentacijai medžiaga distiliuojama– kaitinimas iki 70–80 laipsnių temperatūros ir išmetamųjų garų aušinimas.

Esant tokiai temperatūrai išgaruoti iš tirpalo:

• alkoholiai;
• eteriai,

ir lieka vandenyje bei vandenyje tirpių priemaišų.

• aušinimas garais;
• alkoholio kondensacija

naudoti ritę panardintas į šaltas vanduo arba vėsinamas šaltu oru.

Už didinant jėgą Gatavas produktas distiliuojamas dar 2–4 kartus, palaipsniui mažinant temperatūrą iki 50–55 laipsnių.

Gauto produkto stiprumas nustatoma naudojant alkoholio matuoklį, kas vertina savitasis svoris medžiagų.

Distiliavimo produktas gali būti naudojamas kaip biokuras kurio stiprumas ne mažesnis kaip 80 proc.. Silpnesniame gaminyje yra per daug vandens, todėl įranga su juo neveiks efektyviai.

Nors alkoholis, gaunamas iš pjuvenų, labai panašus į moonshine, tai negalima vartoti gerti dėl puikus turinys metanolio, kuris yra stiprus nuodas. Be to, didelis kiekis fuselio aliejų sugadina gatavo produkto skonį.

Norėdami išvalyti metanolį, turite:

• Pirmasis distiliavimas atliekamas 60 laipsnių temperatūroje;
• nusausinkite pirmuosius 10% gauto produkto.

Po distiliavimo lieka:

• sunkus terpentino frakcijos;
• mielių masės, kuris gali būti naudojamas tiek fermentuojant kitą gliukozės partiją, tiek gaminant pašarines mieles.

Jie yra maistingesni ir sveikesni už bet kokių javų grūdus, todėl juos nesunku įsigyti ūkiai veisti didelius ir mažus gyvulius.

Biokuro panaudojimas

Palyginti su benzinu, biokuras (alkoholis, pagamintas iš perdirbtų atliekų) turi ir privalumų, ir trūkumų.

Čia pagrindiniai privalumai:

• didelis (105–113) oktaninis skaičius;
• žemesnė degimo temperatūra;
• sieros trūkumas;
• mažesnė kaina.

Dėl didelio oktaninio skaičiaus galite padidinti suspaudimo laipsnį, didinant variklio galią ir efektyvumą.

Žemesnė degimo temperatūra:

• padidina tarnavimo laiką vožtuvai ir stūmokliai;
• sumažina variklio šildymą didžiausios galios režimu.

Dėl to, kad nėra sieros, biokuro neteršia oro Ir nesutrumpina variklio alyvos tarnavimo laiko, nes sieros oksidas oksiduoja alyvą, pablogina jos charakteristikas ir sutrumpina tarnavimo laiką.

Dėka žymiai mažiau aukšta kaina(be akcizų), biokuras rimtai taupo šeimos biudžetą.

Biokuras turi trūkumai:

• agresyvumas guminėms dalims;
• mažas kuro/oro masės santykis (1:9);
• mažas nepastovumas.

Biokuras pažeidžia guminius tarpiklius, todėl keičiant variklį dirbti su spiritu, visi guminiai tarpikliai pakeičiami poliuretaninėmis detalėmis.

Dėl mažesnio kuro ir oro santykio reikalingas įprastas darbas naudojant biokurą kuro sistemos pertvarkymas, tai yra didesnio skerspjūvio purkštukų įrengimas karbiuratoriuje arba purkštuko valdiklio pakartotinis keitimas.

Dėl mažo garavimo Sunku užvesti šaltą variklį esant žemesnei nei plius 10 laipsnių temperatūrai.

Šiai problemai išspręsti biokuras skiedžiamas benzinu santykiu 7:1 arba 8:1.

Norint dirbti su benzino ir biokuro mišiniu santykiu 1:1, variklio modifikacijų nereikia.

Jei alkoholio yra daugiau, patartina:

• pakeisti visus guminius tarpiklius poliuretaniniais;
• šlifuokite cilindro galvutę.

Šlifavimas yra būtinas norint padidinti suspaudimo laipsnį, kuris leis suvokti didesnį oktaninį skaičių. Be tokių modifikacijų, į benziną įpylus alkoholio, variklis praras galią.

Jei biokuras naudojamas elektros generatoriams ar buitiniams benzininiams prietaisams, gumines dalis pageidautina pakeisti poliuretaninėmis.

Tokiuose įrenginiuose galite apsieiti be galvos šlifavimo, nes nedidelį galios praradimą kompensuoja padidėjęs degalų tiekimas. Be to, reikės iš naujo sukonfigūruoti karbiuratorių arba purkštuką, tai gali padaryti bet kuris kuro sistemų specialistas.

Skaitykite daugiau apie biodegalų naudojimą ir variklių pavertimą juo naudoti šiame straipsnyje (Biokuro naudojimas).

Video tema

Šiame vaizdo įraše galite pamatyti, kaip pagaminti alkoholį iš pjuvenų:

Išvados

Alkoholio gamyba iš pjuvenų – sudėtingas procesas , kuri apima daug operacijų.

Jei yra pigių ar nemokamų pjuvenų, tai pildami biokurą į savo automobilio baką tikrai sutaupysite, nes jų gamyba kainuoja daug pigiau nei benzino.

Dabar žinote, kaip gauti alkoholio iš pjuvenų, naudojamų kaip biokuras, ir kaip tai padaryti namuose.

Be to, sužinojote apie šalutiniai produktai, kurios atsiranda perdirbant pjuvenas į biokurą. Šiuos gaminius taip pat galima parduoti, gaunant nors ir nedidelį, bet vis tiek pelną.

Dėl to pjuvenų biokuro verslas tampa labai pelninga, ypač jei degalus naudojate savo transportui ir nemokate akcizo už parduotą alkoholį.