Непрерывный способ

Па предприятиях Венгрии, Германии, некоторых американских фирм, в России (г. Йошкар-Ола) процесс гидрирования глюкозы в сорбит ведут непрерывным способом.

При непрерывном способе более эффективным является применение суспензированного катализатора, т. к. при этом достигается повышение контактной поверхности катализатоpa и наилучшее использование объема автоклава. На основе венгерской лицензионной технологии процесс гидрирования в Йошкар-Оле (рис. 1) осуществляют в каскаде из колонных автоклавов при температуре 140--165°С и давлении 150 атм.

Рис. 1. Схема узла гидрирования D-глюкозы непрерывным способом:

1 - маслоотделитель; 2 -- смеситель; 3---насос высокого давления; 4, 6. 8 -- пароподогреватели высокого давления; 5, 7, 9 - - реакторы высокого давления: 10 -- холодильник высокого давления; 11--сепаратор высокого давления; 12 -- брызугоуловитель высокого давления; 13 -- циркуляционный компрессор; 14 -- сепаратор с брызгоуловителем; 15 -- циркуляционный насос

Предварительно готовят 50%-ный раствор глюкозы при t=80°С, охлаждают его до 30--40 °С и подают на гидрирование через специальный смеситель с катализатором.

В системе смесителей готовят 10%-ную суспензию никелевого катализатора в известковой или аммиачной воде, смешивают ее с 50%-ным раствором глюкозы и насосами-дозаторами направляют в три последовательно соединенные колонны. Водород подается в тот же смеситель. По окончании процесса гидрирования раствор сорбита совместно с катализатором поступает для сепарации водорода в сборник, а затем на фильтрацию (система сепаратор--фильтр). Отработанный катализатор промывают горячей водой и передают на регенерацию, а раствор D-сорбита -- на очистку.

В настоящее время проведены испытания более технологичного и простого процесса гидрирования на стационарном никелевом катализаторе. Медно-никелевый стационарный катализатор применяют в ГДР для гидрирования глюкозы при t=120--140°С и избыточном давлении 201--240 кгс/см2.Непрерывный процесс гидрирования позволяет применять автоматические контроль и регулирование, обеспечивать более высокое качество продукта и увеличивать производительность труда.

Очистка сорбитного раствора

Очистка производится двумя способами:

1) химическим -- методом осаждения ионов тяжелых металлов (меди, железа, никеля) с помощью двузамещенного фосфорнокислого натрия (Na2HPО4) имела. К 20--25%-ному раствору сорбита добавляют 1,5--2% Na2HP04 и 2--S% мела (к массе раствора), нагревают d течение 1 ч до 85-- 90 °С, фильтруют через нутч-фильтр или фильтр-пресс с применением асбестовой или угольной подушки. По окончании фильтрации раствор сорбита подвергают анализу.

2) на ионообменных смолах -- 25--30%-ный раствор сорбита пропускают через две колонны, заполненные катионитом (Н-+-форма) 1\У-2. При этом рН раствора значительно снижается за счет ионного обмена. Для повышения рН до 4,0-- 4,6 раствор пропускают через 3 непрерывно действующие колонны, заполненные слабоосновным анионитом ЭДЭ-10П.

Для получения кристаллического продукта очищенный раствор сорбита выпаривают в вакуум-аппарате при вакууме не ниже 650 мм рт. ст. до содержания сухих веществ 70-- 80%. Часть раствора сорбита упаривают на РПИ до содержания влаги 5% и кристаллизуют. Кристаллы отфильтровывают, промывают спиртом и высушивают при температуре 35--40 °С. Получают чистый медицинский сорбит, используемый для лечебных и пищевых целей. Гранулированный D-сорбит из водного концентрата производят на специальной сушильной установке.

Стадия 2. Производство L-сорбозы из D-сорбита

L-сорбоза является кетогексозсй, в кристаллическом виде имеет р-форму пиранозы. Хорошо растворима в воде, плохо в спирте, Тпл= 165°С. Строение L-сорбозы можно представить различными структурами-

L-сорбоза чувствительна к нагреванию, особенно в растворах. Наиболее устойчива при рН 3,0. При рН<3 идет процесс распада до оксиметилфурфурола и далее муравьиной и левулиновой кислот.

Возможны два метода получения L-сорбозы из сорбита:

химический и микробиологический. Химический метод включает до 6 стадий, выход L-сорбозы составляет всего 0,75% от теоретически возможного, поэтому промышленного применения он не нашел.

Микробиологическое аэробное окисление можно представить следующей схемой:

Процесс окисления D-сорбита в L-сорбозу осуществляется биохимическим методом и является результатом жизнедеятельности аэробных кетогенных уксуснокислых бактерий, культивируемых на питательной среде, состоящей из D-cop" бита и дрожжевого автолизата или экстракта.

Изучено окислительное действие различных микроорганизмов: Ac. xylinum, Ac. xylinoides, Ac. suboxydans. Наиболее эффективно использование иммобилизованных клеток Gluconobacter Oxydans.

Окисление осуществляется в присутствии биостимуляторов--аминокислот, витаминов группы В, ускоряющих процесс на 40%. Биостимулятор должен отвечать определенным требованиям: обеспечивать высокую скорость процесса, применяться в возможно меньших количествах, быть недорогим и простым в приготовлении, содержать мало балластных веществ, которые затрудняют выделение L-сорбозы и ухудшают ее качество. Биостимуляторы приготавливают, как правило, из дрожжей, подвергая их различным видам обработки. В настоящее время разработан способ приготовления ферментативного гндролизата дрожжей -- нового биостимулятора для получения L-сорбозы. Испытания его показали, что окисление сорбита в этих случаях происходит с более высокой скоростью, чем на используемом в производстве кислотном гидролизате дрожжей с кукурузным экстрактом.

Основные факторы, влияющие на процесс окисления:

а) Состав и качество питательной среды. Качество зависит от степени очистки раствора D-сорбита. Так, при наличии в сорбите примесей могут протекать побочные процессы: образование D-глюконовой к-ты, б-кетп-О-глюконовой к-ты, D-фруктозы из манинита, а в кислой среде--5-оксиметилфурфу-рола. Сама L-сорбоза способна гидролизоваться, легко превращаясь в муравьиную и левулиновую кислоты.

б) Количество и качество воздуха. Процесс окисления является аэробным, поэтому интенсивность его зависит от количества и качества воздуха, подаваемого для аэрации питательной среды.

в) Герметичность и высокая стерильность аппаратуры, недопустимость заражения среды посторонней микрофлорой.

Технологический процесс окисления D-сорбнта в L-сорбозу состоит из следующих вспомогательных и основных операций:

1. Приготовление дрожжевого биостимулятора, дрожжевого автолизата и разбавленной серной кислоты.

2. Приготовление рабочей культуры.

3. Приготовление и выращивание посевного материала.

4. Проведение процесса биохимического окисления в производственном ферментаторе.

5. Выделение кристаллической L-сорбозы из окисленного раствора.

6. Выделение L-сорбозы из маточных растворов.

Биостимулятор готовят, как уже указывалось, из дрожжей, извлекая необходимые компоненты из дрожжевых клеток с помощью водной экстракции, автолиза, плазмолиза, кислотного гидролиза.

Питательной средой для рабочей культуры является очищенный раствор D-сорбита и автолизат пекарских дрожжей. В питательную среду добавляется уксусная кислота до рН 4,8--5,5. Рабочую культуру готовят по следующей схеме:

пробирки с твердой средой

v

пробирки с жидкой средой

v

колбы с жидкой средой

v

бутылки с жидкой средой.

Посевной материал выращивают глубинным способом в специальных аппаратах--инокуляторах и посевных ферментаторах. Аппарат тщательно стерилизуют острым паром, затем в него засасывают питательную среду состава: 10%"ный раствор очищенного сорбита, биостимулятор, азотнокислый аммоний, трилон Б, небольшое количество олеиновой кислоты. В питательную среду добавляют серную кислоту до рН 5,4--6,0 и стерилизуют в течение 1 ч при температуре 120 °С. По окончании стерилизации раствор охлаждают до 35°С, вводят стерильную рабочую культуру уксуснокислых бактерий, витамины Bi и Вз и ведут процесс культивирования (глубинного окисления) при температуре 30--32 °С в течение 10--12 ч. После этого глубинную культуру стерильно переносят в посевные ферментаторы. Культуру из инокулятора проверяют на чистоту и степень окисления, которая не должна быть ниже 30%. В посевном ферментаторе добиваются глубины окисления не менее-40%, а в производственном--до 97,5--98% при времени окисления до 18--30 ч.

С целью интенсификации процесса получения сорбозы предложен метод стерилизации питательной среды и оборудования озоном, что сокращает время основного процесса окисления до степени окисления 97,5--98%. Исследованиями установлена возможность биохимического окисления сорбита в сорбозу путем аэрации среды кислородом вместо воздуха при глубине окисления 94--95%.

Процесс ферментации ведут двумя способами: периодическим и непрерывным. Рассмотрим перспективный непрерывный способ.

Непрерывный способ ферментации включает 2 стадии:

1) непрерывное культивирование уксуснокислых бактерий при биохимическом окислении D-сорбита в проточных средах;

2) непрерывное выделение кристаллической L-сорбозы из окисленного раствора.

Наиболее эффективно процесс ферментации осуществляется в колонном ферментаторе с сетчатыми тарелками (установка типа УНФ-100). Ферментатор (рис. 2) представляет собой колонну высотой 8,3 м, диаметром -- 1,1 м, состоящую из 6 царг с 32 ситчатыми тарелками (рис. 2). Объем рабочей зоны--3,8 м3. В аппарат с определенной скоростью, обеспечивающей необходимую степень превращения D-сорбита в L-сорбозу, непрерывно подается рабочая культура, стерильная среда (водный раствор сорбита с концентрацией D-сорбита 22%), а также сжатый воздух. Процесс проводится при температуре 30--36°С, давлении 0,2--0,5 атм, рН==4--4,5 в течение 28--39 ч. Обогрев осуществляется горячей водой через секционные рубашки. Окисленный раствор непрерывно отводится из верхней части колонного ферментатора в сборник, а затем поступает на доокисление в периодически действующие ферментаторы, где глубина окисления повышается с 70--80% до 95%. Окисленный раствор сорбита с содержанием сухих веществ 20--25% направляют на очистку.

Очистку проводят с помощью активированного угля, который отфильтровывают на фильтр-прессе. Затем проводят процессы упаривання при t=45--50°С под вакуумом и кристаллизации, фуговки и сушки сорбозы в сушилках кипящего слоя при t=60--100°С до содержания влаги не более 0,7%. С целью повышения качества, снижения потерь при упаривании раствора сорбозы разработан метод непрерывного упаривания и кристаллизации сорбозы в вакуум-кристаллизаторе при пониженной температуре (35 °С) и температуре теплопередающей поверхности не выше 70--92 °С с последующей фуговкой сорбозы и возвратом маточного раствора

сорбозы в вакуум-кристаллизатор. Потери сорбозы уменьшаются, авыход сорбозы возрастает до 90%. Производительность непрерывного способа выделения сорбозы на 10% выше, чем периодического. Непрерывное выделение кристаллической сорбозы может также осуществляться следующим образом. Окисленный раствор непрерывно отводится из колонного аппарата в сборник и далее поступает в сепаратор для очистки от белковых частиц, затем направляется в колонну с катпоиптом, и далее-- в колонну с анионитом. Очищенный раствор насосом подают в распылительную сушилку, где сушат при /=70°С, Окончательная сушка производится в шнековой сушилке до влажности не более 0,1%. Последний метод особенно перспективен в крупнотоннажных производствах.

Стадия 3. Производство диацетоп- L -сорбозы из L-сорбозы

Диацетоп- L -сорбоза (ДАС) -- кристаллическое вещество с Tпл=78°С, хорошо растворима в воде, бсизппе, эфире, бензоле и др. органических растворителях. Получают ДАС в виде раствора светло-коричневого цвета с содержанием сухих веществ не менее 14--17%.

Процесс ацетонированпя является одной из основных и самых сложных стадий в производстве аскорбиновой кислоты. Проводят этот процесс с целью защиты гидроксильных групп при дальнейшем окислении ДАС.

Механизм ацетонирования чрезвычайно сложен, однозначного толкования его нет. Предполагается, что механизм реакции ацетонирования должен учитывать существование L-сорбозы в двух формах--фураноидной и пираноидной, которые, в свою очередь, существуют в а- и р-формах:

Предполагают, что моноацетонированию подвергаются те формы L-сорбозы, которые имеют гидроксильную группу, расположенную рядом с полуацетальным гидроксилом при Са-атоме по той же стороне цикла (L-cx-сорбопираноза и L-a-сорбофураноза). Следует подчеркнуть, что механизм ацетонирования определяется также и катализаторами ацетонирования. В качестве катализаторов могут быть использованы:

Страницы: 1, 2, 3