Вътрешната химическа наука заслужава заслуга за развитието промишлено производстводървена захар. От такава захар се произвеждат алкохол и други вещества.
Образуването на захарни вещества в растението става по следната схема. От въглероден диоксид и вода в зеления лист се изграждат прости захарни вещества, като гроздова захар - глюкоза и плодова захар - фруктоза. Когато глюкозата и фруктозата се свържат заедно, се образува захароза - захарта, с която пием чая. | Повече ▼ сложни вещества, образувани в растенията – нишесте, целулоза и други – вече нямат сладост.
Превръщането на нишестето в захарно вещество - глюкоза - е извършено от руския академик К. С. Кирхоф.
Тази трансформация е извършена от него през 1811 г. чрез нагряване на нишесте с разредени киселини. Процесът се нарича хидролиза. K. S. Kirchhoff, веднага виждайки големи практически възможности в своето откритие, разработи на базата на него технологичен процес за производство на меласа и кристална глюкоза.
Скоро първите фабрики за производството на нишестен мелас вече работят. А неговото развитие от своя страна постави нова интересна задача пред химическата наука - превръщането на дървесината в захарни вещества.
В химическите заводи дървените стърготини се превръщат в алкохол, а алкохолът в синтетичен каучук.
Химиците превръщат дървените стърготини в ценни продукти.
Крайният продукт, който зеленият лист произвежда, е нишестето, което се състои от големи молекули, всеки от хилядите глюкозни остатъци. Растението го съхранява в резервните си хранителни "складове" или го използва за разширяване и растеж или възстановяване на тялото си. Но колкото повече захарната сграда става по-голяма и по-сложна, толкова по-малко сладост остава в нея. Целулозата също е сложна молекулярна структура от глюкозни остатъци. От него растението изгражда своя скелет.
Простите захари се разтварят във вода, но нишестето и целулозата, изградени от тях, не се разтварят. Това е много важно за растението, в противен случай цялото му тяло и скелет биха се стопили от първия дъжд.
Да разруши скелета на растението и да превърне твърдото му неподсладено тяло в захарни вещества с помощта на хидролиза - това е задачата, която стои пред науката в нашето време. И този проблем беше решен от нашата домашна химия. Превръщането на целулозата в захарно вещество е постигнато през 1931 г. от В. И. Шарков и други съветски учени.
Някога дъскорезниците трупаха цели планини от дървени стърготини. Беше необходимо да се измислят специални инсинератори за тяхното унищожаване.
Отпадъците, от които преди се опитваха да се отърват, сега са ценна суровина за хидролизната индустрия. Дървото се превръща или в хранителни продукти за добитъка - захар, протеини и мастни дрожди, или в технически суровини - алкохол, глицерин, фурфурол и други, за които преди това са били изразходвани картофи и зърно.
Един тон дървени стърготини с нормална влажност замества един тон картофи или 300 килограма зърно и дава 650 килограма захар или 220 литра алкохол.
Една малка дъскорезница, оборудвана с две дъскорезници, може да осигури дървени стърготини за производството на милион литра алкохол за една година.
Годишно в селското стопанство остават стотици милиони тонове растителни отпадъци - слама, плява, люспи, зърна. Сега те са намерили приложение в индустриалната химия. Нашите учени Н. А. Сичев, Н. А. Четвериков и академик А. Е. Порай-Кошиц разработиха метод, чрез който от тон суха слама се получават до 100 литра алкохол.
Алкохолът, произведен от хидролизната промишленост, служи като суровина за производството на най-ценните продукти, включително синтетичен каучук.
Необработените дървени стърготини могат да се използват като груб фураж в диетата на месодайните говеда. Дървените стърготини от иглолистни и широколистни видове, използвани като фуражна добавка в количество до 25%, не увреждат храносмилателния тракт на телетата и нямат токсичен ефект. Въпреки че осигуряват нормална функция на търбуха, те не са източник на хранителни вещества. Дървесните полизахариди, особено иглолистните, почти не се усвояват в търбуха на преживните животни. Най-високата усвояемост, която достига 37%, се наблюдава само в дървото от трепетлика. При иглолистните е 5-7% > при брезата 6-8 и при тополата различни видове- от 4 до 25%
Има различни начини за обработка на дървесината, за да се подобри нейната смилаемост. Нарязването на дърва, например чрез смилане на дървени стърготини от трепетлика, донякъде подобрява усвояването на хранителните вещества. Критичният размер на частиците на такова фуражно брашно е 2 mm. По-малките частици, поради ускореното преминаване през белега, не са правилно изложени на микрофлората и се усвояват по-лошо. Експериментално е доказано, че целулозата, получена чрез делигнификация на дървесина, се усвоява почти напълно от преживните животни и се приравнява към храна от ечемично зърно. Храненето на техническа целулоза обаче е относително скъпо и нерентабилно. Фураж с повишена хранителна стойност се получава от дървесина чрез хидротермални, термохимични и микробиологични методи на дълбока обработка. В резултат на това дървото е частично делигнифицирано и хидролизирано. Отстраняването на лигнина подпомага достъпа на ензима до целулозната молекула и по-добра смилаемост. Хидролизата на полизахаридите повишава хранителната стойност на фуража.
Стърготини, всякакви нарязани дървесни отпадъци, зелени и технологични стърготини могат да служат като суровини за получаване на фуражни продукти. Хидротермалната обработка на суровините, които са предварително навлажнени до 70-75%, се извършва в автоклави. Тук при повишено налягане (0,6-0,9 MPa) и температура 158-165 ° C протича реакцията на хидролиза на полизахаридите, в резултат на което за 2-3 часа съдържанието на прости захари - лесно смилаеми въглехидрати - в готовия продукт се увеличава до 7-9%. Получената храна е кафява маса, миришеща добре, мека и ронлива. Усвояемостта на такъв фураж от иглолистни видове е 35%, от широколистни 55% Може да се съхранява сух като сено или да се подлага на брикетиране и гранулиране. За хидротермична обработка могат да се използват периодични и непрекъснати автоклави, използвани в различни индустрии, както и технологично оборудване за хидролизната и целулозно-хартиената промишленост: апарати за хидролиза и апарати за производство на целулоза по непрекъснат начин.
Термохимичната обработка на внимателно нарязана дървесина се извършва в същия апарат, като се използват минерални киселини - сярна или солна - като химически реагенти. Такава обработка е по-ефективна, допринася за получаване на продукт с висок добив на лесно смилаеми захари.
Фуражни продукти под формата на влакнеста маса могат да бъдат получени при производството на плоскости от дървесни влакна. След като се получи по-грубо смилане на чипове с разстояние между шлифовъчните дискове, увеличено до 1 mm, влакнестата маса се разрежда с вода и се използва за отливане на килима, заобикаляйки басейна за залепване. След пресоване върху преси, повърхността на килима се напоява обилно с 15-30% разтвор на фуражна хидролитична захар. Импрегнираният килим се нарязва на парчета и се суши в ролкова сушилня. Има и други варианти за технологията на производство на фуражна влакнеста маса, която се дава на животните под формата на смес с фураж.
Чрез дълбока химическа обработка на натрошената дървесина в хидролизатори се получава фуражна хидролитична захар. Продуктът представлява тъмнокафява, вискозна, добре течаща сиропообразна течност с характерен карамелен мирис. Плътността на хидролитичната захар при температура 20 °C е 1150-1220 kg/m3, съдържанието на сухо вещество е най-малко 30%. Технологичният процес на производство на фуражна захар включва неутрализиране на хидролизата, избистряне и изпаряване на неутралата, отстраняване на шлаката, пречистване и селекция на готовия продукт. Количеството фуражна захар, при определени изисквания, се поддържа дълго време. Съхранява се и се транспортира в специални резервоари или варели. нахранени хидролиза захаркато заместител на лесноусвоимите въглехидрати във фуражните кореноплодни култури или като добавка към фуражните дажби. Въз основа на продуктите от хидролизното производство се получава въглехидратно-протеинов фураж, който е гъста паста с мирис на изгорял хляб. Сухото вещество на такъв фураж е 40-50%, а количеството протеин достига 20%.
Фуражната мая е продукт на биохимична обработка на хидролитични захари, получени от дървесина. Съдържат до 52% добре усвоим протеин и група витамини от група В. Естествената комбинация от протеини и витамини в дрождите ги прави изключително ценен фуражен продукт за животни и птици. Дрождите се използват като протеиново-витаминна добавка във фуражните дажби. Технологията за производство на фуражни дрожди включва приготвянето на хидролизат и култивирането на дрожди върху него в специална вана за отглеждане на дрожди - инокулатор. Дрождите, отгледани в инокулатора с интензивна аерация, се селектират непрекъснато, отстраняват се от кашата чрез флотация, подлагат се на сгъстяване в сепаратори и изпаряване. Изсушена до съдържание на влага 8-10%, маята се опакова в хартиени торби и се изпраща на потребителя.
Въглехидратите са получили името си по погрешка. Това се случи в средата на миналия век. Тогава се смяташе, че молекулата на всяко захарно вещество съответства на формулата C m (H 2 O) n. Всички известни тогава въглехидрати отговарят на тази мярка и формулата за глюкоза C 6 H 12 O 6 е написана като C 6 (H 2 O) 6.
Но по-късно бяха открити захари, които се оказаха изключение от правилото. И така, ясен представител на рамнозните въглехидрати (той също дава реакцията на Molisch) има формулата C 6 H 12 O 5. И въпреки че неточността в името на цял клас съединения беше очевидна, терминът "въглехидрати" вече стана толкова познат, че не го промениха. Днес обаче много химици предпочитат друго име - "захар".
Нека се опитаме да получим захар от стърготини чрез хидролиза, тоест чрез разлагане с вода. Това е много често срещан химичен процес. Стърготини и други дървесни отпадъци съдържат въглехидратни фибри (целулоза). От него в хидролизни инсталации се приготвя глюкоза, която след това може да се използва по различни начини; най-често се ферментира, превръщайки го в алкохол, изходен продукт за много химични синтези. Голям и независим клон на химическата промишленост се нарича хидролиза промишленост,
Преди да възпроизведем процеса на хидролиза на дървесина, нека се опитаме да разберем каква е неговата същност и за това ще бъде по-удобно да започнем не с дървени стърготини, а с краставици и раздробяване.
Измийте една прясна краставица, настържете я и изстискайте сока. Сокът може да се филтрира, но не е задължително.
Пригответе меден хидроксид Сu(OH) 2 в епруветка. За да направите това, добавете 2-3 капки разтвор на меден сулфат към 0,5-1 ml разтвор на натриев хидроксид. Добавете равен обем сок от краставица към получената утайка и разклатете епруветката. Утайката ще се разтвори и ще се получи син разтвор. Такава реакция е характерна за поливалентните алкохоли, т.е. за алкохоли, които съдържат няколко хидроксилни групи.
Сега загрейте до кипене (или поставете във вряща вода) епруветка с получения син разтвор. Първо ще стане жълто, след това ще стане оранжево и след охлаждане ще се утаи червена утайка от меден оксид Cu 2 O. Тази реакция е характерна за друг клас органични съединения- за алдехиди. Това означава, че в сока от краставица има вещество, което е алдехид и алкохол едновременно. Това вещество е глюкоза, която по структура е алдехиден алкохол. Благодарение на нея краставицата има сладък вкус.
Сигурно се досещате, че този експеримент не е задължително да се прави със сок от краставица, добре се получава и с други сладки сокове - грозде, моркови, ябълка, круша.Можете да вземете и тоалетна вода от краставици, която се продава в парфюмерийните магазини. И, разбира се, само таблетки глюкоза.
Сега вторият предварителен опит; озахаряване на треската.
Пригответе разтвор на сярна киселина: добавете един обем концентрирана сярна киселина към един обем вода (никога не изливайте вода в киселина!). Поставете треска в епруветка с разтвор и загрейте разтвора до кипене. В същото време треската ще бъде овъглена, но това няма да попречи на изживяването.
След нагряване отстранете треската, спуснете я в друга епруветка с 1-2 ml вода и кипнете. Сега и двете епруветки съдържат глюкоза. Можете да проверите това, като добавите две или три капки меден сулфат към разтворите и след това сода каустик - ще се появи познат син цвят. Ако този разтвор се вари, както очаквахме, ще изпадне червена утайка от меден оксид Cu 2 O. Така че глюкозата е открита.
Фактът, че нашата треска е захаросана, е резултат от хидролизата на целулозата (а нейният дял в дървесината е около 50%). Както при хидролизата на нишестето, сярната киселина не се изразходва в този процес, тя играе ролята на катализатор.
Накрая стигаме до основното изживяване: правене на захар от дървени стърготини.
Изсипете 2-3 супени лъжици дървени стърготини в порцеланова чаша и ги навлажнете с вода. Добавете още малко вода и равно количество от предварително приготвения разтвор на сярна киселина (1: 1), разбъркайте добре течната каша. Затворете капака и поставете във фурната на газовата печка (или в руската фурна) за около час, може и малко по-малко.
След това извадете чашата, добавете вода до горе и разбъркайте. Филтрирайте разтвора и неутрализирайте филтрата чрез добавяне на натрошена креда или варова вода, докато престанат да се отделят мехурчета въглероден диоксид. Краят на неутрализацията може да се прецени и чрез тестване на течността с лакмус или един от домашните индикатори. Не е необходимо индикаторът да се накапва директно в реакционната маса. Трябва да вземете проба, буквално 2-3 капки, и да я поставите върху стъклена чиния или в малка епруветка.
Изсипете съдържанието на чашата в бутилка с мляко, разклатете течността и оставете да престои няколко часа. Калциевият сулфат, образуван по време на неутрализацията на киселината, ще се утаи на дъното, а отгоре ще остане разтвор на глюкоза. Внимателно го изсипете в чиста чаша (за предпочитане върху стъклена пръчка) и филтрирайте.
Остана последната операция - изпаряване на водата на водна баня. След него на дъното остават светложълти кристали глюкоза. Те могат да се опитат, но само - продуктът не е достатъчно чист.
И така, завършихме четири операции: пулпиране на дървени стърготини с разтвор на сярна киселина, киселинна неутрализация, филтриране и изпаряване. Ето как се получава глюкозата в хидролизните инсталации, само, разбира се, не в порцеланови чаши ...
И можем да възпроизведем друг индустриален процес без особени затруднения: превръщаме една захар в две други.
При продължително съхранение домашното сладко често се захаросва. Това е така, защото захарта кристализира от сиропа. С конфитюра, който се продава в магазина, подобно нещастие се случва много по-рядко. Факт е, че в консервните заводи, в допълнение към захарозата от цвекло или тръстикова захар C 12 H 22 O 11, се използват и други захарни вещества, например инвертна захар. Какво е захарна инверсия и до какво води, ще научите от следния опит.
Изсипете в епруветка или чаша 10-20 g слаб захарен разтвор и добавете няколко капки разреден на солна киселина. След това загрейте разтвора във вряща водна баня за десет до петнадесет минути и след това неутрализирайте киселината, за предпочитане с магнезиев карбонат MgCO 3 . Аптеките продават така наречената бяла магнезия, веществото е малко повече сложен състав; тя също пасва. В крайни случаи можете да вземете NaHCO 3 сода за хляб, но тогава трапезната сол ще остане в разтвора, който по някакъв начин не хармонизира със захарта ...
След като мехурчетата въглероден диоксид спрат, оставете течността да се утаи. За всеки случай проверете с индикатор дали киселината е напълно неутрализирана. Изцедете утаената течност и я опитайте: ще изглежда по-малко сладка от оригиналния разтвор (за сравнение оставете малко от оригиналния захарен разтвор).
В готовия разтвор практически не остана захароза, но се появиха две нови вещества - глюкоза и фруктоза. Този процес се нарича инверсия на захарта, а получената смес се нарича инвертна захар.
И ето какво е любопитно: външно няма нищо, което да забележи реакция. И цветът, и обемът, и реакцията на околната среда остават същите. Не се отделят газове или валежи. И все пак реакцията тече, за откриването му са необходими само оптични инструменти. Сахара - оптично активни вещества: лъч поляризирана светлина, преминавайки през техния разтвор, променя посоката на поляризацията. Казват, че захарите въртят равнината на поляризация и то в една или друга посока и под много определен ъгъл. И така, захарозата върти равнината на поляризация надясно, а глюкозата и фруктозата, продуктите на нейната хидролиза, наляво. Оттук и думата "инверсия" (на латински "обръщане").
Но тъй като нямаме оптични инструменти на наше разположение, нека се опитаме да се уверим с химически средства, че приетата захар наистина е претърпяла промени. Добавете няколко капки разтвор на метиленово синьо (можете да вземете синьо мастило за писалки) и малко слаб разтвор на всяка основа към първоначалния и получения захарен разтвор. Загрейте тестовите разтвори на водна баня. В епруветка с обикновена захар няма да настъпят промени, но съдържанието на епруветка с инвертна захар ще стане почти безцветно.
Инвертната захар е много по-малко склонна към кристализация от обикновената захар. Ако внимателно изпарите разтвора му на водна баня, ще получите гъст сироп, който прилича малко на мед. След охлаждане не кристализира.
Между другото, три четвърти от любимия пчелен мед се състои от същите въглехидрати като инвертната захар - глюкоза и фруктоза. На базата на инвертна захар се прави и изкуствен мед. Разбира се, нашият сироп се различава от меда и то съществено – главно по липсата на мирис. Но ако добавите малко естествен мед към него, тогава този недостатък може да бъде частично елиминиран.
Но защо не си направите по-некристализиращ сироп у дома, за да направите сладко върху него? Уви, пълното му пречистване от чужди вещества е трудно и няма гаранция, че ще бъде възможно да се завърши. Във всеки случай не си струва риска.
Веднага след като човек започна да готви храната си, той, макар и несъзнателно, стана химик. В тигани и мангали, в бъчви и глинени съдове, най-сложните химическиИ биохимични процеси. Между другото, не всички от тях са получили пълно обяснение и до днес, което обаче не пречи на хората да готвят, пекат, осоляват и мариноват. Много обаче вече е добре проучено. И нещо - разбира се, не най-трудното - може да бъде възпроизведено дори в домашна лаборатория.
Експериментите, представени в този раздел, имат поне едно неоспоримо предимство: необходимите вещества (по-точно продукти) могат да бъдат намерени в кухненския шкаф или в хладилника. Или можете да ги купите от магазина за хранителни стоки. Ще ви трябват малки количества вещества, но ако закупите повече от този или онзи продукт, отколкото е необходимо за преживяването, останалото няма да бъде пропиляно.
Най-важно компонентхрана - протеин , основата на всички живи същества, строителният материал на всеки организъм. Хиляди изследователи по света работят с протеина и изучават неговите свойства. Разбира се, в нашите експерименти няма да открием нищо ново. Но, казват те, началото е ужасно нещастие ... Първият опит - качествена реакцияНа протеин, т.е. такава реакция, която ще ни позволи уверено да преценим дали протеинът е пред нас или не. Има няколко такива реакции. Този, който ще прекараме, се нарича биурет. За нея имаме нужда от решения сода за пране(или сода каустик) И син витриол.
Пригответе няколко разтвора, които е вероятно да съдържат протеин. Нека това е месен или рибен бульон (за предпочитане прецеден през марля), отвара от някои зеленчуци или гъби и др.
Изсипете разтворите в епруветки приблизително наполовина. След това добавете малко алкален разтвор - сода каустик или сода за пране (препоръчително е да кипнете разтвора на содата и да го охладите). Накрая добавете синия разтвор на меден сулфат. Ако в тестовия бульон наистина има протеин, тогава цветът веднага ще стане лилав.
Твърди се, че такива реакции са Характеристика. Те отиват само ако разтворът съдържа ли протеин?. За контрол поставете опит с лимонада или минерална вода.
Всеки знае това протеинът се коагулира при нагряванеи преминава в неразтворима форма - сурово яйце става стръмно. Това явление се нарича денатурация на протеина. Всяка домакиня знае: за да сготвите вкусен бульон, трябва да поставите нарязано месо студена вода. И когато искат да готвят варено месо, тогава големи парчета се потапят във вряща вода. Има ли в това химически смисъл? Нека се опитаме да го разберем.
Налейте епруветка със студена вода, потопете в нея малко сурова кайма и я загрейте. При нагряване се образуват сиви люспи (и то в големи количества). Това съсирен протеин, пяна, която се отстранява с решетъчна лъжица, за да не развали вида и вкуса на бульона. При по-нататъшно нагряване водоразтворимите вещества постепенно преминават от месото в разтвор. Тези вещества се наричат екстрактивни, тъй като те се извличат от месото при изваждането му с вряща вода (иначе казано при варенето на бульона). На първо място, те придават на бульона характерен вкус. И месото, след като е загубило тези вещества, става по-малко вкусно.
В друга епруветка предварително кипнете вода и вече сложете суровото месо във вряща вода. Веднага щом месото влезе в контакт с вода, то моментално ще стане сиво, но се образуват много малко люспи. Протеинът, който беше на повърхността, под въздействието на висока температура, веднага се сви и запуши многобройните пори, които проникват в месото. Екстрактивни вещества, включително протеините, вече не могат да преминат в разтвор. Това означава, че те остават вътре в месото, придавайки му добър вкус и аромат. И бульонът, разбира се, се оказва малко по-лош.
Протеинът е денатуриран(коагулира) не само при нагряване. Налейте малко прясно мляко в епруветка и капнете една-две капки оцетили решение лимонена киселина. Млякото веднага става кисело, образувайки бели люспи. Коагулира млечния протеин. Между другото, без такава реакция не можете да готвите извара и неслучайно изварата е толкова полезна - почти целият млечен протеин преминава в нея.
Когато млякото стои на топло, протеинът му също се съсирва, но по друга причина - работи млечнокисели бактерии. Има много от тях и всички те произвеждат млечна киселина, дори ако не ядат мляко, а, да речем, зелев сок. Прецедете малко кисело мляко и добавете към суроватката няколко капки домашно индикатор. Цветът на индикатора ще покаже, че в разтвора има киселина. Тази киселина е млечни продукти, може да се намери и в саламура от зеле и краставици.
Някои протеинови молекули съдържат освен въглерод, водород, кислородИ азот, също сяра. Това може да се провери от опит. Поставете малко яйчен белтък в епруветка с разтвор на сода каустик или сода за миене и като загреете епруветката, добавете малко разтвор към нея оловен ацетат Pb (CH 3 COO) 2 . 3H 2 O - оловен лосион, който се продава в аптеките. Ако съдържанието на епруветката стане черно, тогава сярае: образува се оловен сулфид PbS, черно вещество.
И в заключение ще подготвим истински протеиново лепило - казеин, който се използва и днес, въпреки изобилието от синтетични лепила. Казеин- това е основата на изварата и ако е така, тогава ще направим лепило от мляко, по-точно от неговите протеинови вещества.
Филтрирайте киселото мляко от суроватка. Това, което остава върху филтъра, изплакнете няколко пъти с вода, за да отстраните разтворимите примеси, и изсушете. След това изплакнете получената маса с бензин и отново изсушете; това е необходимо, за да се отървете от млечната мазнина (разтваря се в бензин). Когато масата стане напълно суха, я смилайте в хаван и хаван - ще получите казеин на прах.Приготвянето на лепило от него е съвсем просто - смесете праха с амоняки вода в съотношение 1: 1: 3. Разбира се, ще искате да тествате лепилото. Опитайте да залепите някои дървени или керамични предмети с него, защото за тези материали казеиново лепилоособено добър.
Въглехидратите са един от "трите стълба" на нашата диета (другите два са протеини и мазнини). ГлюкозаИ фруктоза, нишестеИ целулоза, десетки други въглехидрати се образуват непрекъснато и "изгарят" (окисляват) в растителни и животински клетки, служат като най-важният енергиен материал на тялото.
При всички различия на отделните представители на въглехидратите, те, разбира се, имат общи свойства, които са задължителни за всички. Това прави възможно откриването на въглехидрати дори в много малки количества. Истински и красив начин да ги разпознаете - Цветна реакция на Molisch.
Налейте около 1 ml вода в епруветка и пуснете няколко зрънца гранулирана захар ( захароза), част от таблетка глюкоза или парче филтърна хартия ( фибри). Сега добавете 2-3 капки алкохолен разтвор резорцинолили тимол(тези вещества се продават в аптеките). Наклонете епруветката и внимателно налейте 1-2 ml концентрат сярна киселина. Внимавайте с киселината, внимавайте да не попадне върху кожата!
Фиксирайте епруветката във вертикално положение. Тежката киселина ще потъне на дъното и на границата с вода ще се появи ярък красив пръстен - червен, розов или лилав.Ако вещество, чийто състав е неизвестен, дава такъв пръстен в реакцията на Мелиш, можете да сте сигурни, че въглехидратна лицето. Само не забравяйте, че тази реакция е толкова чувствителна, че дори прашинка и влакно по стените на епруветката могат да я причинят. Следователно съдовете, в които се извършва реакцията, трябва да се измиват много внимателно и е по-добре да се изплакнат с дестилирана вода.
Сега, след като се научихме да разпознаваме въглехидратите, нека да преминем към нишесте, един от най-известните въглехидрати. Първо, нека се научим да готвим паста от нишесте- колоиден разтвор на нишесте във вода. Налейте малко студена вода в тенджера и разбъркайте нишестето в размер на около две чаени лъжички на чаша (включително водата, която добавите по-късно). Разбъркайте добре сместа – получавате така нареченото нишестено мляко. Докато разбърквате, добавете вряла вода и, като продължавате да бъркате, загрейте на огъня, докато разтворът стане прозрачен. Охладете го. Това е нишестената паста, която слепва толкова добре хартията; затова често се използва, например, за тапетиране.
Вече знаете това нишестето става синьо в присъствието на свободен йод. Това негово свойство все още ни е полезно; имайте предвид само, че разтворът на йод трябва да е много слаб. Между другото, използвайки такъв разтвор (и за да го приготвите, достатъчно е да разредите аптечния разтвор с вода), можете да изследвате различни хранителни продукти за съдържание на нишесте. След като подготвим епруветка със слаб разтвор на йод, ще наблюдаваме трансформациите на нишестето. Да опитаме направете глюкоза от нишестена паста.
Огромни молекули нишесте под действието на водата хидролизирансе разграждат на по-малки молекули. Първо, разтворим нишесте, след това по-малки "пънове" - декстрини, тогава дизахаридно не е познато на всички захароза, и другият - малтоза, или малцова захар. И накрая, по време на разграждането на малтозата, глюкоза, гроздова захар. Крайният продукт на хидролизата често съдържа всички преходни вещества; в тази форма е известен като меласа.
Към половин чаша нишестена паста добавете 1-2 чаени лъжички разреден, приблизително 10% сярна киселина. Не забравяй: когато разреждате сярна киселина, не забравяйте да излеете киселина във вода, а не обратното!
Поставете сместа от паста и киселина да заври в тенджера, като постепенно добавяте вода, докато се изпарява. От време на време вземайте проби от течността с лъжица и след леко охлаждане капвайте върху тях разреден йоден разтвор. Нишестето, както си спомняте, дава синьо оцветяване, но декстрините са червено-кафяви. Що се отнася до малтозата и глюкозата, те изобщо не оцветяват. Пробите ще променят цвета си с напредването на хидролизата и когато йодното петно изчезне, нагряването може да бъде спряно. Въпреки това, за по-пълно разграждане на малтозата, има смисъл сместа да се вари още няколко минути.
След като заври, течността трябва леко да се охлади и към нея постепенно да се добавят около 10 g прах с разбъркване. тебеширда се неутрализира напълно сярна киселина. В същото време сместа ще се пени, тъй като по време на реакцията на киселина с тебешир, въглероден двуокис. Веднага след като спре да се образува пяна, сложете получената жълтеникава течност на слаб огън, така че да се изпари около две трети, след това я прецедете още гореща през няколко слоя марля, след това отново изпарете течността, но вече по-внимателно, не над открит огън, но на водна баня (сместа гори лесно). Ще получите гъста сладост сироп, която се базира на глюкоза. Почти по същия начин меласата се получава в големи количества във фабриките за нишесте.
Глюкозачовек се нуждае от него, той е един от основните доставчици на енергия. Но хлябът, картофите, макароните съдържат главно нишесте, а в тялото то се превръща в глюкоза под действието на ензими.Според нашия опит сярна киселинане се изразходва по време на реакцията. Тя играе ролята на катализатор, т.е. вещество, което рязко ускорява хода на реакцията. Каталитичното действие на естествените ензими е много по-силно, то е по-целенасочено. Има много ензими и всеки от тях има своя собствена, тясна област на работа. Например, съдържащи се в слюнката ензим амилазаможе да преобразува полизахарид нишестекъм дизахарида малтоза. Нека проследим експериментално действието на този ензим.
Стърготините са ценна суровина за производството на различни алкохоли, които могат да бъдат използване като гориво.
Такива биогорива могат да работят:
- бензинови двигатели за автомобили и мотоциклети;
- електрически генератори;
- битово бензиново оборудване.
Основен проблемтози, който трябва да се преодолее при производството на биогорива от дървени стърготини, е хидролизата, тоест превръщането на целулозата в глюкоза.
Целулозата и глюкозата имат една и съща основа - въглеводороди. Но за превръщането на едно вещество в друго са необходими различни физични и химични процеси.
Основните технологии за превръщане на дървени стърготини в глюкоза могат да бъдат разделени на два вида:
- индустриаленизискващи сложно оборудване и скъпи съставки;
- домашно приготвеникоито не изискват никакво сложно оборудване.
Независимо от метода на хидролиза, дървените стърготини трябва да бъдат натрошени колкото е възможно повече. За това се използват различни трошачки.
как по-малък размердървени стърготини, теми по-ефикасноще има разлагане на дървесината в захар и други компоненти.
Можете да намерите повече информация за оборудването за смилане на дървени стърготини тук:. Не се изисква друга подготовка на стърготини.
индустриален начин
След това дървените стърготини се изсипват във вертикален бункер напълнена с разтвор на сярна киселина(40%) в тегловно съотношение 1:1 и след херметично затваряне се нагрява до температура 200–250 градуса.
В това състояние дървените стърготини се държат 60-80 минути, като се разбъркват непрекъснато.
През това време протича процесът на хидролиза и целулозата, абсорбирайки вода, се разпада на глюкоза и други компоненти.
Веществото, получено в резултат на тази операция филтър, получаване на смес от разтвор на глюкоза със сярна киселина.
Пречистената течност се излива в отделен съд и се смесва с разтвор на тебешир, който неутрализира киселината.
След това всичко се филтрира и се получава:
- токсични отпадъци;
- разтвор на глюкоза.
недостатъктози метод в:
- високи изисквания към материала, от който е направено оборудването;
- високи разходи за киселинна регенерация,
следователно не е бил широко използван.
Има и по-евтин метод., в който се използва разтвор на сярна киселина със сила 0,5–1%.
Ефективната хидролиза обаче изисква:
- високо налягане (10-15 атмосфери);
- загряване до 160-190 градуса.
Продължителността на процеса е 70-90 минути.
Оборудването за такъв процес може да бъде направено от по-евтини материали, тъй като такъв разреден киселинен разтвор е по-малко агресивен от този, използван в метода, описан по-горе.
А налягане от 15 атмосфери не е опаснодори за конвенционално химическо оборудване, тъй като много процеси протичат и при високо налягане.
И за двата метода използвайте стоманени, херметически затворени контейнеридо 70 m³, облицовани отвътре с киселинноустойчиви тухли или керемиди.
Тази облицовка предпазва метала от контакт с киселина.
Съдържанието на контейнерите се нагрява чрез подаване на гореща пара в тях.
Отгоре е монтиран изпускателен вентил, който се настройва на необходимото налягане. Поради това излишната пара излиза в атмосферата. Останалата пара създава необходимото налягане.
И двата метода включват един и същ химичен процес.. Под въздействието на сярна киселина целулозата (C6H10O5)n абсорбира вода H2O и се превръща в глюкоза nC6H12O6, т.е. смес от различни захари.
След пречистване тази глюкоза се използва не само за получаване на биогорива, но и за производството на:
- питейни и технически алкохол;
- Сахара;
- метанол.
И двата метода ви позволяват да обработвате дървесина от всякакъв вид, следователно те са универсален.
Като страничен продукт от преработката на дървени стърготини в алкохол се получава лигнин - вещество, което се слепва:
- пелети;
- брикети.
Следователно лигнинът може да се продава на предприятия и предприемачи, които се занимават с производство на пелети и брикети от дървесни отпадъци.
Друг страничен продукт от хидролизата е фурфурол.Това е мазна течност, ефективен консервант за дърво.
Фурфурол се използва и за:
- рафиниране на нефт;
- пречистване на растително масло;
- производство на пластмаси;
- разработване на противогъбични лекарства.
В процеса на обработка на дървени стърготини с киселина отделят се токсични газове, Ето защо:
- цялото оборудване трябва да бъде монтирано във вентилиран цех;
- работниците трябва да носят предпазни очила и респиратори.
Добивът на глюкоза по тегло е 40–60% от теглото на дървените стърготини, но като се вземе предвид голямото количество вода и примеси теглото на продукта е няколко пъти по-голямо от първоначалното тегло на суровината.
Излишната вода ще бъде отстранена по време на процеса на дестилация.
В допълнение към лигнина, страничните продукти от двата процеса са:
- алабастър;
- терпентин,
които могат да бъдат продадени с известна печалба.
Пречистване на разтвор на глюкоза
Почистването се извършва на няколко етапа:
- Механични почистванеизползването на сепаратор премахва лигнина от разтвора.
- Лечениеваровитото мляко неутрализира киселината.
- утаяванеразделя продукта в течен разтвор на глюкоза и карбонати, които след това се използват за получаване на алабастър.
Ето описание на технологичния цикъл на обработка на дървесина в завод за хидролиза в град Тавда (област Свердловск).
домашен метод
Този метод е по-лесенно отнема средно 2 години. Стърготини се изсипват в голяма купчина и се поливат обилно с вода, след което:
- покрийте с нещо
- остави плюенето.
Температурата вътре в купчината се повишава и започва процесът на хидролиза, в резултат на което целулозата се превръща в глюкозакоито могат да се използват за ферментация.
Недостатъкът на този методФакт е, че при ниска температура активността на процеса на хидролиза намалява, а при отрицателна температура напълно спира.
Следователно този метод е ефективен само в топлите райони.
Освен това, има голяма вероятност от дегенерация на процеса на хидролиза в гниене, поради което ще се окаже не глюкоза, а утайка и цялата целулоза ще се превърне в:
- въглероден двуокис;
- Не голям бройметан.
Понякога в къщи те изграждат инсталации, подобни на индустриалните. . Изработени са от неръждаема стомана, която издържа без последствия на въздействието на слаб разтвор на сярна киселина.
Загрейте съдържаниетотакива устройства с:
- открит огън (огън);
- намотка от неръждаема стомана, през която циркулира горещ въздух или пара.
Чрез изпомпване на пара или въздух в контейнера и следене на показанията на манометъра, налягането в контейнера се регулира. Процесът на хидролиза започва при налягане от 5 атмосфери, но протича най-ефективно при налягане от 7–10 атмосфери.
Тогава, точно както в промишленото производство:
- пречистване на разтвора от лигнин;
- обработени с разтвор на креда.
След това разтворът на глюкозата се утаява и ферментира с добавяне на мая.
Ферментация и дестилация
За ферментация в разтвор на глюкоза добавете обикновена маякоито активират процеса на ферментация.
Тази технология се използва както в предприятията, така и при производството на алкохол от дървени стърготини у дома.
Време за ферментация 5–15 дни, зависи от:
- температура на въздуха;
- видове дървесина.
Процесът на ферментация се контролира от количеството образувани мехурчета въглероден диоксид.
По време на ферментацията възниква такъв химичен процес - глюкозата nC6H12O6 се разпада на:
- въглероден диоксид (2CO2);
- алкохол (2C2H5OH).
След края на ферментацията материалът се дестилира- нагряване до температура 70–80 градуса и охлаждане на отработената пара.
При тази температура изпарете от разтвора:
- алкохоли;
- етери,
докато водата и водоразтворимите примеси остават.
- парно охлаждане;
- алкохолна кондензация
използвайте намоткапотопени в студена вода или охладени със студен въздух.
За увеличаване на силатаготовият продукт се дестилира още 2-4 пъти, като постепенно се понижава температурата до стойност от 50-55 градуса.
Силата на получения продукт определя се със спиртомеркойто оценява специфичното тегло на дадено вещество.
Продуктът от дестилацията може да се използва като биогориво със сила най-малко 80%. По-малко силен продукт има твърде много вода, така че техниката ще работи неефективно върху него.
Въпреки че алкохолът, получен от дървени стърготини, е много подобен на лунната светлина, неговият не може да се използва за пиенепоради високото съдържание на метанол, който е силна отрова. В допълнение, голямо количество сивушни масла разваля вкуса на крайния продукт.
За да почистите от метанол, трябва:
- първата дестилация се извършва при температура от 60 градуса;
- отцедете първите 10% от получения продукт.
След дестилацията остават:
- тежък терпентинови фракции;
- мая маса, които могат да се използват както за ферментация на следващата партида глюкоза, така и за производство на фуражна мая.
Те са по-хранителни и здравословни от зърното на всяка зърнена култура, така че се купуват с готовност от ферми, които отглеждат едър и дребен добитък.
Приложение на биогорива
В сравнение с бензина, биогоривата (алкохол, произведен от рециклирани отпадъци) имат както предимства, така и недостатъци.
Тук Основни предимства:
- високо (105-113) октаново число;
- по-ниска температура на горене;
- липса на сяра;
- по-ниска цена.
Поради високото октаново число, увеличаване на степента на компресия, повишавайки мощността и ефективността на двигателя.
По-ниска температура на горене:
- увеличава експлоатационния животклапани и бутала;
- намалява топлината на двигателяв режим на максимална мощност.
Поради липсата на сяра, биогоривата не замърсява въздухаИ не съкращава живота на моторното масло, тъй като серният оксид окислява маслото, влошавайки неговите характеристики и намалявайки ресурса.
Поради значително по-ниската цена (с изключение на акцизите) биогоривото спестява семейния бюджет.
Биогоривата имат недостатъци:
- агресивност към гумени части;
- ниско масово съотношение гориво/въздух (1:9);
- слабо изпарение.
биогориво повреда на гумените уплътнения, следователно, по време на преобразуването на двигателя за работа с алкохол, всички гумени уплътнения се сменят с полиуретанови части.
Поради по-ниското съотношение гориво/въздух, нормалната работа с биогориво изисква преконфигуриране на горивната система,тоест инсталиране на по-големи дюзи в карбуратора или мигане на контролера на инжектора.
Поради ниското изпарение Трудно стартиране на студен двигателпри температури под плюс 10 градуса.
За да се реши този проблем, биогоривата се разреждат с бензин в съотношение 7:1 или 8:1.
За да работи със смес от бензин и биогориво в съотношение 1: 1, не е необходима модификация на двигателя.
Ако има повече алкохол, тогава е желателно:
- сменете всички гумени уплътнения с полиуретан;
- смилайте главата на цилиндъра.
Смилането е необходимо за увеличаване на съотношението на компресия, което ще позволи реализират по-висок октан. Без такава промяна, двигателят ще загуби мощност, когато към бензина се добави алкохол.
Ако се използват биогорива за електрически генератори или битови бензинови уреди, тогава е желателно гумените части да се заменят с полиуретанови.
В такива устройства може да се откаже от смилането на главата, тъй като малка загуба на мощност се компенсира от увеличаване на подаването на гориво. Освен това, трябва да преконфигурирате карбуратора или инжектора, всеки специалист по горивни системи може да направи това.
За повече информация относно използването на биогориво и промяната на двигателите за работа с него, прочетете тази статия (Приложение на биогориво).
Подобни видеа
Можете да видите как да направите алкохол от дървени стърготини в това видео:
заключения
Производство на алкохол от дървени стърготини - труден процес, което включва много операции.
Ако има евтини или безплатни дървени стърготини, тогава като налеете биогориво в резервоара на колата си, ще спестите много, тъй като производството му е много по-евтино от бензина.
Сега знаете как да получите алкохол от дървени стърготини, използвани като биогориво, и как можете да го направите у дома.
Също така, знаехте ли за странични продуктикоито възникват при преработката на дървени стърготини в биогорива. Тези продукти също могат да се продават с малка, но все пак печалба.
Благодарение на това бизнесът с биогорива от дървени стърготини става много полезен, особено ако използвате гориво за собствен транспорт и не плащате акциз при продажбата на алкохол.
Във връзка с
