Цукор з тирси. Хімічні властивості деревини. Очищення розчину глюкози

Вітчизняної хімічної науки належить заслуга у розвитку промислового виробництвацукру із деревини. З такого цукру виробляють спирт та інші речовини.

Утворення цукристих речовин у рослині відбувається за наступною схемою. З вуглекислого газу та води в зеленому листі будуються прості цукристі речовини, такі, як виноградний цукор – глюкоза та фруктовий цукор – фруктоза. Якщо глюкоза та фруктоза з'єднуються разом, то утворюється сахароза – той цукор, з яким ми п'ємо чай. Більше складні речовини, що утворюються в рослинах, - крохмаль, целюлоза та інші - вже не мають солодощі.

Перетворення крохмалю на цукристу речовину – глюкозу – здійснив російський академік К. С. Кірхгоф.

Це перетворення виконано їм у 1811 при нагріванні крохмалю з розведеними кислотами. Процес було названо гідролізом. К. С. Кірхгоф, відразу побачивши у своєму відкритті великі практичні можливості, розробив на базі його технологічний процес отримання патоки та кристалічної глюкози.

Невдовзі вже працювали перші заводи крохмало-патокової промисловості. А її розвиток, у свою чергу, поставило перед хімічною наукою нове цікаве завдання – перетворення деревини на цукристі речовини.


На хімічних заводах тирса перетворюється на спирт, а спирт - на синтетичний каучук.

Хіміки перетворюють тирсу на цінні продукти.

Готова продукція, яку виробляє зелений лист, - це крохмаль, що складається з великих молекул, кожна тисячі залишків глюкози. Рослина відкладає його у свої запасні харчові «склади» або ж використовує для розширення та зростання чи відновлення свого організму. Але чим більше укрупнюється і ускладнюється цукрова споруда, тим менше залишається в ній солодощі. Складною молекулярною спорудою із залишків глюкози є целюлоза. З неї рослина будує свій скелет.

Прості цукри розчиняються у воді, а побудовані з них крохмаль і целюлоза не розчиняються. Це дуже важливо для рослини, інакше все його тіло та скелет розтанули б від першого дощу.

Зруйнувати скелет рослини і перетворити його тверде несолодке тіло за допомогою гідролізу на цукристі речовини - ось завдання, яке постало перед наукою в наш час. І це завдання вирішила наша вітчизняна хімія. Перетворення целюлози на цукристу речовину було досягнуто в 1931 році В. І. Шарковим та іншими радянськими вченими.

Колись на лісопильних заводах накопичувалися цілі гори тирси. Доводилося винаходити спеціальні сміттєспалювальні печі для їх знищення.

Відходи, яких раніше намагалися позбутися, служать зараз цінною сировиною для гідролізної промисловості. Деревина перетворюється або на харчові продукти для худоби - цукор, білкові та жирові дріжджі, або на технічну сировину - спирт, гліцерин, фурфурол та інші, на які раніше витрачалися картопля і зерно.

Одна тонна тирси нормальної вологості замінює тонну картоплі або 300 кілограмів зерна та дає 650 кілограмів цукру або 220 літрів спирту.

Невеликий лісопильний завод, обладнаний двома пилорамами, може за рік забезпечити тирсою виробництво мільйона літрів спирту.

Сотні мільйонів тонн рослинних відходів – соломи, м'яки, лушпиння, зерен – залишаються щорічно у сільському господарстві. Тепер і їм знайдено застосування у промисловій хімії. Наші вчені Н. А. Сичов, Н. А. Четверіков та академік А. Є. Порай-Кошиць розробили метод, за яким із тонни сухої соломи одержують до 100 літрів спирту.

Спирт, вироблюваний гідролізною промисловістю, служить сировиною для найціннішої продукції, зокрема синтетичного каучуку.

Необроблену тирсу можна використовувати як грубий корм у раціоні м'ясної худоби. Тирса деревини як хвойних, так і листяних порід, що застосовуються у вигляді кормової добавки в кількості до 25%, не пошкоджують травний тракт телят і не надають токсичної дії. Хоча вони забезпечують нормальну функцію рубця, але є джерелом поживних речовин. Полісахариди деревини, особливо хвойних порід, майже не перетравлюються в рубці жуйних тварин. Найбільш висока перетравлюваність, яка досягає 37%, спостерігається лише у деревини осики. У хвойних порід вона становить 5-7% > у берези 6-8 і у тополі різних видів - від 4 до 25%

Існують різні способи обробки деревини, що дозволяють покращити її перетравлюваність. Подрібнення деревини, наприклад розмелювання осинової тирси, дещо покращує засвоюваність поживних речовин. Критичний розмір частинок такого кормового борошна становить 2 мм. Дрібніші частинки через прискорене проходження через рубець не піддаються належним чином впливу мікрофлори і перетравлюються гірше. Експериментально доведено, що целюлоза, отримана шляхом делігніфікації деревини, майже повністю перетравлюється жуйними тваринами та її прирівнюють до корму із зерна ячменю. Однак згодовування технічної целюлози порівняно дороге та невигідне. Корми підвищеної поживності отримують із деревини гідротермічними, термохімічними та мікробіологічними методами глибокої переробки. В результаті деревина частково піддається делігніфікації та гідролізу. Видалення лігніну сприяє доступу ферменту до молекули целюлози та кращої перетравлюваності. Гідроліз полісахаридів збільшує поживність кормів.

Сировиною для отримання кормових продуктів можуть бути тирса, будь-які подрібнені відходи деревини, зелена і технологічна тріска. Гідротермічна обробка сировини, яку попередньо зволожують до 70-75%, здійснюється у автоклавах. Тут при підвищеному тиску (0,6-0,9 МПа) і температурі 158-165 °С відбувається реакція гідролізу полісахаридів, внаслідок чого за 2-3 години вміст простих Цукорів - легко перетравлюваних вуглеводів - в готовому продукті зростає до 7- 9 %. Отриманий корм є бурою масою, що добре пахне, м'яку і розсипчасту. Перетравлюваність такого корму з хвойних порід складає 35%, з листяних 55%. Для гідротермічної обробки можуть бути використані автоклави періодичної та безперервної дії, що застосовуються в різних галузях промисловості, а також технологічне обладнання гідролізної та целюлозно-паперової промисловості: гідролізапарати та апарати для отримання целюлози безперервним способом.

Термохімічну обробку ретельно подрібненої деревини здійснюють у тих же апаратах із застосуванням як хімічні реагенти мінеральних кислот - сірчаної або соляної. Така обробка виявляється більш ефективною, сприяє отриманню продукту з великим виходом Сахарів, що легко засвоюється.

Кормові продукти у вигляді волокнистої маси можна отримати при виробництві деревоволокнистих плит. Отримавши грубіший розмелювання тріски при збільшеній до 1 мм відстані між розмелювальними дисками, волокнисту масу розбавляють водою і використовують для відливу килима, минаючи проклейний басейн. Після віджиму на форпресах поверхню килима рясно поливають 15-30%-ним розчином гідролізного кормового цукру. Просочений килим розрізають на шматки і сушать у роликовій сушарці. Можливі й інші варіанти технології виробництва кормової деревоволокнистої маси, яку згодовують тваринам у вигляді суміші з кормами.

Глибокою хімічною переробкою подрібненої деревини в гідролізапаратах одержують кормовий гідролізний цукор. Продукт є темно-коричневою, в'язкою, добре текучою сироподібною рідиною з характерним карамельним запахом. Щільність гідролізного цукру при температурі 20 °С становить 1150-1220 кг/м3, вміст сухої речовини - не менше 30%. Технологічний процес отримання кормового цукру включає нейтралізацію гідролізату, освітлення та упарювання нейтралізату, видалення шлаку, очищення та відбір готового продукту. Кількість кормового цукру за дотримання певних вимог зберігається протягом тривалого часу. Зберігають і перевозять його у спеціальних цистернах чи бочках. Годують гідролізний цукоряк замінник легкопереварюваних вуглеводів кормових коренеплодів або як добавку кормових раціонів. На основі продуктів гідролізного виробництва отримано вуглеводно-протеїновий корм, який є густою пастою із запахом підгорілого хліба. Суха речовина такого корму становить 40-50%, а кількість протеїну досягає 20%.

Продуктом біохімічної переробки гідролізних цукорів, отриманих з деревини, є кормові дріжджі. Вони містять до 52% білка, що добре перетравлюється, і групу вітамінів В. Природне поєднання в дріжджах білків і вітамінів робить їх виключно цінним кормовим продуктом для харчування тварин і птахів. Використовують дріжджі як білково-вітамінну добавку в кормових раціонах. Технологія виробництва кормових дріжджів включає підготовку гідролізату та вирощування на ньому дріжджів у спеціальному дріжджорастильному чані - інокуляторі. Дріжджі, що виросли в інокуляторі при інтенсивній аерації, безперервно відбирають, витягують з бражки флотацією, піддають згущенню в сепараторах і упарюванню. Висушені до вологості 8-10% дріжджі упаковують у паперові мішки та відправляють споживачеві.

Свою назву вуглеводи отримали помилково. Сталося це у середині минулого століття. Тоді вважали, що молекула будь-якої цукристої речовини відповідає формулі С m (Н 2 Про) n . Всі відомі тоді вуглеводи підходили під цю мірку, і формулу глюкози 6 Н 12 О 6 писали як С 6 (Н 2 О) 6 .

Але пізніше були відкриті і такі цукри, які виявилися винятком із правила. Так, явний представник вуглеводів рамнозу (вона теж дає реакцію Моліш) має формулу С 6 Н 12 Про 5 . І хоча неточність у назві цілого класу сполук була очевидною, термін «вуглеводи» став настільки звичним, що його стали змінювати. Втім, у наші дні багато хіміків віддають перевагу іншій назві - «цукору».

Спробуємо отримати цукор з тирси гідролізом, тобто розкладанням водою. Це дуже поширений хімічний процес. Тирса та інші деревні відходи містять вуглевод клітковину (целюлозу). З неї на гідролізних заводах готують глюкозу, яку можна використовувати потім по-різному; найчастіше її зброджують, перетворюючи на спирт, вихідний продукт для багатьох хімічних синтезів. Велика та самостійна галузь хімічної індустрії носить назву гідролізної промисловості,

Перш ніж відтворити процес гідролізу деревини, спробуємо зрозуміти, в чому його суть, а для цього зручніше буде почати не з тирси, а з огірків і лучинок.

Вимийте свіжий огірок, натріть його на тертці та вичавіть сік. Сік можна фільтрувати, але це не обов'язково.

Приготуйте в пробірці гідроксид міді Су(ОН) 2 . Для цього додайте 2-3 краплі розчину мідного купоросу до 0,5-1 мл розчину їдкого натру. До отриманого осаду додайте рівний обсяг соку огіркового і струсіть пробірку. Осад розчиниться, вийде синій розчин. Така реакція й у багатоатомних спиртів, т. е. для спиртів, які містять кілька гидроксильных груп.

Тепер нагрійте до кипіння (або поставте в киплячу воду) пробірку із отриманим синім розчином. Він спочатку пожовкне, потім стане помаранчевим, а після охолодження випаде червоний осад оксиду міді Cu2O. Ця реакція характерна для іншого класу органічних сполук- для альдегідів. Значить, в огірковому соку є речовина, що є альдегідом і спиртом одночасно. Ця речовина і є глюкоза, яка за будовою є альдегідоспіртом. Завдяки їй у огірка солодкуватий смак.

Ви, напевно, здогадуєтеся, що цей досвід зовсім не обов'язково ставити саме з огірковим соком, Він добре виходить і з іншими солодкими соками-виноградним, морквяним, яблучним, грушевим, Можна взяти для досвіду і туалетну огіркову воду, яка продається в парфумерних магазинах. І, звісно, ​​просто таблетки глюкози.

Тепер другий попередній досвід; оцукрювання лучинки.

Приготуйте розчин сірчаної кислоти: до одного об'єму води прилийте один об'єм концентрованої сірчаної кислоти (у жодному разі не лити воду в кислоту!). У пробірку з розчином опустіть скіпку і нагрійте розчин до кипіння. Лучинка при цьому обсмикнеться, але досвіду це не завадить.

Після нагрівання вийміть лучинку, опустіть її в іншу пробірку з 1-2 мл води і прокип'ятіть. В обох пробірках тепер є глюкоза. Перевірити це можна, додавши до розчинів дві-три краплі мідного купоросу, а потім їдкий натр - з'явиться знайоме синє забарвлення. Якщо цей розчин прокип'ятити, випаде, як ми очікували, червоний осад оксиду міді Cu 2 O. Отже, глюкоза виявлено.

Те, що наша скіпка осахарилася, і є результат гідролізу целюлози (а на її частку в деревині припадає близько 50%). Як і при гідролізі крохмалю, сірчана кислота в цьому процесі не витрачається, вона відіграє роль каталізатора.

Нарешті, ми підійшли до основного досвіду: отримання цукру з тирси.

У фарфорову чашку насипте 2-3 столові ложки тирси і змочіть їх водою. Додайте ще трохи води та рівну кількість раніше приготовленого розчину сірчаної кислоти (1:1), рідку кашку добре перемішайте. Закрийте кришкою і поставте в духовку газової плити (або російську піч) приблизно на годину, можна трохи менше.

Потім вийміть чашку, долийте догори води і перемішайте. Відфільтруйте розчин і нейтралізуйте фільтрат, додаючи до нього товчену крейду або вапняну воду доти, доки не припиниться виділення бульбашок вуглекислого газу. Про закінчення нейтралізації можна також судити, відчуваючи рідину лакмусовим папірцем або одним із саморобних індикаторів. Не треба капати індикатор у реакційну масу. Слід взяти пробу, буквально 2-3 краплі, і помістити її на скляну пластинку або маленьку пробірку.

Вміст чашки злийте в молочну пляшку, збовтайте рідину та дайте постояти кілька годин. Сульфат кальцію, що утворився при нейтралізації кислоти, осяде на дно, а згори залишиться розчин глюкози. Обережно злийте його в чисту чашку (краще скляну паличку) і відфільтруйте.

Залишилася остання операція – випарювання води на водяній бані. Після неї дні залишаються світло-жовті кристали глюкози. Їх можна спробувати на смак, але й лише – продукт недостатньо чистий.

Отже, ми виконали чотири операції: варіння тирси з розчином сірчаної кислоти, нейтралізацію кислоти, фільтрування та випарювання. Саме так і отримують глюкозу на гідролізних заводах, тільки, звичайно, не у фарфорових чашках.

І ще один промисловий процес ми можемо відтворити без особливих труднощів: перетворимо один цукор на два інші.

При тривалому зберіганні домашнє варення часто зацукровується. Це тому, що цукор кристалізується з сиропу. З варенням же, яке продається в магазині, таке лихо трапляється набагато рідше. Справа в тому, що на консервних заводах, крім бурякового або очеретяного цукру сахарози C 12 H 22 O 11 використовують і інші цукристі речовини, наприклад інвертний цукор. Що таке інверсія цукру і до чого вона призводить, ви дізнаєтесь з наступного досвіду.

Налийте в пробірку або склянку 10-20 г слабкого цукрового розчину і додайте кілька крапель розведеної соляної кислоти. Після цього нагрівайте розчин на киплячій водяній бані хвилин десять-п'ятнадцять, а потім нейтралізуйте кислоту, найкраще карбонатом магнію MgCO 3 . В аптеках продають так звану білу магнезію, речовина дещо більша складного складу; вона теж годиться. В крайньому випадку можна взяти і питну соду NaHCO 3 , але тоді в розчині залишиться кухонна сіль, яка з цукром якось не гармоніює.

Коли припиниться виділення бульбашок діоксиду вуглецю, дайте рідині відстоятися. Про всяк випадок перевірте індикатором, чи повністю нейтралізувалася кислота. Злийте рідину, що відстоялася, і спробуйте її на смак: вона здасться вам менш солодкою, ніж вихідний розчин (для порівняння залиште трохи початкового розчину цукру).

У готовому розчині практично не залишилося сахарози, зате з'явилися дві нові речовини – глюкоза та фруктоза. Цей процес і називається інверсією цукру, а отримана суміш – інвертним цукром.

І ось що цікаво: зовні реакцію нічим не виявити. І колір, і обсяг, і реакція середовища залишаються незмінними. Чи не виділяються ні гази, ні опади. І тим не менш реакція йде, Тільки для виявлення потрібні оптичні прилади. Сахара - оптично активні речовини: промінь поляризованого світла, проходячи через їх розчин, змінює напрямок поляризації. Говорять, що цукру обертають площину поляризації, причому в той чи інший бік, і на певний кут. Так ось, сахароза обертає площину поляризації вправо, а глюкоза та фруктоза, продукти її гідролізу – вліво. Звідси й слово «інверсія» (латиною «перевертання»).

Але оскільки оптичних приладів у нашому розпорядженні немає, спробуємо переконатися хімічним шляхом у тому, що взятий цукор і справді зазнав змін. До вихідного та отриманого розчинів цукрів додайте кілька крапель розчину метиленового синього (можна взяти синє чорнило для авторучок) і трохи слабкого розчину будь-якого лугу. Нагрійте досліджувані розчини на водяній бані. У пробірці зі звичайним цукром жодних змін не відбудеться, а ось вміст пробірки з цукром інвертним стане майже безбарвним.

Інвертний цукор набагато менше, ніж звичайний, схильний до кристалізації. Якщо обережно випарувати на водяній бані його розчин, то вийде густий сироп, що зовні трохи нагадує мед. Після охолодження він кристалізується.

До речі, улюблений усіма бджолиний мед на три чверті складається з тих же вуглеводів, що й інвертний цукор - з глюкози та фруктози. Штучний мед роблять на основі інвертного цукру. Звичайно, наш сироп від меду відрізняється, і значно – головним чином, відсутністю запаху. Але якщо до нього додати трохи натурального меду, цей недолік можна частково усунути.

Але чому б не наготувати вдома більше сиропу, що не кристалізується, щоб варити на ньому варення? На жаль, повне його очищення від сторонніх речовин скрутне, і немає гарантії, що її вдасться довести до кінця. Принаймні ризикувати не варто.

Як тільки людина почала готувати собі їжу, так вона, хай і неусвідомлено, стала хіміком. На сковородах і в жаровнях, бочках і глиняних судинах йшли найскладніші хімічніі біохімічні процеси. До речі, не всі вони отримали повне пояснення і сьогодні, що, втім, не заважає людям варити, пекти, солити та маринувати. Однак багато вже добре вивчено. І дещо - звичайно, не найскладніше - можна відтворити навіть у домашньої лабораторії.

Досліди, поміщені в цьому розділі, мають щонайменше одну незаперечну гідність: потрібні речовини (точніше,- продукти) знайдуться в кухонній шафі або в холодильнику. Або їх можна купити в продовольчому магазині. Вам знадобляться невеликі кількості речовин, але якщо ви купите того чи іншого продукту більше, ніж потрібно для досвіду, решта не пропаде.

Найважливіша складова частинаїжі - білок , основа всього живого, будівельний матеріал будь-якого організму. Тисячі дослідників у всьому світі працюють із білком, вивчають його властивості. Звісно, ​​у наших дослідах ми не відкриємо нічого нового. Але, кажуть, лихо лихо почало... Перший досвід - якісна реакціяна білок, Тобто така реакція, яка дозволить нам впевнено судити - білок перед нами чи ні. Таких реакцій є кілька. Ту, яку ми проведемо, називають біуретової. Для неї нам потрібні розчини пральної соди(або їдкого натру) та мідного купоросу.

Приготуйте кілька розчинів, які, як можна припустити, містять білок. Нехай це буде м'ясний чи рибний бульйон (бажано проціджений через марлю), відвар будь-яких овочів чи грибів та інших.

Розчини налийте у пробірки приблизно наполовину. Потім додайте трохи розчину лугу - їдкого натру або пральної соди (розчин соди бажано прокип'ятити та остудити). Нарешті додайте блакитного розчину мідного купоросу. Якщо у випробуваному відварі дійсно є білок, то фарбування відразу стане фіолетовим.

Про такі реакції говорять, що вони характерні. Вони йдуть лише в тому випадку, якщо у розчині дійсно є білок. Для контролю поставте досвід із лимонадом або з мінеральною водою.

Всім відомо, що при нагріванні білок згортаєтьсяі перетворюється на нерозчинну форму - сире яйце стає крутим. Це називають денатурацією білка. Кожна господиня знає: щоб приготувати смачний бульйон, треба нарізане м'ясо покласти в холодну воду. А коли хочуть приготувати відварене м'ясо, великі шматки опускають у окріп. Чи є в цьому хімічний сенс? Спробуємо розібратися.

Налийте і пробірку холодної води, опустіть трохи сирого рубаного м'яса і нагрійте. У міру нагрівання утворюються (і у великій кількості) сірі пластівці. Це згорнутий білок, піна, яку знімають шумівкою, щоб не псувала вигляд і смак бульйону. При подальшому нагріванні розчинні у воді речовини поступово переходять із м'яса у розчин. Ці речовини називають екстрактивними, тому що вони витягуються з м'яса при його екстракції киплячою водою (простіше кажучи, при варінні бульйону). Вони насамперед і надають бульйону характерного смаку. А м'ясо, втративши ці речовини, стає менш смачним.

В іншій пробірці воду закип'ятіть заздалегідь і покладіть сире м'ясо вже в окріп. Як тільки м'ясо доторкнеться до води, воно моментально стане сірим, зате пластівців утворюється дуже мало. Той білок, що знаходився на поверхні, під дією високої температури одразу згорнувся і закупорив численні пори, що пронизують м'ясо. Екстрактивні речовини, і білки в тому числі вже не можуть перейти в розчин. Значить, вони залишаються всередині м'яса, надаючи йому добрий смак та аромат. А бульйон, зрозуміло, виходить дещо гіршим.

Білок денатурується(згортається) не лише при нагріванні. Налийте в пробірку трохи свіжого молока і капніть одну-дві краплі оцтуабо розчину лимонної кислоти. Молоко відразу скисне, утворюючи білі пластівці. Це згортається молочний білок. До речі, без такої реакції не приготувати сир, і не випадково сир такий корисний – у нього переходить майже весь молочний білок.

Коли молоко залишають у теплому місці, то його білок теж згортається, але вже з іншої причини це працюють молочнокислі бактерії. Їх відомо дуже багато, і вони виробляють молочну кислоту, навіть якщо харчуються не молоком, а, скажімо, соком капусти. Профільтруйте трохи скислого молока і додайте до сироватки кілька крапель якогось саморобного. індикатора. Колір індикатора покаже, що у розчині є кислота. Ця кислота - молочна, її ж можна знайти і в капустяному, і в огірковому розсолі.

До складу деяких білкових молекул входить, крім вуглецю, водню, киснюі азоту, ще й сірка. У цьому можна переконатись на досвіді. Трохи яєчного білка помістіть у пробірку з розчином їдкого натру або пральної соди і, нагрівши пробірку, додайте до неї трохи розчину ацетату свинцюРb(СН 3 СОО) 2 . 3Н 2 O - свинцевої примочки, що продається в аптеках. Якщо вміст пробірки почорніє, значить, сіркає: це утворюється сульфід свинцю PbS, речовина чорного кольору.

І насамкінець приготуємо справжній білковий клей - казеїновий, Якими користуються до цього дня, незважаючи на безліч синтетичних клеїв. Казеїн- це основа сиру, а якщо так, то клей ми робитимемо з молока, точніше, з його білкових речовин.

Відфільтруйте кисле молоко від сироватки. Те, що залишилося на фільтрі, кілька разів промийте водою, щоб видалити домішки розчинні, і висушіть. Потім промийте отриману масу бензином і знову висушіть; це потрібно для того, щоб позбавитися молочного жиру (він розчиняється в бензині). Коли маса стане зовсім сухою, подрібніть її у ступці – вийде порошок казеїну.

Зробити з нього клей дуже просто - змішати порошок з нашатирним спиртомі водою щодо 1: 1: 3. Звичайно, ви захочете випробувати клей. Спробуйте склеїти їм якісь дерев'яні або керамічні предмети, тому що для цих матеріалів казеїновий клейособливо гарний.

Вуглеводи - один із "трьох китів" нашого харчування (два інших - білки та жири). Глюкозаі фруктоза, крохмальі клітковина, десятки інших вуглеводів утворюються безперервно і "згоряють" (окислюються) в рослинних і тваринних клітинах, служать найважливішим енергетичним матеріалом організму.

За всієї несхожості окремих представників вуглеводів є, звичайно, загальні, обов'язкові всім властивості. Це дозволяє виявити вуглеводи навіть у дуже малих кількостях. Вірний і до того ж гарний спосіб їхнього розпізнавання - кольорова реакція Моліша.

Налийте в пробірку приблизно 1 мл води і киньте кілька крупинок цукрового піску ( цукрози), частина таблетки глюкози або клаптик фільтрувального паперу ( клітковини). Тепер додайте 2-3 краплі спиртового розчину резорцинуабо тимола(Ці речовини продають в аптеці). Нахиліть пробірку і обережно налийте по стінці 1-2 мл концентрованої сірчаної кислоти. Будьте обережні із кислотою, стежте, щоб вона не потрапила на шкіру!

Закріпіть пробірку у вертикальному положенні. Тяжка кислота опуститься на дно, а на кордоні її з водою з'явиться яскраве красиве кільце - червоне, рожеве або фіолетове.

Якщо речовина, склад якої невідомий, дасть при реакції Меліша таке кільце - можете не сумніватися, що вуглеводна обличчя. Пам'ятайте тільки, що ця реакція настільки чутлива, що її може викликати навіть порошинка та волокно на стінках пробірки. Тому посуд, у якому проводять реакцію, треба дуже ретельно мити, а обполіскувати краще дистильованою водою.

Тепер, навчившись розпізнавати вуглеводи, перейдемо до крохмалю, один з найвідоміших вуглеводів. Для початку повчимося правильно готувати крохмальний клейстер- Колоїдний розчин крохмалю у воді. Налийте в каструлю трохи холодної води і додайте крохмаль, з розрахунку приблизно дві чайні ложки на склянку (з огляду на ту воду, яку ви додасте пізніше). Суміш добре розмішайте – вийде так зване крохмальне молоко. При перемішуванні додайте до нього окріп і, продовжуючи розмішувати, нагрівайте на вогні, поки розчин не стане прозорим. Остудіть його. Це і є крохмальний клейстер, який так добре склеює папір; тому його часто застосовують, наприклад, для приклеювання шпалер.

Ви вже знаєте, що у присутності вільного йоду крохмаль синіє. Ця його властивість нам ще знадобиться; зауважте лише, що розчин йоду має бути дуже слабким. До речі, користуючись таким розчином (а щоб приготувати його, достатньо розбавити аптечний розчин водою), можна досліджувати вміст крохмалю різні харчові продукти. Заготовивши пробірку зі слабким розчином йоду, спостерігаємо за перетвореннями крохмалю. Спробуємо зробити з крохмального клейстеру глюкозу.

Величезні молекули крохмалю під дією води гідролізуються, Розщеплюються на більш дрібні молекули. Спочатку утворюється розчинний крохмаль, потім "обрубки" дрібніші - декстрини, потім дисахарид, але не всім звична цукроза, а інший - мальтоза, або солодовий цукор. Зрештою, при розпаді мальтози утворюється глюкоза, виноградний цукор. Готовий продукт гідролізу часто містить усі перехідні речовини; у такому вигляді він відомий під назвою патоки.

До половини склянки крохмального клейстеру додайте 1-2 чайні ложки розведеної, приблизно 10%-ної сірчаної кислоти. Не забудьте: при розведенні сірчаної кислоти обов'язково потрібно лити кислоту у воду, а чи не навпаки!

Суміш клейстеру з кислотою поставте кип'ятитись у каструльці, потроху доливаючи воду у міру її випаровування. Іноді беріть ложкою проби рідини і, злегка охолодивши, капайте на них розбавленим йодним розчином. Крохмаль, як ви пам'ятаєте, дає синє фарбування, а ось декстрини - червоно-буре. Що стосується мальтози та глюкози, то вони зовсім не фарбуються. У міру гідролізу колір проб змінюватиметься, а коли фарбування йодом зникне, нагрівання можна припинити. Втім, для повнішого розкладання мальтози має сенс прокип'ятити суміш ще кілька хвилин.

Після кип'ятіння рідину треба трохи охолодити і поступово додавати до неї при перемішуванні близько 10 г порошку. крейдащоб повністю нейтралізувати сірчану кислоту. Суміш при цьому спінюватиметься, тому що під час реакції кислоти з крейдою виділяється вуглекислий газ. Як тільки спінювання припиниться, поставте отриману жовту рідину на слабкий вогонь, щоб вона упарилася приблизно на дві третини, потім гарячою профільтруйте її через кілька шарів марлі, після чого упарте рідину ще раз, але тепер акуратніше, вже не на відкритому вогні, а на водяній бані (суміш легко пригорає). У вас вийде густа солодка патока, основу якої складає глюкоза. Приблизно так само патоку одержують у великих кількостях на крохмалопаткових заводах.

Глюкозалюдині необхідна, вона – один із головних постачальників енергії. Але в хлібі, у картоплі, в макаронах міститься переважно крохмаль, а в організмі він перетворюється на глюкозу під дією ферментів.

У нашому досвіді сірчана кислотау процесі реакції не витрачалася. Вона грала роль каталізатора, тобто речовини, що різко прискорює перебіг реакції. Каталітична дія природних ферментів набагато сильніша, вона більш цілеспрямована. Ферментів дуже багато, і у кожного з них своя, вузька ділянка роботи. Наприклад, що міститься в слині фермент амілазаможе перетворювати полісахарид крохмальу дисахарид мальтозу. Простежимо з досвіду за дією цього ферменту.

Тирса – цінна сировина для виробництва різних спиртів, які можна використовувати як паливо.

На такому біопаливі можуть працювати:

  • автомобільні та мотоциклетні бензинові двигуни;
  • електрогенератори;
  • господарська бензинова техніка

Основна проблема, яку доводиться долати при виготовленні біопалива з тирси – це гідроліз, тобто перетворення целюлози на глюкозу.

Основа у целюлози та глюкози одна – вуглеводні. Але для перетворення однієї речовини на іншу необхідні різні фізичні та хімічні процеси.

Основні технології для перетворення тирси в глюкозу можна поділити на два типи:

  • промислові, що вимагають складного обладнання та дорогих інгредієнтів;
  • домашні, які вимагають якогось складного устаткування.

Незалежно від способу гідролізу, тирсу необхідно максимально подрібнити. Для цього застосовують різні дробарки.

Чим менший розміртирси, тим більш ефективнимбуде розкладання деревини на цукор та інші компоненти.

Знайти докладнішу інформацію про обладнання для подрібнення тирси ви зможете тут: . Жодної іншої підготовки тирса не вимагають.

Промисловий спосіб

Тирса засипають у вертикальний бункер, потім заливають розчином сірчаної кислоти(40 %) у співвідношенні 1:1 за масою і, закривши герметично, нагрівають до температури 200-250 градусів.

У такому стані тирсу тримають 60-80 хвилин, постійно перемішуючи.

За цей час проходить процес гідролізу та целюлозу, вбираючи воду, розпадається на глюкозу та інші складові.

Отримана в результаті цієї операції речовина проціджують, отримуючи суміш розчину глюкози із сірчаною кислотою.

Очищену рідину зливають в окрему ємність і змішують з крейдою, який нейтралізує кислоту.

Потім усі відфільтровують та отримують:

  • отруйні відходи;
  • розчин глюкози.

Нестачацього методу в:

  • високі вимоги до матеріалу, з якого виготовлено обладнання;
  • великі витрати на регенерацію кислоти,

тому широкого поширення не отримав.

Існує і менш затратний метод, В якому використовують розчин сірчаної кислоти міцністю 0,5-1%.

Однак для ефективного гідролізу необхідні:

  • високий тиск (10-15 атмосфер);
  • нагрівання до 160-190 градусів.

Час протікання процесу 70-90 хвилин.

Обладнання для такого процесу можна виготовити з менш дорогих матеріалів, адже настільки розбавлений розчин кислоти менш агресивний, ніж той, який застосовують у наведеному вище методі.

А тиск у 15 атмосфер не є небезпечнимнавіть для звичайного хімічного обладнання, адже багато процесів також відбуваються за високого тиску.

Для обох методів застосовують сталеві ємності, що герметично закриваються.об'ємом до 70 м³, викладені зсередини кислототривкою цеглою або плиткою.

Таке футерування захищає метал від контакту з кислотою.

Нагрівають вміст ємностей, подаючи в них розпечену пару.

Зверху встановлюють клапан спуску, який налаштовують на необхідний тиск. Тому надлишки пари виходять в атмосферу. Решта пар створює необхідний тиск.

В обох методах задіяно один і той же хімічний процес. Під впливом сірчаної кислоти целюлоза (C6H10O5)n вбирає воду H2O і перетворюється на глюкозу nC6H12O6, тобто суміш різних цукрів.

Після очищення цю глюкозу використовують не тільки для отримання біопалива, а й для виробництва:

  • питного та технічного спирту;
  • цукру;
  • метанолу.

Обидва методи дозволяють переробляти деревину будь-яких порід, тому є універсальними.

Як побічний продукт переробки тирси в спирт отримують лігнін - речовина, що склеює:

  • пелети;
  • брикети.

Тому лігнін можна продавати підприємствам та підприємцям, які займаються виробництвом пелет та брикетів з відходів деревини.

Ще один побічний продукт гідролізу – фурфурол.Це масляниста рідина, ефективний антисептик для обробки деревини.

Фурфурол також застосовують для:

  • очищення нафти;
  • очищення рослинної олії;
  • виробництва пластмас;
  • створення протигрибкових ліків

У процесі обробки тирси кислотою виділяються отруйні газитому:

  • все обладнання необхідно монтувати в цеху, що провітрюється;
  • працівники повинні одягати захисні окуляри та респіратори.

Вихід глюкози за масою становить 40–60 % від ваги тирси, але з урахуванням великої кількості води та домішок вага продукту в кілька разів більша за вихідну вагу сировини.

Зайву воду буде видалено в процесі перегонки.

Крім лігніну побічними продуктами обох процесів є:

  • алебастр;
  • скипидар,

які можна продати, отримавши якийсь прибуток.

Очищення розчину глюкози

Очищення проводять у кілька етапів:

  1. Механічна очищенняза допомогою сепаратора видаляє із розчину лігнін.
  2. Обробкакрейдовим молоком нейтралізує кислоту.
  3. Відстоюваннярозділяє продукт на рідкий розчин глюкози та карбонати, які потім використовують для одержання алебастру.

Ось описаний технологічний цикл переробки деревини на гідролізному заводі у місті Тавда (Свердловська Область).

Домашній спосіб

Цей спосіб простіше,Проте займає середньому 2 року. Тирса насипають великою купою і рясно поливають водою, після чого:

  • накривають чимось;
  • залишають пріти.

Температура всередині купи піднімається і починається процес гідролізу, внаслідок якого целюлоза перетворюється на глюкозуВи можете використовувати для бродіння.

Мінус цього методув тому, що при низькій температурі активність процесу гідролізу знижується, а при негативній повністю припиняється.

Тому такий метод ефективний лише у теплих регіонах.

Крім того, велика ймовірність переродження процесу гідролізу в гниття, через що вийде не глюкоза, а мул, а вся целюлоза перетвориться на:

  • вуглекислий газ;
  • невелика кількість метану.

Іноді в будинках будують установки, подібні до промислових. . Їх виготовляють із нержавіючої сталі, яка без наслідків витримує вплив слабкого розчину сірчаної кислоти.

Нагрівають вмісттаких апаратів за допомогою:

  • відкритого вогню (вогнище);
  • змійовика з нержавіючої сталі з розжареним повітрям або парою, що циркулює по ньому.

Закачуючи в ємність пар чи повітря та відстежуючи показання манометра, регулюють тиск у ємності. Процес гідролізу починається при тиску 5 атмосфер, але найефективніше протікає при тиску 7-10 атмосфер.

Потім так само, як і при промисловому виробництві:

  • очищають розчин від лігніну;
  • обробляють за допомогою крейди.

Після цього розчин глюкози відстоюють і зброджують із додаванням дріжджів.

Бродіння та перегонка

Для бродіння розчин глюкози додають звичайні дріжджі,які активізують процес бродіння.

Цю технологію використовують як на підприємствах, так і при отриманні спирту з тирси в домашніх умовах.

Час бродіння 5-15 днів, залежно від:

  • температури повітря;
  • породи деревини.

Процес бродіння контролюють за кількістю утворення бульбашок вуглекислого газу.

Під час бродіння відбувається такий хімічний процес – глюкоза nC6H12O6 розпадається на:

  • вуглекислий газ (2CO2);
  • спирт (2C2H5OH).

Після закінчення бродіння матеріал піддають перегонці- нагрівання до температури 70-80 градусів і охолодження пари, що відходить.

За такої температури з розчину випаровуються:

  • спирти;
  • ефіри,

а вода та водорозчинні домішки залишаються.

  • охолодження пари;
  • конденсації спирту

використовують змійовик,занурений у холодну воду або холодним повітрям, що охолоджується.

Для збільшення фортеціготового продукту його переганяють ще 2-4 рази, поступово знижуючи температуру до 50-55 градусів.

Фортеця отриманого продукту визначають за допомогою спиртометра,який оцінює питому щільність речовини.

Як біопаливо можна використовувати продукт перегонки з міцністю не менше 80%. У менш міцному продукті дуже багато води, тому техніка працюватиме на ньому неефективно.

Хоча спирт, отриманий з тирси, дуже схожий на самогон, його не можна використовувати для питтячерез великий вміст метанолу, який є сильною отрутою. Крім того, велика кількість сивушних олій псує смак готового продукту.

Щоб очистити від метанолу, необхідно:

  • першу перегонку проводити за нормальної температури 60 градусів;
  • злити перші 10% отриманого продукту.

Після перегонки залишаються:

  • важкі фракції скипидару;
  • дріжджова маса, Яку можна використовувати як для зброджування наступної партії глюкози, так і для отримання кормових дріжджів.

Вони більш поживні та корисні, ніж зерно будь-яких злакових культур, тому їх охоче купують фермерські господарства, що розводять велику і дрібну худобу.

Застосування біопалива

Порівняно з бензином біопаливо (спирт, отриманий з перероблених відходів) має як переваги, так і недоліки.

Ось основні переваги:

  • високе (105-113) октанове число;
  • менша температура горіння;
  • відсутність сірки;
  • нижча ціна.

Завдяки високому октановому числу можна збільшити ступінь стиснення, підвищивши потужність та економічність мотора.

Найменша температура згоряння:

  • збільшує термін службиклапанів та поршнів;
  • знижує нагрівання двигунау режимі максимальної потужності.

Завдяки відсутності сірки, біопаливо не забруднює повітряі не скорочує термін служби моторної оліїадже оксид сірки окислює масло, погіршуючи його характеристики та знижуючи ресурс.

Завдяки значно менш високій ціні (якщо не брати до уваги акцизи), біопаливо серйозно економить сімейний бюджет.

Є у біопалива та недоліки:

  • агресивність по відношенню до гумових деталей;
  • низьке масове співвідношення паливо/повітря (1:9);
  • слабка випаровуваність.

Біопаливо ушкоджує гумові ущільнювачіТому під час переробки двигуна для роботи на спирту всі гумові ущільнювачі змінюють на поліуретанові деталі.

Через менше співвідношення паливо-повітря для нормальної роботи на біопаливі необхідна переналаштування паливної системи,тобто встановлення жиклерів більшого перерізу в карбюратор або перепрошивка інжекторного контролера.

Через слабку випаровуваність утруднений пуск холодного двигуназа температури нижче плюс 10 градусів.

Щоб вирішити цю проблему, біопаливо розбавляють бензином у співвідношенні 7:1 чи 8:1.

Для роботи на суміші бензину та біопалива у співвідношенні 1:1 жодної переробки двигуна не потрібно.

Якщо ж спирту буде більше, то бажано:

  • замінити усі гумові ущільнювачі на поліуретанові;
  • прошліфувати головку блоку циліндрів.

Шліфування необхідне для збільшення ступеня стиснення, що дозволить реалізувати більш високе октанове число. Без такої ситуації двигун буде втрачати в потужності при додаванні в бензин спирту.

Якщо біопаливо використовують для електрогенераторів або побутових бензинових приладів, то бажана заміна гумових деталей на поліуретанові.

У таких пристроях можна обійтися без шліфування головки, тому що невелика втрата потужності компенсується збільшенням подачі палива. Крім того, знадобиться переналаштування карбюратора або інжектора, це зможе зробити будь-який спеціаліст з паливних систем.

Докладніше про застосування біопалива та переробку двигунів для роботи на ньому читайте в цій статті (Застосування біопалива).

Відео на тему

Про те, як зробити спирт з тирси, ви можете побачити в цьому відео:

Висновки

Виробництво спирту з тирси – складний процесякий включає в себе масу операцій.

Якщо є дешева або безкоштовна тирса, то, заливаючи біопаливо в бак свого автомобіля, ви серйозно заощадите, адже його виробництво обходиться помітно дешевше за бензин.

Тепер ви знаєте, як отримати спирт з тирси, що використовується як біопаливо і як це можна зробити в домашніх умовах.

Крім того, ви дізналися про побічні продукти, які виникають у процесі переробки тирси в біопаливо Ці продукти також можна продати, отримавши нехай і невелику, але все ж таки вигоду.

Завдяки цьому бізнес з виробництва біопалива з тирси стає дуже вигіднимособливо якщо використовувати паливо для власного транспорту і не сплачувати акцизний збір на продаж спирту.

Вконтакте