WO2025201615A1 - Method for the comprehensive processing of meadow grasses and meadow grass processing plant - Google Patents
Method for the comprehensive processing of meadow grasses and meadow grass processing plantInfo
- Publication number
- WO2025201615A1 WO2025201615A1 PCT/EA2025/050005 EA2025050005W WO2025201615A1 WO 2025201615 A1 WO2025201615 A1 WO 2025201615A1 EA 2025050005 W EA2025050005 W EA 2025050005W WO 2025201615 A1 WO2025201615 A1 WO 2025201615A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- cellulose
- fraction
- hydrolysis
- lignin
- stem
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
- A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
- A61K8/72—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing organic macromolecular compounds
- A61K8/73—Polysaccharides
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01C—CHEMICAL OR BIOLOGICAL TREATMENT OF NATURAL FILAMENTARY OR FIBROUS MATERIAL TO OBTAIN FILAMENTS OR FIBRES FOR SPINNING; CARBONISING RAGS TO RECOVER ANIMAL FIBRES
- D01C1/00—Treatment of vegetable material
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
- D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
- D21B1/02—Pretreatment of the raw materials by chemical or physical means
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
- D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
- D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
- D21B1/06—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by dry methods
- D21B1/08—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by dry methods the raw material being waste paper; the raw material being rags
- D21B1/10—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by dry methods the raw material being waste paper; the raw material being rags by cutting actions
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
- D21C1/02—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting with water or steam
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C5/00—Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
Definitions
- the disadvantage of the analogue is the high content of lignin and protein in paper/cardboard due to the use of raw materials in this method that are not purified from ballast substances, as well as the use of not only stems, but also leaves of meadow plants, which reduce physical and mechanical properties of the product and which do not allow the use of the resulting raw materials in the production of paper/cardboard without the addition of primary or secondary wood pulp fibers in a volume of at least 60%.
- preliminary crushing of hay from perennial cereal grasses is carried out to a fraction size of 10 to 30 mm.
- separation is carried out using dry methods.
- a 30% sodium benzoate solution is used as a hydrotropic solution for hydrolysis to obtain a cellulose-containing mass.
- a 40% sodium benzoate solution is used as a hydrotropic solution for hydrolysis to obtain cellulose-containing fiber.
- hydrolysis in a hydrotropic solution is carried out for 1-3 hours.
- hydrolysis in a hydrotropic solution is carried out at a temperature of 40-50 °C.
- the fibers are moistened in water to obtain cellulose-containing mass.
- prehydrolysis of chopped peas in water is carried out at a temperature of 140°C.
- the process section for obtaining the cellulose-containing fiber comprises a pre-hydrolysis reactor and a pressing unit connected to it, the pressing unit is connected to the hydrolysis reactor and a means for storing the hydrolysate obtained during the pre-hydrolysis.
- a refiner and a means for storing lignin are connected to the hydrolysis reactor.
- the refiner is connected to a means for storing the cellulose-containing fiber.
- a reactor-fermenter for bioconversion of the hydrolysate and means for storing the producers obtained in the reactor-fermenter are connected in series to the means for storing the hydrolysate.
- the loading means are designed in the form of a loading hopper or a feeding conveyor.
- the means for storing granules, seed fraction powder, cellulose-containing powder, mass, and fiber are made in the form of bunkers.
- the storage facilities for hydrolysate, lignin, and feed protein are made in the form of containers.
- the separator is of a dry type.
- crushers for chopping hay and stem fraction are made in the form of crushers, roller or knife.
- the hydrolysis reactor, the pressing unit, the refiner and the means for storing the cellulose-containing mass, as well as the hydrolysis reactor with the transfer unit of the section for obtaining the cellulose-containing mass are connected to each other by conveyors.
- the pre-hydrolysis reactor, the pressing unit, the hydrolysis reactor, the refiner, the cellulose-containing fiber storage facility, and the pre-hydrolysis reactor with the cellulose-containing fiber production section loader are interconnected by conveyors.
- the pressing unit of the section for obtaining cellulose-containing fiber is made in the form of sieves, a press, a centrifuge or an extruder.
- the pressing unit and the hydrolysis reactor are connected to the storage facilities for hydrolysate and lignin by pipelines.
- Table 2 The tables show that plant stems contain up to 50% less protein than leaves, which increases the proportion of plant pulp in the pulp slurry used for paper/cardboard production, as only plant stems are used for this purpose. Toward the end of the growing season, the nutritional value of plants decreases due to increased fiber content, decreased protein content, and reduced digestibility of the feed.
- Perennial grasses are characterized by an increase in fiber content and the proportion of ears (panicles) depending on the growing season.
- Table 3 shows an example of the ratio of stems, leaves, and ears (panicles) in the awnless brome crop by growing season.
- the method for the complex processing of meadow grasses is characterized by stages (see Fig. 1), where in the first preliminary stage, chopped stem fraction is obtained from the hay of perennial cereal plants for obtaining cellulose-containing raw materials in the form of powder, mass or fibrous material, a granulated leaf fraction for obtaining animal feed and a seed fraction for use as an additive in animal feed or in a nutrient medium for cultivating proteins, and the second stage can be carried out in one, two or three directions, as a result of which cellulose-containing powder and/or cellulose-containing mass and hydrolysate are obtained as a basis for mineral fertilizers, and/or fibrous cellulose-containing mass, hydrolysate as a nutrient medium for cultivating proteins, protein and hydrolytic lignin.
- Chopping hay to a size greater than 30 mm is also impractical, since with coarser chopping, the leaf and seed fractions are not completely separated from the stem fraction, which ultimately increases the protein content in the stem fraction, which negatively affects the quality of the cellulose subsequently obtained from the stem fraction.
- the chopped hay is separated into stem, leaf, and seed fractions. Separation is primarily accomplished using dry methods, such as air separation, sieves, vibrating tables, and the like.
- Granulation of the leaf fraction is necessary to change the structural and mechanical properties of hay, reduce oxidative processes in granules in order to increase its digestibility and nutritional value, and also to reduce the cost of transportation.
- the need to crush the stem fraction into chopped material with a size of 1 to 10 mm is dictated by the fact that some of the cellulose-containing raw material obtained in the first stage undergoes hydrolysis, and crushing the raw material to a chopped material smaller than 10 mm improves the diffusion of liquid solutions into the chopped material and increases the efficiency of hydrolysis. Increasing the diffusion of liquid solutions into the chopped material also allows for a reduction in the water-to-solid ratio during subsequent hydrolysis of the chopped material, which in turn leads to a reduction in the amount of solution extracted and, consequently, an increase in its concentration.
- the following products are obtained: chopped stem fraction, granulated leaf fraction for further use as animal feed, and powder (flour) of the seed fraction for further use as an additive to the granulated leaf fraction or for obtaining a nutrient medium for cultivating proteins.
- the resulting chopped stem fraction is used as raw material for producing cellulose-containing powder, cellulose-containing pulp, cellulose-containing fibrous material, and derivatives such as hydrolysate and lignin.
- These derivatives are produced by dividing the chopped stem fraction obtained in the first stage among three process sections in a ratio dependent on the desired final product ratio. For example, the chopped stem fraction obtained in the first stage is divided among three process sections in a ratio of 6:3:1 to produce raw material for packaging cardboard, or 3:3:4 to produce raw material for printing, design, or technical cardboard with enhanced strength characteristics.
- the first part of the chopped stem fraction after the first stage of complex processing is fed to the first technological A section where the aforementioned chopped stalk is ground into a powder with a particle size of no more than 1 mm.
- a conical refiner and/or a disc grinder (mill) are used for grinding.
- the resulting powder is then used in paper and cardboard production to produce a cellulose-containing suspension using methods known in the art.
- the second portion of the chopped stalk fraction is fed to the second section of the process line, where the following steps are performed: hydrolysis of the chopped stalk fraction, separation of the hydrolysate by squeezing, wetting of the cellulose-containing fiber in water, and refining of the fiber to produce a cellulose-containing pulp.
- Hydrolysis of chopped stem fraction is carried out in a 30% sodium benzoate solution for 1-3 hours at 40-50°C.
- Hydrolysis, or hydrotropic cooking is a neutral method of producing cellulose, and its main purpose is to cleave the glycosidic bonds that link monosaccharide residues in the polysaccharide molecule and isolate lignin. Hydrotropic cooking allows for high-yield cellulose production due to the use of a virtually neutral cooking solution.
- the hydrotropic substance, sodium benzoate significantly increases the solubility of lignin in the cooking solution.
- Sodium benzoate is the sodium salt of benzoic acid. It is a food additive belonging to the group of preservatives with the number E211. It is a white powder with no odor or a slight odor of benzaldehyde.
- Hydrolysis with a 30% hydrotropic solution allows for the maximum removal of lignin from industrial cellulose; using a lower concentration solution results in the precipitation of lignin from the filtrate residue on the surface of the target cellulose.
- Sodium benzoate was chosen for its following properties: it is stable in water at temperatures above 300°C, is non-corrosive, and dissociates weakly during acidification, thus not lowering the solution pH and not affecting cellulose autohydrolysis.
- the third of the chopped ash streams from the transfer unit 6 is fed via a conveyor to the pre-hydrolysis reactor 13 of the third process section of the complex, where the pre-hydrolysis of the chopped ash is carried out in water at a temperature of 140°C for 0.5-1 hour.
- the resulting mass is fed by a conveyor to the pressing unit 9, where the mass is pressed to separate the liquid portion in the form of a hydrolyzate, which is fed via a pipeline to a separate tank for hydrolyzate 12 and a plastic fibrous mass, which is fed by a conveyor to the hydrolysis reactor 8 for hydrotropic cooking with the supply of a 40% sodium benzoate solution for 1-3 hours at a temperature of 40-50°C.
- the resulting mass is fed by a conveyor to the refiner 10, where the mass is ground and then fed by a conveyor to the cellulose-containing fiber storage bin 14.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Birds (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЛУГОВЫХ ТРАВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЛУГОВЫХ ТРАВ METHOD FOR COMPLEX PROCESSING OF MEADOW GRASSES AND A TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PROCESSING MEADOW GRASSES
ОПИСАНИЕ DESCRIPTION
Изобретение относится к области сельского хозяйства и к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к способам переработки целлюлозосодержащих луговых растений [С13К 1/02, D21H 11/12, D21C 1/00, D21C 1/02, D21C 3/00, D21C 3/04]. The invention relates to the field of agriculture and to the pulp and paper industry, namely to methods for processing cellulose-containing meadow plants [C13K 1/02, D21H 11/12, D21C 1/00, D21C 1/02, D21C 3/00, D21C 3/04].
Проблема сырьевого обеспечения в современном мире актуальна, так как напрямую влияет на промышленный потенциал государства и его рост в дальнейшем. Одним из видов сырья, широко используемом для производства различной продукции является целлюлоза. До недавнего времени основным источником целлюлозы являлась древесина лиственных и хвойных деревьев, но поиск источников целлюлозы и исследования в этом направлении дали возможность получения целлюлозы из травянистой биомассы. Технологии производства травяной целлюлозы, в той или иной степени, копируют технологии получения древесной целлюлозы и им присущи те же недостатки: гигантский водооборот; большой выход трудноутилизируемых побочных продуктов; высокая энергоемкость технологии; низкий КПД. The problem of raw material supply is pressing in the modern world, as it directly impacts a country's industrial potential and future growth. One type of raw material widely used in the production of various products is cellulose. Until recently, the main source of cellulose was the wood of deciduous and coniferous trees, but the search for cellulose sources and research in this area have made it possible to obtain cellulose from grassy biomass. Grassy cellulose production technologies, to varying degrees, replicate wood cellulose production technologies and share the same disadvantages: enormous water turnover; high yields of difficult-to-utilize byproducts; high energy consumption; and low efficiency.
Из уровня техники известен СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУСПЕНЗИИ НА ОСНОВЕ ТРАВЯНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ ИЛИ КАРТОНА [ЕА 029141 В1, опубликовано:-28.02.2018], включающий следующие стадии: а) сбор луговой травы; б) очистка луговой травы механическим способом или посредством продувки воздуха и/или промывки водой; в) резка луговой травы на фракции от 100 до 0,1 мм; г) измельчение фибриллированием луговой травы; д) изготовление гранул из луговой травы; е) суспендирование луговой травы в воде; ж) добавление фракций целлюлозных волокон, и/или бумажных отходов, и/или вспомогательных веществ в суспензии. The prior art discloses a METHOD FOR PRODUCING A SUSPENSION BASED ON GRASS FIBROUS MATERIALS FOR MANUFACTURING PAPER OR CARDBOARD [EA 029141 B1, published: 02/28/2018], comprising the following stages: a) collecting meadow grass; b) cleaning the meadow grass mechanically or by blowing air and/or washing with water; c) cutting the meadow grass into fractions from 100 to 0.1 mm; d) crushing the meadow grass by fibrillation; d) producing granules from the meadow grass; e) suspending the meadow grass in water; g) adding fractions of cellulose fibers and/or paper waste and/or auxiliary substances to the suspension.
Недостатком аналога является высокое содержание в бумаге/картоне лигнина и протеина из-за использования в данном способе сырья, не очищенного от балластных веществ, а также использование не только стеблей, но и листьев луговых растений, снижающие физико-механические свойства продукции и не позволяющие использовать получаемое сырье в изготовлении бумаги/картона без добавления первичных или вторичных волокон древесной целлюлозы в объёме не менее 60%. The disadvantage of the analogue is the high content of lignin and protein in paper/cardboard due to the use of raw materials in this method that are not purified from ballast substances, as well as the use of not only stems, but also leaves of meadow plants, which reduce physical and mechanical properties of the product and which do not allow the use of the resulting raw materials in the production of paper/cardboard without the addition of primary or secondary wood pulp fibers in a volume of at least 60%.
По потребительским свойствам получаемый продукт проигрывает технологиям переработки исходного целлюлозосодержащего сырья с применением гидролиза (гидролизной варки) за счет того, что продукт обладает большим весом, низкой плотностью и жесткостью, низкими потребительскими качествами. In terms of consumer properties, the resulting product is inferior to technologies for processing the original cellulose-containing raw material using hydrolysis (hydrolysis cooking) due to the fact that the product has a large weight, low density and rigidity, and low consumer qualities.
В современном производстве используют химико-термомеханическую массу, произведенную из целлюлозосодержащего сырья. In modern production, chemical-thermomechanical pulp produced from cellulose-containing raw materials is used.
Также, известен НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ТРАВЯНИСТОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ [RU 2636556 С1, опубликовано: 23.11.2017], включающий следующие этапы: Also known is a CONTINUOUS METHOD FOR PRODUCING CELLULOSE FROM HERBALI PLANT RAW MATERIALS [RU 2636556 C1, published: 23.11.2017], which includes the following stages:
(I) подготовка травянистого растительного сырья посредством измельчения на части длиной 1,5-30 см и диаметром 0,5-15 мм и удаления частиц пыли из указанного сырья с помощью вентилятора, (I) preparing herbaceous plant material by grinding it into pieces of 1.5-30 cm in length and 0.5-15 mm in diameter and removing dust particles from said material using a fan,
(II) непрерывная варка не содержащего пыли травянистого растительного сырья, подготовленного на этапе (I), в варочной установке, представляющей собой вертикальную колонку с гладкими внутренними стенками, в верхнюю часть которой конвейер непрерывно подает травянистое растительное сырье, отличающийся тем, что параллельно с подачей не содержащего пыли сырья в верхнюю часть указанной варочной установки непрерывно подаются химикаты для варки (группа, состоящая из NaOH и NaCI или NazSCh), пресная вода, восстановленная вода и пар, температура варки составляет 70-100°С, и в ходе описываемого способа непрерывной варки формируется суспензия со следующим составом (в среднем): (II) continuous cooking of the dust-free herbaceous plant material prepared in step (I) in a cooking unit which is a vertical column with smooth internal walls, into the upper part of which a conveyor continuously feeds the herbaceous plant material, characterized in that, in parallel with the feeding of the dust-free material, cooking chemicals (a group consisting of NaOH and NaCl or NazSCh), fresh water, regenerated water and steam are continuously fed into the upper part of said cooking unit, the cooking temperature is 70-100°C, and in the course of the described continuous cooking method a suspension is formed with the following composition (on average):
(a) весовой процент NaOH 0,9-1, 5; (a) weight percentage of NaOH 0.9-1.5;
(b) весовой процент NaCI или NazSOs 0,15-0,4; и (b) weight percentage of NaCl or NazSO4 0.15-0.4; and
(c) весовой процент травянистого растительного сырья 15-18; где концентрация ингредиентов рассчитывается от веса жидкой фазы; (c) weight percentage of herbaceous plant material 15-18; where the concentration of ingredients is calculated from the weight of the liquid phase;
- разложение нецеллюлозного материала из травянистого растительного сырья происходит во время перехода массы из верхней в нижнюю часть указанной варочной установки исключительно под воздействием силы тяжести, которое длится от 40 минут до 2 часов, и- the decomposition of non-cellulosic material from herbaceous plant raw materials occurs during the transition of the mass from the upper to the lower part of the said digester solely under the influence of gravity, which lasts from 40 minutes to 2 hours, and
- сваренная бумажная масса концентрируется в нижней части варочной установки (10) и непрерывно со скоростью, равной скорости подачи, выводится из нижней части указанной варочной установки (10) с помощью конвейера, что позволяет компенсировать гидравлическое давление. - the cooked paper pulp is concentrated in the lower part of the cooking unit (10) and is continuously removed from the lower part of the said unit at a rate equal to the feed rate brewing unit (10) using a conveyor, which allows for compensation of hydraulic pressure.
Непрерывный способ производства целлюлозной массы также включает следующие этапы: The continuous method for producing cellulose pulp also includes the following steps:
(III) диспергирование, в ходе которого сваренная суспензия бумажной массы, получаемая на этапе (II), обрабатывается диспергатором; (III) dispersion, during which the cooked pulp suspension obtained in step (II) is treated with a dispersant;
(IV) разбавление, в ходе которого бумажная масса, прошедшая диспергирование на этапе (III), разбавляется водой в специальной камере для получения из начальной концентрации бумажной массы 15-18 весовых процентов концентрации 3-6 весовых процентов; (IV) dilution, during which the paper pulp, which has been dispersed in stage (III), is diluted with water in a special chamber to obtain from an initial paper pulp concentration of 15-18 weight percent a concentration of 3-6 weight percent;
(V) сортирование и фракционирование, в ходе которых разбавленная суспензия, полученная на этапе (IV), проходит через устройство сортирования и фракционирования, оборудованное ситом с ячейками 0, 1-0,5 мм, и разделяется на две фракции; (V) sorting and fractionating, during which the diluted suspension obtained in step (IV) passes through a sorting and fractionating device equipped with a sieve with cells of 0.1-0.5 mm and is separated into two fractions;
- первая фракция - та, что не прошла через сито с ячейками 0, 1-0,5 мм в количестве не более 50 весовых процентов; и - the first fraction is the one that did not pass through a sieve with cells of 0.1-0.5 mm in an amount of no more than 50 weight percent; and
- вторая фракция - та, что прошла через сито с ячейками 0, 1-0,5 мм в количестве не менее 50 весовых процентов, что считается качественным материалом для дальнейшей обработки, который поступает в дополнительную камеру. - the second fraction is the one that has passed through a sieve with 0.1-0.5 mm cells in an amount of at least 50 weight percent, which is considered high-quality material for further processing, which is fed into an additional chamber.
Первая фракция, полученная на этапе (V), далее размалывается в измельчителях 1-3, а затем: The first fraction obtained at stage (V) is then ground in grinders 1-3, and then:
(a) возвращается в дополнительную камеру на этап (IV) для повторного прохождения этапов (IV) и (V); или (a) returns to the additional chamber at stage (IV) to repeat stages (IV) and (V); or
(b) передается непосредственно в дополнительную камеру. (b) is transmitted directly to the additional chamber.
Материал, собранный в дополнительной камере, далее проходит способ, включающий в себя следующие этапы: концентрирование в обезвоживателе для удаления черного щелока (восстановленной жидкой фазы), разбавление в дополнительной камере пресной водой и подготовка целлюлозной массы в сообщающихся камерах; и дополнительно, отбеливание бумажной массы в камере для отбеливания, которая регулируется клапаном, в результате чего получается целлюлозная масса, пригодная для изготовления бумаги или производства листов целлюлозы; причем использованная вода, восстановленная в обезвоживателе, возвращается по трубной обвязке в варочную установку на этап (II) и в камеру для разбавления на этап (IV). Недостатком аналога является использование при переработке кислот и щелочей, применение которых снижает возможности использования полученной целлюлозы и побочных продуктов в качестве экологически чистого сырья для производства кормов и бумаги, пригодной для пищевых продуктов. The material collected in the additional chamber then goes through a process that includes the following steps: concentration in a dewaterer to remove black liquor (recovered liquid phase), dilution in an additional chamber with fresh water and preparation of pulp in communicating chambers; and optionally, bleaching of the paper pulp in a bleaching chamber, which is controlled by a valve, resulting in a pulp suitable for making paper or producing pulp sheets; wherein the used water recovered in the dewaterer is returned through piping to the digester at stage (II) and to the dilution chamber at stage (IV). A disadvantage of the analogue is the use of acids and alkalis during processing, the use of which reduces the possibility of using the resulting cellulose and by-products as environmentally friendly raw materials for the production of feed and paper suitable for food products.
Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ [RU 2456394 , опубликовано: 08.12.2010], включающий предгидролиз, варку лигноцеллюлозы в 30%-ном гидротропном растворе в течение 1-3 ч, фильтрацию полученной целлюлозы, промывку ее 30%-ным гидротропным раствором, последующую промывку водой, отбеливание целлюлозной массы перекисью водорода в растворе гидроксида натрия с получением беленой целлюлозы, обработку ее раствором кислоты с последующей обработкой растворителем, фильтрацию и сушку, при этом обработку отработанного варочного раствора - фильтрата проводят водой при температуре 50°С, осуществляют фильтрацию, промывку и сушку лигнина, а в качестве целлюлозосодержащего сырья используют мискантус или плодовые оболочки злаковых культур, или солому злаковых культур. The closest in technical essence is the METHOD OF PROCESSING CELLULOSE-CONTAINING RAW MATERIALS [RU 2456394, published: 08.12.2010], which includes prehydrolysis, cooking lignocellulose in a 30% hydrotropic solution for 1-3 hours, filtering the resulting cellulose, washing it with a 30% hydrotropic solution, subsequent washing with water, bleaching the cellulose mass with hydrogen peroxide in a sodium hydroxide solution to obtain bleached cellulose, treating it with an acid solution followed by treatment with a solvent, filtration and drying, while the spent cooking solution - filtrate - is treated with water at a temperature of 50 ° C, lignin is filtered, washed and dried, and miscanthus or fruit shells of cereal crops, or straw are used as cellulose-containing raw materials cereal crops.
Основной технической проблемой аналогов и прототипа является использование монотехнологий для переработки целлюлозосодержащего сырья, конечным продуктом которых является монопродукт, то есть целлюлозосодержащий порошок, волокнистые материалы или химико-термомеханическая масса, получаемые в том числе из вегетативной стеблевой и листьевой частей растений, что неэффективно с точки зрения низкого качества получаемого целлюлозосодержащего сырья за счет высокого содержания протеина, являющегося антагонистом целлюлозы и неэкономично, за счет большого количества отходов при переработке. Так, богатую протеином листьевую фракцию более целесообразно после отделения ее от стеблевой фракции применять в производстве кормов. The main technical challenge of the analogs and prototype is the use of single-process technologies for processing cellulose-containing raw materials, the end product of which is a single product—that is, cellulose-containing powder, fibrous materials, or chemithermomechanical pulp, obtained, among other things, from the vegetative stem and leaf parts of plants. This is inefficient due to the low quality of the resulting cellulose-containing raw material due to the high protein content, which is an antagonist to cellulose, and uneconomical due to the large amount of waste generated during processing. Thus, it is more practical to use the protein-rich leaf fraction, after separation from the stem fraction, in feed production.
Также, заявленные в аналогах и прототипе способы не решают проблемы получения и использования чистых экстрактивных веществ, содержащихся в гидролизате. Применение кислот и щелочей в переработке не позволяет получить конечный экологичный продукт без дополнительных стадий нейтрализации, а производные продукты, такие как гидролизат, применять в качестве питательной среды для выращивания таких микроорганизмов, как кормовых дрожжей, микопротеинов, микробного кормового белка и т.д. Используемое для переработки растительное сырье для производства целлюлозы в промышленных масштабах требует значительных площадей для его выращивания. Для этих целей должны быть задействованы земли, выделенные для ведения сельского хозяйства, основное значение которых - производство кормов для животноводства. В таком случае требуется дифференцированно подходить к выделению земель из этого сектора сельского хозяйства и использование сена только для получения целлюлозы, без использования листьевой фракции, расточительно. Furthermore, the methods claimed in the analogs and prototype do not address the problem of obtaining and using pure extractive substances contained in the hydrolysate. The use of acids and alkalis in processing does not allow for the production of an environmentally friendly final product without additional neutralization steps, nor does it allow for the use of derivatives such as the hydrolysate as a nutrient medium for cultivating microorganisms such as feed yeast, mycoproteins, microbial feed protein, etc. The plant material used for processing pulp on an industrial scale requires significant land for cultivation. This requires the use of land allocated for agricultural purposes, primarily for the production of livestock feed. In this case, a differentiated approach to land allocation from this agricultural sector is required, and using hay solely for pulp production, without utilizing the leaf fraction, is wasteful.
Задачей изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа. The objective of the invention is to eliminate the shortcomings of analogues and prototypes.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности эффективной комплексной безотходной переработки луговых трав, включающей в себя этапы получения целлюлозы из стеблевой фракции, биокорма из листьевой фракции, белка из гидролизата стеблевой фракции и нативного реакционноспособного лигнина. The technical result of the invention consists in providing the possibility of efficient complex waste-free processing of meadow grasses, including the stages of obtaining cellulose from the stem fraction, bio-feed from the leaf fraction, protein from the hydrolysate of the stem fraction and native reactive lignin.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ комплексной переработки луговых трав, характеризующийся тем, что включает предварительное измельчение сена многолетних злаковых трав, сепарацию измельченного сена с возможностью отделения друг от друга стеблевой, листьевой и семенной фракций, гранулирование листьевой фракции для получения корма для животных и повторное измельчение семенной и стеблевой фракций, после которой измельченную семенную фракцию используют в качестве добавки к гранулированной листьевой фракции или для получения питательной среды для культивирования протеинов, а сечку стеблевой фракции используют в качестве сырья для получения целлюлозосодержащего порошка, целлюлозосодержащей массы, целлюлозосодержащего волокнистого материала, гидролизатов и лигнина, при этом для получения целлюлозосодержащего порошка сечку стеблевой фракции размалывают в порошок, для получения целлюлозосодержащей массы сечку стеблевой фракции подвергают гидролизу в гидротропном растворе с возможностью удаления из целлюлозосодержащей массы лигнина, по окончании гидролиза отделяют от целлюлозосодержащих волокон гидролизат для получения на его основе удобрений, а волокна подвергают рафинированию в целлюлозосодержащую массу, для получения целлюлозосодержащего волокна сечку стеблевой фракции подвергают предгидролизу в воде, по окончании предгидролиза от целлюлозосодержащей массы отделяют гидролизат для использования его в качестве питательной среды для культивирования дрожжей, белка и микопротеина биоконверсией, а отделенную целлюлозосодержащую массу подвергают гидролизу в гидротропном растворе с возможностью удаления из целлюлозосодержащей массы лигнина, по окончании гидролиза целлюлозосодержащую массу подвергают рафинированию для получения целлюлозосодержащего волокна, а содержащий лигнин фильтрат, полученный в результате гидротропной варки подвергают разделению с возможностью отделения для повторного применения варочного раствора от лигнинсодержащего осадка, лигнинсодержащий осадок промывают водой и подвергают сушке. The said technical result is achieved due to the fact that the method for the complex processing of meadow grasses, characterized by the fact that it includes preliminary chopping of hay of perennial cereal grasses, separation of the chopped hay with the possibility of separating the stem, leaf and seed fractions from each other, granulating the leaf fraction to obtain animal feed and re-chopping the seed and stem fractions, after which the chopped seed fraction is used as an additive to the granulated leaf fraction or to obtain a nutrient medium for cultivating proteins, and the chopped stem fraction is used as raw material for obtaining a cellulose-containing powder, a cellulose-containing mass, a cellulose-containing fibrous material, hydrolysates and lignin, wherein to obtain a cellulose-containing powder, the chopped stem fraction is ground into powder, to obtain a cellulose-containing mass, the chopped stem fraction is subjected to hydrolysis in a hydrotropic solution with the possibility of removing lignin from the cellulose-containing mass, After hydrolysis is complete, the hydrolyzate is separated from the cellulose-containing fibers to obtain fertilizers based on it, and the fibers are refined into a cellulose-containing mass; to obtain cellulose-containing fiber, the chopped stem fraction is subjected to pre-hydrolysis in water; after pre-hydrolysis, the hydrolyzate is separated from the cellulose-containing mass. for use as a nutrient medium for cultivating yeast, protein and mycoprotein by bioconversion, and the separated cellulose-containing mass is subjected to hydrolysis in a hydrotropic solution with the possibility of removing lignin from the cellulose-containing mass, after completion of the hydrolysis, the cellulose-containing mass is subjected to refining to obtain cellulose-containing fiber, and the lignin-containing filtrate obtained as a result of hydrotropic cooking is subjected to separation with the possibility of separating the cooking solution from the lignin-containing sediment for reuse, the lignin-containing sediment is washed with water and dried.
В частности, предварительное измельчение сена многолетних злаковых трав осуществляют до фракции размером от 10 до 30 мм. In particular, preliminary crushing of hay from perennial cereal grasses is carried out to a fraction size of 10 to 30 mm.
В частности, сепарацию осуществляют сухими методами. In particular, separation is carried out using dry methods.
В частности, повторное измельчение стеблевой фракции осуществляют в сечку размером от 1 до 10 мм. In particular, the stem fraction is re-crushed into chopped material ranging in size from 1 to 10 mm.
В частности, семенную фракцию после повторного измельчения частично или полностью используют в качестве добавки к листьевой фракции при ее гранулировании. In particular, the seed fraction, after repeated grinding, is partially or completely used as an additive to the leaf fraction during its granulation.
В частности, сечку стеблевой фракции для получения целлюлозосодержащего порошка размалывают в порошок с размером частиц не более 1 мм. In particular, the chopped stem fraction is ground into a powder with a particle size of no more than 1 mm to obtain cellulose-containing powder.
В частности, в качестве гидротропного раствора для гидролиза для получения целлюлозосодержащей массы используют 30%-й раствор бензоата натрия. In particular, a 30% sodium benzoate solution is used as a hydrotropic solution for hydrolysis to obtain a cellulose-containing mass.
В частности, в качестве гидротропного раствора для гидролиза для получения целлюлозосодержащего волокна используют 40%-й раствор бензоата натрия. In particular, a 40% sodium benzoate solution is used as a hydrotropic solution for hydrolysis to obtain cellulose-containing fiber.
В частности, гидролиз в гидротропном растворе осуществляют в течение 1-3 часа. In particular, hydrolysis in a hydrotropic solution is carried out for 1-3 hours.
В частности, гидролиз в гидротропном растворе осуществляют при температуре 40-50 °C.In particular, hydrolysis in a hydrotropic solution is carried out at a temperature of 40-50 °C.
В частности, перед рафинированием волокна при получении целлюлозосодержащей массы смачивают в воде. In particular, before refining, the fibers are moistened in water to obtain cellulose-containing mass.
В частности, предгидролиз сечки в воде осуществляют при температуре 140°С. In particular, prehydrolysis of chopped peas in water is carried out at a temperature of 140°C.
В частности, предгидролиз сечки в воде осуществляют в течение 0,5-1 часа. In particular, prehydrolysis of chopped peas in water is carried out for 0.5-1 hour.
Указанный технический результат достигается за счет того, что технологический комплекс для комплексной переработки луговых трав, включающий линию предварительной подготовки и три технологических участка для получения целлюлозосодержащего порошка, целлюлозосодержащей массы и целлюлозосодержащего волокна, линия предварительной подготовки включает в себя средства загрузки сена многолетних злаковых трав, измельчитель для измельчения сена, сепаратор для отделения стеблевой, листьевой и семенной фракций друг от друга после измельчения, гранулятор листьевой фракции, измельчители для стеблевой и семенной фракций, средства хранения гранул листьевой и семенной фракций, выход сепаратора с отделенной стеблевой фракцией соединен с измельчителем стеблевой фракции, выход сепаратора с отделенной листьевой фракцией соединен с гранулятором, а выход сепаратора с отделенной семенной фракцией соединен с измельчителем семенной фракции, гранулятор листьевой фракции и измельчитель семенной фракции соединены со средствами хранения гранул листьевой фракции и порошка семенной фракции, соответственно, выход линии предварительной подготовки соединен с технологическими участками перегружателем, выполненным с возможностью подачи сечки стеблевой фракции на технологические участки, технологический участок для получения целлюлозосодержащего порошка содержит последовательно соединенные измельчитель сечки в порошок и средство хранения целлюлозосодержащего порошка, технологический участок для получения целлюлозосодержащей массы содержит последовательно соединенные реактор для гидролиза, узел отжима для отделения гидролизата, рафинер, средство целлюлозосодержащей массы и соединенный с узлом отжима средство хранения гидролизата, технологический участок для получения целлюлозосодержащего волокна содержит реактор для предгидролиза и соединенный с ним узел отжима, узел отжима соединен с реактором для гидролиза и средством хранения гидролизата, полученного при предгидролизе, к реактору для гидролиза присоединен рафинер и средство хранения лигнина, рафинер соединен со средством хранения целлюлозосодержащего волокна, к средству хранения гидролизата последовательно подключены реактор-ферментер для биоконверсии гидролизата и средства хранения продуцентов, полученных в реакторе- ферментере. The said technical result is achieved due to the fact that the technological complex for the comprehensive processing of meadow grasses, including a preliminary preparation line and three technological sections for obtaining cellulose-containing powder, cellulose-containing mass and cellulose-containing fiber, a line pre-treatment includes means for loading hay of perennial cereal grasses, a chopper for chopping hay, a separator for separating the stem, leaf and seed fractions from each other after chopping, a granulator of the leaf fraction, choppers for the stem and seed fractions, means for storing granules of the leaf and seed fractions, the outlet of the separator with the separated stem fraction is connected to the chopper of the stem fraction, the outlet of the separator with the separated leaf fraction is connected to the granulator, and the outlet of the separator with the separated seed fraction is connected to the chopper of the seed fraction, the granulator of the leaf fraction and the chopper of the seed fraction are connected to means for storing granules of the leaf fraction and powder of the seed fraction, respectively, the outlet of the pre-treatment line is connected to the process sections by a transfer device configured to feed chopped stem fraction to the process sections, the process section for obtaining cellulose-containing powder contains a chopper connected in series The process section for obtaining the cellulose-containing mass comprises a hydrolysis reactor, a pressing unit for separating the hydrolysate, a refiner, a cellulose-containing mass means, and a hydrolysate storage means connected to the pressing unit, which are connected in series. The process section for obtaining the cellulose-containing fiber comprises a pre-hydrolysis reactor and a pressing unit connected to it, the pressing unit is connected to the hydrolysis reactor and a means for storing the hydrolysate obtained during the pre-hydrolysis. A refiner and a means for storing lignin are connected to the hydrolysis reactor. The refiner is connected to a means for storing the cellulose-containing fiber. A reactor-fermenter for bioconversion of the hydrolysate and means for storing the producers obtained in the reactor-fermenter are connected in series to the means for storing the hydrolysate.
В частности, средства загрузки выполнены в виде загрузочного бункера или подающего транспортера. In particular, the loading means are designed in the form of a loading hopper or a feeding conveyor.
В частности, средства хранения гранул, порошка семенной фракции, целлюлозосодержащих порошка, массы, волокна выполнены в виде бункеров. В частности, средства хранения гидролизата, лигнина, кормового белка выполнены в виде емкостей. In particular, the means for storing granules, seed fraction powder, cellulose-containing powder, mass, and fiber are made in the form of bunkers. In particular, the storage facilities for hydrolysate, lignin, and feed protein are made in the form of containers.
В частности, сепаратор выполнен сухого типа. In particular, the separator is of a dry type.
В частности, средства загрузки, измельчители, сепаратор, гранулятор, средства хранения соединены в технологическую линию транспортерами. In particular, loading means, crushers, separators, granulators, and storage means are connected into a process line by conveyors.
В частности, измельчители для измельчения сена и стеблевой фракции выполнены в виде дробилок, валковых или ножевых. In particular, crushers for chopping hay and stem fraction are made in the form of crushers, roller or knife.
В частности, измельчитель семенной фракции выполнен в виде мельницы. In particular, the seed fraction crusher is made in the form of a mill.
В частности, измельчитель сечки в целлюлозосодержащий порошок выполнен в виде конического рафинера, дискового измельчителя. In particular, the crusher for converting chaff into cellulose-containing powder is made in the form of a conical refiner or a disc crusher.
В частности, реактор для гидролиза, узел отжима, рафинер и средство хранения целлюлозосодержащей массы, а также реактор для гидролиза с перегружателем участка для получения целлюлозосодержащей массы соединены между собой транспортерами.In particular, the hydrolysis reactor, the pressing unit, the refiner and the means for storing the cellulose-containing mass, as well as the hydrolysis reactor with the transfer unit of the section for obtaining the cellulose-containing mass are connected to each other by conveyors.
В частности, узел отжима участка для получения целлюлозосодержащей массы выполнен в виде центрифуги, пресса, экструдера. In particular, the pressing unit of the section for obtaining cellulose-containing mass is made in the form of a centrifuge, press, and extruder.
В частности, узел отжима соединен со средством хранения гидролизата трубопроводом. In particular, the pressing unit is connected to the hydrolysate storage facility by a pipeline.
В частности, реактор для предгидролиза, узел отжима, реактор для гидролиза, рафинер, средство хранения целлюлозосодержащего волокна, а также реактор для предгидролиза с перегружателем участка для получения целлюлозосодержащего волокна соединены между собой транспортерами. In particular, the pre-hydrolysis reactor, the pressing unit, the hydrolysis reactor, the refiner, the cellulose-containing fiber storage facility, and the pre-hydrolysis reactor with the cellulose-containing fiber production section loader are interconnected by conveyors.
В частности, узел отжима участка для получения целлюлозосодержащего волокна выполнен в виде сит, пресса, центрифуги или экструдера. In particular, the pressing unit of the section for obtaining cellulose-containing fiber is made in the form of sieves, a press, a centrifuge or an extruder.
В частности, узел отжима и реактор для гидролиза соединены со средствами хранения гидролизата и лигнина трубопроводами. In particular, the pressing unit and the hydrolysis reactor are connected to the storage facilities for hydrolysate and lignin by pipelines.
В частности, средства хранения целлюлозосодержащей массы и целлюлозосодержащего волокна выполнены в виде бункеров-сушилок, снабженных ворошителями. In particular, the means for storing cellulose-containing mass and cellulose-containing fiber are made in the form of drying bins equipped with stirrers.
Краткое описание чертежей. Brief description of the drawings.
На фиг.1 показана блок-схема комплексной переработки луговых трав. Fig. 1 shows a block diagram of the complex processing of meadow grasses.
На фиг.2 показана структурная схема комплекса для комплексной переработки луговых трав. На фигурах обозначено: 1 - загрузочный бункер, 2 - измельчители, 3 - сепаратор, 4 - гранулятор, 5 - бункер для хранения гранул, 6 - перегружатель, 7 - бункер для хранения целлюлозосодержащего порошка, 8 - реакторы для гидролиза, 9 - узлы отжима, 10 - рафинеры, 11 - бункер для хранения целлюлозосодержащей массы, 12 - емкости для гидролизата, 13 - реактор для предгидролиза, 14 - бункер для целлюлозосодержащего волокна, 15 - емкость для лигнина, 16 - реактор-ферментер, 17 - емкость для кормового белка, 18 - бункер для хранения семенной фракции. Fig. 2 shows the structural diagram of a complex for the comprehensive processing of meadow grasses. The following are indicated on the figures: 1 - loading hopper, 2 - crushers, 3 - separator, 4 - granulator, 5 - hopper for storing granules, 6 - reloader, 7 - hopper for storing cellulose-containing powder, 8 - hydrolysis reactors, 9 - squeezing units, 10 - refiners, 11 - hopper for storing cellulose-containing mass, 12 - containers for hydrolysate, 13 - reactor for pre-hydrolysis, 14 - hopper for cellulose-containing fiber, 15 - container for lignin, 16 - reactor-fermenter, 17 - container for feed protein, 18 - hopper for storing seed fraction.
Осуществление изобретения. Implementation of the invention.
Сущностью заявленного изобретения является создание безотходной технологии комплексной переработки луговых, преимущественно, многолетних злаковых растений, с целью получения целлюлозосодержащего порошка, целлюлозосодержащей массы для производства бумаги, высокопротеинового корма для животных, гидролизата в качестве основы для минеральных удобрений, гидролизата в качестве питательной среды для культивирования дрожжей, микробного белка и микопротеинов, лигнина. The essence of the claimed invention is the creation of a waste-free technology for the complex processing of meadow, primarily perennial cereal plants, with the aim of obtaining cellulose-containing powder, cellulose-containing mass for the production of paper, high-protein animal feed, hydrolysate as a base for mineral fertilizers, hydrolysate as a nutrient medium for the cultivation of yeast, microbial protein and mycoproteins, lignin.
В качестве исходного сырья используют сено таких трав как тимофеевка луговая, овсяница луговая, ежа сборная, кострец безостый, райграс высокий, райграс многоукосный, фестулолиум, житняки, пырей бескорневищный, пырейник сибирский, лисохвост луговой и др. или их совокупность в различном соотношении. Допускается в сене многолетних злаковых растений включения других луговых растений, но не более 50%. The following grasses are used as feedstock: timothy grass, meadow fescue, cocksfoot, awnless brome, tall ryegrass, multi-cut ryegrass, festulolium, wheatgrass, wheatgrass, Siberian couch grass, meadow foxtail, and others, or a combination of these in varying proportions. Other meadow plants are permitted in perennial grass hay, but not more than 50%.
В таблице 1 показано содержание основных веществ в различных растениях (в процентах). В таблице 2 показано содержание протеина в стеблях и листьях растений (в процентах). Table 1 shows the percentage of essential nutrients in various plants. Table 2 shows the percentage of protein in plant stems and leaves.
Таблица 1. Table 1.
Таблица 2. Из таблиц видно, что стебли растений содержат до 50% меньше протеина, чем листья, что повышает долю растительной целлюлозосодержащей массы в суспензии при производстве бумаги/картона, используя для этих целей только стебли растений. К концу вегетации питательная ценность растений снижается в результате увеличения содержания клетчатки, уменьшения количества протеина и меньшей переваримости корма. Table 2. The tables show that plant stems contain up to 50% less protein than leaves, which increases the proportion of plant pulp in the pulp slurry used for paper/cardboard production, as only plant stems are used for this purpose. Toward the end of the growing season, the nutritional value of plants decreases due to increased fiber content, decreased protein content, and reduced digestibility of the feed.
Для многолетних злаковых трав характерна особенность увеличения содержания клетчатки и доли колосьев (метелок) в зависимости от стадии вегетации. В таблице 3 в качестве примера показано соотношение стеблей, листьев и колосьев (метелки) костреца безостого в урожае по фазам вегетации. Perennial grasses are characterized by an increase in fiber content and the proportion of ears (panicles) depending on the growing season. Table 3 shows an example of the ratio of stems, leaves, and ears (panicles) in the awnless brome crop by growing season.
Таблица 3. Table 3.
В таблице 4 показано среднее содержание сырой клетчатки в некоторых многолетних злаковых луговых травах в различные фазы вегетации (в процентах). Table 4 shows the average crude fiber content of some perennial meadow grasses at different stages of vegetation (in percent).
Таблица 4. Table 4.
Предпочтительно, с точки зрения получения целлюлозы из стеблевой фракции, исходное сырье (сено) заготавливать в фазе плодоношения, где содержание стеблей максимально по весу и составляет 56,5% от общей массы исходного сырья. При этом содержание колосьев (семенной фракции) в этот период также достигает максимального значения - 27,8 % от общей массы. Вывод в отходы семенной фракции нецелесообразен с точки зрения комплексной переработки луговых трав, в процессе которой важно использовать весь спектр составляющих сырья и производных веществ, получаемых в процессе переработки. В настоящем изобретении такое значительное количество колосьев, содержащих семена, богатые питательными веществами, предлагается использовать как добавку для гранулированного корма из листьевой фракции и питательной среды для культивирования протеинов. In terms of obtaining pulp from the stem fraction, it is preferable to harvest the feedstock (hay) during the fruiting phase, when the stem content is at its maximum weight, accounting for 56.5% of the total feedstock mass. The content of ears (seed fraction) also reaches its maximum value during this period, at 27.8% of the total mass. Disposing of the seed fraction as waste is impractical for the comprehensive processing of meadow grasses, which requires utilizing the full range of feedstock components and derivatives obtained during processing. The present invention proposes using such a significant amount of ears containing nutrient-rich seeds as an additive for granulated feed made from the leaf fraction and a nutrient medium for cultivating proteins.
Способ комплексной переработки луговых трав характеризуется этапами (см.Фиг.1), где на первом предварительном этапе из сена многолетних злаковых растений получают сечку стеблевой фракции для получения из нее целлюлозосодержащего сырья в виде порошка, массы или волокнистого материала, гранулированную листьевую фракцию для получения корма для животных и семенную фракцию для использования в качестве добавки в корм для животных или в питательную среду для культивирования протеинов, а второй этап может осуществляться по одному, двум или трем направлениям, в результате выполнения которых получают целлюлозосодержащий порошок и/или целлюлозосодержащую массу и гидролизат в качестве основы для минеральных удобрений, и/или волокнистую целлюлозосодержащую массу, гидролизат в качестве питательной среды для культивирования протеинов, протеин и гидролизный лигнин. The method for the complex processing of meadow grasses is characterized by stages (see Fig. 1), where in the first preliminary stage, chopped stem fraction is obtained from the hay of perennial cereal plants for obtaining cellulose-containing raw materials in the form of powder, mass or fibrous material, a granulated leaf fraction for obtaining animal feed and a seed fraction for use as an additive in animal feed or in a nutrient medium for cultivating proteins, and the second stage can be carried out in one, two or three directions, as a result of which cellulose-containing powder and/or cellulose-containing mass and hydrolysate are obtained as a basis for mineral fertilizers, and/or fibrous cellulose-containing mass, hydrolysate as a nutrient medium for cultivating proteins, protein and hydrolytic lignin.
Для получения сечки стеблевой фракции, гранул листьевой фракции и семенной фракции на первом этапе, сено многолетних злаковых трав измельчают механическим способом, например, в дробилках, шредерах и т.п. до фракции размером от 10 до 30 мм. Пределы фракционного измельчения сена от 10 до 30 мм обусловлены тем, что при измельчении сена менее 10 мм, что прежде всего определяет размер измельчения стеблевой фракции, листьевая фракция, имеющая более хрупкую структуру, измельчается более мелко и может превращаться в мелкодисперсионную пыль, которая в дальнейшем в переработке не используется и в таком случае выход готовой продукции снижается, что в целом негативно отражается на эффективности производства. Измельчение сена выше 30 мм также нецелесообразно, так как при более крупном измельчении листьевая и семенная фракции не полностью отделяются от стеблевой фракции, что в итоге повышает содержание протеина в стеблевой фракции, который негативно влияет на качество целлюлозы, получаемой в дальнейшем из стеблевой фракции. To obtain chopped stem fraction, leaf fraction granules, and seed fraction, perennial grass hay is first crushed mechanically, for example, in crushers, shredders, etc., to a fraction of 10 to 30 mm. The limits for fractional crushing of hay from 10 to 30 mm are determined by the fact that when hay is crushed to a size smaller than 10 mm, which primarily determines the crushing size of the stem fraction, the leaf fraction, which has a more fragile structure, is crushed more finely and can turn into fine dust, which is not used in further processing. In this case, the yield of finished products decreases, which negatively impacts overall production efficiency. Chopping hay to a size greater than 30 mm is also impractical, since with coarser chopping, the leaf and seed fractions are not completely separated from the stem fraction, which ultimately increases the protein content in the stem fraction, which negatively affects the quality of the cellulose subsequently obtained from the stem fraction.
Далее, на первом этапе измельченное сено подвергают сепарации для отделения стеблевой, листьевой и семенной фракций друг от друга. Сепарацию осуществляют преимущественно сухими методами, например, методом аэросепарации, с помощью сит, вибростолов и т.п. Next, in the first stage, the chopped hay is separated into stem, leaf, and seed fractions. Separation is primarily accomplished using dry methods, such as air separation, sieves, vibrating tables, and the like.
Листьевую фракцию после сепарации сена направляют на гранулирование, семенную фракцию направляют на измельчение в порошок (муку), а стеблевую фракцию направляют на повторное измельчение в сечку размером от 1 до 10 мм. Порошок (муку) семенной фракции частично или полностью могут использовать в качестве добавки к листьевой фракции при ее гранулировании. After separation of the hay, the leaf fraction is sent for granulation, the seed fraction is sent for grinding into powder (flour), and the stem fraction is sent for re-grinding into chopped pieces of 1 to 10 mm in size. Powder (flour) of seed fractions can be partially or completely used as an additive to the leaf fraction during its granulation.
Г ранулирование листьевой фракции необходимо для изменения структурно-механических свойств сена, снижения окислительных процессов в гранулах с целью повышения его усваиваемости и питательности, а также для удешевления транспортировки. Granulation of the leaf fraction is necessary to change the structural and mechanical properties of hay, reduce oxidative processes in granules in order to increase its digestibility and nutritional value, and also to reduce the cost of transportation.
Необходимость измельчения стеблевой фракции в сечку размером от 1 до 10 мм обусловлена тем, что в дальнейшем, часть получаемого на первом этапе целлюлозосодержащего сырья подвергается гидролизу и измельчению сырья до сечки размером менее 10 мм, улучшает диффузию жидких растворов в сечку и повышает эффективность гидролиза. Повышение диффузии жидких растворов в сечку позволяет, кроме того, уменьшить соотношение гидромодуля при проведении в дальнейшем гидролиза сечки, что в свою очередь ведет к снижению количества отжимаемого раствора и соответственно повышение его концентрации. Измельчение стеблевой фракции менее 1 мм нецелесообразно, так как сечка стеблевой фракции с такими размерами подвержена слеживанию и комкованию, что снижает сыпучесть, приводит к ухудшению потребительских свойств и к потере качества сечки стеблевой фракции. The need to crush the stem fraction into chopped material with a size of 1 to 10 mm is dictated by the fact that some of the cellulose-containing raw material obtained in the first stage undergoes hydrolysis, and crushing the raw material to a chopped material smaller than 10 mm improves the diffusion of liquid solutions into the chopped material and increases the efficiency of hydrolysis. Increasing the diffusion of liquid solutions into the chopped material also allows for a reduction in the water-to-solid ratio during subsequent hydrolysis of the chopped material, which in turn leads to a reduction in the amount of solution extracted and, consequently, an increase in its concentration. Reducing the stem fraction to a size smaller than 1 mm is impractical, as chopped material of this size is prone to caking and clumping, which reduces flowability, leads to deterioration in consumer properties, and leads to a loss of quality of the chopped stem fraction.
В результате выполнения первого этапа получают сечку стеблевой фракции, гранулированную листьевую фракцию для использования в дальнейшем в качестве корма для животных и порошок (муку) семенной фракции для использования в дальнейшем в качестве добавки к гранулированной листьевой фракции или для получения питательной среды для культивирования протеинов. As a result of the first stage, the following products are obtained: chopped stem fraction, granulated leaf fraction for further use as animal feed, and powder (flour) of the seed fraction for further use as an additive to the granulated leaf fraction or for obtaining a nutrient medium for cultivating proteins.
Полученную сечку стеблевой фракции используют в качестве сырья для получения целлюлозосодержащего порошка, целлюлозосодержащей массы, целлюлозосодержащего волокнистого материала и таких производных как гидролизат и лигнин, получение которых осуществляется разделением полученной на первом этапе сечки стеблевой фракции между тремя технологическими участками в соотношении, зависящем от требуемого соотношения конечных продуктов. Например, полученную на первом этапе сечку стеблевой фракции разделяют между тремя технологическими участками в соотношении 6:3:1 для получения сырья для упаковочного картона или 3:3:4 для получения сырья для получения полиграфического, дизайнерского или технического картона с повышенными прочностными характеристиками. The resulting chopped stem fraction is used as raw material for producing cellulose-containing powder, cellulose-containing pulp, cellulose-containing fibrous material, and derivatives such as hydrolysate and lignin. These derivatives are produced by dividing the chopped stem fraction obtained in the first stage among three process sections in a ratio dependent on the desired final product ratio. For example, the chopped stem fraction obtained in the first stage is divided among three process sections in a ratio of 6:3:1 to produce raw material for packaging cardboard, or 3:3:4 to produce raw material for printing, design, or technical cardboard with enhanced strength characteristics.
Для получения целлюлозосодержащего порошка первую часть сечки стеблевой фракции после первого этапа комплексной переработки подают на первый технологический участок, где упомянутую сечку размалывают в порошок с размером частиц не более 1 мм. Для размола используют конический рафинер и/или дисковый измельчитель (мельницу). Далее полученный порошок используют в бумажно-картонном производстве для получения целлюлозосодержащей суспензии известными из уровня техники способами. Для получения целлюлозосодержащей массы вторую часть сечки стеблевой фракции после первого этапа комплексной переработки подают на второй участок технологической линии, где последовательно осуществляют гидролиз сечки стеблевой фракции, отделение гидролизата отжимом, смачивание в воде целлюлозосодержащего волокна и рафинирование волокна для получения целлюлозосодержащей массы. To obtain cellulose-containing powder, the first part of the chopped stem fraction after the first stage of complex processing is fed to the first technological A section where the aforementioned chopped stalk is ground into a powder with a particle size of no more than 1 mm. A conical refiner and/or a disc grinder (mill) are used for grinding. The resulting powder is then used in paper and cardboard production to produce a cellulose-containing suspension using methods known in the art. To obtain a cellulose-containing pulp, the second portion of the chopped stalk fraction, after the first stage of complex processing, is fed to the second section of the process line, where the following steps are performed: hydrolysis of the chopped stalk fraction, separation of the hydrolysate by squeezing, wetting of the cellulose-containing fiber in water, and refining of the fiber to produce a cellulose-containing pulp.
Гидролиз сечки стеблевой фракции осуществляют в 30%-м растворе бензоата натрия в течение 1-3 часа при температуре 40-50 °C. Гидролиз или гидротропная варка относится к нейтральному способу получения целлюлозы и его основная цель - это расщепление гликозидных связей, соединяющих остатки моносахаридов в молекуле полисахарида и выделение лигнина. Гидротропная варка позволяет получить целлюлозу с высоким выходом, вследствие использования практически нейтрального варочного раствора. Г идротропное вещество - бензоат натрия, значительно увеличивает растворимость лигнина в варочном растворе. Бензоат натрия — это натриевая соль бензойной кислоты. Является пищевой добавкой, относящейся к группе консервантов с номером Е211. Представляет собой белый порошок без запаха или с незначительным запахом бензальдегида. Hydrolysis of chopped stem fraction is carried out in a 30% sodium benzoate solution for 1-3 hours at 40-50°C. Hydrolysis, or hydrotropic cooking, is a neutral method of producing cellulose, and its main purpose is to cleave the glycosidic bonds that link monosaccharide residues in the polysaccharide molecule and isolate lignin. Hydrotropic cooking allows for high-yield cellulose production due to the use of a virtually neutral cooking solution. The hydrotropic substance, sodium benzoate, significantly increases the solubility of lignin in the cooking solution. Sodium benzoate is the sodium salt of benzoic acid. It is a food additive belonging to the group of preservatives with the number E211. It is a white powder with no odor or a slight odor of benzaldehyde.
Гидролиз 30%-м гидротропным раствором позволяет максимально удалить из технической целлюлозы лигнин, при использовании раствора меньшей концентрации происходит осаждение лигнина из остатков фильтрата на поверхности целевой целлюлозы. Выбор бензоата натрия обусловлен его следующими качествами : в воде стабилен при температуре более 300°С, не вызывает коррозии, при закислении бензойная кислота диссоциирует слабо, в результате не снижает pH раствора и не влияет на автогидролиз целлюлозы. В качестве гидротропных солей, кроме бензоата натрия, могут быть использованы щелочные соли нафтойной кислоты, бензолсульфокислоты, нафталинсульфокислоты, а также их гомологи и производные, соли тиофенкарбоновых кислот, производные гидроароматического ряда, например щелочные соли нафтеновых кислот, абиетиновой и сильвиновой кислот, соли различных жирноароматических и алифатических кислот. Hydrolysis with a 30% hydrotropic solution allows for the maximum removal of lignin from industrial cellulose; using a lower concentration solution results in the precipitation of lignin from the filtrate residue on the surface of the target cellulose. Sodium benzoate was chosen for its following properties: it is stable in water at temperatures above 300°C, is non-corrosive, and dissociates weakly during acidification, thus not lowering the solution pH and not affecting cellulose autohydrolysis. In addition to sodium benzoate, other hydrotropic salts that can be used include alkaline salts of naphthoic acid, benzenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, as well as their homologues and derivatives, salts of thiophenecarboxylic acids, derivatives of the hydroaromatic series, such as alkaline salts of naphthenic acids, abietic and sylvatic acids, and salts of various fatty aromatic and aliphatic acids.
Снижение концентрации раствора бензоата натрия при гидролизе отрицательно сказывается на качестве целевой целлюлозы, к повышению массовой доли кислотонерастворимого лигнина. Повышение концентрации раствора бензоата натрия не приводит к заметному повышению качества целевой целлюлозы, а также ведет к дополнительному расходу гидротропных солей. Поэтому целесообразно использовать 30%-й раствор бензоата натрия. A decrease in the concentration of sodium benzoate solution during hydrolysis has a negative effect on the quality of the target cellulose, leading to an increase in the mass fraction Acid-insoluble lignin. Increasing the concentration of sodium benzoate solution does not significantly improve the quality of the target pulp and also leads to additional consumption of hydrotropic salts. Therefore, it is advisable to use a 30% sodium benzoate solution.
Увеличение продолжительности гидротропной варки не улучшает качество целевой целлюлозы, но приводит к снижению выхода, а уменьшение продолжительности варки менее 1 ч - к резкому ухудшению качества целлюлозы. Это связано с недостаточным временем для разрушения лигноуглеводного комплекса и выделения из него свободной целлюлозы путем растворения лигнина в гидротропном растворе. Повышенный выход целлюлозы и низкая массовая доля альфа -целлюлозы в ней подтверждает наличие непроваренного сырья . Increasing the duration of hydrotropic cooking does not improve the quality of the target pulp, but leads to a decrease in yield. Reducing the cooking time to less than 1 hour leads to a sharp deterioration in pulp quality. This is due to insufficient time for the lignocarbohydrate complex to be broken down and the free cellulose to be released by dissolving the lignin in the hydrotropic solution. An increased pulp yield and a low alpha-cellulose content confirm the presence of undercooked raw materials.
Повышение температуры от 40°С до 50°С приводит к повышению выхода примерно на 5%. Это связано с тем, что при повышенной температуре, по сравнению с комнатной температурой, процессы сольватации проходят быстрее, поэтому формирование творожистого осадка лигнина из реакционной массы при высаживании проходит более полно. Дальнейшее повышение температуры к повышению выхода лигнина не приводит. Increasing the temperature from 40°C to 50°C increases the yield by approximately 5%. This is because at elevated temperatures, compared to room temperature, solvation processes occur more rapidly, resulting in more complete formation of the curd-like lignin precipitate from the reaction mixture during precipitation. Further increases in temperature do not result in an increase in lignin yield.
По окончании стадии гидролиза полученное целлюлозосодержащее волокно отжимают для выделения из волокна гидролизата. Отжим осуществляют любым известным способом, например, центрифугой, прессом, экструдером и т.д. After the hydrolysis stage, the resulting cellulose-containing fiber is pressed to separate the hydrolysate from the fiber. Pressing is performed by any known method, such as a centrifuge, press, extruder, etc.
Гидролизат направляют в отдельную емкость для получения в дальнейшем на его основе удобрений, а целлюлозосодержащая масса, представляющая собой волокнистый материал коричневого цвета с включениями непроваренного сырья (не более 5% по массе), подвергается рафинированию. Использование в качестве гидротропного вещества бензоата натрия, который является, как указано выше, консервантом, позволяет прекратить рост и распространение микробов, грибков и бактерий в гидролизате. Что позволяет обеспечить его длительное хранение перед последующим применением. The hydrolysate is sent to a separate container for subsequent production of fertilizers, while the cellulose-containing mass, a brown fibrous material containing uncooked raw material (no more than 5% by weight), undergoes refining. The use of sodium benzoate as a hydrotropic agent, which, as noted above, acts as a preservative, prevents the growth and spread of microbes, fungi, and bacteria in the hydrolysate. This allows for its long-term storage before further use.
Рафинирование осуществляют любыми известными способами с целью измельчения целлюлозосодержащего волокна в целлюлозосодержащую массу. Перед измельчением волокна смачивают в воде для получения более пластичной массы и облегчения процесса измельчения. На выходе со второго участка получают целлюлозосодержащую массу характерного коричневого цвета, которую в дальнейшем в зависимости от потребности могут отбелить, а могут использовать уже как конечное сырье для получения бумажнокартонной продукции, обладающей экологичными свойствами. Refining is carried out using any known method to grind cellulose-containing fibers into a cellulose-containing mass. Before grinding, the fibers are soaked in water to create a more flexible mass and facilitate the grinding process. The output from the second section is a cellulose-containing mass of a characteristic brown color, which can be further processed depending on needs. They can be bleached, or they can be used as final raw materials for producing paper and cardboard products with environmentally friendly properties.
Для получения целлюлозосодержащего волокна одну из частей сечки стеблевой фракции после первого этапа комплексной переработки подают на третий участок технологической линии, где последовательно осуществляют водный гидролиз сечки стеблевой фракции, отделение гидролизата отжимом, гидролиз массы в гидротропном растворе и рафинирование массы для получения целлюлозосодержащего волокнистого материала. Предгидролиз сечки (водный гидролиз) на третьем этапе осуществляют в воде в отдельных реакторах, например, автоклавного типа, при температуре 140°С в течение 0,5-1 часа. Стадия предгидролиза позволяет частично удалить экстрактивные вещества и гемицеллюлозу, что обеспечивает, в конечном итоге, более высокое качество целлюлозы и более чистый раствор лигнина, получаемые на последующих стадиях, а также получение гидролизата с высоким содержанием сахаров, позволяющего использование этого гидролизата, например биоконверсией, для выращивания кормовых дрожжей, микопротеина или микробного кормового белка любыми известными способами. Кроме того, предгидролиз способствует уменьшению продолжительности процесса варки и снижению энергозатрат. Проведение гидротропной варки без предгидролиза приводит к получению целлюлозы со сниженной массовой долей альфа-целлюлозы, повышенной массовой долей лигнина, а также повышенной зольности. Стадия предгидролиза необходима для последующего выделения лигнина в связи с тем, что в случае отсутствия этой стадии происходит закисление варочного раствора, в результате чего растворимость нативного (природного) лигнина в варочном растворе уменьшается, что, в свою очередь, не позволяет использовать один и тот же варочный раствор десять и более раз. Кроме того, при разбавлении закисленного варочного раствора возможно загрязнение целевого лигнина примесной бензойной кислотой, что приведет к дополнительной стадии очистки целевого лигнина. To obtain cellulose-containing fiber, one portion of the chopped stem fraction, after the first stage of complex processing, is fed to the third section of the process line, where the following steps are performed: aqueous hydrolysis of the chopped stem fraction, separation of the hydrolysate by pressing, hydrolysis of the pulp in a hydrotropic solution, and refining of the pulp to obtain cellulose-containing fibrous material. Prehydrolysis of the chopped stem fraction (aqueous hydrolysis) in the third stage is carried out in water in separate reactors, such as autoclaves, at a temperature of 140°C for 0.5-1 hour. This prehydrolysis stage allows for the partial removal of extractive substances and hemicellulose, ultimately ensuring higher-quality cellulose and a purer lignin solution obtained in subsequent stages, as well as the production of a hydrolysate with a high sugar content, which allows for the use of this hydrolysate, for example, by bioconversion, for the cultivation of fodder yeast, mycoprotein, or microbial feed protein by any known method. Furthermore, prehydrolysis reduces the cooking time and energy consumption. Hydrotropic cooking without prehydrolysis produces pulp with a reduced alpha-cellulose content, an increased lignin content, and increased ash content. The prehydrolysis step is necessary for subsequent lignin recovery because, without this step, the cooking liquor becomes acidified, reducing the solubility of native lignin in the liquor. This, in turn, prevents the same cooking liquor from being used ten or more times. Furthermore, diluting the acidified cooking liquor can contaminate the target lignin with benzoic acid, necessitating an additional purification step for the target lignin.
По окончании стадии предгидролиза гидролизат отделяют любым известным способом, сливом или отжимом на ситах, прессованием, центрифугированием или экструдированием. Гидролизат направляют для дальнейшей биоконверсии. Отделенную целлюлозосодержащую массу направляют на стадию гидролиза (гидротропную варку) в гидротропном растворе для максимального удаления лигнина из целлюлозосодержащей массы . Полученный лигнин могут использовать для получения биотоплива, сорбентов и т.д. At the end of the prehydrolysis stage, the hydrolysate is separated by any known method, such as draining or squeezing on sieves, pressing, centrifugation, or extrusion. The hydrolysate is sent for further bioconversion. The separated cellulose-containing mass is sent to the hydrolysis stage (hydrotropic cooking) in a hydrotropic solution to maximize the removal of lignin from the pulp. Cellulose-containing mass. The resulting lignin can be used to produce biofuels, sorbents, etc.
Одним из преимуществ заявленного способа является получение в процессе комплексной переработки луговых трав на выходе со стадии предгидролиза чистого гидролизата, используемого в дальнейшем в качестве питательный среды (субстрата) для культивирования дрожжей, белка (протеина) и микопротеина, содержащих большое количество полезных бактерий, одноклеточных дрожжей, актиномицетов (группа микроорганизмов, соединяющая в себе черты бактерий и грибов), мицелиальных грибов и/или ассоциаций микроорганизмов. Известно, что в состав растений входят безазотистые экстрактивные вещества, включающие сахара, крахмал, гликоген, инулин, растворимые части целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, пектина и т.д. Большое количество углеводов в растительной биомассе является источником потенциальной энергии в виде сахаров, которые могут быть применены во множестве промышленных и сельскохозяйственных процессов. Несмотря на отделение на первом этапе заявленного способа листьевой фракции луговых трав от их стеблевой фракции, в листьевой фракции остается часть растительного вещества в форме прочных полимеров, таких как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, которые частично или полностью не усваиваются сельскохозяйственными животными (кроме КРС) и птицей в качестве питательных веществ. Чтобы повысить питательную ценность и улучшить усвояемость компонентов растительного сырья в настоящем изобретении предлагается применять использование выделяемых в процессе комплексной переработки луговых трав производных, а именно гидролизата, в том числе с добавлением полученного на первом этапе порошка (муки) семенной фракции, для получения из гидролизата богатой белком биомассы методом биоконверсии. Продукты биоконверсии растительного сырья используют в кормлении животных (кормовые дрожжи, различные препараты микробного синтеза), а также в качестве медикаментов, химикатов и др. Для биоконверсии углеводов растительного сырья применяют такие группы микроорганизмов как бактерии, дрожжи, микроскопические грибы. Дополнительная микробиологическая протеинизация листьевой фракции (гранул), полученной на первом подготовительном этапе комплексной переработки позволяет существенно повысить содержание белка за счет растительных углеводов, которые усваиваются микроорганизмами и превращаются в белки микробной биомассы из расчета получения 25 г белка из 100 г сахара (коэффициент конверсии - 0,25). Биоконверсию гидролизата, полученного на стадии предгидролиза осуществляют ферментацией известными способами, например, глубинной, поверхностной, аэробной, анаэробной, периодической, непрерывной, с применением монокультуры или смешанной ассоциации микроорганизмов и т.д. One of the advantages of the claimed method is the production of a pure hydrolysate from the prehydrolysis stage during the comprehensive processing of meadow grasses. This hydrolysate is subsequently used as a nutrient medium (substrate) for cultivating yeast, protein, and mycoprotein, which contain a large number of beneficial bacteria, unicellular yeast, actinomycetes (a group of microorganisms combining the characteristics of bacteria and fungi), filamentous fungi, and/or microbial associations. Plants are known to contain nitrogen-free extractive substances, including sugars, starch, glycogen, inulin, soluble parts of cellulose, hemicellulose, lignin, pectin, etc. The large amount of carbohydrates in plant biomass provides a source of potential energy in the form of sugars, which can be used in a variety of industrial and agricultural processes. Despite the separation of the leaf fraction of meadow grasses from their stem fraction in the first stage of the claimed method, the leaf fraction still contains some plant matter in the form of strong polymers such as cellulose, hemicellulose, and lignin, which are partially or completely indigestible as nutrients by livestock (except cattle) and poultry. To enhance the nutritional value and improve the digestibility of plant material components, the present invention proposes using the derivatives isolated during the comprehensive processing of meadow grasses, namely, the hydrolysate, including the addition of the seed fraction powder (flour) obtained in the first stage, to obtain protein-rich biomass from the hydrolysate using bioconversion. The bioconversion products of plant materials are used in animal feed (fodder yeast, various microbial synthesis preparations), as well as as medicines, chemicals, etc. Microorganisms such as bacteria, yeast, and microscopic fungi are used for the bioconversion of carbohydrates in plant materials. Additional microbiological proteinization of the leaf fraction (granules) obtained in the first preparatory stage of complex processing allows for a significant increase in protein content due to plant carbohydrates, which are absorbed by microorganisms and converted into microbial biomass proteins at the rate of obtaining 25 g of protein from 100 g of sugar (conversion coefficient - 0.25). Bioconversion of the hydrolysate obtained at the prehydrolysis stage is carried out by fermentation using known methods, such as deep, surface, aerobic, anaerobic, periodic, continuous, using a monoculture or mixed association of microorganisms, etc.
Например, для получения продукта ферментации из жидкого гидролизата могут использовать глубинный способ культивирования, осуществленный в толще жидкой питательной среды. Глубинное культивирование проводят в ферментерах, снабженных перемешивающими устройствами, системами аэрации, термо- и рН-регуляции. Питательные среды стерилизуют в ферментерах или установках непрерывной стерилизации. Преимуществами глубинного способа выращивания являются высокий уровень механизации и автоматизации процесса, возможность ведения процесса в условиях стерильности, регулируемого pH и состава среды, а также в непрерывном режиме, при котором значительно повышаются экономические показатели и обеспечивается генетическая стабильность микроорганизмов-продуцентов. For example, to obtain a fermentation product from a liquid hydrolysate, a submerged cultivation method can be used, carried out in a liquid nutrient medium. Submerged cultivation is carried out in fermenters equipped with mixing devices, aeration systems, and temperature and pH regulation. The nutrient media are sterilized in fermenters or continuous sterilization units. The advantages of the submerged cultivation method include a high level of mechanization and automation of the process, the ability to conduct the process under sterile conditions, with adjustable pH and medium composition, and in a continuous mode, which significantly improves economic performance and ensures the genetic stability of the producer microorganisms.
Биоконверсия гидролизата, получаемого описанным в настоящем изобретении способом, позволяет восполнить кормовой белок, причем продуцентами кормового белка могут быть бактерии, дрожжи, микроскопические водоросли, микро- и макромицеты. Bioconversion of the hydrolysate obtained by the method described in the present invention makes it possible to replenish feed protein, and the producers of feed protein can be bacteria, yeast, microscopic algae, micro- and macromycetes.
Преимущества производства биомассы с помощью микробного синтеза: Advantages of biomass production using microbial synthesis:
1) высокая скорость накопления биомассы, которая в 500-5000 раз выше, чем у растений или животных; 1) high rate of biomass accumulation, which is 500-5000 times higher than that of plants or animals;
2) микробные клетки накапливают большое количество белка (дрожжи - 9 до 60 %, бактерии - до 75 % по массе); 2) microbial cells accumulate a large amount of protein (yeast - 9 to 60%, bacteria - up to 75% by weight);
3) в производстве микробного белка отсутствует многостадийность; 3) there is no multi-stage process in the production of microbial protein;
4) процесс биосинтеза протекает в мягких условиях при температуре 30-45°С, pH 3-6 и давлении ~ 0,1 МПа; 4) the biosynthesis process takes place under mild conditions at a temperature of 30-45°C, pH 3-6 and pressure of ~ 0.1 MPa;
5) процесс менее трудоемок по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции и органическим синтезом белков. 5) the process is less labor-intensive compared to obtaining agricultural products and organic protein synthesis.
На следующей стадии комплексной переработки проводят гидролиз (гидротропную варку) сечки стеблевой фракции. Для гидролиза используют 40%-ный раствор бензоата натрия. Использование 40%-ого раствора бензоата натрия в отличии от использования на втором участке комплексной переработки 30%-ого раствора бензоата натрия обусловлено тем, что на втором участке при гидролизе использовали сухую сечку стеблевой фракции, а на третьем участке гидротропной варке (гидролизу в гидротропном растворе) подвергают сечку влажную, полученную после предгидролиза. Как упоминалось выше, снижение концентрации раствора бензоата натрия отрицательно сказывается на качестве целевой целлюлозы и поэтому с целью доведения концентрации раствора бензоата натрия в массе после водного гидролиза ее повышают до 40%, которая во влажной массе снижается до 30 %. The next stage of complex processing involves hydrolysis (hydrotropic cooking) of the chopped stem fraction. A 40% sodium benzoate solution is used for hydrolysis. The use of a 40% sodium benzoate solution, as opposed to the use of a 30% sodium benzoate solution in the second stage of complex processing, is due to the fact that dry chopped stem fraction was used for hydrolysis in the second stage, while hydrotropic cooking (hydrolysis in The wet pulp obtained after prehydrolysis is subjected to hydrotropic solution (hydrotropic solution). As mentioned above, a decrease in the concentration of sodium benzoate solution negatively impacts the quality of the target pulp. Therefore, to achieve the sodium benzoate solution concentration in the pulp after aqueous hydrolysis, it is increased to 40%, which in the wet pulp decreases to 30%.
Гидролиз осуществляют в течение 1-3 часа при температуре 40-50 °C. Увеличение продолжительности гидролиза не улучшает качество целевой целлюлозы, но приводит к снижению выхода, а уменьшение продолжительности варки менее 1 ч - к резкому ухудшению качества целлюлозы. Повышение температуры от 40°С до 50°С приводит к повышению выхода примерно на 5%. Это связано с тем, что при повышенной температуре, по сравнению с комнатной температурой, процессы сольватации проходят быстрее, поэтому формирование творожистого осадка лигнина из реакционной массы при высаживании проходит более полно. Дальнейшее повышение температуры к повышению выхода лигнина не приводит. Hydrolysis is carried out for 1-3 hours at a temperature of 40-50°C. Increasing the hydrolysis time does not improve the quality of the target pulp but leads to a decrease in yield, while reducing the cooking time to less than 1 hour leads to a sharp deterioration in pulp quality. Increasing the temperature from 40°C to 50°C increases the yield by approximately 5%. This is because at elevated temperatures, compared to room temperature, solvation processes occur more rapidly, therefore the formation of a curd-like precipitate of lignin from the reaction mixture during precipitation is more complete. Further increases in temperature do not result in an increase in lignin yield.
По окончании стадии гидролиза полученную целлюлозосодержащую массу подвергают рафинированию, а фильтрат, полученный в результате гидротропной варки и содержащий лигнин, сливают в отдельную емкость для последующего разделения, например, декантированием с целью отделения варочного раствора от лигнинсодержащего осадка. Варочный раствор восстанавливают для его повторного применения для гидролиза путем его фильтрации и доведения бензоата натрия до требуемой концентрации в 40%. Лигнинсодержащий осадок промывают водой для удаления варочного раствора. Жидкий лигнин подвергают сушке известными из уровня техники способами. Полученный порошкообразный лигнин упаковывают в промышленную тару. After the hydrolysis stage, the resulting cellulose-containing mass is refined, and the filtrate obtained from hydrotropic cooking, containing lignin, is poured into a separate container for subsequent separation, such as decanting to separate the cooking liquor from the lignin-containing precipitate. The cooking liquor is recovered for reuse in hydrolysis by filtering it and adjusting the sodium benzoate concentration to the required 40%. The lignin-containing precipitate is washed with water to remove the cooking liquor. The liquid lignin is dried using methods known in the art. The resulting powdered lignin is packaged in industrial containers.
Рафинирование осуществляют любым известным способом с целью получения целлюлозосодержащего волокна. Перед измельчением на этом третьем участке в отличие от второго участка массу не смачивают, так как масса обладает достаточной для рафинирования влажностью. На выходе с третьего участка получают целлюлозосодержащее волокно характерного коричневого цвета, которое в дальнейшем в зависимости от потребности могут отбелить, а могут использовать уже как конечное сырье для получения бумажно-картонной продукции, обладающей экологичными свойствами. Для реализации заявленного способа используется технологический комплекс для комплексной переработки луговых трав. Комплекс состоит из линии предварительной подготовки и трех технологических участков для получения целлюлозосодержащего порошка, целлюлозосодержащей массы, целлюлозосодержащего волокна и сопутствующих продуктов. Refining is carried out by any known method to obtain cellulose-containing fiber. Unlike the second section, the pulp is not wetted before grinding in this third section, as it has sufficient moisture for refining. The output from the third section is a cellulose-containing fiber of a characteristic brown color, which can then be bleached, depending on needs, or used as a final raw material for the production of environmentally friendly paper and cardboard products. To implement the proposed method, a technological complex for the comprehensive processing of meadow grasses is used. The complex consists of a pre-treatment line and three processing sections for producing cellulose-containing powder, cellulose-containing mass, cellulose-containing fiber, and related products.
Линия предварительной подготовки включает в себя загрузочный бункер 1 (см.Фиг.2) или подающий транспортер для загрузки сена многолетних злаковых трав, измельчитель 2 для измельчения сена, сепаратор 3, измельчители 2 для раздельного измельчения стеблевой и семенной фракций, гранулятор 4, средства хранения в виде бункера для хранения гранул 5 листьевой фракции и бункера для хранения семенной фракции 18. Сепаратор 3 выполнен сухого типа на вход которого подается измельченное сено. Выход сепаратора 3 с отделенной стеблевой фракцией соединен с измельчителем 2 стеблевой фракции, выход сепаратора 3 с отделенной листьевой фракцией соединен с гранулятором 4, выход сепаратора 4 с отделенной семенной фракцией соединен с измельчителем 2 семенной фракции в порошок (муку). Гранулятор 4 соединен с бункером для хранения гранул 5 листьевой фракции. Измельчитель 2 семенной фракции соединен с бункером для хранения семенной фракции 18. Загрузочный бункер 1 для загрузки сена луговых трав, измельчители 2, сепаратор 3 гранулятор 4, бункер для хранения гранул 5 листьевой фракции, бункер для хранения семенной фракции 18 соединены в технологическую линию транспортерами, преимущественно закрытого типа, например, шнековыми. Измельчители 2 для измельчения сена и стеблевой фракции могут быть выполнены в виде дробилок, например, валковых или ножевых, а измельчитель 2 семенной фракции в порошок (муку) может быть выполнен в виде мельницы. The pre-treatment line includes a loading bin 1 (see Fig. 2) or a feed conveyor for loading perennial cereal hay, a chopper 2 for chopping hay, a separator 3, choppers 2 for separately chopping the stem and seed fractions, a granulator 4, storage means in the form of a bin for storing granules 5 of the leaf fraction and a bin for storing the seed fraction 18. Separator 3 is of the dry type, to the input of which chopped hay is fed. The outlet of separator 3 with the separated stem fraction is connected to chopper 2 of the stem fraction, the outlet of separator 3 with the separated leaf fraction is connected to granulator 4, the outlet of separator 4 with the separated seed fraction is connected to chopper 2 of the seed fraction into powder (flour). Granulator 4 is connected to the bin for storing granules 5 of the leaf fraction. The seed fraction chopper 2 is connected to the seed fraction storage bin 18. The loading bin 1 for loading meadow grass hay, the choppers 2, the separator 3, the granulator 4, the bin for storing granules 5 for the leaf fraction, and the seed fraction storage bin 18 are connected in a process line by conveyors, preferably of the closed type, such as auger conveyors. The choppers 2 for chopping hay and the stem fraction may be designed as crushers, such as roller or knife crushers, and the seed fraction crusher 2 for crushing into powder (flour) may be designed as a mill.
Выход линии предварительной подготовки соединен с технологическими участками перегружателем 6, обеспечивающим перегрузку сечки стеблевой фракции по технологическим участкам. The output of the pre-treatment line is connected to the process sections by a transfer machine 6, which ensures the transfer of chopped stem fraction to the process sections.
Первый технологический участок для получения целлюлозосодержащего порошка содержит измельчитель 2 и средство хранения в виде бункера для хранения целлюлозосодержащего порошка 7, соединенные с перегружателем 6 на входе технологического участка и между собой транспортерами, преимущественно закрытого типа, например, шнековыми. Измельчитель 2 выполнен в виде конического рафинера и/или дискового измельчителя. Второй технологический участок для целлюлозосодержащей массы содержит реактор для гидролиза 8, узел отжима 9, рафинер 10, емкость для гидролизата 12 и средство хранения в виде бункера для хранения целлюлозосодержащей массы 11. Реактор для гидролиза 8, узел отжима 9, рафинер 10 и бункер для хранения целлюлозосодержащей массы 11, а также реактор для гидролиза 8 с перегружателем 6 на входе участка соединены между собой транспортерами, преимущественно закрытого типа, например, шнековыми. Узел отжима 9 выполнен, например, в виде центрифуги, пресса, экструдера и т.д. и соединен с емкостью для гидролизата 12 трубопроводом. Смачивание волокна перед подачей его в рафинер 10 по транспортеру или непосредственно в рафинере 10 осуществляют путем распыления воды из форсунок. The first process section for producing cellulose-containing powder comprises a grinder 2 and a storage means in the form of a cellulose-containing powder storage bin 7, connected to a transfer device 6 at the entrance to the process section and to each other by conveyors, preferably closed-type, such as screw conveyors. The grinder 2 is designed as a conical refiner and/or a disc grinder. The second process section for the cellulose-containing mass comprises a hydrolysis reactor 8, a pressing unit 9, a refiner 10, a hydrolysate tank 12 and a storage means in the form of a bin for storing the cellulose-containing mass 11. The hydrolysis reactor 8, the pressing unit 9, the refiner 10 and the bin for storing the cellulose-containing mass 11, as well as the hydrolysis reactor 8 with the transfer unit 6 at the entrance of the section are interconnected by conveyors, preferably of a closed type, for example, screw conveyors. The pressing unit 9 is designed, for example, in the form of a centrifuge, press, extruder, etc. and is connected to the hydrolysate tank 12 by a pipeline. Wetting of the fiber before feeding it to the refiner 10 via a conveyor or directly in the refiner 10 is carried out by spraying water from nozzles.
Третий технологический участок для получения целлюлозосодержащего волокна содержит реактор для предгидролиза 13, узел отжима 9, реактор для гидролиза 8, рафинер 10, средства хранения в виде бункера для хранения целлюлозосодержащего волокна 14, емкостей для гидролизата 12 и фильтрата лигнина 15. Реактор для предгидролиза 13, узел отжима 9, реактор для гидролиза 8, рафинер 10, бункер для хранения целлюлозосодержащего волокна 14, а также реактор для предгидролиза 13 с перегружателем 6 на входе участка соединены между собой транспортерами, преимущественно закрытого типа, например, шнековыми. Узел отжима 9 выполнен в виде сит, пресса, центрифуги или экструдера. Узел отжима 9 и реактор для гидролиза 8 соединены с емкостями для гидролизата 12 и лигнина 15 трубопроводами. The third process section for obtaining cellulose-containing fiber comprises a prehydrolysis reactor 13, a pressing unit 9, a hydrolysis reactor 8, a refiner 10, storage means in the form of a bin for storing cellulose-containing fiber 14, tanks for hydrolysate 12 and lignin filtrate 15. The prehydrolysis reactor 13, the pressing unit 9, the hydrolysis reactor 8, the refiner 10, the bin for storing cellulose-containing fiber 14, as well as the prehydrolysis reactor 13 with the transfer unit 6 at the entrance of the section are connected to each other by conveyors, preferably of a closed type, for example, screw conveyors. The pressing unit 9 is designed as sieves, a press, a centrifuge, or an extruder. The pressing unit 9 and the hydrolysis reactor 8 are connected to the tanks for hydrolysate 12 and lignin 15 by pipelines.
Емкость для гидролизата 12 соединена трубопроводом по крайней мере с одним реактором-ферментером 16 для биоконверсии. Количество реакторов-ферментеров 16 зависит от продуцентов, используемых для выращивания микробного белка и вида выращиваемого микробного белка. Например, могут использовать три реактора- ферментера 16 для выращивания кормовых дрожжей, микопротеинов и микробного кормового белка. Реактор-ферментер 16 снабжен мешалкой, средствами подачи воды для охлаждения и пара для нагрева внутреннего объема и толщи культивируемой среды в реакторе-ферментере 16, воздуха для аэрации и чистой культуры. К выходному отверстию реактора-ферментера 16 подключена емкость для кормового белка 17. Hydrolysate tank 12 is connected via a pipeline to at least one bioconversion reactor-fermenter 16. The number of fermentation reactors 16 depends on the producers used for growing the microbial protein and the type of microbial protein being grown. For example, three fermentation reactors 16 may be used to grow feed yeast, mycoproteins, and microbial feed protein. Fermentation reactor 16 is equipped with a stirrer, water for cooling, steam for heating the internal volume and the thickness of the culture medium in fermentation reactor 16, air for aeration, and pure culture. Feed protein tank 17 is connected to the outlet of fermentation reactor 16.
Бункеры для целлюлозосодержащей массы 11 и волокна 14 второго и третьего технологических участков могут быть выполнены в виде бункеров-сушилок, снабженных ворошителями. Технологический комплекс для переработки луговых трав используют следующим образом. The bins for the cellulose-containing mass 11 and the fibre 14 of the second and third process sections can be made in the form of drying bins equipped with stirrers. The technological complex for processing meadow grasses is used as follows.
Исходное сырье в виде высушенных многолетних злаковых луговых трав (сено) подают в загрузочный бункер 1. Из бункера 1 по транспортеру сено подают в первый измельчитель 2, в котором сено измельчают механическим способом до фракции размером от 10 до 30 мм. Из первого измельчителя 2 измельченную смесь стеблевой, листьевой и семенной фракций подают по транспортеру в сепаратор 3. В сепараторе 3 отделяют листьевую, стеблевую и семенную фракции друг от друга. Далее, отделенную листьевую фракцию по транспортеру подают в гранулятор 4, на выходе из которого получают гранулы листьевой фракции, пригодной в качестве питательного корма для животных. Упомянутые гранулы с помощью транспортера подают в бункер для хранения гранул 5 для последующей отгрузки потребителю. Отделенную в сепараторе 3 семенную фракцию по транспортеру подают в измельчитель 2, где семенную фракцию подвергают механическому измельчению в порошок (муку). Измельченную семенную фракцию из измельчителя 2 подают в бункер для хранения семенной фракции 18 или могут напрямую подавать в гранулятор 4. Отделенную в сепараторе 3 стеблевую фракцию по транспортеру подают во второй измельчитель 2, где стеблевую фракцию подвергают механическому измельчению до сечки размерами 1-10 мм. The feedstock, consisting of dried perennial meadow grasses (hay), is fed into loading bin 1. From bin 1, the hay is fed via a conveyor to first chopper 2, where it is mechanically chopped into fractions ranging in size from 10 to 30 mm. From first chopper 2, the chopped mixture of stem, leaf, and seed fractions is fed via a conveyor to separator 3. Separator 3 separates the leaf, stem, and seed fractions. Next, the separated leaf fraction is fed via a conveyor to granulator 4, which produces pellets of the leaf fraction, suitable as nutritious animal feed. These pellets are then conveyed to granule storage bin 5 for subsequent shipment to the consumer. The seed fraction separated in separator 3 is fed via conveyor to crusher 2, where it is mechanically ground into powder (flour). The crushed seed fraction from crusher 2 is fed into seed fraction storage bin 18 or can be fed directly to granulator 4. The stem fraction separated in separator 3 is fed via conveyor to a second crusher 2, where the stem fraction is mechanically ground to a chopped particle size of 1-10 mm.
Далее, сечку стеблевой фракции из второго измельчителя 2 по транспортеру подают в перегружатель 6 в котором осуществляют разделение сечки на один, два или три потока в зависимости от потребности в конечном продукте и транспортерами подают на технологические участки для дальнейшей переработки. Next, the chopped stem fraction from the second crusher 2 is fed via a conveyor to the transfer unit 6, where the chopped material is divided into one, two or three streams depending on the need for the final product and is fed by conveyors to the process sections for further processing.
Один из потоков сечки для получения целлюлозосодержащего порошка перегружателем 6 по транспортеру подают в измельчитель 2 первого технологического участка, в котором сечку измельчают в порошок размером фракции до 1 мм и подают после измельчения в бункер для хранения целлюлозосодержащего порошка 7. В последующем, упомянутый порошок отгружают для суспендирования и производства бумажно-картонной продукции. Второй из потоков сечки из перегружателя 6 подают по транспортеру на второй технологический участок для ее гидролиза в реакторе для гидролиза 8 в 30%-ом растворе бензоата натрия в течение 1-3 часа при температуре 40-50 °C. По окончании процесса гидролиза полученную массу транспортером подают в узел отжима 9, где массу отжимают для отделения жидкой части в виде гидролизата, которую подают по трубопроводу в отдельную емкость для гидролизата 12 и пластичной волокнистой массы, которую подают транспортером в рафинер 10. В рафинере 10 массу растирают и транспортером подают в бункер для хранения целлюлозосодержащей массы 11. В последующем гидролизат из емкости для гидролизата 12 отгружают для получения на его основе минеральных удобрений, а целлюлозосодержащую массу из упомянутого бункера 11 отгружают для производства бумажно-картонной продукции, в том числе путем добавления ее в суспензию, приготавливаемую из целлюлозосодержащего порошка, полученного на первом технологическом участке комплекса. One of the chopped material flows for obtaining cellulose-containing powder is fed by the transfer machine 6 via a conveyor to the shredder 2 of the first process section, in which the chopped material is crushed into a powder with a fraction size of up to 1 mm and, after crushing, is fed into the cellulose-containing powder storage bin 7. Subsequently, the said powder is unloaded for suspension and the production of paper and cardboard products. The second of the chopped material flows from the transfer machine 6 is fed via a conveyor to the second process section for its hydrolysis in the hydrolysis reactor 8 in a 30% sodium benzoate solution for 1-3 hours at a temperature of 40-50 °C. Upon completion of the hydrolysis process, the resulting mass is fed by a conveyor to the squeezing unit 9, where the mass is squeezed to separate the liquid portion in the form of a hydrolyzate, which is fed through a pipeline into a separate tank for hydrolyzate 12 and a plastic fibrous mass, which is fed conveyor into refiner 10. In refiner 10, the mass is ground and fed by conveyor into cellulose-containing mass storage bin 11. Subsequently, hydrolysate from hydrolysate tank 12 is unloaded for obtaining mineral fertilizers based on it, and cellulose-containing mass from said bin 11 is unloaded for the production of paper and cardboard products, including by adding it to a suspension prepared from cellulose-containing powder obtained in the first technological section of the complex.
Третий из потоков сечки из перегружателя 6 подают по транспортеру в реактор для предгидролиза 13 третьего технологического участка комплекса, в котором осуществляют предгидролиз сечки в воде при температуре 140°С в течение 0,5-1 часа. По окончании процесса предгидролиза полученную массу транспортером подают в узел отжима 9, где массу отжимают для отделения жидкой части в виде гидролизата, которую подают по трубопроводу в отдельную емкость для гидролизата 12 и пластичной волокнистой массы, которую подают транспортером в реактор для гидролиза 8 для гидротропной варки с подачей 40%-ого раствора бензоата натрия в течение 1-3 часа при температуре 40-50 °C. По окончании процесса гидролиза полученную массу транспортером подают в рафинер 10, в котором массу растирают и транспортером подают в бункер для хранения целлюлозосодержащего волокна 14. The third of the chopped ash streams from the transfer unit 6 is fed via a conveyor to the pre-hydrolysis reactor 13 of the third process section of the complex, where the pre-hydrolysis of the chopped ash is carried out in water at a temperature of 140°C for 0.5-1 hour. Upon completion of the pre-hydrolysis process, the resulting mass is fed by a conveyor to the pressing unit 9, where the mass is pressed to separate the liquid portion in the form of a hydrolyzate, which is fed via a pipeline to a separate tank for hydrolyzate 12 and a plastic fibrous mass, which is fed by a conveyor to the hydrolysis reactor 8 for hydrotropic cooking with the supply of a 40% sodium benzoate solution for 1-3 hours at a temperature of 40-50°C. Upon completion of the hydrolysis process, the resulting mass is fed by a conveyor to the refiner 10, where the mass is ground and then fed by a conveyor to the cellulose-containing fiber storage bin 14.
Жидкую лигнинсодержащую фазу вещества из реактора для гидролиза 8 могут разделять, например, декантированием для отделения варочного раствора от лигнинсодержащего осадка. Варочный раствор восстанавливают для его повторного применения для гидролиза путем его фильтрации и доведения бензоата натрия до требуемой концентрации в 40%. Лигнинсодержащий осадок промывают водой для удаления варочного раствора отправляют в емкость для лигнина 15 из которой далее лигнин подают на осушение, например, методом распыления, сублимационной сушкой и пр. для получения порошкообразного лигнина. Полученный порошкообразный лигнин упаковывают в промышленную тару. The liquid lignin-containing phase of the substance from hydrolysis reactor 8 can be separated, for example, by decanting to separate the cooking liquor from the lignin-containing precipitate. The cooking liquor is recovered for reuse in hydrolysis by filtration and addition of sodium benzoate to the required concentration of 40%. The lignin-containing precipitate is washed with water to remove the cooking liquor and sent to lignin tank 15, from which the lignin is then fed for drying, for example, by spraying, freeze-drying, etc., to obtain lignin powder. The resulting powdered lignin is packaged in industrial containers.
В последующем целлюлозосодержащее волокно из бункера 14 отгружают для производства бумажно-картонной продукции, в том числе путем добавления его в суспензию, приготавливаемую из целлюлозосодержащего порошка, полученного на первом технологическом участке комплекса, в том числе с применением целлюлозосодержащей массы, полученной на втором технологическом участке или с применением упомянутой целлюлозосодержащей массы без использования целлюлозосодержащего порошка. Лигнин из емкости для лигнина 15 отгружают для последующей переработки, например, для производства биотоплива, сорбентов и т.д. или направляют на сушку и упаковку. Subsequently, the cellulose-containing fiber from the bin 14 is loaded for the production of paper and cardboard products, including by adding it to a suspension prepared from the cellulose-containing powder obtained in the first technological section of the complex, including using the cellulose-containing mass obtained in the second technological section or using the said cellulose-containing mass without using Cellulose-containing powder. Lignin from lignin tank 15 is shipped for further processing, such as the production of biofuels, sorbents, etc., or sent for drying and packaging.
Гидролизат, хранящийся в емкости для гидролизата 12, в последующем применяют в качестве питательной среды для выращивания кормовых дрожжей, микопротеина или микробного кормового белка биоконверсией. Для этого гидролизат из емкости для гидролизата 12 подают, по крайней мере, в один реактор-ферментер 16. Количество реакторов-ферментеров 16 на стадии биоконверсии зависит от продуцентов, используемых для выращивания микробного белка и вида выращиваемого микробного белка. Например, на стадии биоконверсии могут использовать три реактора-ферментера 16 для выращивания кормовых дрожжей, микопротеинов и микробного кормового белка. Белок, полученный на основе упомянутого гидролизата могут в том числе применять для обогащения гранул листьевой фракции, полученной на подготовительном этапе. Реактор- ферментер 16 снабжен мешалкой, средствами подачи воды для охлаждения и пара для нагрева внутреннего объема и толщи культивируемой среды в реакторе -ферменте ре 16, воздуха для аэрации и чистой культуры. К выходному отверстию реактора-ферментера 16 подключена емкость для кормового белка 17. The hydrolysate stored in hydrolysate tank 12 is subsequently used as a nutrient medium for the cultivation of fodder yeast, mycoprotein, or microbial feed protein via bioconversion. For this purpose, the hydrolysate from hydrolysate tank 12 is fed to at least one fermenter-reactor 16. The number of fermenter-reactors 16 in the bioconversion stage depends on the producers used for microbial protein cultivation and the type of microbial protein being cultivated. For example, three fermenter-reactors 16 may be used in the bioconversion stage to cultivate fodder yeast, mycoprotein, and microbial feed protein. The protein obtained from the aforementioned hydrolysate can also be used to enrich the leaf fraction granules obtained during the preparatory stage. Fermentation reactor 16 is equipped with a stirrer, water for cooling, steam for heating the internal volume and the thickness of the culture medium in the fermentation reactor 16, and air for aeration and the pure culture. A feed protein tank 17 is connected to the outlet of fermentation reactor 16.
Биоконверсию в одном из вариантов реализации осуществляют следующим образом. Первоначально чистую культуру вносят в малый посевной аппарат (на фигурах не показан) с питательной средой, pH которой доводится аммиачной водой или известковым молоком до 5, 5-5, 8. Культивирование осуществляют до накопления в среде 3,5-4, 0 г клеток/л по абсолютно сухому веществу. Обычно для этого требуется 15-18 ч. Суспензию из посевного аппарата подают затем в большой посевной аппарат (на фигурах не показан), предварительно заполненный питательной средой и стерильной водой в соотношении от 1:6 до 1:8. Включают аэрацию и при постоянном доливе питательной среды и добавления аммиачной воды для поддержания заданного pH, осуществляют культивирование. На следующем этапе осуществляют выращивание засевной культуры в реакторе-ферментере 16, заполненный на 10 % по объему стерильной или кипяченой водой, куда вводится около 0,5 м3 питательной среды и полностью перекачивается все содержимое из большого посевного аппарата. Выращивание посевного материала без отбора суспензии осуществляют 8-9 часов при интенсивной аэрации и постоянном доливе питательной среды до накопления в реакторе-ферментере 16 биомассы в количестве 4-5 г АСВ/л. После этого засевную культуру начинают отбирать на основное производство в количестве 1,3-1, 7 м3/ч при одновременном доливе питательной среды. В реактор-ферментер 16 могут добавлять из бункера для хранения семенной фракции 18 порошок семенной фракции, полученный на первом этапе. Процесс ферментации длится от 5 до 10 суток, а затем цикл приготовления посевного материала возобновляется. Реактор-ферментер 16 является основным аппаратом на стадии биоконверсии, который обеспечивает рост и развитие популяций микроорганизмов в объеме жидкой фазы; транспорт питательных веществ к клеткам микроорганизмов; отвод от микробных клеток продуктов их обмена; отвод из среды тепла. Затем следуют другие этапы технологической схемы получения кормовой биомассы: In one embodiment, bioconversion is carried out as follows. Initially, the pure culture is introduced into a small seeding apparatus (not shown in the figures) with a nutrient medium, the pH of which is adjusted to 5.5-5.8 with ammonia water or lime milk. Cultivation is carried out until the medium accumulates 3.5-4.0 g of cells/L on an absolutely dry basis. This typically requires 15-18 hours. The suspension from the seeding apparatus is then transferred to a large seeding apparatus (not shown in the figures), pre-filled with nutrient medium and sterile water in a ratio of 1:6 to 1:8. Aeration is turned on, and cultivation is carried out with constant top-up of nutrient medium and ammonia water to maintain the desired pH. The next step involves growing the seed culture in reactor-fermenter 16, filled 10% by volume with sterile or boiled water. Approximately 0.5 m³ of nutrient medium is added, and the entire contents are pumped out from the large seeding apparatus. The seed material is grown without collecting the suspension for 8-9 hours with intensive aeration and constant topping up of the nutrient medium until the biomass accumulates in reactor-fermenter 16 at a rate of 4-5 g ASW/L. After this, the seed culture is collected for the main production at a rate of 1.3-1.7 m³ /h. While simultaneously adding nutrient medium, the seed powder obtained in the first stage can be added to the reactor-fermenter 16 from the seed fraction storage bin 18. The fermentation process lasts from 5 to 10 days, after which the seed preparation cycle resumes. The reactor-fermenter 16 is the main apparatus in the bioconversion stage, ensuring the growth and development of microorganism populations in the liquid phase; transporting nutrients to the microorganism cells; removing metabolic products from the microbial cells; and removing heat from the environment. The following stages of the feed biomass production process flow chart follow:
- сгущение суспензии микроорганизмов, при которой концентрация биомассы повышается до 12-16 % АСВ; - thickening of the suspension of microorganisms, during which the concentration of biomass increases to 12-16% of the ASW;
- термообработка суспензии, при которой при нагревании микроорганизмов до температуры 75-85 °C в течение 10-40 мин происходит гибель штамма продуцента и практически всей сопутствующей микрофлоры; - heat treatment of the suspension, in which, when microorganisms are heated to a temperature of 75-85 °C for 10-40 minutes, the producer strain and almost all accompanying microflora die;
- концентрирование суспензии методом выпаривания до 23-25 % АСВ; - concentration of the suspension by evaporation to 23-25% ASV;
- сушка для образования готового продукта с влажностью ~ 10 % (по массе). - drying to form a finished product with a moisture content of ~ 10% (by weight).
После этого подготовленную кормовую биомассу подвергают грануляции и сушке перед фасовкой и упаковкой готового продукта или подают в гранулятор 4 на стадию гранулирования листьевой фракции первого подготовительного этапа, где полученная биоконверсией биомасса смешивается с листьевой фракции перед формированием гранул. After this, the prepared feed biomass is subjected to granulation and drying before packaging and packing the finished product or fed to the granulator 4 at the stage of granulating the leaf fraction of the first preparatory stage, where the biomass obtained by bioconversion is mixed with the leaf fraction before forming granules.
Заявленный способ позволяет осуществлять комплексную переработку целлюлозосодержащих трав и оперативно реагировать на текущие потребности для получения различного сырья (продукции) в требуемом объеме и качестве, перенаправлением потоков сырья между технологическими участками. Кроме того, заявленная комплексная переработка целлюлозосодержащих трав, позволяет обеспечить безотходное производство за счет исключения применения в технологии кислот и щелочей, ограничивающих область применения сырья и упрощающих технологию получения экологически чистого сырья. The proposed method enables the comprehensive processing of cellulose-containing grasses and a rapid response to current needs for obtaining various raw materials (products) in the required volume and quality by rerouting raw material flows between process sections. Furthermore, the proposed comprehensive processing of cellulose-containing grasses ensures waste-free production by eliminating the use of acids and alkalis, which limit the application of raw materials and simplify the production of environmentally friendly raw materials.
Получаемые на выходе продукты (сырье) могут использоваться в различных направлениях. Так, полученные на первом предварительном этапе гранулы листьевой фракции используют для корма животным, как высокопротеиновый продукт, так как известно, что листьевая фракция характеризуется наибольшим содержанием протеинов (белков). А обогащение этих гранул листьевой фракции порошком семенной фракции или белком, полученным биоконверсией гидролизата, полученного после стадии предгидролиза, в том числе с добавлением порошка семенной фракции позволяет повысить концентрацию белка (протеина) в этом корме для животных. Гидролизат, полученный после стадии гидролиза на втором участке возможно использовать как основу для получения минеральных удобрений. Целлюлозосодержащий порошок, полученный на выходе из первого участка, целлюлозосодержащую массу, полученную на выходе из второго участка и целлюлозосодержащее волокно, полученное на выходе из третьего участка можно использовать как по отдельности, для получения бумажно-картонной продукции различного качества и назначения, так и в различном сочетании при их смешивании на стадии производства бумажно-картонной продукции, что расширяет линейку продукции. Такая комбинированная модель позволяет гибко настроить производство, исключающее простой технологических линий при снижении спроса на какую-либо продукцию, перенаправлением сырья на один или два из трех технологических участков. The resulting products (raw materials) can be used in a variety of ways. For example, the granules of the leaf fraction obtained during the first preliminary stage are used for animal feed as a high-protein product, as the leaf fraction is known to have the highest protein content. Enriching these leaf fraction granules with seed fraction powder or protein obtained by bioconversion of the hydrolysate obtained after the prehydrolysis stage, including with the addition of seed fraction powder, increases the protein concentration in this animal feed. The hydrolysate obtained after the hydrolysis stage in the second section can be used as a base for producing mineral fertilizers. The cellulose-containing powder obtained at the output of the first section, the cellulose-containing mass obtained at the output of the second section, and the cellulose-containing fiber obtained at the output of the third section can be used either individually, to produce paper and cardboard products of varying quality and purpose, or in various combinations when mixed during the paper and cardboard production stage, which expands the product line. This combined model allows for flexible production setup, eliminating downtime of production lines when demand for any product decreases, by redirecting raw materials to one or two of the three process sections.
Заявленное изобретение позволяет реализовать принцип биорефайнинга - наиболее полной и рациональной переработки растительного сырья (луговых трав) и позволяет получить растительную целлюлозу из богатой клетчаткой стеблевой фракции, питательный корм из богатой протеином листьевой фракции, различные виды белка из гидролизата стеблевой фракции, гранулированный корм обогащенный протеином и нативный реакционноспособный лигнин. The claimed invention makes it possible to implement the principle of biorefining—the most complete and efficient processing of plant materials (meadow grasses)—and allows for the production of plant cellulose from the fiber-rich stem fraction, nutritious feed from the protein-rich leaf fraction, various types of protein from the hydrolyzed stem fraction, granulated feed enriched with protein, and native reactive lignin.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202490593 | 2024-03-27 | ||
| EA202490593 EA048451B1 (en) | 2024-03-27 | METHOD OF COMPREHENSIVE PROCESSING OF MEADOW GRASSES AND TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PROCESSING MEADOW GRASSES TO OBTAIN CELLULOSE, LIGNIN AND NUTRITIONAL FEED FOR ANIMALS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025201615A1 true WO2025201615A1 (en) | 2025-10-02 |
Family
ID=97217466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EA2025/050005 Pending WO2025201615A1 (en) | 2024-03-27 | 2025-03-07 | Method for the comprehensive processing of meadow grasses and meadow grass processing plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2025201615A1 (en) |
-
2025
- 2025-03-07 WO PCT/EA2025/050005 patent/WO2025201615A1/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Joanna et al. | Sugar beet pulp as a source of valuable biotechnological products | |
| Thomsen | Complex media from processing of agricultural crops for microbial fermentation | |
| US20140273140A1 (en) | Simultaneous Food And Fuel Corn Refining | |
| US10087577B2 (en) | Systems, devices and methods for agricultural product pulping | |
| US9284616B2 (en) | Universal biomass refinery | |
| CN106616005A (en) | Method for producing fish feed by using filtered sludge from sugar factory | |
| WO2008029163A2 (en) | Processing of sweet sorghum for bioethanol production | |
| AU2013237533B2 (en) | Process for the production of organic compounds from plant species | |
| WO2025201615A1 (en) | Method for the comprehensive processing of meadow grasses and meadow grass processing plant | |
| CN1039871C (en) | Process for preparing biological epidemic-prevention fodder | |
| KR20230014731A (en) | Methods for preparing larval rearing substrates | |
| EA048451B1 (en) | METHOD OF COMPREHENSIVE PROCESSING OF MEADOW GRASSES AND TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PROCESSING MEADOW GRASSES TO OBTAIN CELLULOSE, LIGNIN AND NUTRITIONAL FEED FOR ANIMALS | |
| CN103387943A (en) | Method for producing mycoprotein by using tobacco waste | |
| CN107509861A (en) | A kind of processing method of stalk biochemical fodder | |
| EP0785218B1 (en) | Method for making industrial products from agricultural raw materials either containing or not starch | |
| SU869742A2 (en) | Method of obtaining protein food | |
| CN110833115A (en) | Comprehensive utilization method of cotton production by-products by using biochemical fulvic acid as main product | |
| BE1030774B1 (en) | LIGNIN BINDER | |
| US20240401269A1 (en) | Thermal-pressure hydrolysis sustainable biomass for the production of alternative proteins and bio-materials | |
| CN109170323A (en) | A kind of poultry bagasse protein feed and preparation method thereof | |
| Hajam et al. | Aerobic Processes for the Treatment of Wheat Starch Effluents | |
| Hajam et al. | 15 Aerobic Processes for the | |
| KR101427327B1 (en) | Feed using food waste and chaff and its manufacturing method | |
| SU1079231A1 (en) | Method of producing fodder | |
| CN114644533A (en) | Green walnut skin and straw resource comprehensive recycling process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 25778200 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |