Способ получения белкового гидролизата

 

Использование: компонент в препаратах косметических средств и препаратах бытовой химии. Сущность: гидротермическую обработку кожевенных отходов проводят при pH 12 - 13 щелочной смесью, состоящей из гидроксида кальция и карбоната натрия, при их массовом соотношении 1,0 : (1,4 - 1,5) соответственно, при 125 - 130°С в течение 35 - 45 мин на первой стадии и при 105 - 110°С в течение 15 - 25 мин на второй стадии с последующей рекуперацией компонентов хромового дубителя из шлама концентрированной серной кислотой при объемном соотношении кислота: шлам (0,2 - 0,3) : 1,0 в течение 25 - 30 мин при pH 1,5 - 1,7. Выход 90,1%, содержание хрома Cr⁺³ 0,48 мг/кг белкового гидролизата. 2 табл.

Изобретение относится к переработке кожевенных отходов хромового дубления с получением белкового гидролизата.

Известен способ получения белкового гидролизата на основе гидротермической обработки кожевенных отходов хромового дубления в кислой среде при рН 1,5 в присутствии окислительно-восстановительных реагентов и неионогенного ПАВ [1].

Известен способ получения белкового гидролизата на основе предварительного раздубливания кожевенных отходов хромового дубления в кислой и щелочной среде с последующей гидротермической обработкой в присутствии гидроксида кальция, отделения шлама и осаждение кальциевых солей в белковом гидролизате кальцинированной содой (1).

Недостаток способа в том, что продолжительность технологического процесса составляет 58 ч. Операция - раздубливание перед гидротермической обработкой в щелочной среде, а также осаждение кальциевых солей в белковом гидролизате кальцинированной содой, как технологически, так и экономически нецелесообразны. Кроме того, варочные остатки в виде шлама на удобрительную муку отвергнуты агропрактикой и вывозятся на свалку, что экологически недопустимо.

Цель изобретения - повышение качества продукта, упрощение процесса со снижением его себестоимости, создание экологически чистой и безотходной технологии переработки отходов.

Поставленная цель достигается тем, что гидротермическую обработку кожевенных отходов хромового дубления проводят в две стадии при рН 12-13 щелочной смесью, состоящей из гидроксида кальция и карбоната натрия при их массовом соотношении 1,0-1,4-1,5, соответственно, при 125-130^оС в течение 34-45 мин на первой стадии и при 105-110^оС в течение 15-25 мин на второй стадии с последующей рекуперацией компонентов хромового дубителя из шлама концентрированной серной кислотой, используемой в соотношении (0,2-0,3):1,0 к объему шлама в течение 25-30 мин при рН 1,5-1,7.

П р и м е р 1. Кожевенные отходы хромового дубления (неокрашенные) обрабатывают щелочной смесью, состоящей из 4% гидроксида кальция и 6% карбоната натрия от массы отходов при ЖК 1,3, величине рН 12, температуре 130^оС в течение 35 мин. После разделения фаз варочные остатки повторно обрабатывают при ЖК 0,8, температуре 105^оС в течение 30 мин. После разделения фаз варочные остатки (шлам) обрабатывают концентрированной серной кислотой в соотношении 0,2: 1,0 к объему шлама и при рН 1,5 рекуперируют комплексы хромового дубителя в течение 25 мин.

Полученные результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 2. Отличается от примера 1 тем, что первую стадию гидротермической обработки проводят при рН = 12,5 щелочной смесью, состоящей и, 4,25% гидроксида кальция и 6,25% карбоната натрия от массы отходов при 127^оС в течение 40 мин, а вторую стадию проводят при 107^оС в течение 20 мин. Рекуперацию хромовых комплексов из шлама проводят концентрированной серной кислотой в соотношении 0,25:1,0 к объему шлама при 1,6 рН в течение 27 мин. Полученные результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 3. Отличается от примера 1, тем, что первую стадию гидротермической обработки проводят при рН=13 щелочной смесью, состоящей из 4,5% гидроксида кальция и 6,5% карбоната натрия от массы отходов при 125^оС в течение 45 мин, а вторую стадию обработки при 110^оС в течение 20 мин. Рекуперацию хромовых комплексов из шлама проводят концентрированной серной кислотой в соотношении 0,3: 1,0 к объему шлама при рН 1,7 в течение 25 мин. Полученные результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 4 (сравнительный). Отличается тем, что первую стадию гидротермической обработки отходов проводят при рН 14 за счет щелочной смеси, состоящей из 5,5% гидроксида клальция и 7,5% карбоната натрия от массы отходов при 135^оС в течение 60 мин, а вторую стадию обработки проводят при 115^оС в течение 35 мин. Рекуперацию комплексов хромового дубителя из шлама проводят концентрированной серной кислотой в соотношении 0,35:1,0 к объему шлама в течение 40 мин при рН 1,0. Полученные результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 5 (сравнительный).

Отличается тем, что первую стадию гидротермической обработки проводят при рН 11 за счет щелочной смеси, состоящей из 3,0% гидроксида кальция и 5,5% карбоната натрия от массы отходов при 120^оС в течение 30 мин, а вторую стадию обработки проводят при 100^оС в течение 12 мин. Рекуперацию комплексов хромового дубителя из шлама проводят концентрированной серной кислотой в соотношении 0,15: 1,0 к объему от шлама в течение 20 мин при рН 2,0. Полученные результаты приведены в табл.1.

Результаты, полученные по примерам 1-3, свидетельствуют о достижении поставленной цели на основе заявленной совокупности параметров, как в процессе гидротермической обработки хромовых отходов, так и в процессе рекуперации комплексов хромового дубителя со шлама. При выходе за верхние пределы заявленных параметров качество белкового гидролизата и рекуперации хрома из шлама заметно не улучшается, но приводит к увеличению издержек из-за перерасхода ресурсов. При выходе за нижние пределы совокупности заявленных параметров заметно ухудшается качество белкового гидролизата и снижается возможность рекуперации хрома Cr⁺³ из шлама варочных остатков.

Химико-технологическая сущность предложенного способа обусловлена тем, что компоненты щелочной смеси, поддерживая величину рН на уровне 12-13, не только активно раздубливают коллаген кожевенных отходов при совокупности заявленных параметров, связывая компоненты хромового дубителя в нерастворимой и щелочной среде гидроксид трехвалентного хрома Cr(OH)₃, но и взаимодействуют между собой по реакции: + = + с образованием в реакционной среде практически нерастворимого углекислого кальция (мела) которые, как нерастворимые осадки, не попадают в белковый гидролизат и остаются в варочных остатках (шламе). Это исключает необходимость дополнительного осаждения кальциевых солей в белковом гидролизате кальцинироваванной содой (карбонатом натрия), как это делается в прототипе ее расходом из расчета на 1,1% ионов кальция в 1000 л 45% белкового гидролизата требуется 46,2 кг кальцинированной соды (3).

Как видно из уравнения реакции, для связывания в осадок 74 мас.ч. гидроксида кальция требуется 106 мас.ч. карбоната натрия, т.е. при соотношении 0,7: 1,0. Поддержание величины рН на уровне 12-13 в совокупности с другими параметрами предложенного способа обеспечивает необходимый уровень величины молекулярной массы целевого продукта. Для практического поддержания величины рН на уровне 12-13 необходим расход щелочных реагентов в количестве 10-11% от массы отходов. Исходя из этого и учитывая уравнение реакции, щелочная смесь должна состоять из 4,0-4,5% гидроксида кальция и 6,0-6,5% карбоната натрия от массы отходов, что соответствует соотношению между компонентами смеси, как 0,7:1,0.

Двухступенчатая термообработка отходов, параметры температурного режима и продолжительность в совокупности с другими заявленными отличительными признаками определены экспериментально и согласуются с классическим законом молекулярной диффузии Фика со следующим его математическим выражением S= D·Fr Из уровнения следует, что количество продиффундированного вещества прямо пропорционально коэффициенту диффузии (D), поверхности раздела фаз (F), разности концентрации (С-с), времени диффузии (ч) и обратно пропорционально толщине слоя (х) через который проходит диффузия. При этом D = . Из уравнения коэффициента диффузии видно, что с увеличением температуры его значение возрастает. Следовательно, двухступенчатость термообработки повышает разность концентраций и активизирует диффузию в раствор белкового вещества в более короткое время.

Для рекуперации комплексов хромового дубителя из шлама заявленная совокупность параметров также определена экспериментально. При этом концентрированная серная кислота не только переводит нерастворимый в щелочной среде гидроксид хрома (Сr⁺³) в растворимые комплексы хромового дубителя типа: СrOHSO₄; Cr₂(OH)₄SO₄, а углекислый кальций в сернокислый кальций, но и полностью окисляет (сжигает) остатки органического вещества. Сернокислый экстракт хромовых комплексов после отстаивания подается на химстанцию по приготовлению химрегентов для приготовления соответствующего технологии хромового дубителя, а сернокислый кальций после нейтрализации гидроксидом кальция используется как строительный материал со свойствами гипса. Сравнительные характеристики белкового гидролизата приведены в табл. 2.

Способ позволяет использовать белковый гидролизат в качестве компонента в препаратах косметических средств и препаратах бытовой химии.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ГИДРОЛИЗАТА, заключающийся в гидротермической обработке кожевенных отходов хромового дубления в щелочной среде с последующим разделением фаз и очисткой конечного продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения качества продукта, упрощения процесса и создания безотходной технологии, гидротермическую обработку кожевенных отходов проводят при рН 12 - 13 щелочной смесью, состоящей из гидроксида кальция и карбоната натрия при их массовом соотношении 1,0 : (1,4 - 1,5) соответственно, при температуре 125 - 130^oС в течение 35 - 45 мин на первой стадии и при температуре 105 - 110^oС в течение 15 - 25 мин на второй стадии с последующей рекуперацией компонентов хромового дубителя из шлама концентрированной серной кислотой, используемой в соотношении (0,2 - 0,3) : 1,0 к объему шлама в течение 25 - 30 мин при рН 1,5 - 1,7.

РИСУНКИ

Рисунок 1