Биотехнологический способ получения моющей композиции для стекол путем очистки от метанола смеси алифатических спиртов
Изобретение относится к области биохимии. Предложен биотехнологический способ получения моющей композиции для стекол путем очистки от метанола смеси алифатических спиртов. Способ предусматривает очистку и измельчение, разваривание с выделением крахмала и охлаждение исходного углеводородного сырья, включающего ароматические углеводороды. После чего осуществляют осахаривание крахмала исходного углеводородного сырья путем ферментативного гидролиза на основе препарата α-амилазы и глюкоамилазы, сбраживание образующихся сахаров в исходном углеводородном сырье дрожжевыми микроорганизмами с получением бражки. После сбраживания добавляют предварительно подготовленные сырьевые добавки, такие как апельсиновые или лимонные корки, яблочную кожуру, отходы парфюмерной промышленности. Затем осуществляют отгонку метанола при нагревании бражки не выше 65°С с отбором фракции метанола с дефлегматора. При этом ректификационную колонну настраивают с обеспечением следующих параметров: давление нижнее - 2,2-2,8 атм, давление верхнее 0,2-0,4 мм водного ст., температура конденсатора 60-65°С. Осуществляют перегонку бражки с сырьевыми добавками до получения бинарной смеси, содержащей алифатические спирты, эфиры и альдегиды, при нагревании от 75 до 100°С. Отбирают бинарную смесь алифатических спиртов, очищенную от метанола, с конденсатора ректификационной колонны. С конденсатора эпюрационной колонны отбирают углеводороды бинарной смеси из алифатических спиртов, очищенной от метанола, эфиры и альдегиды. Полученные смеси совместно омыливают щелочью. Затем добавляют этиленгликоль и краситель. 8 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области бытовой химии, в частности к составам для очистки стекол, преимущественно автомобильных.
Известно множество композиций для моющих незамерзающих жидкостей, которые основаны на содержании спиртов. Основу таких жидкостей составляют спирты, которые не дают жидкости замерзнуть вплоть до -40°С, например составы, описанные в изобретениях по патентам №2233317, 2084498, которые используют этиловый спирт или, 2084498, сложные неспиртосодержащие составы.
Известны также способы переработки эфиро-альдегидной фракции, например патент RU 2158727, опубл. 10.11.2000, МПК С07С 29/80, С07С 31/02, в котором вместо очищенного этилового спирта используют полученную смесь для замены этилового спирта технического в рецептурах бытовой химии и смесевых растворителей, т.е применение полученной смеси алифатических спиртов и сложных эфиров в качестве заменителя технического этилового спирта в составных смесевых растворителях и в других товарах бытовой химии. В способе при разгонке на высокоэффективных ректификационных колоннах с получением трех продуктов: концентрата ЭАФ (основные компоненты - альдегиды, сложные эфиры, метанол и этанол), этилового спирта и куба (содержит в основном высшие спирты), используют отходы производства этилового спирта - эфиро-альдегидные фракции. Однако способ предусматривает щелочную обработку с разрушением сложных эфиров и ректификацию полученной массы с выделением этилового спирта технического или повышенного качества, в то время как в предложенном способе разрушение сложных эфиров нежелательно, поскольку они используются в качестве отдушки.
Наиболее близким является способ получения этанола, патент RU 2277587, опубл. 10.06.2006, МПК С12Р 7/06, B01D 3/14, который решает задачу получения ректификованного спирта повышенного качества с пониженными затратами на его производство. Однако процесс является дорогостоящим, многоцикличным и требует больших затрат для получения дорого спирта, не позволяет использовать смесь всех алифатических спиртов и эфиро-альдегидной фракции, получаемых на промежуточных стадиях технологического процесса для получения моющей композиции. Кроме того, невозможно выделить стадию очистки смеси алифатических спиртов только от метанола, как требует законодательство для моющих композиций.
В настоящее время в качестве средств для очистки стекол используют стеклоомыватели на водно-спиртовой основе с добавлением поверхностно-активных веществ, антикоррозионных добавок, отдушек (парфюмерных композиций), солюбилизаторов и комплексонов - веществ, способствующих растворению добавок в водно-спиртовой среде, а также красителей. В основе этих стеклоомывателей лежит свойство первичных алифатических спиртов (метилового, этилового, изопропилового и пр.) неограниченно растворяться в воде и свойство водно-спиртовых растворов не замерзать при достаточно низких температурах окружающей среды, то есть примерно до минус 60°С. При этом, оставаясь жидким, этот стеклоомыватель должен обеспечивать смывание загрязнений с лобового стекла автомобиля и его световых приборов. Низкая температура замерзания стеклоомывателей на спиртовой основе (от -15°С до -60°С) должна позволять использовать их в зимний период.
Однако для изготовления незамерзающей моющей жидкости традиционно используют технологию механического смешения исходных компонентов при температуре 80-90°С и атмосферном давлении. При этом приходится брать дорогой, очищенный от всех сивушных примесей этиловый спирт за основу и добавлять в него необходимые компоненты. При этом предварительно применяется дорогостоящий способ получения этанола, предусматривающий вываривание этилового спирта из бражки в брагоэпюрационной колонне с переходом этилового спирта и сопутствующих примесей в бражной дистиллят с паром из этой колонны и жидкими фракциями из конденсатора сепаратора, после чего приходится выполнять многоцикличный процесс очистки от метанола, поскольку в процессе эпюрации имеет место неполное выделение метанола и компонентов сивушного масла и других промежуточных примесей. Такой производственный цикл делает технологию изготовления незамерзающей моющей смеси очень дорогостоящим. Кроме того, применение метанола в качестве спиртовой компоненты в составе стеклоомывателя запрещено законодательством Российской Федерации.
Поскольку в качестве основного спиртового компонента при изготовлении стеклоомывателей в настоящее время используют этанол или изопропанол, то для такого производства незамерзающей моющей жидкости приходится сертифицировать производство как производство спирта, что экономически невыгодно, и, кроме того, производство требует необоснованных затрат на отделение других фракций алифатических спиртов от этанола. Однако для производства незамерзающей жидкости достаточно получить очищенную от метанола смесь алифатических спиртов в таком соотношении, которое можно получить исходя из первичной перегонки бражки. Так, в зерно-картофельной бражке, натуральной, концентрация спиртосодержащих веществ составляет 6,1-8,9%, что при получении смеси алифатических спиртов необходимо и достаточно для получения незамерзающей жидкости. Кроме того, при нагревании не выше 100 град С кислоты и масляноэтиловый эфир, которые являются вредными для моющей жидкости примесями, остаются в бражке и не мешают процессу производства моющей жидкости, поскольку у них температура кипения выше 100 град С. Поскольку в смеси алифатических спиртов и эфиро-альдегидной фракции такие растворители, как этанол и изопропанол, составляют в 7-10 раз меньше по мас.%, чем собственно сложные эфиры, то воздействие этих бесцветных, прозрачных, летучих жидкостей с характерным запахом значительно ослабевает, не ухудшая моющих свойств самой моющей жидкости, кроме того, сложные эфиры также растворяют жировые отложения и, следовательно, также обладают моющими свойствами. Стеклоомыватели на основе смеси алифатических спиртов и эфиро-альдегидной фракции не оставляют неприятный запах в салоне автомобиля, не оказывают наркотическое действие на организм человека и не оказывают раздражающее действие на верхние дыхательные пути. Кроме того, содержание эфирных масел в предложенном способе увеличено за счет добавок эфиросодержащего углеводородного сырья непосредственно в бражку.
В предложенном способе достигается следующий технический результат:
- обеспечение возможности получения требуемой смеси алифатических спиртов, воды и эфиров, составляющих основу моющей композиции,
- упрощение и удешевление технологического процесса за счет использования промежуточных фракций, состоящих из непастеризованного спирта, соединенного с водой, и эфиро-альдегидных фракций,
- исключение этапов дистилляции алифатических спиртов и отделения эфиро-альдегидной фракции, а также получения спирта требуемой концентрации в моющей композиции с последующими этапами добавления ПАВов и ароматизаторов в моющую композицию,
- использование первичного сырья (сусла) вместо конечного продукта в виде очищенного спирта, что существенно удешевляет производство,
- возможность получения моющей композиции, очищенной от метанола, в соответствии с требованием законодательства.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что применяют биотехнологический способ получения моющей композиции для стекол путем очистки от метанола смеси алифатических спиртов, включающий подготовку исходного углеводородного сырья (исходного продукта) из углеводородов, в том числе ароматических углеводородов, для чего осуществляют очистку и измельчение, разваривание с выделением крахмала (водно-тепловая обработка) и охлаждение исходного сырья, затем осахаривание крахмала исходного углеводородного сырья путем ферментативного гидролиза на основе препарата α-амилазы и глюкоамилазы, сбраживание образующихся сахаров в исходном углеводородном сырье (питательной среде) дрожжевыми микроорганизмами с получением бражки, перегонку бражки с выделением алифатических спиртов и отгонку бражки в ректификационной колонне. Предложенный способ отличается тем, что предварительно подготовленные (разваренные) сырьевые добавки, содержащие ароматические углеводороды, добавляют после сбраживания исходного углеводородного сырья; затем осуществляют отгонку метанола при нагревании бражки не выше 65 град С с отбором фракции метанола с дефлегматора, при этом ректификационная колонна настроена с обеспечением следующих параметров: давление нижнее - 2,2-2,8 атм, давление верхнее 0,2-0,4 мм водного ст., температура конденсатора 60-65 град С. Затем осуществляют перегонку бражки с сырьевыми добавками без метанола до получения бинарной смеси, содержащей алифатические спирты, эфиры и альдегиды, при нагревании от 75 до 100 град С, отбор бинарной смеси (оставшихся) алифатических спиртов, очищенной от метанола, с конденсатора ректификационной колонны и отбор с конденсатора эпюрационной колонны углеводородов бинарной смеси из алифатических спиртов, очищенной от метанола, эфиров и альдегидов, и совместно (их) омыливают щелочью, а в полученную моющую композицию добавляют этиленгликоль и краситель.
Углеводороды бинарной смеси из алифатических спиртов, очищенной от метанола, эфиров и альдегидов, совместно омыливают щелочью и в полученную моющую композицию добавляют этиленгликоль и краситель. При этом в качестве сырьевых добавок могут использовать, например, апельсиновые корки, или лимонные корки, или яблочную кожуру, или отходы производства парфюмерной промышленности (например, отходы, получаемые при настое или вытяжке трав, и другие ароматические исходные продукты). Осахаривание крахмала исходного углеводородного сырья осуществляют с добавлением α-амилазы и глюкоамилазы, например, в соотношении альфа-амилаза и глюкоамилаза как 1 к 4. Отгонку метанола из бражки осуществляют, в частности, в испарительном чане с использованием кавитации при нагреве до 64°С. А отгонку метанола из бражки осуществляют путем его отгонки в ректификационной колонне с одновременным получением и очисткой от метанола бинарной смеси, содержащей алифатические спирты, эфиры и альдегиды. Как частный случай, отгонку метанола из бражки могут осуществлять путем его отгонки в ректификационной колонне с одновременным получением и очисткой от метанола бинарной смеси алифатических спиртов, эфиров и альдегидов при нагревании бражки не выше 65 град С, после чего осуществляют повторную перегонку бражки с сырьевыми добавками при нагревании до 75-100 град с отбором фракции метанола с дефлегматора. При этом могут осуществлять повторную перегонку бинарной смеси алифатических спиртов, эфиров и альдегидов в присутствии NaOH. Вышеперечисленные конкретные способы с последовательным или одновременным получением смеси и очисткой от метанола позволяют получить моющую композицию, в которую добавляют этиленгликоль и краситель в соотношении, мас.%: этиленгликоль 0,5-2,0; краситель 0,003-0,1, от общей массы моющей композиции для улучшения ее моющих свойств. Кроме того, добавление этиленгликоля и красителя могут осуществлять во время перекачки неохлажденной моющей композиции из дефлегматора в сборную емкость с перемешиванием в потоке.
Предложенный способ реализуют следующим образом. Сначала осуществляют подготовку производства: подготовку сырья из ароматических углеводородов, очистку и измельчение углеводсодержащего сырья, приготовление препарата α-амилазы и препарата глюкоамилазы, разваривание сырья, ее вакуумоохлаждение. При этом из питательной среды удаляются механические примеси. Далее осуществляют выращивание посевного материала в дрожжанках с удалением углекислого газа. Получают культуральную смесь с применением пеногасителя в процессе ферментации. Далее из концентрированного раствора бражки осуществляют эпюрацию, ректификацию и разгонку метанола, получают низкозамерзающий концентрированный раствор для приготовления моющей композиции с низкими температурами замерзания, очищенный от метанола. Из концентрированного раствора бражки после ее перегонки выделяют смесь алифатических спиртов и эфиро-альдегидных фракций, в которой сивушные масла ощелачивают NaOH с получением мыльного раствора, который добавляют в концентрированный раствор для получения моющей композиции вместе с этиленгликолем и красителем. Могут также добавлять ароматизаторы и поверхностно-активные вещества (ПАВы). Таким образом, осуществляется технология процесса получения смеси алифатических спиртов и эфиро-альдегидной фракции из зерно-картофельного сырья, который включает следующие стадии: очистка и подготовка сырья, водно-тепловая обработка его, осахаривание разваренной массы и охлаждение сусла, приготовление засевной культуры дрожжей, сбраживание сусла, ректификация метанола и перегонка бражки. Перегонка бражки может осуществляться по периодической, полунепрерывной и непрерывной схемам, в зависимости от оборудования. Однако важно настроить ректификационную колонну с обеспечением следующих параметров: давление нижнее - 2,2-2,8 атм, давление верхнее 0,2-0,4 мм водного ст., температура конденсатора 60-65 град С. Это обеспечит первоначальную очистку от метанола. Далее перегонку бражки осуществляют при нагревании бражки до 75-100 град С, что обеспечивает получение продукта в виде смеси алифатических спиртов и эфиро-альдегидной фракции, очищенной от метанола. Рационально использовать ректификационную колонну с колпачковыми тарелками с числом тарелок - 74 или 84. Для повышения органолептических показателей продукта, показателя по окисляемости и снижения удельных энергозатрат целесообразно повысить эффективность ректификационной колонны до 110…120 тарелок. Основную рабочую зону (от точки ввода питания до отбора продукта) целесообразно увеличить до 70…80 тарелок.
Таким образом, достигается технический результат - обеспечение возможности получения требуемой смеси алифатических спиртов, воды и эфиров, составляющих основу моющей композиции, упрощение и удешевление технологического процесса за счет использования промежуточных фракций, состоящих из непастеризованного спирта, соединенного с водой, и эфиро-альдегидных фракций. Саму моющую композицию можно улучшать добавками, которые вносят в бражку, что позволяет исключить этапы дистилляции алифатических спиртов и отделения эфиро-альдегидной фракции, а также получить в моющей композиции алифатические спирты требуемой концентрации с последующими этапами добавления ПАВов, ароматизаторов, красителей.
1. Биотехнологический способ получения моющей композиции для стекол путем очистки от метанола смеси алифатических спиртов, включающий подготовку исходного углеводородного сырья, включающего ароматические углеводороды, для чего осуществляют очистку и измельчение, разваривание с выделением крахмала и охлаждение исходного сырья, после чего осуществляют осахаривание крахмала исходного углеводородного сырья путем ферментативного гидролиза на основе препарата α-амилазы и глюкоамилазы, сбраживание образующихся сахаров в исходном углеводородном сырье дрожжевыми микроорганизмами с получением бражки, перегонку бражки с выделением алифатических спиртов и отгонку бражки в ректификационной колонне, отличающийся тем, что предварительно подготовленные сырьевые добавки, содержащие ароматические углеводороды, добавляют после сбраживания исходного углеводородного сырья, затем осуществляют отгонку метанола при нагревании бражки не выше 65°С с отбором фракции метанола с дефлегматора, при этом ректификационная колонна настроена с обеспечением следующих параметров: давление нижнее 2,2-2,8 атм, давление верхнее 0,2-0,4 мм вод. ст., температура конденсатора 60-65°С, затем осуществляют перегонку бражки с сырьевыми добавками без метанола до получения бинарной смеси, содержащей алифатические спирты, эфиры и альдегиды, при нагревании от 75 до 100°С, отбор бинарной смеси алифатических спиртов, очищенной от метанола, с конденсатора ректификационной колонны и отбор с конденсатора эпюрационной колонны углеводородов бинарной смеси из алифатических спиртов, очищенной от метанола, эфиров и альдегидов, и совместное омыливание бинарных смесей щелочью, в полученную моющую композицию добавляют этиленгликоль и краситель.
2. Биотехнологический способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сырьевых добавок используют апельсиновые корки, или лимонные корки, или яблочную кожуру, или отходы производства парфюмерной промышленности.
3. Биотехнологический способ по п.1, отличающийся тем, что осахаривание крахмала исходного углеводородного сырья осуществляют с добавлением α-амилазы и глюкоамилазы в соотношении масс α-амилазы и глюкоамилазы как 1/4.
4. Биотехнологический способ по п.1, отличающийся тем, что отгонку метанола из бражки осуществляют в испарительном чане с использованием кавитации при нагреве до 64°С.
5. Биотехнологический способ по п.1, отличающийся тем, что отгонку метанола из бражки осуществляют путем его отгонки в ректификационной колонне с одновременным получением и очисткой от метанола бинарной смеси, содержащей алифатические спирты, эфиры и альдегиды.
6. Биотехнологический способ по п.5, отличающийся тем, что отгонку метанола из бражки осуществляют путем его отгонки в ректификационной колонне с одновременным получением и очисткой от метанола бинарной смеси алифатических спиртов, эфиров и альдегидов при нагревании бражки не выше 65°С, после чего осуществляют повторную перегонку бражки с сырьевыми добавками при нагревании до 75-100°С с отбором фракции метанола с дефлегматора.
7. Биотехнологический способ по п.6, отличающийся тем, что осуществляют повторную перегонку бинарной смеси алифатических спиртов, эфиров и альдегидов в присутствии NaOH.
8. Биотехнологический способ по п.1, или 6, или 7, отличающийся тем, что в полученную моющую композицию добавляют этиленгликоль - 0,5-2,0% и краситель - 0,003-0,1% от общей массы моющей композиции.
9. Биотехнологический способ по п.8, отличающийся тем, что добавление этиленгликоля и красителя осуществляют во время перекачки неохлажденной моющей композиции из дефлегматора в сборную емкость с перемешиванием в потоке.
