CS246447B1

CS246447B1 - Method of pentosan raw materials' continuous partial hydrolysis with atmospheric pressure and equipment for application of this method

Info

Publication number: CS246447B1
Application number: CS357785A
Authority: CS
Inventors: Andrej Zelnik; Viliam Madlo; Frantisek Rendos
Original assignee: Andrej Zelnik; Viliam Madlo; Frantisek Rendos
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1986-10-16

Abstract

Riešenie sa týká spósobu kontinuálnej parciálnej hydrolýzy pentozánových surovin pri atmosferickom tlaku za použitia katalyzátorov, výhodné zriedených minerálnyeh kyselin, ako aj zariadenia na vykonáme spósotou. Podstatou spósobu je, že na drtením alebo sekáním upravená pentozánovú surovinu, predohriatu na teplotu 90 až 110 °C sa pósoibí danými vodnými roztokmi katalyzátorov, predohriatými na teplotu 95 až 98 °C, po dobu 60 až 180 minút v tepelne stabilizovaných podmienkach v rozmedzí teplot 80 až 100 °C, pri hydromodule 0,3 : 1 až 1 : : 3, kde získaný produkt o-stáva vo formě partikulárnej látky. Novosťou konštrukčného prevedenia zariadenia je ohřev jak spracovávanej suroviny, tak aj katalyzátore a hydrolyzačné zariadenie v převedení tepelne zaizolovaného zásobníka.The solution relates to a continuous method partial hydrolysis of pentosanic raw materials at atmospheric pressure using catalysts, preferred dilute mineral acids, as well as the equipment to do with sposotota. The essence of the method is that by crushing or mowing modified pentosan raw material, pre-heated to 90-110 ° C by the aqueous solutions of the catalysts, preheated to 95 to 98 ° C for 60 to 180 minutes in heat stabilized conditions in the temperature range 80 to 100 ° C, 0.3: 1 to 1 for hydromodule: : 3, wherein the obtained product remains in the mold particulate matter. The new design of the device is the heating of the raw material being processed, as well as a catalyst and a hydrolysis device in heat-insulated conversion tray.

Description

Vynález sa týlka sposobu a zariadenia pre parciálnu hydrolýzu pentozánových surovin pri ‘ atmosferickom tlaku, pri epracovaní rastlinných surovin, ktoré sa vyznačujú vysokým obsahom pentozánov a nízkým obsahom ligninu, ako napr. kukuřičné oklasky, slnečnicové slupky, obilná slama, bagasa, piliny listnatých dřevin a pod.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process and apparatus for the partial hydrolysis of pentosane feedstocks at atmospheric pressure, for the processing of plant feedstocks, characterized by a high content of pentosanes and a low content of lignin, such as e.g. corn cob, sunflower hulls, cereal straw, bagasse, sawdust and the like.

V súčasnej době sa parciálna hydrolýza uskutečňuje v zariadeniach pracujúcich diskontinuálne alebo kontinuálně, pri tlaku prevažne vyššom, ako je tlak atmosferický s použitím vhodného katalyzátore a za použitia takmer výlučné vodnej páry ako teplonosného média, preto je potřebné dimenzovat hydrolýzne zariadenie na tlak odpovedajúci teplote vodnej páry.At present, the partial hydrolysis takes place in plants operating batchwise or continuously, at a pressure predominantly above atmospheric pressure using a suitable catalyst and using almost exclusively water vapor as the heat transfer medium, therefore it is necessary to dimension the hydrolysis device to a pressure corresponding to the water vapor temperature. .

Pri kontinuálně pracujúcich tlakových zariadeniach sú ťažkosti s dávkováním suroviny .da reaktora a vyprázdňovaním lignocelulózy z něho. Pri zvýšených teplotách podliehajú cukry dalším, najma deihydratačným reakciám, ktoré sú nežiaduce obzvlášť pri spracovaní hydrolyzátorov na výrobu kryštalielkej D-xylózy a pri spracovaní hydrolyzátov na krmné bielkoviny.In continuous operating pressure equipment, there are difficulties in feeding the raw material to the reactor and emptying the lignocellulose from it. At elevated temperatures, sugars are subjected to further, in particular deihydration, reactions, which are particularly undesirable in the processing of hydrolysers to produce crystalline D-xylose and in the processing of hydrolysates into feed proteins.

Zo súčasného stavu techniky je známy sposob komplexného spracovania rastlinných surovin, kde celý proces prebieha v tekutom stave, aj získaný produkt je tekutý.It is known from the state of the art to provide a complex treatment of plant raw materials, where the entire process takes place in a liquid state, and the product obtained is liquid.

Pokial' hydrolýza prebieha pri teplete do 100 ^OC; sú potřebné podstatné dlhšie reakčné doby v špeciálnych, pre tento účel konstruovaných zariadeniach. Pri vyšších teplotách sa reakčná doba sice skráti, -ale zase vyžaduje zariadenie pracujúce pri vyšších a vysokých tlakoch a kedže proces prebieha v tekutom stave, vyžadujú sa aj vačšie objemy hydrolýznych aparátov.Unless the hydrolysis takes place at ^about 100 to teplete C; substantial longer reaction times are required in special devices designed for this purpose. At higher temperatures, the reaction time is shortened, but in turn requires equipment operating at higher and high pressures, and since the process is in a liquid state, larger volumes of hydrolysis apparatuses are also required.

Uvedené nedostatky odstraňuje sposob a zariadenie pre kontinuálnu parciálnu hydrolýzu pentozánových surovin pri atmosferickom tlaku podl'a vynálezu, ktorého podstatou je, že na drtením alebo sekáním upravenú pentozánovú surovinu, predohriatu na teplotu 90 °C až 110 °C sa posobí vodnými roztokmi katalyzátorov, predohriatými na teplotu 95 až 98 °C, pc dobu 60 až 180 mínút v tepelne stabilizovanom prostředí v rozmedzí teplót 80 až 100 °C, pri hydromodule 0,3 : 1 až 1:3 a takto zhydrolyzovaná surovina, získaná vo formě sypkého produktu, po neutralizácii použitého katalyzátora sa použije priamo na krmné účely alebo sa podrobí kvasnému procesu zá účelom transformácie pentóz na bielkoviny.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a method and a device for continuous partial hydrolysis of pentosane raw materials at atmospheric pressure according to the invention, which consists in that the pentosane raw material pre-heated to 90 ° C to 110 ° C is pre-heated with aqueous catalyst solutions preheated to a temperature of 95 to 98 ° C, for a period of 60 to 180 minutes in a thermally stabilized environment in the temperature range of 80 to 100 ° C, at a hydromodule of 0.3: 1 to 1: 3 and the hydrolyzed raw material thus obtained; the neutralization of the catalyst used is used directly for feeding purposes or it is subjected to a fermentation process in order to transform pentoses into proteins.

Zariadenie na vykonanie spůsobu pozostáva z odlučovacieho cyklónu, napojeného na pomocný medzioperačný zásobník, opatřený vyprázdňovacím mečhanizmom a rozrušovačom kleníeb-, Ikdé na' daný pomocný medzioperačný zásobník je - připojený závitovkový dopravník, opatřený duplikátorom pre přívod vykurovacieího média, ktorý je priamo napojený ,na impregnačně zariadenie, priamo napojené na tepelne zaizolovaný zásobník, opatřený vyprázdňovacím meclianizmom. Dané impregnačně zariadenie je ešte opatřené potrubím pre přívod vodného roztoku katalyzátora, napojeného na zásobník s predradeným čerpadlem a výmenníkom tepla.The apparatus for carrying out the method consists of a cyclone separator connected to an intermediate intermediate tank, provided with a discharging mechanism and an erosion interrupter. a device directly connected to a thermally insulated container, provided with a discharge mechanism. Said impregnation device is further provided with a conduit for supplying an aqueous catalyst solution connected to a reservoir with a pre-pump and a heat exchanger.

Takto získaná zhydrolyzovaná surovina sa může spracovať aj iným sposobom, napr. protiprúdnou extrákciou vzniklých pentóz horúcou vodou sa získá hydrolyzát ,na výrobu 2-furaldehydu, D-xylózy, resp. bielkovín, zatial', kým lignocelulózový zvyšok sa podrobí deligniíikácii. Pri tejto alternativě spracovania sa získá okrem základných produktov aj vysokohodnotné krmivo s hodnotou stravitelnosti 80 až 92 % a organické tekuté ligninové hnojivo cenného zloženia.The hydrolyzed raw material thus obtained can also be processed in another manner, e.g. by countercurrent extraction of the pentoses formed with hot water, a hydrolyzate is obtained for the production of 2-furaldehyde, D-xylose, resp. protein, while the lignocellulosic residue is delignified. In this treatment alternative, in addition to the basic products, a high-value feed having a digestibility value of 80-92% and an organic liquid lignin fertilizer of valuable composition are obtained.

Ďalšou alternativou zariadení navázujúcich na hydrolyzačný tepelne zaizolovaný zásobník, napr. vibrofluidného zariadenia, je možno zhydrolyzované pentozány obsahujúcu surovinu, získanú sposobom podlá vynálezu spracovať aj bez extrakcie cukrov priamym postupom na 2-furaldehyd, pri teplotách 160 až 220 °C, kde vzniklá zmes pár 2-furaldehydu, vodných pár, pár kyseliny octovej a metanolu sa vedie priamo na delenie rektifikáciou. Silné degradovaný suchý lignocelulózový zvyšok sa v tomto případe použije ako palivo na energetické pokrytie technologického postupu.Another alternative of devices connecting to a hydrolyzed heat-insulated container, e.g. According to the invention, the hydrolyzed pentosanes containing the raw material obtained according to the invention can be processed without sugar extraction directly into 2-furaldehyde at temperatures of from 160 to 220 ° C, where a mixture of 2-furaldehyde, water vapor, acetic acid and methanol vapors is formed. leads directly to division by rectification. The strongly degraded dry lignocellulosic residue is used in this case as a fuel for energy coverage of the process.

Novosťou sposobu parciálnej hydrolýzy rastlinných surovin podlá vynálezu je, že spracovaná surovina aj po přeběhnutí hydrolýzy si zachovává vlastnosti partikulárnej látky.The novelty of the method of partial hydrolysis of plant raw materials according to the invention is that the processed raw material retains the properties of the particulate matter even after the hydrolysis has passed.

Ďalšou výhodou je, že hydrolýza prebieha pri atmosferickom tlaku, kontinuálně priamo v tepelne zaizolovanom zásobníku a získaný produkt možno po neutralizácii katalyzátora priamo použit na skrmovanie, připadne fermentáciou pentóz obohatit krmovinu o bielkoviny.A further advantage is that the hydrolysis takes place at atmospheric pressure, continuously directly in the heat-insulated container, and the product obtained can be used directly for feeding or, if appropriate, by fermentation of pentoses, to feed the feed with proteins.

Výhodou zariadenia na vykonanie spósobu je predovšetkým jeho jednoduchost, ohřev jak spracovávanej suroviny, tak aj katalyzátora a hydrolýza v tepelne zaizolovanom zásobníku.The advantage of the apparatus for carrying out the process is, in particular, its simplicity, heating of both the feedstock and the catalyst to be processed and hydrolysis in a heat-insulated container.

Na pripojenom výkrese, obr. 1 je schematicky znázorněné napojenie na seba navážu júcich prvkov zariadenia podlá vynálezu.In the attached drawing, FIG. 1 is a schematic illustration of the connection of the connecting elements of the device according to the invention.

Zariadenie podlá vynálezu, ako aj znázorněné na -obr. 1, pozostáva z odlučovacieho cyklónu 1, napojeného na pomocný medzioperačný zásobník 2, opatřený vyprázdňovacím mečhanizmom 3 a rozrušovačom klenieb 4. Na daný medzioperačný zásobník 2 je připojený závitovkový dopravník 5, opatřený duplikátorom 6, pre přívod vykurovacieho média, ktorý je priamo napojený na impregnačně zariadenie 7, priamo napojené na tepelne zaizolovaný zásobník 8, opatřený vyprázdňovacím mečhanizmom 9. Dané impregnačně zariadenie 7 je ešte opatřené potrubím pre přívod vodného roztoku katalyzátora, napojeným na zásobník 10, sThe device according to the invention as shown in FIG. 1, consists of a separating cyclone 1, connected to an intermediate intermediate tank 2, provided with an emptying mechanism 3 and a vault disrupter 4. A screw conveyor 5, equipped with a duplicator 6, is connected to the intermediate tank 2 for supplying heating medium directly connected to the impregnation. a device 7, directly connected to a thermally insulated container 8, provided with an emptying mechanism 9. The impregnation device 7 is further provided with a conduit for the supply of aqueous catalyst solution connected to the container 10,

346447 predradeným čerpadlom 11 a výmenníkom tepla 12.346447 upstream pump 11 and heat exchanger 12.

Zariadenie podl'a vynálezu pracuje tak, že vytriedená drť kukuřičných oklaskuv aleho iných rastlinných surovin sa zo zakrytej skládky pneumaticky dopraví do odlučovaného cyklónu 1, odkial' padá do pomocného medzioperačného zásobníka 2. Z daného medzioperačného zásobníka 2 sa drť odvádza do závitoVkového dopravníka 5, a týmto dopravuje do impregnačného zariadenia 7.The device according to the invention operates in such a way that the screened pulp of corn cob from other plant raw materials is pneumatically conveyed from the covered landfill to the separated cyclone 1 from where it falls into the intermediate intermediate container 2. The intermediate container 2 is discharged into a screw conveyor 5. and thereby transported to the impregnation device 7.

V danom závitovkovom dopravníku 5 sa drť predohreje na teplotu 100 °‘C a na takto predohriatu surovinu sa v impregnačnom zariadení 7 nastrekuje 1,5 %-ná kyselina sírová H2SO4, ohriatá vo výmenníku tepla 12 na teplotu blízku teplote varu, v rozmedzí 95 až 98 ^C|C. Roztok sa čerpá čerpadlom 11 zo zásobníka 115. Naionpregnovaná drť postupuje do tepelne zaizolovaného zásohníka 8, ktorý je nadimenzovaný tak, že zdržná doba materiálu v ňom, pri kontinuálnom chodě je 120 minút. Zhydrolyzovaný produkt sa pomocou vyprázdňovacieho mechanizmu 9 odvádza na dalšie spracovanie.In the screw conveyor 5, the pulp is preheated to 100 ° C and 1.5% sulfuric acid H2SO4, heated in the heat exchanger 12 to a temperature close to boiling point, is sprayed in the impregnation device 7 in the impregnation device 7 in the range of 95 to 95 ° C. 98 ^{C |} C. The solution is pumped by pump 11 from reservoir 115. The ion-impregnated pulp passes into a thermally insulated reservoir 8, which is dimensioned so that the residence time of the material therein, in continuous operation, is 120 minutes. The hydrolyzed product is discharged through the discharge mechanism 9 for further processing.

PříkladExample

Kukuřičná drť s vefkosťou zrna do 5 mm, v množstve 10 kg, sušině 90 %, predohriata na teplotu 105 °C sa naimpregnovala 18 kilogramov 1,5 %-né'ho roztoku kyseliny síro ve j o teplote 98 °C. Takto naiímpregnovaná surovina bola podrobená hydrolýze v zaizolovanom zásobníku po dobu 120 minút. Laboratórnym roztokom sa zistilo, že z takto získanej zhydrolyzovanej drtě přešlo vodnou extrakciou pri teplote 80 °C do roztoku 3,4 kg, t. j. 38 %,počítané na absolutné suchú surovinu.Corn pulp having a grain size of up to 5 mm, in an amount of 10 kg, 90% dry matter, preheated to 105 ° C was impregnated with 18 kg of a 1.5% sulfuric acid solution at 98 ° C. The raw material thus prepared was subjected to hydrolysis in an insulated container for 120 minutes. The laboratory solution showed that from the hydrolysed pulp thus obtained, it was transferred by aqueous extraction at 80 ° C to a solution of 3.4 kg, t. j. 38%, calculated on the absolute dry raw material.

Claims

The apparatus according to the invention operates in such a way that the sorted pulp of the maize crops of the aébiinous plant raw materials is pneumatically conveyed from the covering stock to the separating cyclone 1, from where it falls into the auxiliary storage tank 2. the pulp is discharged into the screw conveyor 5, and thus transported to the impregnating device 7. In said screw conveyor 5, the gypsum preheats to a temperature of 100 ° C and 1.5% of acid-sulfuric acid H2SO4, heated in the impregnating device 7, is sprayed on the pre-heated feedstock. a heat exchanger 12 at a temperature close to boiling, in the range of 95 to 98 ° C. The solution is pumped through the pump 11 from the reservoir 115. The impregnated grit is passed to a thermally insulated bladder 8 which is dimensioned such that the residence time of the material therein is 120 minutes at a continuous path. The hydrolyzed product is removed for further processing by means of a discharge mechanism 9. Example Corn pulp with a grain size of up to 5 mm, 10 kg, 90% dry matter, preheated to 105 ° C was impregnated with 18 kg of a 1.5% sulfuric acid solution at 98 ° C. The impregnated feedstock was subjected to hydrolysis with an insulated reservoir for 120 minutes. It was found by the laboratory solution that from the thus obtained hydrolyzed crumb, water extraction at 80 ° C was carried out at a rate of 3.4 kg, ie 38% , calculated on an absolute dry raw material. P R E D Μ E T

A method of continuous partial hydrolysis of pentosan. raw materials at atmospheric pressure, using catalysts, preferably dilute mineral acids, at a concentration of 0.1 to 5.0%, characterized in that the treated penzane raw material is pre-heated to 90 by crushing or chopping up to 110 ° C are caused by the given aqueous catalyst solutions, preheated to a temperature of 95 to 98 ° C, for a period of 60 to 180 minutes in thermally stabilized conditions in a temperature range of 80 to 100 ° C; up to 1: 3, where the obtained productivity in the form of particulate matter.

2. A device according to claim 1, characterized in that it comprises a separating cyclone (1) connected to an auxiliary intermediate tank (2) provided with a discharge mechanism (3) and the vibration diverter (4), wherein said intermediate storage tank (2) is connected to a screw conveyor (5) provided with a duplicator (6), a supply of heating medium connected to the impregnating device (7) directly connected to a thermally insulated container (8) provided with an emptying mechanism (9), wherein said impregnating device (7) is still provided via a conduit for supplying a catalyst water supply connected to the container (10) with a pre-pump (11i and heat exchanger (12)) 1 sheet of drawings