DE643916C

DE643916C - Device for the saccharification of cellulose

Info

Publication number: DE643916C
Application number: DESCH105715D
Authority: DE
Original assignee: HEINRICH SCHOLLER DR ING
Current assignee: HEINRICH SCHOLLER DR ING
Priority date: 1930-11-13
Filing date: 1930-11-13
Publication date: 1937-04-20

Description

Vorrichtung zur Verzuckerung von Cellulose Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur Verzuckerung von Cellulose u. dgl. mit verdünnten Säuren unter Druck gemäß Patent 607 479. Es ist bekannt, daß die Cellulose, die durch Druckperkolatoren vermittels verdünnter Säuren verzuckert wird, nur verhältnismäßig dünne Würzen liefert. Diese verhältnismäßig dünnen Würzen, deren Zuckergehalt sich auch durch Anwendung gepreßten Cellulosematerials und durch die Anwendung des Gegenstromprinzips ohne Ausbeutev erluste nicht wesentlich über 5 bis 6 % steigern läßt, erfahren eine Verbesserung dadurch, daß während der Druckerhitzung nur begrenzte Flüssigkeitsquanten in bestimmten Zeitabständen (intermittierend) durch das Cellulosematerial geschickt werden. Sie entfernen dabei mehr oder weniger periodisch den gebildeten Zucker aus dem Reaktionsraum. Das Cellulosematerial befindet sich dann bis zum Eintreffen des nächsten Flüssigkeitsquantums in einem genetzten, feuchten oder halbtrockenen Zustand.Device for saccharification of cellulose The subject of the present Invention is a device for carrying out the process for saccharification of Cellulose and the like with dilute acids under pressure according to patent 607,479 known that cellulose, which is produced by pressure percolators by means of dilute acids is saccharified, only provides relatively thin condiments. This proportionately thin condiments, the sugar content of which is also increased by using pressed cellulose material and by using the countercurrent principle without loss of yield, it is not essential can increase over 5 to 6%, experience an improvement in that during the Pressure heating only limited liquid quanta at certain time intervals (intermittent) be sent through the cellulosic material. You remove more or less periodically the sugar formed from the reaction chamber. The cellulosic material is located then until the arrival of the next quantum of liquid in a net, damp or semi-dry condition.

Die Beförderung der Flüssigkeitsquanten erfolgt durch Verdrängen mit Dämpfen oder Gasen. Von dem Austreiben eines Flüssigkeitsquantums bis zum Eintreffen des nächsten ist das unter Druck stehende Cellulosematerial in heißem, mehr oder weniger feuchtem Zustand von dem zum Austreiben verwendeten Gas oder Dampf umgeben. Die in ihm noch anhaftende (adhärierende), sauer reagierende Netzflüssigkeit bewirkt den Fortgang der Reaktion. Die naheliegende Befürchtung, daß während der Unterbrechung des Fließens Zersetzungsvorgänge auftreten und das vorliegende Verfahren unvorteilhaft machen, ist nicht zutreffend, denn die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsquanten hebt gegebenenfalls diesen Nachteil auf ohne Preisgabe der bezweckten Konzentrationserhöhung der Würzen.The transport of the liquid quanta takes place through displacement with Vapors or gases. From the expulsion of a quantity of liquid to the arrival of the next is the pressurized cellulosic material in hot, more or more less humid surrounded by the gas or steam used for expelling. The acidic reacting wetting fluid still adhering in it causes the progress of the reaction. The obvious fear that during the interruption decomposition processes occur during flow and the present process is disadvantageous make is not applicable, because increasing the flow rate of the Fluid quanta cancels out this disadvantage without giving up the intended one Increase in the concentration of the wort.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die diese Arbeitsweise auszuüben gestattet. Die Vorrichtung besteht aus einer automatischen Anlage zur Bereitung der Hydrolysierflüssigkeit, einem Speicher oder Ausgleicher für die Hydrolysierflüssigkeit, einem Hydrolysator mit Filter, einem Neutralisator, einem Wärmeaustauscher und einer Drossel. Dabei ist es äußerst wertvoll, die Hydrolysierflüssigkeit automatisch herzustellen, indem eine gemeinsam angetriebene Säurepumpe und Wasserpumpe vorgesehen wird und das Wasser in einer darauffolgenden Vorrichtung angewärmt und erhitzt einer Mischvorrichtung zugeleitet wird, die Säure und heilgespanntes Wasser vermengt und so die Hydrolysierfliissigkeit fertig zubereitet.The subject matter of the present invention relates to a device which allowed to practice this working method. The device consists of an automatic System for the preparation of the hydrolysis liquid, a storage tank or equalizer for the hydrolysis liquid, a hydrolyser with filter, a neutralizer, a heat exchanger and a throttle. It is extremely valuable to use the hydrolyzing fluid automatically by using a jointly driven acid pump and water pump is provided and the water is heated and in a subsequent device heats one Mixing device is fed, the acid and curative Mixing water and thus preparing the hydrolysis liquid.

Diese wird dann unter Druck in einen Speicher oder Saininelgefäß bis zu ihrer \' Wendung aufbewahrt.This is then under pressure in a storage tank or Saininel vessel up kept for their \ 'turn.

Das Wesentliche der Vorrichtung ist a1.. nicht das an und für sich bekannte Mischen von zwei Flüssigkeiten, die von gekuppelten Pumpen gefördert werden, sondern die Verbindung einer solchen konstanten Mischvor-richtung finit einem periodisch arbeitenden Wärmetauscher und einem zeitlich versetzten Verbrauch der konstanten, erwärmten Mischung.The essence of the device is a1 .. not the per se known mixing of two liquids that are conveyed by coupled pumps, but the connection of such a constant mixing device finite with a periodically operating heat exchanger and a time-shifted consumption of the constant, heated Mixture.

Durch diese besonderen Betriebsbedingungen wird auch eine Speicherung der verdünnten, heißen, unter Druck stehenden Säure notwendig, die dann durch zusätzlichen Druck plötzlich in den Hydrolysator geschoben werden muß. , Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine diesen Bedingungen entsprechende Vorrichtung in beispielsweiser Ausführungsform veranschaulicht.These special operating conditions also enable storage the dilute, hot, pressurized acid is necessary, which is then replaced by additional Pressure must suddenly be pushed into the hydrolyzer. , On the enclosed Drawing is a device corresponding to these conditions in an example Embodiment illustrated.

Die Anlage besteht aus dem säurefest ausgemauerten, verkupferten oder verbleiten ffi ydrolysator i, der an seinem oberen Ende einen Schieber ; oder eine andere verschließbare Öffnung zum Einbringen des Cellulosentaterials und Anschlüsse für Zuführung von Hydiolysierflüssigkeit und Dampf besitzt und an dessen unterem Ende eine verschließbare Öffnung zum Entleeren des Ligninrückstandes und ferner ein Stutzen für den Austritt d-2r Zuckerwürze vorhanden ist. In seinem unteren Komis befindet sich ein säurefestes Filter 2, das zur Trennung des Rückstandes von der Zuckerwürze dient. Der untere zylindrische Teil des Hydrolvsators kann sich bei 3 etwas verengen, was durch Ausmauerung erfolgen kann. Hierdurch wird bezweckt, daß der gegen Ende des Prozesses nach unten sinkende und zusammenschrumpfende Ligniiikuchen den unteren Teil des Hvdrolvsators besser ausfüllt und an den Seitenwänden fest anliegt, wodurch eine bessere Auslaugung ermöglicht wird.The system consists of the acid-proof bricked, copper-plated or leaded ffi ydrolysator i, which has a slide at its upper end; or one another closable opening for introducing the cellulose material and connections for supplying hydiolysis liquid and steam and at the bottom End of a closable opening for emptying the lignin residue and further there is a nozzle for the outlet d-2r sugar wort. In his lower komis there is an acid-proof filter 2, which is used to separate the residue from the Serves sugar seasoning. The lower cylindrical part of the hydrolvsator can be at 3 narrow it a little, which can be done by bricklaying. The purpose of this is that towards the end of the process the ligniii cake sinking and shrinking downwards the lower part of the monitor fills better and firmly attached to the side walls is present, which enables better leaching.

Das Celluloseinaterial wird trocken oder naß durch mechanische oder pneumatische Förderung zunächst in den Silo oder Zyklon .i0 gebracht und fällt durch den Schieber ; in den Hvdi-olvsatoi- i. Iin Behälter 4 befindet sich Dampf unter einem Druck von einigen atii. Sobald der Reaktionsbehälter i mit Celltiloseniaterial befiillt ist, wird der Schieber 7 geschlossen und das Dampfventil 5 rasch geöffnet. Der Dainpf stürzt durch das weit geöffnete Ventil 5 in das Reaktionsgefäß i und preßt das Celluloseinaterial zusammen. Die Preßwirkung wird n.,)cli verbessert, wenn die eingeschlossene Luft und evtl. etwas Dampf während der Pressung durch das @@entil 6 entweichen.The cellulosic material becomes dry or wet by mechanical or Pneumatic conveying is first brought into the silo or cyclone .i0 and fails the slide; in the Hvdi-olvsatoi- i. In container 4 there is steam below a print of some atii. As soon as the reaction vessel i is filled with cell silage material is filled, the slide 7 is closed and the steam valve 5 is opened quickly. The Dainpf falls through the wide open valve 5 into the reaction vessel i and compresses the cellulosic material. The pressing effect is n.,) Cli improved, if the trapped air and possibly some steam during the pressing through the @@ entil 6 escape.

Die Anlage zur Bereitung der Hydrolysier- g issigkeit besteht aus der kleinen Säure- mpe 9 und der großen Wasserpumpe io, %elche durch den Motor i 2 betrieben werden und untereinander gekuppelt sind, so daß das Verhältnis zwischen geförderter Säuremenge und geförderter Wassermenge unabhängig von der Tourenzahl und Laufzeit des Motors ist. Die Säurepumpe 9 wird mit starker Säure, beispielsweise .Io °/oiger Schwefelsäure, aus dem Behälter i i gespeist. Die Pumpen arbeiten zweckmäßig nur während der Dauer des Auslaugens. Durch die Wasserpumpe io wird Wasser bei einem Druck von 15 atü durch den Wärmeaustauscher lq. gefördert und durch die gleichzeitig entgegenfließende NViirze vorerhitzt. Das heiße Wasser gelangt durch die Leitung 15 zu dem Dampferhitzer 16 mit dem Kondenstopf 17. Hier wird mittels Frischdampf aus der Leitung 28 das bereits vorerhitzte Wasser auf die gewünschte Reaktionstemperatur (16o bis 195°) gebracht. Durch die Leitung 18 gelangt das 16o bis 195° heiße Wasser zur Impfstelle 20 und wird hier mit starker Säure versetzt, welche mittels der Säurepumpe g durch die Leitung ic gefördert wird. Die Konzentration der starken Säure im Behälter i i und das Förderverhältnis der Pumpen g und io sind so bemessen, daß die entstehende Hydrolysierflüssigkeit beispielsweise 0,2 °/o Schwefelsäure oder o,i % Salzsäure enthält. Die Hydro-Ivsierfliissigkeit gelangt durch die Leitung 21 in den Speicher 22 und von hier aus mittels Dampfdruck durch die absperrbare Leitung 23 zu dem Verteiler 24 und durchfließt dann den Hydrolysator i. Der Speicher 22 trägt eine elektrische Reguliervorrichtung, die bei Erreichung eines Druckes von etwa 15 atü den Motor abschaltet und gewünschtenfalls schon vorher auf die Tourenzahl des -Motors regulierend einwirken kann.The plant for the preparation of the hydrolysis food consists of the small acid mpe 9 and the large water pump io, % which are operated by the engine i 2 and are coupled to one another, so that the ratio between the amount of acid conveyed and the amount of water conveyed is independent of the number of revolutions and running time of the engine. The acid pump 9 is fed with strong acid, for example .Io% sulfuric acid, from the container ii. The pumps expediently only work during the leaching period. The water pump io is water at a pressure of 15 atü through the heat exchanger lq. conveyed and preheated by the simultaneously counter-flowing NViirze. The hot water passes through the line 15 to the steam heater 16 with the condensation pot 17. Here, the already preheated water is brought to the desired reaction temperature (160 to 195 °) by means of live steam from the line 28. The 160 ° to 195 ° hot water reaches the injection point 20 through the line 18, where it is mixed with strong acid, which is conveyed through the line ic by means of the acid pump g. The concentration of the strong acid in the container ii and the delivery ratio of the pumps g and io are dimensioned so that the hydrolyzing liquid formed contains, for example, 0.2 % sulfuric acid or 0.1% hydrochloric acid. The hydro-detergent liquid passes through the line 21 into the reservoir 22 and from here by means of steam pressure through the lockable line 23 to the distributor 24 and then flows through the hydrolyzer i. The memory 22 carries an electrical regulating device which switches off the engine when a pressure of about 15 atmospheres is reached and, if desired, can act to regulate the number of revolutions of the engine beforehand.

Die Zuführung des Frischdauipfes von etwa 15 atü erfolgt durch die Leitung 26 und das Reduzierventil 27. Durch dieses Ventil 27 wird zu Beginn der Reaktion der Dampfdruck auf etwa 7 atii reduziert, was einer Temperatur von 17o° entspricht. Im Verlauf des Prozesses wird die Druckreduktion allmählich beseitigt, so daß der Druck auf 8, 9, i o ... und schließlich auf 1 5 atü steigt, was einer Temperatursteigerung von 17o auf 195° entspricht.The fresh water pressure of approximately 15 atmospheres is supplied through the line 26 and the reducing valve 27. This valve 27 reduces the vapor pressure to approximately 7 atmospheres at the beginning of the reaction, which corresponds to a temperature of 170 °. In the course of the process, the pressure reduction is gradually eliminated, so that the pressure rises to 8, 9, 10 ... and finally to 15 atmospheres, which corresponds to an increase in temperature from 17o to 195 °.

Von der Dampfleitung 27 zweigen hinter dem Reduzierventil 27 die Dampfleitungen 28, 29 und 3o ab. Die Dampfleitung 26 führt zu dein Dampfbehälter q.. Die Dampfleitung 28 dient, wie bereits erwähnt, zur Speisung des Erhitzers 16. Die Dampfleitung 29 ist absperrbar und führt zum Speicher 22. Die ebenfalls absperrbare Leitung 3o führt zum Hydrolysator r.The steam lines branch off from the steam line 27 behind the reducing valve 27 28, 29 and 3o. The steam line 26 leads to your steam container q .. The steam line As already mentioned, 28 serves to feed the Heater 16. The Steam line 29 can be shut off and leads to memory 22. The one that can also be shut off Line 3o leads to the hydrolyzer r.

Nachdem die Hydrolysierflüssigkeit den Inhalt des Hydroly sators r durchflossen und den gebildeten Zucker aufgenommen hat, tritt die Zuckerwürze durch das Filter :2 und gelangt durch das Ventil 32 in die Leitung 33 und von hier aus in den Nentralisator 34, der beispielsweise mit Rohphosphat beschickt ist. Hier wird die schwache Säure der Zuckerwürze abgestumpft und Phosphorsäure bzw. Monocalciumphosphat von der Würze aufgenommen. Von hier aus gelangt die abgestumpfte Würze durch die Leitung 34 in den Wärmeaustauscher 14, gibt hier ihre Wärme an das entgegenströmende Frischwasser ab und gelangt durch die Leitung 36'zu dem Drosselventil 37 und von hier aus in den Würzebehälter 38.After the hydrolyzing liquid has reached the contents of the hydrolyzer r has flowed through and absorbed the sugar formed, the sugar spice passes through the filter: 2 and passes through valve 32 into line 33 and from there in the centralizer 34, which is charged, for example, with rock phosphate. here the weak acidity of the sugar spice is blunted and phosphoric acid or monocalcium phosphate absorbed by the wort. From here the blunted wort passes through the Line 34 in the heat exchanger 14, here gives its heat to the counterflow Fresh water from and passes through the line 36 'to the throttle valve 37 and from from here into the wort container 38.

39 stellt eine gegebenenfalls fahrbare Bohrvorrichtung dar, die nach Beendigung des Prozesses zwecks Entfernung des Ligninkuchens in den Hydrolysator eingefahren wird und sich im Inneren des Hydrolysators entfaltet, in einer Weise, die eine rasche und vollständige Entfernung des Lignins ermöglicht und auch eine Reinigung des Filters gestattet.39 represents a possibly mobile drilling device that according to Termination of the process to remove the lignin cake in the hydrolyzer is retracted and unfolds inside the hydrolyzer in a way that which enables a quick and complete removal of the lignin and also a Cleaning of the filter permitted.

Die periodische Arbeitsweise der Anlage gestaltet sich folgendermaßen: r. Zulauf. Es wird Leitung 29 und 23 geöffnet, so daß das im Behälter 22 befindliche Flüssigkeitsquantum durch die Leitung 23 in den Hydrolysator gedrückt wird.The periodic operation of the system is as follows: r. Intake. It line 29 and 23 is opened, so that the container 22 is located Liquid quantum is pressed through line 23 into the hydrolyzer.

2. Auslauf. Nachdem sich der Speicher 22 entleert hat, wird die Leitung 29 und 23 geschlossen und Ventil 3r und 32 geöffnet, so daß das betreffende Flüssigkeitsquantum dzn Hydrolysator r verläßt und durch die Leitung 33 zum Wärmeaustauscher 14 gelangt. Das Öffnen der Drossel 37 wird so bemessen, daß der Druck vor der Drossel nur wenig niedriger ist als der Druck in der Leitung 30. Die Druckdifferenz kann beispielsweise r bis 2 Atm. betragen. Während der Auslaufzeit 'sind die Pumpen 9 und ro in Tätigkeit und füllen den Speicher 22.2. outlet. After the memory 22 has emptied, the line 29 and 23 closed and valve 3r and 32 open, so that the relevant liquid quantum dzn leaves the hydrolyser r and arrives at the heat exchanger 14 through line 33. The opening of the throttle 37 is so dimensioned that the pressure upstream of the throttle is only slightly is lower than the pressure in line 30. The pressure difference can for example r to 2 atm. be. During the run-down period, the pumps 9 and ro are in operation and fill the memory 22.

Die beschriebene Anordnung, insbesondere die Anordnung eines Speichers 22, ermöglicht es, daß der Wärmeaustauseher 14 gleichzeitig von Frischwasser und Würze durchflossen wird, trotzdem der Eintritt der Hydrolysierflüssigkeit in den Hydrolysator r und der Austritt der Würze aus dem Hydrolysator nicht gleichzeitig stattfinden.The arrangement described, in particular the arrangement of a memory 22, allows the heat exchanger 14 to be used simultaneously from fresh water and Wort is flowed through, despite the entry of the hydrolyzing liquid into the The hydrolyser r and the exit of the wort from the hydrolyser are not carried out at the same time occur.

3. Arbeitspause. Nach Ablauf des im Hydrolysator vorhandenen Flüssigkeitsquantums und Füllen des Speichers 22 mit neuer Hydrolysierflüssigkeit kann eine Arbeitspause eintreten, während welcher die Leitung 23 geschlossen bleibt und die Ventile 31 und 32 teilweise oder auch ganz geschlossen sind. Während der Arbeitspause befindet sich das mit Hydrolysierflüssigkeit befeuchtete Materiäl je nach dem Stadium des Prozesses bei Temperaturen von i 5o bis 195' und entsprechenden Dampfdrucken, so daß die Verzuckerungsreaktion ungestört ihren Fortgang nimmt.3. Break from work. After the amount of liquid present in the hydrolyzer has expired and the reservoir 22 has been filled with new hydrolyzing liquid, a work break can occur during which the line 23 remains closed and the valves 31 and 32 are partially or completely closed. During the break from work, the material moistened with the hydrolysis liquid is at temperatures from 150 to 195 ° and corresponding vapor pressures, depending on the stage of the process, so that the saccharification reaction continues undisturbed.

Die zeitliche Begrenzung des Zulaufs, des Ablaufs und der Arbeitspause kann in verschiedener Weise erfolgen. Auch können sich die einzelnen Perioden überschneiden, z. B.. kann das Ablaufen des Flüssigkeitsquantums bereits beginnen, bevor der Zulauf ganz beendet ist. Ferner kann während der Arbeitspause noch ein gewisser Ablauf der Würze stattfinden; schließlich kann auch die Arbeitspause ganz in Wegfall kommen, und endlich kann ein Flüssigkeitsquantum eintreten,' bevor das vorhergehende den Hy drolysator verlassen hat.The time limit of the inflow, the expiry and the work break can be done in a number of ways. The individual periods can also overlap, z. B .. the drainage of the liquid quantum can already begin before the inflow is completely finished. Furthermore, a certain process can still occur during the work break the wort take place; after all, the work break can be eliminated entirely, and finally a quantity of fluid can enter before the preceding one Hy drolysator has left.

Beispiel r Anordnung: Versuchsanordnung. Größe des Hydrolysators 5ooo 1 Inhalt.Example r setup: test setup. Size of the hydrolyzer 5,000 1 content.

Angewandt: r ooo kg Holztrockensubstanz, ro cbm Wasser, 4o kg So °/oige Schwefelsäure (= ro cbm o,2o/oige Schwefelsäure), 20 kg Rohphosphat.Applied: r ooo kg dry wood substance, ro cbm water, 40 kg so% Sulfuric acid (= ro cbm o.2o / o sulfuric acid), 20 kg rock phosphate.

Versuchsbedingungen: Zulaufzeit, Ablaufzeit und Arbeitspause betragen je ro Minuten. Gesamtreaktionszeit 6 Stunden. Flüssigkeitsquanten 12 mal etwa 8oo 1. Temperatur ansteigend von 17o bis rgo°.Test conditions: supply time, drain time and work break each ro minutes. Total reaction time 6 hours. Liquid quanta 12 times about 8oo 1. Temperature increasing from 17o to rgo °.

Ausbeute, bezogen auf Holztrockensubstanz: 5o % reduzierender Zucker bzw. 40 % vergärbarer Zucker bzw. 25 1 Sprit aus roo kg Holztrockensubstanz.Yield, based on dry wood substance: 50% reducing sugar or 40% fermentable sugar or 25 liters of fuel from roo kg of dry wood substance.

Konzentration der Würze: 5 °/o reduzierender Zucker, 4 % vergärbarer Zucker. Beispiel e An Stelle von o,2 °/oiger Schwefelsäure wird o,r °/oige Salzsäure verwendet. Im übrigen sind die Versuchsbedingungen unverändert. Die Ausbeuten stimmen mit den Ausbeuten des Beispiels r überein.Concentration of the wort: 5 % reducing sugar, 4% fermentable sugar. EXAMPLE e Instead of 0.2% sulfuric acid, 0.2% hydrochloric acid is used. Otherwise the test conditions are unchanged. The yields agree with the yields of example r.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Device for carrying out the process for intermittent saccharification of cellulose and the like with dilute acids under pressure, according to patent 607 479, characterized by a necessarily coupled water pump and acid pump for preparing the hydrolysis liquid, a mixing device for hot pressurized water and cold acid, a memory or Compensating tank for the ready-made hydrolysis liquid, which allows the hydrolysis liquid to be emptied quickly by means of vapor pressure, a hydrolyser with filter, a neutralizer, air exchanger and throttle. z. Device according to claim r, characterized by a heating device connected upstream of the mixing device by means of steam for the water preheated in the heat exchangers. 3. Apparatus according to claim r, characterized by a downwardly tapering according to the shrinkage of the lignin cake, serving as a hydrolyzer reaction vessel.