FI71959C - Foerfarande foer foerbaettring av cellulosans tillgaenglighet i lignocellulosahaltiga aemnen. - Google Patents

Description

1 71959

Menetelmä selluloosan tavoitettavuuden parantamiseksi ligno selluloosapitoisissa aineissa - Förfarande för förbättring av cellulosans tillgänglighet i lignocellulosahaltiga ämnen 5 Keksinnön kohteena on menetelmä selluloosan tavoitettavuuden parantamiseksi entsyymien ja mikro-organismien (kuten pötsibakteeri) suhteen lignoselluloosapitoisissa aineissa, kuten lehtipuu ja bagassi.

Menetelmät selluloosakomponentin saamiseksi tavoitetta-10 vammaksi mikro-organismeille, entsyymeille ja niiden kaltaisille, lignoselluloosapitoisissa aineissa ovat monien käytännön sovellutusten kannalta tärkeitä.

Niihin kuuluvat esimerkiksi lignoselluloosan käyttäminen eläinrehuna tai sen käsitteleminen entsyymeillä sokerin 15 valmistamiseksi. Aineen monimutkaisesta kemiallisesta rakenteesta johtuen mikro-organismit ja entsyymit eivät kuitenkaan kykene tehokkaasti vaikuttamaan selluloosaan ilman esikäsittelyä. Selluloosan sanotaan olevan "tavoittamaton" entsyymille tai bakteerille. Tätä kuvaa karjan 20 kykenemättömyys sulattaa puuta.

Tämän keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on pienentää selluloosan tavoittamattomuuden ongelmaa lehtipuissa ja viljelyjätteissä kuten bagassissa ja oljissa, ja siten saada selluloosa tällaisissa aineissa tavoitettavammaksi 25 pötsibakteerien, mikro-organismien, entsyymien ja niiden kaltaisten vaikutukselle. Tämä tehdään käyttämällä erittäin tarkkoja operaatioparametreja aineen höyrykeitossa. Nämä olot optimoivat selluloosan tavoitettavuuden. Tämä tavoitettavuus mitataan joko in vitro pötsibakteerin selluloosan 30 sulatuskykynä tai sokerin saantona käsiteltäessä ligno- selluloosaa sellulaasientsyymeillä.

Lignoselluloosat koostuvat kolmesta pääainesosasta: 2 71959 selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä. Selluloosa on suora polysakkaridi, joka on rakentunut gluko-gly-kosidisidoksin. Se on rakenteeltaan suhteellisen hyvin järjestynyt, pseudokiteinen ja niin pitkäketjuinen, että 5 se ei liukene veteen tai laimeisiin happoihin ja alkaliin huoneen lämpötilassa. Selluloosa on solunseinän päärakenneosa ja voidaan eristää kuituina.

Hemiselluloosat ovat ei-selluloosamaisia polysakkarideja.

Ne rakentuvat pääasiassa muista sokereista paitsi glukoo-10 sista, ovat yleensä huonosti järjestyneitä sekä ei-kitei-siä, ja ne ovat selluloosaan verrattuna paljon lyhyempi-ketjuisia. Hemiselluloosia esiintyy läheisesti selluloosan yhteydessä tietyissä solunseinän kerroksissa sekä ligniiniin liittyneenä solujen välissä.

15 Ligniini on luonteeltaan fenolinen aromaattinen polymeeri, joka on rakentunut fenyylipropaaniyksiköistä. Sillä ei ole systemaattista rakennetta. Ligniini esiintyy pääasiassa inkrustiaineena kuitujen välissä ja solunseinän ulommissa kerroksissa.

20 Lignoselluloosa-aineen selluloosa on mikro-organismien, entsyymien ja niiden kaltaisten huonosti tavoitettavissa.

So. mikro-organismit eivät kykene helposti reagoimaan selluloosan kanssa. Tämä johtuu sen läheisestä yhteydessä ligniinin ja hemiselluloosan kanssa solun rakenteessa ja 25 sen voimaakkasti poikkisidoksisesta ja kiteisestä molekyylirakenteesta. Tavoitettavuuden parantamiseksi solu on rikottava ja selluloosa erotettava ligniinistä.

Ennestään tiedetään, että höyrykeitto muuttaa lignosellu-loosien ominaisuuksia. Alkuperäisen ja useimmin viitatun 30 höyrykeittotutkimuksen lehtipuun kaltaisilla materiaa leilla suoritti Mason, ja se heijastuu hänen US-patenteis-taan 1 824221 , 2645633, 2494545, 2379890, 2379899, 2759856.. . Masonin prosesseihin kuului yleensä hidas alkukeitto 3 71959 matalissa lämpötiloissa ligniinin glassinoimiseksi.

Tätä seurasi hyvin nopea paineen nosto ja äkillinen lasku. Paineistetun aineen puhaltaminen reaktorista suukappaleen läpi aiheutti puun defibraation ja tulok-5 sena syntyi "kuohkeaa" kuituista ainetta, jota yleisesti käytetään "Masoniitti"-levyjen valmistuksessa.

Kun Masonin työ kohdistui kuidun säilyttämiseen levyn valmistusta varten, eräät myöhemmistä tutkimuksista höyry-keiton suhteen ovat keskittyneet kuidun rakenteen rikko-10 miseen siten aineen pötsisulavuuden lisäämiseksi. Nämä tutkimukset heijastavat halua lisätä selluloosan tavoitettavuutta, ja siksi niillä on sama tavoite kuin nyt kyseessä olevalla keksinnöllä. Näihin tutkimuksiin ovat osaltansa vaikuttaneet Algeo, Bender, Delong ja Jelks, joihin pala-15 taan myöhemmin. Ensin kuitenkin yleiskatsaus höyrykeittoon.

Kaikissa höyrykeittomenetelmissä vaikuttavat tietyt hyvin tunnetut seikat. Esimerkiksi kyllästetyn höyryn paineella reaktioastiassa on tarkoin määrätty suhde lämpötilaan. Tiedetään myös hyvin, että keittoajan ja lämpötilan vä-20 Iillä vallitsee käänteinen riippuvuussuhde. Siten kun painealue määrätään yhdessä keittoaika-alueen kanssa, lyhyemmät ajat liittyvät korkeampiin paineisiin ja pitemmät ajat alempiin paineisiin.

Algeo (US-patentti 3667961) kuvaa tutkimusta sellaisilla 25 lignoselluloosapitoisilla aineilla kuten mantelinkuorilla ja oljella rehun valmistamiseksi, jossa keitto suoritetaan suhteellisen korkeissa paineissa. Algeo käytti höyry-keittoa ja räjähdyspäästöä samanlaisella laitteistolla kuin Mason säätäen keittoajät siten, että saavutettiin suu-30 rempi lignoselluloosasidosten rikkoutuminen. Syntynyt aine oli rakenteeltaan hienon "sienimäinen".

Algeo kokeili myös joitakin ei-lignoselluloosapitoisia aineita (mantelin sisäkuoria, kahvinmuruja) ja havaitsi 4 71959 paine- ja keittoaika-alueet "hyvin kriittisiksi kullekin aine-erälle" (palsta 11, rivi 56). Hän huomautti, että sulavuuden kannalta hydrolyysireaktion katalysoiminen yli-prosessoi aineen voimakkaasti, ja voi aiheuttaa ei-toivot-5 tavaa sokerin muodostumista. Ts. hän havaitsi, että selluloosan muuttaminen sokeriksi oli tarpeetonta ja itse asiassa haitallista, kun päämääränä oli karjanrehun valmistaminen. Hänen prosessinsa suoritettiin sentähden ilman katalysaattorien lisäystä. Taulukossa 1 on esitetty Algeon 10 ilmeisesti suosittelema alue oijelle , rakenteeltaan ligno-selluloosaekvivalentti lehtipuulle ja bagassille, joita tässä ennemminkin käytetään.

Taulukko 1

Paine Aika 400 psig (28,6 bar) 90 sek 500 psig (35,5 bar) 60 sek

Jelks (US-patentti 3933286) esitti eläinrehun valmistamiseksi kaksivaiheista prosessia, johon ensin kuului hapetus 15 metallikatalysaattorin läsnäollessa ja sitten hydrolyysi happokatalysaattorilla. Molemmat reaktiot tapahtuivat matalissa paineissa kohtuullisilla keittoajoilla. Hän havaitsi että hapetuksen seurauksena rikkoutui osa "ligniini-selluloosasidoksista" ja osa selluloosamolekyyleistä pilk-20 koutui. Hydrolysaatio muutti sitten osan hapetuksessa tavoitettavaksi tulleesta selluloosasta sakkarideiksi ja sakkaridihapoiksi. Hän huomauttaa, että hapetusvaihe ennen hydrolysaatiota olennaisesti lisäsi sakkaridifikaatiota. Jelks1in tutkimus on Algeon kritisoimien aiempien hydro-25 lyysiyritysten laajennus. Pikemminkin kuin yksinkertaisesti lisäsivät tavoitettavuutta, nämä tutkijat suorittivat täyden hydrolyysin sokeriksi. Pääasiallinen myötävaikutus Jelks’in työssä oli metallikatalysoidun hapetuksen hyödyllisten vaikutusten kuvaaminen hydrolyysin apuna. Taulukossa 30 2 on esitetty hänen olosuhteensa.

5 71959

Taulukko 2 Lämpötila Paine Aika

Hapetus 105-110°C 150 psi (10 bar) 15-20 min.

Hydrolysaatio 180°C 135-150 psi (9-10 bar) 3-7 min.

Bender (US-patentti 4136207) kuvasi matalapaineista pitkää höyrykeittoprosessia käyttäen jatkuvasyöttöistä ja päästöistä reaktoria. Hän mainitsi matalamman paineen, joka sallii kevyemmän laitteiston, taloudelliset edut, mutta 5 totesi kuitenkin että höyrykeittoa voidaan käyttää täydellä painealueella. Hän havaitsi myöskin, että kemiallisten reagenssien käyttö oli tarpeetonta. Taulukossa 3 on esitetty hänen suosittelemansa ajat haapapuulle, aineelle joka hyvin paljon muistuttaa olkea.

Taulukko 3

Paine Aika 210 psig (15,5 bar) 1200 sek 250 psig (18,2 bar) 300 sek 10 Bender varoitti, että tämän pitempi keitto saattaisi johtaa ylikeittoon ja sen seurauksena saannon alenemiseen. On mielenkiintoista huomata, että Bender esittää hapetuksen, jonka Jelks havaitsi auttavan hydrolyysia, itse asiassa laskevan sulavan aineen saantoa, siten kuvaten perus-15 erimielisyyksiä tämän yleisen teknologian tekniikan tasoon liittyen.

Äskettäin Delong (GB-hakemus 2941.7/78), jätetty 11.7.1978, julk. 17.1.1979 GB-hakemusjulkaisu 20Q0822A) on ehdottanut Mason-tyyppistä höyryräjähdysprosessia ligniinin, hemisel-20 luloosan ja selluloosan välisten sidosten katkomiseen juuri tässä tarkoitettuja suositeltuja rehuaineita varten, haapalastuille, oletettavasti selluloosan ja hemisellu-loosan saamiseksi helpommin tavoitettavaksi sekä pötsibak-teereille että entsyymeille. Hänen aineensa näyttää 25 "ruukkumullaita" ja "uppoaa kuin kivi veteen".

6 71959

Delong ehdotti ensisijassa fysikaalista selitystä parantuneelle tavoitettavuudelle, so. koska selluloosa pehmenee 230°C lämpötilassa, ja kun puu räjäytetään tällaisessa pehmenneessä tilassa, kuiturakenne yksinkertaisesti tuhou-5 tuu siten avaten selluloosan ja hemiselluloosan niiden luokse pääsemiseksi.

Delong huomasi että keitto 230°C:ssa tai sen yli edistäisi ainoastaan hemiselluloosan ei-toivottavaa hydrolyysia. Delong väitti että Algeo oli olennaisesti ylikeittänyt 10 aineensa aiheuttaen "voimakkaan hemiselluloosan fermentaa-tioarvon alentumisen". Delongin ilmoitettu tavoite oli tehdä selluloosa hyvin tavoitettavaksi samalla minimoimalla tämä hemiselluloosan hydrolyysi, ja oletettavasti tämä piti tehdä nostamalla lämpötila niin nopeasti kuin mahdol-15 lista kriittiseen pehmentymispisteeseen ja sitten välittömästi räjäyttämällä aine.

Delong päätteli kokeellisesti, että parhaat saannot saatiin, kun massan lämpötila (mitattuna määrittelemättömällä anturilla, joka ulottui lastumassaan) saavutti 238°C.

20 Tämä saatiin aikaan lisäämällä 650 psi (45 bar) höyryä (kyllästymislämpötila 258,4°C) reaktoriin. Bender huomautti vastakkaisesti (minkä tämän keksijän tutkimukset voivat vahvistaa), että tällaiset anturilämpötilat itse asiassa kuvaavat vain kyllästetyn höyryn lämpötilaa reaktorissa, 25 eikä Benderin jatkuvassa prosessissa käytetty mitään läm-pöanturin ja aikojen vastaavia riippuvuuksia. Siinä missä aikaisemmat tutkijat olivat ehdottaneet stabiilia keittoa, Delong ehdotti räjäyttämistä ennen stabiilin tilan saavuttamista. Nyt kyseessä olevassa keksinnössä vältetään sel-30 västi tällaiset lämpömittauksen epätarkkuudet käyttämällä suoraviivaisempaa tekniikkaa, mittaamalla ainoastaan reaktorin kyllästetyn höyryn paine.

Algeolla ja Benderillä on sama tavoite kuin tämän keksinnön 35 keksijällä sekä myös tiettyjä samankaltaisuuksia lähesty- 7 71959 inistävässä, so. sekä Algeo että Bender pyrkivät saamaan puun selluloosakomponentin tavoitettavammaksi, niin että saatua ainetta voidaan edelleen käsitellä esim. entsyymeillä tai pötsibakteereilla. Tästä syystä Algeo ja Bender 5 muodostavat relevantin tekniikan tason siinä, että heidän työnsä koskee luonnonpuun käsittelyä selluloosan tavoitettavuuden parantamiseksi. Vaikka myös Delongilla oli tämä sama tavoite, hän otti ehdottoman lähestymistavan, minkä tarkoituksena oli välttää kaikkia stabiileja lämpö-10 tilaolosuhteita, koska Delong spesifisesti yritti välttää kaikkinaista lämpöhydrolyysia (kts Delong s. 3, rivit 10- ). Delong, joka on ajallisesti läheisin näistä kolmesta asiaan liittyvästä viitteestä, oleellisesti ohjasi pois lämpöhydrolyysin aiheuttamisesta, eikä missään ta-15 pauksessa esittänyt, kuinka spesifinen reaktio voitaisiin varmistaa keittoajalla, joka on reaktoripaineen toistettava funktio. Tästä syystä Algeon ja Benderin aikaisemmat esitykset näyttävät muodostavan relevanteimman tekniikan tason, vaikkakin ainoastaan nyt kyseessä olevassa keksin-20 nössä on tarkasti käsitetty kuinka stabiili, lämmön aiheuttama osittaishydrolyysimekanismi voi johtaa selluloosan tavoitettavuuden optimointiin, mikä sopivimmin mitataan glukoosisaannolla, kun ainetta käsitellään kaupallisella sellulaasientsyymillä tarkoin kontrolloiduissa olosuh-25 teissä. Keksintöä kuvataan seuraavaksi yllättävien tulosten selittämiseksi eri esimerkeillä ja graafisilla esityksillä siitä, kuinka glukoosisaanto lisääntyy yllättävään optimiin, ja kuinka keksityn mekanismin tarkka paramet-rointi johdettiin.

30 Toisin kuin Delongin, Benderin, Algeon ja tämän keksinnön yhteinen tavoite, tietyt aikaisemmat tutkijat eivät yrittäneet lisätä selluloosan tavoitettavuutta, vaan pikemminkin selvänä ja erillisenä päämääränä oli hemisellulooj·, san pilkkominen ksyloosin, ja selluloosan pilkkominen 35 glukoosin valmistamiseksi. Toisin sanoen tämä keksintö tähtää ehdottomaan "esikäsittelytavoitteeseen", ja siinä 8 71959 määritellään joukko reaktioparametrejä siten, että selluloosa tulee mahdollisimman tavoitettavaksi kaiken muotoiselle jälkeiselle käsittelylle. Esimerkkeinä jälkikäsittelystä ovat entsyymien käyttäminen esikäsittelyn 5 selluloosan hajoittamiseksi glukoosiksi, tai yksinkertaisesti esikäsitellyn aineen käyttäminen suoraan eläinre-huna, missä seuraava hajoaminen tapahtuu in vivo bakteerien avulla eläimen vatsassa.

10 Hess et ai. (US-patentti 3212932) kuuluu tyypilliseen epärelevanttiin tekniikan tasoon, mikä pyrkii tuottamaan suoraan glukoosia, ja mekanismilla, jossa käytetään konsentraatioltaan suhteellisen suuria mineraalihappoja, brutaalisti hajottamaan kaikki puurehun aineosat. Tämä 15 keksintö päinvastoin (ja kuten myös Delong huomauttaa sivulla 2, rivit 16-22) välttää tällaista karkeaa happo-hydrolyysia, koska tässä keksinnössä näytetään, että on suositeltavaa hydrolysoida vain suhteellisen tavoitettava hemiselluloosa siihen pisteeseen, missä hemiselluloosan 20 hajoamistuotteet eivät vuorostaan käänteisesti vaikuta selluloosan tavoitettavuuteen. Hess et ai. käyttävät kaksivaiheista happohydrolyysia, ensimmäistä vaihetta hemiselluloosajohdannaisksyloosin saamiseksi, ja toista vaihetta selluloosajohdannaisglukoosin saamiseksi.

25 Ensimmäisessä vaiheessa hienojakoinen puu sahanpurujen tai lastujen muodossa sekoitetaan suhteessa 1:1 - 1:3 käsittelynesteeseen, jonka rikkihappokonsentraatio on pienempi kuin 0,3% ja suositeltavasti nolla. Sitten tämä "seosliemi" keitetään, suositeltavasti taulukon 4 30 olosuhteissa.

Taulukko 4

Paine Aika 250 psig (18,2 bar) 600 sek 600 psig (42,4 bar) 18 sek 9 71959

Kun tämä Hess et ai1 in ensimmäinen keittovaihe oli suoritettu, paine laskettiin nopeasti "salamalaskuna". Tämä, Hess et ai. esittävät, aiheutti hydrolyylsireak-tion päättymisen ja minimoi ligniinin hajoamistuotteiden 5 muodostumisen sekä poisti etikkahapon ja muut orgaaniset haihtuvat aineet, joita reaktiossa oli muodostunut.

Delong vahvisti tämän vaikutuksen Mason-tyyppisessä rä-j ähdysreaktorissaan.

Päinvastoin kuin edellä, tätä keksintöä ei ensinnäkään 10 suoriteta "liemessä", vaan käytetään höyryn ympäröimiä kuivia lastuja, ja toiseksi Hessin paine-aikaparametrit eivät ole alueella, joka tälle keksinnölle on esitetty kuvissa 2 ja 3.

Seuraavaksi Hess et ai. esittävät jäännöksen (taulukosta 15 4) jatkokäsittelyä 0,5% rikkihappoliuoksella muodostunei den sokerien poistamiseksi. Kiintoaine sekoitetaan sitten toiseen käsittelyliuokseen, joka happokonsentraatioltaan on 0,3-3%, ja keitetään ankaremmissa oloissa, jotka on esitetty taulukossa 5.

Taulukko 5

Paine Aika 400 psig (28,6 bar) 600 sek 800 psig (56,2 bar) 18 sek 20 Toisen vaiheen hydrolyysin tarkoituksena on muuttaa jäljellä oleva selluloosa glukoosiksi.

Siten, kun tällä keksinnöllä samoin kuin Algeolla, Bende-rillä ja Delongilla on perimmäinen tavoite lisätä selluloosan tavoitettavuutta pötsibakteerien (tai entsyymien) 25 suhteen, Hess et ai.:11a oli kokonaan eri päämäärä eli glukoosin ja ksyloosin hydrolyysisaannon maksimointi.

Kuva 1 esittää Algeon ja Benderin suositellut keittoajät. Delong toisaalta oletti, että tavoitettavuus oli nopean , t 10 71 959 paineenlaskun fysikaalinen tulos. Delong ehdotti lyhytaikaista kuumennusta jota välittömästi seurasi höyryrä-jähdys siten minimoidakseen hydrolyysin, ja koska tämä vastaisi stabiilikeittoaikaa "0", se on myös esitetty 5 kuvassa 1.

Höyrykeittoon sisältyvien mekanismien ymmärtäminen tulisi olla keskeistä yrityksissä parantaa perusprosessia. Tekniikan tasoon liittyen näistä mekanismeista ei vallitse laajaa yksimielisyyttä. Keksijä on sentähden kehittänyt 10 oman kuvauksensa prosessista. On kuitenkin ymmärrettävä, että nyt kyseessä oleva keksintö ei rajoitu alla postuloi-tuihin mekanismeihin.

Kun höyrykeitto alkaa hemiselluloosat välihydrolysoitu- vat suhteellisen suuriksi oligosakkarideiksi. Hemisellu- 15 loosien asetyyliryhmät hydrolysoituvat myös etikkaha- poksi.-Tämä happo toimii katalysaattorina jatkohydrolyy- sille. Kun oligosakkaridit ovat muodostuneet, seuraavat reaktiot muuttavat ne joukoksi hajoamistuotteita. Tämä k1 k2 k3 voidaan symbolisoida kaaviolla A -» B -> C -> D, 20 missä A on alkuperäinen selluloosa ja B välioligosakkaridi. Reaktio k1 poistaa hemiselluloosan tehokkaasti solurakenteesta. Tämä poistuminen yhdessä defibraation kanssa (esim. räjähdyksellä tai hajottamalla) parantaa selluloosan tavoitettavuutta. C esittää primaarisia hajoamistuotteita ku-25 ten furfuraalia. Oligosakkaridihajoaminen k2 C:ksi alentaa mahdollisia oligosakkaridijohdannaispentoosisokeri-en saantoja. Reaktiossa k3 furfuraali näyttää kondensoituvan ligniinin reaktiivisiin asemiin. Modifioitu ligniini tarttuu selluloosaan "hatun" tai membraanin muodossa, 50 mitä esittää D. Tämä tarttumisvaikutus aiheuttaa jyrkän pudotuksen selluloosan tavoitettavuudessa. k1, k2 ja k3 ovat reaktiomäärät kussakin vaiheessa. Näiden reaktioiden aikana selluloosa säilyy suhteellisen vaikuttamattomana. Tarvitaan paljon pitempiä aikoja tai ankarampia 55 olosuhteita, jotta mitään olennaista selluloosan hydro- 71959 hydrolyysia tapahtuisi.

Kuva 2 esittää kuinka selluloosan tavoitettavuus, mitattuna aineen glukoosisaantona, entsymaattisessa hydro-lyysissä vaihtelee keittoajan mukaan. Alussa tapahtuu 5 nousua hemiselluloosan muuttuessa oligosakkarideiksi, sitten huipun jälkeen seuraa pudotus tarttumisvaikutuksen ollessa vallitseva. Testit glukoosisaannosta ja in vitro selluloosan sulavuudesta (IVCD), mitta selluloosan sulavuudesta pötsibakteerille, suoritettiin aineelle, joka 10 keitettiin erilaisissa paineissa. Kuva 3 esittää, kuinka optimaalinen keittoaika vaihtelee paineen ja Ts:n, kyllästetyn höyryn lämpötila reaktoripaineessa, mukaan. Huomautettakoon, että Ts ei ole "keitto"-lämpötila (minkä määrää höyryn osapaine). Kuitenkin se sopii erinomaisen 15 hyvin koetuloksiin ja on kokeellisesti sopiva, paineen ollessa helpoimmin ja täsmällisimmin mitattava ominaisuus. Optimaaliseksi keittoajaksi (sek), kun Ts (°C) on vakio ajan suhteen, annetaan seuraava: ,250-TSv te = 81 x 2 10 } (1) 20 Koetulokset aika-alueelle, jolla voidaan saada 85% optimaalisesta glukoosisaannosta (kuten kuvassa 1 on esitetty), on piirretty kuvaan 2, ja ne voidaan ilmaista seuraavasti: ,250-Ts* ,250-Tsv 43 x 2 1 10 ' < te < 135 x 2 1 10 ' (2) ja suositeltavin, keskimäärin 90 % optimaalinen glukoosi-saanto voidaan esittää seuraavasti: ,250-TSy ,250-Ts, 58x2' 10 < te < 115 x 2 ' 10 (3) 25 Nämä koepisteet - ja kaavat (1), (2) ja (3) - esittävät suoraa (kuten kuvaan 3 on piirretty), joka aivan oikein seuraa sitä tunnetusta seikasta, että hiilihydraatti-hydrolyysin määrän tulisi kaksinkertaistua 10°C välein, 12 71 959 odotettavissa olevaa suoraa.

Sekä kuvissa 1 että 3 esitetään graafisesti, kuinka tässä keksinnössä esitetyt aika/paineparametrit poikkeavat Algeon ja Benderin esittämästä alueesta.

5 Tämä keksinnön toinen kohde syntyi suoritetuista jatko-kokeista, joissa yritettiin vähentää tarttumisvaikutus-ta, jota reaktiokinetiikassa esittää D. Edellytetty reaktiomekanismi ilmaisee tämän olevan hyödyllistä.

Kuten yllä on huomautettu, Hess (ja Delong) esittivät että ligniinin hajoamistuotteiden muodostumista voitiin minimoida yksinkertaisesti paineenlaskulla ilmakehään (tai salamalaskulla). Kuitenkin tämän keksijä havaitsi, että jos furfuraali ja muut haihtuvat aineet puretaan juuri ennen paineenlaskua ilmakehään, saadaan yli 15 30% parannus rehun hyötysuhteeseen verrattuna Hess et ai.:in ehdottomaan tekniikkaan, johon ei kuulu purkamista. Tämän keksijän mielestä Hessin mukainen yksinkertainen "salamalasku" välttämättä reaktiossa muodostuneiden haihtuvien aineiden läsnäollessa itse asiassa myötä-20 vaikuttaa lignoselluloosan hajoamistuotteiden syntymiseen. Tässä keksinnössä osoitetaan odottamaton tulos silloin kun tällaiset haihtuvat aineet poistetaan purkamalla juuri ennen reaktorin salamalaskua, koska on keksitty, että syntyvien hajoamistuotteiden taso siten olennaisesti 25 laskee, so. eläinrehun tehokkuustestit osoittavat keskimäärin 34 % nousua, kun haihtuvat aineet näin puretaan, verrattuna testeihin joissa haihtuvia aineita ei ole purettu (kts. jäljempänä taulukko 6).

Tämän keksinnön kolmas kohde saa alkunsa keksijän siitä 30 oivalluksesta, että olisi myös edullista kiihdyttää hemiselluloosan hydrolyysinopeutta suhteessa hajoamis-vaiheisiin k2 ja k3. Tällä oivallettiin olevan mahdolMr-n ^ siä etuja. Ensiksikin selluloosan tavoitettavuudet 13 71 959 saattaisivat parantua johtuen tarttumisen suhteellisesti pienemmästä määrästä. Toiseksi oligosakkaridien hajoaminen saattaisi rajoittua samalla kun selluloosa säilyttäisi hyvän tavoitettavuuden. Keksijä havaitsi, että tällaiseen 5 kiihtymiseen voitiin vaikuttaa täydentämällä puun luonnollisia happoja odottamattoman keittoajän (te) parametroin-nin mukaan.

Kuva 4 esittää happokatalysaattorin lisäämisen vaikutuksen optimaalisiin glukoosisaantoihin. Tämä tarjoaa selvästi 10 suuria parannuksia, ja uskotaan että syyt hätkähdyttävästi suurempiin tavoitettavuuksiin ovat kaksinaisia. Ensiksi tulee hemiselluloosan hydrolyysin katalyyttinen vaikutus. Toiseksi happo näyttää alentavan selluloosan polymeraatioastetta.

15 Optimaalisten keittoaikojen havaittiin olevan melko hyvin hallittavissa seuraavalla kaavalla: «1 ,250-Ts.

te = -—-—— x 2 1 10 ' (4)

(1+80AC)U,D

missä AC on sen rikkihapon ekvivalenttikonsentraatio, joka jää lignoselluloosarehukuituihin, painoprosenttina lignoselluloosasta titraamalla lastuaine happokäsittelyn 20 jälkeen. Kun keittoajat pidetään alle ,250-Ts.

te < --- -n- V x 2 ' 10 ’ (5) (1+2AC) ' saannot pysyvät suhteellisen korkeina ja selluloosan hyd-rolyysi pysyy minimissä. Selluloosan olennainen hydro-lyysi ilmaisee korkean yliprosessointiasteen tavoitettavuuden kannalta. Huomautettakoon että vakiotekijä R 25 voidaan valita 2 ja 80 väliltä ja korvata AC:n kertoimeksi kaavoissa (4) ja (5), ja silti kuvata happovaiku-tusta.

14 71 959

Kuva 1 on puolilogaritminen esitys suositelluista reak-toripaineista (psig.) keittoajan funktiona (sek) tämän keksinnön mukaisesti yhdessä kahden tekniikan tason viitteen kanssa, 5 Kuva 2 on puolilogaritminen käyrä 400 psig (28,6 bar) glukoosisaannosta (paino% alkuperäisen puun glukoosista) keittoajan funktiona,

Kuva 3 on puolilogaritminen esitys optimaalisen selluloosan tavoitettavuuden reaktoripaineista keittoajan 10 funktiona,

Kuva 4 on puolilogaritminen esitys 670 psig (47,2 bar) glukoosisaannosta happokonsentraation (AC) funktiona,

Kuva 5 on kaaviokuva tämän keksinnön suorituslaitteis-tosta, ja 15 Kuva 6 on esimerkki reaktoripaineen vaihtelusta keitto-ajan mukaan.

Ylläolevien havaintojen perusteella tämän keksinnön keksijä on kehittänyt kolme spesifistä parannusta ligno-selluloosa-aineiden höyrykeittoon. Ensimmäisenä kohteena 20 käytetään tarkoin määriteltyä kaavaa spesifioimaan optimaalinen keittoaika selluloosan maksimitavoitettavuudelle. Toiseen parannukseen kuuluu haihtuvien aineiden purkaminen ennen paineenlaskua ilmakehään. Kolmas parannus käsittelee happokatalysaattorien lisäämistä saantojen 25 parantamiseksi.

Keksinnön suositellussa suoritusmuodossa lignoselluloosa-raaka-aine tulisi valmistella siten, että mahdollistetaan helppo käsittely kuljettimissa, säiliöissä jne. Kun kyseessä on puu, kaupallisista hakettimista saatu hake on is 71959 sopivaa. Lignoselluloosarehu voi esimerkiksi muodostua lehtipuukappaleista, jotka pakataan irtonaisesti reaktoriin, puun ollessa noin 2,5 sm pitkän ja 0,3 sm paksun hakelastun muodossa. Kun kyseessä on olki, on korret 5 suotavaa pilkkoa tasaisiksi 5-8 sm kappaleiksi.

Kaaviokuva tyypillisestä prosessilaitteistosta, joka soveltuu tämän keksinnön käytännön suorittamiseen, esitetään kuvassa 5, ja se on esimerkiksi samanlainen kuin se, mitä Delongin GB-patentti kuvaa, ja se on liitetty 10 tähän referenssiksi tätä tarkoitusta varten.

Tämän keksinnön ensimmäiseen kohteeseen liittyen syötetään aine ruuvikuljettimella 1 tai muulla laitteella syöttösäiliöön 2 ja sitten ladataan tuloventtiiliin 3 kautta reaktoriastiaan 4. Kun reaktori on täynnä, sulje-^5 taan tuloventtiili 3 ja korkeapainehöyryä johdetaan suoraan reaktoriin höyryventtiilistä 5, josta se jaetaan useisiin tuloaukkohin, jotta varmistetaan höyryn tasainen tunkeutuminen raaka-aineeseen. Reaktori täytetään höyryllä niin nopeasti kuin mahdollista, suositeltavasti 20 15 sekunnissa, reaktioastian nostamiseksi suositeltuun käyttöpaineeseen. Kun käyttöpaine paineilmaisimessa 11 on saavutettu, käynnistetään keittoaika-ajastin 6. Höyryventtiili 5 säätää automaattisesti paineen ennalta määrättyyn arvoon keittoajan kuluessa. Kun valittu keitto-25 aika on kulunut, avataan poistoventtiili 7, ja aine poistetaan räjähdysmäisesti sykloniin 8. Keiton kestoaika te valitaan siten, että te kaavan (2) mukaisesti on: ,250-Ts, ,250-Ts, 43 x 2 10 ' < te < 135 x 2 ' 10 } (2) Lämpötila Ts on ekvivalentti kyllästetyn höyryn lämpötilalle mittarin 11 ilmaisemassa paineessa. Tästä syystä, 30 kuvassa 3 ordinaatta-arvo, reaktiopainetta (psig, bar) t h 71959 käytettiin Ts:n (°C) johtamiseen huolimatta siitä, mitkä osapaineet olivat alunperin läsnä ilmasta tai puukompo-nentin haihtuvista aineista. Jos reaktori paineistetaan eri tavalla kuin edellä kuvattu, esimerkiksi lisäämällä 5 haihtumatonta kaasua, Ts pitää säätää kuvastamaan ekvivalentteja keitto-oloja käytettäessä edellämainittua menetelmää. Ellei reaktoripainetta pidetä vakiona keiton ajan, keittoaika t valitaan väliltä t. < t < t0, missä t^ on määritelty 85 % optimaaliselle glukoosisannolle 1° seuraavasti: t1 T -250 f 2' 10 'dt = 43 (6) o ja t2 seuraavasti t, T -250 / 2' 10 'dt = 135 (7) o missä T on kyllästetyn höyryn muuttuva lämpötila vas-täten muuttuvia reaktoripaineita, ja annetaan ajan t funktiona.

15 Samalla tavalla suositellumpi suoritusmuotoalue etsii keskimääräisesti 90% optimaalisen glukoosisaannon, missä t^ < t^ < tc < t^ < t2/ ja yhtälö (6) intergoidaan arvoon 58, ja yhtälö (7) integroidaan arvoon 115.

Yhtälöt (6) ja (7) ovat yksinkertaisesti aikaintegraati-20 oita, jotka perustuvat suoraan yhtälöön (2), ja niissä vaaditaan T variaatio ajan funktiona annetuksi.

Keksinnön toisessa muodossa tuote syötetään reaktoriin täsmällleen ensimmäisen muodon mukaisesti, mutta määrätyn ajan kuluttua haihtuvat kaasut puretaan reaktorista 17 71 959 avaamalla venttiili 9. Tämä purkujakso tulisi suorittaa siten, että reaktoripaineen annetaan pudota ainakin 100 psig (8 bar) 10-15 sekunnin ajassa. Kun esivalittu alennettu paine on saavutettu, suljetaan venttiili 9 5 nopeasti ja venttiili 7 avataan. Aine poistetaan sitten sykloniin 8. Keittoajat määrätään yhtälön (5)mukaan. Puretut kaasut kondensoidaan kondensoijassa 10. Tyypillinen kuvio paineprofiilista, jota käytetään keksinnön purkumuodossa, esitetään kuvassa 6.

10 Tämän keksinnön keksijä havaitsi, että johtuen veden, furfuraalin ja erilaisten haihtuvien aineiden välille muodostuneesta atseotroopista, höyryä ei voida ottaa talteen ja palauttaa reaktoriin, mikä on täysin vastakkainen tulos verrattuna Benderin esittämään oletukseen 15 mahdollisesta "uudelleenkierrosta".

Tämän keksinnön kolmannessa muodossa puun luonnollisia happoja täydennetään lisäämällä pieniä määriä mineraali-happoja esim. rikkihappoa. Nämä hapot voidaan lisätä substraattiin millä tahansa sopivalla tavalla. Hapon 20 nettoabsorptio aineeseen tulisi suositeltavasti olla välillä 0,1 - 1,0 paino% lignoselluloosasta. Ligno-selluloosaa keitetään sitten kuten ensimmäisen muodon suositellussa suoritusmuodossa, paitsi että keittoaika määrätään yhtälöstä (5) ,250-Ts* tc < -—- x 2l 10 ' (5) (1 +2AC) 0/5 25 tai, ellei reaktoripainetta pidetä vakiona keiton ajan, arvosta t < t0, missä t„ määritellään implisiittisesti seuraavasta: . .i' is 71959 fc2 o 5 (Ts-250) / (1+2AC) ' 2' 10 1 dt = 135 (8) Tämä yhtälö on yksinkertaisesti aikaintegraatiO/ joka perustuu suoraan yhtälöön (5), ja samoin oletetaan, että Ts:n aikamuuttumista valvotaan.

Keksinnön menetelmä voidaan myös suorittaa jatkuvalla tai 5 puolijatkuvalla tavalla. Tärkeää tässä keksinnössä on keit-toaikasuhde, ei syöttö- tai poistotekniikka.

Esimerkki 1

Ensimmäinen muoto: Yksityiskohtainen keittoaikojen määrittely ja käsittelyrajojen laajennus 10 6 kg (uunikuivia) haapalastuja ladattiin suoraan 0,3 m koereaktoriin. Reaktioastia suljettiin tiiviisti, ja reaktorin täyttämiseksi ja sen nostamiseksi ennaltamäärättyyn käyttöpaineeseen siihen johdettiin suoraan kyllästettyä höyryä.

15 Käyttöpaineen saavuttamiseksi tarvittiin suunnilleen 15 sekunnin täyttöaika.

Kun käyttöpaine oli saavutettu, käynnistettiin keittoaika-ajastin. Keittoajan kuluessa paine säädettiin automaattisesti haluttuun paineeseen höyrynsyöttöventtiilillä.

20 Lastuja keitettiin ennalta määrätty keittoaika erilaisissa vakiopaineoloissa, ja tämän ajan päätyttyä suljettiin höyrynsyöttöventtiili ja avattiin poistoventtiili auto-mattisesti. Sisällön paine laskettiin välittömästi ja räjähdysmäisesti ilmakehän paineeseen, ja sisältö syötet-25 tiin syklonierottimeen, missä läsnäolevat höyryt ero- ' ] tettiin. Räjäytetty puu kerättiin säiliöön, punnittiin ja pakattiin. Otettiin näytteitä seuraaviin prosesseihin ja kokeisiin. Tämä toistettiin laajalla painealueella - 19 71 959 suorittaen keskimäärin 10 keittoa painealuetta kohti.

Viisi grammaa (uunikuivaa) räjäytettyä puuta yhdistettiin 9:ään kansainväliseen yksikköön (IU) selluloosaentsyymiä ja yhtä suureen määrään sellobiaasientsyymiä. Käytetyt 5 entsyymivalmisteet olivat Celluclast 100L ja Cellobiase 250L. Seos täydennettiin 100 g:ksi asetaattipuskurilla ja pantiin pyörivään ravistimeen 24 tunniksi huoneeseen, jonka lämpötila pidettiin 50°C:ssa.

Hydrolysaatista otettiin näytteet ja sen glukoosi ja ksy-^ loosisokerit tutkittiin käyttäen korkeapainenestekromato-grafia. Sokeritulokset ilmoitettiin prosenttina reaktoriin ladatusta uunikuivasta alkuperäisestä puusta.

Näytteet testattiin myös in vitro selluloosan sulavuuden suhteen käyttäen standardimenettelyjä ja pötsimikrofloraa, 1 ^ joka oli saatu kontrolliruokitusta fistuloidusta lehmästä.

IVCD ja glukoosisaannon testitulokset kussakin paineessa esitettiin graafisesti. Kuvassa 2 esitetään tulokset 400 psig (28,6 bar) testeistä, ja koepisteet, jotka vastaavat optimaalista aikaa kullekin reaktiopaineelle, on 20 esitetty kuvassa 3. Kuva 1 on johdettu kuvista 2 ja 3 ja esittää 85% optimihyväksyttävyyttä yhtälön (2) määritelmän mukaan sekä suositeltua 90% optimisaatioaluetta yhtälön (3) määritelmän mukaan.

Esimerkki 2 25 Toinen muoto: Haihtuvien aineiden kondensaatio

Valmistettiin riittävä määrä räjäytettyä puuta viiden lampaan ruokkimiseksi 70 päivän ajan käyttämällä täsmälleen samanlaista menetelmää kuin esimerkissä 1 on esitetty 560 psig (39,6 bar) käyttöpaineelle. Vertailutarkoituk-30 sessa suoritettiin samanlainen koe käyttäen purkamista ja kondensaatiokiertoa kuvan 6 mukaisesti.

20 71 95 9 Tässä tapauksessa keittoaika määrättiin käyttämällä yhtälöä (1).

Räjäytetty puu yhdistettiin kussakin tapauksessa täydelliseksi annokseksi, johon sisältyi puuta, heinää, ohraa, 5 soijaa, melassia, mineraaleja sekä ureaa. Annos koottiin siten, että räjäytetty puu muodosti 50% kokonaisannok-sesta (kuiva-aineesta), ja syötettiin lampaille vapaasti ruokinta-alueella. Lampaat punnittiin ennen koetta ja sen jälkeen ja myös kulutetun rehun määrää seurattiin.

10 Ruokintakokeet suoritettiin käyttämällä sekä purettua että ei purettua prosessiainetta. Tulokset ruokintako-keesta on esitetty taulukossa 6.

Annokset, joista haihtuvat aineet oli poistettu ja konden-soitu, johtivat lampaiden suurempaan painon nousuun. Re-15 hun hyötysuhde oli myös merkittävästi parempi.

Taulukko 6

Koe 1 Koe 2 (ei purettu) (purettu)

Lampaiden lukumäärä 5 5

Alkupaino (kg) 34,7 40,6

Loppupaino (kg) 40,7 51,7

Painon kok. lisäys (kg) 6,0 11,1

Keskim. lis. päivässä (g) 142 264

Lisäys % ruumiinpain. (%) 3,8 4,4

Rehu/kg lisäys (kg) 10,2 7,6 Nämä tulokset osoittavat, että puretun höyrykeitetyn puun tavoitettavuus on suurempi kuin purkamattoman höyry-keitetyn puun ja, kuten aikaisemmin on huomautettu, rehun tehokkuus lisääntyi keskimäärin 34%. Ligniinin reak-20 tiivisuudesta suoritettiin myös alustavia kokeita, ja näyttää siltä, että syntynyt ligniini oli myös reaktiivi-sempaa, kun haihtuvat aineet oli poistettu ja konden-soitu juuri ennen salamalaskua tai paineenlaskua ilmakehään.

21 71959

Esimerkki 3

Kolmas muoto: Mineraalihappokatalysaattorin lisääminen

Suoritettiin sarja kokeita upottamalla poppelilastuja rikkihappokylpyyn noin kahdeksi päiväksi. Absorboitunut 5 happo mitatiin titraamalla NaOH:lla ja määrä vaihteli välillä 0/05% - 0,54% puun kuivapainosta.

Hapotetut lastut prosessoitiin käyttäen höyryräjähdys-menetelmää täsmälleen samalla tavalla kuin esimerkissä 1. Kuvassa 4 on esitetty graafisesti teoreettinen glukoosin 10 maksimisaanto ja todellinen glukoosisaanto mitattuna happokonsentraation funktiona. Huomattakoon melkein kolminkertainen saannon lisäys suurissa konsentraatioissa. Happokatalysaattorin havaittiin myös lyhentävän optimaalisia keittoaikoja ja pienentävän pentoosihäviöitä 15 approksimaatiosuhteiden mukaisesti, jotka edellä on esitetty yhtälöillä (4) ja (5), yhtälön (4) sopiessa erittäin hyvin mittaustuloksiin ja yhtälön (5) esittäessä hyväksyttävää vaihtelualuetta. Huomattakoon, että nimittäjä yhtälöissä (4) ja (5) voidaan esittää (1 + £rJac)^'^, 20 vakio R valittuna 2 ja 80 väliltä, niiden sovittamiseksi progressiivisesti lähemmäksi mittauspisteitä. Sanottu happolisäysvaihe voidaan myös sopivasti suorittaa kaasuti-lassa rikkidioksidilla esimerkiksi ennen tai yhtä aikaa höyryn syötön kanssa siten aiheuttaen halutun hapon muo-25 dostumisen suoraan reaktiolla rehuaineen sisältämän veden kanssa.

Claims (10)

22 71 959

1. Menetelmä selluloosan tavoitettavuuden parantamiseksi lignoselluloosapitoisissa aineissa, kuten lehtipuissa, bagassissa ja niiden kaltaisissa, pötsibakteerien, entsyymien, mikro-organismien ja niiden kaltaisten suhteen, jossa menetelmässä hienojakoistettu lignosellu-loosapitoinen aine keitetään painehöyryllä ja paine keittovaiheen lopussa poistetaan, sekä optimoidaan keitto-aikojen (tc) alue, joka keittoaika vastaa keittimessä vallitsevia todellisia, keittojakson aikana mahdollisesti muuttuvia paineolosuhteita, ja millä saadaan selluloosa avoimemmaksi näiden mikro-organismien tai entsyymien vaikutukselle mitattuna niiden reaktion nopeudella tai laajuudella, johon menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: a) lignoselluloosapitoisen aineen syöttäminen hienonnetussa muodossa painekeittimeen, ja b) paineistetun höyryn tuominen astiaan paineennosto-vaiheen aikana, niin että saavutetaan 250 - 1000 psig (18 - 70 bar) välillä oleva paine, jolloin kei-tinpaine seuraa määrättyä aikatekijää, sekä c) keitto, jossa lignoselluloosapitoinen aine pidetään mainitussa aikariippuvaisessa paineessa, joka on välillä 250 - 1000 psig (18 - 70 bar), kokonaisaika-jakso (tc) sekuntia, mihin kuuluu paineennostovaihe, tunnettu siitä, että t3 4 tc fr t4 ja että tiettyä keitinpaine - aika riippuvuutta käytetään fc3 ja t4 määrittämiseksi tiettyä keittojaksoa varten siten, että t3 määritetään implisiittisesti: t3 Ts - 250 f 2 (------------) dt = 58 J 10 0 71 959 ja t4 määritetään implisiittisesti t4 Ts - 250 ( 2 ( * dt = 115 ) 10 0 missä Ts on kylläisen vesihöyryn lämpötila (°C) havaituissa keitinpaineissa ja vastaa kylläisen vesihöyryn arvoja havaitun keittimen paine-aika riippuvuuden mukaisesti, aikaansaaden myös Ts:stä tietyn aika (t) - muuttujan; ja d) keitetyn lignoselluloosapitoisen aineen paineen lasku oleellisesti ilmakehän paineeseen keittoajan (tc) lopussa.

2. Menetelmä selluloosan tavoitettavuuden parantamiseksi lignoselluloosapitoisissa aineissa, kuten lehtipuissa, bagassissa ja niiden kaltaisissa, pötsibakteerien, entsyymien, mikro-organismien ja niiden kaltaisten suhteen vähentäen samalla pentoosisokereiden häviöitä, jossa menetelmässä keittoaikojen (tc) alue optimoidaan, joka keittoaika vastaa keittimessä vallitsevia todellisia, keittojakson aikana mahdollisesti muuttuvia paine-olosuhteita, ja millä saadaan selluloosa avoimemmaksi näiden mikro-organismien tai entsyymien vaikutukselle mitattuna niiden reaktion nopeudella tai laajuudella, johon menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: a) lignoselluloosapitoisen aineen syöttäminen hienonnetussa muodossa painekeittimeen, ja b) paineistetun höyryn tuominen astiaan paineennosto-vaiheen aikana, niin että saavutetaan 250 - 1000 71959 psig (18 - 70 bar) välillä oleva paine, jolloin keitinpaine seuraa määrättyä aikatekijää, sekä c) keitto, jossa lignoselluloosapitoinen aine pidetään mainitussa aikariippuvaisessa paineessa, joka on välillä 250 - 1000 psig (18 - 70 bar), kokonaisaika-jakso (tc) sekuntia, mihin kuuluu paineennostovaihe ja loppukaasutusvaihe, tunnettu siitä, että t3 - tc jf* t4 ja että tiettyä keitinpaine - aika riippuvuutta käytetään t3 ja t4 määrittämiseksi tiettyä keittojaksoa varten siten, että t3 määritetään implisiittisesti: t3 Ts - 250 ( 2 (------------] dt = 58 ' 10 0 ja t4 määritetään implisiittisesti t4 Ts - 250 / (----------) f 2 dt = 115 ) 10 0 missä Ts on kylläisen vesihöyryn lämpötila (°C) havaituissa keitinpaineissa ja vastaa kylläisen vesihöyryn arvoja havaitun keittimen paine-aika riippuvuuden mukaisesti, aikaansaaden myös Ts:stä tietyn aika (t) - muuttujan; ja d) haihtuvien hajoamistuotteiden poistaminen paineistetusta keittimestä laskemalla kaasuja keittimestä, 25 7 1 9 5 9 niin että paine laskee ainakin 100 psig ( 8 bar), ja tämänjälkeen e) keitetyn lignoselluloosapitoisen aineen paineen äkillinen lasku poistamalla se räjähdysmäisesti keittimen poistoaukon kautta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kokonaiskeittoaika (tc), mukaanlukien paineennostovaihe ja loppukaasutusvaihe on alueella tc £ missä tc on määritetty implisiitti sesti seuraavasti: tc Ts - 250 f 2 (------------) dt = 81 I 10 0

4. Menetelmä selluloosan tavoitettavuuden parantamiseksi lignoselluloosapitoisissa aineissa, kuten lehtipuissa, bagassissa ja niiden kaltaisissa, pötsibakteerien, entsyymien, mikro-organismien ja niiden kaltaisten suhteen vähentäen samalla pentoosisokereiden häviöitä, jossa menetelmässä keittoaikojen (tc) alue optimoidaan, joka keittoaika vastaa keittimessä vallitsevia todellisia, keittojakson aikana mahdollisesti muuttuvia paineolo-suhteita, ja millä saadaan selluloosa avoimemmaksi näiden mikro-organismien tai entsyymien vaikutukselle mitattuna niiden reaktion nopeudella tai laajuudella, johon menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: a) lignoselluloosapitoisen aineen syöttäminen hienonnetussa muodossa, joka aine sisältää lisättyä happoa määrän 0,01 - 1 paino - % rikkihappona ilmaistuna, 26 71 95 9 painekeittimeen, ja b) paineistetun höyryn tuominen astiaan paineennosto-vaiheen aikana, niin että saavutetaan 250 - 1000 psig (18 - 70 bar) välillä oleva paine, jolloin keitinpaine seuraa määrättyä aikatekijää, sekä c) keitto, jossa lignoselluloosapitoinen aine pidetään mainitussa aikariippuvaisessa paineessa, joka on välillä 250 - 1000 psig (18 - 70 bar), kokonaisaika-jakso (tc) sekuntia, mihin kuuluu paineennostovaihe, tunnettu siitä, että ti - tc - t2 3a että tiettyä keitinpaine - aika riippuvuutta käytetään ti ja t2 määrittämiseksi tiettyä keittojaksoa varten siten, että t2 määritetään implisiittisesti: t2 Ts - 250 ( (1 + [R]AC)5 2 (------------5 dt = 135 ; 10 0 ja ti määritetään implisiittisesti tl Ts - 250 r (1 + lR1AC>5 2 (----------> dt - 43 ) 10 o missä R on vakio, joka on valittu väliltä 2 ja 80, ja Tg on kylläisen vesihöyryn lämpötila (°C) havaituissa keitinpaineissa ja vastaa kylläisen vesihöyryn arvoja havaitun keittimen paine-aika riippuvuuden mukaisesti, aikaansaaden myös Ts:stä tietyn aika (t) - muuttujan, sekä AC edustaa lignoselluloosapi- 27 7 1 9 5 9 toiseen aineeseen lisättyä happoväkevyyttä ilmaistuna ekvivalenttisena happoväkevyytenä painoprosentteina rikkihappona; ja d) keitetyn lignoselluloosapitoisen aineen paineen lasku oleellisesti ilmakehän paineeseen keittoajan (tc) lopussa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tc, mukaanlukien paineennosto-vaihe valitaan niin, että tc on määritetty oleellisesti havaitusta keittimen paine-aika riippuvuudesta, missä käytetään tiettyä keittimen paine - optimi keittoaika-riippuvuutta tc:n määrittämiseksi integroimalla paine-aikariippuvuus ajan suhteen, kunnes seuraava matemaattinen riippuvuus on oleellisesti täytetty: tc Ts - 250 ζ (1 + [R]AC)0,5 2 (---------) dt = 81 'o 10 missä R on vakio, joka on valittu likimain 80 ja Ts on kylläisen vesihöyryn lämpötila (°C) havaituissa keitinpaineissa ja vastaa kylläisen vesihöyryn arvoja kussakin havaitun keittimen paine-aika riippuvuuden pisteessä, aikaansaaden myös Ts:stä tietyn aika (t) - muuttujan, sekä AC edustaa lignoselluloosapi-toiseen aineeseen lisättyä mitä tahansa happoväkevyyttä ilmaistuna ekvivalenttisena happoväkevyytenä painoprosentteina rikkihappona.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että haihtuvia hajoamistuotteita poistetaan keittimestä poistamalla kaasuja keittimestä niin, että paine alenee vähintään 100 psig (8 bar) ja että keitetty lignoselluloosapitoisen aineen paine lasketaan 28 7 1 9 5 9 äkillisesti oleellisesti ilmakehän paineeseen poistamalla aine räjähdyksenomaisesti keittimen poistoaukosta.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että R on 80.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Ts on sellainen lämpötila, että höyryn osapaine keittimessä on sama kuin keittimessä, joka on alussa täytetty lignoselluloosapi-toisella aineella ja ilmalla ja on paineistettu yksinomaan höyryllä havaittuun kokonaispaineeseen, joka vastaa kylläisen höyryn lämpötilaa Ts.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Ts saavuttaa vakioarvon vakiopaineessa noin 15 sekunnissa sen jälkeen kun höyryä on alettu johtaa keittimeen, ja pidetään vakiona sen ajan kunnes tc saavutetaan.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keiton aikana keittimen paine pidetään välillä 500 ja 750 psig (35 ja 53 bar).