SU1013447A1 - Способ получени легкогидролизуемых полисахаридов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКОГИДРРЛИЗУЕМЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ раститель Iw С ы 4 4 ных материалов, включающий сушку растительного материала до остаточной влажности 1-2% и последующую деструкцию в присутствии серной кислоты при повввпенной температуре, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности производства , деструкцию провод т в . присутствии сферических или цилинд|рических твердых тел диаметром 116-48 мм и высотой 48-144 мм в количестве 57,6-72,5 мае.ч. на 1мас.ч ;растительного материала, которые /затем направл ют на стадию сушки.

Description

Изобретение относитс  к гидролизной промышленности и может быть использовано при механической обработке полимеров и высокоинтенсивных аппаратов ударного типа. Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ получени  полисахаридов растительных материалов в легкогидролизуемом состо нии, заключающийс  в том, что растительный материал высушиваетс  до 1-2%, посл чего подвергаетс  механической дест рукции при 120-140 С с применением серной кислоты с модулем до 0,0010 ,01 1. . Недостатками известного способа  вл ютс  большой расход энергии на . сушку растительного материал а до влажности 1-2%, низка  скорость про цесса, из-за малого насыпного веса растительного материала, поступаю1Це на деструкцию (140-160 кг/мН Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности процесса. Поставленна  цель достигаетс  те что согласно способу получени  легк гйдролизуемых полисахаридов растительных материалов, включающему суш ку растительного материала до остаточной влажности 1-2% и последующую деструкцию в присутствии серной кислоты при повышенной температуре, деструкцию провод т в присутствии сферических или цилиндрических твер дых тел диаметром 16-48 мм и высото 48-144 мм в количестве 57,6-72,5 мас. на 1 мае.ч. растительного материала которые затем направл ют на стадию сушки., С измельчением растительного материала до 10-50 мкм повышаетс  его насыпной вес со 150 до 600 кг/м-. Растительное сырье, пропитанное минеральной кислотой,, влажностью 40-60% поступает в вибрационную сушилку , где смешиваетс  с нагретыми в вибрационной мельнице до температуры 150-220°С мелющими телами. В р зультате вибрационного движени  в сушилке происходит удаление избыточной влаги из материала до остаточного содержани  1-2% и измельчен материала до величины частиц 1050 мкм, при этом увеличиваетс  насыпной вес материала со 150 до 600 кг/м . Далее высушенный и из- мельченный растительный материал вместе с отдавшими тепло на испарен влаги и охлажденными до температуры 100-150 С мелющими телами поступает в вибрационную мельницу, где происходит механическа  деструкци  макро молекул растительного материала. в результате соударени  мелющих тел в вибромельнице выдел етс  боль шое количество энергии, только небольша  часть ее превращаетс  в химическую . энергию разрыва св зей, а основна  часть выдел етс  в виде тепла, за счет которого и нагреваютс  мелющие тела. Затем продеструктированный до содержани  легкогидролизуемых полисахаридов не менее 90% от общего их содержани  растительный материал вместе с нагретыми до 150-220®С мелющими телами выводитс  из вибрационной мельницы. Продеатруктированный материал отдел ют от мелющих тел, которые поступают на сушку исходного материала. процесс механохимйчёской деструкции , протекающий под воздействием ударных нагрузок,эффективно осуществл етjCH в том случае когда деструктируемый материал обладает хрупкой структурой и обрабатываетс  механической энергией с достаточно большой интенсивностью (2-3 КВт на 1 кг материала ) . Хрупкость растительного материала достигаетс  за счет обработки его минеральной кислотой и сушки до влажности 2%. Так как натуральна  влажность растительного материала составл ет 50-60%, то на испарение избыточной влаги необходимо затрачивать большое количество тепла (500-600 ккал на 1 кг а.с.материала ) .В то же врем  в реакторе дл  механохимической деструкции только незначительна  часть механической энергии переходит в химическую энергию разрыва св зей, а основна  часть ее вьодел етс  в виде тепла, которое дл  поддержани  . Iзаданного температурного режима деструкции необходимо отводить. Предлагаемый способ предуематривает осуществление сушки за счет тепла, выделившегос  в реакторе дл  механической деструкции, посредством циркул ции мелющих тел между стади ми деструкции и сушки. При этом . параллельно решаютс  еще две задачи, поддержание заданного температурного режима механической деструкции за счет регулировани  скорости циркул ции мелющих тел и увеличение насыпного веса деструктируемого материала со 150 до 600 кг/м за счет измельчени  его при контакте с мелющими телами. Увеличение насыпного веса позвол ет повысить степень заполнени  реактора дл  механохимической деструкции , а следовательно подн ть его Производительность. На чертеже представлена принципиальна  технологическа  схема процесса . Пример.. В качестве исходного сырь  прин т целлолигнин древесины в виде щепы влажностью 50%, содержащий 0,5% серной кислоты от абсолютного сухого сырь .

Из вункера 1 шнеком-дозатором 2 исходный целлолигнин со скоростью. 200 кг/ч по абсолютно сухому матералу (400 кг/ч по исходному сырью) подают в вибрационную сушилку 3,-, туда же из вибрсщионной мельницы 6 со скоростью 29 т/ч и температурой 175 С подают мелющие тела. В результате вибрации камеры сушилки происходит перемешивание исходного сырь  с нагретыми мелнхцими телами, при . этом материал высушиваетс  до влажности 2%, измельчаетс  до величины частиц 10-50 мкм, насыпной вес его увеличиваетс  со 150 до 600 кг/м. Испаренную влагу в количестве 196 кг/ч Ъчищают в циклоне 4 от частиц материала, который возвращаю обратно в сушилку, конденсируют и используют на технологические  ужды

Далее из сушилки 3 измельченный и высушенный материал со скоростью 204 кг/ч вместе с отдавшими тепло На испарение влаги и охлажденными до 125.С мелющими телами элеватором 5 подают в вибрационную мельницу 6, где в результате интенсивной механической обработки макромолекулы материала подвергаютс  механохимической деструкции. Незначителное количество механической энергии , восприн той загрузкой в помольных камерах вибромельницы, превращаетс  в химическую энергию разрыва св зей, а основна  часть ее выдел етс  в виде тепла и расходуетс  на нагрев мелющих тел. Из вибрационной мельницы выгружают про еструктированный до содержани  легкогидролизуег/ых полисахаридов 90% целлолигнин и нагретые до температуры 175°С мелющие теЛа со скоростью 204 кг/ч , и 29 т/ч соответственно. В сепараторе 7 продеструктированный материал отдел ют ,от мелющих тел, которые направл ют в вибрационную сушилку 3 на сушку исходного материала . Отделенный от мелющих тел в сепараторе 7 порошок целлолигнин а л етс  онечным продуктом описанного процессГа, он может быть использован непосредственно как заменитель карбоксиметилцеллюлозы в различных сферах народного хоз йства или подвергнут дальнейшей переработке (гидролизу ) дл  получени  раствора глюкозы .,

В примере в. качестве вибрационной сушкпки 3 может быть использована серийна  двухкгмерна  вибрационна  мельница М-1000 с емкостью по.мольных камер 1 м и мощностью привода 160 кВт, в качестве вибрационной мельницы б дл  механохимической деструкции - серийна  двухкамерна  вибромельница М-2000 с емкостью помольных камер 2 м и мощностью привода 320 кВт. При этом необходимо осуществить следующие переделки,- у вибромельницы М-1000 уменьшитьвдвое мощность привода (до 80 кВт), а у вибромельницы М-2000 уменьшить вдвое объем помольных- камер (до . 1 мЗ). .

В примере в качестве мелющих тел используютс  отходы шарикоподшипниковой промышленности - шарики диаметром 16-48 мм или ролики диаметром 16-48 мм и высотой не более 3-х диаметров .

Количество меЛющих тел циркулирую к цих в системе 6,8-7,6 т. j

5 Выход порошка - з аменител  карбоксиметилцеллюлозы в примере составт л ет 100% от а.с.д,, содержание легкогидролизуемых полисгшаридов 45% от а.с.д., содержание водораствориQ млх веществ 31,5% от а.с.д. При кислотном гидролизе порошка 1%-ной серной кислоты при в течение 40 мин и последующей фильтрации получаетс  раствор глюкозы в количест не 1 с концентрацией РВ 9% и

5

доброкачественностью 90%.

Пример2. В качестве исходного материалу прин та древесина в виде щепы влажностью 45%.

В древесную щепу вводитс  катализатор методом орошени  через форсунку 4%-ным водным раствором серной кислоты сч.с модулем 0,2 и перемешивани  в шнековом смесителе. В

результате-операций орем ени  и перемешивани  часть введенной кислоты нейтрализуетс  зольными элементами , наход щимис  в сырье, и на дальнейшую переработку поступает

древесна  цепа влажностью 50%,

котора  содержит внутри и на поверхности частиц О,5% серной кислоты по отношению к абсолютно сухому сырью. Далее из бункера 1 шнекрм-дозатором 2 исходна  древесна  liiena со скоростью 200 кг/ч по абсолютно 1 сухому материалу (400 кг/ч по исходному сырью) подают в вибрационную сушилку 3, туда же из вибрационной мельницы б со скоростью 29 т/ч и температурой подают мелющие тела В результате вибрации камеры сушилки происходит перемешивание исходного сБ1рь  с нагретыми мелющими -Телами, при этом материал высушиваетс  до

влажностк 2%, измельчаетс  до величины частиц 10-50 мкм, -насыпной вес его увеличиваетс  со 150 до 600 кг/м. Испаренную влагу в количестве 196 кг/ч очищангг в циклоне 4

от -частиц материала, который возвращают обратно в сушилку, конденсируют и использу;ют на технологические нузкды.

Далее из сушилки 3 измельченный

и высушенный материал со скоростью 204 кг/ч вместе с отдавшими тепло на испарение влаги и охлажденными до мелющими телами элеватором подают в вибрационную мельницу б, где в результате интенсивной механической обработки макромолекулы ма териала подвергаютс  механохимической деструкции. Незначительное количество механической энергии, восприн той загрузкой в помольных камерах вибромельницы, превращаетс  в химическую энергию разрыва св зей а основна  часть ее выдел етс  в виде тепла и расходуетс  на Нагрев мелющих тел. Из .вибрационной мельни цы выгружают продеструктированную до содержани  легкогидролизуемых по лисахаридов 90% древесину и нагретые до мелющие тела со скорос тью 204 kr/ч и 29 т/ч соответственно . В сепараторе 7 пр.одеструктированный материал отдел ют от мелющих тел, которые.направл ют в вибрацион ную, сушилку 3 на сушку исходного материала. Отделенный от мелющих тел в сепараторе 7 порошок древесины  вл етс  конечным продуктом описанного процесса, он может быть использован непосредственно как заменитель карбоксиметилцеллюлозы в раз личных сферах народного хоз йства или подвергнут дальнейшей переработ ке (гидролизу) дл  получени  раство ра моносахаридов. В насто щем примере в качеств.е вибрационной сушилки 3 может быть использована серийна  двухкамерна  .вибрационна  мельница М-1000 с емкостью помольных камер 1 м и мощностью привода 160 кВт, в качестве вибрационной мельницы б дл  механохимической деструкции - серийна  двухкамерна  вибромельница М-2000 с емкостью помольных камер 2 м и мощностью привода 320 кВт. При этом необходимо осуществить следующие переделки, у вибРомельницы М-1000 уменьшить вдвое мощность привода (до 80 кВт) , а у вибромельницы jM-20 уменьшить вдвое объем помольных камер (до 1 м). В примере в качестве мелющих тел используютс  отходы шарикоподшипниковой промышленности - шарики .диа метром 16-48 мм или ролики диаметро 16-48 мм и высотой не более 3-х диа метров. Количество мелющих тел циркулирующих в системе б,8-7,-6 т. Выход порошка - заменител  карбо ксиметилцеллюлозы в нйшем примере составл ет 100% от а.с.д., содержание легкогидролизуемых полисахаридов 54% от а.с.д. , зодержание водораствориивлх вёществ от а.с.д При кислотном гидролизе порошка 1%-ной серной кислотой при в ечение 40 мин и последующей фильтации получаетс  раствор моносахариов в количестве 1 с концентраией РВ 10,8% и доброкачественностью 5%. Пример 3. В качестве исходного сырь  прин ты отходы хлопкоочистительных заводов влажностью 25% и содержанием полисахаридов 80% от а.с.д. В хлопковые отходы вводитс  катализатор методом орошени  через форсунку 4%-ным раствором серной кислоты, с модулем 0,3, установленную над ленточным транспортером. В результате операции пропитки влажность хлопковых отходов .возрастает до 39-40%, количество серной кислоты в них составл ет около 0,8% по отношению к а.с.д., так как часть ее нейтрализуетс  зольными элементами сырь . Далее из бункера 1 шнеком-дозатором 2 хлопковые отходы со скоростью 200 кг/ч по абсолютно сухому материалу (330 кг/ч по исходному сырью) подают в вибрационную сушилку 3, туда же из вибрационной мельницы 6 со скоростью 19 т/ч и температурой подают мелющие тела. В результате вибрации камеры сушилки происходит перемешивание исходного сырь  с нагретыми мелющими телами,.при этом материал высушиваетс  до влажности 2%, измельчаетс  до величины частиц 10-50 мкм, насыпной вес его у величина аетс  со 150 до 600 кг/м.Йс паренную влагу в количестве 126 кг/ч Ъчищают в Циклоне 4 от частиц мате риала, который бозвращают обратно в сушилку, конденсируют и исполБзуют на технологические нужды. Далее из сушилки 3 измельченный и высушенный материал со CKOpqc-тью 204 кг/ч вместе с отдавшими тепло на испарение влаги и охлажденными до мелющими телами элеватором 5 подают в вибрационную мельницу 6, где в результате интенсивной механической обработки макромолекулы материала подвергаютс  механохимической деструкции. Незначительное количество механической энергии, восприн той загрузкой помольных камерах вибромельницы, превращаетс  в химическую энергию разрыва св зей, а основна  часть ее выдел етс  в виде тепла и расходуетс  на нагрев мелющих тел. Из вибрационной мельницы выгружают продеструктированные до содержани  легкогидролизуемых полисахаридов 90% хлопковые отходы и нагретые до температуры-175 С мелющие тела со скоростью 204 кг/ч и 19 т/ч соответственно. В сепараторе 7 продеструктированный материал отдел ют от мелющих тел, которые направл ют в вибрационную сушилку 3

на сушку исходного матернаЛа. Отделенный от мелющцх тел в сепараторе 7 хлопковых отходов  вл етс  конечным продуктом описанного процесса, он быть использован непосредственно как заменител карбоксиметилцеллкшоэы в различных сферах народного хоз йства, или подвергнут дальнейшей переработке (гидролизу) дл  получени  раствс а глюкозы.

В насто щем примере в качестве вибрационной сушилки 3 может быть использована серийна  двухкамерна  вибрационна  | «ельница М-1000 с емкостью помольных камер 1 м и МОЩНОСТЬ)) привода 160 кВт, в качестве вибрационной мел ьндщы б дл  мехаиохимической деструкции - серийна двухкамерна  вибромельница М-2000 с емкостью ПОМОЛЬНЫХ камер 2 м и мощностью привода 20 кВт. При этом необходимо осуществить следующие переделки, у вибромель{1ицы М-1000 уменьшить вдвое мощность привода (до 80 кВт), а у вибромельницы М-2000 уменьшить вдвое объем помольных камер (до 1м).

В примере в качестве мелющих тел используютс  отхода шарикополшип- никовой промыиленности - шарики диаметром 16-48 мм ролики диаметром 16-48 мм и высотой не более 3-х диаметров ..

Количество мелющих тел циркулирующих в системе §(,8-7,6 т.

Выход порсшка - заменител  карбоксиметилцеллюлозы в нашем примере составл ет 100% от а.с.д., содержание легкогидролизуемых полисахаридов 72% от а.с.д., содержание водорастворимых веществ 50% от. а.с.д. ,

При кислотном гидролизе порошка 1%--ной серной кислотой.при в течение 40 мин и последующей фильтрации получаетс  раствор глюкозы в количестве 1 с концентрацией РВ 14,4% и доброкачественностью 85%. . . В насто щее врем  предлагаемых

o способов превращени  трудногидролизуемых полисахаридов растительных материалов, реализованных в промшленности , нет. lio сравнению с из-: вестными способами перевода поли5 сахаридов растительных материалов i в легкогидропизуемое состо ние изобретение имеет следуихцие технические ; преимущества: упрощает технологическую схему процесса механохимической деструкции растительного сырь  за

0 счет осуществлени  сушки вибрационным способом; улучшает регулирование температуры деструкции отвода большего или меныаего копичестна тепла со стадии деструкции; по5 вышает производительность и улучшает УСЛОВИЯ труда, так как вееь щ оцесс ;может быть осуществлен в герметич- i ноМ варианте и автоматизирован; в . :1,5-2,0 раза повышает производитель

0 ность стадии деструкции за счет уве4 личени  насыпного веса деструктируемого материала., в результате его предварительного измельчени  на стадии сушки; на каждом килограмме аб5 солютно сукого сырь  экономитс  630 ккал тепла, так как сушка осуществл етс  только за счет тепла, выделившегос  на стадии механохимической деструкции.

Claims (1)

1. . СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКОГИДРОЛИЗУЕМЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ^ститель ных материалов, включающий сушку | растительного материала до остаточной влажности 1-2% и последующую деструкцию в присутствии серной кислоты при повьииенйой температуре, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности производства, деструкцию проводят в ; присутствии сферических или цилинд- .. рических твердых тел диаметром

   116-48 мм и высотой 48-144 мм в количестве 57,6-72,5 мас.ч. на 1мас.ч растительного материала, которые (Затем направляют на стадию сушки.

   SU ,1013447 '1013447 7 мическую энергию разрыва связей, а •основная часть выделяется в виде тепла, за счет которого и нагреваются мелющие тела. Затем продеструктированный до содержания легкогидролизуемых полисахаридов не менее 90% от общего их содержания растительный материал вместе с нагретыми до 150-220®С мелющими телами выводится из вибрационной мельницы.

   I Продеатруктированный материал отделяют от мелющих тел, которые поступают на сушку· исходного материала. _

   Процесс механохймйчёской деструкции , протекающий под воздействием удар'ных нагрузок,эффективно осуществляется в том случае когда деструктируемый материал обладает хрупкой структурой и обрабатывается механической энергией с достаточно большой интен-