SU1364624A1 - Способ получени растворов моносахаридов из растительного сырь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитьс  к саха- рам, в частности к получению растворов моносахаридов (МС) из растительного сырь . С целью повышени  выхода и качества МС при сокращении энергозатрат на процесс обработку сырь  провод т в противотоке сырь  и разб. HjiSO (предпочтителен 0,5%-ньй раствор ) гидролизата с переменным жидкостным модулем к исходному сьфью и 4-зонным распределением температур. - При этом гидролиз легкогидролизуемых полисахаридов сырь  ведут гексозным гидролизатом при 115-140 С с жидкостным модулем 10. Гидролиз трудногидро- лизуемых полисахаридов ведут при 185- 195 С с жидкостным модулем 6. Отмьш- ку сахара от лигнина ведут водой с модулем 2 температурой 70-95 С. Вьща- чу гидролизата из гидролизаппарата ведут в инвертор без изменени  температуры , а лигнин выгружают в виде пульпы без вьщелени  паров. Процесс провод т в аппарате непрерывного действи  с верхней подачей сырь  при избыточном давлении. Способ обеспечивает уменьшение времени пребывани  МС в реакционном пространстве, улучшаютс  выход и качество целевого продукта . 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл. с (Л

Description

Изобретение относитс  к гидролизной промышленности, а именно к способу получени  растворов моносахаридов путем гидролиза растительного сырь  разбавленными минеральными кислотами .

Цель изобретени  - повышение выхода и качества целевого продукта при сокращении энергозатрат на процесс за счет обработки сырь  в непрерывном противотоке сырь  и кислоты при конкретном зонном распределении температуры и выдачи гидролизата без :вскипани  воды.

Пример. Измельченна  древесина (100 кг в пересчете на абсолютно ( сухое вещество), содержаща  20% лег- когидролизуемых полисахаридов (ЛГП) и 40% трудногидролизуемых полисахаридов (ТГП) в сепараторе-пропарочной камере разогреваетс  острым паром до 130°С, из которого через шнек принудительного потоплени  сырь  передаетс  в колонный гидролизаппарат (г/а). В верхней части г/а сырье обрабатываетс  в противотоке смесью, состо щей из 635,7 кг гексозного гидролизата с содержанием 5.60% моносахаридов , 0,5% серной кислоты и .400 к 0,5% серной кислоты, нагретых до , Обработка сырь  ведетс  в течение 90 мин. При этом 95% ЛГП переходит в раствор в виде моносахаридов и олигосахаридов, образу  гидролизат в количестве 1056,5 кг с содержанием 5,35% Сахаров и 0,5% серной кислоты. Этот гидролизат без снижени  температуры 130 С передаетс  в инвертор, в котором выдерживаетс  в течение 60 мин дл  дополнительнбго гидролиза олигосахаридов до моносахаридов.

Частично гидролизованна  древесина (целлолигнин) в количестве 79,2кг передвигаетс  в зону гидролиза ТГП, в которой также в противотоке обрабатываетс  600 кг 0,5%-ной серной кислотой при в течение 60 мин. При этом 80% ТГП переходит в раствор в виде моносахаридов, образу  гидролизат с содержанием 5,95% моносахаридов и 0,5% серной кислоты с температурой 190°С в количестве 600 кг. Это гидролизат передаетс  в зону гидролиза ЛГП. Снижение его температуры

с 190 до 130 С производ т добавкой свежей 0,5%-ной серной кислоты, подаваемой на границе зон в количестве 400 кг с температурой 40 С.

0

Из зоны гидролиза ТГП лигнин в количестве 43,5 кг в противотоке фаз промываетс  200 кг воды с температурой 80 С. Промывна  вода переходит в зону гидролиза ТГП, в нижнюю часть которой подаетс  свежа  кислота в количестве 400 кг с содержанием 0,75% серной кислоты с температурой 220°С.

Эта ки слота, смешива сь с промывной водой, образует 600 кг кислоты с температурой 190 С и содержанием 0,5% серной кислоты.

Лигнин в количестве 43,5 кг выгружаетс  из г/а при температуре 80 С без выделени  пара. Общий материальный баланс по сухим веществам и воде приведен в табл. 1.

Четыре температурные зоны устанавливают следующим образом. Перва  зо-;. на имеет температуру 117 С дл  подогрева и пропитки поступающего сырь  и дл  охлаждени  выдаваемого гидро- 5 лизата-, втора  зона имеет температуру 130 С дл  гидролиза легкогйдролизуе- мой фракции полисахаридов; треть  зона с температурой 190°С предназначена дл  гидролиза ТГП и четверта  зона с температурой 80°С дл  отмывки сахара и кислоты от лигнинд и снижени  температуры выгружаемой лигно- пульпы с целью исключени  паровых выбросов.

Установление заданных температур по зонам достигаетс  в первой зоне подачей исходного сырь  в количестве 1т абсолютно сухого на 10 т выдаваемого гидролизата, которое, отни- 0 ма  тепло от гидролизата,

0

5

охлаждает

его перед выдачей из г/а до 117 CJ во второй зоне введением четырех модулей свежей варочной 0,5%-ной кислоты (модуль М - количество в м 5 кислоты на 1 т абсолютно сухого сырь ) с температурой 40 С в нижнюю часть второй зоны, котора  смешива сь с гидролизатом, поступающим из третьей зоны, снижает его температуру до 130°С, при которой происходит гидролиз ЛГП сырь ; в третьей зоне введением четырех модулей варочной кислоты с концентрацией серной кис-lO ,

0

лоты 0,75% и температурой 220 С в c нижнюю часть третьей зоны, котора , смешива сь с поступающей из четвертой зоны промывной водой, обеспечивает заданную температуру дл  гидролиза целлюлозы в зоне 190 С и концентрацию

серной кислоты 0,5%J в четвертой зоне введением двух модулей воды на промьшку лигнина.с температурой 80°С при этом отмываютс  от лигнина образовавшиес  сахара и лигнин выгружаетс  без вскипани  жидкости.

Общий модуль подачи промьтной воды , варочной кислоты равен 10. Модул отбора гидролизата из г/а также равен 10.

Г/а работает при посто нном избыточном давлении 1,7 МПа, которое позвол ет создать в нем четырехзонное распределение температур оптимальных дл  проведени  гидролиза ЛГП и ТГП с минимальным разложением образующихс  моносахаридов.

На фиг. 1 изображена схема осуществлени  процесса-, на фиг. 2 - зависимость выхода РВ из опилок от . гидромодул .

На схеме изображены бункер 1, шне ковый дозатор 2, шламоотделитель 3, высоконапорньш питатель 4, насос 5, бак 6 оборотной воды, сепаратор и пропарочна  камера 7, бак оборотной воды 8, высоконапорньм насос 9, шнек 10 дл  принудительного потоплени  сырь , клапан 11 вьщачи гидролизата , г/а 12, клапан 13 выдачи лигно пульпы, инвертор 14, испаритель 15, теплообменник-конденсатор 16, водогрейный котел 17, смеситель 18 жидкостных потоков.

Определение выхода моносахаридов проведено по следующей методике: реакции образовани  моносахаридов проход т во второй и третьей зонах, в первой зоне осуществл етс  пропитка загруженной древесины гидролизатом, в четвертой зоне проводитс  отмывка от лигнина моносахаридов и серной кислоты гор чей водой. Расчет выхода сахара во второй зоне проведен по уравнению

.p,kt е )

А„(1 количество растворившихс  гемицеллюлоз (ЛГП),

количество I и II фракций

полисахаридов, гидролизую- gg щихс  с разными скорост ми, дл  хвойной дервесины равна 35 и 65% соответственно:

k - константа скорости гидролиза целлюлозы дл  0,5%-ной серной кислоты, мин ; р1и PI коэффициенты гидролизуемости I и II фракций ЛГП; t - врем  гидролиза, мин. В соответствии с этим уравнением дл  гидролиза древесины 0,5%-ной серной кислоты требуема  тельность процесса при растворени  95% ЛГП составл ет около 90 мин.

Расчет выхода сахара в третьей зоне проведен по уравнению

.) е продолжи- 130°С дл 

Z

а U, (U ц (1

0

5

- g °°

где Z - выход сахара от исходного

целлолигнина ац - содержание целлюлозы в целлолйгнине j

Шц - стехиометрический коэффициент дл  пересчета целлюлозы в глюкозу;

k, - константа скорости гидролиза I

0

5

целлюлозы, - , t продолжительность гидролиза,

i

k - константа скорости распада

I

глюкозы, - ; ч

«6 0

5

0

коэффициент распределени  сахара в реакционном пространстве ;

р - коэффициент вытеснени  саха- ра;

V - скорость перкол ции, 1/ч;

Q8ц - внутренний гидромодуль, Q неп количество неподвижной жидкости- ,

g - коэффициент массопередачи,

Claims (2)

1/Ч.

При противоточном непрерывном гидролизе коэффициент распределени  сахара л всегда меньше 0,5, величина его уменьшаетс  с увеличением глубины гидролиза и может быть вычис:1е- на по уравнению

б

п - 1 - In п (п - Din п

где п - величина,обратна  остаточному количеству полисахаридов .

Врем  пребывани  гидролизуемого сырь  по зонам колонного гидролизап- парата: перва  зона 10 мин, втора  зона 90 мин, треть  зона 60 мин и четверта  §она 20 мин (общее врем  3ч). Расчеты показывают, что температура , концентраци  варочной кислоты и прин тое врем  пребывани  Гидролизуембго материала в г/а 3 ч обеспечивают глубину гидролиза полисахаридов на 85%, Во второй зоне обеспечиваетс  гидролиз легкогидроли зуемой фракции полисахаридов на 95% и в третьей зоне гидролиз целлюлозы на 80%. Если прин ть в исходном абсолютно сухом сырье содержание ЛГП 20% и ТГП 40%, то общий выход моносахаридов составит 56,5% (20x1,11х хО,95) + (40.1,11x0,80), где 1,11 стехиометрический коэффициент перевода полисахаридов в моносахариды.

Таким образом, предлагаемый способ получени  моносахаридов из растительного сырь  обладает следующими преимуществами:-уменьшаетс  врем  пребьшани  моносахаридов в реакционном пространстве, улучшаетс  выход

25 отмьшку сахара от лигнина ведут с модулем 2 и температурой 70-95 выдачу гидролизата из гидролизап рата ведут в инвертор без измене температуры, а лигнин выгружают

и качество целевого продукта, по вл етс  возможность автоматизации про- зо виде пульпы без выделени  паров, цесса и улучшени  условий труда.

В табл. 2 приведены составы гидро- лизатов по известному и предлагаемому способам при использовайии березовой древесины.

35

2. Способ по п. 1, отлич ющийс  тем, что в качестве бавленной серной кислоты использ ее 0,5%-ный раствор.

Формула изобретени 

1. Способ получени  растворов мо- носахаридов из растительного сырь  путем обработки сырь  разбавленной серной кислотой при избыточном давлении и повьшенной температуре в аппарате не- прерьгеного действи  с верхней подачей сырь , отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода и качества целевого продукта при сокращении энергозатрат на процесс, обработку сырь  провод т в противотоке

сырь  и кислоты (гидролизата) с пе- ременнь жидкостным модулем к исходному сырью и четырехзонным распределением температур, при этом гидролиз легкогидролизуемых полисахаридов

сырь  ведут гексозным гидролизатом при температуре 115-140 С с жидкост- ны  модулем 10, гидролиз тРУДНогидроли- зуемых полисахаридов ведут при температуре 185-195 С с жидкостным модулем 6,

отмьшку сахара от лигнина ведут водой с модулем 2 и температурой 70-95°С, выдачу гидролизата из гидролизаппа- рата ведут в инвертор без изменени  температуры, а лигнин выгружают в

виде пульпы без выделени  паров,

35

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что в качестве разбавленной серной кислоты используют ее 0,5%-ный раствор.

100 кг абсолютно сухой древесины с жанием 20 кг ЛГП

40 кг ТГП 400 кг 0,5%-ной серной кислоты с Т

400 кг 0,75%-ной серной кислоты с Т 220°С

200 кг воды с Т 80 С

1056,5 кг гидролизата, содержащего 56,5 кг сахара

43,5 кг лигнина

Известный 16,7

Предлагаемый

10

482,88 0,15 0,54 0,080,090,006 0,40 0,050,24

56,35,65 0,05 0,20,040,060,005 0,67 0,040,15

И:змельченна  1 древесина

;Таблкца 2|

ruspo,g Зада

(pati

Лигнону ып

ftSQ

I

3 350

300

I

r

200

7 89 70 n 12 13 7 Гидромодуль озиг.г

15 16