SU920071A1 - Способ гидролиза пентозансодержащего растительного сырь - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ГИДРОЛИЗА ПЕНТОЗАНСОДЕРЖАЦЕГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

1

Изобретение относитс  к гидролизной и микробиологической промышленности , а именно к способу гидролиза растительного сырь , такого как хлопкова  шелуха, кукурузна  кочерыжка, подсолнечна , хлопкова  и рисова  лузка, солома, лиственна  древесина (береза, осина) и др., используемых дл  производства кристаллического ксилита, кормовых дрожжей и др. продуктов .

При производстве кристаллического ксилита растворы пентозных Сахаров проход т сложную технологию очистки их от различных примесей, образующихс  как за счет растворени  неуглеводных компонентов клеточной стенки, так и за счет частичного разложени  Сахаров и конденсации продуктов многокомпонентной системы пентозного гидролизата.

В производстве дрожжей используют растворы гексозных Сахаров, которые также подвергают очистке дл  снижени  содержани  в них ингибиторов роста дрожжей.

Себестоимость кристаллического ксилита и дрожжей сравнительно высока , что определ етс  в значительной степени технологией гидролиза сырь , а также способами очистки растворов Сахаров.

В св зи с этим большое значение

10 приобретает вопрос совершенствовани  технологии получени  кристаллического ксилита и кормовых дрожжей дл  интенсификации процессов гидролиза , улучшени  качества растворов

ts и повышени  выхода пентозных Сахаров .

Сырье, богатое пентозанами, например , хлопковую шелуху вначале обл агораживают (очищают) от примесей,

Claims (3)

1. 20 а затем провод т гидролиз пентозанов дл  получени  пентозных Сахаров, а далее гидролиз целлюлозы дл  получени  г-оксозных Сахаров. 39 Известен способ гидролиза растительного сырь  с использованием низкотемпературных режимов пентозно го гидролиза, осуществл емый при 100°С, При этом температура процесса в промышленном реакторе достигае с  и поддерживаетс  в зоне реакции путем подачи острого пара при 250300°С . По окончании гидролиза пентозано вывод т образовавшиес  сахара и далее сырье нагревают острым паром до температуры гидролиза 170-180 С, а затем провод т перкол ционный гек созный гидролиз 1J , Недостатком такого способа  вл етс  то, что прогрев сырь  острым паром создает услови  неравномерной его отработки, поскольку пар поступает снизу с температурой 250-300 С и в зависимости от плотности сырь , размера частиц и др. факторов проходит с различной скоростью. Применение острого пара дл  прогрева приводит также к деструкции нижних слоев сырь  и ухудшению его фильтрующих свойств. Одновременно часть пара конденси руетс  в сырье и это приводит к повышенному содержанию жидкости в сырье и разбавлению серной кислоты При гидролизе,.а также снижению концентрации сахара в капилл рной структуре материала. Продолжительность процессов гидролиза ТЗ-15 ч. Повышенна  температура в нижних зонах сырь  создает возможность образовани  фурфуролапри пентозном гидролизе и его увеличенное содержание в пентозном гидролизате, а также в первых фракци х гексозного гидролизата. Деструкци  сырь  также приводит снижению качества гексозного гидролизата из-за большой длительности его пребывани  в зоне реакции в св  зи с плохой выдачей его из аппарата Дл  улучшени  качества раствора пентозного сахара и интенсификации процесса гидролиза известно использование способа гидролиза раститель ного сырь  с применением горизонтал ной пер ол ции, котора  предусматри вает удлинение фильтрующих труб, а также удлинение трубы, подающей рас воры, и различное ее расположение в аппарате, что должно обеспечить изменение направлени  масти Г1ОТ1-1КЛ из в(--.рт икального в гс)ризонтг1льный 2 j . Однако при этом пар неравномерно прогревает сырье и температура пентозного гидролиза снижаетс . Это приводит к снижению выхода Сахаров и ухудшению качественных показателей растворов. При гексозном гидролизе отмечаетс  меньша  деструкци  сырь  и в св зи с этим меньшее загр знение раствора сахара, частично уносимым целлолигнином и лигнином. Однако процесс не нашел практического применени  из-за трудностей в аппаратурном оформлении. Известен также способ получени  Сахаров из пентозансодержащего сырь , согласно которому сырье предварительно очищают кислотой, экстрагируют примеси водой и ведут пентозный гидролиз в две стадии в стационарных услови х, сначала в паровой фазе при 100-130°С в течение 30-60 мин, и концентрации серной кислоты 0,5 2,5% а затем при 70-130°С в течение 30-90 мин, и концентрации серной кислоты 0,,2%, после чего провод т гексозный гидролиз и отбор как пентозного, так и гексозного гидролизатов Недостатками такого способа гидролиза растительного сырь   вл ютс  длительность процесса, а также значительное содержание фурфурола в пентозном гидролизате. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ гидролиза пентозансодержащего растительного сырь , предусматривающего очистку сырь  путем смачивани  его 6-20%-ным раствором серной кислоты при температуре не более 120°С, экстракцию образовавшихс  при этом солей водой, в гидролизаппарате, затем не прекраща  выдачу экстракта осуществл ют подачу 1-2 -ного раствора серной кислоты дл  проведени  процесса гидролиза при постепенном нагревании массы от 110-120 до ЙОС, отбор экстракта прекращают через 30-50 мин. и производ т выдачу пентозного гидролизата. Отобрав 3-4гидромодул  пентозного гидролизата ведут отбор гексозного гидролизата при дальнейшем постепенном нагревании гидролизуемой массы от ДО 200 с. В последние 30-50 мин варки подают только воду дл  оТмывки лигнина от кислоты и Сахаров. Отбор гидролизата и подачу серной кислоты осуществл ют непрерывно.При этом обща  продолжительность процес сов очистки пентозного и гексоэного гидролиза 12-13 ч, а пентозного гид ролиза Ц-5 ч + . Выход пентозного сахара 19-20% при содержании фурфурола в пентозно гидролизате 1 ,5-2,0% от РВ. Так как при введении раствора серной кислоты в начальной стадии ее подаетс  35% от общего количества подаваемого на гидррлиз, а температура постепенно измен етс  от 100 до в течение ЦО-бО мин, то на данной операции не достигаетс  максимального образовани  сахара и только при дальнейшем перкол цион ном пентозном гидролизе завершаетс  полное образование пентоз при одновременном выведении их из сферы реакции . В св зи с этим процесс пентозног гидролиза длителен и сахара, наход сь в зоне реакции, могут подвергатьс  частичному разрушению до фур фурола , что ухудшает в последующем переработку растворов пентоз на последующих стади х в производстве ксилита. Одновременно длительность процес са вли ет на структуру сырь , вызыва  деструкцию материала и ухудшени условий получени  высокого качества гексозных гидролизатов. Цель изобретени  - ускорение про цесса и улучшение качества пентозного гидролизата. Поставленна  цель достигаетс  те что согласно способу гидролиза пентозансодержащего растительного сырь предусматривающем предварительную очистку его раствором серной кислоты , экстракцию примесей водой, гидролиз серной кислотой и отмывку пол ченных сахароз, гидролиз предварите но очищенного сырь  провод т при не прерывной подачи 1,0-5 0%-ного раст вора серной кислоты при гидромодуле 0,8-2,5 и температуре 100-135 С с одновременной выдачей капилл рно впитанного сырьем экстракта и после дующего дополнительного капилл рног при 100-125С в течение 20-60 мин, при этом процесс гидролиза ведут при гидромодуле 1-3Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом. Исходное сырье, например, хлопковую шелуху, очищают путем смачивани  2-1511-ным раствором серной кислоты при 20-50 С и далее экстрагируют примеси водой при 70-120 С и довод т содержание жидкости в сырье до объема заполн ющего только поликапилл рную структуру материала или до гидромодул  1-3. Затем сырье обрабатывают 1,05 ,0%-ным раствором серной кислоты путем подачи ее при 100-135 С в количестве 0,8-2,5 гидромодул  и одновременной выдачи в том же количестве остаточной жидкости до полного ее замещени  катализатором. При этом сырье равномерно прогреваетс  до температуры гидролиза и одновременно осуществл етс  процесс образовани  моносахаров и диффузии их в капилл рно впитанную жидкость. Это позвол ет совмещенно производить процесс равномерного введени  катализатора в капилл ры сырь  и нагрев его до температуры реакции. В течение 20-60 мин осуществл ют последующий дополнительный капилл рный гидролиз при 100-120°С. При этом завершаетс  максимальное образование пентозного сахара и равномерное его распределение в капилл рной структуре по всему объему. Далее провод т отмывку Сахаров в течение 30-90 мин. при 20-120 С водой или водой в сочетании с рециркулирующим раствором сахара, полученном на первой стадии, а также при промывке . При этом продолжительность пентозного гидролиза снижаетс  на 25 kO%, содержание фурфурола в гидролизате уменьшаетс  в 2- раза, а выход пентозного сахара от массы сырь  повышаетс  на 5-10%. Пример 1.100 г хлопковой шелухи, предварительно очищенной путем обработки ее раствором серной кислоты и экстракцией примесей водой, гидролизуют при гидромодуле 2. Дл  этого сначала в течение 60 мин подают 5,0%-ный раствор серной кислоты при в количестве 1,2 гидромодул  и рдновременно в том же количестве выдел ют капилл рно впитанный сырьем раствор, затем провод т дополнительный капилл рный гидролиз при 100 С в течение 60 мин.При этом осуществл етс  в капилл рах максимальное образование Сахаров, которы вывод т в течение 60 мин при 120°С рециркулирующим раствором, полученным на первой стадии, а затем водой Врем ,пентозногогидролиза3 ч. Со держание фурфурола в пентозном гидролизате 0,5% от сахара, а выход пентоз 21% от массы сырь , П,р и м е р 2. 100 г кукурузной кочерыжки, предварительно очищенной путем обработки ее раствором серной кислоты и экстракцией примесей водой , гидролизуют при гидромодуле 3. Дл  этого сначала подают рас твор серной кислоты при 125 С в течение 60 мин. в количестве 2,5 гидромодулей и одновременно выдают из сырь  капилл рно впитанный раствор в том же количестве. При этом сырье нагреваетс  до температуры реакции и достигаетс  равномерное распредел ние катализатора в капилл рной стру туре материала, это обеспечивает ча тичное образование моносахаров.Дале производ т капилл рный гидролиз в течение 40 мин при 120 С. При этом завершаетс  образование пентозных Сахаров и далее их вывод т в течение 90 мин при 80-100 С водой или рециркулирующим раствором-сахара, полученного на первой стадии гидролиза и в конце промывки сырь . Врем пентозного гидролиза 3 ч. При этом содержание фурфурола в пентозном гидролизате 0,61, а выход пентозного сахара 35.8%,, Пример 3 50 г хлопковой лузги предварительно смачивают 10%-ным раствором серной кислоты пр 20-25 С и гидромодуле 0,3. Затем смоченное сырье обрабатывают водой при ЮоРс. Далее провод т гидролиз очищенного от примесей сырь  при гидромодуле 1, дл  чего сначала осуществл ют подачу 1,0 -ного раствора серной кислоты в течение 50 мин при 135С в количестве 0,8 гидромодулей и одновременно вытесн ют капилл рно впитанный раствор из сырь  в том же количестве Затем провод т дополнительный капилл рный гидролиз в течение 20 мин при 1251АО С . Образовавшиес  сахара вывод т водой из зоны реакции при 100 С в течение 60 мин. Врем  пентозного гидролиза 2 ч 10 мин. При этом содержание фурфурола в пентозном гидролизате 0,, а выход пентозного сахара Зв. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает снижение времени пентозносо гидролиза на , содержание фурфурола в пентозном гидролизате уменьшаетс  в 2-4 раза, а выход пентозного сахара повышаетс  на 5-10: Поскольку осуществл ют совмещение процессов введени  катализатора в поликапилл рную структуру материала и нагрева его до температуры гидролиза,то обеспечиваетс  ускорение процесса пентозного гидролиза и улучшаютс  услови  равномерного протекани  процессов. Проведение дополнительного капилл рного гидролиза без подачи нижнего пара обеспечивает снижение содержани  фурфурола при сохранении пентоз от разрушени , что приводит к повышению выхода пентозных сахароз. Одновременно достигаетс  сохранение структуры материала от деструкции и лучша  фильтраци  сырь  при пентозном и гексозном гидролизе,что обеспечивает получение более доброкачественных растворов дл  производства кормовых дрожжей, По предварительным расчетам эффективность внедрени  предлагаемого способа гидролиза пентозансодержащего сырь  на гидролизных заводах Средней Азии благодар  снижению времени пентозного гидролиза, уменьшению содержани  фурфурола и повышению выхода пентозного сахара, составит около 200 тыс.руб.. Формула изобретени  Способ гидролиза пентозансодержащего растительного сырь , предусматриваю (|ий предварительную очистку его раствором серной кислоты, экстракцию примесей водой, гидролиз серной кислотой и отмывку полученных Сахаров, отличающийс  тем, что, с целью ускорени  процесса и улучшени  качества пентозного гидролизата , гидролиз предварительно очищенного сырь  провод т при непрерывной подачи 1 ,0-5,0-i-ного раствора серной кислоть при гидромодуле 0,8-2,5 и температуре 100-135°С с 9 92007 одновременной выдачей капилл рно впитанного сырьем экстракта и последующего дополнительного капилл рного гидролиза при 100-125 С в течение 20-60 мин, при этом процесс гидро- 5 лиза ведут при гидромодуле 1-3. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 110 1 . Гидролизна  и лесохимическа  промышленность, 952, № 1, с.57.
2. 2. Гидролизна  и лесохимическа  пррмышленность, 1956, Ь t, с. 7-Э.
3. 3. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2/23175/28-13, кл. С 13 К 1/02, 1979. . Авторское свидетельство СССР № 326219, кл. С 13 К 1/02, 1968.