Способ гидролиза пентозансодержащего растительного сырья

ОП ИСАНИЕИЗОБВЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалмстическизРеспублик п 920071аа делен изобретение и втерыткйОпубликовано 15.04.82.Бюллетень14 Дата опубликования описания 1 5 . 04 . 82(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ(54) СПОСОБ ГИДРОЛИЗА ПЕНТОЗАНСОДЕРЖАЦЕГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ Изобретение относится к гидролиэной и микробиологической промышленности, а именно к способу гидролизарастительного сырья, такого как хлопковая шелуха, кукурузная кочерыжка,подсолнечная, хлопковая и рисоваялузка, солома, лиственная древесина(береза, осина) и др., используемыхдля производства кристаллическогоксилита, кормовых дрожжей и др, продуктов.При производстве кристаллическогоксилита растворы пентозных сахаровпроходят сложную технологию очистки их от различных примесей, образующихся как за счет растворения неуглеводных компонентов клеточнойстенки, так и за счет частичного разложения сахаров и конденсации продуктов многокомпонентной системы пентоз"ного гидролизата,В производстве дрожжей используютрастворы гексозных сахаров, которыетакже подвергают очистке для снижения содержания в них ингибиторов роста дрожжейСебестоимость кристаллического ксилита и дрожжей сравнительно высокая, что определяется в значитель ной степени технологией гидролиза сырья, а также способами очистки растворов сахаров,8 связи с этим большое значение 10приобретает вопрос совершенствования технологии получения кристаллического ксилита и кормовых дрожжейдля интенсификации процессов гидролиза, улучшения качества растворов 15и повышения выхода пентозных саха"ров.Сырье, богатое пентоэанами, например, хлопковую шелуху вначале облагораживают (очищают) от примесей,а затем проводят гидролиэ пентозановдля полуцения пентозных сахаров, адалее гидролиз целлюлозы для получения г .ксоэных сахаров.3 92Известен способ гидролиза р,)стительного сырья с использованиемнизкотемпературных режимов пентозного гидролиза, осуществляемый при100 С. При этом температура процесоса в промышленном реакторе достигается и поддерживается в зоне реакциипутем подачи острого пара при 250300 С.По окончании гидролиза пентозановвыводят образовавшиеся сахара и далее сырье нагревают острым паромодо температуры гидролиза 170-180 С,а затем проводят перколяционный гексозный гидролиз Я ,Недостатком такого способа является то, что прогрев сырья острымпаром создает условия неравномернойего отработки, поскольку пар поступает снизу с температурой 250-300 Си в зависимости от плотности сырья,размера частиц и др. факторов проходит с разлицной скоростью.Применение острого пара для прогрева приводит также к деструкциинижних слоев сырья и ухудшению егофильтрующих свойств,Одновременно часть пара конденсируется в сырье и это приводит кповышенному содержанию жидкости всырье и разбавление серной кислотыпри гидролиэе, а также снижениюконцентрации сахара в капиллярнойструктуре материала, Продолжительность процессов гидролиэа 13-15 ц. 00;71 Повышенная температура в нижних Зонах сырья создает возможность образования фурфурола при пентозном гидролизе и его увеличенное содержание в пентозном гидролизате, а также в первых фракциях гексозного гидролизата.Деструкция сырья также приводит к снижение качества гексозного гидролизата из-эа большой длительности его пребывания в зоне реакции в связи с плохой выдачей его иэ аппарата. 5055 Для улучшения качества раствора пентозного сахара и интенсификации процесса гидролиза известно использование способа гидролиза растительного сырья с применением горизонталь-, ной перхоляции, которая предусматривает удлинение фильтрующих труб, а также удлинение трубы, подающей растворы, и различное ее расположение в аппарате, что должно обеспечить изменение ндлрайл ния части л)т)каиз н)рт ик зльнг)гг) в горизонт.) льный 2Однако при этом лар неравномернопрогревает сырье и температура генатозного гидролиза снижается, Это приводит к снижению выхода сахаров и ухудшению качественных показателей растворов.При гексозном гидролизе отмечается меньшая деструкция сырья и в связи с этим меньшее загрязнение раствора сахара, частично уносимым целлолигнином и лигнином.Однако процесс не нашел практического применения иэ-за трудностей в аппаратурном оформлении.Известен также способ получения сахаров иэ пентозансодержащего сырья, согласно которому сырье предварительно очищают кислотой, экстрагируют примеси водой и ведут пентозный гидролиэ в две стадии в стационарных условиях, сначала в паровой фазе при 100-130 С в течение 30-60 мин, и концентрации серной кислоты 0,5- 2,54, а затем при 70- 130 С в течение 30 -90 мин, и концентрации серной кислоты 0,3-1,23, после чего проводят гексозный гидролиэ и отбор какпентозного, так и гексозного гидролизатов 3Недостатками такого способа гидро- лиза растительного сырья являются длительность процесса, а такжезначительное содержание фурфуролав пентозном гидролизате.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ гидро- лиза пентс)эансодержащего раститель- Фного сырья, предусматривающего очистку сырья путем смачивания его 6-20-ным раствором серной кислоты при температуре не более 120 экстракцию образовавшихся при этом солей водой, в гидролизаппарате, затем не прекращая выдачу экстракта осуществляют подацу 1-2-ного раствора серной кислоты для проведенияпроцесса гидролиза при постепенном нагревании массы от 110-120 до 140 С, отбор экстракта прекращают через 30-50 мин. и производят выдачу пентозного гидролизата, Отобрав 3-4" гидромодуля пентозного гидролизата ведут отбор гекаоэного гидролизата при дальнейшем постепенном нагревании гидролизуемой массы отэ 92001 ч 0 до 200 С. В последние 30-50 минварки подают только воду для отмывки лигнина от кислоты и сахаров.Отбор гидролизата и подачу сернойкислоты осуществляют непрерывно,При 5этом общая продолжительность процессов очистки пентозного и гексозногогидролиэа 12-13 ч, а пентозного гидролиза ЦчВыход пентозного сахара 19-20 10при содержании фурфурола в пентозномгидролизате 1,5-2,04 от РВ,Так как при введении растворасерной кислоты в начальной стадииее подается 35 от общего количества подаваемого на гидррлиз, а температура постепенно изменяется от100 до 120 С в течение 10-60 мин,то на данной операции не достигается максимального образования сахара 20и только при дальнейшем перколяционном пентозном гидролизе завершаетсяполное образование пентоз при одновременном выведении их из сферы реакции. 23В связи с этим процесс пентозногогидролиза длителен и сахара, нэходясь в зоне реакции, могут подвергаться частичному разрушению до фурфурола, что ухудшает е последующем 30переработку растворов пентоз на последующих стадиях в производствексилита.Одновременно длительность процесса влияет на структуру сырья, вызы- Ивая деструкцию материала и ухудшениеусловий получения высокого качествагексозных гидролиэатое.Цель изобретения - ускорение процесса и улучшение качества пентоэного гидролизата.Поставленная цель достигается тем, цто согласно способу гидролиза пентозансодержащего растительного сырья, предусматривающем предварительную очистку его раствором серной кислоты, экстракцию примесей водой, гидролиз серной кислотой и отмывку полуЮ ценных сахаров, гидролиэ предварительно очищенного сырья проводят при не" прерывной подачи 1,0-5,0-ного раствора серной кислоты при гидромодуле 0,8-2,5 и температуре 100-135 С сИ одновременной выдачей капиллярно впитанного сырьем экстракта и последующего дополнительного капиллярногоогидролиза при 100-125 С в течение 20-60 мин. при этом процесс гидролиза ведут при гидромодуле 1-3,Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.Исходное сырье, например, хлопковую шелуху, очищают путем сиачивания 2-151;-ным раствором серной кислоты при 20-50 С и далее экстрагируют при"омеси водой при 70-120 С и доводятсодержание жидкости е сырье до объема заполняющего только поликапиллярную структуру материала или до гидромодуля 1-3.Затем сырье обрабатывают 1,0- 5,0-ным раствором серной кислотыо путем подачи ее при 100-135 С в количестве 0,8-2,5 гидромодуля и одновре" менной выдачи в том же количестве остаточной жидкости до полного ее замещения катализатором.При этом сырье равномерно прогревается до температуры гидролиза и одновременно осуществляется процесс образования моносахаров и диффузии их в капиллярно впитанную жидкость.Это позволяет совмещенно производить процесс равномерного введения катализатора в капилляры сырья и нагрев его до температуры реакции.В течение 20-60 мин осуществляют последующий дополнительный капилляр" ный гидролиз при 100-120 С. Прио этом завершается максимальное образование пентозного сахара и равномерное его распределение е капиллярной структуре по всему объему.Далее проводят 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 снижается на 25- ч 0 Ф, содержание фурфурола в гидролизате уменьшается в 2-Й раза, а выход пентозного сахара от массы сырья повышается на 5- 10. П р и м е р 1. 100 г хлопковой шелухи, предварительно очищенной путем обработки ее раствором серной кислоты и экстракцией примесей водой, гидролизуют при гидромодуле 2. Для этого сначала в течение 60 мин подают 5,0-ный раствор серной кислоты при 100 С в количестве 1,2 гидоромодуля и одновременно в том же количестве выделяют капиллярно впитанный сырьем раствор, затем проводятП р и м е р 3. 50 г хлопковойлузги предварительно смачивают10-ным раствором серной кислоты прио20"25 С и гидромодуле 0,3, Затемсмоченное сырье обрабатывают водой при 100 С. Далее проводят гидролизочищенного от примесей сырья пригидромодуле 1, для чего сначалаосуществляют подачу 1,0/-ного раствора серной кислоты в течение50 мин при 135 С в количестве 0,8 гидромодулей и одновременно вытесняют капиллярно впитанный раствор из сырья в том же количестве, Затем проводят дополнительный капиллярный гидролиз в течение 20 мин при 125- 140 С. Образовавшиеся сахара вывов дят водой из зоны реакции при 100 С в течение 60 мин,40 дополнительный капиллярный гидролиз при 100 С в течение 60 мин.При этом осуществляется в капиллярах максимальное образование сахаров, которые выводят в течение 60 мин при 120 С 5 рециркулирующим раствором, полученным на первой стадии, а затем водой,Время.пентозного гидролиэа 3 ч. Содержание фурфурола в пентозном гид 0 ролизате 0,53 от сахара, а выход пентоз 213 от массы сырья.П,р и м е р 2. 100 г кукурузной кочерыжки, предварительно очищенной путем обработки ее раствором серной5 кислоты и экстракцией примесей водой, гидролизуют при гидромодуле 3. Для этого сначала подают 2 Г-ный расо теор серной кислоты при 125 С в течение 60 мин. в количестве 2,5 гидромодулей и одновременно выдают из сырья капиллярно впитанный раствор в том же количестве, При этом сырье нагревается до температуры реакции и достигается равномерное распределе 25 ние катализатора в капиллярной структуре материала, это обеспечивает частичное образование моносахаров.Далее производят капиллярный гидролиэ вотечение 40 мин при 120 С. При этом завершается образование пентозных сахаров и далее их выводят в течение 90 мин при 80-100 С водой илиорециркулирующим раствором сахара, полученного на первой стадии гидро- лиза и в конце промывки сырья. Время З пентозного гидролиза 3 ч, При этом содержание фурфурола в пентозном гидролизате 0,6 Ф, а выход пентозного сахара 35,8 ь,. Время пентоэного гидролиэа 2 ч1 О мин. При этом содержание фурфурола в пентозном гидролизате 0,43, авыход пентозного сахара 38,Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает снижение временипентозного гидролиэа на 20-404, содержание фурфурола в пентоэном гидролизате уменьшается в 2-4 раза, авыход пентозного сахара повышаетсяна 5-10/.Поскольку осуществляют совмещение процессов введения катализаторав поликапиллярную структуру материала и нагрева его до температурыгидролиза,то оЬеспечивается ускорениепроцесса пентозного гидролиэа и улуч"шаются условия равномерного протекания процессов.Проведение дополнительного капиллярного гидролиза без подачи нижнегопара обеспечивает снижение содержания фурфурола при сохранении пентозот разрушения, что приводит к повышению выхода пентоэных сахаров,Одновременно достигается сохранение структуры материала от деструкции и лучшая фильтрация сырья припентозном и гексозном гидролизе,чтообеспечивает получение более доброкачественных растворов для производства кормовых дрожжей.По предварительным расчетам эффективность внедрения предлагаемого способа гидролиза пентозансодержащего сырья на гидролизных заводах Средней Азии благодаря снижению времени пентозного гидролиза, уменьшению содержания фурфурола и повышению выхода пентозного сахара, составит около 200 тыс.руб.Формула изобретенияФСпособ гидролиза пентозансодержащего растительного сырья, предусматривающий предварительную очистку его раствором серной кислоты, экстракцию примесей водой, гидролиз серной кислотой и отмывку полученных сахаров, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса и улучшения качества пентозного гидролизата, гидролиз предварительно очищенного сырья проводят при непрерывной подачи 1,0-5,0";-ного раствора серной кислоты при гидромодуле 0,8-2,5 и температуре 100-1350 С с920071одновременной выдачей капиллярновпитанного сырьем экстракта и яоследуюцего дополнительного калиллярногоогидролиза при 100125 С в течение2060 мин, при этом процесс гидро" лиза ведут при гидромодуле 13. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 О1. Тидролизная и лесохимическаяпромышленность", 1952, 11 1, с.5.2. "Гидролизная и лесохимическаяпромышленность", 1956, Ч , с. 793. Авторское свидетельство СССРпо заявке И 27231 У 28-13,кл. С 13 К 1/02, 1979,Авторское свидетельство СССРМ 326219, кл. С 13 К 1/02, 1968.Составитель М. Ларина Редактор Н.Киштулинец Техред А. Бабинец Корректор В, Синицкая .та е тетееететеее тЗаказ 2268/23 Тираж 374 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. М 5тт ее а ететееетете тетеатее те аФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,